高魁旭 楊德鳳 汪光太

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

關(guān)井套壓為零時(shí)安全問題探討

高魁旭 楊德鳳 汪光太

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

當(dāng)溢流關(guān)井后，在關(guān)井立壓、套壓均為零的情況下該如何處理,從實(shí)際案例出發(fā)，打破直接敞口循環(huán)排污這一思維定勢，從氣侵的特性著手，在關(guān)井套壓為零條件下提出值得進(jìn)一步分析檢查的不安全因素和比較穩(wěn)妥的做法，以達(dá)到更早地控制溢流、降低溢流量和減少壓井作業(yè)難度的目的。

氣侵 溢流 井控 套壓

在油氣井近平衡鉆探過程中，會(huì)不可避免地發(fā)生地層孔隙中的流體介質(zhì)(油、氣、水)侵入井內(nèi)而發(fā)生井侵的情況。特別是當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫Υ笥诰滓褐鶋毫r(shí)引起大量地層流體侵入井眼，進(jìn)而發(fā)生溢流。發(fā)生溢流后，如果不能及時(shí)正確處理，就可能導(dǎo)致井涌、井噴。現(xiàn)場井噴事故案例表明，發(fā)生井涌后才實(shí)施關(guān)井，成功率非常低，即使成功控制井口，也會(huì)增加后續(xù)壓井作業(yè)的難度。所以，在鉆井過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流并采用正確的操作程序快速控制井口，成為防止發(fā)生井噴的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

從溢流預(yù)兆出現(xiàn)到停泵后井口有自動(dòng)溢出，要經(jīng)歷一個(gè)不斷變化的過程。關(guān)井時(shí)刻，也隨著鉆井實(shí)踐的深入以及技術(shù)的進(jìn)步而不斷改進(jìn)。 以往大部分油氣田根據(jù)鉆井液池的鉆井液體積增量大小，采用 “1m3報(bào)警，2m3關(guān)井”的措施，現(xiàn)正逐漸被“發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井”的新井控理念取代。這種做法可更早地控制溢流，減少壓井作業(yè)的難度。

現(xiàn)行井控培訓(xùn)和相關(guān)的井控管理規(guī)定都主張和要求“發(fā)現(xiàn)溢流顯示應(yīng)立即按關(guān)井操作規(guī)定程序迅速關(guān)井；關(guān)井后應(yīng)及時(shí)求得關(guān)井立管壓力、關(guān)井套壓和溢流量”。然后再根據(jù)關(guān)井立管壓力和關(guān)井套壓的不同情況，分別采取相應(yīng)處理措施。當(dāng)關(guān)井立管壓力為零時(shí)，認(rèn)為溢流發(fā)生是因鉆柱抽汲、井壁擴(kuò)散氣、鉆屑?xì)獾仁广@井液靜液柱壓力降低所致；當(dāng)關(guān)井套壓也為零時(shí)，可保持原鉆進(jìn)時(shí)流量、泵壓，以原鉆井液敞開井口循環(huán)，排除侵污鉆井液即可。

關(guān)井套壓為零時(shí)，真的就安全到可以敞開井口循環(huán)嗎？事實(shí)證明，關(guān)井套壓為零時(shí)，如果進(jìn)行敞開井口循環(huán)作業(yè)，在某些情況下易引發(fā)進(jìn)一步的溢流，關(guān)井套壓升高。例如，西部油田某井，在發(fā)生氣侵溢流后進(jìn)行了關(guān)井作業(yè)，因?qū)崪y關(guān)井立管壓力和套壓均為零，就按慣性思維，直接敞口循環(huán)排氣，致使后來溢流量進(jìn)一步增加，關(guān)井套壓迅速增高，造成刺壞內(nèi)防噴管線的事故。這就是習(xí)慣性做法帶來的后果，與不重視氣侵后井筒壓力變化特點(diǎn)有關(guān)。

1 氣侵式溢流的特性

氣體無論在侵入方式還是在井筒內(nèi)運(yùn)移狀態(tài)方面，都有其顯著特點(diǎn)。氣體侵入井筒，主要存在以下幾種方式。

破碎式侵入：在鉆開油氣層的過程中，隨著巖石的破碎，巖屑孔隙中的天然氣被釋放出來而侵入鉆井液。侵入的氣體量與巖石的孔隙度、井徑和氣層的厚度等正相關(guān)。

擴(kuò)散式侵入：由于濃度不同，氣層中的氣體會(huì)通過濾餅向井內(nèi)擴(kuò)散，侵入鉆井液。侵入量主要取決于鉆開的氣層表面積、濾餅性能和濃度差值。

