钻井井控压井方法应急决策探讨

汪光太 高魁旭 吴 虹

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

钻井井控压井方法应急决策探讨

汪光太 高魁旭 吴 虹

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

通过全面分析影响压井方法应急决策的主要因素，提出及时性、安全性、有效性和低成本为原则的压井方法选择依据，初步架构井控压井方法决策流程，有助于增强关井后的早处理意识和提高钻井井控全程应急管理能力。

井控 应急管理 压井决策

随着油气勘探钻井越来越深、环保要求越来越高，高压、高含硫、高危的“三高井”比例逐渐增加，特别是气井钻井数目的日益增多，使得在钻井过程中压井难度也明显增加。

钻井井控压井环节是井控突发事件的一个风险源。要防止井喷事故，首要环节就是要及时发现溢流险情，并立即关好井，但关好井并不意味着安全。在生产实际中，进行多次同方法重复性压井作业，还不能有效控制和排除溢流的实例并非个别，更危险的是不少井喷事故是在关井后的压井作业期间发生的。据不完全抽样调查统计，在关井后的压井作业期间因压不住井、不能有效控制和排除溢流而导致发生井喷事故的井占所有井喷失控事故井的比例一度达到40%以上。

1 钻井井控压井可选方法

压井作业是钻井井控的关键环节。压井作业在某种意义上虽然属于设计变更管理的范畴，但不仅仅是调整钻井液密度，往往还会牵涉到优选压井方法、方案的问题。

一提到压井，人们最常想到的是司钻法压井(即钻井承包商法压井)、工程师法压井(即等待加重法压井)。井控操作培训和模拟器上压井模拟也常以这2种方法为主，但现场情况复杂多变，有时采用常规的司钻法压井或工程师法压井并非最佳，甚至不能达到压井目的，而需要采用其它如下井控压井方法和相应配套措施。

正循环司钻法压井（即常规司钻法压井）；

正循环工程师法压井（即常规工程师法压井）；

反循环司钻法压井；

反循环工程师法压井；

循环加重法压井；

压回法压井（挤压法、平推法、硬顶法）；

置换法压井；

立管压力控制法；

体积控制法；

低节流压力法。

作为排除溢流的压井作业这一环节，技术是最复杂的，难度也相当大，易发生井喷失控事故。在实际井控压井应急决策中如何优选方案，显得尤为重要，这就需要熟悉各压井方法的适宜条件、主要影响因素，分析不同的井况、工况，才能做出有效决策。

2 压井方案应急决策的影响因素

发生各种溢流、井涌关井时的情形不尽相同，有时会遇到诸如溢流中含硫化氢、井漏、钻头不在井底、空井等工况，以下都是在确定压井方法、方案时值得考虑的因素，其中有些甚至是决定性因素。

2.1 硫化氢（H2S）

硫化氢是一种剧毒、可燃气体，H2S溶于水后便立即电离呈酸性并具有腐蚀性，H2S水溶液与钢材发生电化学腐蚀后会释放出氢，被钢吸收的氢原子，可使高强度管材产生氢脆现象而立即损坏，特别是管子处于拉伸状态有应力集中时，更易发生脆性破坏。

如果预计硫化氢分压大于0.3kPa时，套管、钻柱等其他管材和地面设备、工具就应考虑抗硫特性。虽然控制钻井液pH值在9.5以上和采用除硫剂，可以减少出现游离硫化氢的可能性，但存在大量硫化氢侵入时，采用常规方法把含硫化氢气体循环出去还是存在安全隐患。同福6井就是在因漏而喷后，长时间堵漏压井而未压住，溢出气体中硫化氢浓度太高，使钻具因腐蚀而断裂落井，最后被迫注快干水泥封井。控制含硫化氢的溢流压井，理想的办法是将硫化氢压回到地层中。

2.2 井漏

在钻井过程中发生井漏，会引起井内液面下降，使环空液柱压力降低而不能平衡地层压力，可能使较高地层压力中的流体进入井筒，诱发溢流或井涌，导致上喷下漏或喷漏同层。当钻至高压油气水层发生溢流、井涌、井喷，可能会因关井压力太高或采用较高密度的钻井液压井，导致上部低压地层发生井漏，形成下喷上漏。

