吕晓平
(中国石油西部钻探公司国际工程公司,新疆 乌鲁木齐 830000)
在石油工业各类事故中,无论从事故数量还是造成损失上,井喷都名列前茅。按照“Willis 能源损失数据库”的统计资料,井喷占所有钻井事故的90%,而地下井喷的发生频率又大约是地面井喷的1.5~2 倍,累计损失也远远超过地面井喷[1-3]。
地下井喷是指当地下存在不同压力层系时,地层流体从高压层通过井筒或者井筒外环空,流入低压层系的过程[4]。地下井喷发生的主要原因有存在不同压力层系、管柱(套管)损坏、固井质量不合格、井下意外事故等,如罗家2井在磨铣桥塞过程中发生井漏,而后引发溢流,关井后天然气从7寸套管破损处进入环空窜至地面,在邻井罗家注1井及最远1.29km出现冒气点,后经七次堵漏压井控住气源[5-6]。
在进行地下井喷处理之前,应对漏点位置、漏点类型、溢流性质、钻头位置等进行判断[7-8]:
(1)漏点位置:存在三种情况,即上喷下漏、上漏下喷、喷漏同层。
(2)漏点类型:存在低压层、地层破裂与套管破损、大型裂缝与溶洞等。
(3)溢流性质:气侵、水侵、油侵或油气水侵共同作用,其中气侵对钻井安全威胁性最大。
(4)钻头位置:一是钻头在井底,在钻进中发生地下井喷,应用U 形管理论进行井底常压法处理。二是钻头不在井底,一般的井底常压法不再适用,必须使用非常规压井方法,如动力压井法、压回法等进行井控。
根据不同的漏失层位置和类型,采用堵漏压井法、动力压井法和压回堵漏法进行针对性控制。
①井底常压堵漏压井法:主要应用于上喷下漏地下井喷,漏失量不大,漏速小于排量,保证井筒环空内液柱完整,一次堵漏成功率较高的情况。关井堵漏之后还应保持一定的套压,以防止气体的突然膨胀造成更恶劣的后果。②动态压井法:主要应用于上漏下喷地下井喷情况,在存在一定漏失的情况下先控制井喷,为下一步处理井漏提供条件;压井参数的关键是泵排量必须在存在漏失的情况下提供足够的环空摩阻以平衡地层压力。因此主要适合较大的井眼尺寸和钻具组合及较大的泵功率。③压回堵漏法:主要应用于喷漏同层的情况,应用该方法要对地层渗透率、侵入流体性质、侵入流体的位置判断、套管鞋位置、套管的抗内压强度等分析判断,因此主要应用于漏速较大的溶洞或裂缝性地下井喷。
涩北RX 井位于柴达木盆地涩北二号气田,为一口两层结构的调整直井,设计井深1194m,一开∅311.2mm 钻头钻至井深147m,∅273mm 套管下深145.49m,二开∅215.9mm 钻头钻至井深1097.71m,钻井液密度1.28g/cm3,粘度39s,记录工发现井漏,漏失量1m3,往环空灌钻井液过程中发现环空内钻井液上涌,立即采用硬关井方式关井,关井套压0.8MPa,立压为0(钻具组合带井底阀),后套压0.8↗2.4MPa,立压0MPa,发现圆井有气泡冒出,套压2.4MPa,后续发现圆井周围10m 范围地面出现大量气泡,节流管汇处气泡较多,圆井气泡变大,通过节流阀控制J1 套压1.0MPa不变。
该井钻具组合为:∅215.9(mmHAT127)牙轮钻头(0.30m)+430×410井底阀(0.48m)+411×4A10(0.5m)+∅158.8mm 钻铤10 根(88.64m)+4A11×410(0.50m)+∅127mm 钻杆8 根(76.78m)+∅210mm 扩眼器(0.97m)+∅127mm 钻杆96 根(920.36m)+方钻杆。井身结构设计:∅311.2mm×148m+∅215.9mm×1194m。井口防喷器组:FH35-35+2FZ35-35。二开裸眼层段压力系数:410~690m,压力系数1.10~1.20;710~1194m,压力系数0.73~0.91。
2.2.1 第一次注堵漏浆、水泥浆
(1)注堵漏浆、水泥浆:钻具内注入密度1.22g/cm3堵漏钻井液15m3,水泥车环空注密度1.22g/cm3堵漏钻井液39m3,井口未返出,套压2.4↘1.8MPa。
(2)注水泥浆:钻具内注G 级1.60g/cm3低密水泥36m3(48t),井口未返出,井口压力1.8↘1.6MPa;反打1.90g/cm3快干水泥12.1m3(24t),压井管汇处地面裂缝喷式加剧,立即停止注水泥作业。通过压井、节流两侧管线同时放喷,套压1.8MPa,立压0MPa。
