井喷事故的预防与控制-

1、目录1 绪论 (11.1 课题的研究意义 (11.2 国内外研究现状 (21.3 毕业设计的主要内容 (41.4 所采用的方法、手段以及步骤 (42 井喷事故致因分析 (52.1 井喷的概述 (52.2 致因分析 (102.3 井喷事故故障树 (113 井喷事故安全技术对策 (173.1 安全技术对策的基本原则 (173.2 预防井喷事故的安全技术对策(防喷设备系统 (173.3 减轻事故损失的安全技术 (224 井喷预防与控制中的安全教育措施 (254.1 安全教育的意义 (254.2 安全教育的内容 (264.3 安全教育的形式和方法 (294.4 提高安全教育的效率 (345 井喷预防与

2、控制安全管理 (365.1 理念先导 (375.2 宣传教育 (385.3 亲情感染 (385.4 管理规范 (395.5 落实制度“严”字当头 (395.6 “全”字综合治理 (405.7 对于外国井喷的学习 (416 结论 (43参考文献 (44致谢 (461 绪论1.1 课题的研究意义众所周知,能源工业是现代工业的龙头老大,而现在就世界的能源消耗来说,石油占首位。随着现代工业化进程的不断推进,尤其对向我国这样的发展中国家来说,石油的需求量将是越来越大。然而,由石油的各种性质决定,在原油的开采过程中,存在着各种各样的危险因素。特别是井喷事故的发生,不仅将造成严重的资源浪费,而且比将造成严重

3、的环境污染和设备的损坏。井喷不仅能造成大量的资源浪费,另一方面也能造成严重的环境污染。和多数其他钻井事故不同,井喷回应其媒体的关注。石油行业必须认识到井喷对行业长远利益的损害比处理短期事故花费的金钱跟多。在提议开发阿拉斯加ANWR 油田时,在政治上遭到溃败。这就是由于井喷事故的恶劣影响,从而使国家和人民对石油行业产生一定的偏见。在原油开采中,任何一个人的不安全行为和物的不安全状态,都有可能造成事故的发生。导致巨大的经济损失或人身伤害事故,严重的甚至危害社会,政治影响恶劣,而其中井喷事故更甚。因此,就要从已发生的井喷事故中反复研究,找出事故发生的原因。从根本上解决问题。鉴于事故的巨大危害,原油安

4、全生产的压力极大,不但对设备、环境的本质安全提出了严格的要求,而且对生产负责人、各级专业管理和技术人员,特别是直接介入生产工艺运行的操作人员的行为安全要求更为具体和严格。对事故进行详细的分析,找出事故的直接原因和间接原因,找出造成事故的人为因素和设备问题以及环境因素,统计各类事故发生的频繁性,对加强原有的安全生产,防止井喷事故的发生有着重要的意义。只有找到了事故的发生规律,我们才能从源头上去防止事故的再次发生,才能实现本质安全。所以对井喷事故的致因分析是有必要而且是相当重要的。总结出了油库事故的发生规律,我们就要从安全管理和安全技术两个方面入手,来有效地控制井喷事故的发生,进一步保证原油生产的

5、安全进行和减少不必要的损失。此课题的研究对控制井喷事故,保证原油生产的安全进行具有重要的意义,减少资源的浪费和对环境的污染,因此对保障国家和人民生命财产的安全起到十分重要的作用。1.2 国内外研究现状比起国外来说,我国石油工业由于起步晚,技术落后。所以事故发生的频率比较高。整体的安全意识也不是很高。1缺乏安全意识,重效益轻安全。随着工业化进程的推进,石油的需求量也是愈来愈多,这样就是有些人被眼前的利益蒙蔽了双眼。在利益的诱惑下,不顾盲目提产所带来的严重后果。忽视安全生产隐性效益的趋势。“安全”这个词已经被有些人深深的抛弃,当安全与效益放上矛盾时,某些领到总是不自觉的坚持效益第一,因而安全为效益

6、让了步。这种思想的影响下,许多单位甚至有取消了专职的安全员的现象。尽管国家一再倡导安全第一,但是在我国石油企业员工的安全素质普遍比较低。甚至一些领导认为:安全很简单,安全工作谁都可以做。2员工整体安全意识低下2003年12月23日,在四川重庆开县高桥镇,正在进行钻井作业的罗家16井突然发生井喷事故,大量硫化氢有毒气体从井底溢出,导致附近村民中毒,事故相当严重,被定义为特别重大事故。时候经过专家调查,导致事故发生的直接原因有:王建东明知卸下回压阀可能造成井喷事故的后果后,却提出卸下回压阀的钻具组合方案;宋涛明知王建东的方案违背了有关规定,不提出异议,未尽到现场技术人员的职责。四川石油管理局川东钻

