浅层气井喷压井作业

浅层气井喷压井作业第一章引言1.1问题的提出控制浅层天然气井喷，是目前石油行业和钻井井控专家公认的难题。

浅层天然气井喷造成的近海钻井损失比任何其它类型的井喷损失都大。

在许多地方，浅井井喷造成钻机严重损害，但是钻井平台并没有完全毁坏，亚当斯和库尔曼1991年七月发表的一篇技术文件指出在各个情况下的钻机损失表，包含钻机和钻井平台。

浅层气流量是一个关键问题，因为根据现场经验和数学模型表明，一旦钻机损坏或停止，现有钻井设备流程是几乎不可能的防止浅层井喷。

浅层天然气井喷经常没有桥接，均有一些补救控制手段，如垂直直接干预或试井。

很少有一个良好的井可以持续流动直至消耗殆尽。

浅井井喷的关键是由于地层压力过重，钻井泥浆和岩石的完整性（破裂梯度）有关破裂梯度是问题的焦点。

与更深层环境的钻探的情况下相比压力过重是比较小的因素。

由底页的参考文件和图片。

平衡边界，相对适中的抽汲量以及所带出的岩屑可以造成气体层间紊流从而导致井喷，应该注意在下面关于初始的和现行的浅层气控制技术的讨论是独立和特殊的。

主要用到的控制技术设备和系统通常是现有的钻机钻井所有的。

当井喷发生时这些操作通常有钻井队来完成。

修复技术被定义为井喷专家通常用的特殊的技术和设备来完成，其中一些在文章中有描述。

本文着重描述井喷控制技术。

1.2一般性观点浅层气有两种有效的解释。

首先是天然气在那些破裂梯度较低的底层相遇，井涌不能被传统的关井技术所控制，深度从原始地层渗透到油管或者地表套管的套管坐落点，目前情况显示井喷涉及的区域从地表300英尺（90米）1的土面井喷和海平线一下400英尺（120米），或海上700英尺（210米）的井喷事故。

另一种浅层天然气井喷常见的类型包括在导管或表面套管下面的，裸眼井或表层套管里面里的天然气在水泥浆里移动产生的。

这种流动用常规技术是压不住的。

一个常见的例子是天然气在表层套管的环形空间或者在中间套管运移造成的井喷。

第二章动态分析2.1关于浅层气的思想关于浅层气井喷的种种思想已经经过多年发展，大多数来源于对测井结果的误解的原因，其中包括以下内容：•储量低•将很快枯竭•低压力•流动速率较低•钻孔会被堵塞•气体沸点下降•分流器腐蚀和堵塞比很少被考虑根据这些结论并认定井喷会发生是不恰当的。

实验室设备不会提供给一个小体积压缩气体。

一些井在很多年后仍然持续流动。

这些结论都可以在一些具体情况中被证实，事实上在大多数情况下它们是完全不正确的。

2.2浅层气井喷的典型结果浅层天然气井喷可以归类为一些可预见的结果，分流系统故障，套管外流动，形成火山口。

一旦流动开始，几乎不可避免的发生井喷并出现上述的结果之一。

这些由浅层气井喷所造成的结果在更早的亚当斯和库尔曼发表的文献资料中有描述。

浅层气井喷的特点和井喷后的典型结果将影响压井作业操作的类型，，尽管变量参数很难分离，影响压井作业的主要因素如下：•陆地和海上•近海水深•套管外流动（火山口形成）•地质特征•海平面以上气体分析系统•水上燃烧这些都会论述到，本节引用的技术将在以下各节会得到更详细的描述。

