哈萨克斯坦里海盆地M区块浅层气井控技术_技术研究

摘要

摘要：浅层气难于防控的主要原因是气层埋藏浅，一旦打开气层，气体很快窜到井口，还没有来得及采取措施，已经发生井喷或井喷失控，即便是控制了井口，也容易憋破地层，气体窜至地面，造成财产

摘要：浅层气难于防控的主要原因是气层埋藏浅，一旦打开气层，气体很快窜到井口，还没有来得及采取措施，已经发生井喷或井喷失控，即便是控制了井口，也容易憋破地层，气体窜至地面，造成财产损失、井眼报废和环境污染。哈萨克斯坦里海盆地的M区块，在270～510m井段的不同层位埋藏着十分活跃的浅层气。钻井中为了做好浅层气防控工作和提高固井质量，对M区块前期发生的浅层气井喷情况采取了一系列行之有效的措施：①优化钻井设计；②第1次开钻井段，采用大排量循环固井，水泥浆返至地面，保证历324 mm套管固井质量；③第2次开钻井段要注重1次井控；④第3次开钻井段采用设计钻井液密度和失水的下限，控制钻时，保证井眼清洁；⑤第4次开钻在碳酸盐岩地层钻进，注重硫化氢防护和防漏。推行上述配套技术，目前在该区块已经完井42口，避免了井喷失控，保障了钻井工程的安全、质量和速度，保护了资源和环境，为同类浅层气井的钻井施工提供了经验。

关键词：浅层气；井喷；环空窜气；固井质量；环保；哈萨克斯坦

1 M区块勘探初期钻井情况

在西方公司管理M区块时期，共钻井5口，其中3口井因浅层气问题报废，虽然有2口井钻达设计井深完井，但仍然存在环空窜气问题。更为严重的是M-3井：井喷、失控、着火、烧毁设备、报废，并造成大面积环境污染，在当地造成了不良影响。当地政府多次强调，如果不能解决M区块的浅层气钻井技术难题，将取消作业者的勘探开发许可证。这5口井的基本情况如表1所示。

表1 M区块的浅层气钻井技术表

井号	井深	套管层数及最大下入深度	完井情况	存在问题
M-1	402	Ø324mm×105m	报废井	气体窜到地面
M-1a	1175	Ø324mm×162m+ Ø245mm×398m+ Ø168mm×657.58m	采油井	固井不合格，环空冒气
M-2	402	Ø324mm×161m+ Ø245mm×399.60m	报废井	Ø245mm套管内外均窜气
M-2a	760	Ø324mm×160m+ Ø245mm×382m+ Ø168mm×750m	采油井
M-3	401	Ø324mm×146m	报废井	井喷、失控、烧毁设备

1) M-1井：使用Ø394mm钻头钻至106m，下入套管Ø324mm×105m，固井水泥浆返至地面。2002年12月19日，第2次开钻，使用Ø394mm钻头钻至402m，起钻至井深302m，发现气流并关井，立压为1.5MPa，套压为1.8MPa。随后发现井口周围气体窜到地面(见图1、2)。后来注水泥塞，该井工程报废。

2) M-1a井：使用密度为1.19g/cm³的钻井液，钻至353m井漏，漏失速度为3.8m³/h。堵漏后，于2003年6月18日钻至井深1175m，分别下入套管Ø324mm×160.63m+Ø245mm×398m+Ø168mm×657.58m，正常完井。但是，生产套管固井质量不合格，CBL测井：550m以上井段套管接箍明显，Ø245mm和Ø168mm套管环空冒气。

3) M-2井：于2003年10月30日开钻，钻至井深402m，分别下入套管Ø324mm×161m+Ø245mm×399.60m，固井后11h，两层套管之间的环空溢流出水和气体，测得压力为1.2MPa。后来，环空多次挤注水泥，仍然窜气。另一方面，在Ø245mm套管内部，钻水泥塞至井深295m，全烃为5%，密度为1.08g/cm³，溢流，关井套压为0.8MPa；加重密度至1.39g/cm³，套压为0.3MPa，套管内外仍然窜气，为了安全，在Ø245mm套管内注水泥塞，该井工程报废。

4) M-2a井：于2004年1月19日，该井用密度为1.21g/cm³的钻井液钻至井深760m，下入套管Ø324mm×160m+Ø245mm×382m+Ø168mm×750m，固井20h后，Ø245mm和Ø168mm套管环空压力为2MPa，接管线引出点燃长明火把至今。

5) M-3井：于2004年2月8日开钻，套管下深Ø324mm×146m，2004年2月15日使用Ø295.3mm钻头钻至401m完钻，钻井液性能：密度为1.16g/cm³；黏度为48s，在316～323m井段，打开浅气层。循环后全烃为0.5%，起钻至井深316m，循环1h全烃由25%降至0.2%，至2004年2月16日起钻至井深300m，发现溢流，当抢接方钻杆时，气体和钻井液混合物涌出转盘面，关井失败，井喷失控、着火、烧毁设备(见图3、4)。经过拆除、清理被毁设备，爆破灭火，更换井口装置，连接液压控制管线，关闭防喷器之后，注水泥塞，该井工程报废(大火燃烧6d)。

