吴起油田钻井井控技术研究

2022-12-01温建强

化工设计通讯 2022年10期

温建强，王勤，习啸

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 716000）

1 区域现状

对于石油资源勘探与开采来讲，其最重要的环节就是钻井作业，钻井施工的质量会对后期油井的产能和生产稳定性产生重大影响，同时钻井施工的最终质量会影响后续整体的作业施工，因此需要强化对钻井工程施工的管控，在施工中采取相应的措施，以提升施工的质量控制[1]。

吴起油田从20世纪90年代开始勘探开发，随着油田技术日益提升，吴起油田开发力度也逐年加大，尤其最近几年，开发力度尤为明显，年钻井数也是居高不下。随着油田大力开发，井下地层情况也是越来越复杂，井下复杂事故时有发生。目前钻井面临诸多挑战。

1）吴起油田规模注水前期，依靠自然能量开采，地层压力衰竭速度较快，压力保持水平低，随着注水规模的不断扩大，地层压力逐步恢复，地层能量明显改善（如图1所示），地层压力保持高水平（如图2所示）。

图1 油层压力测试

图2 地层压力保持水平

2）钻井新技术带来新的挑战。随着大斜度井、水平井钻井技术的日趋完善，老油田开发致密油和挖潜剩余油进入规模开采，伴随而来的井下作业量也逐年增多，而大斜度井和水平井因其巨大优势作业量也逐年增加。大斜度井和水平井因其井身结构特殊，与常规井相比，施工难度大。近年来，各油田针对大斜度井、水平井的井下作业进行了不同程度的科研攻关和现场尝试，积累了一些井下作业的方法和规律，但也还存在一些技术上的局限性。

吴起油田现在大力采用水平井和大斜度井等高难度井型进行开发。大斜度井水平井井斜大，稳斜段长，井眼轨迹控制难，而且与油层接触面高，钻进过程中伴随压力敏感问题，容易导致地层流体进入井筒，增加施工难度的同时极易发生井壁坍塌和井控事故；

3）偶发的浅层气侵入地带易发生井控事故，尤其在高压注水区和经过增产增注措施后的区域，地层压力较高容易上窜形成异常高压圈闭，钻井过程中在上部地层容易发生井控事故。

井控事故按事故发展程度表现主要有溢流和井喷两种形式。在作业过程中，由于防防措施不当，补救工作不及时，会造成严重井控事故发生。井喷失控轻者可导致资源浪费，造成环境污染，重者可导致全井报废或对整个油田的严重破坏，给企业和社会造成严重影响。因此，要加强井控风险意识，提高井控风险认知，提升井控技术水平，全力做好井控防范工作，减少井控事故发生。

2 井控技术应用

油井的井控技术对于油藏开发的安全性能有重要的保障作用。主要有以下2点：

1）保持合理的钻井液性能，保持井底压力与地层压力平衡，保护井壁，保障钻井工作正常进行。

2）当地层流体侵入井筒时，使用适当的井控技术阻止地层流体持续侵入，重新使井筒内压力与地层压力维持平衡。

应用井控技术主要采取的措施包括：①科学设计井身机构，以保证较大的地层承压能力；②慎重选择钻井液的性能，以实现平衡压力钻井的要求；③起钻时要按照规定做到连续灌浆，下钻时要控制好速度，并注意及时调整钻井液的性能；④通过有效的方法及时检测到溢流，并在发生溢流现象时能够在最短的时间内维持压力平衡；⑤充分准备加重材料与钻井液的储备量；⑥根据不同的钻具和井深确定合理的循环排量。