破碎式侵入、擴(kuò)散式侵入和置換式侵入，即使在井底壓力大于地層孔隙壓力的正壓差情況下也會(huì)發(fā)生，從而成為導(dǎo)致氣侵溢流的潛在因素。

氣體具有不同于液體最顯著特點(diǎn)就是其可壓縮性和膨脹性。目前，對(duì)于氣侵后氣體的表現(xiàn)形式，大都認(rèn)同氣液兩相流理論。氣體侵入井眼后，由于鉆井液流動(dòng)和鉆柱旋轉(zhuǎn)，剛開始侵入氣體以氣泡的形式散布在鉆井液中，井內(nèi)變?yōu)闅庖簝上嗔?，隨著鉆井液循環(huán)，加上氣泡滑脫上升特性，氣體不斷上升，由于受到的鉆井液液柱壓力逐漸減小，氣泡逐漸膨脹，體積增大。單位體積鉆井液中的氣體體積增多，鉆井液密度則隨著氣泡的上升而逐漸減小，井底壓力逐漸降低（當(dāng)井底壓力降到接近、但不低于地層孔隙壓力時(shí)，就發(fā)現(xiàn)溢流，實(shí)施了關(guān)井，就會(huì)出現(xiàn)上述關(guān)井套壓為零的情形，這時(shí)已處于不穩(wěn)定的危險(xiǎn)狀態(tài)）。氣泡膨脹性向上流動(dòng)，容易聚集成大氣泡，變成彈狀泡，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一點(diǎn)時(shí)，氣泡密集，大氣泡聚集的速度突然加快，這時(shí)將由彈狀流向段塞流轉(zhuǎn)變。當(dāng)氣泡上升到接近地面時(shí)，體積膨脹到最大，造成突然性卸載，而鉆井液密度降到最小。正是由于侵入氣體的可壓縮性和膨脹性，決定了氣侵溢流顯示的滯后性，危險(xiǎn)程度和控制難度隨著時(shí)間的推移而增加。

2 關(guān)井套壓為零時(shí)的特殊考慮

井口開啟循環(huán)時(shí)，隨著侵入氣體的上升，體積會(huì)不斷增大，井底的液柱壓力逐漸減小，導(dǎo)致更多氣體侵入井內(nèi)，形成惡性循環(huán)，最終可能引起井噴。

為確保安全，避免進(jìn)一步井侵，減少壓井工作量，當(dāng)遇到關(guān)井套壓等于零的情況時(shí)，不要急于開井,進(jìn)行敞開井口循環(huán),而要進(jìn)行一些分析檢查工作。

（1）閥門開啟：檢查壓力表下的截止閥、四通和節(jié)流管匯間的平板閥，確保已全部開啟。例如，某油田的W394-XX井，在溢流后關(guān)井求壓，讀取套壓為零，直接開井，導(dǎo)致大量地層流體侵入。事后發(fā)現(xiàn)由于沒有打開套壓表下的截止閥，從而給出了一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致井侵加劇。

（2）流道通暢：檢查節(jié)流管匯是否堵塞，確保流道通暢。例如，某油田ZG8井，在控壓鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)井漏后，停泵靜止觀察，出口有線流，在觀察到關(guān)井套壓為零后繼續(xù)鉆進(jìn)，致使井涌嚴(yán)重，關(guān)井套壓非常高，后來查明是節(jié)流管匯套壓表下通道堵塞引起。

（3）關(guān)井時(shí)間：在溢流后關(guān)井求壓，通常是在關(guān)井10～15min后，讀取立壓和套壓值，這通常是對(duì)滲透性較好的地層而言，而對(duì)于低滲透地層可能需要關(guān)井更長時(shí)間，才有確切和穩(wěn)定的套壓顯示。

（4）壓力表配置和檢查：最好配備高、低量程2個(gè)壓力表，并采用高精度的壓力表，以減少測量誤差。由于壓力表本身精度限制，存在誤差，可能讀表時(shí)套壓值接近零，但不等于零。在排除上述（1）、（2）、（3）項(xiàng)因素后，最后可以進(jìn)行關(guān)井節(jié)流循環(huán)，查看壓力表的變化，檢查其靈敏程度，以防壓力表本身存在問題。

