姜文，劉英偉，李福明

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100010)

0 引言

在油氣田的勘探開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)過(guò)程中，井控風(fēng)險(xiǎn)覆蓋了油氣井的全生命周期，因此不論是鉆井還是井下作業(yè)，對(duì)于井控的基本認(rèn)識(shí)是相同的。鉆井是建井的最初階段，因此鉆井井控管理與技術(shù)為后續(xù)作業(yè)打下了基礎(chǔ)，也提供了參考，所以針對(duì)油氣井后續(xù)的測(cè)試、完井及修井等井下作業(yè)的井控風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)措施必須考慮該井鉆井階段的井控內(nèi)容，這是針對(duì)同一目標(biāo)井在井下作業(yè)井控與鉆井井控關(guān)聯(lián)的重點(diǎn)。雖然鉆井階段的井控技術(shù)為井下作業(yè)提供了一定的基礎(chǔ)和參考，但是并不代表鉆井井控技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)井下作業(yè)期間所有的井控風(fēng)險(xiǎn)。井下作業(yè)在作業(yè)工藝、作業(yè)特點(diǎn)、井身結(jié)構(gòu)、井液性能、井內(nèi)管柱、井下工具等方面和鉆井存在很大差異，因此井控風(fēng)險(xiǎn)和井控技術(shù)也存在很大差別。

1 井控風(fēng)險(xiǎn)

由于作業(yè)目的不同，井下作業(yè)相對(duì)于鉆井來(lái)說(shuō)，工藝復(fù)雜多樣，設(shè)備和工具也復(fù)雜多樣，因此井控風(fēng)險(xiǎn)也有很大差別。

1.1 對(duì)地層的激動(dòng)和抽汲影響

井下作業(yè)管柱與鉆井鉆具組合差別很大，井下作業(yè)管柱由很多不同功能的井下工具組成，這些工具內(nèi)、外徑和尺寸大小各不相同，特別是一些異形工具尤為突出，而鉆井期間的鉆具組合結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，鉆柱尺寸相對(duì)統(tǒng)一。因此在起、下管柱作業(yè)期間，井下作業(yè)管柱對(duì)地層的激動(dòng)和抽汲影響相對(duì)于鉆井大很多。井下作業(yè)期間很多井控事件發(fā)生的源頭就是在起管柱時(shí)，比如由于封隔器膠皮未充分回收，導(dǎo)致井底抽汲壓力過(guò)大而引起溢流[1]。

1.2 安裝防噴器組時(shí)的井控風(fēng)險(xiǎn)

鉆井在固完表層套管后安裝防噴器組，此時(shí)油氣層處于封閉狀態(tài)，無(wú)井噴風(fēng)險(xiǎn)。但是在完、修井作業(yè)階段，在打開(kāi)井口安裝防噴器組的過(guò)程中，多數(shù)情況下油氣層已經(jīng)打開(kāi)，與敞開(kāi)的井口是連通的，雖然通過(guò)壓井，地層孔隙壓力受到井筒液柱產(chǎn)生的井底壓力控制，但安裝防噴器組仍然存在很大井控風(fēng)險(xiǎn)。而且井下作業(yè)中防噴器組井口裝置與采油(氣)樹(shù)進(jìn)行拆卸和更換的作業(yè)非常頻繁，因此采用合適的井控工具和成功壓井后的有效觀察，是拆卸井口前的重要井控工作。

1.3 負(fù)壓作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

鉆井作業(yè)多數(shù)為壓力平衡或過(guò)平衡作業(yè)，但是井下作業(yè)中有很多負(fù)壓作業(yè)，負(fù)壓作業(yè)的目的主要是誘流或者誘噴，誘噴壓差的分析與計(jì)算，就是誘噴是否成功，是否會(huì)增大井控風(fēng)險(xiǎn)的重要工作。

1.4 壓力控制風(fēng)險(xiǎn)

