《煤层气井钻井工程安全技术规范》解读PPT课件

1 煤层气井钻井工程安全技术规范SY6818 2011 河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所刘军副教授博liujun5027 2014年10月 刘军 liujun5027个人简介 刘军 主要从事瓦斯灾害预测及防治方面的研究与教学工作 telE mail liujun5027 1998 2002 焦作工学院矿山通风与安全专业 本科2002 2005 河南理工大学安全工程专业 硕士2005 2008 河南理工大学安全学院瓦斯地质研究所 讲师2008 2013 河南理工大安全学院瓦斯防治技术及装备研究所 博士 副教授 前言 煤层气排采安全技术规范SY6818 2011 已经于2011年07月28日国家能源局通过 现予公布 自2011年11月1日起施行 国家能源局 刘军 liujun5027刘军 liujun5027前言 本标准的全部技术内容为强制性 本标准按照GB T1 1 2009给出的规则起草 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口 本标准起草单位 中国石油化工股份有限公司华东分公司安全环保处 胜利石油管理局安全环保处 中国石化集团华东石油局工程技术设计研究院 本标准主要起草人 杨力 匡立新 张安 张亚文 王彦祺 赵军胜 王宗敏 赵大卫 李传昌 标准化工作导则 刘军 liujun50271范围 本标准规定了煤层气井钻井工程设计 施工 人身防护 应急与事故管理的基本安全要求本标准适用于煤层气钻井工程 刘军 liujun50272规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件 仅注日期的版本适用于本文件 凡是不注日期的引用文件 其最新版本 包括所有的修改单 适用于本文件 GB T19139油井水泥试验方法SY T5724套管柱结构与强度设计SY5974 2007钻井井场 设备 作业安全技术规程SY T6426 2005钻井井控技术规程生产安全事故报告和调查处理条例 国务院令第493号 2007年6月1日起施行 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 1设计单位资质设计单位应取得本企业或者行业规定的从事钻井工程设计的资质 3 2设计原则和依据3 2 1符合HSE管理体系要求 贯彻落实 安全第一 预防为主 综合治理 的安全生产方针 HSE是健康 Health 安全 Safety 和环境 Environment 三位一体的管理体系 3 2 2科学有效地发现和保护煤储层 3 2 3减少钻探过程中各种复杂情况的产生 为全井顺利钻井 测试 压裂 排采创造条件 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 2 4钻井工程设计应依据钻井地质设计和邻井有关资料进行编制 3 2 5钻井工程设计应按程序审批 钻井作业中 因情况变化 需变更设计 原则上应按原审批程序进行 若在钻井过程中出现复杂情况时 现场工程技术人员可进行紧急处置 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 3地质设计概况3 3 1应提供区域地质简介 岩性剖面及本井预测的孔隙压力 破裂压力 坍塌压力 孔隙压力 如果岩石孔隙中的流体可直接流向地表 孔隙压力就等于液柱压力 如果流体不能流向地表 影响流体的压力会更大 孔隙压力就等于孔壁压力 与静岩应力和构造应力的方向相反 破裂压力 井中暴露出的地层 在承受压力达到某一极限时会使地层破裂 此压力极限值称为地层的破裂压力 坍塌压力 当井内液柱压力低于某一值时 地层出现坍塌 我们称这个压力为地层坍塌压力 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 3地质设计概况3 3 2应提供邻井的煤层显示和复杂情况资料 并特别注明含硫化氢 二氧化碳地层的层位 深度和预计含量 已钻井的地层测试及排采资料 3 3 3应根据钻探目的和煤储层条件 提出生产套管的合理尺寸和完井方法 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 4井身结构设计3 4 1井身结构设计应以钻井地质设计为依据 确定合理的井眼尺寸 套管下深以及水泥返深等 3 4 2生产套管固井要求水泥浆返至目的煤层以上200m 3 4 3钻下部地层采用的钻井液密度 产生的井内压力不致压破上层套管鞋处地层以及裸露的破裂压力系数最低的地层 3 4 4下套管的过程中 