伍賢柱 胡旭光 ,,3,4 韓烈祥 ,5 羅 園 ,3,4 許期聰 ,5 龐 平 ,3,4 李 黔

1.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 3.中國(guó)石油井控應(yīng)急救援響應(yīng)中心

4.國(guó)家油氣田救援廣漢基地 5.國(guó)家能源高含硫氣藏開(kāi)采研發(fā)中心

0 引言

“十三五”以來(lái)，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱中石油）按照“深化東部、加快西部、油氣并重、常非并舉”的戰(zhàn)略布局，油氣開(kāi)發(fā)在深層碳酸鹽、致密砂巖、頁(yè)巖等領(lǐng)域遍地開(kāi)花，增儲(chǔ)上產(chǎn)取得重大成效。特別是深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層，具有巨大的資源潛力，已成為未來(lái)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，近年來(lái)，我國(guó)先后發(fā)現(xiàn)并探明建成了安岳、普光、元壩、塔中、庫(kù)車等一批深層碳酸鹽巖油氣田，超深井鉆井已進(jìn)入8 000 m時(shí)代，但面臨的井控形勢(shì)也愈加嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西南油氣田2019—2020年深井鉆井中共發(fā)生溢流預(yù)警58井次，處理高套壓事件11井次；塔里木油田、青海油田以及東部油田壓裂干擾引起淺層井噴呈現(xiàn)高發(fā)態(tài)勢(shì)。

數(shù)據(jù)顯示，高壓、高產(chǎn)、高含硫、超深井（以下簡(jiǎn)稱“三高一超”）、水平井和淺層次生氣是井控風(fēng)險(xiǎn)重災(zāi)區(qū)，井控技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。油氣鉆井一旦發(fā)生井控事故，將會(huì)給企業(yè)形象造成極其嚴(yán)重的負(fù)面影響，給社會(huì)和環(huán)境帶來(lái)巨大災(zāi)難和損失。

1 井控技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及原因分析

井控技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在所鉆地層復(fù)雜、井型變化和作業(yè)方式變革，導(dǎo)致鉆井過(guò)程中溢流、井噴等風(fēng)險(xiǎn)逐步加大。主要表現(xiàn)是：①鉆井工程逐步向“三高一超”井進(jìn)軍，頻繁油氣顯示日益常態(tài)化。川渝、新疆和青海等地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)不斷向深部地層延伸，深井超深井?dāng)?shù)量快速上升，地質(zhì)工程條件日益復(fù)雜，井身結(jié)構(gòu)難以滿足需求；②鉆井過(guò)程中窄安全密度窗口帶來(lái)新的井控風(fēng)險(xiǎn)。一方面深層油氣藏基本都蘊(yùn)藏天然氣，縫洞更為發(fā)育，導(dǎo)致儲(chǔ)層對(duì)壓力敏感、安全鉆井密度窗口窄；同時(shí)各類油氣資源開(kāi)發(fā)的井型基本采用了大斜度井和水平井，隨著儲(chǔ)層內(nèi)井段延長(zhǎng)，井筒與儲(chǔ)層接觸面的擴(kuò)大、ECD差異加大，壓力敏感問(wèn)題凸顯，極易導(dǎo)致溢漏同存的復(fù)雜險(xiǎn)情；③偶發(fā)的淺層氣容易快速導(dǎo)致井噴事故，特別是經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度增產(chǎn)措施后的井筒完整性缺陷，造成地層壓力上竄引起異常高壓圈閉，鉆井中經(jīng)常在上部地層發(fā)生井控遭遇戰(zhàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近20年發(fā)生的井噴失控事故中淺層井噴占比高達(dá)80%。面臨新的地層、新的井型、新的作業(yè)方式，井控技術(shù)也表現(xiàn)出諸多不適應(yīng)。

1.1 碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)不成熟，壓力預(yù)測(cè)精度低、難度大