7、塔公司钻井12对副司钻向一明,带领4名工人在罗家16井进行钻具起钻操作中,再起了6柱钻杆后才灌注钻井液一次,致使井内液压力下降,违反了单位有关细则中“起钻中严格按照要求每起3柱-5柱灌钻井液1次”的规定及川探12对针对罗家16井高含硫天然气井的特点所做出的每3柱灌满1次的规定。事故专家的鉴定报告认为:起钻过程中存在违章操作,钻井液关注不符合规定是造成溢流并导致井喷的主要原因。从员工到领导,对安全的不重视是导致这场事故的主要原因。据统计:在我国,几乎绝大部分的事故都是由于人的原因造成的,都是由于人们对安全的不够重视。3安全管理缺乏力度在我国,某些油田还存在安全责任制在个别岗位落实不到位的现象。安

8、全检查和总结评比未分清楚。目前各级组织的安全检查,虽然种类较多,但效果却并不理想。究其原因,一方面是检查者虽然进行了认真的检查,也查出了存在的隐患,但被检查着对查出的问题敷衍塞责,不认真整改,导致事故重复发生;另一方面是个别被检查者善做表面文章,结果是金玉其外,败絮其中,使隐患得不到及时发现,造成了事故发生的必然性。更有,一些被检查者没有正确的理解安全检查的实质与内涵,只是想通过某次安全检查来达到本单位安全管理工作好的座次排名,从而忽落了日常的安全管理。其次还有,安全教育认识不到位(安全知识教育与专业技术知识脱节和安全教育培训中理论培训与实践培训脱节、直接作业环节的监督管理力度不够、对“谁主管

9、谁负责”的原则在思想上认识不到位等等。4装备与技术水平低随着改革开放的进行,我国的科技水平再不断的提高。油田工作设备也在不断的更新,但是科技进步的速度远远跟不上需要。我国是石油需求大国,但是石油装备远远不及发达中国家。科技才是硬道理,由于技术的不到位也造成了许多事故的发生。由于外国的工业化进程比中国早,并且大多数都完成了工业化的转变,因此国外的防井喷技术比较成熟,管理制度完善并且有相关的措施保证其实施。具体的体现在以下几个方面:1装备与技术先进国外的装备制造业比较发达,而且炼钢和相关技术都比国内先进。国外的勘探技术和防井喷技术经过这么多年的发展已经比较成熟,有关防井喷设备的使用年限及保养技术都

10、比较先进。虽说国外的防喷设备建设时间一般都比国内的要早很多,但是经过这么多年的技术更新和装备更新,国外的防井喷装备基本都是比较先进的,并且是能够达到相关标准的。2安全现场管理过硬国外的员工在上岗之前都会进行相关的培训,所有国外的员工无论是在安全意识上,还是在安全技术上都比国内的员工要强。正是由于国外员工的安全意识强于国内员工,使得国外的原油安全生产现场管理强度明显强于国内,而且其执行能力也是国内员工所无法比拟的。3安全管理队伍全面国外的安全管理制度完善程度优于国内,并且其有好的管理队伍去执行相关的制度。国外的教学体制及经济实力决定了其高学历、高技能的人才较多,这就使得其管理队伍的整体素质强于国

11、内。国外的教育体制使得他们既有高学历的人才,又有精通技术的蓝领工人,这就使得他们的管理队伍相当全面,不仅仅只是停留在书面及技术层面上,而是落在了实处。4安全管理激励强国外的员工死亡之后的赔偿是国内的几倍甚至十几倍,这就促使他们在工作中要尽量的减少事故的发生,减少人员的伤亡。因为国内现在是在强调发展,所以有时候都会重效益而轻安全,这个是不争的事实,并且很难改变。国外已经经历过了我国现在所面对的问题,他们对效益的追求已经不如我们强烈。虽然他们也追求效益最大化,但是他们因为好的安全措施和好的安全管理所带来的效益远远大于他们盲目追求效益。正是因为这强大的效益使得他们心甘情愿的在安全上进行投资,这就是国

