胜利油田浅层气井喷原因分析及预防技术

胜利油田浅层气井喷原因分析及预防技术

范兆祥 袁新平

(胜利石油管理局,山东东营 257237)

摘要 浅层气井喷事故危害极大。胜利油田浅层气分布较广,浅层气井喷事故时有发生。总结了胜利油田浅层气井喷事故的4个特点,分析了导致浅层气井喷7种原因,从钻井设计、钻井工艺、固井工艺等方面详细介绍了胜利油田预防浅层气井喷技术。实践证明该防喷技术行之有效,具有较强的可操作性。

关键词 胜利油田 浅层气 井喷 防喷

作者简介 范兆祥,1970年生。1994年毕业于江汉石油学院钻井工程专业,现在渤海钻井总公司钻井一公司技术服务站工作,石油大学攻读硕士学位,工程师。 袁新平,1970年生。1991年毕业于石油大学(华东)应用化学专业,现在纯梁采油厂工艺所工作。

预防浅层气井喷是一个世界性的钻井技术难题,国内外几乎每年都有浅层气井喷的钻井事故发生。浅层气俗称 鸡窝气,在胜利油田孤东、孤岛等油区分布较广,在这些地区的勘探开发中,先后有多口井发生过浅层气井喷事故,造成井眼报废、井喷着火、甚至钻机埋没等严重后果。胜利油田渤海钻井一公司长期在浅层气密集的孤东、孤岛等地区进行钻探施工,经过多年的探索与研究,总结了一套适合胜利油田特点的浅层气防喷技术,有效地预防了浅层气井喷事故的发生,取得了令人满意的效果。1 浅层气井喷的特点

1.1 浅层气分布规律

胜利油田浅层气主要分布在上第三系明化镇组和馆陶组地层,部分浅层气井喷情况统计见表1。明化镇组浅层气埋深一般在300~900m;馆陶组浅层气埋深一般在800~1400m,其地层层序及岩性特点见表2。

1.2 浅层气井喷特点

1.2.1 易发生 易发生井喷的多为上第三系的明化镇组浅层气,该层气埋藏浅,深度在300~900m。

表1 胜利油田部分浅层气井喷情况统计

井号井喷时井深

/m

井 喷 简 况原 因 分 析

GD71169.00起钻10柱,发生强烈井喷,套管外也喷气, 拔活塞起钻,导致井喷;表层套管下深仅5h后全部设备陷入地下34.18m,使事故恶化

C H13-X271133.00起钻9柱,发生强烈井喷,着火。由于放喷 拔活塞起钻,导致井喷;井控设备安装不

管线堵,地表被憋开,设备陷入地下良,表层套管太浅,使事故恶化B24225.30钻进中突然井喷,喷高50m,80min后,井塌存在局部高压浅层气;钻井液密度低

停喷,井报废

B24-1321.11钻进接单根时井喷,喷高40m,用密度深部高压气体通过固井质量不好老井周围

1.6g/cm3钻井液压井成功窜至上部,形成异常高压层

M4-3-251023.86起钻完卸取心工具时,井喷着火,烧毁部分钻井液密度偏低;起钻 拔活塞;未装防喷设备;4h后井塌停喷设备,无法控制井口

GDX3-171300.00出岩心后下钻1柱,间断井喷,喷高至天车台,设计钻井液密度偏低;起钻 拔活塞;停泵3h后井塌停喷,压井划眼时间长

B3481303.69电测后,打捞电测仪,起钻完时井喷失控,停泵时间长

停喷后,注水泥,井眼报废

22石油钻采工艺 2002年(第24卷)第2期

表2 胜利油田地区上部地层层序与岩性特点

地层名称厚度/m地层特点

平原组200~400岩性疏松,含流沙层,极易垮塌

明化镇组300~900粉砂岩与泥岩互层,造浆性强,易憋漏漏失,部分地区有浅层气

馆陶组600~1000泥岩与细砂岩等厚互层,底部为砾状砂岩,造浆性强,部分地区有浅层油气

由于井浅,浅层气体侵入井眼后,在很短的时间内就会运移到井口,发生井喷。深1000m左右的井,从溢流出现到井喷发生,时间往往只间隔4~6min,在如此短时间内是很难采取有效措施的。可以说溢流一旦发生,井喷几乎是不可避免的。