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，因地層壓力預(yù)測(cè)不準(zhǔn)導(dǎo)致的井噴預(yù)警約占預(yù)警總數(shù)的60%，頻次位居第一。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)砂泥巖剖面等沉積型地層的壓力預(yù)測(cè)已取得了一系列研究成果[1-3]，但技術(shù)應(yīng)用局限性極強(qiáng)，對(duì)于以基質(zhì)低滲透、非均質(zhì)、裂縫發(fā)育、構(gòu)造應(yīng)力大為特點(diǎn)的碳酸鹽巖氣藏，地層高壓成因復(fù)雜、規(guī)律不清，長(zhǎng)期以來(lái)地層壓力預(yù)理論未獲突破。西南油氣田龍崗北某井嘉陵江組—棲霞組，實(shí)鉆鉆井液密度與設(shè)計(jì)差值最大達(dá)0.50 g/cm3；準(zhǔn)噶爾盆地南緣已鉆8口井預(yù)測(cè)壓力系數(shù)與實(shí)鉆誤差介于12%～58%。

1.2 深部氣藏面臨多產(chǎn)層、多壓力系統(tǒng)，井身結(jié)構(gòu)不足

深部氣藏受井身結(jié)構(gòu)層次限制，同一裸眼段共存多套壓力系統(tǒng)，鉆井過(guò)程中易發(fā)生上噴下漏或下噴上漏。四川盆地西北已發(fā)現(xiàn)縱向上存在27套氣、水顯示層，壓力系統(tǒng)差異大（壓力系數(shù)1.07～2.30）。同一裸眼井段鉆遇多套壓力系統(tǒng)，溢、漏難以兼顧。以西南油氣田龍?zhí)?井為例，該井設(shè)計(jì)采用七開(kāi)次非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)，嘉二段突遇高壓鹽水層后被迫提前下?219.08 mm套管，飛仙關(guān)組—梁山組被迫放在一個(gè)裸眼井段合打，造成了井下溢、漏、卡交織發(fā)生。塔里木盆地庫(kù)車前陸盆地超深、超高壓、高溫及縱向巖性復(fù)雜，研發(fā)塔標(biāo)Ⅰ、塔標(biāo)Ⅱ、塔標(biāo)Ⅲ等3套非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)仍無(wú)法滿足需要[4]。

1.3 裂縫性氣藏、水平井帶來(lái)安全密度窗口受限問(wèn)題日益突出

不僅深層優(yōu)質(zhì)油氣藏對(duì)壓力敏感，表現(xiàn)出窄安全密度窗口現(xiàn)象，水平井開(kāi)發(fā)時(shí)由于小井眼、巖屑床導(dǎo)致ECD差異增加，長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)中溢、漏并發(fā)，常導(dǎo)致井漏誘發(fā)溢流或又噴又漏的被動(dòng)局面。據(jù)中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱川慶鉆探公司）統(tǒng)計(jì)，24%的產(chǎn)層溢流預(yù)警為漏轉(zhuǎn)溢所致。另外，低滲透、非常規(guī)資源還出現(xiàn)因壓裂干擾造成溢流。

1.4 復(fù)雜巖性井壁失穩(wěn)導(dǎo)致三壓力剖面復(fù)雜，井筒壓力控制困難

以西南油氣田大探1井為例，上部低壓層黏土礦物含量高，雷口坡組、嘉陵江組存在高壓鹽水層，中部玄武巖等復(fù)雜巖層、顯示層需要高密度鉆井液，三壓力剖面交織。玄武巖段采用2.03 g/cm3鉆井液惡性漏失，密度降至1.87～1.93 g/cm3停漏又嚴(yán)重垮塌；茅口組鉆井液密度在1.29～1.50 g/cm3之間嚴(yán)重垮塌，加重到1.81 g/cm3漏失，降到1.77 g/cm3鉆進(jìn)后又氣測(cè)異常。

除此之外，部分油氣田經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，大批生產(chǎn)井井口閘閥密封失效、腐蝕穿孔造成油氣泄漏，井內(nèi)壓力不明，存在較大的井控和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，部分井位于人口聚集區(qū)，對(duì)周邊環(huán)境、資源產(chǎn)生影響。川渝、長(zhǎng)慶等油氣區(qū)估算每年約有近100口老井需進(jìn)行帶壓換管柱、閘閥或采氣樹(shù)，需要先進(jìn)的井控技術(shù)保障安全作業(yè)。

