钻井现场井涌井漏事故原因分析及对策研究

张会利

（大庆油田钻探工程公司钻井三公司钻井三分公司, 黑龙江大庆 163000）

随着我国经济快速发展, 对石油及天然资源的需求量不断上升。石油及天然气勘探对于提高油气资源储量、扩大勘探成果意义重大。钻井工程是油气勘探的重要组成部分, 钻井投资在勘探中占有较大比例, 安全、高效的钻井对于降低钻井施工成本, 保障施工安全具有重要意义。然而, 钻井施工现场条件恶劣, 地质条件复杂、设备问题、钻井施工技术水平问题、施工经验不足、钻井液设计不合理等[1], 都会导致钻井工程事故发生, 轻则耽误钻井施工进度, 造成钻井施工成本上升, 影响钻井施工效益。重则造成油气井报废, 危及钻井作业人员人身安全, 造成重大人力、物力、财力损失, 造成不良社会影响。在所有钻井工程事故中, 井涌和井漏是较为常见的工程事故, 事故发生的原因既有认为操作失误, 也与地质条件有关, 在井涌井漏发生初期, 加强事故预警, 及时采取有效措施处理事故隐患, 对于提升钻井施工安全, 保障高效钻井具有重要意义。

2.1 井涌发生的原因分析

井涌是钻井施工过程中较为常见的异常情况, 钻井液设计密度过低或者地层异常高压都会导致井涌的发生[2]。井涌的一旦出现, 要及时的发现并采取适当的措施予以控制, 否则容易导致井口失控, 最终导致井喷的发生, 造成严重的经济损失。因此, 要熟悉井涌发生的原因, 了解井涌发生的征兆, 以便出现井涌时, 能够采取有效措施。井涌发生的原因归结为以下几类：

（1）当钻井过程中钻遇异常高压地层, 地层压力大于井筒内液柱压力, 在压差的作用下, 地层流体进入井筒内, 导致井涌的发生。

（2）钻井液密度设计过低, 导致井筒内压力小于地层压力, 最终出现井涌。

（3）钻井过程中由于地层流体的不断侵入, 导致钻井液密度降低, 井筒内压力小于地层压力, 加剧了井涌的形成。

（4）起钻时, 没有按照设计向井筒内加入足够的钻井液, 使得井筒内液柱压力降低, 小于地层压力, 导致井涌的发生。

（5）发生井漏时, 没有及时补充钻井液, 井筒内液面降低。

（6）起钻过程中, 钻具对地层的抽吸作用, 特别是钻头发生泥包时, 起钻对地层抽吸作用。

2.2 井漏发生的原因分析

井漏也是一种比较常见的钻井工程事故, 根据井漏发生的剧烈程度, 可以分为渗漏、小漏、大漏以及钻井液只进不出。井漏在钻井过程中较为常见, 一旦发现井漏, 要及时处理, 避免酿成重大钻井事故。通常渗漏和小漏会导致钻井施工中钻井液消耗量增加, 推高了钻井施工成本。当发生大漏或者钻井液只进不出的漏失时, 要高度重视, 防止出现井壁垮塌、卡钻等工程事故, 漏失部位如果发育油气层, 还可诱发井喷。井漏发生时, 在钻井工程参数上会有预兆, 应及时发现, 井漏事故处理起来难度较大, 因此, 及时发现井漏、采取正确的措施进行控制, 对于安全高效钻井具有重要意义。井漏发生的原因归结起来主要有以下几条：

（1）地层条件复杂, 孔隙、裂缝较发育, 特别是碳酸盐岩地层, 由于溶蚀作用会形成规模较大的溶洞, 一旦钻遇溶洞, 容易发生钻井漏空, 发生井漏[3]。

（2）钻井液密度设计过大, 导致井底压力远大于地层破裂压力, 地层被压裂, 钻井液进入地层, 导致出现井涌。

（3）下钻过程中, 钻具下入太快, 使得井底压力激增, 导致发生井漏。

（4）地层条件复杂, 存在低压地层, 钻开地层后, 因压力过低, 钻井液进入地层发生井漏。

3.1 井涌的监测

在钻井施工过程中容易出现井涌, 应做好监测预警, 及时准确发现井涌, 采取有效措施进行控制, 如若发现不及时或控制不当, 容易使井涌加剧, 导致井喷事故的发生。根据不同阶段, 井涌的监测及预警方式也不同。