12、外安全管理不断完善的强大动力。1.3 毕业设计的主要内容1阅读相关书籍和文献资料, 了解国内外防井喷技术现状及发展趋势。2搜集井喷事故资料,并对其资料进行整理。3撰写井喷预防与控制方面的开题报告。4对事故的类型和性质、人员伤亡情况以及各类事故的成因进行具体地分析、研究和统计。5针对油防井喷技术中存在的问题和安全隐患进行分析和研究。6提出井喷事故预防与控制方面的措施,主要包括:(1提出安全管理措施。(2提出安全技术措施。(3提出安全教育措施。7撰写毕业论文,准备答辩。8翻译不低于15000印刷字符的相关外文资料。1.4 所采用的方法、手段以及步骤大量统计资料表明,在各类事故中由于人的行为失误导致

13、的事故占主导地位(94%,而物的不安全因素却占次要地位(6%。井喷事故的主要原因也归结为这两个因素。油井处于安全状态有两种模式(不发生井喷事故,即第一安全模式:人的行为、管理状况、环境因素和物的状况均处于良好状态时,不会发生井喷事故。例如,如果原油生产人员业务素质高、安全意识强、无违章操作行为,安全管理工作到位,油库设备设施无故障,出于安全状态,不会发生井喷事故。第二安全模式:人的行为失误,或物的状态出现故障,或管理失控,或其组成要素失控,但其屏蔽作用(防范措施有效,则井喷事故仍然不会发生。例如,如果工作人员违章操作,或安全管理工作不到位,或设备设施出现故障,或前面几种情况兼而有之,但屏蔽措施

14、有效,则油库处于安全状态,不会发生井喷事故。针对油田生产的这两种安全状态,结合我们所学过的事故分析方法,在本次毕业设计中,我将采用下面的几种方法:对井喷事故的分析采用归纳的方法,选择每种事故的经典案例进行综合的分析。对每一种事故的事故经过进行再现并对事故原因进行分析,并提出合理可行的预防措施。比如:由于人的安全意识底下而造成的事故,通过对其原理的认识从根源上消除井喷事故。对这类事故的预防就要加强工作人员的安全文化教育,提高其安全意识。2 井喷事故致因分析2.1 井喷的概述在获取油气的钻井过程中,当钻遇地下异常高压油、气层时,如果井底压力小于 地层压力,地层油气流体将进入井筒并推动钻井液外溢,即

15、发生溢流。此时如果对地下油、气压力的控制措施不当,不能及时发现和处理溢流,就会造成油、气、钻井液迅速喷到地面,即发生井喷。如图3-1所示。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。图3-1 井喷事故现场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。在钻井过程中,井喷喷出物主要就是原油、天然气、地层水和钻井时所使

16、用的钻井液。对于气井而言,之所以一些气井发生井喷或井喷失控后造成比较大的环境影响和危害,重要原因就是喷出的天然气含有较高浓度的有毒气体H2S。(1天然气和H2S的物理化学性质天然气主要组分为甲烷,通常占90%以上,还含有一些乙烷、丙烷、丁烷及戊烷等烃类,并且有少量的二氧化碳、氮气、硫化氢、氢气等非烃类组分。天然气相对密度:0.550.75;闪点:-218°C;自燃点:500700°C(典型干气;爆炸下限:3.6% 6.5%;爆炸上限:13%17%。硫化氢:无色、有“臭鸡蛋”气味、强酸性有毒气体,分子量34,嗅阀值为2 mg/m。H2S的毒性较一氧化碳的毒性大56倍,几乎与氰

17、化物同样剧毒。它的相对密度为1.196,较空气重,它容易聚集在地势低洼处,空气不流通的地方并能扩散至相当远的地方,熔点:-82.9°C;沸点:-61.8°C;饱和蒸气压:2026.5 kPa(25.5°C;临界温度:100.4°C;临界压力:9.01 MPa。与空气混合能形成爆炸性混合物(爆炸极限的下限为4.3%,上限为4 5.5%,遇明火、高温能引起燃烧爆炸。天然气的主要成份为甲烷,甲烷本身无毒,为单纯窒息性气体。天然气之所以会对人体健康造成重大影响和危害,主要原因就是含硫气田钻井所获天然气含有较高浓度的有毒气体H2S,井喷或井喷燃烧后会对人体健康和环