2 井控技術(shù)研究新進(jìn)展

為了保障油氣勘探開(kāi)發(fā)的順利推進(jìn)，國(guó)內(nèi)外井控技術(shù)在碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)、早期溢流檢測(cè)、精細(xì)控壓鉆井、安全密度窗口擴(kuò)展、全過(guò)程帶火作業(yè)、救援井等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，從一次井控到井噴失控井救援，從理論、裝備到工藝技術(shù)都取得了顯著進(jìn)步。國(guó)外基本形成了完整的井控服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈。

2.1 一次井控技術(shù)

2.1.1 碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)探索

以泥頁(yè)巖欠壓實(shí)理論為基礎(chǔ)建立的地層孔隙壓力求取方法在沉積型砂泥巖鉆井中有較高的吻合度，隨著國(guó)內(nèi)南方及西部海相碳酸鹽巖及東部古潛山、火成巖等的勘探開(kāi)發(fā)，欠壓實(shí)理論預(yù)測(cè)地層壓力的方法不再適用。因?yàn)?，碳酸鹽巖地層壓力異常的影響因素眾多、成因復(fù)雜，主要有欠壓實(shí)、烴類生成、液態(tài)烴類的熱裂解、構(gòu)造擠壓、蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化及水熱增壓等作用[5-7]。碳酸鹽巖具有基質(zhì)致密、巖石骨架剛度強(qiáng)的特點(diǎn)，異常高壓存在于隨機(jī)發(fā)育的非均質(zhì)孔洞與裂縫之中，依靠壓力預(yù)測(cè)模型演繹連續(xù)的碳酸鹽巖地層壓力剖面與實(shí)際不符。

Terzaghi[8]和Biot等[9-10]率先提出了有效應(yīng)力定理方法，對(duì)提高碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)精度具有重要的參考價(jià)值，但他們是建立在孔隙壓力保持不變的情況下巖石應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系，不能解釋飽和巖石孔隙壓力隨著圍壓增加而增加的力學(xué)機(jī)制，因此，碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)至今仍是世界級(jí)難題，國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了有益的探索。余夫等[11]基于薄板理論，考慮地質(zhì)構(gòu)造受擠壓程度、斷層露頭聯(lián)通狀況、體積彈性模量的影響，提出了碳酸鹽巖“強(qiáng)剛性骨架”的異常高壓形成新機(jī)制，建立了考慮構(gòu)造擠壓因素的地層壓力地質(zhì)力學(xué)識(shí)別模型，通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造幾何參數(shù)、地質(zhì)力學(xué)參數(shù)及地層的地應(yīng)力、密度、縱橫波速度、孔隙度等，代入模型即可求得地層壓力系數(shù)，在波斯灣盆地的Y油田試驗(yàn)，預(yù)測(cè)值與SFT（電纜式地層測(cè)試器）實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差小于10%。路保平等[12]研究發(fā)現(xiàn)不同孔隙壓力下的碳酸鹽巖縱波速度變化主要是由孔隙流體縱波速度變化引起的，利用小波變換法提取和放大孔隙流體縱波速度小幅波動(dòng)對(duì)巖石縱波速度的影響關(guān)系，確定碳酸鹽巖地層的異常壓力層，并與實(shí)測(cè)地層孔隙壓力數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立了碳酸鹽巖地層孔隙壓力預(yù)測(cè)模型，提出了通過(guò)提取地層孔隙中流體的縱波速度預(yù)測(cè)碳酸鹽巖地層壓力的方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用初步驗(yàn)證：計(jì)算的地層孔隙壓力當(dāng)量密度與實(shí)測(cè)值相比誤差小于15%（圖1）。但很多環(huán)節(jié)需要主觀推斷，在定量化預(yù)測(cè)技術(shù)上仍沒(méi)有突破。

圖1 基于聲波的縱波速度建立的碳酸鹽巖地層壓力求取方法圖

2.1.2 早期溢流監(jiān)測(cè)技術(shù)

