鉆井“地下井噴”處理方法探討

呂曉平

（中國石油西部鉆探公司國際工程公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 概述

在石油工業各類事故中，無論從事故數量還是造成損失上，井噴都名列前茅。按照“Willis 能源損失數據庫”的統計資料，井噴占所有鉆井事故的90%，而地下井噴的發生頻率又大約是地面井噴的1.5～2 倍，累計損失也遠遠超過地面井噴[1-3]。

地下井噴是指當地下存在不同壓力層系時，地層流體從高壓層通過井筒或者井筒外環空，流入低壓層系的過程[4]。地下井噴發生的主要原因有存在不同壓力層系、管柱（套管）損壞、固井質量不合格、井下意外事故等，如羅家2井在磨銑橋塞過程中發生井漏，而后引發溢流，關井后天然氣從7寸套管破損處進入環空竄至地面，在鄰井羅家注1井及最遠1.29km出現冒氣點，后經七次堵漏壓井控住氣源[5-6]。

在進行地下井噴處理之前，應對漏點位置、漏點類型、溢流性質、鉆頭位置等進行判斷[7-8]:

（1）漏點位置：存在三種情況，即上噴下漏、上漏下噴、噴漏同層。

（2）漏點類型：存在低壓層、地層破裂與套管破損、大型裂縫與溶洞等。

（3）溢流性質：氣侵、水侵、油侵或油氣水侵共同作用，其中氣侵對鉆井安全威脅性最大。

（4）鉆頭位置：一是鉆頭在井底，在鉆進中發生地下井噴，應用U 形管理論進行井底常壓法處理。二是鉆頭不在井底，一般的井底常壓法不再適用，必須使用非常規壓井方法，如動力壓井法、壓回法等進行井控。

根據不同的漏失層位置和類型，采用堵漏壓井法、動力壓井法和壓回堵漏法進行針對性控制。

①井底常壓堵漏壓井法：主要應用于上噴下漏地下井噴，漏失量不大，漏速小于排量，保證井筒環空內液柱完整，一次堵漏成功率較高的情況。關井堵漏之后還應保持一定的套壓，以防止氣體的突然膨脹造成更惡劣的后果。②動態壓井法：主要應用于上漏下噴地下井噴情況，在存在一定漏失的情況下先控制井噴，為下一步處理井漏提供條件；壓井參數的關鍵是泵排量必須在存在漏失的情況下提供足夠的環空摩阻以平衡地層壓力。因此主要適合較大的井眼尺寸和鉆具組合及較大的泵功率。③壓回堵漏法：主要應用于噴漏同層的情況，應用該方法要對地層滲透率、侵入流體性質、侵入流體的位置判斷、套管鞋位置、套管的抗內壓強度等分析判斷，因此主要應用于漏速較大的溶洞或裂縫性地下井噴。

2 地下井噴處理方法探討

2.1 澀北RX井基本情況

澀北RX 井位于柴達木盆地澀北二號氣田，為一口兩層結構的調整直井，設計井深1194m，一開?311.2mm 鉆頭鉆至井深147m，?273mm 套管下深145.49m，二開?215.9mm 鉆頭鉆至井深1097.71m，鉆井液密度1.28g/cm3，粘度39s，記錄工發現井漏，漏失量1m3，往環空灌鉆井液過程中發現環空內鉆井液上涌，立即采用硬關井方式關井，關井套壓0.8MPa，立壓為0（鉆具組合帶井底閥），后套壓0.8↗2.4MPa，立壓0MPa，發現圓井有氣泡冒出，套壓2.4MPa，后續發現圓井周圍10m 范圍地面出現大量氣泡，節流管匯處氣泡較多，圓井氣泡變大，通過節流閥控制J1 套壓1.0MPa不變。

該井鉆具組合為：?215.9（mmHAT127）牙輪鉆頭（0.30m）+430×410井底閥（0.48m）+411×4A10（0.5m）+?158.8mm 鉆鋌10 根（88.64m）+4A11×410（0.50m）+?127mm 鉆桿8 根（76.78m）+?210mm 擴眼器(0.97m)+?127mm 鉆桿96 根（920.36m）+方鉆桿。井身結構設計：?311.2mm×148m+?215.9mm×1194m。井口防噴器組：FH35-35+2FZ35-35。二開裸眼層段壓力系數：410～690m，壓力系數1.10～1.20；710～1194m，壓力系數0.73～0.91。

2.2 地下井噴處理情況

2.2.1 第一次注堵漏漿、水泥漿

（1）注堵漏漿、水泥漿：鉆具內注入密度1.22g/cm3堵漏鉆井液15m3，水泥車環空注密度1.22g/cm3堵漏鉆井液39m3，井口未返出，套壓2.4↘1.8MPa。

（2）注水泥漿：鉆具內注G 級1.60g/cm3低密水泥36m3（48t），井口未返出，井口壓力1.8↘1.6MPa；反打1.90g/cm3快干水泥12.1m3（24t），壓井管匯處地面裂縫噴式加劇，立即停止注水泥作業。通過壓井、節流兩側管線同時放噴，套壓1.8MPa，立壓0MPa。

