浅层气探井预防及处理措施

朱金亭，汤柏松，魏玉印，吴义标

［1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452］

浅层气分布广泛，约占世界油气田总数的20%，浅层气处理应对关系到钻井作业安全，石油业界一直对其高度重视。针对浅层气探井的存在，从前期地质资料分析，到井位选择、钻井作业、固井工艺、处理应对流程方面来对存在浅层气井分析，逐一解决问题[1]，达到使浅层气井可控，保障人员和设备安全，以满足勘探的需求。

1 浅层气特点

浅层气通常是指发生在表层套管下入深度以内和防喷器组安装之前的地层中的正常压力或异常压力的天然气，该地层的破裂压力梯度较低，不能用普通的关井技术来实现井控[3]。渤海油田浅层气主要分布于明化镇组和馆陶组地层。明化镇浅层气埋藏一般在海拔300～900m，馆陶组浅层气埋藏一般在海拔800～1 400m。浅层气主要的钻井特点与危害体现在以下几个方面。

难以准确预测、埋藏浅、常为突发性的。浅层气埋藏浅，一旦侵入井眼，比油、水侵入井眼的速度快，短时间内就会运移到井口，造成井喷。从溢流的出现到井喷的发生，往往只有几分钟且剧烈，在这么短的时间内很难采取有效措施控制井喷。一旦发生溢出，井喷几乎是不可避免的。

地层薄弱，不宜关井。浅层气埋藏浅且地层疏松，套管处地层耐压强度低，关井易憋漏地层，导致连通海面，故浅层气井喷后不能采用常规方法压井，正确的处理措施应是疏导放喷。由于不能有效地控制井口，在井口产生回压，井喷处理难度比常规井大。

危害性强，易造成人员、设备损失严重。浅层气井喷属于严重的钻井事故，危害极大，常会引起火灾，烧毁设备；一旦气体从海底泥面喷出，将在海底形成凹陷，直接影响到钻井平台的稳定性；由于气体的大量涌出，井口周围海水密度降低，有可能导致漂浮其上的船只陷落；浅层气井喷甚至会因气层枯竭停喷，井内泥浆喷空造成井塌、井眼报废。

井内平衡压力较敏感，允许波动压力低。在浅部气层区域钻进或起下钻时，钻进速度或者起钻速度较快，产生抽吸压力，井内液柱压力稍不平衡，气体就会迅速进入井眼；在钻遇浅层气地层时，起钻“拔活塞”最容易引起井喷。

2 浅层气区域井前期风险识别

以渤海某探井为例，做井位工程物探调查与数字地震。据高分辨率数字地震资料预定井位调查区域内深部地层反射清晰，发现1处异常反射区（浅层气）。

在井场调查区域资料解释深度范围内（海底至海底以下约1s）的地层中，发现1处异常反射区。位于调查区域北部和西南部，顶部埋深在海底以下185～230 ms。预定井位位置在异常反射区内部。根据数字地震反射特征及形态分布，异常反射区含有一定的浅层气，如图1所示。

图1 数字地震判别浅层气区域

3 浅层气区域井作业措施

3.1 优化井身结构

对可能钻遇浅层气地层的探井，井身结构设计中应要求安装隔水导管，安装后可能钻遇浅层气，应适当增加隔水导管入泥深度，且宜坐落在浅层气顶部较致密的地层，并要求水泥返高至泥面。

表层套管安装应遵循以下要求：①表层井段无断层，表层套管应下入至浅气层顶部承压能力较好的地层；②宜避免断层和浅气层处于同一井段。

3.2 钻前注意事项

浅层气井控原则：应遵循大排量循环分流放喷大原则，循环无效才泵入压井液，压井液无效最后打水泥塞封堵。①开钻前，应将浅层气应急措施落实到位，并做好应对浅层气的各项演习。②配制足够量的黏度为35～45 s的般土浆、稠浆及备足两倍井眼容积的压井液，密度不低于1.20 g/cm3。③清点关键钻井材料，保证一定量的现场储备量，包括重晶石、堵漏钻井液材料、土粉、水泥等。

3.3 一开钻进作业注意事项及应急措施

（1）一开控制机械钻速不超过25 m/h。钻井期间下列3种情况之一存在时，应考虑循环观察：①海面有气泡出现时。②当钻时突然加快时。③当准备接单根或立柱时。

（2）起钻时发现异常马上停止作业，静止观察确认，若发生浅层气问题，接顶驱大排量循环，执行钻进期间处理措施。

（3）保证隔水导管水泥浆返高及固井质量，为二开做好基础。

（4）钻进期间一旦钻遇浅层气首先应立即停钻，循环观察，若无异常，则继续钻进，否则以最大泵速泵入搬土浆或海水循环排气；假如不成功，以最大泵速向井内泵入事先配制好的1.20 g/cm3的重钻井液。

