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）

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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。