X851压井封井施工-NF

新场气田新851井抢险压井封井施工1基本情况

2难度及风险

3压井封井设计4压井封井准备

5压井封井施工6井口窜漏检查7压井封井基本经验1基本情况

1.1基本数据地理位置：四川德阳德新镇五郎村一组开钻日期：2000年1月5日完钻日期：2000年10月22日设计井深：4650.00m

完钻井深：4870.00m

目的层位：三叠系上统须家河组二段施工单位：新场气田公司新场气田区域构造位置图新场气田区域构造位置图1.2井身结构●钻头程序和套管程序

26″钻头×94.51m20″套管×91.48m16″钻头×1119.00m133/8″套管×1010.62m121/4″钻头×2860.00m95/8″套管×2854.75m81/2″钻头×4550.51m7″套管×4544.53m57/8″钻头×4870.00m5″衬管×(4506.56-870.00)m新851井井身结构示意图2000年11月1日替喷测试，获无阻流量151.4×104m3/d。11月2日正式投产输气，在井口套压61.2MPa状态下输气40×104m3/d。经一年的生产和压井封井前的降压输气情况，重新求得该井的无阻流量为314.27×104m3/d。

1.3新851井气产量1.4井口隐患的发现

2001年11月1日整改采气平台闸阀时，井内传来一声异响，油套压突然持平，初步分析井内油管在井口附近出现短路或者脱落。为了保护井口和井内套管，采取降低井口压力和加大输气量的办法，输气量从每天40×104m3增加到65×104m3，2002年1月6日，产气量进一步加大为80×104m3。

2002年2月10日，为降低井口压力，给下步压井创造有利条件，将输气量提高到103×104m3/d，井口压力降至53MPa，环空压力降至4MPa。1.5井下异常情况分析

11月1日在完井替喷作业结束后，在“天窗”、放空管线尚未接好的情况下，7″×95/8″环空压力达到47MPa（已超过95/8″套管抗内压强度，该套管上段钢级N80，抗内压强度为44.5MPa）,听到井口“砰”的一声,7″×95/8″环空和95/8″*133/8″环空压力同时变为16MPa。而此前95/8″*133/8″环空压力为零，分析认为95/8″套管已破裂。

因7″×9-5/8″环空和9-5/8″×13-3/8″环空已完全窜通。井队立即从井口开环空泄压，并抢接一条放喷管线进行放喷点火。

2001年12月15日,为准确测定环空产气量，改为计量输气。在压力1.6MPa下,环空产气0.31×104m3/d。

2002年1月25日，环空产量增涨明显加快，产量约为600m3/d。1月26日增至每天900m3。至2月25日压井施工之前，环空输气量已高达8.2×104m3/d。

2难度及风险

2.1压井封井的必要性井内油管脱落已经无法按原来的常规方式正常生产。油管脱落4天后，环空气产量和产水量呈上升趋势，环空温度、井口套管头开始逐渐发热、温度升高。环空串气通道正在继续刺大，情况继续恶化，险情在日益加重，井口已处于非常危险状态。

由于Φ244.5mm套管在完井时上部已经发生破损，造成177.8mm套管环空与Φ244.5mm套管环空压力相通，使得环空控制能力实际受到339.7mm套管抗内压强度的局限，并直接危及339.7mm套管的安全。而339.7mm套管下深只有1010m，承压能力很低，抗内压强度为21MPa，允许的抗内压强度仅为16.8MPa。一旦环空压力超过此值时，就会造成套管的崩毁，而最外层的508mm套管更是不堪一击。

一旦出现套管崩毁的情况，必将出现井口甚至井场周围地带失控的场面，数百万立方米的天然气将无控制地从地表喷出，从而造成特大恶性安全事故。不但会造成气田的破坏，国家油气资源的巨大浪费，而且对人民的生命财产和环境保护都将造成不可估量的损失。

该井已经存在很大的安全隐患，如井口失控发生意外，后果将不堪设想，必须尽快进行压井，应立即组织进行压井准备。要顺利完成此次压井作业，必须安排具有井控能力强，有高压高产井压井经验，能够制定现场操作性强的压井方案，并能够进行安全压井作业。2.2压井封井的难度

因井内油管脱落，井内是空井，无循环通道，不能按正常程序压井。由于油管掉在井内，且在井内是弯曲的，油管内仍为高压天然气，在压井过程中，油管内压缩天然气易反弹，给压井造成很大危害，因此，该井比一般的空井压井更加困难。

