井控设备是保证钻井安全的最后一道防线

.井控设备是保证钻井安全的最后一道防线唐川（重庆科技学院 机械与动力工程学院 重庆 401331）【摘要】井控设备是指各种井口防喷器、控制装置、节流压井管汇、钻具内防喷工具、钻井液气体分离器与自动灌注钻井液装置，在发生溢流、井喷事故时，井控设备起到了安全保护作用，是钻井安全的最后一道防线。【关键】井控设备、防喷器中图分类号： 文献标志码：A 文章编号：引言石油钻井是一项特殊的行业，虽然我们石油行业有着“天不怕，地不怕，风雨雷电任随他”的光荣传统，但是如何在各种常规与非常规的作业中，保持安全生产，变得越来越重要。它的安全、高效、顺利的进行直接影响着工程质量的好坏，其作为一项风险系数高、工程难度大、事故后果严重的行业，一旦发生事故就意味着一种灾难，如何在钻井过程中加强现场安全管理，尽量减少或者避免发生事故成为钻井行业中一个重要的目标。1、 钻井作业中的井喷事故在石油钻井作业过程中，经常会遇到钻井井下事故，井喷是钻井作业中存在的最大安全风险，如果不及时发现采取措施或处理不当，就会影响正常钻进或者导致钻井失败，并且造成严重的后果及经济损失。1.1井喷介绍井喷，是一种地层中流体喷出地面或流入井内其他地层的现象，大多发生在开采石油天然气的现场。引起井喷的原因有多种：地层压力掌握不准、泥浆密度偏低、井内泥浆液柱高度降低；起钻抽吸，以及其他不当措施等。井喷有的是正常现象，但出现井喷事故，天然气喷出后如遇火星，会发生燃烧，因此非常危险。常见的抢险方法是将密度大的重晶石泥浆灌到井里，以增加压力，止住井喷继续发生。1.2井喷失控造成严重后果的典型案例1.2.1 案列一 、1223开县特大井喷事故2003年12月23日深夜21时55分，重庆市开县（今开州区）高桥镇罗家寨，由四川石油管理局川东钻探公司承钻十六h井，发生特大井喷事故，在起钻过程中发生天然气井喷失控，富含硫化氢的天然气猛烈喷射30多米高，失控的有毒气体随空气迅速向四周弥漫，距离气井较近的重庆市开县4个乡镇6万多灾民需要紧急疏散转移。事故导致243人因硫化氢中毒死亡、2142人因硫化氢中毒住院治疗、65000人被紧急疏散安置，直接经济损失已达六千四百三十二点三一万元人民币。1.2.2 案列二、涩39井井喷失控事故案例分析2001年9月9日，由青海石油管理局钻井集团公司32798钻井队承钻的涩北一号气田涩3-9井发生井喷失控事故，此次井喷失控事故打乱了管理局和油田公司有关单位正常的工作秩序。失控事故先后处理达18天，造成巨大的资源浪费和破坏，导致气田局部气水关系混乱。事故处理投入了大量的人力、物力和财力，损失是巨大的，教训是深刻的。该井井喷失控的原因:由于涩北气田储层成岩性差，浅、中层存在两套压力系统，浅层地层破裂压力低，中层地层破裂压力相对较高，下钻速度过快时会引起井下压力激动，易造成浅层井漏，从而形成“浅漏中出”的井下复杂情况，关井后会导致地下井喷。在该井的施工过程中，青海石油管理局钻井集团公司和承担该井施工的钻井队所采取的技术措施缺乏针对性，是造成这次井喷事故的主要原因。1.3井喷事故产生的原因引起井喷的原因有多种：地层压力掌握不准、泥浆密度偏低、井内泥浆液柱高度降低；起钻抽吸，以及其他不当措施等。井喷有的是正常现象，但出现井喷事故，天然气喷出后与空气摩擦，容易发生燃烧，因此非常危险。常见的抢险方法是将密度大的重晶石粉灌到井里，以增加压力，止住井喷继续发生。