地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)是預(yù)防井噴的直接手段，但目前各種地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)又難以滿足需要。Pathfinder能源服務(wù)公司鉆井地層測(cè)試（DFT）項(xiàng)目組成功研制了將石英壓力計(jì)插入井壁進(jìn)行壓力測(cè)量的隨鉆地層測(cè)試系統(tǒng)（FTWD）；斯倫貝謝公司首創(chuàng)了將其MDT技術(shù)與LWD結(jié)合的StethoScope隨鉆地層壓力測(cè)試儀，于2005年1月開(kāi)始商業(yè)化服務(wù)，但沒(méi)有得到普遍推廣。因此，現(xiàn)場(chǎng)普遍將地層壓力監(jiān)測(cè)改為溢流監(jiān)測(cè)。

大多數(shù)溢流監(jiān)測(cè)都是基于井下地層流體上返過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積膨脹的機(jī)理而設(shè)計(jì)的，由于侵入井筒的流體體積的明顯膨脹需要等到其上行到較淺井段，常規(guī)的循環(huán)罐液面監(jiān)測(cè)法才能檢測(cè)到，油氣鉆井行業(yè)制訂了早發(fā)現(xiàn)、早控制的工作機(jī)制來(lái)防止氣侵、溢流演變成井噴，按照1 m3報(bào)警的行業(yè)規(guī)定，3 000 m井深處的溢流被發(fā)現(xiàn)的時(shí)間都在30 min之后[13]、溢流已經(jīng)到達(dá)井深1 000 m以內(nèi)（圖2、3）才能發(fā)出預(yù)警，循環(huán)罐液面監(jiān)測(cè)法存在發(fā)現(xiàn)慢報(bào)、易誤報(bào)的弊端[14-15]。

圖2 氣井鉆井液池增量隨溢流時(shí)間的變化圖

因此，李玉飛等[16]提出了基于SVM和D-S證據(jù)理論的早期溢流識(shí)別方法，通過(guò)采集出口流量、井底環(huán)空壓力、溫度、立壓和大鉤載荷等更多參數(shù)進(jìn)行綜合溢流識(shí)別來(lái)降低識(shí)別誤差與誤報(bào)率。Weatherford公司直接在其控制壓力鉆井系統(tǒng)中通過(guò)地面高精度的質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了早期溢流識(shí)別。

圖3 氣體到達(dá)位置與溢流量隨氣侵時(shí)間變化曲線圖

此外，如果將溢流監(jiān)測(cè)由地面轉(zhuǎn)移到井下，就能在第一時(shí)間監(jiān)測(cè)到井下氣侵、溢流情況[17-18]。國(guó)內(nèi)外研究最多的是PWD產(chǎn)品，通過(guò)井底壓力、溫度輔助識(shí)別溢流。川慶鉆探公司聯(lián)合中國(guó)石油大學(xué)（北京）等高校探索了基于近鉆頭流體介電特性、超聲多普勒效應(yīng)的井下早期溢流識(shí)別方法[19-20]?；阢@井流體介電特性的早期溢流識(shí)別方法是根據(jù)不同的流體介電特性常數(shù)不同的原理，通過(guò)監(jiān)測(cè)氣侵鉆井液組分的變化會(huì)引起其介電常數(shù)變化的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)溢流的識(shí)別；基于超聲波多普勒的早期溢流識(shí)別方法是利用超聲波多普勒信號(hào)在含氣鉆井液中迅速衰減的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)溢流的識(shí)別，當(dāng)鉆井液含氣率大于1.5%時(shí)信號(hào)會(huì)迅速衰減，當(dāng)含氣率達(dá)到5%左右時(shí)，信號(hào)衰減率介于60%～80%。研發(fā)出相應(yīng)近鉆頭傳感器后再通過(guò)MWD將溢流信號(hào)上傳地面，溢流預(yù)警時(shí)間可以控制在 10 min 以內(nèi)。

2.1.3 精細(xì)控壓鉆井技術(shù)