该井压力高、产能大，无阻流量高达314.27×104m3/d。该井输气83×104m3/d时，井口压力55.8MPa，输气量提高到103×104m3/d时，井口压力53MPa，仅仅降低2.8MPa，说明放喷降压比较难。需要关井时，井内压力上升将很快。现7″套管已受到损伤，其抗内压强度已降低，若进行压井，很有可能使7″套管的损坏加剧。对于这样一口油管断落、套管破损的天然气井进行压井，难度将是很大的。

前面已经述及，7″×9-5/8″环空和9-5/8″×13-3/8″环空都已连通，9-5/8″套管已破。根据分析，油管断落部位在上部，7″破裂部位可能也在上部。压井时，有可能泥浆一开始就从7″套管进入7″×9-5/8″环空、9-5/8″×13-3/8″环空，其通道将被压井泥浆越刺越大，泥浆大量从环空返出，环空压力迅速上升。

13-3/8″套管抗内压强度只有21.7MPa，经过钻井中的磨损，承压能力将大大下降，压井施工中极有可能被压崩。随之而来的是套管外的地层被压裂，井口周围地面窜气，极易引起着火，气田将被破坏。

压井过程中若井口压力超过设计值，必须从环空泄压，或当压入井内部分泥浆后，若发现泥浆从刺漏的通道返出，那么就不能继续进行压井，只能选择被迫放喷。到时，高压的、大流量的高速气流将携带着重泥浆的固相颗粒喷泄而出，对井口、地面管汇无异于喷砂切割，极易造成刺坏，不但造成压井失败，而且对人员也是极大的危险，使得该井更加复杂化。

即使泥浆把井压住了，但由于井下有断落的油管，油管底部已被封堵，油管内的天然气无法释放，以后还会反弹。压井时，泥浆主要是从油管和套管之间进入地层，由于油管的弯曲，泥浆容易形成窜槽，部分混气泥浆无法顶替。压井完后，看似平衡，实际隐藏着很大的风险。在拆井口、打捞油管过程中，如果气串上来，并发生井喷，由于井口上部又有窜漏，将很有可能出现无法控制和关井的复杂局面。3压井封井设计

3.1压井方案的选择

打救援井方案

●根据地震和地质资料分析，在该井附近有利位置选择井位，打一口深于4550m的定向井，即钻达新851井7″套管鞋以下裸眼地层，该井靶区应尽量接近新851井井眼。●对救援井进行压裂，使救援井与新851井井底沟通。●通过救援井对新851井进行泄压。当压力将至一定程度后，通过救援井或直接在新851井进行压井作业。

压井封井方案

●立即加大采气量，降低井口和环空的压力，缓解套管刺损不断加剧的严重形势。压井施工前进行大流量放喷降压，为压井创造条件。

●当井口压力降到一定程度后，使用高密度泥浆，采用直推法大排量强行压井。紧接着注入水泥浆对该井进行暂闭。3.2压井封井施工应遵循的原则●压井封井施工必须在保证人身安全的条件下进行。在压井施工中，首先考虑的是安全压稳井，保护油气田。●一切措施和准备工作都要按照可能出现的最坏井下情况，地面有可能出现的最严重的后果来考虑。●

7″套管允许抗内压强度为68MPa（7″套管抗内压强度85.91MPa，取安全系数1.25），压井施工中原则上井口压力应控制在7″套管允许抗内压强度之内。●

由于13-3/8″套管抗内压强度为21.7MPa，考虑到套管磨损等问题，特别是考虑到该层套管是防止地面井喷的最后一道防线，压井施工中应对13-3/8″套管重点保护，其承受内压原则上控制在10MPa以下。●由于考虑到该井气产量、地层压力和井内套管损坏等情况,为了减少施工风险，提高压井成功率，施工之前必须采取降压措施，将井口压力尽可能降至40MPa以下。●泥浆密度要尽可能高、施工排量尽可能大、速度尽可能快地进行压井，一鼓作气将井压稳。3.3压井施工步骤

●

利用井场现有的管汇包括压井管汇上所接的二条放喷管线，进行最大限度的放喷泄压，接着关输气阀。

●压井前，先小排量向井内注入2～3m3清水，在不停泵的情况下尽快先关井场原有放喷阀门及相应一侧采气井口闸阀，后关新接的压井放喷阀，紧接着按设计排量注入压井液。

●用6台压裂车按两组同时从油套压方向以3～4m3/min的排量向井内注入密度2.2g/cm3的压井泥浆，原则上井口压力不超过68MPa。

●

从压井施工开始就要专人严密观察记录各环空(7″×9-5/8″,9-5/8″×13-3/8″以及13-3/8×20″)出气和出泥浆的情况。9-5/8″与13-3/8″之间环空压力严格控制在10MPa之内，观察出口返出物及变化情况，并及时公示、报告。