陆地和海上浅层天然气井喷在海上更普遍，在陆地上也经常发生，在某些情况下，衔接近海浅层天然气井喷已经被证明是比同类陆地井喷次数少。

尽管无法量化桥接少的原因，但可以推测这是由于在近海岸地层环境下岩石稳定性比陆地要差，并且地层水同等情况下笔陆地地层有更高的渗透率，而陆地地层允许较高的气体流量。

陆地浅井喷可选择（1）排污，直到枯竭，（2）桥接，（3）爆炸穴（4）通过顶部或者底部压井技术或者实验设备卸载技术压井。

如果井喷发生在水下，一个陆地上成形的井不能采取海上那种可行的垂直干预压井技术。

近海水深一个海上浅水深度发生的井喷会引起水下的井喷。

水深对压井选择有影响。

影响的效果如下：•垂直干预压井（详见以下各节）已成功用于水深度200英尺（61米）和更大的深度。

•垂直干预压井低于200英尺（61米），在一定条件下是可行的。

•增加水深抑制从井眼出来的泵量，从而妨碍了搭桥趋势。

•采取水和电流驱散气体，所以没有直接在钻机下释放。

作为一般规则，垂直的干预技术可以安全地应用于水深度高于300英尺（91米）的情况，并在适当的监督下可以在水深较小的地方实施。

套管外流动如果流动从套管外开始，一个减压井必须被完成为以地面为基准的井喷做准备。

一个近海水下环境有垂直压井的选择。

管外流有两种情况。

它将有一个大的喷发量并造成火山口。

这种情况将在一段时间内放流或者数天之内桥接（图1）。

其他的管外流的情况是它最初距离出露的钻井平台一定距离将看到一些表面的岩层露头。

（图2）距离范围为100-1000英尺（30.5-305米）。

钻井或其他正在持续的操作可能没有显示任何异常的活动正如在多个文件资料记载的情况一样。

远离钻机气沸可移动的不同地点最终在一定时期内停止内，也可以逐步进入钻机，并导致火山口，摧毁钻井装置。

尽管关于这些事件的重要数据已收集，但仅目前一直无法标识井喷的普遍特征并加以可以预测流动会停止或者在下面流动从而摧毁钻井装置。

在天然气沸首先在距离钻机一定距离处观察到的情况下，有一种通用的井喷控制方法是采取观望的态度。

这种做法已造成一些钻机的损失，而这些钻机如果采取行动迅速搬离出事地点将会被保存下来。

尽管在这种情况下的不确定性，我们相信有足够的可行数据来预测24 至48小时内发生的情况并及时拆卸钻井平台并搬离钻机。

数据必须尽快仔细加以研究以做出搬离的决定。

事件发生48小时之后将更难预测。

气柱水下天然气井喷动力学早已确立（图3）。

流源附近的半静止形态让专家来实施控制井作业。

必须更加重视海面区域。

向上移动的气体夹带大体积的水向外翻转直至到达地表。

大体积的水稀释了气体的浓度并使气体大范围的分布。

地表浮力下降，对于大部分情况的水深度而言，对井口下陷的损害比较小。

（图4）事实上，向上移动的水量，趋向于举升井口到一个合适的程度。

海平面上涌出来的气体通常情况下浓度很低，（1988年的Cook Inlet）测量结果高于有效的井喷浓度，阿拉斯加没有测量到任何高于水浓度的情况。

井喷气体在200英尺（61米）以下的水中。

气体传感器空气间隙间距是略高于水面的20英尺（6米）的距离。

通过1985-1986年西方井喷事件以及挪威和美国佛罗里达州的现场试验具体数据使这油田实例具体化。

水上燃烧一个点燃的海上井喷往往会继续燃烧，即使最终摧毁井，并在水下井喷。

燃料运移到表面燃烧，但复燃火并不会在水下延伸，因为没有氧气的来源。

地表火所聚集的热量将举止垂直压井。

每种情况必须进行单独评价，但它没有考虑在这个时候钻井装置是否能得到充分冷却。

试图用泡沫或者其他材料来熄灭火被认为是可能的，因为向外的径向流导致长长的火焰从井喷的径向上运移动相当范围的距离。

如果在水面上燃烧的话减压井是唯一的控制选择。

1986年一个偏置井为委内瑞拉SLB-5-4X 井（图5）这种情况必须在特定的案例基础上评估。

2.3压井选择和选择标准许多方法已经被提出来针对发生浅层气流动时来避免浅层气流动并对其控制。

很多是假设多于事实，而其他的是基于不同案例下的经验事实。

提出的较好方法如下：•避免浅层天然气井场•预防起始井涌•导向钻孔•非常早期检测•衔接•地表分流•水下分流•关井•垂直干预•减井压/动力压井•减井压/饱和溢流虽然本文是专门用于浅层天然气井喷压井，也应该对避免最初发生井涌给以充分的重视。

