页岩气钻井井控技术及安全管理措施

摘要：页岩气勘探过程中井控措施至关重要，作为钻井安全防范技术，成为防止井喷事故发生、减小事故造成更大损失的最后一道有效防线，为开展页岩气钻井现场井控技术的研究具有非常重要的工程意义。本文从页岩气钻井井控技术、钻井现场防井喷面临的难题和现场安全应急管理措施3个方面开展相应的分析，旨在掌握页岩气勘探现场井控措施的关键技术及防井喷装置的结构，对实际工作现场存在的施工难题进行梳理，针对现场发生的安全事故

制定相应的安全应急管理措施，这样可以最大限度地降低财产损失和人员伤亡。

关键词：井控技术；防井喷装置；安全应急；管理措施；风险防控

因全球能源日趋紧缺匮乏，加之能源需求旺盛并呈快速增长态势，非常规油气藏的开采逐步得到了重视。页岩气较传统能源具有储量大、分布广、低污染等方面优势，是新一代能源战略方向，推动了新一轮能源革命。页岩储层可以“自生自储”，通常具有极低的渗透率和孔隙度，页岩气分子通过吸附作用储存附着在页岩的纳米孔隙中，使得开采较为困难。

1页岩气钻井井控技术

井控技术是井控防喷技术的简称，指通过一定的措施和方法有效控制地层空隙压力，达到井内压力平衡的目的，使得井下施工作业能够安全有效开展。钻井深度到达油气层，当地层压力大于井底压力时，地层流体会压入到井眼，进而到达井内，极有可能导致井喷、井涌事故的发生;当地层压力小于井底压力时，极有可能伤害油气层，严重时会污染破坏油气层。所以，通过有效技术措施使得井内压力平衡在钻井过程中极为重要。通过井控技术可以保障油气钻井的安全作业，该技术具体包括2个方面:①适宜的钻井液密度能够确保地层和井底压力差维持在较为合理的范围之内，保证顺利正常钻井作业;②进入井内的地层流体超量时，通过井控设备把超量的地层流体从井内排出，使地层与井底压力达到新的平衡。

2钻井井控现场事故的主要原因分析

2.1井控低渗低压难题

通常井控技术工作重点主要围绕高渗、高压、含硫储层，在低渗、低压、低压储层方面的工艺技术和资料较少。现场技术人员在面对新勘探储集层时，井控意识往往较为淡薄，是引发井控事故的主要因素。压裂技术和水平井技术是页岩气井开采的主要技术，其中压裂技术在将压裂液压入地层即有裂缝及空隙时需要使用大功率压裂设备，以达到对原有地层压力系统予以改变的目的，因而会带来无法预测的防喷井控风险。正因为压裂技术会改变地层压

力，井控作业不确定性增加，在开采之前首先要对页岩气储层组分进行分析。

2.2页岩气开采井控装置未形成统一标准和规范

井控装置在常规石油与天然气行业中得到广泛应用，而目前国内尚未针对页岩气钻井制造专门的井控装置，大多数采用常规油气井控装置。此外，井控装置的技术标准规范主要依据石油天然气行业，而页岩气开采尚无相关技术标准规范。煤层气与页岩气成藏特点较为相近，钻井防喷工作同样比照常规油气标准，由于煤层气井深较浅，一般选择压力级别较低的井控装置防喷器，大多数未超过35MPa。我国在页岩气安装防喷器的必要性和级别方面尚未达成共识，一般来说防喷器压力的选择与开采埋深有直接关系，越大的开采埋深处具有更大的压强，一般页岩气开采深度为1～5km。

2.3地层压力预测的准确性较低

目前，尚无关于页岩气勘探钻井方面的资料，能供参考的石油钻井方面的资料极少，深部地层压力方面可供参考的资料同样极少，而钻井井控的重中之重是地层压力预测。页岩地区的结构较为复杂，断层一般比较多，从而使得井控难度进一步增加。埋深越大，相应的地层压力越大，通常页岩气储层温度和压力梯度为30K/km，15MPa/km的环境。此外，页岩气气藏主要集中在山区丘陵地区，居住人口较为集中。钻井井场往往在村庄中，交通不便利，周边群众较多，加之突发应急事件时疏散不易，钻井井喷无法控制后会导致出现严重后果。