1.2.2 难处理 上部平原组地层疏松,发生井喷后,关井易憋漏地表,造成井口周围到处冒泡。由于浅层气井喷后不能采用常规方法关井,不能有效控制井口,往往比常规井喷更难于处理。

1.2.3 危害大 浅层气井喷属于严重的钻井事故,危害极大,常会造成以下3种严重后果。!天然气井喷着火,烧毁设备;∀在表层套管下深较浅或封固质量不好的情况下,气体会从套管外喷出,造成套管外井喷,在地面形成大坑,使设备陷入地下,表1中GD7井和C H13-X27井就是这样的例子;#在表层套管下入较深且封固质量好的情况下,浅层气井喷往往会因井塌而停喷,造成井眼报废,B24井便属于此类。

1.2.4 气层渗透性好,允许压力波动低 国内外资料表明,在浅部天然气层钻进或起下钻时,井筒钻井液液柱压力波动易引起井喷。胜利油田由于上部气层渗透性好,允许压力波动在0.5MPa左右,相当于井筒内50m钻井液液柱压力。故在液柱压力稍不平衡的情况下,天然气就会迅速进入井眼,造成浅层气井喷。

2 浅层气井喷原因分析

2.1 钻井液密度偏低

胜利油田浅层气地层压力系数一般在0.95~ 1.05,属正常压力范围。在钻井施工中,上部井段常采用清水造浆方式钻进,钻井液自然密度一般为1.05~1.15g/cm3。钻进时液柱压力一般能平衡气层压力,但在起钻时由于减少了环空循环压耗,加上起钻时的抽吸作用,以及灌钻井液不及时等其它因素,很容易导致液柱压力低于气层压力,从而引发井喷事故。由于钻井液密度较低,有时在钻进中遭遇到压力较高的气层,钻进中也会发生井喷,如B24井井喷。

2.2 起钻灌钻井液不及时

胜利油田上部井眼段地层疏松,渗透性很强,一般情况下,灌满井眼需要的钻井液量是起出钻具体积的1.5~3倍。每起钻3~5柱钻杆灌浆1次的常规灌注方法远远不能满足浅层气钻井井控要求。灌浆不及时导致液柱压力降低后,浅层气体就会迅速进入井眼引起井喷。通过现场调查,导致灌浆不及时的原因通常还有:每次灌浆量不够;灌钻井液闸门没打开或没全开;备灌钻井液量不够;灌钻井液管线冻结或堵塞;钻井泵故障等。

2.3 拔活塞起钻

馆陶组以上地层岩石矿物以蒙脱石为主,泥岩易分散造浆,钻进中如排量小,很容易导致井眼缩径和钻头泥包,起钻时容易出现 拔活塞现象。 拔活塞起钻时,起出钻具的体积和拔出钻井液的体积由钻具内钻井液来补充,这样会导致钻具内的液面迅速下降。经计算,在 216m m井眼内,每 拔活塞起出1柱 127mm钻杆,钻杆内液面会下降86m,假定钻井液密度1.20g/cm3,则液柱压力将下降1MPa。显然 拔活塞起钻对液柱压力的减少影响很大,很容易导致井喷发生。 拔活塞起钻造成的浅层气井喷是最常见的浅层气井喷类型。表1中就有4口井井喷属于此类。

2.4 停泵时间长

静止状态下,气体主要通过扩散作用侵入井眼,在一段时间内,气体会逐渐产生积聚现象,慢慢地形成气柱。由于天然气密度低,具有可压缩、易膨胀的特点,在置换作用下,气柱会逐渐上升,在上升过程中,随着作用在气柱上压力的降低,气柱体积不断膨胀,并最终导致井喷。B348井,在完井电测时,测井仪落井,打捞测井仪时又没有循环排气,停泵时间累计达150h,期间钻井液逐渐气浸,最终导致井喷。2.5 井漏

井漏一般分2种:一种为自然井漏,是由于断层和裂缝等的存在而引起的井漏;另一种是人为因素

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