18、境等造成影响与危害。(2对人体健康的影响和危害井喷喷出的含H2S的天然气对人体健康的危害,主要体现在天然气中的H2S经人体呼吸道粘膜吸收后危害中枢神经系统和呼吸系统,亦可对心脏等多器官造成损害,对其毒害作用最敏感的组织是脑和粘膜接触部位。接触高浓度H2S,眼结膜会发生水肿和角膜溃疡,接触极高浓度H2S (1 000 mg/m 以上时可在数秒钟内突然昏迷,呼吸骤停,继而心跳骤停,发生闪电型死亡。此外,含H2S天然气对动物的危害也基本与对人体的危害相似,原罗家16H#井喷喷出大量高浓度H2S的天然气,致使井场周边出现大量动物死亡可说明此点,特别是一些飞越井场上空的鸟,在河流中游弋的鸭也没有幸免。(

19、3对空气的污染和影响含H2S天然气喷入空气中或被点火燃烧后(H2S将被氧化生成二氧化硫和三氧化硫,都会造成严重的大气污染,如果大气中同时有颗粒物质存在,颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物,人体吸入后将进入肺的深部,将会加大硫氧化物对人体的危害程度。硫的氧化物在高空中为雨雪冲刷溶解而形成为酸雨,这些酸性气体成为雨水中杂质,危害也十分大。如果井喷含H2S天然气被点火燃烧,天然气中的主要成份甲烷将被燃烧成为CO2和CO,而CO2是全球变暖的主要温室气体。(4对水体的污染和影响如井喷喷出的是石油,石油将在水面形成油膜而阻碍水体与大气之间的气体交换,使水质更容易恶化;油类粘附在鱼类、藻类和浮游生物上,致使生

20、物死亡;石油污染还会使水产品品质下降.造成经济损失;若含油废水的排入超过了水体的自净能力,则易形成油污染,这些污染使河流、湖泊水体以及底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化.从而会降低水体的使用价值,甚至危害到人的健康。(5对土壤的污染和影响由于钻井液中含有一些有重毒金属和其它污染物,井喷喷出的钻井液将会使放喷点处的土壤受到较严重的污染,并可通过食物链而最终影响到人类健康。若井喷喷出的是石油,由于石油会迅速渗透到土壤中,杀死土壤中的微生物,从而改变土壤成分,改变地表生态,遭受污染的地区可能在几十年甚至上百年的时问内都会寸草不生。许多研究表明.一些石油烃类进入动物体内后,对哺乳类动物及人类有

21、致癌、致畸等作用。土壤的严重污染会导致石油烃的某些成分在粮食中积累,影响粮食的品质,并通过食物链,危害人类健康。井喷喷出的天然气点火燃烧时将会对放喷点处及周边的土壤造成严重的危害和影响,可能一二十年都难以恢复原有的土质肥力,除非移植新土。(6对井场周边声环境的污染和影响当井喷喷出的天然气产量较大时,放喷管线喷出的天然气对空气的蠕动会产生很高的气流噪声。放喷点火后,大量天然气的燃烧也将引起很大的噪声。离放喷口(即点火处6080 m进行的噪声测试显示,其值可达100 dB左右。高强度的噪声,不仅严重影响到井场员工和附近村民的身心健康,使其心情烦躁不安,同时也造成井场员工语言交流困难,给施工作业带来

22、不便,并容易造成安全事故,此外也会对放喷点火口周边的家禽造成一定的危害和影响。(7对井场周边植物的污染和影响当井喷发生时,一般都会喷出一定量的钻井液于放喷管线周边的农作物上,使农作物受到一定程度的污染,并可能通过食物链而影响到人类健康;对喷出的天然气进行点火燃烧,将产生强大的热辐射,进而造成热辐射污染,使周边的农作物受到灼伤。概括起来主要有以下几个方面:1打乱正常的工作秩序,影响全局生产;2使钻井事故复杂化,处理难度增加;3井喷失控极易引起火灾,危及井场人员及周围居民的生命安全;4喷出的油、气、水及有害物质(如硫化氢会造成严重的环境污染,危及人员的健康和安全;5伤害油气层,破坏地下油气资源;6