2.2.2 第二次注堵漏浆、水泥浆
(1)注入密度1.68g/cm3堵漏钻井液107.5m3,粘度:滴流,排量:1.14→1.6→1.15m3/min,注压:5→13.3→5.7MPa,期间喷势明显变小,关3#平板阀,压井侧放喷;节流侧放喷管线120°弯头刺漏。
(2)采用水泥车注快干水泥118m3(200t),井口未返出;候凝,观察;期间抢换节流管汇及120°铸钢弯头。
(3)继续放喷观察:期间发现井口四通法兰、2#平板阀处刺漏。
2.2.3 注清水、堵漏浆、水泥浆
水泥车打清水500m3,井口未返出;水泥车钻具内注入密度1.46g/cm3堵漏钻井液31m3,替清水11m3,未返出;水泥车低排量(0.2~0.3m3/min)注清水,注压3MPa,注清水29m3;注水泥浆40m3(65t),替清水13m3,井口未返出;水泥车钻具内注清水248m3,井口未返出;期间放喷观察、连接地面压裂管线,管线试压30MPa,准备压井。
2.2.4 压井作业
压裂车注1.30g/cm3压井液150m3,注压27MPa,排量3.3m3/min;注入1.28g/cm3饱和盐水642m3,注压29MPa,排量2.7m3/min;井口无变化,喷势未减,喷出物为气和盐水。
2.2.5 堵水眼、射孔、注盐水
(1)堵水眼准备工作。固井车注清水1.0m3,停泵无压力,泄压无回水,检查井底阀完好;停注,观察;用水泥车钻具内注清水2m3,压力0~2MPa,排量0.8m3/min,泄压至0MPa,无回水,确认井底阀完好;卸方钻杆,自下旋塞上端卸开,管柱内放置封堵物,紧扣,封堵准备。
(2)堵水眼。采用棉纱、胶皮为封堵物,进行了3次堵水眼作业,期间采用压裂车分3 次共注入盐水214.2m3,排量1.3~1.5m3/min,注压11~17.5MPa,停注后均无回水、压力0MPa,封堵均未成功;采用水泥车注水泥浆5.5m3,清水7m3,预封堵段为管柱内700m以下,候凝3h;候凝完,试压,压裂车小排量泵入盐水0.5m3,压力20MPa;稳压5min;堵水眼成功。
(3)射孔。进行了3 次射孔作业,射孔井段分别在675~677m、541~543m、473~475m,各次均为32发弹、51mm直径枪、51mm直径弹。期间探塞面1次、塞面位置在814m,压裂车注盐水2 次,排量1.2~1.0m3/min,注压22↘10.5(憋压)↗17MPa,共注盐水81.4m3,喷出物为气体与盐水的混合物。
为确保射孔通道畅通,采用压裂车通过管柱共注入饱和盐水1184.2m3,排量1.5m3/min,注压12MPa,喷势无变化。
测气体上返时间2次,第一次:水泥车注盐水5m3,注压3.5MPa,排量1.5m3/min,停泵压力为零,观察油气上窜情况,立压上升到1.1MPa;第二次:通过水泥车注1.30g/cm3钻井液7.8m3,打开固井车泄压阀观察气体上返时间,观察1h,无反应,用水泥车向钻具内注1.30g/cm3钻井液7m3。
进行第四次射孔,96发弹、51mm直径枪、51mm直径弹,射孔位置536.6~542.6m。
(4)注盐水。先后用压裂车、水泥车共注盐水1032m3。其中,压裂车共注750m3,排量:1.8↗2.5↘2.4↗2.5↘2.0↘0.7m3/min,注压:18↘17↗19↗21↘10↘2MPa;水泥车注入盐水282m3,排量0.62~1m3/min,压力1~3.5MPa。
2.2.6 压井、封堵
(1)压井准备。取出射孔仪器,抢接方钻杆;压裂车对地面管线试压30MPa;稳压5min。
(2)压井。压裂车注饱和盐水200m3,排量2.5~3.6m3/min,注压13~21MPa;压裂车注1.70g/cm3堵漏钻井液128.5m3,盐水8.5m3,排量3.0m3/min,压力2MPa,井口喷势无变化;水泥车小排量注清水1m3;水泥车注水泥浆53m3,比重1.90g/cm3,排量2.0m3/min,压力13MPa;水泥车替清水6.9m3;排量1m3/min;压力4MPa;喷出物为天然气、水泥浆混合物,喷势未减。