喷、漏层位的相互位置关系和堵漏、止喷的先后性都会影响压井方法的选择和压井方案的决策。实践表明反循环堵漏压井同时作业法的成功率是最高的。

2.3 空井

如果是在空井溢流后关井，意味着井内没有常规压井所需的压井循环通道，必须采用特殊方法降低井口套压，以利于强行下钻，或者直接排除井口套压。

2.4 井内钻柱的钻头位置

钻头与溢流层位、溢流物在井筒中的相对位置对压井程序和方案的选择也会产生影响，比如溢流物在钻头之下，是采用压回法，还是先采用常规压井法打重浆帽，再强行下钻或敞口下钻，就要全面综合考虑井口设备配套、套压、有无硫化氢、有无漏失等多方面情况。

2.5 循环通道

正常的循环通道是实施有效井控和后续钻井作业的必备条件。不但内防喷工具、水眼堵塞等会影响压井方法的选择，还会增加井控的难度。假如下部钻柱组合中接有止回阀而没有配套措施，那反循环法就会受限；如喷漏同存压井时，就要考虑到堵漏材料对钻头喷嘴的潜在影响。

2.6 套压

套压是压井过程中非常重要的监控指标，在全面掌握地面防喷器额定工作压力、套管的抗内压强度和裸眼段地层最小地层破裂压力的基础上，确定最大关井压力，同时要考虑不同的压井方法、方案对套压升高值的影响，以便预留足够的套压安全余量。

2.7 立压

立压是选取压井方法的重要参考指标。如在钻头接近井底、无井漏而立压为零的情况下，可以立即采取司钻法，节流循环检查溢流或排除侵入流体。

2.8 套管下深

当套管下深较大时，有时可使最大关井套压得到提升，在裸眼井段比较短的情况下，更有利于选用压回法压井。例如，有的油田就明确规定：对于技术套管下到油气层顶部的井(不包括浅气井)，最大关井压力可不考虑套管鞋处的地层破裂压力。这有利于采用压回法将含硫化氢的井内溢流物挤回地层。

2.9 压井准备时间

如果压井作业准备时间太长,对于气侵或气油比较高的油侵，易使低密度气体滑脱上升，而使井口压力增加到安全极限。为防止憋裂套管或憋漏地层，就要被迫放喷泄压,高压放喷泄压易刺漏地面设备和管线，同时造成溢流进一步增多、甚至产生井眼坍塌,增加井控难度。在选择压井方法时就应有预见性,及时采用司钻法有效排除溢流，防止井口压力过高。

2.10 加重材料储备

加重材料储备不足，会延长压井作业准备时间，而产生相应的不利因素，影响井控方案的决策和实施。钻井作业过程中必须在现场按设计要求准备足够的加重钻井液和储备足够的加重材料，应避免本应储存在井场的加重材料分片集中储存。

3 压井方法选择原则

钻井实践表明，只有坚持早发现、早关井、早处理的钻井井控工作思路，才是确保二级井控成功、恢复后续正常钻井作业的关键。特别是诸多不利因素会影响到压井方法的选择，在井筒实施有效关井后，要尽早实施压井处理。考虑井中状况的差异性，综合分析各种因素对压井作业的影响，按照压井处理的及时性、安全性、有效性和低成本原则来选择相应的压井方法显得尤为重要。

3.1 及时性

压井处理的及时性一方面体现在要有压井处理预案，这在开钻前就要制定好，纳入现场井控应急处理范畴，避免临时决策而延误处理时间。及时性另一层含义是指所选压井方法在有效关井后可以立即付诸实施，不必等待。例如，在可采用司钻法和工程师法压井的条件下，合适密度的压井钻井液还未配好，就不应等待，优先采用司钻法压井。

3.2 安全性

安全性是任何工程作业的首要考虑因素。对于压井作业的安全性主要涉及到以下几个方面：

（1）硫化氢：如硫化氢浓度太高、溢流量大，应考虑对钻柱、地面设备的潜在破坏性，将溢流压回地层应是首选。

（2）压井过程中井底压力：在压井过程中，作用于井底的压力应始终保持相对稳定，并能平衡地层压力。

（3）压井过程中井口压力：压井套压不得超过井口装置和套管的安全允许值。

（4）地层漏失：确保压井过程不会引起压裂裸眼段薄弱地层而导致发生严重的地层漏失。

3.3 有效性

所采取的压井方法要在排除地层侵入流体、降低或消除井口压力方面见到实效，避免放喷引起溢流增加、井控复杂化和井眼坍塌的危险。

3.4 低成本

在满足上述条件下，要采用低成本策略，选择施工难度小、压井作业本身耗时较少、钻井液损失尽量小的方法方案，力争使关井至排除溢流止的时间最短，这对于复杂地层和气体溢流显得尤为重要，可以减少井下复杂，避免因长时间关井、气体滑脱上升而造成的井内异常高压。