2.2.2 第二次注堵漏漿、水泥漿

（1）注入密度1.68g/cm3堵漏鉆井液107.5m3，粘度：滴流，排量：1.14→1.6→1.15m3/min，注壓：5→13.3→5.7MPa，期間噴勢明顯變小，關3#平板閥，壓井側放噴；節流側放噴管線120°彎頭刺漏。

（2）采用水泥車注快干水泥118m3（200t），井口未返出；候凝，觀察；期間搶換節流管匯及120°鑄鋼彎頭。

（3）繼續放噴觀察：期間發現井口四通法蘭、2#平板閥處刺漏。

2.2.3 注清水、堵漏漿、水泥漿

水泥車打清水500m3，井口未返出；水泥車鉆具內注入密度1.46g/cm3堵漏鉆井液31m3，替清水11m3，未返出；水泥車低排量（0.2～0.3m3/min）注清水，注壓3MPa，注清水29m3；注水泥漿40m3（65t），替清水13m3，井口未返出；水泥車鉆具內注清水248m3，井口未返出；期間放噴觀察、連接地面壓裂管線，管線試壓30MPa，準備壓井。

2.2.4 壓井作業

壓裂車注1.30g/cm3壓井液150m3，注壓27MPa，排量3.3m3/min；注入1.28g/cm3飽和鹽水642m3，注壓29MPa，排量2.7m3/min；井口無變化，噴勢未減，噴出物為氣和鹽水。

2.2.5 堵水眼、射孔、注鹽水

（1）堵水眼準備工作。固井車注清水1.0m3，停泵無壓力，泄壓無回水，檢查井底閥完好；停注，觀察；用水泥車鉆具內注清水2m3，壓力0～2MPa，排量0.8m3/min，泄壓至0MPa，無回水，確認井底閥完好；卸方鉆桿，自下旋塞上端卸開，管柱內放置封堵物，緊扣，封堵準備。

（2）堵水眼。采用棉紗、膠皮為封堵物，進行了3次堵水眼作業，期間采用壓裂車分3 次共注入鹽水214.2m3，排量1.3～1.5m3/min，注壓11～17.5MPa，停注后均無回水、壓力0MPa，封堵均未成功；采用水泥車注水泥漿5.5m3，清水7m3，預封堵段為管柱內700m以下，候凝3h；候凝完，試壓，壓裂車小排量泵入鹽水0.5m3，壓力20MPa；穩壓5min；堵水眼成功。

（3）射孔。進行了3 次射孔作業，射孔井段分別在675～677m、541～543m、473～475m，各次均為32發彈、51mm直徑槍、51mm直徑彈。期間探塞面1次、塞面位置在814m，壓裂車注鹽水2 次，排量1.2～1.0m3/min，注壓22↘10.5（憋壓）↗17MPa，共注鹽水81.4m3，噴出物為氣體與鹽水的混合物。

為確保射孔通道暢通，采用壓裂車通過管柱共注入飽和鹽水1184.2m3，排量1.5m3/min，注壓12MPa，噴勢無變化。

測氣體上返時間2次，第一次：水泥車注鹽水5m3，注壓3.5MPa，排量1.5m3/min，停泵壓力為零，觀察油氣上竄情況，立壓上升到1.1MPa；第二次：通過水泥車注1.30g/cm3鉆井液7.8m3，打開固井車泄壓閥觀察氣體上返時間，觀察1h，無反應，用水泥車向鉆具內注1.30g/cm3鉆井液7m3。

進行第四次射孔，96發彈、51mm直徑槍、51mm直徑彈，射孔位置536.6～542.6m。

（4）注鹽水。先后用壓裂車、水泥車共注鹽水1032m3。其中，壓裂車共注750m3，排量：1.8↗2.5↘2.4↗2.5↘2.0↘0.7m3/min，注壓：18↘17↗19↗21↘10↘2MPa；水泥車注入鹽水282m3，排量0.62～1m3/min，壓力1～3.5MPa。

2.2.6 壓井、封堵

（1）壓井準備。取出射孔儀器，搶接方鉆桿；壓裂車對地面管線試壓30MPa；穩壓5min。

（2）壓井。壓裂車注飽和鹽水200m3，排量2.5～3.6m3/min，注壓13～21MPa；壓裂車注1.70g/cm3堵漏鉆井液128.5m3，鹽水8.5m3，排量3.0m3/min，壓力2MPa，井口噴勢無變化；水泥車小排量注清水1m3；水泥車注水泥漿53m3，比重1.90g/cm3，排量2.0m3/min，壓力13MPa；水泥車替清水6.9m3；排量1m3/min；壓力4MPa；噴出物為天然氣、水泥漿混合物，噴勢未減。

（3）間隔注水泥漿。每隔3h注水泥漿20m3、替清水7m3，共注2次，累注水泥漿40m3、替清水14m3，注水泥漿排量1.28m3/min、壓力5～3MPa，替清水排量1m3/min、壓力3MPa；期間更換地面管線為3 寸半壓裂管線，不過立管，直接連接鉆具，承壓達到40MPa。

