鉆井現場井涌井漏事故原因分析及對策研究

張會利

（大慶油田鉆探工程公司鉆井三公司鉆井三分公司, 黑龍江大慶 163000）

1 概述

隨著我國經濟快速發展, 對石油及天然資源的需求量不斷上升。石油及天然氣勘探對于提高油氣資源儲量、擴大勘探成果意義重大。鉆井工程是油氣勘探的重要組成部分, 鉆井投資在勘探中占有較大比例, 安全、高效的鉆井對于降低鉆井施工成本, 保障施工安全具有重要意義。然而, 鉆井施工現場條件惡劣, 地質條件復雜、設備問題、鉆井施工技術水平問題、施工經驗不足、鉆井液設計不合理等[1], 都會導致鉆井工程事故發生, 輕則耽誤鉆井施工進度, 造成鉆井施工成本上升, 影響鉆井施工效益。重則造成油氣井報廢, 危及鉆井作業人員人身安全, 造成重大人力、物力、財力損失, 造成不良社會影響。在所有鉆井工程事故中, 井涌和井漏是較為常見的工程事故, 事故發生的原因既有認為操作失誤, 也與地質條件有關, 在井涌井漏發生初期, 加強事故預警, 及時采取有效措施處理事故隱患, 對于提升鉆井施工安全, 保障高效鉆井具有重要意義。

2 井涌、井漏發生的原因分析

2.1 井涌發生的原因分析

井涌是鉆井施工過程中較為常見的異常情況, 鉆井液設計密度過低或者地層異常高壓都會導致井涌的發生[2]。井涌的一旦出現, 要及時的發現并采取適當的措施予以控制, 否則容易導致井口失控, 最終導致井噴的發生, 造成嚴重的經濟損失。因此, 要熟悉井涌發生的原因, 了解井涌發生的征兆, 以便出現井涌時, 能夠采取有效措施。井涌發生的原因歸結為以下幾類：

（1）當鉆井過程中鉆遇異常高壓地層, 地層壓力大于井筒內液柱壓力, 在壓差的作用下, 地層流體進入井筒內, 導致井涌的發生。

（2）鉆井液密度設計過低, 導致井筒內壓力小于地層壓力, 最終出現井涌。

（3）鉆井過程中由于地層流體的不斷侵入, 導致鉆井液密度降低, 井筒內壓力小于地層壓力, 加劇了井涌的形成。

（4）起鉆時, 沒有按照設計向井筒內加入足夠的鉆井液, 使得井筒內液柱壓力降低, 小于地層壓力, 導致井涌的發生。

（5）發生井漏時, 沒有及時補充鉆井液, 井筒內液面降低。

（6）起鉆過程中, 鉆具對地層的抽吸作用, 特別是鉆頭發生泥包時, 起鉆對地層抽吸作用。

2.2 井漏發生的原因分析

井漏也是一種比較常見的鉆井工程事故, 根據井漏發生的劇烈程度, 可以分為滲漏、小漏、大漏以及鉆井液只進不出。井漏在鉆井過程中較為常見, 一旦發現井漏, 要及時處理, 避免釀成重大鉆井事故。通常滲漏和小漏會導致鉆井施工中鉆井液消耗量增加, 推高了鉆井施工成本。當發生大漏或者鉆井液只進不出的漏失時, 要高度重視, 防止出現井壁垮塌、卡鉆等工程事故, 漏失部位如果發育油氣層, 還可誘發井噴。井漏發生時, 在鉆井工程參數上會有預兆, 應及時發現, 井漏事故處理起來難度較大, 因此, 及時發現井漏、采取正確的措施進行控制, 對于安全高效鉆井具有重要意義。井漏發生的原因歸結起來主要有以下幾條：

（1）地層條件復雜, 孔隙、裂縫較發育, 特別是碳酸鹽巖地層, 由于溶蝕作用會形成規模較大的溶洞, 一旦鉆遇溶洞, 容易發生鉆井漏空, 發生井漏[3]。

（2）鉆井液密度設計過大, 導致井底壓力遠大于地層破裂壓力, 地層被壓裂, 鉆井液進入地層, 導致出現井涌。

（3）下鉆過程中, 鉆具下入太快, 使得井底壓力激增, 導致發生井漏。

（4）地層條件復雜, 存在低壓地層, 鉆開地層后, 因壓力過低, 鉆井液進入地層發生井漏。

3 井涌井漏的監測

3.1 井涌的監測

在鉆井施工過程中容易出現井涌, 應做好監測預警, 及時準確發現井涌, 采取有效措施進行控制, 如若發現不及時或控制不當, 容易使井涌加劇, 導致井噴事故的發生。根據不同階段, 井涌的監測及預警方式也不同。