2 M区块浅层气特点及钻井施工难点

1) M区块浅层气特点：M区块浅层气埋藏浅(M-2井在井深270m就钻遇了气层)、井段长(M-18井在井深510m还有高压气层)、范围广、异常活跃、地层脆弱。

2) 钻井施工难点：①表层套管只能下到气层顶部，第1次开钻要保证不打开气层。如果第1次开钻打开气层，浅层气问题将更难处理；②浅层气分布井段长，不能保证技术套管封住全部气层；③钻井液密度不能太高，否则，造成井漏；④由于气层埋藏浅，气层距离地面较近，气体一旦进入井内，很快到达井口，几乎没有预警时间。另外，气体压缩比小，气体上升过程中膨胀比也相对较小。因此，发现溢流比较困难。施工中往往是发现溢流，随即井喷；⑤起钻抽汲对井内压力平衡影响比较大，气体往往跟随钻头到达井口，造成井喷。一旦井喷失控，容易失火，造成大面积污染；⑥关井压力要控制在适度范围内，压力升高时，要及时泄压，否则，会憋破地层窜到地面；⑦固井水泥浆失重容易引起套管环空窜气，水泥环质量难以保证；⑧井底碳酸岩地层是目的层之一，与上部地层不整合接触，压力系数为1.0左右，打开这套地层时，往往发生井漏。

3 M区块浅层气钻井井控技术

针对M区块浅层气特点及钻井施工难点，主要采取了以下技术措施^[1～7]：

1) 优化井身结构，做好钻井设计：在前期所钻的井中，表层套管下入深度为100m至200m不等，出现了不少问题。设计原则是Ø324mm表层套管下入200m左右，至气层顶部，而不打开气层。Ø245mm技术套管下入400m以上，至油层顶部，而不打开目的层。对于底部侏罗系地层下入Ø168mm生产套管后，使用密度小于1.05g/cm³的钻井液打开碳酸盐岩地层，保护好油气层。每次固井水泥浆均要求返到地面。

2) 第1次开钻井段，大排量循环固井，水泥浆返到地面，保证Ø324mm套管固井质量。

3) 第2次开钻前，除严格按常规安装井口外，还在四通两侧各安装一只液压控制闸门，并双向试压合格，保证及时泄压。

4) 第2次开钻井段要注重一次井控，在不漏的情况下，使用比较高的钻井液密度钻进，“压稳”的概念贯彻到钻进、起下钻等每一个作业环节中。储备足够的高密度钻井液和加重材料。

5) Ø245mm套管使用外封隔器，固井后，根据井下情况适当加回压。

6) 第3次开钻井段使用设计钻井液密度和失水的下限，控制钻时，保证井眼清洁，既防止钻屑过多引起密度上升，而压漏地层，又防止气体侵入量增加使井内液柱压力降低。起下钻平稳操作，防止产生压力激动。

7) Ø168mm套管同样使用外封隔器，并采用双凝水泥浆固井。先安装套管头卡瓦，后固井，然后视井下情况适当加回压。

8) 第4次开钻在碳酸盐岩地层钻进，注重硫化氢防护和防漏。

4 M区块浅层气钻井情况

1) M-4井井喷情况：该井设计井深为648m，下入表层套管Ø324mm×200.46m+Ø245mm×399.78m。2005年4月8日使用Ø216mm钻头钻至井深561.48m发生井漏，漏失速度为8.39m³/h，钻井液密度为1.18g/cm³。从环空灌入钻井液8m³未见到液面。在配制堵漏剂时发生井喷，喷高至天车台。关井立压为3MPa；套压为4MPa。先注入堵漏剂10m³，重新建立循环，后节流循环排气套压降为零，恢复正常钻进。M-4井于2005年4月13日下入油层套管Ø168mm×644.06m并固井，关井候凝。发现水泥样品已经变硬后，为了加快生产进度，在开始拆防喷器节流管汇时发现溢流，随即发生强烈井喷，环空水泥被喷了出来。井喷发生后，装好井口和节流管汇，进行关井，套压为4.5MPa。然后，从环空注入密度为1.28g/cm³的钻井液压井。测CBL发现420m以下固井质量良好，在环空挤水泥19t补救。当时，该井还没有采取先安装套管头卡瓦，后固井的技术措施。M-4井是M区块测得H₂S含量最高的井。

2) M-18井井喷情况：该井设计井深为693m，下入表层套管Ø324mm×204.86m+Ø245mm ×438.06m。2005年11月12日使用Ø216mm钻头钻至井深514.50m，钻井泵的喷淋泵坏，进行修泵(设备配套仅一台泵)工作，在活动钻具5min后，发生强烈井喷，进行关井，套压为2.5MPa，钻井液密度为1.14g/cm³，黏度为56s，放喷点火情况(见图5)。然后使用密度为1.23g/cm³的钻井液进行压井，恢复正常。

5 M区块浅层气钻井井控成效

在中国石化国际石油勘探开发公司接管M区块后，自2005年完成M-3a井(M-3井的替代井)以来，通过实施浅层气井控技术，至2009年7月已经在M区块完井42口(含两口浅层气资源评价井)，尽管出现了3次井喷等异常情况，但是均得到了有效控制。井控技术主要成效有以下几个方面：

1) 避免了井喷失控。

2) 避免了报废井。

3) 固井质量合格率由前期的20%提高到100%，优良率提高到75%以上^[1～7]。

4) 解决了套管之间环空窜气的问题。

5) 更好地开发了深部碳酸岩油气藏。

6) 避免了环境污染。

6 结论与认识

1) 浅层气钻井需要针对性强的防控技术，细微的疏失就可能导致严重的井喷、失控、设备毁坏、气井报废、资源浪费和环境污染。

2) 一旦井喷关井，应及时放喷、泄压，避免憋破地层窜至地面。

3) 套管外封隔器的使用对提高浅层气井的固井质量起到了关键作用。

参考文献

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[7] 孙振纯.井控技术[M].北京：石油工业出版社，1997.

(本文作者：李作宾中国石化国际石油勘探开发公司俄罗斯中亚大区)