鉆井井控技術(shù)主要是將風(fēng)險(xiǎn)控制在井筒內(nèi)，防止地層液體噴出井口。但是井下作業(yè)中有很多作業(yè)除了控制井筒內(nèi)井控風(fēng)險(xiǎn)外，還需要通過(guò)壓力控制工藝和設(shè)備來(lái)控制井口至地面流程的井控風(fēng)險(xiǎn)。比較典型的作業(yè)類(lèi)型有油氣井測(cè)試作業(yè)、鋼絲和電纜作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)和一些增產(chǎn)增注措施作業(yè)等等。

1.5 儲(chǔ)層改造后的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

相對(duì)于鉆井而言，井下作業(yè)對(duì)建井之后的儲(chǔ)層影響比較深刻，酸化、壓裂、注水、注氣、注聚、注汽等儲(chǔ)層改造作業(yè)，已經(jīng)使目的層的地質(zhì)油藏性質(zhì)發(fā)生了很大變化，這些變化對(duì)于工程作業(yè)來(lái)說(shuō)，會(huì)增加新的井控風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 井完整性風(fēng)險(xiǎn)

建井之后，越來(lái)越多的油田步入生產(chǎn)中后期，油氣井安全風(fēng)險(xiǎn)凸顯。每年新增的超期服役老油田，隨著生產(chǎn)年限的增加，關(guān)鍵井屏障單元失效，環(huán)空帶壓、腐蝕套損等問(wèn)題越來(lái)越突出。而且腐蝕導(dǎo)致井屏障破損日趨嚴(yán)重。譬如，點(diǎn)蝕就是目前比較典型的油管、套管腐蝕現(xiàn)象。井完整性誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)也是目前井下作業(yè)井控急需解決的問(wèn)題。

1.7 天然氣水合物風(fēng)險(xiǎn)

氣井極易形成天然氣水合物，特別是高溫高壓氣井。相對(duì)于鉆井而言，井下作業(yè)工藝為天然氣水合物的形成提供了更多便利條件。除了天然氣儲(chǔ)層的地層物性外，井下作業(yè)的井筒結(jié)構(gòu)狀態(tài)和地面生產(chǎn)流程構(gòu)造，都容易形成天然氣水合物堵塞作業(yè)流程，引起井控風(fēng)險(xiǎn)。

2 井控裝置和工具

常規(guī)的鉆井井控裝置主要有防噴器組合和控制系統(tǒng)、鉆井四通和法蘭、節(jié)流和壓井管匯、分流器、液氣分離器等裝備及相關(guān)輔助設(shè)備。常規(guī)的鉆井井控工具有頂驅(qū)內(nèi)防噴器、鉆桿內(nèi)防噴器、旋塞閥等。對(duì)于目標(biāo)井在鉆井作業(yè)結(jié)束后，鉆井的井控裝置和工具在后續(xù)的測(cè)試、完井和修井等井下作業(yè)過(guò)程中同樣提供井控保障，但是在此基礎(chǔ)上，又增加了井下作業(yè)特有的井控裝置、井控工具、壓力控制設(shè)備和具有井控功能的生產(chǎn)作業(yè)工具。井下作業(yè)特有的井控裝置主要是針對(duì)鋼絲/電纜、連續(xù)油管等專(zhuān)項(xiàng)作業(yè)特有的防噴器組合和井口裝置。井控工具包括背壓閥、各種類(lèi)型的井下安全閥等內(nèi)防噴工具。井下作業(yè)的壓力控制設(shè)備數(shù)量多、種類(lèi)多，比如：測(cè)試作業(yè)中的井口控制頭、油嘴管匯、油氣分離器，完修井作業(yè)中的采油(氣)樹(shù)，鋼絲/電纜、連續(xù)油管作業(yè)的防噴盒、防噴管，以及允許地層流體流動(dòng)的高壓和低壓管匯等，這些都屬于壓力控制設(shè)備。具有井控功能的生產(chǎn)作業(yè)工具在滿(mǎn)足基本生產(chǎn)作業(yè)要求的前提下，能夠提供內(nèi)防噴或者壓井循環(huán)通道的功能。這些工具既可以串接在井下作業(yè)管柱上，也可以通過(guò)丟手等形式，預(yù)留在井筒特定位置，為關(guān)閉井筒通道提供支持。這些工具的操作和控制方式也有其專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，有的是通過(guò)地面管線控制，有的是通過(guò)鋼絲或電纜下入專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行操作，有的是通過(guò)閥件的內(nèi)外壓差實(shí)現(xiàn)功能。比如：LPR-N 測(cè)試閥、RD 循環(huán)閥、試壓閥、滑套、封隔器、坐落接頭等。在井下作業(yè)階段，以鉆井階段的井控裝置和工具為基礎(chǔ)和前提，綜合使用井下作業(yè)特有的井控裝置、井控工具、壓力控制設(shè)備和具有井控功能的生產(chǎn)作業(yè)工具，才能應(yīng)對(duì)復(fù)雜的井下作業(yè)工況帶來(lái)的井控風(fēng)險(xiǎn)[2]。

