油田鉆井溢流事故規律研究及應對措施

王欽曉宇

中國石化中原石油工程有限公司塔里木分公司，新疆庫爾勒 841000

溢流是指當井底壓力低于地層壓力時，井口返出鉆井液流量大于泵入量，停泵后井筒流體從井口自動外溢的現象［1-3］。溢流發展到井筒流體噴出轉盤面時，就會發生井噴，造成不可估量的后果。據統計，2017—2020 年冀東油田發生鉆井溢流共計41 井次，嚴重影響了鉆井施工速度，造成了巨大的人力、物力浪費。對冀東油田鉆井溢流發生的一般規律進行分析，找到冀東油田的高井控風險區域及需要重點關注的層位，提出了提高壓井質量需要注意的相應措施，最大限度地降低冀東油田鉆井井控風險。

1 冀東油田溢流統計及原因分析

1.1 溢流井次統計及分析

冀東油田近年來在鉆井施工過程中溢流頻次加劇，嚴重影響油田鉆井施工進度，甚至造成鉆井事故，對此統計溢流事故主要發生的作業區塊，找到溢流規律和原因，可以采取必要的措施減少溢流的發生。據統計，2017—2020 年間該油田的5個溢流高發區塊合計發生41 井次溢流，共占溢流總井次的70%，結果見圖1。冀東油田地層序列一般為明化鎮組、館陶組、東營組、沙河街組、寒武系。由圖1可知，在2017—2020年間，沙河街組發生溢流的井次最多（28 井次），占溢流總井次的68%；其次為東營組（9 井次），占溢流總井次的22%。

圖1 冀東油田不同區塊不同層位的溢流井次統計

1.2 各斷塊溢流分布

對冀東油田2017—2020 年各斷塊、層位溢流井進行統計，結果見圖2。由圖2 可以看出，冀東油田的XX-1 斷塊、XX-2 斷塊、XX-3 斷塊、XX-4斷塊、XX-5 斷塊都曾經發生過溢流，溢流層位集中在東營組和沙河街組，總共37 井次，其中XX-4斷塊發生溢流井次最多（17 次），占冀東油田溢流總井次的46%。

圖2 冀東油田各斷塊、層位溢流井次統計

1.3 溢流規律及原因分析

統計分析，層位溢流風險從高到低為沙河街組、東營組、館陶組、寒武系；冀東油田的主要井控風險集中在沙河街組、東營組。發生鉆井溢流的主要原因是：①冀東油田經過多年的注水開發，注水層位集中在沙河街組，注水措施可能導致地層壓力異常，導致溢流事故頻頻發生；②油田老區開發層系多，多年開發造成地下層位連通，鉆井時受到其他井的影響發生溢流；③鉆井施工過程中鉆井液密度設計不合理，不能準確平衡地層壓力造成溢流發生。

2 溢流處置中的問題分析

2.1 溢流的發現

當發生溢流時，會有一些參數發生異常變化，主要包括：鉆井速度、放空、扭矩、泵壓、鉆井液密度、氣測全烴值、鉆井液池液面和鉆井液流量等。鉆井液池液面和鉆井液流量是溢流發生的直接顯示，當鉆井液池液面增加或鉆井液流量增大時，表明發生溢流。一旦油井參數發生異常變化，就需要采取措施［4］。

當鉆進遇到異常高壓層時，鉆井速度、扭矩會發生異常變化，這是判斷溢流發生的最早時機。如果判斷及時，能夠減少井眼環空、鉆井液污染現象，關井后立管壓力和套管壓力相差較小，此時讀取關井壓力數據簡單、準確且誤差小，處理也較容易［5］。

圖3是2017—2020年冀東油田所有溢流井中異常參數出現比例的分布情況。由圖3 可知：在所有溢流井中，有29 口井溢流時都發生了氣測值升高的異常現象，占72%；有11 口井氣測值升高，出口鉆井液密度降低，占28%；僅2 口井是在鉆時加快時發現的，占5%。這表明在2017—2020 年所有發生的溢流井中，絕大多數是在井底發生溢流的一個循環周期之后才被發現。因此密切關注鉆井參數異常變化，能提早發現溢流，可以有效地降低處理難度。