(3)间隔注水泥浆。每隔3h注水泥浆20m3、替清水7m3,共注2次,累注水泥浆40m3、替清水14m3,注水泥浆排量1.28m3/min、压力5~3MPa,替清水排量1m3/min、压力3MPa;期间更换地面管线为3 寸半压裂管线,不过立管,直接连接钻具,承压达到40MPa。
(4)注瓜胶、水泥浆封堵。水泥车注清水5m3,排量0.5m3/min,压力6MPa;压裂车注入胶液(瓜胶)180m3,盐水10m3,排量3.3m3/min,压力17MPa;水泥车注水泥浆20m3,密度1.90g/cm3,排量1m3/min,压力3MPa;喷势见小,间歇喷出气体,喷势减小;注水泥125m3,密度1.90g/cm3,替清水7m3;井口未返出;每隔1h 灌注一次水泥浆,并用清水清洗钻具、孔眼通道,共注水泥浆73m3,排量1.0m3/min,压力4MPa,分三次替清水37m3;注水泥9m3(15t),密度1.90g/cm3,排量1.8m3/min,注压1~3MPa,替清水12m3,替压1MPa;替盐水5m3,排量1.5m3/min,压力6.4MPa;压裂车注瓜胶20m3,排量2.0m3/min,压力9.3MPa,井口开始停喷;压裂车替盐水6m3,排量2.0m3/min,压力9.1~8.6MPa;固井车正注水泥浆15m3(22.5t),清水8m3,排量1.5m3/min,压力7~8MPa;水泥车每隔2h 分6 次反灌水泥浆87m3(132t),共替清水5m3,井口返出水泥浆;水泥车注清水0.2m3,憋压10MPa,检查钻具水眼已经封堵,封堵工作结束。
(1)二开裸眼层段地层存在多套压力系数,存在高低压互层,平衡高压地层,易至使底部低压地层发生井漏,造成漏转喷。
(2)井身结构不合理,该井设计为二层结构,表层套管下深过浅(148m),未能完全封隔浅部气层段,不能满足二次井控的条件。
(3)该井钻至低压层先发生井漏,井筒液柱压力降低不能平衡上部高压气层,发生溢流后关井,因套管下深浅,套管脚及以下地层不能承受关井压力,高压气流憋开套管脚及以下地层形成通道窜至地面,属于典型的上喷下漏形成的地下井喷。
(1)前期压井失败原因分析。一是该井属于上喷下漏的地下井喷,钻头在井底,在前期实施过程中按照井底常压堵漏压井法,先堵漏、后压井,但因上部浅层气压力大,产量高,加上下部地层漏失量大,正循环堵漏压井时漏失处形成漏斗,流体大部分进入漏层,少量返至环空气层位置后被稀释返至地面,无法在环空形成有效液柱;二是在堵漏压井过程中,大量的堵漏浆、水泥浆进入漏层,因存在漏失压差,导致进入的堵漏剂成了支撑剂加大了漏失裂缝的开启和延伸;三是施工排量小于漏失速度,堵漏浆、水泥浆无法在漏层及以上位置形成有效液柱,实现不了压稳气层的压力。
(2)后期成功封堵、压井原因分析。一是转变观念,将下漏上喷换成上漏下喷处理,即从井底漏层以上射孔,从上面建立循环压井通道,易在环空建立液柱压力,先平衡地层压力,然后再实施封堵。二是将瓜胶应用到压井过程中,瓜胶为超大分子聚合物,具有很强的内聚力、很强的剪切稀释性能,且有很高的粘度和良好的可泵性,很难被高速气流雾化,其自身的内聚力大于它与水之间的亲合力,在环空、地层易形成段塞,利用瓜胶液增大气水上行阻力,阻止气体滑脱,给水泥浆留足一定的停留时间,形成足够的液柱,逐步将环空替代为水泥浆,起到压井、封堵和封固作用。三是压井参数的关键是泵排量必须在存在漏失的情况下提供足够的环空摩阻以平衡地层压力。
(3)区块改进措施。与建设方沟通协商,根据地层压力系数对涩北区块井身结构进行调整完善:①二层结构井,表层套管下深调整至300~350m;②为有效封隔浅部高压地层,建议井身结构调整为三层结构。
(1)发生地下井喷一般情况较复杂,不是简单的上漏下喷、下漏上喷,可能发生更为复杂的情况,如案例中分析的,在井筒中形成漏、喷、漏等复杂局面,给堵漏、压井带来难度,甚至导致处理死循环,按照常规思路,无法实现堵漏压井。
(2)针对地下井喷,采取井底常压法、动态压井法、压回法等进行处理,多数情况下效果不理想,应根据实际情况,综合分析,采取灵活的处理方式。
(3)处理地下井喷,应科学掌握漏点位置、漏点类型、流体性质、钻头位置等,针对性制定方案,提升方案的针对性、有效性,减少损失。
(4)针对存在浅层气的地下井喷,在选择合适的处理方法后,必须配套满足大排量、大剂量要求,提高处理的成功率。