23、井喷着火,造成机毁人亡和油气井报废,带来巨大的经济损失;7涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响。2003年12月23日21:57,位于重庆市开县高桥镇,由中国石油天然气集团公司(以下简称中石油集团四川石油管理局川东钻探公司钻井二公司川钻12队承钻的中国石油天然气股份有限公司(以下简称中石油股份西南油气田分公司川东北气矿罗家16H井发生井喷事故,造成243人死亡(职工2人,当地群众241人,直接经济损失9262.71万元.(1 事故单位概况四川石油管理局是隶属于中石油集团的国有特大型企业,独立法人单位。川东钻探公司是四川石油管理局下属的专业化钻井公司,现有在册职工5600余人,资产总额7亿余

24、元;下辖钻井二公司、地质服务公司、泥浆公司、钻具公司等单位。川钻12队是川东钻探公司钻井二公司下属的钻井队。西南油气田分公司是中石油股份下属的非法人分支机构,主要在四川、重庆等地从事石油天然气的勘探、开发、管道运输、营销、炼化等业务。西南油气田分公司与四川石油管理局之间的服务关系为关联交易甲乙方关系,并按相关规定,签订年度工程技术服务合同。罗家16H井为罗家寨气田的开发井,地处重庆市开县高桥镇晓阳村境内。目的层是三叠系飞仙关段鲕粒溶孔性白云岩,气藏天然气高含硫,中含二氧化碳,其中甲烷82.14%,硫化氢9.02%,二氧化碳6.79%。(2 事故发生及抢救经过2003年12月23日2时52分,罗

25、家16H井钻至井深4049.68米时,因为需更换钻具,经过35分钟的泥浆循环后,开始起钻。当日12时,起钻至井深1948.84米。此时,因顶驱滑轨偏移,致使挂卡困难,于是停止起钻,开始检修顶驱。16时20分检修顶驱完毕,继续起钻。21时55分,起钻至井深209.31米,录井员发现录井仪显示泥浆密度、电导、出口温度、烃类组分出现异常,泥浆总体积上涨,溢流1.1立方米。录井员随即向司钻报告发生了井涌。司钻接到报告后,立即发出井喷警报,并停止起钻,下放钻具,准备抢接顶驱关旋塞。21时57分,当钻具下放10余米时,大量泥浆强烈喷出井外,将转盘的两块大方瓦冲飞,致使钻具无支撑点而无法对接,故停止下放钻具

26、,抢接顶驱关旋塞未成功。21时59分,采取关球形和半闭防喷器的措施,但喷势未减,突然一声闷响,顶驱下部起火。作业人员使用灭火器灭火,但由于粉末喷不到着火部位而失败。随后关全闭防喷器,将钻杆压扁,从挤扁的钻杆内喷出的泥浆将顶驱火熄灭。此后,作业人员试图上提顶驱拦断钻杆,也未成功。于是,开通反循环压井通道,启动泥浆泵,向井筒环空内泵注重泥浆,由于没有关闭与井筒环空连接的放喷管线阀门,重泥浆由放喷管线喷出,内喷仍在继续。22时4分,井喷完全失控,井场硫化氢气味很浓。22时30分,井队人员开始撤离现场,疏散井场周边群众,随后拨打110、120、119,并向当地政府通报情况。23时20分,钻井队派人返回

27、井场,关闭了泥浆泵、柴油机、发电机,随后全部撤离井场,并设立了警戒线。24日12时30分,执行搜救任务路过井场的川钻12队人员发现井口停喷,气体从放喷管线喷出。14时,经派人核实,确认井口已经停喷,随即由钻井二公司组织点火,15时55分,1#、3#放喷管点火成功,险情得到控制。至此,未燃烧的含硫化氢天然气已持续喷出了约18小时。在国务院工作组指导下,中石油集团研究制定了详细的压井方案。27日9时36分正式开始压井,11时压井成功。从23日21时57分井喷开始,井喷失控过程持续约85小时。事故发生后,重庆和开县两级党委、政府采取强有力措施,组织大量人员、物资投入到转移搜救群众、医治伤病人员、处理

28、遇难者善后、核实赔付财产损失和灾后重建等工作。四川省委、省政府也要求达州市宣汉县协助重庆市安置了部分受灾群众。社会各界捐赠了大量的物资和现金。据统计,事故发生后安全转移并妥善安置受灾群众65632人。截至2004年2月9日,累计门诊治疗26555人(次,住院治疗2142人,治愈出院2056人,仍在住院86人,其中重症病人9人。(3 事故原因1事故直接原因井喷的直接原因:a. 起钻前,泥浆循环时间严重不足;b. 在起钻过程中,没有按规定灌注泥浆,且在长时间检修顶驱后,没有下钻充分循环,排出气侵泥浆,就直接起钻;c. 未能及时发现溢流征兆。井喷失控的直接原因:在钻柱中没有安装回压阀,致使起钻发生井