（1）钻进阶段井涌监测。在钻进过程中, 应提前了解区块地质情况, 预判地层压力异常区域, 及时发现井涌征兆。对于一些钻井异常情况, 例如钻井突然加速、放空等现象要重视起来。通常钻开油气层后, 由于储层还有烃类气体, 气测值会上升, 钻井液出口流量、压力、密度均会出现不同程度降低, 如若气测值持续上升, 池体积持续增大, 出口密度持续下降, 当达到一定门限后, 即可确定为井涌, 此时应及时通知钻井队, 采取必要措施来控制井涌。如果措施并未奏效, 井涌没有得到有效控制, 应发出井喷警报。

（2）起下钻过程中井涌的监测。大多井涌事故都发生在起下钻过程中, 特别是钻开油气层后, 起下钻过程中施工措施不当, 极易导致井涌、井喷的发生。

起钻过程中发生的井涌多是因为没有按照设计加入足够量的钻井液, 导致井筒内液面降低, 当井筒内液面下降, 井筒内压力降低, 小于地层压力时, 地层流体进入井筒内, 形成井涌。此外, 当钻头发生泥包或起钻过快时, 起钻过程会产生较强的抽吸作用, 使得井筒内出现负压, 地层流体进入井筒形成井涌。因此, 起钻过程中, 应时刻留意井口有无溢流情况, 如果发现溢流, 应立即采取措施予以控制。

下钻过程中井涌多是因为下钻速度过快, 引起井底压力激动, 井筒内液柱压力大于地层压力, 井筒内钻井液进入地层, 当井筒内漏失的钻井液量过多, 井筒内液柱小于地层压力, 此时, 地层流体会进入井筒, 引起井涌。因此, 在下钻过程中, 应加强对钻井液返出的监测, 发现井涌迹象应采取有效措施, 进行控制。

3.2 井漏的监测

井漏是较为常见的钻井工程异常情况, 当出现井漏预兆时, 应准确判断发生井漏原因, 采取合理措施进行处理。做好井漏的监测是关键, 在监测井漏方面, 首先应了解区块地层压力情况, 做好井筒压力监测, 井漏最直接的表现是钻井液体积减小, 录井池体积能够较好地反映井漏的发生。根据不同阶段发生的井漏, 判别方法不同。

（1）钻进阶段井漏监测。在钻进阶段, 需要不断消耗钻井液, 钻井液体积会出现波动, 单依靠钻井液监测井漏, 准确率不高, 需要综合考虑录井工程参数。正常情况下, 机械钻速较低时, 钻井液体积变化相对较小, 通过钻井液体积变化是发现井漏的主要手段, 当机械钻速变化较快时, 还需要考虑钻井液密度、地层压力、泵冲等参数的变化, 同时结合录井识别的地层岩性情况, 当地层渗透性较好时, 钻井液体积如出现较大变化, 可能是井漏的预兆, 需要结合其它参数进行排查确定。

（2）起下钻过程中井漏。起下钻过程中监测井漏, 需要了解区块地层情况、地层压力情况、起下钻过程中钻井液返出情况, 通过综合分析, 判断钻井异常的情况。起钻时, 通常起出一点数量钻具, 需要注入固定量的钻井液。当注入钻井液量增加时, 可能是出现了井漏。在下钻过程中, 由于钻具下入过快, 地层压力发生激动, 当压力激增时, 可能导致地层破裂, 引起井漏。通过分析下入固定量钻具, 钻井液返出量有无增加, 来判断有无井漏的发生。此外, 需要分析钻井液出口温度、电导率变化, 当有钻井液返出时, 电导率明显增大。钻井液有返出时, 冬季温度变化明显, 夏季温度变化不明显。

在钻井现场, 加强对井涌井漏的监控对于安全高效钻井意义重大。随着信息技术的发展, 各种随着监测软件及系统应用而生, 虽然各种软件大同小异, 最根本的原理都是从分析钻井参数出发, 针对井涌井漏响应最明显的参数, 确定优先级, 然后每项参数确定一个门限值, 变化超过门限即发出预警。

ZS11井发生井涌时的参数变化情况, 该井钻至2393m时, 全烃值快速上升, 立管压力下降明显, 同时总池体积上升, 反映地层流体进入井筒内, 导致返出钻井液量增加。随着地层流体进入井筒内, 返出的钻井液密度下降。综合以上信息, 综合判断该井发生井涌, 现场人员及时通知钻井队, 采取合理措施进行处置, 确保了钻井施工安全。