井内钻井液柱压力与地层压力之差值 不致产生压差卡套管事故 3 4 5考虑地层压力设计误差 限定一定的误差增值 井涌压井时在上层套管鞋处所承受的压力不大于该处地层破裂压力 套管鞋处最容易压破 为什么 刘军 liujun50273钻井工程设计 刘军 liujun50273钻井工程设计 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 5钻井液设计3 5 1钻井液密度设计一般应以裸眼井段最高地层孔隙压力当量钻井液密度值增加一个安全附加值0 02g cm3 0 10g cm3 具体选择安全附加值时 应根据地层孔隙压力预测准确度 硫化氢的含量 埋藏深浅等情况来决定 含硫化氢气井 探井应取安全附加值的上限 对于漏失井 异常低压井应以近平衡或欠平衡钻井技术要求确定钻井液密度 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 5钻井液设计3 5 2选用钻井液要有利于井下安全 有利于防止污染 硫化氢和二氧化碳 有利于发现和保护煤储层 3 5 3钻井液中应控制硫化氢含量小于30mg m3 若超过时应添加相应的除硫剂 缓蚀剂 控制钻井液pH值9 5以上 3 5 4探井 异常压力井现场应储备加重材料 3 5 5应根据预测地层压力梯度设计钻井液密度 施工中随钻监测地层压力梯度和实际钻井液密度 并依据监测结果和井下实际情况及时调整钻井液密度 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 6井控装置3 6 1根据地质预测 对只含煤层气的探井应满足 一级井控 的要求 对既含煤层气又含浅层天然气或硫化氢气体的探井应至少安装闸板防喷器 井控 即井涌控制或压力控制 各种叫法本质上是相同的 都是要说明要求采取一定的方法控制地层压力 基本上保持井内压力平衡 保证作业施工的顺利进行 目前井控技术已从单纯的防喷发展成为保护油气层 防止破坏资源 防止环境污染的重要保证 人们根据井涌的规模和采取的控制方法的不同 把井控作业分为三级 即初级井控 二级井控和三级井控 初级井控 一级井控 是依靠适当的钻 修 井液和技术措施使井底压力稍大于地层压力的钻 修 井过程 来控制地层压力 使得没有地层流体进入井内 井涌量为零 自然也无溢流产生 二级井控 是指由于某些原因使井底压力小于地层压力时 产生了溢流 但可以得用井口控制设备 按照一定的操作程序来控制溢流 并建立起新的井底压力平衡 恢复正常循环的过程 使之重新达到初级井控状态 三级井控 是指井喷失控后 这时使用适当的技术和设备抢险 重新恢复对井的控制的过程 这就是平常说的井喷抢险 可能需要灭火 打救援井等各种具体技术措施 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 6井控装置3 6 2对含浅层天然气或硫化氢气体的开发井应至少安装闸板防喷器 3 6 3煤层气井常用闸板防喷器的等级 规格尺寸 包括与其配套的液压控制系统和节流管汇的试压标准 按照SY T6426执行 SY T6426钻井井控技术规程 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 7固井设计3 7 1套管柱按照SY T5724进行套管柱设计 套管柱强度设计安全系数 抗挤为1 0 1 125 抗内压为1 05 1 25 抗拉为1 6以上 套管柱上串联的各种工具 部件都应满足套管柱设计要求 SY T5724 2008套管柱结构与强度设计 下载 标准库 刘军 liujun50273钻井工程设计 3 7固井设计3 7 2注水泥浆各层套管都要进行注水泥浆设计 固井施工前应按GB T19139的规定进行水泥浆室内试验 针对低压漏失层 应采用低密度水泥浆体系 环空全井段液柱当量密度应小于煤储层破裂压力系数 优化水泥浆体系 优选并加足降失水剂 早强剂 减阻剂等水泥外加剂 以利于提高固井质量 GB T19139 2003油井水泥试验方法 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 1施工队伍及人员资质4 1 1施工队伍应取得本企业或者行业规定的从事钻井施工作业的资质 4 1 2钻井队和固井队应全员持有HSE证书 队长 技术员 司钻 井架工 泥浆工应持有井控操作证 防硫化氢培训合格证 其他特种作业人员应按围家规定持有相应的操作证 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 2井场布置及设备安装4 2 1开发井井口距高压线及其他永久性设施不小于50m 距铁路 高速公路以及村庄 学校 医院和油库等场所不小于100m 4 2 