張會(huì)利

（大慶油田鉆探工程公司鉆井三公司鉆井三分公司, 黑龍江大慶 163000）

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展, 對(duì)石油及天然資源的需求量不斷上升。石油及天然氣勘探對(duì)于提高油氣資源儲(chǔ)量、擴(kuò)大勘探成果意義重大。鉆井工程是油氣勘探的重要組成部分, 鉆井投資在勘探中占有較大比例, 安全、高效的鉆井對(duì)于降低鉆井施工成本, 保障施工安全具有重要意義。然而, 鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣, 地質(zhì)條件復(fù)雜、設(shè)備問(wèn)題、鉆井施工技術(shù)水平問(wèn)題、施工經(jīng)驗(yàn)不足、鉆井液設(shè)計(jì)不合理等[1], 都會(huì)導(dǎo)致鉆井工程事故發(fā)生, 輕則耽誤鉆井施工進(jìn)度, 造成鉆井施工成本上升, 影響鉆井施工效益。重則造成油氣井報(bào)廢, 危及鉆井作業(yè)人員人身安全, 造成重大人力、物力、財(cái)力損失, 造成不良社會(huì)影響。在所有鉆井工程事故中, 井涌和井漏是較為常見(jiàn)的工程事故, 事故發(fā)生的原因既有認(rèn)為操作失誤, 也與地質(zhì)條件有關(guān), 在井涌井漏發(fā)生初期, 加強(qiáng)事故預(yù)警, 及時(shí)采取有效措施處理事故隱患, 對(duì)于提升鉆井施工安全, 保障高效鉆井具有重要意義。

2 井涌、井漏發(fā)生的原因分析

2.1 井涌發(fā)生的原因分析

井涌是鉆井施工過(guò)程中較為常見(jiàn)的異常情況, 鉆井液設(shè)計(jì)密度過(guò)低或者地層異常高壓都會(huì)導(dǎo)致井涌的發(fā)生[2]。井涌的一旦出現(xiàn), 要及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰钥刂? 否則容易導(dǎo)致井口失控, 最終導(dǎo)致井噴的發(fā)生, 造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此, 要熟悉井涌發(fā)生的原因, 了解井涌發(fā)生的征兆, 以便出現(xiàn)井涌時(shí), 能夠采取有效措施。井涌發(fā)生的原因歸結(jié)為以下幾類：

（1）當(dāng)鉆井過(guò)程中鉆遇異常高壓地層, 地層壓力大于井筒內(nèi)液柱壓力, 在壓差的作用下, 地層流體進(jìn)入井筒內(nèi), 導(dǎo)致井涌的發(fā)生。

（2）鉆井液密度設(shè)計(jì)過(guò)低, 導(dǎo)致井筒內(nèi)壓力小于地層壓力, 最終出現(xiàn)井涌。

（3）鉆井過(guò)程中由于地層流體的不斷侵入, 導(dǎo)致鉆井液密度降低, 井筒內(nèi)壓力小于地層壓力, 加劇了井涌的形成。

（4）起鉆時(shí), 沒(méi)有按照設(shè)計(jì)向井筒內(nèi)加入足夠的鉆井液, 使得井筒內(nèi)液柱壓力降低, 小于地層壓力, 導(dǎo)致井涌的發(fā)生。

（5）發(fā)生井漏時(shí), 沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充鉆井液, 井筒內(nèi)液面降低。

（6）起鉆過(guò)程中, 鉆具對(duì)地層的抽吸作用, 特別是鉆頭發(fā)生泥包時(shí), 起鉆對(duì)地層抽吸作用。

2.2 井漏發(fā)生的原因分析

井漏也是一種比較常見(jiàn)的鉆井工程事故, 根據(jù)井漏發(fā)生的劇烈程度, 可以分為滲漏、小漏、大漏以及鉆井液只進(jìn)不出。井漏在鉆井過(guò)程中較為常見(jiàn), 一旦發(fā)現(xiàn)井漏, 要及時(shí)處理, 避免釀成重大鉆井事故。通常滲漏和小漏會(huì)導(dǎo)致鉆井施工中鉆井液消耗量增加, 推高了鉆井施工成本。當(dāng)發(fā)生大漏或者鉆井液只進(jìn)不出的漏失時(shí), 要高度重視, 防止出現(xiàn)井壁垮塌、卡鉆等工程事故, 漏失部位如果發(fā)育油氣層, 還可誘發(fā)井噴。井漏發(fā)生時(shí), 在鉆井工程參數(shù)上會(huì)有預(yù)兆, 應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn), 井漏事故處理起來(lái)難度較大, 因此, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏、采取正確的措施進(jìn)行控制, 對(duì)于安全高效鉆井具有重要意義。井漏發(fā)生的原因歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾條：