（4）注瓜膠、水泥漿封堵。水泥車注清水5m3，排量0.5m3/min，壓力6MPa；壓裂車注入膠液（瓜膠）180m3，鹽水10m3，排量3.3m3/min，壓力17MPa；水泥車注水泥漿20m3，密度1.90g/cm3，排量1m3/min，壓力3MPa；噴勢見小，間歇噴出氣體，噴勢減?。蛔⑺?25m3，密度1.90g/cm3，替清水7m3；井口未返出；每隔1h 灌注一次水泥漿，并用清水清洗鉆具、孔眼通道，共注水泥漿73m3,排量1.0m3/min，壓力4MPa，分三次替清水37m3；注水泥9m3（15t），密度1.90g/cm3，排量1.8m3/min，注壓1～3MPa，替清水12m3，替壓1MPa；替鹽水5m3，排量1.5m3/min，壓力6.4MPa；壓裂車注瓜膠20m3，排量2.0m3/min，壓力9.3MPa，井口開始停噴；壓裂車替鹽水6m3，排量2.0m3/min，壓力9.1～8.6MPa；固井車正注水泥漿15m3（22.5t），清水8m3，排量1.5m3/min，壓力7～8MPa；水泥車每隔2h 分6 次反灌水泥漿87m3（132t），共替清水5m3，井口返出水泥漿;水泥車注清水0.2m3，憋壓10MPa，檢查鉆具水眼已經封堵，封堵工作結束。

3 澀北RX井地下井噴處理總結

3.1 地下井噴原因分析

（1）二開裸眼層段地層存在多套壓力系數，存在高低壓互層，平衡高壓地層，易至使底部低壓地層發生井漏，造成漏轉噴。

（2）井身結構不合理，該井設計為二層結構，表層套管下深過淺（148m），未能完全封隔淺部氣層段，不能滿足二次井控的條件。

（3）該井鉆至低壓層先發生井漏，井筒液柱壓力降低不能平衡上部高壓氣層，發生溢流后關井，因套管下深淺，套管腳及以下地層不能承受關井壓力，高壓氣流憋開套管腳及以下地層形成通道竄至地面，屬于典型的上噴下漏形成的地下井噴。

3.2 堵漏壓井經驗教訓

（1）前期壓井失敗原因分析。一是該井屬于上噴下漏的地下井噴，鉆頭在井底，在前期實施過程中按照井底常壓堵漏壓井法，先堵漏、后壓井，但因上部淺層氣壓力大，產量高，加上下部地層漏失量大，正循環堵漏壓井時漏失處形成漏斗，流體大部分進入漏層，少量返至環空氣層位置后被稀釋返至地面，無法在環空形成有效液柱；二是在堵漏壓井過程中，大量的堵漏漿、水泥漿進入漏層，因存在漏失壓差，導致進入的堵漏劑成了支撐劑加大了漏失裂縫的開啟和延伸；三是施工排量小于漏失速度，堵漏漿、水泥漿無法在漏層及以上位置形成有效液柱，實現不了壓穩氣層的壓力。

（2）后期成功封堵、壓井原因分析。一是轉變觀念，將下漏上噴換成上漏下噴處理，即從井底漏層以上射孔，從上面建立循環壓井通道，易在環空建立液柱壓力，先平衡地層壓力，然后再實施封堵。二是將瓜膠應用到壓井過程中，瓜膠為超大分子聚合物，具有很強的內聚力、很強的剪切稀釋性能，且有很高的粘度和良好的可泵性，很難被高速氣流霧化，其自身的內聚力大于它與水之間的親合力，在環空、地層易形成段塞，利用瓜膠液增大氣水上行阻力，阻止氣體滑脫，給水泥漿留足一定的停留時間，形成足夠的液柱，逐步將環空替代為水泥漿，起到壓井、封堵和封固作用。三是壓井參數的關鍵是泵排量必須在存在漏失的情況下提供足夠的環空摩阻以平衡地層壓力。

（3）區塊改進措施。與建設方溝通協商，根據地層壓力系數對澀北區塊井身結構進行調整完善：①二層結構井，表層套管下深調整至300～350m；②為有效封隔淺部高壓地層，建議井身結構調整為三層結構。

4 結論與建議

（1）發生地下井噴一般情況較復雜，不是簡單的上漏下噴、下漏上噴，可能發生更為復雜的情況，如案例中分析的，在井筒中形成漏、噴、漏等復雜局面，給堵漏、壓井帶來難度，甚至導致處理死循環，按照常規思路，無法實現堵漏壓井。

（2）針對地下井噴，采取井底常壓法、動態壓井法、壓回法等進行處理，多數情況下效果不理想，應根據實際情況，綜合分析，采取靈活的處理方式。

（3）處理地下井噴，應科學掌握漏點位置、漏點類型、流體性質、鉆頭位置等，針對性制定方案，提升方案的針對性、有效性，減少損失。

（4）針對存在淺層氣的地下井噴，在選擇合適的處理方法后，必須配套滿足大排量、大劑量要求，提高處理的成功率。