壓力平衡鉆井是井控工藝的關(guān)鍵，過(guò)去只靜態(tài)地強(qiáng)調(diào)了地層壓力梯度與鉆井液密度的平衡，井筒壓力的動(dòng)態(tài)變化如ECD、激動(dòng)壓力、抽吸壓力都簡(jiǎn)單地被附加到鉆井液密度中去了，實(shí)際鉆井過(guò)程中工況變化引起的井底壓力的變化是變化的，用附加了密度的鉆井液鉆井仍然有井噴風(fēng)險(xiǎn)。深層油氣藏往往具有更好的品質(zhì)，滲透性極好的高溫、高壓、高產(chǎn)、含硫儲(chǔ)層常常表現(xiàn)為窄安全密度窗口，極易引起漏噴同存的復(fù)雜井控難題。精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是運(yùn)用適當(dāng)?shù)牡孛婵刂剖侄蝸?lái)控制井底壓力（乃至環(huán)空壓力剖面）保持起下鉆、循環(huán)鉆井液等工況下動(dòng)態(tài)井筒壓力恒定的一項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了井筒壓力與地層壓力的動(dòng)態(tài)精確平衡，消除了因井底壓力波動(dòng)產(chǎn)生的漏噴同存和漏噴轉(zhuǎn)化[21-25]。2005年ENI公司首先成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，后來(lái)美國(guó)MPO公司又研制出了循環(huán)閥式的連續(xù)循環(huán)鉆井系統(tǒng)。Weatherford公司則開(kāi)發(fā)了精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)，通過(guò)微流量控制技術(shù)（簡(jiǎn)稱MFC）可在涌入量小于80 L時(shí)即檢測(cè)到溢流，并在地層流體的總溢流體積小于800 L的情況下迅速控制住溢流（小于2 min）。Halliburton控壓鉆井系統(tǒng)通過(guò)PWD實(shí)時(shí)測(cè)量井底壓力，利用高精度的水力模型設(shè)計(jì)鉆井液密度和相關(guān)控制參數(shù)，利用節(jié)流閥和回壓泵控回壓來(lái)實(shí)現(xiàn)井底恒壓鉆井。Schlumberger公司開(kāi)發(fā)了以動(dòng)態(tài)環(huán)空壓力控制（DAPC）為特色，集成多種算法實(shí)現(xiàn)了環(huán)空壓力監(jiān)控、井壁穩(wěn)定監(jiān)控、漏失監(jiān)控的鉆井最優(yōu)化系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出了PCDS-I、CQMPD-I、CQMPD-Ⅱ等型號(hào)的精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)，在塔里木、冀東及西南油氣田深井、水平井中廣泛應(yīng)用。依據(jù)地質(zhì)工況、地層流體類型的不同，規(guī)范了微漏、微欠、泥漿帽、堵漏提高承壓能力等多種工藝方法[26-28]，大幅降低了復(fù)雜時(shí)效和井控風(fēng)險(xiǎn)，如西南油氣田高石梯—磨溪區(qū)塊燈影組鉆井中該技術(shù)的普及率達(dá)100%，相比常規(guī)鉆井漏失量下降87.8%，溢流處理時(shí)間基本消除。

2.2 二次井控技術(shù)

2.2.1 井控裝備

“六五”期間鉆井行業(yè)的標(biāo)志性成果是井控裝備和系列井控操作規(guī)范，核心裝備包括防噴器、內(nèi)防噴工具、節(jié)流管匯及其控制裝置，是防止溢流惡化為井噴的重要利器。中國(guó)石油井控裝備技術(shù)一直在不斷發(fā)展，研制了司鉆房關(guān)井操控臺(tái)、無(wú)線遙控關(guān)井裝置、井口自動(dòng)防誤操作裝置和井控培訓(xùn)模擬器，配套了與地層壓力級(jí)別相適應(yīng)的70/105/140 MPa高壓系列抗硫井口裝置與井控管匯、氣動(dòng)加重系統(tǒng)、自動(dòng)放噴點(diǎn)火裝置；在壓力級(jí)別上已實(shí)現(xiàn)全系列配套，操控方式上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程快速操控，逐步在向多點(diǎn)位、一鍵操作發(fā)展。井控高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)按需建立區(qū)域應(yīng)急壓井物資倉(cāng)儲(chǔ)基地，為深井超深井井控安全提供了保障。

2.2.2 壓井工藝技術(shù)