（5）特殊工藝井：對(duì)于常規(guī)水平井、多分支水平井，井控有其特殊性，在水平段發(fā)生嚴(yán)重溢流后，通常套壓也難有非零顯示。

（6）自溢流關(guān)井：停泵后井口出現(xiàn)自溢時(shí)關(guān)的井，即使線流，關(guān)井套壓為零，也不可開井敞口循環(huán)，應(yīng)實(shí)施關(guān)井節(jié)流循環(huán)檢查。

（7）溢流類型：發(fā)現(xiàn)溢流后，要立即進(jìn)行地質(zhì)、錄井綜合分析解釋，判斷是油侵、水侵還是氣侵。如果屬于氣侵或氣油比較高的油侵，都不可敞開井口循環(huán)。例如，某油田的W9井,發(fā)現(xiàn)鉆井液中氣泡增多，鉆井液池液面上漲，外溢1.7m3后，仍敞開井口循環(huán)，加消泡劑處理鉆井液，然后繼續(xù)鉆進(jìn)，致使后來發(fā)生嚴(yán)重井涌，涌出轉(zhuǎn)盤面，累計(jì)外溢量達(dá)18.7m3，大大增加了后續(xù)壓井作業(yè)量。

（8）起下鉆途中：在起下鉆過程中發(fā)生溢流，即使關(guān)井套壓為零,也不可繼續(xù)起下鉆作業(yè)，而應(yīng)進(jìn)行節(jié)流循環(huán)檢查，確保安全后，再分段下鉆節(jié)流循環(huán)檢查，直至下到井底。例如，東部某油田的X60-X井，鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)兩次氣測異常后，決定短起下鉆測油氣上竄速度，在起完第12柱后，井口出現(xiàn)溢流。明知有氣侵，卻未關(guān)井循環(huán)檢查，只是間斷開泵循環(huán)，觀察井口反應(yīng)，僅僅循環(huán)6min，就發(fā)生嚴(yán)重井涌，導(dǎo)致發(fā)生次生事故，無法關(guān)井，最后引起井噴失控著火。

（9）邊循環(huán)邊加重：對(duì)鉆井液節(jié)流循環(huán)排氣一周后，如果出口鉆井液密度仍低于進(jìn)口鉆井液密度，氣測值不降低，必須進(jìn)行鉆井液邊節(jié)流循環(huán)邊加重，直到進(jìn)出口鉆井液密度相同，氣測值降低到正常時(shí)方可進(jìn)行下步作業(yè)。

（10）節(jié)流循環(huán)檢查：在確定進(jìn)行節(jié)流循環(huán)檢查時(shí)，不要隨意活動(dòng)鉆柱，以免因井口不居中，而造成橡膠密封件偏磨和刺漏。事實(shí)證明，在近平衡狀態(tài)下，鉆柱不易被卡。

（11）溢流壓井：按壓井單進(jìn)行壓井作業(yè)至結(jié)束，套壓為零時(shí)，不要立即開井，應(yīng)繼續(xù)節(jié)流循環(huán)一段時(shí)間，并進(jìn)行相關(guān)核查，確保壓井液密度的均勻性以及壓井過程中未出現(xiàn)新的侵入。

（2）尾管固井：采用雙膠塞尾管固井（或用插入

3 建議

在實(shí)施“發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井”井控措施后，遇到關(guān)井立管壓力和關(guān)井套壓均為零的情形增多，節(jié)流循環(huán)是積極穩(wěn)妥的做法，能否安全地以原鉆井液敞開井口循環(huán)排出侵入流體，而不發(fā)生再侵，需要排除不安全因素。

（1）測壓通道被堵塞、關(guān)閉或壓力表本身存在問

中后期開發(fā)有很好的借鑒作用。題。

（2）侵入流體停留在水平段。

（3）停泵自溢、氣侵、氣測值偏高、井筒中鉆井液密度不均勻。

According to actual cases,the treatment measures to the case of zero standpipe pressure and zero casing pressure after closing well are discussed.Some safe treatment processes are proposed,which can more early control overflow,reduce overflow amount and decrease the difficulties in well-killing operation.

gas invasion;overflow;well control;casing pressure

高魁旭（1971-），男，工程師，主要從事石油機(jī)械設(shè)備開發(fā)研制，鉆井工程現(xiàn)場監(jiān)督管理、監(jiān)督技術(shù)管理工作。

王梅

2012-09-10▌