●若施工比较正常，井口压力开始下降，在不超过套管允许抗内压强度68MPa的情况下继续注入200m3密度2.20g/cm3压井液。

●压井泥浆注完后，视压井过程中井下压力和漏失情况，现场决定是否注入复合堵漏泥浆。具体按下述三种情况进行操作：○若注完200m3压井泥浆，井口压力为零，说明漏失严重，则立即注堵漏泥浆30m3；若注完200m3压井泥浆，停泵后井口压力很快降为零，则立即注堵漏泥浆15m3；○若注完200m3压井泥浆，停泵后井口压力缓慢降为零，则原则上不再注堵漏泥浆，可考虑直接注入水泥浆，由现场临时决定；

○若注完200m3压井泥浆，停泵后井口压力不降为零，则进行观察。若井口压力上升，无论井口压力上升快慢，均接着再注密度2.2g/cm3的压井泥浆100m3。注完后停泵，再行观察。若井口压力上升，则立即注1.8g/cm3泥浆120m3。若在注1.8g/cm3泥浆过程中，井口压力并不升高，则接着注水泥浆。

●

若注堵漏泥浆，在堵漏泥浆打完后，接着打密度1.80g/cm3泥浆120m3后，停泵观察。若停泵观察井口压力立即降为零，则立即打水泥；若停泵观察井口压力不降为零，则现场决定下步措施。

●若要打水泥，接着注入C.M.C隔离液2m3后，注水泥浆120m3。

●水泥注完后，接着两车再打密度2.2g/cm3泥浆10m3，然后立即关井侯凝。

●候凝期间密切观察记录井口及环空压力变化及其它情况，井口压力未超过68MPa、环空压力未超过10MPa不能泄压。3.4压井封井施工中可能出现的几种复杂情况及应对措施

●由于该井是高压、高产能的天然气空井，可能很难通过泄压使井口压力达到期望的40MPa以下。若在更高的井口压力下施工，则会大大提高施工难度，增加施工的风险性，施工成功率减小，需要进行认真慎重地论证和决策。

●在注水泥过程中，出现施工压力较高，也要在不超过套管允许抗内压强度及施工设备的能力下强行注入。如注入困难，则降低排量，由此要引起注水泥时间延长。若出现此情况，只考虑注水泥的可能性而不考虑注入量。

●

因油管已经断落，压井中，油管截面积远小于套管截面积，压井泥浆基本上都进入环间，油管内的天然气被压缩，容易引起反弹，将增加压井的难度。注水泥封闭过程中也可能出现类似情况，对水泥封闭造成不良影响。

●即使泄压压力能够降到40MPa，但是由于产量和压力都很大，注入少量压井液后井口压力就很有可能很快升高，并且环间压力也随之升高。

具体按下述原则进行操作：若环空泥浆返出有加大趋势，此时如果施工压力已经开始下降，达到了压力下降的拐点，则按原设计施工步骤继续施工。如果环空出泥浆量明显增大，而此时施工压力仍然在上升，现场施工领导小组根据当时情况决定是否继续进行施工。如果决定继续施工，则努力加大环空泄压的力度，尽量减小对13-3/8″套管的压力。如情况严重不允许继续施工，则在加大环空泄压力度的同时，尽快从7″套管泄压，以防止地面憋裂。

●若出现13-3/8″套管被压破，地层被憋裂，则立即消防掩护，警戒隔离，井场人员、施工车辆尽快撤离，研究下步处置措施。3.5安全与环保措施

●本次施工必须以保证人身安全为前提,一旦有违上述原则的则停止施工作业。

●压井设备尽可能远离井口,在遇紧急情况时要有迅速辙离的预案。

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在压井过程中要做好对井口压力、施工压力、各环空间以及周围地面进行严密的监测，并使用可燃气体监测仪对井场进行监测。

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井场及井场附近要有专门的安全环保员值班巡查,设立警戒线，确保安全施工。

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施工过程中除留必要的施工人员外,其他人员一律辙离施工高压区。