避免浅层天然气井场显然，如果选定钻探在不存在浅层气的井场，浅层气问题不会发生。

许多操作员和监管机构已经成立了一个政策，运行地震调查分析，以确定浅层气区域。

如果浅层气存在，尽一切努力，将井场选在不同的位置以避免了气体，并允许合理的钻探项目达到预期计划。

许多领域如此广泛的分布浅层天然气，不可能避免浅层天然气问题，必须妥善处理浅层气体带来的问题。

预防起始井涌如果没有初始井涌井喷式不会发生的。

这是一个容易理解的原理，但难以落实。

一些操作员在井控手册中发表报告说在浅层气区域井涌应该被避免。

预防浅层气井涌比更深底层环境的情况更关键。

典型的浅渗透率相对较高情况，大孔直径和适度的静水压力超平衡导致井涌控制困难。

油井消防员和井喷专家的经验表明在如果出现初始紊流流动大多数情况下都发生井喷。

这种发现基于传统的当井涌发生之后的操作/控制程序。

这种情况下正确的做法是“压井控制”，因为它是更深层的钻探而不再在浅层区域。

可以接受的假设一个流动传统意义上是无法控制并且在典型的方案下会发展成井喷。

唯一可以想到的情况并不是不寻常的存在于浅层气环境下的低渗透率储集层。

如果假设流动将发展成为井喷，很明显地必须给予严肃的注意来防止初始的紊流流动。

导向钻孔定位孔是在套管立柱下面的小直径剖面所钻的。

目的是调查在地下浅层气的情况。

钻孔被控制在适当的速率以最大限度地减少岩心气侵影响。

循环率很高以保持孔清洁并稀释岩心气体浓度。

随钻工具被使用。

当孔钻好以后，它是打开的或孔内扩孔以接收下一根套管立柱。

定位孔作为浅层气问题的解决方案。

不管怎么样重要的是要明白，定位孔有一些负面的方面关于设计中所要避免的问题。

小孔的粒度分布有效地稀释了岩心气体的浓度。

然而，小直径增加抽汲压力。

尽管总的抽汲压力比较小，但必须记住，泥浆与地层压力之间的压力过重以及从抽汲压力的减小会诱使井涌的发生。

这点在起下钻的过程中被认定。

虽然，这个问题不能用严格的统计分析处理，因为它是未知的井喷因不适当的孔发生多少。

另一个定位孔的缺点是小钻孔直径如果气体涌入，相对于气体的高度，气柱有一个实质的高度。

泥浆流失导致静水压力下降，加剧了欠平衡情况，并且加剧了气体涌入的速率。

定位孔的直径必须被考虑。

一般的尺寸是9 又7 / 8英寸，12 又1 / 4 英寸。

规定的逻辑是，小直径定位孔会更适合动力学压井。

无论如何，油田井喷情况数学建模经验表明，定位孔尺寸大于9又7 / 8英寸的动力学压井是不可行的。

建议试点孔钻8 又1 / 2 英寸，或者较少的的增加动态压井支撑点。

尽管在这种情况下，由于井眼冲蚀，动态压井在浅层柔软地层是不可行的。

尽管如此，定位孔是浅层天然气问题的预防措施。

非常早期检测建议很早的时期进行井涌检测。

推测一些可以采取的行动来控制这种情况。

不幸的是在大多数情况下，不可能检测的很快，也没有任何合理可行的控制措施。

当涌动开始时时间会很短的，而且在关键性的特征被观察到之前钻孔可以卸载并且可以采取一些行动措施。

两种最近在阿拉斯加出现的井涌钻孔无载荷和从检测设备没有测到任何的表面的警告标志并且从地层700英尺（210米）向上涌动。

这种事实是有趣的，因为观察到是在一个详细的随钻测井系统与一个完整的数控测井系统相结合以监测井下和地表的井涌。

其他一些操作员表明了类似的浅层井喷反应时间方面的经验。

这种短暂的反应时间使分流迅速关闭。