29、喷时钻杆内无法控制,使井喷演变为井喷失控。事故扩大的直接原因:井喷失控后,未能及时采取放喷管线点火措施,以致大量含有高浓度硫化氢的天然气喷出扩散,导致人员伤亡扩大。2事故间接原因现场管理不严,违章指挥。有关技术人员违反钻井作业的相关规程和罗家16H井钻开油气层现场办公要求,在本趟钻具组合下放时,违章指挥卸掉回压阀,井队负责人和钻井工程监督发现后没有制止、纠正。没有安排专人观察泥浆灌入量和出口变化;录井工严重失职,没有及时发现灌注泥浆量不足的异常情况,且发现后没有通知钻井人员,也不向值班领导汇报;录井队负责人未按规定接班,对连续起钻9柱未灌满泥浆的异常情况不掌握。安全责任制不落实,监督检查不到位

30、。四川石油管理局及其下属单位没有针对基层作业单位多且分散的特点,建立有效的安全管理机制;没有依法在井队配备专职安全管理人员;没有及时向井队派出井控技术监督;对川钻12队落实井控责任制等规章制度情况监督检查不力。川东钻探公司没有将其与川东北气矿签订的安全生产合同下发钻井二公司、川钻12队贯彻落实。川东北气矿及其派驻罗家16H井的钻井工程监督人员未切实履行安全监督职责。事故应急预案不完善,抢险措施不力。罗家16H井开钻前,四川石油管理局及其下属有关单位没有按照法律法规的要求,组织制定有效的包括罗家16H井井场周围居民防硫化氢中毒措施的事故应急预案,井队未按规定进行防喷演习,也未对井场周边群众进行必

31、要的安全知识宣传教育。事故发生后,四川石油管理局没有及时报告中石油集团。有关单位负责人对硫化氢气体弥漫的危害没有引起高度重视,抢险救灾指令不明确;未按规定安排专人在安全防护措施下监视井口喷势,未及时采取放喷管线点火措施。设计不符合标准要求,审查把关不严。罗家16H井钻井地质设计没有按照含硫油气田安全钻井法、钻井井控技术规程等有关行业标准的规定,在设计书上标明井场周围2公里以内的居民住宅、学校、厂矿等;有关人员在审查、批准钻井地质设计时,把关不严。安全教育和职工安全培训工作抓得不实,要求不严,不到位,职工安全意识淡薄。有关单位对井队职工操作技能差,技术素质低。一些干部职工对井控工作不重视,存在严

32、重麻痹和侥幸心理,对于高含硫、高产天然气水平井存在的风险及可能出现的严重情况,思想认识不足,没有采取针对性的防范措施。此外,事故发生在夜晚,群众居住分散,交通通信条件差;当地为山区低洼地势,空气流通不畅也是导致大量人员伤亡的客观因素。(4 事故性质中石油川东钻探公司“12·23”井喷特别重大天然气井喷失控导致硫化氢中毒事故是一起责任事故。2.2 致因分析井喷时大量的地层流体进入井眼,以致必须在压力条件下关井。在正常钻进或起、下钻作业时,井喷可能在下列条件下发生:(1井内环形空间钻井液静液压力小于地层压力;(2井喷地层具有必要的渗透率,允许流体流进井内。我们不能控制地层压力和地层渗透率

33、。为了维持井控状态必须保持井内有适当的钻井液静液压力。造成静液压力不够的任何一种或多种原因都可能导致井喷。最普遍的原因有:1、起钻时井内未灌满钻井液;2、过大的抽吸压力;3、钻井液密度不够;4、循环漏失;5、地层压力异常。起钻过程中,由于钻柱起初,钻柱在井内的体积减少,井内的钻井液液面下降,这就减小了静液压力。不管在裸眼中那一点上,只要钻井液静液压力低于地层压力,井喷就有可能发生。起钻的抽吸作用会降低井内的有效静液压力,会使静液压力低于地层压力,从而造成井喷事故引起静液压力降低的机理多种多样。第一,钻井液有粘附在钻具外壁的倾向;第二,井内的钻具象一个皮下注射器那样在井内作用。井内钻井液下降没有