3 井控工藝

在鉆井井控的基礎(chǔ)上，由于井下作業(yè)的井身結(jié)構(gòu)狀態(tài)和作業(yè)工藝有其獨(dú)特之處，因此井控工藝也有其特殊性。

3.1 溢流監(jiān)測(cè)

鉆井期間，機(jī)械鉆速、后效、扭矩、dc指數(shù)變化、巖屑、鉆井液性能、泵壓、綜合錄井參數(shù)、循環(huán)池液面、鉆井液返出速度、起下鉆灌漿量、停泵后井口狀態(tài)等都是監(jiān)測(cè)和判斷溢流的指標(biāo)。雖然井下作業(yè)的種類(lèi)繁多，但是主要是從工作液體積的變化、工作液密度的變化、管柱內(nèi)壓力變化和環(huán)空壓力變化等幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，這和鉆井溢流監(jiān)測(cè)的原理和技術(shù)手段基本類(lèi)似，只是由于作業(yè)設(shè)施和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的不同，目前鉆井期間的溢流監(jiān)測(cè)裝置和工具相對(duì)于井下作業(yè)期間會(huì)更全面。

3.2 關(guān)井

目前無(wú)論是鉆井還是井下作業(yè)，采用的關(guān)井方式均為硬關(guān)井，而且關(guān)井的原理基本一致。不同的是關(guān)井所采用的井控裝置和內(nèi)防噴工具不同。鉆井期間關(guān)井，采用防噴器組合、旋塞閥、止回閥等。井下作業(yè)關(guān)井除了采用防噴器組合、旋塞閥和止回閥外，還采用井下安全閥、背壓閥、采油(氣)樹(shù)、鋼絲/電纜作業(yè)和連續(xù)油管作業(yè)的井口防噴器組、不壓井修井作業(yè)井口裝置等。一些串接在井下管柱上的能夠封井和承壓的井下工具一樣可以起到關(guān)井的目的。

3.3 壓井

鉆井期間進(jìn)行壓井作業(yè)時(shí)，由于受到井眼、井壁不完善和鉆柱串接內(nèi)防噴工具等原因的限制，多采用正循環(huán)壓井。而井下作業(yè)面對(duì)的多為完善的井筒、復(fù)雜多樣的井下作業(yè)管柱和作業(yè)工藝，所以在壓井方法上，會(huì)有多種選擇。不論是正循環(huán)還是反循環(huán)壓井，都會(huì)經(jīng)常用到。除此之外，一些鉆井期間不常用的壓井方法，在井下作業(yè)期間也會(huì)經(jīng)常用到，比如壓回法等。

4 結(jié)語(yǔ)

井下作業(yè)是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程的一項(xiàng)重要工作，是生產(chǎn)井恢復(fù)或提高生產(chǎn)能力的重要手段。作業(yè)必然伴隨風(fēng)險(xiǎn)，井下作業(yè)同樣存在井控高風(fēng)險(xiǎn)。因此，井下作業(yè)井控管理和技術(shù)的積累和研究是非常重要的。鉆井是建井的最初階段，也是井控風(fēng)險(xiǎn)最高的階段，鉆井期間積累的井控管理和技術(shù)手段，已經(jīng)為井下作業(yè)井控提供了重要的思路和參考。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合井下作業(yè)特點(diǎn)，研究和開(kāi)發(fā)更加專(zhuān)業(yè)和全面的井下作業(yè)井控體系，也是油氣井勘探開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要工作。