2探井 含浅层天然气开发井井口 距高压线及其他永久性设施不小于75m 距铁路 高速公路以及村庄 学校 医院和油库等场所不小于200m 4 2 3井场周围应以黄色带隔离作为警示标志 并在并场和井架醒目位置悬挂安全警示牌 风向标安放在井场四周及井场出人口处 4 2 4井架底座高度应满足井控装置安装的要求 井架底座内及钻井液暴露位置处应保持通风良好 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 2井场布置及设备安装4 2 5井场电器设备 照明器具及输电线路的安装应符合防爆的规定 4 2 6井场灭火器材和安全要求应符合SY5974 2007中3 2 13的规定 4 2 7钻台与地面按规定安装和布置专用逃生滑道或逃生通道 4 2 8通往井场的道路应符台SY5974 2007中的3 1的规定 4 2 9井场的要求应符合SY5974 2007中的3 2 1的规定 4 2 10井场钻机 设备基础应符合SY5974 2007中的3 2 2和3 2 3的规定 SY5974 2007 常规钻进安全技术规程 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 3钻进及辅助作业4 3 1煤层井段钻井要求钻进煤层前 制定钻进煤层的具体措施 钻井队所有人员应掌握开采 停泵 起下钻 发生溢流 抢险作业等各种报警系统的信号 进入煤层前40m加强观察 及时发现溢流 漏失及垮塌 目的煤层井段按地质要求循环观察 钻井液性能测试仪器应定期校正 钻井液性能应接要求进行调节控制 起下钻操作平稳 下钻速度应不大于20m min 下钻到底提前30m开泵 缓慢下放钻具到井底 下钻遇阻不得越过100kN 否则应开泵划眼至井眼通畅 再恢复正常作业 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 3钻进及辅助作业4 3 1煤层井段钻井要求起钻应控制速度 遇卡井段 不得高于当时悬重的50kN 否则应开泵倒划眼或下放畅通井段调整钻井液性能后再试起钻 每起2柱 3柱 双根 钻杆向井内灌满钻井液一次 钻铤每起一根向井内灌满钻井液一次 起钻换钻头后应立即下人钻铤和部分钻杆 严防空井井喷 4 3 2非煤层井段钻井要求应按照SY5974 2007中第8章的要求执行 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 4取心4 4 1绳索取心4 4 1 1井眼应符合下列要求 a 井下无漏失 无溢流 无垮塌 起下钻畅通无阻 b 井底干净 无落物 4 4 1 2工具及设备应符合下列要求 a 用于提升和下放内筒的绞车 其提升拉力应大于30kN b 绞车钢丝绳应安全可靠 c 打捞器安全销的选用应符合设计要求 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 4取心4 4 1 3取心作业应符合下列要求 a 煤层段取心应采用低钻压 低转速 低排量 低射流冲击力参数钻进 b 严格控制下放速度 以防水眼堵塞 中途遇阻以冲为主 少划或不划眼 严重遇阻改用牙轮钻头通井划眼至畅通为止 c 送钻均匀 严禁顿钻 溜钻 严禁中途停泵 停转盘或上提方钻杆 4 4 2常规取心应按照SY5974 2007中8 7的要求执行 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 5下套管 固井4 5 1下套管前准备4 5 1 1井眼应稳定 不漏 不涌 不垮塌 对漏失井和既喷又漏的井 应在下套管前认真堵漏 直至满足固井施工要求 4 5 1 2应对入井的套管及附件进行检查 丈量 4 5 1 3应按固井施工要求 调整钻井液性能 储备顶替液 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 5下套管 固井4 5 2下套管作业套管上钻台应戴好专用护丝 按规定扭矩上扣 应防止错扣 顿扣 套管柱上提下放应平稳 上提高度以刚好打开吊卡为宜 下放坐吊卡时应减少冲击 应控制好套管柱下放速度 及时灌浆 并需安排专人观察和记录井口钻井液返出情况 如发现异常情况 及时采取相应措施 下套管结束 开泵循环钻井液 排量应从小到大 逐步增加 建立好固井作业前的钻井液循环 同时检验井口装置 防蹩泵 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 5下套管 固井4 5 3固井施工4 5 3 1固井设备和配合固井的有关设备应进行试运转并运转正常 4 5 3 2使用的水泥头及管线 施工前应按照固井施工中可能出现的最高压力并附加一定安全值进行试压 4 