哈薩克斯坦里海盆地M區(qū)塊淺層氣井控技術(shù)

摘 要

摘要：淺層氣難于防控的主要原因是氣層埋藏淺，一旦打開氣層，氣體很快竄到井口，還沒有來得及采取措施，已經(jīng)發(fā)生井噴或井噴失控，即便是控制了井口，也容易憋破地層，氣體竄至地面，造成財產(chǎn)
摘要：淺層氣難于防控的主要原因是氣層埋藏淺，一旦打開氣層，氣體很快竄到井口，還沒有來得及采取措施，已經(jīng)發(fā)生井噴或井噴失控，即便是控制了井口，也容易憋破地層，氣體竄至地面，造成財產(chǎn)損失、井眼報廢和環(huán)境污染。哈薩克斯坦里海盆地的M區(qū)塊，在270～510m井段的不同層位埋藏著十分活躍的淺層氣。鉆井中為了做好淺層氣防控工作和提高固井質(zhì)量，對M區(qū)塊前期發(fā)生的淺層氣井噴情況采取了一系列行之有效的措施：①優(yōu)化鉆井設(shè)計；②第1次開鉆井段，采用大排量循環(huán)固井，水泥漿返至地面，保證歷324 mm套管固井質(zhì)量；③第2次開鉆井段要注重1次井控；④第3次開鉆井段采用設(shè)計鉆井液密度和失水的下限，控制鉆時，保證井眼清潔；⑤第4次開鉆在碳酸鹽巖地層鉆進(jìn)，注重硫化氫防護(hù)和防漏。推行上述配套技術(shù)，目前在該區(qū)塊已經(jīng)完井42口，避免了井噴失控，保障了鉆井工程的安全、質(zhì)量和速度，保護(hù)了資源和環(huán)境，為同類淺層氣井的鉆井施工提供了經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：淺層氣；井噴；環(huán)空竄氣；固井質(zhì)量；環(huán)保；哈薩克斯坦
1 M區(qū)塊勘探初期鉆井情況
    在西方公司管理M區(qū)塊時期，共鉆井5口，其中3口井因淺層氣問題報廢，雖然有2口井鉆達(dá)設(shè)計井深完井，但仍然存在環(huán)空竄氣問題。更為嚴(yán)重的是M-3井：井噴、失控、著火、燒毀設(shè)備、報廢，并造成大面積環(huán)境污染，在當(dāng)?shù)卦斐闪瞬涣加绊憽．?dāng)?shù)卣啻螐娬{(diào)，如果不能解決M區(qū)塊的淺層氣鉆井技術(shù)難題，將取消作業(yè)者的勘探開發(fā)許可證。這5口井的基本情況如表1所示。
表1 M區(qū)塊的淺層氣鉆井技術(shù)表
井號
井深
套管層數(shù)及最大下入深度
完井情況
存在問題
M-1
402
Ø324mm×105m
報廢井
氣體竄到地面
M-1a
1175
Ø324mm×162m+ Ø245mm×398m+ Ø168mm×657.58m
采油井
固井不合格，環(huán)空冒氣
M-2
402
Ø324mm×161m+ Ø245mm×399.60m
報廢井
Ø245mm套管內(nèi)外均竄氣
M-2a
760
Ø324mm×160m+ Ø245mm×382m+ Ø168mm×750m
采油井
 
M-3
401
Ø324mm×146m
報廢井
井噴、失控、燒毀設(shè)備
1) M-1井：使用Ø394mm鉆頭鉆至106m，下入套管Ø324mm×105m，固井水泥漿返至地面。2002年12月19日，第2次開鉆，使用Ø394mm鉆頭鉆至402m，起鉆至井深302m，發(fā)現(xiàn)氣流并關(guān)井，立壓為1.5MPa，套壓為1.8MPa。隨后發(fā)現(xiàn)井口周圍氣體竄到地面(見圖1、2)。后來注水泥塞，該井工程報廢。
 