四川盆地從侏羅系到震旦系，縱向上分布有27套油氣層，且碳酸鹽巖多為酸性氣體；塔里木盆地高溫、高壓、高產(chǎn)特征明顯，鉆達(dá)鹽下儲(chǔ)層的壓力系統(tǒng)差異巨大。8 000 m超深井鉆井往往同一裸眼存在多個(gè)相差懸殊的壓力系統(tǒng)，甚至單一產(chǎn)層也沒(méi)有安全密度窗口，溢流處置往往伴隨著上噴下漏、上漏下噴、噴漏同層。井控技術(shù)是在大量實(shí)踐中練就的，甚至付出了血的代價(jià)，司鉆法、工程師法壓井工藝得到逐步完善和發(fā)展[29-30]。

溢流發(fā)現(xiàn)過(guò)晚會(huì)造成井口壓力過(guò)高，可能會(huì)突破井口的控制能力。高套壓狀況在關(guān)井、壓井過(guò)程中會(huì)造成井漏甚至地下井噴，還可能造成井口、管線、套管的刺漏、爆裂等失控或設(shè)備著火，致使壓井失敗。又漏又噴井壓井具有極大的挑戰(zhàn)性，通常采用非常規(guī)壓井工藝，解決噴與漏這對(duì)矛盾，治噴是關(guān)鍵、治漏要并行，處理中必須兩者兼顧。其井下工況復(fù)雜多樣（圖4），經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐形成了有針對(duì)性的壓井工藝，如氣層井漏吊灌技術(shù)、正循環(huán)堵漏壓井技術(shù)、反循環(huán)堵漏壓井技術(shù)、環(huán)空反擠堵漏壓井技術(shù)、水泥漿堵漏壓井技術(shù)、快干水泥動(dòng)態(tài)封堵壓井技術(shù)[31-35]，成功處置了四川、新疆、青海等地的多起井控險(xiǎn)情。

圖4 又漏又噴的9種狀態(tài)示意圖

非常規(guī)壓井還包括在發(fā)生嚴(yán)重井噴或特殊井筒狀況下常規(guī)井控方法無(wú)法使用時(shí)采取的特殊壓井方法，如井內(nèi)噴空、井內(nèi)高含硫等有毒氣體、壓井時(shí)鉆具距離井底較遠(yuǎn)、鉆具內(nèi)通道堵塞或鉆具在淺部刺漏斷落等情況。非常規(guī)壓井主要包括置換法（也稱體積法）、壓回法（也稱硬頂法、平推法、反推法）、頂部壓井法（也稱動(dòng)量壓井法）、動(dòng)力壓井法等4種工藝方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了長(zhǎng)期研究與實(shí)踐[36-37]。2017年SXX井鉆進(jìn)至井深5 451 m發(fā)生井漏，起鉆至井深 5 352 m 時(shí)發(fā)生溢流，關(guān)井套壓40 MPa，井下?tīng)顩r多變。經(jīng)過(guò)正循環(huán)壓井和反推法壓井，井下鉆具堵塞，套壓繼續(xù)升至58 MPa。后經(jīng)放噴降壓，第三次正向注入185 m3高密度鉆井液，準(zhǔn)備第二次反推法壓井，試關(guān)井套壓在4 min內(nèi)從30 MPa升至50 MPa，第四次采用快干水泥漿動(dòng)態(tài)封堵壓井解除井噴險(xiǎn)情。

2.2.3 安全密度窗口擴(kuò)展技術(shù)

深井鉆井經(jīng)常遭遇多壓力系統(tǒng)或裂縫性氣藏?zé)o安全密度窗口，小井眼水平井ECD差異突破安全密度窗口，即使采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)也困難重重，迫切需要安全密度窗口擴(kuò)展技術(shù)?？狄懔Φ萚38-40]從物理、化學(xué)、力學(xué)的角度提出了擴(kuò)展安全密度窗口的5種技術(shù)途徑，其基本原理是通過(guò)封堵有缺陷的薄弱地層來(lái)提高地層的漏失壓力。川慶鉆探公司研發(fā)了具備剛性顆粒架橋、軟膠塞填充、溫度激發(fā)膠結(jié)的多作用溫控型堵漏劑及其承壓堵漏工藝，在五探1井、蓮探1井、塔探1井等超深井開(kāi)展試驗(yàn)，堵漏成功率提高20%，地層承壓壓差提高至10～20 MPa之間（表1），為無(wú)窗口井段鉆井安全提供了保障。

