浅气层井井控特点分析及预防对策研究

陶加奇

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江 大庆 163411）

1 概述

钻井施工工艺的高速发展中，面临各类疑难井况问题或井控问题，针对浅气层井实施井控的技术水平也获得了进一步优化。然而在实际施工当中，部分工程技术人员会出现疏忽大意的状况，在应对浅气层井控制中未采取有效预防措施，进而导致井涌或井喷事故的产生。浅气层井顾名思义存在于较浅的地层当中，故其钻井液柱压力以及地层平衡压力也相对较低，钻采当中产生的气体进入矿井后极其容易产生地层失衡问题。当地层和井之间的平衡被破坏时，矿井内气体将会经由井口迅速喷出，在到达地面井口后疏松软土地基将会产生地层冲击和喷出事故，导致泄露问题产生，管理风险将因此增大。

2 浅气层井成因及井涌井喷的主要特点

施工当中的浅气层气井所具有的特征为低埋藏深度、储量低，在目前已有的技术条件下商业开采价值不理想的储层。浅气层一般在地质层位中居于上第三系和第四系等较浅的地层当中。在实际开采当中，国内外的大部分海湾区块和长期开发油田、海洋大陆架地区钻井施工中经常会遭遇浅气层[1]。

2.1 浅气层的成因

在通常情况下由于地层沉积速度较大，在沉积过程中地层压力未能得到全部释放，快速沉积行为导致了浅气层井的形成。对于大部分的沉积井来说，其埋藏深度低，体积紧密导致井内压力大，能量的瞬间释放导致井况难预测性，钻井施工将会面临更大的风险。

2.2 浅气层井中井涌发生特点

浅气层的敏感度对井内静液柱压力响应较为敏感，在浅气层地层中实施起下钻施工活动过程中，会产生井筒内柱压力出现不平衡的情况，导致气体进入井眼，故采用拔活塞或起钻抽吸活动，时间只有若干分钟的间隔，在这样短的时间内，有效控制措施执行难度较高。

在浅气层井开发中产生井喷事故时通常具有较高的处理难度，地层疏松以及浅层气埋藏较浅等特性会造成套管处地层承载压力的能力较差，在关闭地层时很容易导致地层憋漏，造成地下井喷状况的产生，同时也容易导致地表破裂，造成井喷，威胁周边环境和人员的生命安全。同时由于难以对井口进行控制，会导致井喷的处理难度大于常规井。

在浅层气井中产生井涌时，通常事故范围会较大。因为浅层气井喷发会造成井内泥浆迅速清空，造成井眼报废或井口塌陷以及进一步失控事故的发生，并造成火灾对钻井设备的损坏。若气体从井口周边地面喷出，将会导致钻机整体下陷等其他严重问题。

浅气层在实际施工当中难以及时预测，经常在无预兆的情况下突然出现。目前已有的浅气层井预测方法还存在缺陷，无法准确预测。部分国外公司在进行钻井时即便地层资料中未显示浅气层，同样需要完成安装分流器。而我国的井口控制装置经常无防喷器的限制，在溢流产生时，很容易产生范围较大的溢流[2]。

3 浅气层的检测

在施工过程中检测浅气层并探究其对钻井可能产生的风险，需要在进行钻井液设计和确定套管程序之前，确定地下是否存在浅气层。目前使用的浅气层预测方法为高分辨地震数据预测法。目前已经有预测深达900m 浅沉积剖面的浅气层预测技术以及新型地球物理设备。一些高分辨率的电弧地震勘测技术与亮点分析技术有助于预测浅气层。电力机动浅层剖面仪的最佳分辨率可达120m,这种设备能给出有关活动的和非活动的储气层的资料。水柱气泡检测仪可以发现气体渗漏,这种渗漏是浅层含气的直接显示。无泡电火花测量仪可进行沉积速度分析并能提供深度达300m的活动与非活动的气体储层情况[3]。

上述测量可在实际施工当中同时进行，此测量方法被称为多重探测。其他探测法还有:绘制探测图的水深扫描、测面扫描声纳，它们能显示出水底的各种不规则的情况及海底的堆积层。除此之外，还有各种磁力表、调谐传感器、剖面仪等。上述提到的探测手段在实际应用当中可具体分析井位地质状况后实施采用，然而在相当大的程度下，只有确定到钻探气层的位置才能真正确定到浅气层。为应对实际的浅气层井施工状况必须对井下状况密切监控，以下几点是值得参考的[4]。

