m-3井浅层气处理技术研究

m-3井浅层气处理技术研究

哈萨克斯坦阿勒泰市的蒙泰克地区（孟特拉）深度为200.30m。该地区各国和哈萨克斯坦国家在该地区的钻井成功率很低，因此被视为钻头保护区。当地石油公司钻井队在蒙泰克地区钻探M-3井过程中,由于没有有效预防处理浅层气,发生井喷起火,钻机完全被烧毁。但是,中原石油勘探局SINO-132钻井队运用浅层气处理技术出色完成了与M-3井相邻的M-3A井的钻探任务,成为在该地区运用浅层气处理技术成功完钻的范例,因此有必要对M-3A井浅层气处理技术进行探讨,以资该地区勘探借鉴。1浅层气喷时,气喷射管出时造成的地面采动过程浅层气成因较多,多数存在于快速沉积的地区。浅层气特征主要表现在以下几个方面:一是气层埋深浅,表层较为松软薄弱。在钻井过程中,由于气层埋深浅,天然气喷出时间也很短,通常来不及报警就喷出地表,造成井喷。发生井喷时,由于表层较松软,不能强行关井,否则将憋漏表层,造成烧毁钻机等事故。二是压力高,压力变化快。浅层气压力高,高压导致井喷一开始就异常猛烈,难以控制,必须在开钻前准备好浅层气井喷的应急措施。浅层气一旦喷出,井眼会迅速卸压,井喷后地层压力释放还可能导致地层下陷。三是浅层气通常体积小,使得对浅层气的预测难度增加。当然,施工人员对浅层气危险性认识不足也是引起事故的重要因素之一。2mm砂岩夹层M-3A井位于北里海哈萨克斯坦境内蒙泰克地区,设计井深900m,目的层为P1K,钻探目的是落实早白垩纪和侏罗纪油层,获得有关的油气接触面及油水接触面数据。钻探揭示地层主要以灰泥岩和粉细砂岩为主,主要油气层段为480～550m砂岩夹层。地质分层如下:0～315m为第四系和平原组地层,以灰绿色泥岩为主,夹浅灰色粉砂岩。浅层气就存在于293m深度的粉砂层中。315～553m为白垩系地层,以灰绿色泥岩为主,夹浅灰色粉砂岩。在515～553m范围内还出现了灰色灰岩和灰色砂岩薄层。553～755m为上侏罗统地层,上部以厚层浅灰色、灰色砂岩、粉砂岩为主,夹深灰色泥岩、下部为浅灰色、灰色砂岩与深灰色泥岩不等厚互层。755～839m为下侏罗统地层,为浅灰色、灰色砂岩与深灰色泥岩不等厚互层。839～885m为三叠系地层,上部以深灰色泥岩为主,夹灰色、浅灰色粉砂岩,下部为厚层灰色灰岩夹薄层泥岩。885～1018m为二叠系地层,以灰白色、白色膏岩为主,夹薄层灰色灰岩、深灰色泥岩、黑色泥灰岩。3浅层气调整后作业,总引图4M-3井浅层气井喷着火事故原因主要在于钻井前没有一套完整的浅层气处理预案,在钻到浅气层后,对浅层气的各种表现没有引起足够的重视,没有及时采取措施。那么,在紧邻M-3井的M-3A井进行作业,就更应该对浅层气引起重视。在M-3A井钻进过程中,自始至终都将预防浅层气处理放在重心位置,主要在钻井液设计、浅层气处理预案和施工过程控制方面谨慎细致。3.1钻井液体系及配套工具由于该地区地层岩石以泥灰岩为主,地层造浆较严重,大段的泥岩遇水膨胀,容易造成缩径。选择合适的钻井液起着极为重要的作用,直接决定该井钻探的成败。在进行钻井液设计中,对不同井段钻井液性能进行了设计(表1),钻井液设计重点放在二开和三开上,二开钻井液设计主要防止浅层气造成的井喷和井漏,三开钻井液设计主要保护油气层。一开选用钾基聚合物钻井液,主要抑制泥灰岩造浆。使用预先水化好的黏土钻井液开钻,并加入胶体溶液来稳定钻井液性能,加入稀释剂来调节流变性能;加入SJ-1溶液来控制失水量,维持钻井液性能,稳定井眼,并满足钻大井眼的要求;加入NaOH溶液来提高钻井液的pH值在设计范围内,以确保添加剂能有效地起作用,并维持钻井液性能的稳定。二开选用低毒性钾基聚合物钻井液(表2),根据钻井液性能的变化加入NPAN来调节钻井液的流变性能;加入SJ-1来控制失水,稳定钻井液性能;同时加入一些堵漏剂,如2%～3%的SD-X,3%～5%的CXD纤维等防漏。三开选用低毒性,能保护油气层的钾基聚合物钻井液。可以加入聚合醇、SD-X、CDX等堵漏剂防漏;还可以加入表面活性剂(如SP-80,0.5%),有效地降低表面张力来避免因水锁作用而造成的油层损害。3.2堵漏钻井液及管道无砂区在钻井之前拿出一套完整的浅气层处理方案是保障顺利钻进的前提,预防浅层气,主要防止在浅气层段中出现井漏和井喷,还要预防先漏后喷的现象发生。