表1 川慶鉆探公司承壓堵漏技術(shù)應(yīng)用效果表

2.3 井噴應(yīng)急救援技術(shù)

2.3.1 井噴應(yīng)急救援技術(shù)

井控技術(shù)雖然有了長(zhǎng)足發(fā)展，但理論、技術(shù)、管理還不甚完善，必須發(fā)展井噴應(yīng)急救援技術(shù)。川慶鉆探公司率先建成了國(guó)內(nèi)第一個(gè)油氣井滅火公司，并掛牌成為國(guó)家油氣田救援廣漢基地、跨國(guó)（境）生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援常備力量、中國(guó)石油井控應(yīng)急救援響應(yīng)中心，成功完成國(guó)內(nèi)外50余次搶險(xiǎn)救援作業(yè)，刷新了多項(xiàng)世界油氣井救援紀(jì)錄（圖5）。

圖5 土庫(kù)曼斯坦奧斯曼3井全過(guò)程帶火作業(yè)照片

自20世紀(jì)70年代開(kāi)始美國(guó)、加拿大相繼成立了多家專業(yè)化服務(wù)公司，基本上都為大型油氣田技術(shù)服務(wù)公司的子公司。目前國(guó)際上比較知名的井控應(yīng)急服務(wù)企業(yè)主要有美國(guó)的Boots & Coots公司、Wild Well Control公司、Cudd Well Control及加拿大的Safety Boss公司等，其服務(wù)區(qū)域包括中東、中亞、北美等地域。典型的成功案例包括海灣戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致的科威特油井滅火、墨西哥灣“深水地平線”海洋鉆井平臺(tái)井噴爆炸著火處置等。

井噴失控著火后，傳統(tǒng)做法是先滅火再救援，但滅火后復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)高，存在極高的閃爆和人員中毒危險(xiǎn)。因此，自主研制了具備圖像采集與傳輸、周邊環(huán)境檢測(cè)功能的井口偵察機(jī)器人，65 MPa/800 mm的遠(yuǎn)距離水力噴砂切割裝置、一體化井口重置裝置等專用裝備，形成了險(xiǎn)情偵察、冷卻掩護(hù)、切割清障、井口重置、協(xié)同決策五大井控應(yīng)急救援技術(shù)系列，形成了全過(guò)程帶火作業(yè)技術(shù)[41-42]，具備了地層壓力 70 MPa、天然氣無(wú)阻流量 200×104m3/d 失控井的井噴應(yīng)急救援能力。針對(duì)井口裝置腐蝕、沖蝕、銹蝕而密封不嚴(yán)的井控隱患，國(guó)內(nèi)外均已成功研制了105 MPa冷凍暫堵裝置、105 MPa帶壓鉆孔裝置及環(huán)形坡口機(jī)等專業(yè)化裝備，形成了成熟的工藝技術(shù)[43-44]，在川渝、長(zhǎng)慶等區(qū)塊規(guī)?；瘧?yīng)用200余井次，最高井口作業(yè)壓力50.2 MPa，最高硫化氫含量5.333 g/m3。

2.3.2 救援井技術(shù)

作為井控完整產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，國(guó)外救援井技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，Halliburton、Scientific Drilling公司等已形成了一套較為完善的救援井技術(shù)和服務(wù)能力，可完成減壓井、干預(yù)井、海上“U”形管井等救援井作業(yè)。核心技術(shù)包括主/被動(dòng)井眼磁測(cè)距系統(tǒng)（圖6、表2）、救援井井眼軌跡控制、連通工藝及井眼夾墻強(qiáng)度計(jì)算、壓井參數(shù)模擬等軟件，如Schlumberger公司開(kāi)發(fā)的救援井模擬軟件（圖7）。Halliburton的救援井技術(shù)成功在墨西哥灣、得克薩斯明尼阿波利斯等重大井噴事故處置中得到應(yīng)用。為了完善救援井技術(shù)系列，國(guó)外還開(kāi)發(fā)了主/被動(dòng)聲幅測(cè)距系統(tǒng)、主動(dòng)電阻率測(cè)距系統(tǒng)等，以適應(yīng)不同的鉆井液和地層需要。