（1）地層條件復(fù)雜, 孔隙、裂縫較發(fā)育, 特別是碳酸鹽巖地層, 由于溶蝕作用會(huì)形成規(guī)模較大的溶洞, 一旦鉆遇溶洞, 容易發(fā)生鉆井漏空, 發(fā)生井漏[3]。

（2）鉆井液密度設(shè)計(jì)過(guò)大, 導(dǎo)致井底壓力遠(yuǎn)大于地層破裂壓力, 地層被壓裂, 鉆井液進(jìn)入地層, 導(dǎo)致出現(xiàn)井涌。

（3）下鉆過(guò)程中, 鉆具下入太快, 使得井底壓力激增, 導(dǎo)致發(fā)生井漏。

（4）地層條件復(fù)雜, 存在低壓地層, 鉆開(kāi)地層后, 因壓力過(guò)低, 鉆井液進(jìn)入地層發(fā)生井漏。

3 井涌井漏的監(jiān)測(cè)

3.1 井涌的監(jiān)測(cè)

在鉆井施工過(guò)程中容易出現(xiàn)井涌, 應(yīng)做好監(jiān)測(cè)預(yù)警, 及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)井涌, 采取有效措施進(jìn)行控制, 如若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或控制不當(dāng), 容易使井涌加劇, 導(dǎo)致井噴事故的發(fā)生。根據(jù)不同階段, 井涌的監(jiān)測(cè)及預(yù)警方式也不同。

（1）鉆進(jìn)階段井涌監(jiān)測(cè)。在鉆進(jìn)過(guò)程中, 應(yīng)提前了解區(qū)塊地質(zhì)情況, 預(yù)判地層壓力異常區(qū)域, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)井涌征兆。對(duì)于一些鉆井異常情況, 例如鉆井突然加速、放空等現(xiàn)象要重視起來(lái)。通常鉆開(kāi)油氣層后, 由于儲(chǔ)層還有烴類氣體, 氣測(cè)值會(huì)上升, 鉆井液出口流量、壓力、密度均會(huì)出現(xiàn)不同程度降低, 如若氣測(cè)值持續(xù)上升, 池體積持續(xù)增大, 出口密度持續(xù)下降, 當(dāng)達(dá)到一定門(mén)限后, 即可確定為井涌, 此時(shí)應(yīng)及時(shí)通知鉆井隊(duì), 采取必要措施來(lái)控制井涌。如果措施并未奏效, 井涌沒(méi)有得到有效控制, 應(yīng)發(fā)出井噴警報(bào)。

（2）起下鉆過(guò)程中井涌的監(jiān)測(cè)。大多井涌事故都發(fā)生在起下鉆過(guò)程中, 特別是鉆開(kāi)油氣層后, 起下鉆過(guò)程中施工措施不當(dāng), 極易導(dǎo)致井涌、井噴的發(fā)生。

起鉆過(guò)程中發(fā)生的井涌多是因?yàn)闆](méi)有按照設(shè)計(jì)加入足夠量的鉆井液, 導(dǎo)致井筒內(nèi)液面降低, 當(dāng)井筒內(nèi)液面下降, 井筒內(nèi)壓力降低, 小于地層壓力時(shí), 地層流體進(jìn)入井筒內(nèi), 形成井涌。此外, 當(dāng)鉆頭發(fā)生泥包或起鉆過(guò)快時(shí), 起鉆過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的抽吸作用, 使得井筒內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓, 地層流體進(jìn)入井筒形成井涌。因此, 起鉆過(guò)程中, 應(yīng)時(shí)刻留意井口有無(wú)溢流情況, 如果發(fā)現(xiàn)溢流, 應(yīng)立即采取措施予以控制。

下鉆過(guò)程中井涌多是因?yàn)橄裸@速度過(guò)快, 引起井底壓力激動(dòng), 井筒內(nèi)液柱壓力大于地層壓力, 井筒內(nèi)鉆井液進(jìn)入地層, 當(dāng)井筒內(nèi)漏失的鉆井液量過(guò)多, 井筒內(nèi)液柱小于地層壓力, 此時(shí), 地層流體會(huì)進(jìn)入井筒, 引起井涌。因此, 在下鉆過(guò)程中, 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鉆井液返出的監(jiān)測(cè), 發(fā)現(xiàn)井涌跡象應(yīng)采取有效措施, 進(jìn)行控制。