    2) M-1a井：使用密度為1.19g/cm3的鉆井液，鉆至353m井漏，漏失速度為3.8m3/h。堵漏后，于2003年6月18日鉆至井深1175m，分別下入套管Ø324mm×160.63m+Ø245mm×398m+Ø168mm×657.58m，正常完井。但是，生產(chǎn)套管固井質(zhì)量不合格，CBL測井：550m以上井段套管接箍明顯，Ø245mm和Ø168mm套管環(huán)空冒氣。
    3) M-2井：于2003年10月30日開鉆，鉆至井深402m，分別下入套管Ø324mm×161m+Ø245mm×399.60m，固井后11h，兩層套管之間的環(huán)空溢流出水和氣體，測得壓力為1.2MPa。后來，環(huán)空多次擠注水泥，仍然竄氣。另一方面，在Ø245mm套管內(nèi)部，鉆水泥塞至井深295m，全烴為5%，密度為1.08g/cm3，溢流，關(guān)井套壓為0.8MPa；加重密度至1.39g/cm3，套壓為0.3MPa，套管內(nèi)外仍然竄氣，為了安全，在Ø245mm套管內(nèi)注水泥塞，該井工程報廢。
    4) M-2a井：于2004年1月19日，該井用密度為1.21g/cm3的鉆井液鉆至井深760m，下入套管Ø324mm×160m+Ø245mm×382m+Ø168mm×750m，固井20h后，Ø245mm和Ø168mm套管環(huán)空壓力為2MPa，接管線引出點燃長明火把至今。
    5) M-3井：于2004年2月8日開鉆，套管下深Ø324mm×146m，2004年2月15日使用Ø295.3mm鉆頭鉆至401m完鉆，鉆井液性能：密度為1.16g/cm3；黏度為48s，在316～323m井段，打開淺氣層。循環(huán)后全烴為0.5%，起鉆至井深316m，循環(huán)1h全烴由25%降至0.2%，至2004年2月16日起鉆至井深300m，發(fā)現(xiàn)溢流，當(dāng)搶接方鉆桿時，氣體和鉆井液混合物涌出轉(zhuǎn)盤面，關(guān)井失敗，井噴失控、著火、燒毀設(shè)備(見圖3、4)。經(jīng)過拆除、清理被毀設(shè)備，爆破滅火，更換井口裝置，連接液壓控制管線，關(guān)閉防噴器之后，注水泥塞，該井工程報廢(大火燃燒6d)。
 
