淺層氣探井預防及處理措施

朱金亭，湯柏松，魏玉印，吳義標

［1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452］

淺層氣分布廣泛，約占世界油氣田總數(shù)的20%，淺層氣處理應對關系到鉆井作業(yè)安全，石油業(yè)界一直對其高度重視。針對淺層氣探井的存在，從前期地質(zhì)資料分析，到井位選擇、鉆井作業(yè)、固井工藝、處理應對流程方面來對存在淺層氣井分析，逐一解決問題[1]，達到使淺層氣井可控，保障人員和設備安全，以滿足勘探的需求。

1 淺層氣特點

淺層氣通常是指發(fā)生在表層套管下入深度以內(nèi)和防噴器組安裝之前的地層中的正常壓力或異常壓力的天然氣，該地層的破裂壓力梯度較低，不能用普通的關井技術來實現(xiàn)井控[3]。渤海油田淺層氣主要分布于明化鎮(zhèn)組和館陶組地層。明化鎮(zhèn)淺層氣埋藏一般在海拔300～900m，館陶組淺層氣埋藏一般在海拔800～1 400m。淺層氣主要的鉆井特點與危害體現(xiàn)在以下幾個方面。

難以準確預測、埋藏淺、常為突發(fā)性的。淺層氣埋藏淺，一旦侵入井眼，比油、水侵入井眼的速度快，短時間內(nèi)就會運移到井口，造成井噴。從溢流的出現(xiàn)到井噴的發(fā)生，往往只有幾分鐘且劇烈，在這么短的時間內(nèi)很難采取有效措施控制井噴。一旦發(fā)生溢出，井噴幾乎是不可避免的。

地層薄弱，不宜關井。淺層氣埋藏淺且地層疏松，套管處地層耐壓強度低，關井易憋漏地層，導致連通海面，故淺層氣井噴后不能采用常規(guī)方法壓井，正確的處理措施應是疏導放噴。由于不能有效地控制井口，在井口產(chǎn)生回壓，井噴處理難度比常規(guī)井大。

危害性強，易造成人員、設備損失嚴重。淺層氣井噴屬于嚴重的鉆井事故，危害極大，常會引起火災，燒毀設備；一旦氣體從海底泥面噴出，將在海底形成凹陷，直接影響到鉆井平臺的穩(wěn)定性；由于氣體的大量涌出，井口周圍海水密度降低，有可能導致漂浮其上的船只陷落；淺層氣井噴甚至會因氣層枯竭停噴，井內(nèi)泥漿噴空造成井塌、井眼報廢。

井內(nèi)平衡壓力較敏感，允許波動壓力低。在淺部氣層區(qū)域鉆進或起下鉆時，鉆進速度或者起鉆速度較快，產(chǎn)生抽吸壓力，井內(nèi)液柱壓力稍不平衡，氣體就會迅速進入井眼；在鉆遇淺層氣地層時，起鉆“拔活塞”最容易引起井噴。

2 淺層氣區(qū)域井前期風險識別

以渤海某探井為例，做井位工程物探調(diào)查與數(shù)字地震。據(jù)高分辨率數(shù)字地震資料預定井位調(diào)查區(qū)域內(nèi)深部地層反射清晰，發(fā)現(xiàn)1處異常反射區(qū)（淺層氣）。

在井場調(diào)查區(qū)域資料解釋深度范圍內(nèi)（海底至海底以下約1s）的地層中，發(fā)現(xiàn)1處異常反射區(qū)。位于調(diào)查區(qū)域北部和西南部，頂部埋深在海底以下185～230 ms。預定井位位置在異常反射區(qū)內(nèi)部。根據(jù)數(shù)字地震反射特征及形態(tài)分布，異常反射區(qū)含有一定的淺層氣，如圖1所示。

圖1 數(shù)字地震判別淺層氣區(qū)域

3 淺層氣區(qū)域井作業(yè)措施

3.1 優(yōu)化井身結構

對可能鉆遇淺層氣地層的探井，井身結構設計中應要求安裝隔水導管，安裝后可能鉆遇淺層氣，應適當增加隔水導管入泥深度，且宜坐落在淺層氣頂部較致密的地層，并要求水泥返高至泥面。