3钻井井控现场安全应急管理措施

3.1井侵、溢流发生时的安全应急措施

井侵是指井底压力小于地层压力时，地层孔及缝隙中的水、油、气等进入井内的情况。发生井侵情况后，泵入井内的修井液比从井口返出的修井液要少，泵停止时，井口的修井液会向外溢出，该现象称之为溢流。出现井侵和溢流时，通常会被认为将会出现井喷事故，发现该现象时，工作人员需按照《钻井井控技术规范》(Q/SY02552—2018)和《钻井井控装置组合配套、安装调试与使用规范》(SY/T5964—2019)中操作规范，及时运用一级井控方法开展压井工作。

3.2井涌、井喷发生时的安全应急措施

在溢流现象持续发展的过程中，随着井内气压的失衡导致井内的修井液会从井口溢出，这种现象称为井涌。井喷是指油、气、水等地层流体失控而从井筒涌入，随着时间的积累，内部压力失衡达到一定的程度后喷出的现象，按照喷出方向的不同，井喷分为地上井喷和地下井喷2种。流体从井筒内部喷出地面的现象称为地上井喷，而流体从井筒中涌入更低气压地层的现象为地下井喷。井涌和井喷事故发生时，一级井控方法已无法对压力实现平衡，此时需执行二级井控方法，通过井控装置使井内压力实现调节平衡。国内现针对页岩气尚无专门的井控防喷设备，只能以常规油气标准为参考选择适配的井控装置。选择防喷器设备以及组合方式时，需结合气藏地区井底地层的压力确定设备压力级别，与此同时，节流管汇压力级别及组合方式要与之相匹配。

3.3井喷失控和失控着火发生时的安全应急措施

在常规的操作方法已经无法对井口的压力控制时，井喷事故就会发展到井喷失控状态，导致出现任意喷涌的情况。在这种情况下，由于喷出物质中含有大量的天然气和硫化物，如果现场存在火源，就会导致现场发生火灾，这种情形称为井喷着火。井喷失控着火是页岩气钻井井控作业中的恶性事件，通常会导致巨大的经济损失。发生井喷失控或者着火后，二级井控方法已经无法对气井的压力进行控制，这时候需要采取三级井控方法，通常指的是井喷抢险，包括灭火、打救援井等各种具体技术措施，目的在于对气井的压力进行控制，将其保持在初级井控状态。页岩气发生井喷失控或者失控着火现象之后，现场工作人员应迅速采取应急方案，尽可能降低损失。

3.4采用合理的预防措施

页岩气在钻井距离气藏层50m时要进行24h坐岗制度，坐岗人员必须要通过专业技术培训，在培训合格后才能上岗工作。在岗期间必须做好相关记录，具体信息内容包括坐岗时间、期间工况情况、井深、立柱起下数、灌入钻井液数量、钻井液的增加和减少量、具体原因分析、记录人信息、值班领导验收签字等，如发现异常现象，须及时向司钻予以报告。页岩气井如果突发井喷问题，通常会在极短时间内发生爆炸事故，不仅对现场作业人员的人身安全构成威胁，同时也会导致气井报废、环境污染等一系列危害问题，造成巨大的损失。因此，在开钻作业之前必须做好相关的应急管理措施预案。一方面，技术人员应该根据钻井设计需求，合理编制钻井工程方案，提前做好钻井设计工作。在井口位置处应该合理安装分流装置、报警装置等设施，加强对气井的运行管理。另一方面，钻井作业之前，工作人员应提前准备足够的加重材料，如重晶石粉等，在开泵作业期间应该增大泵排量。此外，起钻作业期间，现场工作人员应该对上返的钻井液进行动态把握，确保钻井液满足起钻的作业要求。

4结语

伴随着社会不断发展进步，勘探开发技术也在不断提升，未来对能源的需求会不断增加。页岩气作为未来最有潜力的能源，必将得到越来越广泛的开采与利用。目前，国家对页岩气开发开采的支持力度不断加大，随着而来的井控风险也增大。如何确保天然气勘探开发过程中的安全生产，成为行业内普遍关注的难题。可以从增加页岩气钻井过程中的动态监测手段、提高和完善井控技术水平等方面降低页岩气勘探现场井喷事故发生的概率。另外，还应更进一步加强页岩气钻井作业工作人员的岗位培训，提高员工的自身综合素质，掌握并熟练运用井控技术，从主观和客观两方面同时着手，有效提升页岩气的开发水平。

参考文献:

［1］曾勇，葛枫，王建平，等.依据数据整合应用构建智慧应急指挥管理平台［J］.能源与环保，2021，43(7):249-254．