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)

哈薩克斯坦里海盆地M區(qū)塊淺層氣井控技術(shù)

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)

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270～510 m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`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,注重硫化氫防護和防漏。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。

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口井鉆達設(shè)計井深完井,但仍然存在環(huán)空竄氣問題。更為嚴重的是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?shù)卦斐闪瞬涣加绊?。當?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

1)M -1井:使用`394 mm鉆頭鉆至106 m,下入套管`324 mm×105 m,固井水泥漿返至地面。2002年12月19日,第2次開鉆,使用`394 mm鉆頭鉆至402 m,起鉆至井深302 m,發(fā)現(xiàn)氣流并關(guān)井,立壓為1.5 M Pa,套壓為1.8 M Pa。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1.19 g/cm3的鉆井液,鉆至353 m井漏,漏失速度為3.8 m3/h。堵漏后,于2003年6月18日鉆至井深1 175 m,分別下入套管`324 mm×160.63 m+`245 mm×398 m+`168 mm× 657.58 m,正常完井。但是,生產(chǎn)套管固井質(zhì)量不合格,CBL測井:550 m以上井段套管接箍明顯,`245 mm和`168 mm套管環(huán)空冒氣。

圖1 M-1井示意圖

圖2 M-1井撤離后井場塌陷圖

3)M -2井:于2003年10月30日開鉆,鉆至井深402 m,分別下入套管`324 mm×161 m+`245 mm ×399.60 m,固井后11 h,兩層套管之間的環(huán)空溢流出水和氣體,測得壓力為1.2 M Pa。后來,環(huán)空多次擠注水泥,仍然竄氣。另一方面,在`245 mm套管內(nèi)部,鉆水泥塞至井深295 m,全烴為5%,密度為1.08 g/cm3,溢流,關(guān)井套壓為0.8 M Pa;加重密度至 1.39 g/cm3,套壓為0.3 M Pa,套管內(nèi)外仍然竄氣,為了安全,在`245 mm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1.21 g/cm3的鉆井液鉆至井深760 m,下入套管`324 mm×160 m+`245 mm×382 m+`168 mm×750 m,固井20 h后,`245 mm和`168 mm套管環(huán)空壓力為2 M Pa,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`324 mm×146 m,2004年2月15日使用`295.3 mm鉆頭鉆至401 m完鉆,鉆井液性能:密度為1.16 g/cm3;黏度為48 s,在316～323 m井段,打開淺氣層。循環(huán)后全烴為0.5%,起鉆至井深316 m,循環(huán)1 h全烴由25%降至0.2%,至2004年2月16日起鉆至井深300 m,發(fā)現(xiàn)溢流,當搶接方鉆桿時,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6 d)。

圖3 M-3井噴著火圖

圖4 M-3井燒毀鉆井設(shè)備圖

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270 m就鉆遇了氣層)、井段長(M -18井在井深510 m還有高壓氣層)、范圍廣、異?；钴S、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,氣體一旦進入井內(nèi),很快到達井口,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100 m至200 m不等,出現(xiàn)了不少問題。設(shè)計原則是`324 mm表層套管下入200 m左右,至氣層頂部,而不打開氣層。`245 mm技術(shù)套管下入400 m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`168 mm生產(chǎn)套管后,使用密度小于1.05 g/cm3的鉆井液打開碳酸鹽巖地層,保護好油氣層。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`324 mm套管固井質(zhì)量。

3)第2次開鉆前,除嚴格按常規(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,“壓穩(wěn)”的概念貫徹到鉆進、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)`245 mm套管使用外封隔器,固井后,根據(jù)井下情況適當加回壓。

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)`168 mm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加回壓。

8)第4次開鉆在碳酸鹽巖地層鉆進,注重硫化氫防護和防漏。

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648 m,下入表層套管`324 mm×200.46 m+`245 mm×399.78 m。2005年4月8日使用`216 mm鉆頭鉆至井深561.48 m發(fā)生井漏,漏失速度為8.39 m3/h,鉆井液密度為1.18 g/cm3。從環(huán)空灌入鉆井液8 m3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3 M Pa;套壓為4 M Pa。先注入堵漏劑10 m3,重新建立循環(huán),后節(jié)流循環(huán)排氣套壓降為零,恢復正常鉆進。M -4井于2005年4月13日下入油層套管`168 mm×644.06 m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,進行關(guān)井,套壓為4.5 M Pa。然后,從環(huán)空注入密度為1.28 g/cm3的鉆井液壓井。測CBL發(fā)現(xiàn)420 m以下固井質(zhì)量良好,在環(huán)空擠水泥19 t補救。當時,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693 m,下入表層套管`324 mm×204.86 m+`245 mm× 438.06 m。2005年11月12日使用`216 mm鉆頭鉆至井深514.50 m,鉆井泵的噴淋泵壞,進行修泵(設(shè)備配套僅一臺泵)工作,在活動鉆具5 min后,發(fā)生強烈井噴,進行關(guān)井,套壓為2.5 M Pa,鉆井液密度為1.14 g/cm3,黏度為56 s,放噴點火情況(見圖5)。然后使用密度為1.23 g/cm3的鉆井液進行壓井,恢復正常。