●施工过程放喷出的天然气必须立即点火燃掉，减少环境污染，避免发生爆炸。

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要有足够的抢险突击队员整装待命。

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按HSE要求，制定健康安全环保计划书。

4压井封井准备

4.1技术措施准备

付诸实施的《新851井抢险压井封井设计

》是反复修改后的第8稿。在总体设计的基础上还作了5个专题设计文件：施工组织文件、地面管汇设计、注泥浆施工设计、注水泥施工设计、HSE管理体系文件。制定了压井封井施工中可能出现的复杂情况的技术对策。制定了新851井抢险压井封井施工中出现险情的应急反应预案。4.2场地准备（略）4.3压井封井泥浆准备

根据须二地层压力，压井泥浆密度按2.20g/cm3准备。考虑井筒容积、地层漏失、短路循环、重复压井等因素，密度2.20g/cm3按300m3准备。密度1.80g/cm3按200m3准备。通过连续四天三夜的奋战，于2月24日配制完成了密度2.20g/cm3、1.80g/cm3及1.80g/cm3堵漏泥浆共计539m3，泥浆配制好后对每个灌的泥浆进行了大循环，并进行了过滤。

4.4供泥浆系统准备

按设计要求，供泥浆系统的供泥浆能力须保证不低于5m3／min。为了满足设计要求，安装了4台排量均是240m3／h的砂泵和可靠的供泥浆系统。为保证施工中供浆万无一失，又准备了19个排量37m3/h的潜水泵，作为应急使用，一旦砂泵和马达出问题，众多的潜水泵就泥浆罐直接向高架过渡灌供泥浆，以确保在压井施工中连续供泥浆。压井封井供泥浆流程图4.5注水泥准备

水泥量除考虑全井筒容积外，还应考虑一定量的水泥浆进入地层，考虑附加，水泥按160吨准备。作好水泥实验，包括污染实验，水泥稠化时间只按注水泥时间考虑，原则上不附加，注水泥浆排量按2m3/min计算。4.6水源准备

施工前，省政府黄小祥副省长亲自调度，都江堰的水经人民渠13支渠“调”至井场，保证100m3/h以上的供水能力。4.7特种车辆准备

施工配备1000型压裂车6台，每三台为一组，组与组之间要相互连通；水泥车986型和800D型各一台；转浆车2台、管汇车2台；仪表车一台，及有关辅助车辆。

消防车要配备适合天然气消防灭火的药剂；救护车要配相应的医务人员及药械；公安车辆要配备一定警力。

4.8电力准备

临时安装了4台200KW的发电机组，给配供泥浆设备提供双保险的动力保证。还有一台车装50KW发电机组专门供加压水泵和仪器仪表用电。抢险压井封井现场布置图

4.9压井管汇准备

除原井场的放喷管线外，新安装了两组为该井特制的高压压井管汇、放喷管线，共计13条。4.10地面管汇试压（略）4.11压井封井施工模拟演习

●模拟施工演习●逃生演习●施工现场外围环境支撑放喷和压井管汇布置图4.12井口降压

●施工准备期间要连续地降压，井口压力降至40MPa以下。尽可能保持40MPa以下生产一段时间，以便地层形成较大的压降漏斗，减缓压力恢复的速度，这对提高压井成功率是有利的。

●作出输气量与井口压力的变化曲线，以便推算出井口压力降至40MPa的输气量和所需时间，并由此对井下情况作出估计。4.13压井封井的相关计算

●

平衡地层压力所需的泥浆柱长度

●平衡地层压力所需的泥浆量

●平衡地层压力所需要的时间

●不同注入量和施工时间下所产生的液柱高度及液柱产生的压力

●压井泥浆密度按2.2g/cm3，压井时间t分钟压入泥浆所产生的液柱压力

●注入t分钟井内液柱高度●在距新851井井口500m范围内设立警戒区。25日凌晨疏散转移警戒区内群众789人，在每户门上贴上“德阳市旌阳区德新镇人民政府”的封条，同时警察开始在民居小院巡逻；清除警戒区内的所有火源；对孝—黄公路实施交通管制；邻近井场的德新镇取消了当日集市；中小学推迟一天开学；厂矿企业临时停产；商铺关门；印发、张贴了“新851井施工压井警戒区注意事项”1000份。凌晨7:00，警戒区内和德新镇的大街小巷已空无一人。4.13压井抢险的外围组织

●2002年2月25日8:00公安干警880名，消防官兵300名，民兵290名，市、区、镇政府、集团公司、新星公司、西南石油局、新场公司有关部门工作人员200名，共计1670人。在外围安全应急指挥小组的统一指挥下，德阳市电信局切断途经排险现场的通讯电缆；电力局切断了警戒区所有电源；气象局提供当天的天气预报，并随时监测着气压风向；水利局从都江堰调用水源。

