试论浅层气地层钻井技术

试论浅层气地层钻井技术
作者：于国伟
来源：《科技创新与应用》2013年第26期
摘要：由于浅层气所处地层较浅，而浅层气在形成过程中往往伴随压力异常，一旦钻开浅层气地层，往往会产生溢流，由于井较浅，气体到达井口时间很短，如果不及时处理，继而会引发井喷，导致人员伤亡和设备的损失，甚至引起地面塌陷，如果是海上钻井，将导致海水密度降低，浮力减小，威胁钻井船的安全。

本文主要通过浅层气的成因及特点的分析介绍应对浅层气的措施以及辅助设备，使浅层气变得可控，避免人身和设备的损失。

关键词：浅层气；底层；钻井技术
浅层气一般存在于大空隙，高渗透率的砂岩中，这些砂岩被渗透率很低甚至非渗透的泥岩或者页岩圈闭，在沉积过程中，砂岩里面的气体由于泥岩或页岩的圈闭无法释放，随着沉积的进行，圈闭气体的压力越来越大，直到沉积过程结束，浅层气能量的大小取决于圈闭压力的大小以及圈闭气体的总量。

圈闭压力越大，圈闭气体越多，其能量就越大，处理起来越困难。

浅层气如果发生井喷损失往往很大，气体携带着泥砂高速喷出，很容易与井架摩擦产生火花，导致井架烧毁，随着气体能量的枯竭，泥砂的喷出，甚至会引起地面下沉，对于海上的钻井船，如果大量的气体从海底喷出，会导致海水密度降低，引起钻井船浮力减少，钻井船将会有沉没的风险。

浅层气钻井具有以下特点：
（1）埋藏深度浅。

（2）地层极为松散，地层承压能力弱，极易漏失。

（3）浅层气发生的突然性，即从预兆至发生所用的时间短暂。

因为浅层气埋深较浅，所以在钻井过程中，只有可能一开或者二开过程中遇到浅层气，下面就一开钻遇浅层气和二开钻遇浅层气两种情况分析可采用的钻井技术。

如果一开就会钻遇浅层气，就要非常小心，因为此时没有循环通道和井控设备，所以检测和控制就相对困难。

浅层气的破坏性主要来自它的压力和总气量，当钻遇浅层气时，首先可以考虑通过改变气体单位时间喷出数量来减少浅层气的危害，即需要我们先钻一个小井眼，就是所谓的领眼，气层暴露面积减少，气体的喷出量自然会减少，一般选择8.5"井眼作为领眼，一开存在浅层气需采用以下措施：
（1）钻具组合一般为：8.5"钻头+8"浮阀+8"钻铤6根+X/O+5"加重钻杆，因为这种组合环空间隙小，大排量循环排气时，环空压耗大，有利于井底压力的提高，另外一方面，替入重钻井液时，重钻井液可以很快填充整个井眼。

（2）要严格控制钻进速度，以防止气层揭开深度过大，推荐机械钻速不要超过20m/hr，钻进过程中，一旦发现机械钻速突然增加，要马上停止钻进，循环观察，无异常后方可继续钻进；
（3）钻遇浅层气后，立即停止钻进，以最大泵速循环钻井液或者清水来排气，让气层能量慢慢释放。

（4）当感觉气层能量明显减小时，以最大泵速泵入适当比重的重钻井液，如果泵入速度太慢，泵入的重钻井液会气侵严重，效果大大降低，因为表层破裂压力很低，所以推荐重钻井液的密度为1.2g/cm3,替入重钻井液后停泵观察，如果无异常，就可以进行下一步操作，如果依然有溢流或者大量气体涌出，继续用清水大排量循环排气，重复这个操作，直到气层能量枯竭为止。

第二种情况是二开钻遇浅层气，此时钻井液循环通道已经建立，井控设备也已经安装，所以浅层气的检测和控制就相对容易一点，分流系统就是针对浅层气的井控装置，分流系统由分流器、分流四通和分流管线组成，其中分流器可以是特制的，也可以用低压大通径的环形防喷器来代替，利用液压防喷器控制系统提高的高压油可以封闭方钻杆，钻杆，钻杆接头，钻铤，套管等各种形状和尺寸的管柱，同时分流井内流体，分流系统不是用来关井憋压的，而是按预先铺设的分流管线将井内流体从井场引至安全距离之外，使井内流体回压最低，利于井眼和设备的安全。

分流器一般选择标准规范29.5"的分流器，其通径为29.5"，额定工作压力为
3.5MPa，双导流管线，导流管线内径至少为8"，以减少分流时产生的回压。

二开存在浅层气时需采用以下措施：
（1）二开钻遇浅层气同样需要钻领眼，领眼钻具组合和一开相同。

（2）在即将钻至浅层气前，将钻井液比重调高到1.1g/cm3来增加井底压力。

（3）控制钻进速度，推荐机械钻速同样不超过20m/hr。

（4）加强录井检测，加强钻井液性能的监测工作，并随时观察钻井液返出管及循环池气泡的变化情况，加强地质捞砂工作的力度，及时绘制岩性柱状图，以便更好地了解及掌握井下情况。

（5）起下钻注意事项，起钻应控制起钻速度以减少抽吸，做好灌浆记录，下钻不宜过快，尽量减少压力激动，进而减少压漏地层的风险，为压井工作顺利进行创造良好的条件。

钻遇浅层气后，应采取以下措施：
（1）立即停钻。

（2）迅速将钻头提离井底，最好有一个单根的距离。

（3）循环观察，确认是否浅层气井涌。

（4）如果是浅层气井涌，关闭分流器，同时自动打开导流管。

（5）以最大泵速用钻井液或清水通过导流管线循环排气，让气层能量慢慢释放。

（6）当感觉气层能量明显减小时，以最大泵速泵入适当比重的重钻井液，停泵观察，如果无异常，就可以进行下一步操作，如果依然有溢流或者大量气体涌出，继续用清水大排量循环排气，重复这个操作，直到气层能量枯竭为止。

综上所述，浅层气的特点决定了应对浅层气的措施，应对浅层气的主要方法是分流，而且是限量分流，这主要受限于分流器的处理能力以及地层的破裂压力，所以需要钻小井眼作为领眼，将浅层气的能量逐步释放。

虽然应对浅层气有一系列措施，但是浅层气从发现到井喷的时间往往非常短，所以在钻井施工设计上，尽量避开浅层气才是最稳妥的办法。

参考文献
[1]雍自强.钻井井控设备[M].北京：中国石油大学出版社.
[2]董星亮，等.海洋钻井手册[M].北京：石油工业出版社.。