表層套管安裝應遵循以下要求：①表層井段無斷層，表層套管應下入至淺氣層頂部承壓能力較好的地層；②宜避免斷層和淺氣層處于同一井段。

3.2 鉆前注意事項

淺層氣井控原則：應遵循大排量循環(huán)分流放噴大原則，循環(huán)無效才泵入壓井液，壓井液無效最后打水泥塞封堵。①開鉆前，應將淺層氣應急措施落實到位，并做好應對淺層氣的各項演習。②配制足夠量的黏度為35～45 s的般土漿、稠漿及備足兩倍井眼容積的壓井液，密度不低于1.20 g/cm3。③清點關鍵鉆井材料，保證一定量的現(xiàn)場儲備量，包括重晶石、堵漏鉆井液材料、土粉、水泥等。

3.3 一開鉆進作業(yè)注意事項及應急措施

（1）一開控制機械鉆速不超過25 m/h。鉆井期間下列3種情況之一存在時，應考慮循環(huán)觀察：①海面有氣泡出現(xiàn)時。②當鉆時突然加快時。③當準備接單根或立柱時。

（2）起鉆時發(fā)現(xiàn)異常馬上停止作業(yè)，靜止觀察確認，若發(fā)生淺層氣問題，接頂驅(qū)大排量循環(huán)，執(zhí)行鉆進期間處理措施。

（3）保證隔水導管水泥漿返高及固井質(zhì)量，為二開做好基礎。

（4）鉆進期間一旦鉆遇淺層氣首先應立即停鉆，循環(huán)觀察，若無異常，則繼續(xù)鉆進，否則以最大泵速泵入搬土漿或海水循環(huán)排氣；假如不成功，以最大泵速向井內(nèi)泵入事先配制好的1.20 g/cm3的重鉆井液。

3.4 二開鉆進作業(yè)注意事項及應急措施

（1）根據(jù)數(shù)字地震研究結果，在井段-200～-250 m、-400～-500 m，-650～-690 m發(fā)育淺層氣，二開作業(yè)需安裝分流器。

（2）配制足夠量的黏度為35～45 s的膨潤土漿、稠泥漿及配置至少60m3密度不低于 1.20 g/cm3鉆井液，所有空泥漿池內(nèi)應放滿海水。

（3）鉆井期間在下列情況之一存在時，應考慮循環(huán)觀察：①當氣全量高于5%時；②當鉆入淺層氣1.5m時；③當鉆時突然加快時；④當準備接單根或立柱時。

（4）鉆進過程中，鉆井液密度1.08～1.10g/cm3，維持穩(wěn)定的鉆井液密度。控制鉆井參數(shù)穩(wěn)定，加強氣體檢測氣全量情況。

（5）二開8-1/2領眼鉆進至中完井深左右，控制機械鉆速不超過25m/h；當確認鉆遇淺層氣后，應循環(huán)排氣；氣全量保持不變，或者呈上升趨勢，適當提高鉆井液比重，或者以最大排量泵入加重鉆井液；如果氣全量還不下降，增大排量循環(huán)排氣；當發(fā)現(xiàn)氣全量增加過快或氣全量過高有井涌或井噴風險時，應馬上關分流器同時打開放噴閥及管線，循環(huán)放噴。放噴防止管匯發(fā)生橋堵，分流系統(tǒng)失效，防止套管外竄流。

（6）中完后短起下鉆，短起鉆采用倒劃眼方式起鉆，起鉆前要靜止井口觀察液面10min，測氣體上竄速度。

（7）起下鉆為防止抽吸和拔活塞現(xiàn)象；控制下鉆速度小于0.5m/s，減少壓力激動。

（8）起鉆時應控制起鉆速度以減少抽吸，一旦出現(xiàn)拔活塞現(xiàn)象，應立即停止起鉆作業(yè)。

（9）起鉆連續(xù)循環(huán)灌鉆井液以保持井口液面，并記錄鉆井液實際灌入量，一旦出現(xiàn)鉆井液灌不進去或?qū)嶋H灌入量小于理論值，則立即停止起鉆作業(yè)，靜止觀察確認，視井況決定是先循環(huán)還是先下鉆。若發(fā)生淺層氣問題，接頂驅(qū)大排量循環(huán)。起鉆至中途必要進行靜止觀察或循環(huán)觀察，無任何異常情況方可繼續(xù)起鉆。