医疗人员持最先进的医疗器械、担架、药品奔赴抢险现场待命，在市人民医院里还有一个医疗队待命，除现场救护车外，市里还有6部救护车待命，特地组织了几十名医生和烧伤专家待命，医院腾出床位待令备用。

5支消防队伍共23辆消防车分别布置在井场划定的区间整装待命；各自坚守岗位，各司其职，灵通信息，及时反馈到总指挥部，给压井封井施工创造了安全、有序的环境，确保了施工的顺利进行。

●对管网天然气进行了应急调度。

5压井封井施工

5.1注泥浆压井

●放喷泄压

2月25日6:00在大产量输气（此时输气量193.7×104m3/d）的同时，采用原井场的油管放喷管线和套管放喷管线放喷泄压，井口压力降至33.73MPa，放喷口火焰高度在20m左右。

6:30井内天然气全部倒入新安装节流管汇的两条放喷管线进行放喷，然后关闭原井场的输气闸阀和放喷闸阀。新安装的节流管汇的两条放喷管线放喷气量约220×104m3/d，放喷口火焰高度在35m左右。

10:38井口压力降至32MPa，初步达到了压井条件。●10:38~10:39在放喷状态下,迅速打开油套压外控闸门后,两台压裂车立即向井内注清水。在不停泵注清水的状态下，迅速关闭放喷闸阀。●10:39放喷闸阀关闭后，停注清水，紧接着泵注密度2.20g/cm3压井泥浆结束，历时54min，共注入泥浆200.3m3,泵压最高53.4MPa。

11:33~11:40停泵观察，压力由10.3MPa下降为7.3MPa。根据压降分析，决定不注堵漏泥浆，而直接注入密度1.80g/cm3压井泥浆。

11:40~12:35注密度1.80g/cm3压井泥浆142.6m3，泵压最高为30.0MPa，排量最高为3.8m3/min。11:40~12:35注密度1.80g/cm3压井泥浆142.6m3，泵压最高为30.0MPa，排量最高为3.8m3/min。在注入泥浆100m3后，12:08有意降低排量至1.9m3/min，以判断井内情况，泵压降低为17.4MPa。12:18排量降至1.0m3/min，泵压降为12.5MPa。12:31提高排量至2.0m3/min，模拟下部即将注水泥时拟采用的排量，泵压上升为17.6MPa，压力比较稳定，说明具备了注水泥的条件。开始注泥浆后，环空压力由5.8MPa降至4.1MPa，后逐渐降为0MPa，火焰逐渐熄灭，无泥浆返出。

压井于2月25日10:39开始，至12:35结束，历时近两小时。共注入压井泥浆343m3，最高排量3.8m3，最高泵注压力53.4MPa。

12:35~12:36停泵观察，井口压力由17.3MPa降为10.5MPa，呈缓慢下降趋势。根据各项数据分析，地层吃入量比实际预计情况要好，地层也有一定承压能力，井下确实具备注水泥的条件。决定不注堵漏泥浆，可直接注水泥封井。5.2

注水泥封井

●水泥车注水泥浆

12:36～13:48历时1小时12分，在注入C.M.C隔离液2.0m3后，两台水泥车同时从油压套压一起以2.0m3/min的排量向井内注水泥浆115m3，最高泵压32.70MPa。当注入70m3水泥浆，水泥已开始进入地层后（此时施工压力有突然升高现象），为了能达到水泥浆到稠化时间时，刚好能够把设计的120m3水泥浆注完，实现最好的防气窜效果，有意将施工排量降为1.80m3/min，后又降为1.5m3/min。

当注至115m3时，发现施工压力逐渐升高，说明水泥浆已开始稠化，于是立即停注水泥浆。

13:48注水泥施工压力升至32.70MPa时，停止注水泥浆。水泥浆平均密度1.85g/cm3，最高排量2.0m3/min，泵注水泥浆压力最高32.7MPa。

●顶注密度1.80g/cm3泥浆停注水泥后，13:50～13:55向井内顶注密度1.80g/cm3的泥浆3m3，顶注泥浆泵压最高51.89MPa。注泥浆的目的是为冲洗管线和在井口附近留下一段未封固井段，为今后弄清井内情况创造条件。此次注水泥浆封井施工，进入地层的水泥浆36.04m3，对7″套管鞋附近地层达到较理想的封固。井筒内留有水泥浆78.96m3和泥浆3.04m3，即井筒上部约120m左右充满泥浆。5.3

关井侯凝