34、上提钻具那样快时,就可能产生抽吸作用。这样实际上在钻头的下方造成一个抽吸空间并产生压力降。钻井液密度不够而产生的井喷事故通常是突然钻遇到高压层,地层压力高于钻井液静液压力条件下发生的,特别是为了获得高的机械钻速和低成本而使用的最低的钻井液密度。钻井液气侵有时严重影响钻井液的密度,降低静液压力。因为气体比钻井液轻,所以钻井液密度会降低。循环漏失是指井内的钻井液漏入地层,这就引起井内液柱和静液压力下降。下降到一定程度时,井喷就有可能发生。当地层裂缝足够大,并且井内环形空间的液柱和静液压力超过裂缝地层压力时,就会发生循环漏失。地层裂缝可能是天然的,也可能是由钻井液柱压力过大把地层压裂而产生的。钻遇异

35、常压力的地层并不一定会直接引起井控失败。如用低密度钻井液钻此类地层,初级井控才可能失败。事实上,更多的井喷事故发生在正常压力地层而不是异常压力地层。在大多数情况下,井喷事故可能是由于上述某种原因。但还有其他一些情况,造成井内静液压力不足以平衡或超过地层压力,如有:中途测试,控制不好;钻到临近井里去了;已过快的速度钻穿含气砂层;射孔时控制不住;固井时,差压式灌注设备损坏等等。2.3 井喷事故故障树井喷是地层流体(油、气和水无控制地涌入井筒,喷出地面的现象。钻井过程中,井喷是危及作业安全的恶性事故,井喷失控是重大恶性事故,井喷失控着火更是灾难性的恶性事故。溢流失控导致井喷或井喷失控,使井下情况复杂

36、,无法进行钻井作业。如果井喷失控着火将会造成船毁人亡、井眼报废、破坏油气资源、污染自然环境等严重后果,给国家和企业带来巨大损失。因此,切实加强防喷工作,掌握和实施井控技术,杜绝井喷事故的发生,确保钻井作业安全,是我们钻井工作者的头等大事。以井喷失控为顶事件,通过事故树分析法构建事故树,已全面分析的反应整个井喷事故发生的原因,了解他们对顶事件的影响程度以及各底事件的内在关联。具体如下图:确定所分析的系统熟悉所分析的系统调查系统发生的事故确定事故树的顶事件调查与顶事件有关的所有原因事件事故树作图事故树定性分析图2-1事故分析流程图 图2-2图2-2为井喷事故事故树分析图图2-3 井控井喷事故树控制

37、失败分支分析图A +J K X20X21+L M X15N X19O +X11X12X13X14X16X17X14X13X18 事故树分析中,最小径集和最小割集占有非常重要的地位。对定性和定量分析都起着重要的作用,它对合理地控制顶事件的发生,提供重要的信息经过分析,本事故树的最小割集很多,达100多个。因此分析其最小径集,来对井控的风险进行定性分析。用布尔代数简化事故树的最小径集:T=A +B =C X1+J K =X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10+X11 X12 X13 X14 X15 +X20X16 X17 X19 X13 X14 X18+X21因为X20,X2

38、1出现在两个基本事件和六个基本事件的最小径集中,是最重要的事件。同理,可得到事件的结构重要顺序为:这个顺序说明,事件20、21是最容易导致顶事件即井喷失控的条件事件,这两个条件事件是:(1关井时设备故障、设计方法及操作事物的影响超过关井安全极限;2、压井时,设备故障、设计方法及操作事物的影响超过压井安全极限。因此要保证设备故障、设计及操作失误的影响不能超过安全许可范围。对于基本事件的重要度来说,防喷器、节流阀及管线的安全是最重要的,防止发生井喷首先就要从这些方面得到保证。其余事件尤其是前十个时间的重要度相同,而且并集比较多,说明要想保证井喷事故不发生,需要众多因素同时保证。但是由于井控装备条件

39、、地质条件、员工操作水平的限制,肯能回在某些方面存在些问题,这表明井喷事故是要时刻预防的,不能懈怠。从上面的分析可以看出来:井喷事故发生的一个原因就是各种各样的,但是其根本原因却是地层压力大于井内压力。因此对于井喷事故的预防,一个总目标就是对于井内压力和地层压力之间差值的调节,地层压力的异常大部分都是自然因素造成的,因此,对于井控作业一般就是对井内压力的控制,从实际中我们调查可以得到:导致10(9(8(7(6(5(4(3(2(1(18(17(16(15(12(11(14(13(21(20(I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I =>=>=&g