4 井控压井方法方案应急优选

井控压井方法方案的选择是关系到钻井井控压井成败的重要因素。正是由于关井以后，井况条件的复杂性，涉及到多方面的影响因素，要成功压井，有时靠一种压井方法是不够的，而需要采用几种方法及其配套措施，这就要有预定的程序方案。

在确定压井方案时，对于不同的影响因素，按上述原则来优选井控和压井方法时，还要考虑相应的配套措施（见表1），同时遵从一些优先选用的基本原则，即在安全性优先基础上，还要考虑井底常压法优先、司钻法优先、反循环优先和避免畅喷原则，其实井底常压法优先、司钻法优先、反循环优先和避免畅喷原则本质上与安全法优先是一致的。

安全性优先：即压井方法的安全性要先于及时性、有效性和低成本原则来加以比较、考虑。

井底常压法优先：能采用井底常压法压井，即能确保压井时井底压力过平衡地层压力，并保持井底压力相对稳定时，绝不采用井底欠压的方法压井，而引起新的溢流侵入。

司钻法优先：指当合适密度压井液还需配制或数量不够时，不再等待采用工程师法压井，而直接优先采用司钻法压井。

表1 井控压井方法首要考虑因素与方法优选及其配套措施

反循环优先：现场实践表明，在井下发生漏失且漏速较大时，采用反循环堵漏压井同时作业法比采用正循环的堵漏压井方法效果更明显、成功率更高，可实施反循环堵漏压井时应优先采纳。

避免畅喷原则：有预见性地采取节流泄压的井控方法，绝不采用畅喷放喷方法，避免井壁坍塌、埋卡钻柱。

根据以上压井方法选择依据和以安全性为基础的优选原则，横向上按井中钻柱的有无和相对长度，纵向上综合考虑其他制约条件和配套措施，可以基本形成如图1所示的井控压井方法决策流程，从而为制定预案和钻井井控压井方法应急决策提供有力支持。

5 建 议

通常在钻井现场，强调最多的就是尽早发现溢流、及时进行关井操作。通过早发现、早关井措施对预防井喷事故的发生取得明显的成效。然而，对关井后如何早处理强调的少，重视也不够，不少井喷事故就是在正确的关井后发生的，甚至有些井在实施压井作业未成功后不得不进行封井处理。如何避免关井后还没有准备好压井的条件，井内的状况就已恶化，甚至丧失有利的压井战机，这不但要求在平时必须随时做好能立即压井的准备工作，而且要强化井控全程应急管理工作，特别是井控压井方法的应急决策。

（1）首先，在开钻前应根据所钻区域的地质条件和勘探开发状况，不但要制定好一级井控的保证措施，还应制定适用于本区块的二级井控应急预案，明确压井措施和优选压井方案，避免井控压井过程中的等(方案)、靠(上级)、要(支援)，使压井准备工作提升到能“立即压井”的准备高度。

（2）重视现场压井作业的监督管理，明确井控压井方法、方案决策人，避免多头管理。

（3）对于井控压井方法方案的选择应坚持把安全性作为第一优先原则。

（4）对于井漏速度较大的压井，在无其它限制情况下，应优先采用成功率高的反循环堵漏压井同时作业法。

（5）在可用工程师法压井，但不能立即实施时，应优先采用司钻法压井。

[1]吉永忠,高强,兰霞,等.对同福6井上喷下漏处理的认识[J].钻采工艺,2003,26（5）:98-100.

[2]马宗金.总结经验教训提高天然气井钻井井控能力[J].钻采工艺，2004,27（4）:1-5.

[3]孙振纯,夏月泉,徐明辉.井控技术[M].北京:石油工业出版社,2005.

The bases of selecting well-killing methods are put forward through analyzing the main factors of influencing emergency decision,and they are timeliness,safety,effectiveness and low cost.Preliminary well-killing decision-making framework is constructed,which is helpful to enhance early treatment awareness after shut-in and improve entire emergency management capacity in well control process.

well control;emergency management;well-killing decision

汪光太（1966-），男，高级工程师，先后从事水平井技术研究、工程技术服务、监督技术管理工作。

尉立岗

2012-09-10▌