2 M區(qū)塊淺層氣特點及鉆井施工難點
    1) M區(qū)塊淺層氣特點：M區(qū)塊淺層氣埋藏淺(M-2井在井深270m就鉆遇了氣層)、井段長(M-18井在井深510m還有高壓氣層)、范圍廣、異常活躍、地層脆弱。
    2) 鉆井施工難點：①表層套管只能下到氣層頂部，第1次開鉆要保證不打開氣層。如果第1次開鉆打開氣層，淺層氣問題將更難處理；②淺層氣分布井段長，不能保證技術(shù)套管封住全部氣層；③鉆井液密度不能太高，否則，造成井漏；④由于氣層埋藏淺，氣層距離地面較近，氣體一旦進(jìn)入井內(nèi)，很快到達(dá)井口，幾乎沒有預(yù)警時間。另外，氣體壓縮比小，氣體上升過程中膨脹比也相對較小。因此，發(fā)現(xiàn)溢流比較困難。施工中往往是發(fā)現(xiàn)溢流，隨即井噴；⑤起鉆抽汲對井內(nèi)壓力平衡影響比較大，氣體往往跟隨鉆頭到達(dá)井口，造成井噴。一旦井噴失控，容易失火，造成大面積污染；⑥關(guān)井壓力要控制在適度范圍內(nèi)，壓力升高時，要及時泄壓，否則，會憋破地層竄到地面；⑦固井水泥漿失重容易引起套管環(huán)空竄氣，水泥環(huán)質(zhì)量難以保證；⑧井底碳酸巖地層是目的層之一，與上部地層不整合接觸，壓力系數(shù)為1.0左右，打開這套地層時，往往發(fā)生井漏。
3 M區(qū)塊淺層氣鉆井井控技術(shù)
    針對M區(qū)塊淺層氣特點及鉆井施工難點，主要采取了以下技術(shù)措施[1～7]：
    1) 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，做好鉆井設(shè)計：在前期所鉆的井中，表層套管下入深度為100m至200m不等，出現(xiàn)了不少問題。設(shè)計原則是Ø324mm表層套管下入200m左右，至氣層頂部，而不打開氣層。Ø245mm技術(shù)套管下入400m以上，至油層頂部，而不打開目的層。對于底部侏羅系地層下入Ø168mm生產(chǎn)套管后，使用密度小于1.05g/cm3的鉆井液打開碳酸鹽巖地層，保護(hù)好油氣層。每次固井水泥漿均要求返到地面。
    2) 第1次開鉆井段，大排量循環(huán)固井，水泥漿返到地面，保證Ø324mm套管固井質(zhì)量。
    3) 第2次開鉆前，除嚴(yán)格按常規(guī)安裝井口外，還在四通兩側(cè)各安裝一只液壓控制閘門，并雙向試壓合格，保證及時泄壓。
    4) 第2次開鉆井段要注重一次井控，在不漏的情況下，使用比較高的鉆井液密度鉆進(jìn)，“壓穩(wěn)”的概念貫徹到鉆進(jìn)、起下鉆等每一個作業(yè)環(huán)節(jié)中。儲備足夠的高密度鉆井液和加重材料。
    5) Ø245mm套管使用外封隔器，固井后，根據(jù)井下情況適當(dāng)加回壓。
    6) 第3次開鉆井段使用設(shè)計鉆井液密度和失水的下限，控制鉆時，保證井眼清潔，既防止鉆屑過多引起密度上升，而壓漏地層，又防止氣體侵入量增加使井內(nèi)液柱壓力降低。起下鉆平穩(wěn)操作，防止產(chǎn)生壓力激動。
    7) Ø168mm套管同樣使用外封隔器，并采用雙凝水泥漿固井。先安裝套管頭卡瓦，后固井，然后視井下情況適當(dāng)加回壓。
    8) 第4次開鉆在碳酸鹽巖地層鉆進(jìn)，注重硫化氫防護(hù)和防漏。
4 M區(qū)塊淺層氣鉆井情況
    1) M-4井井噴情況：該井設(shè)計井深為648m，下入表層套管Ø324mm×200.46m+Ø245mm×399.78m。2005年4月8日使用Ø216mm鉆頭鉆至井深561.48m發(fā)生井漏，漏失速度為8.39m3/h，鉆井液密度為1.18g/cm3。從環(huán)空灌入鉆井液8m3未見到液面。在配制堵漏劑時發(fā)生井噴，噴高至天車臺。關(guān)井立壓為3MPa；套壓為4MPa。先注入堵漏劑10m3，重新建立循環(huán)，后節(jié)流循環(huán)排氣套壓降為零，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。M-4井于2005年4月13日下入油層套管Ø168mm×644.06m并固井，關(guān)井候凝。發(fā)現(xiàn)水泥樣品已經(jīng)變硬后，為了加快生產(chǎn)進(jìn)度，在開始拆防噴器節(jié)流管匯時發(fā)現(xiàn)溢流，隨即發(fā)生強烈井噴，環(huán)空水泥被噴了出來。井噴發(fā)生后，裝好井口和節(jié)流管匯，進(jìn)行關(guān)井，套壓為4.5MPa。然后，從環(huán)空注入密度為1.28g/cm3的鉆井液壓井。測CBL發(fā)現(xiàn)420m以下固井質(zhì)量良好，在環(huán)空擠水泥19t補救。當(dāng)時，該井還沒有采取先安裝套管頭卡瓦，后固井的技術(shù)措施。M-4井是M區(qū)塊測得H2S含量最高的井。
    2) M-18井井噴情況：該井設(shè)計井深為693m，下入表層套管Ø324mm×204.86m+Ø245mm ×438.06m。2005年11月12日使用Ø216mm鉆頭鉆至井深514.50m，鉆井泵的噴淋泵壞，進(jìn)行修泵(設(shè)備配套僅一臺泵)工作，在活動鉆具5min后，發(fā)生強烈井噴，進(jìn)行關(guān)井，套壓為2.5MPa，鉆井液密度為1.14g/cm3，黏度為56s，放噴點火情況(見圖5)。然后使用密度為1.23g/cm3的鉆井液進(jìn)行壓井，恢復(fù)正常。
 
5 M區(qū)塊淺層氣鉆井井控成效
    在中國石化國際石油勘探開發(fā)公司接管M區(qū)塊后，自2005年完成M-3a井(M-3井的替代井)以來，通過實施淺層氣井控技術(shù)，至2009年7月已經(jīng)在M區(qū)塊完井42口(含兩口淺層氣資源評價井)，盡管出現(xiàn)了3次井噴等異常情況，但是均得到了有效控制。井控技術(shù)主要成效有以下幾個方面：
    1) 避免了井噴失控。
    2) 避免了報廢井。
    3) 固井質(zhì)量合格率由前期的20%提高到100%，優(yōu)良率提高到75%以上[1～7]。
    4) 解決了套管之間環(huán)空竄氣的問題。
    5) 更好地開發(fā)了深部碳酸巖油氣藏。
    6) 避免了環(huán)境污染。
6 結(jié)論與認(rèn)識
    1) 淺層氣鉆井需要針對性強的防控技術(shù)，細(xì)微的疏失就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的井噴、失控、設(shè)備毀壞、氣井報廢、資源浪費和環(huán)境污染。
    2) 一旦井噴關(guān)井，應(yīng)及時放噴、泄壓，避免憋破地層竄至地面。
    3) 套管外封隔器的使用對提高淺層氣井的固井質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。
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(本文作者：李作賓 中國石化國際石油勘探開發(fā)公司俄羅斯中亞大區(qū))