（1）鉆進階段井涌監測。在鉆進過程中, 應提前了解區塊地質情況, 預判地層壓力異常區域, 及時發現井涌征兆。對于一些鉆井異常情況, 例如鉆井突然加速、放空等現象要重視起來。通常鉆開油氣層后, 由于儲層還有烴類氣體, 氣測值會上升, 鉆井液出口流量、壓力、密度均會出現不同程度降低, 如若氣測值持續上升, 池體積持續增大, 出口密度持續下降, 當達到一定門限后, 即可確定為井涌, 此時應及時通知鉆井隊, 采取必要措施來控制井涌。如果措施并未奏效, 井涌沒有得到有效控制, 應發出井噴警報。

（2）起下鉆過程中井涌的監測。大多井涌事故都發生在起下鉆過程中, 特別是鉆開油氣層后, 起下鉆過程中施工措施不當, 極易導致井涌、井噴的發生。

起鉆過程中發生的井涌多是因為沒有按照設計加入足夠量的鉆井液, 導致井筒內液面降低, 當井筒內液面下降, 井筒內壓力降低, 小于地層壓力時, 地層流體進入井筒內, 形成井涌。此外, 當鉆頭發生泥包或起鉆過快時, 起鉆過程會產生較強的抽吸作用, 使得井筒內出現負壓, 地層流體進入井筒形成井涌。因此, 起鉆過程中, 應時刻留意井口有無溢流情況, 如果發現溢流, 應立即采取措施予以控制。

下鉆過程中井涌多是因為下鉆速度過快, 引起井底壓力激動, 井筒內液柱壓力大于地層壓力, 井筒內鉆井液進入地層, 當井筒內漏失的鉆井液量過多, 井筒內液柱小于地層壓力, 此時, 地層流體會進入井筒, 引起井涌。因此, 在下鉆過程中, 應加強對鉆井液返出的監測, 發現井涌跡象應采取有效措施, 進行控制。

3.2 井漏的監測

井漏是較為常見的鉆井工程異常情況, 當出現井漏預兆時, 應準確判斷發生井漏原因, 采取合理措施進行處理。做好井漏的監測是關鍵, 在監測井漏方面, 首先應了解區塊地層壓力情況, 做好井筒壓力監測, 井漏最直接的表現是鉆井液體積減小, 錄井池體積能夠較好地反映井漏的發生。根據不同階段發生的井漏, 判別方法不同。

（1）鉆進階段井漏監測。在鉆進階段, 需要不斷消耗鉆井液, 鉆井液體積會出現波動, 單依靠鉆井液監測井漏, 準確率不高, 需要綜合考慮錄井工程參數。正常情況下, 機械鉆速較低時, 鉆井液體積變化相對較小, 通過鉆井液體積變化是發現井漏的主要手段, 當機械鉆速變化較快時, 還需要考慮鉆井液密度、地層壓力、泵沖等參數的變化, 同時結合錄井識別的地層巖性情況, 當地層滲透性較好時, 鉆井液體積如出現較大變化, 可能是井漏的預兆, 需要結合其它參數進行排查確定。

（2）起下鉆過程中井漏。起下鉆過程中監測井漏, 需要了解區塊地層情況、地層壓力情況、起下鉆過程中鉆井液返出情況, 通過綜合分析, 判斷鉆井異常的情況。起鉆時, 通常起出一點數量鉆具, 需要注入固定量的鉆井液。當注入鉆井液量增加時, 可能是出現了井漏。在下鉆過程中, 由于鉆具下入過快, 地層壓力發生激動, 當壓力激增時, 可能導致地層破裂, 引起井漏。通過分析下入固定量鉆具, 鉆井液返出量有無增加, 來判斷有無井漏的發生。此外, 需要分析鉆井液出口溫度、電導率變化, 當有鉆井液返出時, 電導率明顯增大。鉆井液有返出時, 冬季溫度變化明顯, 夏季溫度變化不明顯。

4 實例分析

在鉆井現場, 加強對井涌井漏的監控對于安全高效鉆井意義重大。隨著信息技術的發展, 各種隨著監測軟件及系統應用而生, 雖然各種軟件大同小異, 最根本的原理都是從分析鉆井參數出發, 針對井涌井漏響應最明顯的參數, 確定優先級, 然后每項參數確定一個門限值, 變化超過門限即發出預警。

ZS11井發生井涌時的參數變化情況, 該井鉆至2393m時, 全烴值快速上升, 立管壓力下降明顯, 同時總池體積上升, 反映地層流體進入井筒內, 導致返出鉆井液量增加。隨著地層流體進入井筒內, 返出的鉆井液密度下降。綜合以上信息, 綜合判斷該井發生井涌, 現場人員及時通知鉆井隊, 采取合理措施進行處置, 確保了鉆井施工安全。