2.1 钻井液井控

钻井施工时，钻井液技术主要应用在：根据周围相关邻井的压力数据，控制钻井液各项性能指标处于合理范围，以确保井筒内钻井液液柱的压力与地层的压力始终处于平衡状态。钻井液的各项性能主要取决于储层的相关数据，应根据实际的数据进行调整。在钻遇重要油气层时，根据施工设计要求调整钻井液的各项参数，以保持合适的钻井液剪切力和液体黏度、密度和失水度等指标，控制合理钻进速度，防止井壁坍塌或造成岩石孔隙增大而导致地层流体侵入井筒。对于存在高压气层的区域，要时刻监测钻井液的密度变化，因井筒进气会导致钻井液性能变化，必要时可以安装脱气装置缓解，时刻监测钻井液的进出总量，确保进出口流量相同[2]。

2.2 压井工艺

发生溢流现象，第一时间进行关井压井操作，压井原理以“U”型管原理为依据，一边为钻柱，另一边为环空，压井过程中，以均匀的压井排量/泵速向井筒内注入重浆，通过操作节流阀的开度，始终保持井底压力略大于或等于地层压力，即不使新的地层流体再进入井筒，同时又不使压力过高，危及地层与设备。当重泥浆返出井口时，若压井成功，套压为零。

溢流发现过晚会造成井口压力过高，可能会突破井口的控制形成井喷，井喷过程中往往伴有油气产生，此时已无法采用重浆和井控设备配合压井，这就需要针对性的压井工艺，如正循环堵漏压井技术、反循环堵漏压井技术和速干水泥动态封堵压井等先进技术。

3 目前井控存在问题

3.1 井控意识差

意识是行为的指引，意识不强会导致行为延迟或散漫，遇到事故做不出及时反应。吴起油田现已进入全面注水开发，有些钻井队伍沉浸在过去靠原始能量开发初期，存在侥幸心理，不重视井控的重要性。施工作业现场，不按规定和要求安装使用井控设备，也不积极采取各种科学合理的手段加强监管，甚至出现了消极抵制行为，未妥善处理好经济效益和安全施工之间的关系，导致钻井勘探环节存在重大安全隐患，事故一旦发生，往往将事故处理难度加大，造成不可挽回的经济损失。

3.2 井控设备不达标、管理不到位

井控设备是预防井控事故发生的第一道防火墙，因此必须确保井控设备能正常使用。井控技术所涉及到的设备有许多，其中包括地层压力监测相关配套设施、封井器、压井节流管汇等。每个设备都直接关系到钻井作业的安全性与效率。许多施工队伍存在未进行井控设备试压开工的现象，在钻井勘探过程中，部分工作人员不按照企业规范和要求，未对井控设备进行定期化、合理化保养，未建立井控设备保养台账，井控设备管理不到位，容易引起井喷事故失控。

3.3 人员素质影响压井效率

油田施工人员普遍文化素质比较低，钻井知识不足，缺乏系统的井控技术人才。井控技术人员不能对压井工作进行基本科学计算，不能第一时间确定压井液密度，只能采用边循环边加重，直至不出现溢流，才确定合适的重浆性能指标，而且压井循环过程中存在固相沉降现象，导致钻井液密度越来越低，使原有建立的压力平衡再次打破，地层流体再次进入井底，引发再次溢流，需二次压井。这种拉锯战严重影响压井效率，延长压井时间，增加压井难度[3]。

4 井控案例分析

1）旗胜44-315井，位于吴起县庙沟镇米渠村，2021年9月8日完钻循环中，司钻发现有轻微溢流现象，第一时间配重浆进行压井，中间断断续续有轻微溢流，直至9月12日才得以控制。此次事故虽然比较轻微，但是前后持续四天时间，经济损失达上百万。分析事故原因，首先钻井过程中没有实时监测地层压力，本井处于注水高压区，周围有注水井没有及时关停泄压，使其地层压力过大，导致溢流发生；其次操作不规范，发现溢流，应该首先关井，观察套压立压，再根据压井原理，确定合理的压井液密度。

