离岸远、海洋环境复杂的深水钻井如果发生井喷失控将会引起灾难性的事故。2009年至2013年，连续有PTTEP公司在澳大利亚的平台井喷、BP公司在墨西哥湾的深水地平线平台井喷爆炸、雪佛龙公司在巴西的漏油和在尼日利亚的平台倾覆，以及Walter公司的平台火灾等重大海上钻井事故发生。鉴于失控井再控制十分困难，尤其是发生井喷爆炸着火的油井，采用救援井是彻底解决问题的有效途径。目前，救援井在海上井喷失控事故处理中，得到多次成功应用。

对于某一口井喷、着火而失控的井，要对其进行抢救而设计施工的定向井称为救援井^[1]（图 1）。救援井与失控井间存在一定距离，通过定向钻进，救援井和失控井井眼相交，相交点称为连通点；由救援井泵入的压井泥浆，通过连通点进入失控井井眼内，从而使失控井井内压力恢复平衡。世界上的第一口救援井在1934年钻成，位于东德克萨斯康罗油田。在我国海上油气田，目前还没有救援井的作业经历。本文结合深水钻井平台井喷事故情景，对井位选择、布井数量优化、井下连通方式、压井模式以及弃井等救援井的关键技术进行了介绍，并给出了下一步研究的建议。

由于技术条件限制，钻进救援井时可能发生无法搜索（或连通）失控井情况，如果在第一口救援井连通失败后开始钻第二口救援井，会延误应急响应时间，可能会导致更严重的后果。根据文献统计了从1956年到2012年世界范围内共137次井喷事故钻救援井数量^[2]，其中钻救援井井数最多的一次发生在1984年，TXO石油公司钻leon城钻branton油田，共钻5口救援井才控制住失控井。钻救援井井数第二高的是1975年，美国康诺克石油公司（CONOCO）迪拜FATEH FIELD油田，共钻4口救援井才控制住失控井。80%以上失控井采用1口救援井成功控制住失控井。

国外专家Joulesbum综合考虑装备、技术、人员不确定性，采用累积概率分布（CPD）方法分析^[3]，计算结果表明第一口救援井连通失控井80%概率需要178天，而第二口救援井同样概率下连通需要115天，第三口则需要96天，第四口需要87天。通过分析发现，第一口与第二口钻成同样概率下时间差距最大63天。但该方法的模型难以精确建立，边界不确定性较多。由于受救援井钻井船资源限制，很多情况下难以实现两口救援井同时开展钻井作业，但在预案中设计两口井还是必要的。

1 救援井井位选择

救援井井位选择对于钻井作业安全、建井周期、成本具有很大影响。UK公司给出根据风向和海流窗口选择井位的方法^[4]（图 2、图 3）。

救援井井位的选择主要受法律法规和保险合同、海洋环境、事故平台火灾热辐射面积或者H₂S扩散范围、浅层地质风险（浅层气/水、天然气水合物）、定向井和测斜要求、使用钻机类型、邻井干扰（井口平台）等因素的影响。通常选择进行过井场调查的区域，选择便于钻井装置就位、供应船停靠及直升飞机起降的钻机，井眼轨迹设计要尽量简单，以利于施工作业，同时还需要考虑施工期间海上风向、流向、海浪和冰期的影响。

2 井下连通 2.1 连通深度选择

救援井的连通段轨迹设计主要有单翼法和双翼法。连通深度是指救援井与被救援井连通点深度。救援井和被救援井连通位置对于能否成功压井具有至关重要的作用。连通点选择要考虑以下因素^[1]：（1）宜选在靠近井喷层位的位置；（2）宜选在被救援井套管层数尽量少的位置；（3）宜选在地层稳定，且上部地层简单的位置；（4）选择深度应大于压井需要的最小深度等。

因此需要确定连通点的最小井深位置H_min，公式如下：

$ {H_{\min }} = \frac{{{P_{\rm{p}}}}}{{9.8{\rho _{{\rm{kp}}}}}} $

(1)

式中：P_p为井喷后修正的地层压力，MPa；ρ_kp为现场钻井平台可以配置压井液最高密度，g/cm³。

2.2 连通方式优选

救援井的连通方式主要有钻头钻穿、水力压裂、低压酸化、射孔或爆破等^[2]。当失控井的连通位置下方存在套管时，主要采用探测钻穿（拦截方式）连通；对于裸眼失控井，可采用其它的连通方式。无论采用何种连通方式，都需要精确控制位置误差。位置误差的测量一般会受井口间距、井深、井斜和方位等测量误差的影响，同时，失控井和救援井的不确定性椭圆也对其有较大影响。目前主要通过缩短井口间距离、减少救援井井斜和井深以及使用高精度测量工具复测套管段等方法减少系统精度误差。