3.2 井漏的監(jiān)測(cè)

井漏是較為常見(jiàn)的鉆井工程異常情況, 當(dāng)出現(xiàn)井漏預(yù)兆時(shí), 應(yīng)準(zhǔn)確判斷發(fā)生井漏原因, 采取合理措施進(jìn)行處理。做好井漏的監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵, 在監(jiān)測(cè)井漏方面, 首先應(yīng)了解區(qū)塊地層壓力情況, 做好井筒壓力監(jiān)測(cè), 井漏最直接的表現(xiàn)是鉆井液體積減小, 錄井池體積能夠較好地反映井漏的發(fā)生。根據(jù)不同階段發(fā)生的井漏, 判別方法不同。

（1）鉆進(jìn)階段井漏監(jiān)測(cè)。在鉆進(jìn)階段, 需要不斷消耗鉆井液, 鉆井液體積會(huì)出現(xiàn)波動(dòng), 單依靠鉆井液監(jiān)測(cè)井漏, 準(zhǔn)確率不高, 需要綜合考慮錄井工程參數(shù)。正常情況下, 機(jī)械鉆速較低時(shí), 鉆井液體積變化相對(duì)較小, 通過(guò)鉆井液體積變化是發(fā)現(xiàn)井漏的主要手段, 當(dāng)機(jī)械鉆速變化較快時(shí), 還需要考慮鉆井液密度、地層壓力、泵沖等參數(shù)的變化, 同時(shí)結(jié)合錄井識(shí)別的地層巖性情況, 當(dāng)?shù)貙訚B透性較好時(shí), 鉆井液體積如出現(xiàn)較大變化, 可能是井漏的預(yù)兆, 需要結(jié)合其它參數(shù)進(jìn)行排查確定。

（2）起下鉆過(guò)程中井漏。起下鉆過(guò)程中監(jiān)測(cè)井漏, 需要了解區(qū)塊地層情況、地層壓力情況、起下鉆過(guò)程中鉆井液返出情況, 通過(guò)綜合分析, 判斷鉆井異常的情況。起鉆時(shí), 通常起出一點(diǎn)數(shù)量鉆具, 需要注入固定量的鉆井液。當(dāng)注入鉆井液量增加時(shí), 可能是出現(xiàn)了井漏。在下鉆過(guò)程中, 由于鉆具下入過(guò)快, 地層壓力發(fā)生激動(dòng), 當(dāng)壓力激增時(shí), 可能導(dǎo)致地層破裂, 引起井漏。通過(guò)分析下入固定量鉆具, 鉆井液返出量有無(wú)增加, 來(lái)判斷有無(wú)井漏的發(fā)生。此外, 需要分析鉆井液出口溫度、電導(dǎo)率變化, 當(dāng)有鉆井液返出時(shí), 電導(dǎo)率明顯增大。鉆井液有返出時(shí), 冬季溫度變化明顯, 夏季溫度變化不明顯。

4 實(shí)例分析

在鉆井現(xiàn)場(chǎng), 加強(qiáng)對(duì)井涌井漏的監(jiān)控對(duì)于安全高效鉆井意義重大。隨著信息技術(shù)的發(fā)展, 各種隨著監(jiān)測(cè)軟件及系統(tǒng)應(yīng)用而生, 雖然各種軟件大同小異, 最根本的原理都是從分析鉆井參數(shù)出發(fā), 針對(duì)井涌井漏響應(yīng)最明顯的參數(shù), 確定優(yōu)先級(jí), 然后每項(xiàng)參數(shù)確定一個(gè)門(mén)限值, 變化超過(guò)門(mén)限即發(fā)出預(yù)警。

ZS11井發(fā)生井涌時(shí)的參數(shù)變化情況, 該井鉆至2393m時(shí), 全烴值快速上升, 立管壓力下降明顯, 同時(shí)總池體積上升, 反映地層流體進(jìn)入井筒內(nèi), 導(dǎo)致返出鉆井液量增加。隨著地層流體進(jìn)入井筒內(nèi), 返出的鉆井液密度下降。綜合以上信息, 綜合判斷該井發(fā)生井涌, 現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)通知鉆井隊(duì), 采取合理措施進(jìn)行處置, 確保了鉆井施工安全。