2）吴采25-48-10井，位于吴起县楼坊坪镇米渠村袁和庄村，2022年3月23日在钻至2km左右时，发生井喷，现场钻井队第一时间关井，组织压井作业，而刚关井后井口发现刺漏，分析原因是井控设备失效，而且刺漏越来越严重，地层流体喷出井场外围，井喷失控，最后上报采油厂，研究决定固井控制事故扩散，连夜上固井作业，将井筒内连同钻井设备全部封固。此次事故不仅造成了相当大的经济损失，还对周围环境造成破坏，造成极大负面影响。分析事故原因，最主要是井控设备无法正常使用，在事故发生时，无法发挥作用，导致后续无法正常压井，最终导致井场报废。

5 采取井控技术措施

5.1 平衡钻井施工

在准备钻井作业时，收集好相关井的所有压力资料：钻井设计应提供全井段地层孔隙压力和地层破裂压力剖面、邻井地层承压实验资料、油气显示及复杂情况详细描述；在注水开发区钻井，要及时查清注水分布及注水情况，提供分层动态压力数据，钻开目的层前应对注水井采取停注、泄压和油井停抽等措施，直到该井套管封固候凝为止；在可能含有硫化氢等有毒有害气体的地区钻井，设计中应对其层位、埋藏深度及含量进行预测，并明确提出相应的安全和技术措施[3]。钻井队伍根据设计提供的各项资料，确定合理的钻井液的各项性能指标。

5.2 加强对井控设备的配置及维护

充分考虑区域地层压力，确保井控设备安全可操作。防喷器的压力等级应与相应井段中的最高地层压力相匹配。根据防喷器的压力等级选择防喷器的组合形式。钻具内防喷工具、液面报警器及相关井控配备应满足井控技术的要求。各井口装置及管汇安装试压合格后方可进行下一步施工。

井控技术人员应向其他员工详细讲解井控设备的结构、操作流程，并定期开展防喷演习，让所有人员学会如何预防及控制井控事故的发生。井控设施和设备的安装布局要合理便捷，周围不得有障碍物，注重日常维护保养，钻井施工过程中让井控设备时刻处于待命状态。

5.3 建立健全井控应急管理制度，提升工作人员素质

随着钻井技术的日益提高，对钻井从业人员理论技术水平的要求也逐步提高。因此，要注重对钻井作业人员井控技术的培训与加强，要求所有作业人员加强井控观念，提高井控风险思维，增强井控风险意识，了解钻井中各种井控事故发生的诱因和主要表现特征，以便能在钻井施工作业中遇到井控事故做出合理处理。

此外，钻井施工前，需要根据现场情况制定有效的应急响应机制和井控操作规范。开展钻井作业的安全风险评估，明确钻井施工的风险。此外，钻井队要定期开展井控防喷演练，以提高员工对紧急事故的响应能力，完善各种安全事故的预防措施。从事钻井、录井、固井、测井、井下作业生产、技术和安全管理的人员必须持有钻井公司颁发的井控培训合格证，硫化氢培训合格证和HSE培训合格证，证件不全的人员不得上岗操作。

5.4 开展钻井井控新技术研究

为了提升井控作业施工的安全性，在油田的钻井工作过程中，需在井控设备控制能力的基础上，对井控工艺加以优化。在实际的使用中使用合适的压井工艺，可以有效地控制井控事故的发生，对井控安全隐患消除起到促进作用[4]。在实际的钻井施工中，一旦发现施工中存在的问题，就需要及时寻找问题的成因，继而从问题的根源上找寻到保障井控安全设备应用的解决方法。

目前的井控技术已从单纯的防止井控事故发生发展成为保护油气层、防止资源破坏、防止环境污染的一项新技术，已成为后期采油作业高效低成本运营的重要保证。井控技术是保证石油天然气井下作业安全的关键技术。做好井控工作，既能保护油气层，又可以有效地防止井控事故的发生。

为解决井控装备中存在的隐患，应研究新的压井工艺，比如钻井液配方研究和井控设备等压井工艺，从而确保压井的科学性和准确性。