（1）溢流测定是钻井设计时的必要步骤，主要步骤为对附近井的状况实施分析对比，标定有概率遇到的压力化地层和含硫气体地层、漏失层以及情况复杂的地层。

（2）钻井过程当中，为判断溢流状况，需要依据井上的间接显示或直接显示，熟悉井下溢流的形成原因，加深对溢流的发生发展过程认识，利用恰当设备对液柱压力骤然减少实施测定，采用适宜设备以及技术检测地层在开采当中容易产生的瞬时化地层增加，可准确识别地层压力与静液压力二者之间失去平衡的先决状况。

（3）溢流产生以及发展并不是瞬间完成的，而是存在一定过程的。钻井人员对于潜在溢流情况或潜在溢流事故产生，必须实施观察和分析。钻井施工者必须对井下状况实施密切监控，针对有可能产生的井控问题，必须有效监测地面压力和溢流状况，控制井内异常状况产生的概率，控制溢流产生的危险性。

4 预防浅气层井涌井喷的主要对策

4.1 选取合理的钻井液密度

选取合理钻井液密度的要义是防止浅气层井的井喷和井涌事故，其产生原因是钻井时液柱压力产生明显波动，地层压力平衡被破坏。实际施工当中必须强化已完钻开发井和探井的施工情况，准确分析井下情况，统合测井资料和录井资料，针对地层孔隙压力与破裂压力实施技术指标监控，令钻井液达到平衡地层压力的效果，规避地层压漏等状况[5]。

4.2 井身结构优化

在浅气层井钻井开展中引起井喷、井涌的重要原因是抽吸速度太快。为有效降低矿井控制风险，应加强矿井结构的合理优化，避免钻井速度过快。根据油田浅气层测井结构调查，将包括浅气层在内的井段测井改为三开孔测井，不仅能有效地避免钻井抽水现象的发生，而且能有效地控制整个矿井液柱压力大小，这样就可以提高采掘生产效率。

4.3 优化钻具组合

在浅气层井，钻井施工开展中不同的钻具也会产生不同的施工效果。为减少钻进和抽吸的发生，与采用垂直钻具组件相比，采用全钻工具组件或带有更多螺纹支撑的摆动钻具组件取代垂直钻具组件。采用210mm 的方管接头，可取代214mm 螺旋扶正器，使抽吸现象最小化。

5 浅气层井喷、井涌的处理方法

5.1 关井

在浅气层井产生井喷、井涌事故时，需要对井口情况实施判断，观察其极限压力的数值和位于表层套管下部的深度。实施关井时必须依据实际施工状况进行，需要在关井环节施工中对套压完成观察，保障极限套压在可控范围内，以避免施工区域地层被压裂，造成事故进一步发生。鉴于在浅气层井产生井喷事故当中会有大量气体产生，完成关井后井内压力会有一个上升的过程。施工人员应当细致观察井口压力以实现对井内套压的判定。若套压具有升高状况，则证明井内气体有上升趋势，在井内压力趋近极限套压时，应当针对该井实施降压处理，所采用的方法一般包括容积法或立管压力法，让井身保证完整性[6]。

5.2 分流

在临界压力大于套管层可承受压力时，为保障安全，必须采用转换措施进行分流。在表层套管在地层中距离较浅时，气体沿井口附近地层受到挤压作用时切忌关井，以规避井筒充气压力过高导致爆炸事故发生，而应当关闭泥浆池出液管。为确保回井控制整体效果，需要根据正常工作操作流程，对放喷装置进行装配，用分流手段对地层下的喷发问题进行解决。若分流器未安装或已被拆卸下来，就需要开启节流管，让环形防喷器和节流管分开液流。由于节流管体积较小，故一部分背压力会被分流到地层当中，此部分被分流的压力不会对地层完整性进行破坏。若侵入地层的气体性质为有毒害的（如含硫气体），将可能会造成周边环境污染，此时必须在1h内进行尾气点燃以保证周边群众生命安全与环境安全[7]。

6 结语

浅气层井钻井施工流程中，每一环节技术人员都应当施加高度重视，从一次井控出发，完成工程充分准备并提升浅气层井井控防范关注度，以有效对现场施工环境进行监控，及时发现存在的各类问题。防范溢流是井控环节当中最为关键的一个部分，井队施工队伍必须对油气层钻井井控技术进行严格执行，避免麻痹大意等思想情绪的产生，在溢流事故发生初期就应当做好关井措施，对疑似溢流的事故前兆及时预警，对井控险情进行控制以实现控制浅气层井喷的最终目标。一些施工场地中区块含有浅气层井，在施工中必须高度重视并对钻井液液柱压力实施利用，让其和地层压力形成平衡状态并对钻井液性能和井体结构进一步优化，在保障施工工期的条件下控制钻井液粘度。依据区块条件特征，可选用移除扶正器的钻具组合，以避免抽吸起钻等状况的产生，将浅气层井井控风险控制在可调节范围内以保障钻井工程的进一步发展。