3.4 二开钻进作业注意事项及应急措施

（1）根据数字地震研究结果，在井段-200～-250 m、-400～-500 m，-650～-690 m发育浅层气，二开作业需安装分流器。

（2）配制足够量的黏度为35～45 s的膨润土浆、稠泥浆及配置至少60m3密度不低于 1.20 g/cm3钻井液，所有空泥浆池内应放满海水。

（3）钻井期间在下列情况之一存在时，应考虑循环观察：①当气全量高于5%时；②当钻入浅层气1.5m时；③当钻时突然加快时；④当准备接单根或立柱时。

（4）钻进过程中，钻井液密度1.08～1.10g/cm3，维持稳定的钻井液密度。控制钻井参数稳定，加强气体检测气全量情况。

（5）二开8-1/2领眼钻进至中完井深左右，控制机械钻速不超过25m/h；当确认钻遇浅层气后，应循环排气；气全量保持不变，或者呈上升趋势，适当提高钻井液比重，或者以最大排量泵入加重钻井液；如果气全量还不下降，增大排量循环排气；当发现气全量增加过快或气全量过高有井涌或井喷风险时，应马上关分流器同时打开放喷阀及管线，循环放喷。放喷防止管汇发生桥堵，分流系统失效，防止套管外窜流。

（6）中完后短起下钻，短起钻采用倒划眼方式起钻，起钻前要静止井口观察液面10min，测气体上窜速度。

（7）起下钻为防止抽吸和拔活塞现象；控制下钻速度小于0.5m/s，减少压力激动。

（8）起钻时应控制起钻速度以减少抽吸，一旦出现拔活塞现象，应立即停止起钻作业。

（9）起钻连续循环灌钻井液以保持井口液面，并记录钻井液实际灌入量，一旦出现钻井液灌不进去或实际灌入量小于理论值，则立即停止起钻作业，静止观察确认，视井况决定是先循环还是先下钻。若发生浅层气问题，接顶驱大排量循环。起钻至中途必要进行静止观察或循环观察，无任何异常情况方可继续起钻。

（10）在13-3/8"表层套管不使用自动灌钻井液浮鞋浮箍；缩短下套管时间。

（11）固井之前充分循环钻井液，井况正常后再固井。

（12）固井水泥浆设计：使用1.60g/cm3树脂水泥浆体系封固至整个井段。

4 钻遇浅层气井处理措施

4.1 固井处理措施

如钻遇浅层气，中完后固井措施如下：①采用树脂水泥浆体系，比重1.60g/cm3；②水泥浆对全井段进行封固；③采用循环放气的方式，确保气体排光后，再进行固井作业，控制水泥浆失水；④封固浅层气的水泥浆中加入纳米子晶型早强剂PC-A98L，缩短稠化时间；加入新型纳米级二氧化硅PCGS13L，提高水泥石强度，减少水泥石体积收缩；⑤固井结束后，在井口进行加回压，防止水泥浆失重后不能有效压稳；⑥浅层气固井结束后，确保候凝完全到位，才能进行拆装井口作业。

4.2 钻进中处理措施

钻进中处理措施包括以下几个方面：①立即停钻。②迅速将钻杆提出转盘面至少一个单根。③循环观察，确认是否浅层气井涌（如果循环无异常，则恢复钻进；如果确认井涌，则执行后面的程序）。④关闭分流器，同时自动打开导流管，防止憋漏地层，造成套管外窜流。⑤以最大泵速用钻井液通过导流管线循环排气，防止导流管桥堵。⑥如果仍不成功，则根据情况选择如下决定中的一种执行：第一，继续循环排气：待新的重钻井液配制完毕后，以最大泵速向井内泵入新的重钻井液。第二，打水泥塞封堵浅层气层。

4.3 起下钻中处理措施

起下钻中处理措施包括以下几个方面：①立即停止起下钻作业。②迅速接顶驱。③关闭分流器，并同时自动打开导流管线。④以最大泵速用钻井液循环排气（如果循环无异常，则下钻至井底再循环一周以上，然后起钻或继续钻进；否则执行后面程序）。⑤如果仍不成功，则根据情况选择如下决定中的一种执行：第一，继续循环排气。待新的重钻井液配制完毕后，以最大泵速向井内泵入新的重钻井液。第二，打水泥塞封堵浅层气层。

5 结束语

1）钻遇浅层气后，要严格控制钻进速度，边循环排气边钻进，随时监控井下情况，防止意外发生。

2）根据地震剖面有浅层气提示，采用领眼钻进至中完井深后，控制起钻速度，特别是在扩眼钻进时，宜采用不带扶正器的钻具组合，扶正器泥包后，起钻极易形成抽汲，造成浅层气井涌。

3）表层浅层气井涌关井以后循环排气是主要措施，但不宜用超过1.20g/cm3泥浆压井，以免压漏地层后造成又一轮井涌，使井况进一步恶化。

4）二开井口配置分流器，并且在使用、安装、试压等一定要严格按照规范和标准执行。

5）加强对作业人员防范浅层气井喷事故的安全培训，熟悉掌握浅层气的特点、危害性和控制浅层气的安全作业应急程序，提高对浅层气的防控意识和技能。

6）钻井施工过程中要严格执行作业程序，做好防范浅层气的井控演习工作。