哈萨克斯坦里海盆地M区块浅层气井控技术

李作宾

中国石化国际石油勘探开发公司俄罗斯中亚大区

哈萨克斯坦里海盆地M区块浅层气井控技术

李作宾

中国石化国际石油勘探开发公司俄罗斯中亚大区

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270～510 m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`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。

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

1)M -1井:使用`394 mm钻头钻至106 m,下入套管`324 mm×105 m,固井水泥浆返至地面。2002年12月19日,第2次开钻,使用`394 mm钻头钻至402 m,起钻至井深302 m,发现气流并关井,立压为1.5 M Pa,套压为1.8 M Pa。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1.19 g/cm3的钻井液,钻至353 m井漏,漏失速度为3.8 m3/h。堵漏后,于2003年6月18日钻至井深1 175 m,分别下入套管`324 mm×160.63 m+`245 mm×398 m+`168 mm× 657.58 m,正常完井。但是,生产套管固井质量不合格,CBL测井:550 m以上井段套管接箍明显,`245 mm和`168 mm套管环空冒气。

图1 M-1井示意图

图2 M-1井撤离后井场塌陷图

3)M -2井:于2003年10月30日开钻,钻至井深402 m,分别下入套管`324 mm×161 m+`245 mm ×399.60 m,固井后11 h,两层套管之间的环空溢流出水和气体,测得压力为1.2 M Pa。后来,环空多次挤注水泥,仍然窜气。另一方面,在`245 mm套管内部,钻水泥塞至井深295 m,全烃为5%,密度为1.08 g/cm3,溢流,关井套压为0.8 M Pa;加重密度至 1.39 g/cm3,套压为0.3 M Pa,套管内外仍然窜气,为了安全,在`245 mm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1.21 g/cm3的钻井液钻至井深760 m,下入套管`324 mm×160 m+`245 mm×382 m+`168 mm×750 m,固井20 h后,`245 mm和`168 mm套管环空压力为2 M Pa,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`324 mm×146 m,2004年2月15日使用`295.3 mm钻头钻至401 m完钻,钻井液性能:密度为1.16 g/cm3;黏度为48 s,在316～323 m井段,打开浅气层。循环后全烃为0.5%,起钻至井深316 m,循环1 h全烃由25%降至0.2%,至2004年2月16日起钻至井深300 m,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6 d)。

图3 M-3井喷着火图

图4 M-3井烧毁钻井设备图

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270 m就钻遇了气层)、井段长(M -18井在井深510 m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100 m至200 m不等,出现了不少问题。设计原则是`324 mm表层套管下入200 m左右,至气层顶部,而不打开气层。`245 mm技术套管下入400 m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`168 mm生产套管后,使用密度小于1.05 g/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`324 mm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)`245 mm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)`168 mm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648 m,下入表层套管`324 mm×200.46 m+`245 mm×399.78 m。2005年4月8日使用`216 mm钻头钻至井深561.48 m发生井漏,漏失速度为8.39 m3/h,钻井液密度为1.18 g/cm3。从环空灌入钻井液8 m3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3 M Pa;套压为4 M Pa。先注入堵漏剂10 m3,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`168 mm×644.06 m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4.5 M Pa。然后,从环空注入密度为1.28 g/cm3的钻井液压井。测CBL发现420 m以下固井质量良好,在环空挤水泥19 t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693 m,下入表层套管`324 mm×204.86 m+`245 mm× 438.06 m。2005年11月12日使用`216 mm钻头钻至井深514.50 m,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5 min后,发生强烈井喷,进行关井,套压为2.5 M Pa,钻井液密度为1.14 g/cm3,黏度为56 s,放喷点火情况(见图5)。然后使用密度为1.23 g/cm3的钻井液进行压井,恢复正常。

图5 M-18井放喷、汇压、点火图

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。

[1]黄守国,李金炭.浅气层井控技术[J].石油钻采工艺,2008, 30(5):64-66.

[2]钟水清,徐进,甘升平,等.已封固发现天然气气井重钻接替井的配套技术研究[J].钻采工艺,2009,32(3):20-22, 37.

[3]吴月先,钟水清.川渝地区不同条件下钻接替的工程技术及实例分析[J].中外能源,2009,14(5):68-71.

[4]中国石化集团公司井控教材编写组.钻井井控设备[M].东营:中国石油大学出版社,2008.

[5]靳三江,郑小平,王进忠,等.国外陆上浅层气钻井技术简介[J].钻采工艺,2001,26(5):7-9.

[6]吴月先,潘用平.四川盆地天然气“立体勘探”新进展[J].岩性油气藏,2009,21(1):128-132.

[7]孙振纯.井控技术[M].北京:石油工业出版社,1997.

Well con trol technology for shallow gas drilling at the M block,Caspian Basin in Kazakhstan

L IZuobin
(Russia-Central Asia A rea,International Petroleum Exp loration and Development Com pany,Sinopec,Beijing 100083,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.76-79,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The shallow burial dep th is themain reason for difficult well control of shallow gas drilling.Once the reservoir isopened, gas w illmigrate to the well head rapidly,far before any p recautionsw ill be taken the well already begins to blow out and soon isout of control.Even the wellhead is under control eventually,the formation is easily fractured under p ressure,and gas w ill flee out to the ground,resulting in equipment damage,well abandonment,and environment contamination.A t the M block,Caspian Basin in Kazakhstan,active shallow gases exist at beds between 270 - 510 m.In view of the shallow gas blowouts occurred earlier at the M block,a set of effective p recaution measures,fo r successful well control and better cementing wo rk,were p lanned as follow s:a.the drilling p lan and well structurewere op timized at first;b.during the first spud-in drilling,a high flow-rate circulation wasperformed during cementing,and the cement returned to the top,and a good cementing quality was ensured w ith the 324mm-in-diameter casing

string;c.during the second spud-in drilling,the p rimary well controlwas emphasized;d.during the third spud-in drilling,the lower limitsof drilling fluid density and filtration losswere designed,the drilling time was controlled,and the bo rehole was always kep t clean;e.during the fourth spud-in drilling in carbonate rocks,H2S leakage control and lost circulations were stressed.After being adop ted in 42 comp leted wells,the above-mentioned p recautionmeasures have achieved many goals,including that no blowouts ever occurred,drilling safety,quality and speed are allmaintained,and neither damage no r contamination has ever been found to the formation and environment.These w ill be valuable experiences fo r the drilling of similar shallow gas wells.

shallow gas,blowout,gas channeling in annulus,cementing quality,environment p ro tection,Kazakhstan,Caspian Basin

李作宾,1957年生,高级工程师;1982年毕业于原华东石油学院钻井工程专业;从事石油、天然气勘探开发工程施工技术管理工作。地址:(100083)北京市北四环中路263号。电话:(010)82336536。E-mail:zbli@sipc.cn

李作宾.哈萨克斯坦里海盆地的M区块浅层气井控技术.天然气工业,2010,30(1):76-79.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.022

2009-10-27 编辑 钟水清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.022

L IZuobin,senio r engineer,was born in 1957.He graduated in drilling engineering from China University of Petroleum(East China) in 1982.He is now in charge of technicalmanagement of petroleum exp lo ration and development operations.

Add:No.263,M iddle No rthern 4th Ring Rd.,Beijing 100083,P.R.China

Tel:+86-10-8233 6536E-mail:zbli@sipc.cn