（10）在13-3/8"表層套管不使用自動灌鉆井液浮鞋浮箍；縮短下套管時間。

（11）固井之前充分循環(huán)鉆井液，井況正常后再固井。

（12）固井水泥漿設計：使用1.60g/cm3樹脂水泥漿體系封固至整個井段。

4 鉆遇淺層氣井處理措施

4.1 固井處理措施

如鉆遇淺層氣，中完后固井措施如下：①采用樹脂水泥漿體系，比重1.60g/cm3；②水泥漿對全井段進行封固；③采用循環(huán)放氣的方式，確保氣體排光后，再進行固井作業(yè)，控制水泥漿失水；④封固淺層氣的水泥漿中加入納米子晶型早強劑PC-A98L，縮短稠化時間；加入新型納米級二氧化硅PCGS13L，提高水泥石強度，減少水泥石體積收縮；⑤固井結束后，在井口進行加回壓，防止水泥漿失重后不能有效壓穩(wěn)；⑥淺層氣固井結束后，確保候凝完全到位，才能進行拆裝井口作業(yè)。

4.2 鉆進中處理措施

鉆進中處理措施包括以下幾個方面：①立即停鉆。②迅速將鉆桿提出轉(zhuǎn)盤面至少一個單根。③循環(huán)觀察，確認是否淺層氣井涌（如果循環(huán)無異常，則恢復鉆進；如果確認井涌，則執(zhí)行后面的程序）。④關閉分流器，同時自動打開導流管，防止憋漏地層，造成套管外竄流。⑤以最大泵速用鉆井液通過導流管線循環(huán)排氣，防止導流管橋堵。⑥如果仍不成功，則根據(jù)情況選擇如下決定中的一種執(zhí)行：第一，繼續(xù)循環(huán)排氣：待新的重鉆井液配制完畢后，以最大泵速向井內(nèi)泵入新的重鉆井液。第二，打水泥塞封堵淺層氣層。

4.3 起下鉆中處理措施

起下鉆中處理措施包括以下幾個方面：①立即停止起下鉆作業(yè)。②迅速接頂驅(qū)。③關閉分流器，并同時自動打開導流管線。④以最大泵速用鉆井液循環(huán)排氣（如果循環(huán)無異常，則下鉆至井底再循環(huán)一周以上，然后起鉆或繼續(xù)鉆進；否則執(zhí)行后面程序）。⑤如果仍不成功，則根據(jù)情況選擇如下決定中的一種執(zhí)行：第一，繼續(xù)循環(huán)排氣。待新的重鉆井液配制完畢后，以最大泵速向井內(nèi)泵入新的重鉆井液。第二，打水泥塞封堵淺層氣層。

5 結束語

1）鉆遇淺層氣后，要嚴格控制鉆進速度，邊循環(huán)排氣邊鉆進，隨時監(jiān)控井下情況，防止意外發(fā)生。

2）根據(jù)地震剖面有淺層氣提示，采用領眼鉆進至中完井深后，控制起鉆速度，特別是在擴眼鉆進時，宜采用不帶扶正器的鉆具組合，扶正器泥包后，起鉆極易形成抽汲，造成淺層氣井涌。

3）表層淺層氣井涌關井以后循環(huán)排氣是主要措施，但不宜用超過1.20g/cm3泥漿壓井，以免壓漏地層后造成又一輪井涌，使井況進一步惡化。

4）二開井口配置分流器，并且在使用、安裝、試壓等一定要嚴格按照規(guī)范和標準執(zhí)行。

5）加強對作業(yè)人員防范淺層氣井噴事故的安全培訓，熟悉掌握淺層氣的特點、危害性和控制淺層氣的安全作業(yè)應急程序，提高對淺層氣的防控意識和技能。

6）鉆井施工過程中要嚴格執(zhí)行作業(yè)程序，做好防范淺層氣的井控演習工作。