浅层气在二开钻进过程中碰到,为防止可能出现的井喷,需要提前采取以下措施:(1)二开前按要求安装好井控设备,并试压合格;(2)二开前每个钻井班都要做防喷演习,并要求人人操作熟练、配合默契、手势规范;(3)二开钻进中加强坐岗观察,如发现溢流量超过2m3,立即向司钻汇报,司钻立刻发出警报,各岗位各就各位,在司钻统一指挥下进行关井;(4)在钻进过程中,遇快钻时,要停钻循环观察;(5)井上要准备好足够量的加重料,以备急需。在做好防喷预案的同时,还需要做好防漏的处理措施。防漏的主要措施在于严格控制钻井液密度,要利用所有的净化设备来清除有害固相,以实现低固相,低密度,近平衡钻进;开泵与起下钻操作平稳,防止因激动压力大造成井漏、井塌;坐岗人员必须观察好循环罐液面及钻井液返出情况,发现漏失,及时汇报。一旦出现井漏,要及时采取有效的堵漏技术和方法,处理措施如下:(1)根据漏失情况,分析井漏发生原因,确定漏失层位置,类型及漏失严重程度。(2)循环堵漏。当发生漏失时,停止钻进,小排量,低泵压循环,同时加入3%～5%的堵漏剂,停止漏失后再钻进。(3)静止堵漏。如果循环堵漏失效,发生裂缝性漏失,不能建立循环时,可使用静止堵漏。配制好黏度高的堵漏钻井液,用小排量顶替堵漏钻井液到漏失段,然后起钻到安全井段,如技术套管、表层套管内。静止一段时间后下钻,控制下钻速度,分段小排量循环,尽量避开漏失井段循环,开泵时小排量低泵压循环观察,堵漏成功后恢复钻进。若上述方法都不起作用,也不能循环,就必须在漏失段打入水泥塞。(4)边钻进边堵漏。如果漏失不严重或只是渗漏时,可采取边钻进边堵漏,提高钻井液的黏度,合理降低排量,加入已混合好的堵漏钻井液。(5)在井场上储备足够的堵漏材料,堵漏材料包括综合堵漏剂、土粉、纯碱、HV-CMC等。3.3简化钻具用量,满足钻压及使用要求高通过邻井资料反映,在400m深度井段,容易出现钻头泥包、起钻拔活塞的现象,从而导致井下出现复杂情况。在钻进过程中,坚持快速通过浅层气的原则,在能满足钻压的情况下,有必要简化钻具。在二开钻进中,下入二开钻具组合为ue07e295mm钻头+浮阀+ue07e177.8mm钻铤×2根+ue07e158mm钻铤×8根+ue07e127mm钻杆。3.3.1钻井液压增加浅层气处理集中在二开,钻进过程中,每打完1个单根,用单泵划眼1次,保证上部井眼畅通,在钻进过程中派专人进行坐岗观察。为了利用大排量钻井液有效携带岩屑和防止钻头泥包,施工中开双泵加大钻井液排量。钻进到293m时,钻时突然由8min/m降到1.4min/m,返出钻井液气测值为0.2%～11.5%,出口钻井液密度由1.13g/cm3降到1.09g/cm3,表明浅层气出现在该深度处,必须及时停钻循环,调整钻井液性能。在循环1周之后,将钻井液密度从1.13g/cm3增加到1.14g/cm3,按要求调节好钻井液性能。随后短起下到套管鞋,疏通上部井段,在保证上部井眼畅通、起钻无拔活塞现象的情况下继续钻进,快速穿过浅气层。3.3.2整钻井液性能控制浅层气会溶入钻井液影响其性能,尤其是降低钻井液密度容易引起井喷。钻遇到浅层气之后,立即停钻循环,重新调整钻井液性能,将钻井液密度逐渐加到1.16g/cm3,同时利用振动筛、除砂器、离心机等固控设备控制钻井液密度不超过1.16g/cm3,防止钻井液密度过大压漏地层。用聚合物聚丙烯酰胺干粉和氯化钾配胶液增强钻井液的抑制性,控制地层造浆,加入铵盐以降低钻井液失水,控制失水量小于等于5mL,保证钻井液性能稳定。3.3.3起钻杆再下钻钻进到403m并循环1周之后,进行短起下,起钻到第6个单根时,出现拔活塞现象,经上下活动多次,仍未能解决。为防止因拔活塞可能导致诱喷,决定接方钻杆进行倒划眼,起钻起出6根钻杆后,开始正常起钻,起到套管鞋后,再下钻,下到起钻拔活塞井段,接上方钻杆,一直划眼到底,循环2周之后起钻,起钻正常。这样,拔活塞现象被成功处理。3.3.4钻井液溢流+固井二开完钻后进行钻井液循环,循环2周后起钻电测,在电测过程中需在钻台和振动筛处进行双坐岗,注意钻井液溢流,电测完成后立即用原钻具下钻到底,开泵用小排量钻井液循环1周(当时后效气测值升到6.38%),然后用大泵循环1周后起钻。随后进行通井,下套管,进行固井。固井完成后,候凝48h测声幅固井质量较好,有效封固了浅层气。4浅层气控制钻井液(1)浅层气处理重在预防,需要提前建立应急预案,尽可能考虑到钻遇浅层气后可能出现的情况。(2)