目前救援井井下电磁探测与定位工具，探测目标井中套管、钻柱、落鱼与工具之间的相对距离和方位，分主动式和被动式两种^[2]（图 4）。主动测距统主要是通过自身来改变或产生某些信号量获得测量结果；被动测距系统则是通过感知目标对某个物理量的影响来获得测量结果，两者的区别在于测量者是否对测量对象施加影响。其中被动测距系统主要是通过检测失控井中套管、钻杆等对地磁的影响，从而获得失控井和救援井之间的相对距离关系；主动测距系统则是通过对失控井中套管、钻杆施加一定的激励量，产生磁场、电流等物理量的改变，从而获得两者之间的相对距离关系^[2]。

影响主动定位测距的因素包括：套管和钻杆本身完整性、钻井液导电性、地层电阻率各向异性、目标井和救援井切入角。被动测距需要建立地层的地磁模型，一般探测范围15 m以内，如果采用专用的磁化套管，范围可以延长到25~40 m。目前行业用于救援井探测的工具主要有Vector Magnetics公司的Wellspot、WSAB，SDI公司的MagTrac MWD Ranging System等。

3 压井模拟

救援井能否有效解决失控井的井喷问题，最重要的一步是压井作业。压井过程中保持井底常压且略大于地层压力，逐步将进入失控井井筒的地层流体全部排出地面或压回地层；成功完成压井作业后，井底压力等于或略大于地层压力，达到井控压力平衡。

3.1 救援井压井方法

目前BP和Chevron等公司给出的救援井压井方法主要有以下几种^{[3, 4]}：

（1）利用大排量往井内泵入低密度流体（海水）时的当量循环密度（ECD）来平衡地层压力，然后再泵入压井泥浆顶替井内海水，井内压力恢复平衡后，注水泥浆弃井。

（2）利用大排量往井内泵入低密度流体（海水）时的ECD来平衡地层压力，然后直接注水泥浆弃井。

（3）直接使用压井泵速泵入压井液（重泥浆或者是加重盐水），井内压力恢复平衡后，注水泥浆弃井。

（4）使用压井泵速泵入具有化学活化作用的压井液至失控井中，通过压井液的液柱压力和井底摩阻压耗来达到井底压力平衡，然后泵入水泥浆弃井。

（5）通过环空和钻杆往失控井中同时泵入能够发生化学反应的两种压井液（DOBC油类和水，硅酸钠，水泥，聚合物和催化剂），井内压力恢复平衡后，泵入水泥浆弃井。

3.2 救援井压井设计

对于救援井压井，国外Boots & Coots公司经过经过多年的实践，总结出三角理论：即救援井压井的主要思路是，在基于目标井地层流体侵入流速、套管强度、连通深度，计算得到压井液密度、排量和总体积。其中最小压井液体积计算如下式：

$ {V_{\min }} = ab\left( {{V_{{\rm{bw}}}} + {V_{{\rm{rw}}}}} \right) $

(2)

式中：V_min为压井需要准备压井液最小体积，m³；V_bw为失控井的井眼环空体积，m³；V_rw为救援井的井眼环空体积，m³；其中a为备用系数，b为最小需求系数，通常a=b =2。

Schlumberger公司软件OLGA ABC能够模拟井喷与进行压井仿真的软件工具。能够模拟计算地层溢流流体、井筒气体含量，压井排量、泵压，以及井筒压力等，是目前得到业界实践验证和认可的软件^[5]。

如某海上井，水深1 500 m，在钻进8-1/2"井段（井深5 100 m）时地层流体溢出引起井喷失控，溢出气体速率60×10⁴ m³/d、地层压力80 MPa，上层套管鞋承压75 MPa，平台最大压井液排量5 000 L/min情况下进行压井作业，设计四种压井方案，并给出压井时间、压井液体积、海水体积等关键参数（表 1）。

专家组根据现场设备及压井材料情况选择方案1作为最后压井方案，得到OLGA ABC模拟方案1结果（图 5）。

4 弃井方案

由于井下钻具遗落、井况不清楚、井壁坍塌等原因，失控井弃井通常都十分困难。如果失控井成功压井并且井眼通畅，则重新安装井口，通过进入失控井井眼进行注水泥浆等弃井作业，弃井应满足国家法律、行业和公司标准规范的要求。若被救援井不具备压井后重入的条件，进行压井封堵作业时应考虑通过救援井注入水泥浆进行弃井，水泥塞封隔段应满足国家法律、行业和公司标准规范的要求，但作业程序通常会十分复杂，如有必要，在确保被救援井安全情况下，采取必要技术手段加固原井筒的安全屏障^[6]。

5 结论及建议

（1）救援井是井喷失控事故处理的最有效方法之一，在海上得到多次成功应用。作为应急救援处置方案的重要组成部分，研究储备救援井设计技术对于海上探井钻井、特别是深远海探井钻井安全保障具有重要意义；

（2）国内目前还没有在海上钻过救援井，因此很多技术还需要实践验证，建议针对一些深水的高难度探井开展救援井钻井情景构建，构建出救援井钻井的全过程，并对其中设计、压井、弃井等关键技术进行多种复杂工况模拟研究，为今后应急方案制定和救援井设计储备技术。