圖6 主/被動(dòng)井眼磁測(cè)距系統(tǒng)圖

表2 國(guó)外公司商業(yè)化磁測(cè)距系統(tǒng)性能指標(biāo)表

圖7 國(guó)外軟件模擬救援井壓井圖

國(guó)內(nèi)救援井技術(shù)還停留在研發(fā)階段。中國(guó)石油大學(xué)高德利院士團(tuán)隊(duì)在井眼軌跡測(cè)量誤差分析、救援井軌道設(shè)計(jì)、救援井壓井模擬計(jì)算等方面發(fā)表SCI論文15篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利16件，取得了部分理論研究成果[45-51]，研制了耐溫125 ℃、高精度靜磁（0.1 nT）信號(hào)探測(cè)測(cè)距系統(tǒng)工業(yè)樣機(jī)。

3 結(jié)論與展望

自“六五”以來(lái)，我國(guó)井控技術(shù)雖然取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但對(duì)于深層、超深層油氣勘探和高產(chǎn)井建設(shè)的需要來(lái)說(shuō)仍存在技術(shù)瓶頸，主要體現(xiàn)在碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)理論、溢流早期識(shí)別技術(shù)還不滿足生產(chǎn)需要，可視化壓井軟件以及救援井技術(shù)方面與國(guó)外存在較大差距。隨著勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的不斷拓展和“水平井+大規(guī)模壓裂開(kāi)發(fā)方式”的產(chǎn)生，漏噴同存的鉆井將成為常態(tài)，建議井控技術(shù)在如下方向加快攻關(guān)：

1）深入研究碳酸鹽巖、火成巖氣藏的地層壓力異常機(jī)制，開(kāi)展地層壓力、溢流速度、油氣圈閉容積預(yù)測(cè)及多因素對(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)的影響。

2）拓展早期溢流識(shí)別新方法，開(kāi)展多種方式的井下溢流識(shí)別傳感器、井筒環(huán)空液面監(jiān)測(cè)儀、鉆井液進(jìn)出口精準(zhǔn)流量監(jiān)測(cè)儀研制，完善淺層次生氣溢流防控的技術(shù)規(guī)范。加大鉆井安全密度窗口擴(kuò)展技術(shù)研究與技術(shù)推廣，研究基于試井的高壓低滲氣層欠平衡井控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，形成向下拓展壓力窗口的評(píng)價(jià)軟件，開(kāi)展適應(yīng)水平井鉆井的恒壓力梯度控壓鉆井新技術(shù)研究，拓展水平井水力延伸極限，形成安全密度窗口擴(kuò)展技術(shù)系列。

3）針對(duì)復(fù)雜工況壓井難題，加強(qiáng)壓井邊界條件研究，建立基于井底平衡、最快壓穩(wěn)、井筒最大承受能力等準(zhǔn)則的壓井模型，開(kāi)發(fā)基于井筒缺陷的工藝參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化與壓井方式轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)可視化壓井模擬軟件，為壓井提供科學(xué)依據(jù)和高效作業(yè)支持。

4）針對(duì)井控應(yīng)急救援技術(shù)對(duì)更高壓力級(jí)別、更高產(chǎn)量、更多樣的井噴失控不適應(yīng)的現(xiàn)狀，攻關(guān)高效冷卻掩護(hù)、精準(zhǔn)連續(xù)切割、重置裝備自動(dòng)對(duì)中技術(shù)，以適應(yīng)“三高一超井”以及特殊井口的井控應(yīng)急救援需要。在救援井主動(dòng)無(wú)線隨鉆井距測(cè)量、救援井井眼軌道設(shè)計(jì)、目標(biāo)井中靶安全控制、壓井模擬等方面開(kāi)展系統(tǒng)攻關(guān)，形成關(guān)鍵裝備和軟件，補(bǔ)齊救援井技術(shù)短板。