井喷的主要原因：(1) 在钻头钻透地下高压 油气层时，泥浆比重低，泥浆液柱压力低于 油气层的自然压力。(2) 遇到漏失层，泥浆 漏失。(3)钻透油气层时，起钻速度过快，产 生抽汲作用。(4) 钻透油气层后，起钻时未 及时灌入泥浆，使井内泥浆液面下降，回压 降低。(5)没能有效清除泥浆中滞留的气体， 继续循环使用，使泥浆气浸严重，降低回压。(6) 钻至油气层时，发生井下事故，如断钻 具、卡钻等。(7) 设备故障，停钻修理。(8) 测井时，泥浆静止时间过长等等。发生 井喷时如果不能及时平衡和控制地下油气层 的压力，在短时间内井场上就会布满原油和 天然气，一遇明火或喷出砂石打在钢铁井架 上迸出的火星，即刻发生大火，严重威胁油 田的安全。2、 井底压力平衡的建立平衡压力钻井是指钻进时，井筒内液柱压力与地层压力相等。从理论上讲，平衡压力钻井时不存在压力差，而实际上要做到完全压力平衡是不可能的，实际情况是井筒内液柱压力略大于地层压力，因此，平衡压力钻井也称为近平衡压力钻井。钻进时井筒内液柱压力与油气层压力差值的大小代表了钻井水平的高低，这是因为差值越小，对油气层损害越小，但差值越小，钻井越易发生事故。因此要实行平衡压力钻井，又要不发生事故，就要有高水平的钻井技术。2.1压井过程井喷是石油或石油气开采中非常忌讳的意外事故，钻井时要把泥浆注入井筒来平衡地下地层的压力。但是当勘测时对地下压力测试不准或注入的泥浆密度太低或出现地层压力突然变大等情况时，地层中的油或气流入井筒内，无控制地喷出地面就发生了井喷，井喷往往伴随着有毒气体，造成对环境和人较大的危害。井喷发生后对其控制的方法叫压井，压井主要有司钻压井法和工程师压井法，司钻压井法是先把井里的气或油排出来，再用重泥浆替换原来太轻的泥浆，这种方法需要时间较长，在加重设备不足的时候时常使用。工程师压井法是在计算好需要泥浆的量以后一次性打入井管的方法，这种方法较快，但物资上必须有保证。3、 钻井过程中产生的溢流3.1溢流的本质溢流就是地层流体（油、气、水）侵入井内，井口返出的钻井液量大于泵入量，或停泵后钻井液从井口自动外溢的现象，井口溢流是作业或钻井过程中存在的主要危害之一，控制不当容易发展成井喷等事故。3.2产生溢流的原因原因溢流发生的原因很多，发生溢流的本质原因是井内压力失去平衡，是井底压力小于地层压力所致。在不同工况下，井底压力是由一种或多种压力构成的合力，任何一个或多个引起井底压力降低的因素都可能导致溢流的发生。最常见的易引起溢流因素包括液柱压力小于地层压力、起管柱时井内未灌修(压)井液或灌注量不足、起管柱时产生过大的抽汲压力、漏失、修(压)井液密度不够、地层压力异常等。3.3溢流的控制原理若井内压力受到控制便不会形成溢流、井涌。发生溢流迅速关井是井控的第一步，也是最重要的一步。即便把井安全关住了，控制也是暂时的。没有排除油气侵，井液密度不能平衡地层压力，不可能实现开井恢复生产。井底常压法压井是一种保持井底压力保持恒定并始终等于或略大于地层压力，而排出井内受油气侵修(压)井液的压井方法。压井是井下作业施工过程中最常见最基本的作业环节，往往是实施其他作业的前提。压井是将一定量的符合性能要求的修(压)液泵入井内利用其液柱压力平衡地层压力的过程，或者说是利用专门的井控设备和技术向井内注入一定密度和性能的修(压)井液建立井内压力平衡的过程。压井的成败会直接影响到后续施工作业。正确地确定地层压力，正确地选用符合性能要求的修(压)井液，制定合理的施工方案，动用有效的井控装备是压井作业的关键。 