5 3 3人井水泥浆应按设计密度要求均匀混配 密度差宜控制 0 039 cm3 应安排专人监测水泥浆密度 并做好记录 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 5下套管 固井4 5 3 4应按照设计排量注人水泥浆和顶替液 注意观察井口压力变化 同时观察出浆口排量 出现异常情况 及时采取相应措施 4 5 3 5应安排专人进行替浆量的计量 并专人负责钻井泵的倒换 4 5 3 6碰压前 应降低替浆施工排量 4 5 3 7候凝应按固井设计书中规定的候凝时间执行 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6煤层段复杂情况的预防4 6 1井漏4 6 1 1按照地质预测 可能发生井漏的井应储备堵漏材料 4 6 1 2控制下钻速度 下钻过程中分段循环钻井液 开泵平稳 排量由小到大 4 6 1 3下钻遇阻不得强下 提到正常井段开泵循环钻井液 不得在遇阻井段开泵 4 6 1 4在满足井眼净化的前提下 尽可能采用小排量钻进 降低环空循环压耗 4 6 1 5在渗透性好的地层钻进 应适当降低钻井液密度 提高黏切 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6 2垮塌4 6 2 1煤层段钻进 宜采用光钻铤钻具结构 不宜带扶正器 4 6 2 2钻进中出现蹩钻 跳钻 泵压升高 转盘负荷加重时 应立即停止送钻 及时将钻具提离井底 采取划眼 倒划眼 小排量循环等措施 恢复正常后再钻进 4 6 2 3煤层中接单根时 应做到 早开泵 晚停泵 若发现接单根困难 应立即小排量恢复循环 待泵压稳定后 再逐渐增大排量 4 6 2 4尽量避免在钻至煤层段时起下钻 若必须在煤层段起钻时 起钻前应充分循环钻井液 并避开在煤层定点循环 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6 2 5煤层段起钻采用低速 防止压力激动 并做好连续灌满钻井液 起下钻遇阻时严禁强提猛压 4 6 2 6钻进时采用低钻压 低转速并控制机械钻速 坚持 进一退二 原则 采取重复破碎的方法 将坍塌物化整为零携带出来 4 6 2 7在 进一退二 的原则下 每打完一个单根重复划眼2次 3次 并控制划眼速度 4 6 2 8煤层钻进的钻井液流变性要适当 控制pH值7 9 尽量避免在煤层段大排量和定点循环 4 6 2 9进入煤层前控制钻井液较低的失水量和较好的造壁性 加入封堵剂 改善对地层的封堵胶结能力 若出现垮塌 循环钻井液 适当提高钻井液密度 平衡地层应力 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6 2 10发生卡钻 按下列步骤操作 a 停泵1min 2min 让煤屑以不同方式排列下落 b 重新缓慢开泵 逐渐增大排量 c 重复上述步骤直到解除 4 6 2 11起钻过程中出现遇卡情况 注意活动钻具并及时分析井下情况 采用倒划眼的办法起出 下钻时 采用钢齿钻头不装喷嘴 对起钻遇阻井段认真划眼 循环 处理好钻井液 待井下正常后 再起钻换钻头 恢复正常钻进 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6 3井涌4 6 3 1现场储备一定量的加重材料 做好一级井控应急预案 4 6 3 2根据井眼尺寸大小 井深 施工内容及本区块规定的溢流量 及时发现 控制溢流 4 6 3 3循环加重时 控制加重速度 每一循环周加重密度不超过0 05g cm3 加重要均匀 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 6 3 4下列情况应进行短程起下钻 观察气侵情况 及时发现和控制溢流 a 开煤层后每次起钻前 b 溢流压井后起钻前 c 井漏堵漏或尚未完全堵住起钻前 d 钻进中曾发生严重气侵但未溢流起钻前 e 钻头在井底连续长时间工作后 中途通井后 f 长时间停止循环进行其他作业 中途测试 设备维修 电测 下套管等 起钻前 g 钻井液性能发生变化 调整处理循环三周后起钻前 刘军 liujun50274钻井施工作业 4 7井口与套管保护4 7 1保持天车 井口 转盘在一条垂直线上 其偏差不大于10mm 4 7 2各层次套管保持居中 对于钻井周期较长的井 丛式井 大位移井 水平井 在表层套管 技术套管内的钻井作业应采取相应套管保护措施 4 7 3防喷器用 16mm钢丝绳和正反螺丝在井架底座的对角线上绷紧 4 7 4复杂地区坚硬地层的表层套管 下套管时应采取防倒扣的措施 4 7 5钻水泥塞出套管 应采取有效措施保证形成的新井眼与套管同心 防止下部