圖3 2017—2020 年溢流井異常參素變化比例

2.2 發現異常參數后采取的措施

在鉆井過程中，當發現異常參數變化時，技術人員通常會采取循環觀察、關井、停泵觀察或節流循環等措施。循環觀察和停泵觀察屬于敞口措施；關井和節流循環屬于關閉井口措施。一旦發生溢流，停泵觀察能夠通過觀察井口情況直接判斷是否發生溢流，以便及時采取措施。循環觀察不會遏制井底溢流，反而會使溢流的顯示更加明顯。當井口流量增加到一定程度時，氣測值異常或出口鉆井液密度降低，此時對溢流做出判斷后才進行關井。所以說，循環觀察不是在有效控制井底溢流的基礎上采取的措施，這種做法實際上延遲了控制溢流的時機，加重了溢流的嚴重性［6-7］。

圖4是2017—2020年冀東油田所有溢流井發生參數異常后采取措施的統計圖。由圖4可知：約占48%的溢流井都采取了關井的措施，但是仍有33%的溢流井最初采取的是循環觀察措施。這一結果表明：對于發生溢流的井，最初發現異常后都采取了措施，雖然壓井成功，但是仍有一部分溢流井沒有得到最科學、最有效的處理。

圖4 2017—2020年溢流井發生參數異常后的措施

2.3 壓井過程中壓力的控制

1）壓井過程中操作人員不了解壓力傳播的滯后性，導致壓力控制紊亂。

現場壓井過程中，由于操作人員不熟悉壓力在液體中傳遞的滯后性，過快地調節節流閥的開度，導致不能穩定地控制立管壓力。然而，壓力過大則會壓漏地層，壓力過小則會導致壓井過程中地層流體繼續侵入，最終使整個壓井施工失敗甚至導致溢流更加復雜［8-9］。一般情況下，壓力在鉆井液中傳遞的速度約為300 m∕s，調節節流閥的閥位開度后，壓力傳遞到立管壓力表時一般需要十幾秒時間，所以現場操作人員必須了解壓力傳遞的性質，對節流閥做出調節后要等待壓力傳遞到立管壓力表，再進行下一步調節，否則就會使壓力混亂，井底壓力忽高忽低。

2）當套管壓力升高時，增大節流閥開度，以降低套管壓力。

現場操作人員如果不了解流體性質、不熟悉壓井原則，在壓井過程中發現套管壓力升高就盲目地打開節流閥的開度來降低套管壓力，則會導致井底壓力低于地層壓力，使地層流體進一步侵入井眼環空，不但達不到壓井的目的，反而會導致溢流更加嚴重［4，10］。

壓井的原則是確保整個壓井施工過程中井底壓力略高于地層壓力。發生溢流后，地層流體侵入井眼環空，但很少侵入鉆具內，鉆具內部鉆井液基本性能穩定，所以壓井過程中能夠很好地通過控制立管壓力進而控制井底壓力，確保整個過程中溢流不繼續發生。

3）通過關井立管壓力計算壓井液密度，增加適量附加值。

根據井深儲層顯示、流體物性等因素確定關井立管壓力，計算壓井液密度和適量附加值。制定合理壓井方案，根據關井數據、壓井液密度、低泵沖壓力、溢流流體性質和最大關井壓力等數據填寫壓井施工單，在壓井施工單上繪制出立管壓力及控制范圍，同時繪制套管壓力大致曲線和控制范圍作為參考，以便保持井底壓力大于地層壓力而小于漏失壓力，從而提高壓井作業中壓力控制的精確度。做好準備工作后，操作人員需要嚴格按照壓井施工單進行壓井作業。

3 結論

1）應對油田鉆井溢流時，首先要了解油藏特性，搞清楚井控風險的主要原因。冀東油田的井控風險較高的層位是沙河街組，且在主要斷塊附近，井控風險的主要原因是注水開發。

2）翼東油田在降低井控風險、提高壓井質量方面還有一定的提升空間：第一，重點層位施工時，密切關注鉆井參數，發現異常時采取正確排除措施，提早發現溢流；第二，正確關井，記錄并確定正確的關井壓力，求取立管壓力，得到準確關井數據；第三，提高現場技術人員和操作人員的井控技術水平。