地层流体(油、气、水)侵入井内的现象称之为井侵。如果任其进一步发展,会发生因地层流体侵入井内引起井口返出的流体比泵入量大,或停泵后井口钻井液自动外溢的现象,即溢流。溢流进一步发展到钻井液涌出井口或防溢管口的现象,即井涌。发生溢流及井涌时,其形状与泉水呈蘑菇状的涌出极为相似。井涌进一步发展到地层流体持续无控制地流入井内的现象,即井喷。发生井喷后,无法用井口防喷装置进行有效控制而出现敞喷的现象,即井喷失控。钻井施工过程中,发生溢流、井涌,甚至井喷,都使得钻井施工无法正常进行,因此,要采取一系列技术措施防止井侵、溢流、井涌等复杂情况的发生,杜绝敞喷即井喷失控事故的发生。
钻井溢流和井涌是井喷的先兆。在钻井过程中,当发现钻井溢流和井涌时,要立即发出指令与警报,按照钻井井控实施细则及时采取措施关井、压井,防止井喷事故的发生。尽早发现钻井溢流,可以避免井喷事故的发生,并可以降低压井作业时高密度压井液及过高的激动压力对油气储层的伤害。如果想阻止井涌发展为可怕的井喷,就要加强对地层流体,尤其是气体侵入井内的预测与检测。如何判断是否发生气体侵入井内?气侵检测方法主要有以下几种:
(1)钻井液池液面观察预测法。观察钻井液池液面,采用钻井液液面监测装置自动监测,如果钻井液池液面升高,说明地层流体已经侵入井眼,应密切注意套压的变化,如套压升至最大关井套压设定值时应及时采取应急措施。
(2)钻井液入口密度和出口密度差值法。在正常情况下,如果没有油气侵入井内,由于环空中有钻屑,钻井液出口密度应大于入口密度;如果钻井液出口密度小于入口密度,说明地层气体已经侵入井内。通过定时测量钻井液入口密度和出口密度,即可以及时掌握井下动态及气侵情况。
(3)立压观察法。当有气体侵入井内时,钻井液密度降低,立压降低,于是钻井过程中通过观察立压的变化也可判断地层流体是否(主要是气体)侵入。在确保安全钻进的同时,应密切注意立压、套压的变化,及时做好应急的准备工作。
(4)套压分析法。如果气体均匀侵入,套压变化基本稳定,但随着侵入量的增加,套压也会逐渐升高,但这种变化比较缓慢;如果地层内气体是以气柱形式侵入,随着气柱的上升,气柱逐渐膨胀,套压升高,这种升高幅度变化较大,到达距井口一定距离后,其上部钻井液液柱无法平衡气柱压力,如果此时不注意观察,大段气柱会突然涌出,套压突然升高。因此,在钻进过程中注意套压的变化。
(5)利用综合录井参数分析法。探井或者开发井中的重点深井钻井现场均配备了综合录井仪,通过测试相关参数来判断是否钻遇油气层。
综合录井仪所测的录井参数主要有立压、泵冲、钻井泵排量、钻井液出口流量、钻时、套压、钻井液池钻井液体积、岩屑迟到时间、钻井液出入口密度、温度、电导率、全烃值(最大、一般、基值、比值)、组分(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、正丁烷、乙丁烷)、大钩载荷、dc指数预测等参数。
如何判断是否钻遇油气层?在钻压、转速、排量一定的情况下,如果地层岩性不发生变化,则钻时不发生变化或变化幅度不大,则是没有钻遇油气层;但在钻进过程中,如果钻时减小,而钻压、转速、排量等不变,可能是钻遇油气层,此时应该观察其他参数是否变化,如转盘扭矩是否增大,立压、钻井泵排量、钻井液出口流量、钻井液池钻井液体积、钻井液出入口密度、全烃值显示是否正常,如果这些参数全部或部分发生变化,则说明可能钻遇油气层,要在确保安全钻进的同时,应及时做好应急准备。
根据全烃、组分显示进行判断是否已经钻遇油气层,提醒在制定下一步技术措施时,充分考虑地层流体大量侵入井内的可能性,事先做好应急准备。全烃值显示为:最大值、一般值、基值和比值。最大值、一般值、基值以百分数形式显示,比值以倍数形式显示。比值=最大值/基值。地质人员一般把比值大于3时定为有油气显示,比值从3~100不等,有的还大于100。基值是地质根据所测得的某个井段而设定的一个百分比,在同一口井可能有很多基值。组分包括C1、C2、C3、C4、iC4、nC4,它们以百分数的形式显示在显示器上,如果只显示C1或C1、C2,说明储层为气层;如果六个参数都显示,且数值相差不大,该储层为油层。实际上,单靠某一项参数变化判断地层流体是否侵入井内是不科学的。根据现场实际,对各种参数的变化情况综合分析,才能确定是否有地层流体侵入井内,及时制定相应的应急措施。
如何监测地层是否出水?将分流采气管和压力传感器安装在排砂管线上,温湿度传感器安装于采气管的顶部。在注气循环或正常钻进时,环空返出的气体流经排砂管线,采气管顶部的温湿度传感器对进入气体的温度和相对湿度数据进行采集,同时压力传感器采集排砂管压力数据,然后通过屏蔽电线传输至装有配套监测软件的计算机得出气体的相对湿度从而判断地层是否出水。
相对湿度指气体中的水蒸气分压与该温度下水蒸气分压可能达到的最大值(饱和蒸汽压)的比值,其大小能直接表示当时温度下气体中含水量距离饱和的程度。