4、 溢流后关井对井底压力的影响当关井后，由于底层压力大于钻柱内泥浆也体压力，井底液体仍然向上不断涌入井内，而此时防喷器关井后，井底压力不断增大，与井内泥浆液体压力及防喷器产生的向下压力相互平衡，防喷器产生向下的压力不断增大，直到井底底层压力和井内泥浆液体压力及防喷器产生的压力相互平衡为止。5、 防喷器失效造成的后果5.1井控的基本原理井控又叫做井涌控制、压力控制，虽说叫法不相一致，但本质和基本原理却趋于一致，即为采用一定的方法控制地层压力，竭力保持石油钻井内部的压力大致平衡，最终确保钻井施工作业可以顺利进行。井控技术指的就是有效平衡、有效遏制地层压力的技术手段，在钻井工作中适当应用井控技术是极为必要的，一定程度上能够降低钻井作业的危险系数，同时也可以保护井下的油气资源、防止大范围的环境污染。5.2防喷器失效产生的后果及影响在钻井作业中，一旦发生井喷，就会使井下情况复杂化，无法正常钻井，被迫进行压井作业，对油气层造成不同程度的损害。同时，井喷后极易导致失控，井喷失控后，将使油气资源受到严重破坏，还易酿成火灾，造成人员伤亡，设备毁坏，油气井报废，自然环境受到污染。所以，井喷失控是钻井工程中性质严重，损失巨大的灾难性事故。6、 应对井喷策略井喷是石油或石油气开采中非常忌讳的意外事故，钻井时要把泥浆注入井管来平衡地下地层对油气的压力。但是当勘测时对地下压力测试不准或注入的泥浆密度太低或出现地层压力突然变大等情况时，井管中的油或气喷出地面或流入井内的其他地层就发生了井喷，井喷往往伴随着有毒气体的着火，造成对环境和人较大的危害。井喷发生后对其控制的方法叫压井，压井主要有司钻压井法和工程师压井法，司钻压井法是先把井里的气或油排出来，再用重泥浆替换原来太轻的泥浆，这种方法需要时间较长，在加重设备不足的时候时常使用。工程师压井法是在计算好需要泥浆的量以后一次性打入井管的方法，这种方法较快，但物资上必须有保证。预防井喷火灾的主要措施是：(1) 钻至油气层之前，检查泥浆性能，使比 重符合设计要求; 同时准备一定数量的备用 泥浆和加重剂。(2) 严格控制火源，井场禁 止吸烟，不准动用明火;必须明火作业时，应 办理动火审批手续并采取可靠的安全措施。(3) 柴油机排气管要每半月清除一次积炭。(4) 采用电驱动钻井时，要按电气规程安装 电气设备和线路，采取必要的继电保护措施， 防止短路，避免超负荷运行。(5) 冬季井场 的锅炉应安装在距井口50米以外的侧风方向。(6)钻至油气层前，应装好防喷装置，并 应使防喷器蕊子与钻杆直径相吻合; 开关要 灵活好用，阀门手轮与井架底座边缘距离不 应小于5米。(7) 发生井喷，应立即停下柴 油机、切断电源、禁止机动车辆进入井场。 7、 井喷的危害(1)打乱全面的正常工作秩序,影响全局生产(2)使事故复杂化(3)井喷失控极易引起火灾和地层塌陷,影响周围千家万户的生命安全,造成环境污染,影响邻近农田水利,渔场,牧场和林场的生产建设(4)伤害油气层,破坏地下油气资源(5)直接造成设备损坏,人员伤亡和油气井报废,带来巨大的经济损失(6)涉及面广，在国际，国内造成不良的社会影响8、 结束语安全是衡量一个企业管理水平的标尺，也是企业综合素质的本现，确保安全生产稳定是实现企业持续健康发展的前提条件。并控安全是石油天然气勘探开发业务中安全工作的重点。井喷事故可能会造成重大损失，产生严重的社会影响，直接危及