圖5 M-18井放噴、匯壓、點火圖

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)論與認識

1)淺層氣鉆井需要針對性強的防控技術(shù),細微的疏失就可能導致嚴重的井噴、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。

[1]黃守國,李金炭.淺氣層井控技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2008, 30(5):64-66.

[2]鐘水清,徐進,甘升平,等.已封固發(fā)現(xiàn)天然氣氣井重鉆接替井的配套技術(shù)研究[J].鉆采工藝,2009,32(3):20-22, 37.

[3]吳月先,鐘水清.川渝地區(qū)不同條件下鉆接替的工程技術(shù)及實例分析[J].中外能源,2009,14(5):68-71.

[4]中國石化集團公司井控教材編寫組.鉆井井控設(shè)備[M].東營:中國石油大學出版社,2008.

[5]靳三江,鄭小平,王進忠,等.國外陸上淺層氣鉆井技術(shù)簡介[J].鉆采工藝,2001,26(5):7-9.

[6]吳月先,潘用平.四川盆地天然氣“立體勘探”新進展[J].巖性油氣藏,2009,21(1):128-132.

[7]孫振純.井控技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

Well con trol technology for shallow gas drilling at the M block,Caspian Basin in Kazakhstan

L IZuobin
(Russia-Central Asia A rea,International Petroleum Exp loration and Development Com pany,Sinopec,Beijing 100083,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.76-79,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The shallow burial dep th is themain reason for difficult well control of shallow gas drilling.Once the reservoir isopened, gas w illmigrate to the well head rapidly,far before any p recautionsw ill be taken the well already begins to blow out and soon isout of control.Even the wellhead is under control eventually,the formation is easily fractured under p ressure,and gas w ill flee out to the ground,resulting in equipment damage,well abandonment,and environment contamination.A t the M block,Caspian Basin in Kazakhstan,active shallow gases exist at beds between 270 - 510 m.In view of the shallow gas blowouts occurred earlier at the M block,a set of effective p recaution measures,fo r successful well control and better cementing wo rk,were p lanned as follow s:a.the drilling p lan and well structurewere op timized at first;b.during the first spud-in drilling,a high flow-rate circulation wasperformed during cementing,and the cement returned to the top,and a good cementing quality was ensured w ith the 324mm-in-diameter casing

string;c.during the second spud-in drilling,the p rimary well controlwas emphasized;d.during the third spud-in drilling,the lower limitsof drilling fluid density and filtration losswere designed,the drilling time was controlled,and the bo rehole was always kep t clean;e.during the fourth spud-in drilling in carbonate rocks,H2S leakage control and lost circulations were stressed.After being adop ted in 42 comp leted wells,the above-mentioned p recautionmeasures have achieved many goals,including that no blowouts ever occurred,drilling safety,quality and speed are allmaintained,and neither damage no r contamination has ever been found to the formation and environment.These w ill be valuable experiences fo r the drilling of similar shallow gas wells.

shallow gas,blowout,gas channeling in annulus,cementing quality,environment p ro tection,Kazakhstan,Caspian Basin

李作賓,1957年生,高級工程師;1982年畢業(yè)于原華東石油學院鉆井工程專業(yè);從事石油、天然氣勘探開發(fā)工程施工技術(shù)管理工作。地址:(100083)北京市北四環(huán)中路263號。電話:(010)82336536。E-mail:zbli@sipc.cn

李作賓.哈薩克斯坦里海盆地的M區(qū)塊淺層氣井控技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(1):76-79.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.022

2009-10-27 編輯 鐘水清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.022

L IZuobin,senio r engineer,was born in 1957.He graduated in drilling engineering from China University of Petroleum(East China) in 1982.He is now in charge of technicalmanagement of petroleum exp lo ration and development operations.

Add:No.263,M iddle No rthern 4th Ring Rd.,Beijing 100083,P.R.China

Tel:+86-10-8233 6536E-mail:zbli@sipc.cn