40、t;=井内压力异常的因素有是人为原因造成的、设备的原因、自然因素等等。再一个方面就是井喷控制设施上的失效。总体上讲,经过对西方早些进入工业国家的历史经验学习和我国以前经验的总结学习得出,要有效的控制井喷事故的发生,从管理、教育和技术三方面同时抓起,效果非常明显。换一句话来说,为了防止井喷事故的发生,必须在从管理、教育和技术三方面实施事故的预防和控制对策,而且还应始终保持三者间的均衡,合理的采用相应措施,或结合使用上述措施,才能搞好事故预防工作。这里,安全技术对策着重解决物的不安全状态的问题;安全教育对策和安全管理对策则主要着眼于人的不安全行为的问题,安全教育对策主要是人知道应该怎么做,而安全管

41、理对策则是要求人必须怎么做。从现代安全管理的观点出发,我们知道,安全管理不仅要预防和控制事故,而且要给劳动者提供一个舒适的环境。从此点出发,我们可知安全技术对策理论上应是安全管理工作者的首选。即应尽可能地以技术的手段保证安全。因为无论是安全教育还是安全管理,都不可能完全避免人失误或者说人的不安全行为。当然,另一方面,安全技术对策在技术上和经济上的可行性也是我们必须关注的问题。3 井喷事故安全技术对策3.1 安全技术对策的基本原则安全技术可以划分为预防事故发生的安全技术及减轻事故损失的安全技术,这是事故预防和应急措施在技术上的保障。具体来说安全技术就是:1、防止人失误的能力,必须能够防止在装配、

42、安装、检修或操作过程中发生的可能导致严重后果的人的失误。2、对人失误后果的控制能力,人的失误是不可能完全避免的,因此一旦发生可能导致事故的失误时,应能控制或限制有关部件或元件的运行,保证安全。3、防止故障传递的能力,应能防止一个部件或元件的故障引起其他部件或元件的故障,以避免事故的发生。4、失误或故障导致事故的难易,应能保障有两个或两个以上相互独立的人失误或故障,或一个失误,一个故障同时发生才能导致事故发生。对安全水平要求较高的系统,则应通过技术手段至少三个或更多的失误或故障同时发生才会导致事故的发生。5、承受能量释放的原则,运行过程中偶然可能会产生高于正常水平的能量释放,应采取措施时系统能够

43、承受这个释放。6、防止能量蓄集的能力,能量蓄积的结果将导致意外的过量的能量释放。因而应采用防止能量蓄集的措施,使能量不能积聚到发生事故的水平。3.2 预防井喷事故的安全技术对策(防喷设备系统通过设计来消除和控制各种危险,防治所设计的系统在研制、生产、使用和保障过程中发生导致人员伤亡和设备损坏的各种意外事故,是事故预防的最佳手段。为了全面提高现代复杂系统的安全性能,在系统安全分析的基础上,即在运用各种危险分析技术来识别和分析各种危险,确定各种潜在危险对系统的影响的同时,系统设计人员必须在设计中采取各种有效措施来保证所设计的系统具有满足要求的安全性能。因此,为满足规定的安全要求,可以采用不同的安全

44、设计方法。具体可以用控制能量、降低危险的设计、隔离、闭锁、锁定和连锁等方法。井控是指多数时间内,在井口保持一个超过所钻地层压力的适当静液压力。防喷器就是体现这种基本方法的必备系统。没有低三种选择。防喷设备系统是由防喷器、阻流与压井管线、阻流管汇、控制系统、分流器、隔水管及一些辅助设备组成。这些系统的主要作用是约束井内各种流体,允许井内各种液体在控制下流动或使井内各种液体改变流动路线。1、环形防喷器的工作原理:防喷器可以封堵各种各样和不同直径的管子,大多数的放喷去还可以封住敞开的井眼。在关井时,通常是启动第一个防喷器。压力也在泵的作用下,进入活塞下面的关闭室,将活塞上推,并作用与橡胶件上,使其向

45、重心挤压,橡胶件内的钢片向井眼收缩,以承受下面井内的压力。防喷器启动后,钻杆在井眼中的密封部件完全开启。活塞上升,密闭部件在钻杆周围形成完全的密封。密封部件完全关闭钻杆,并将使油井压力等预防喷漆的额定工作压力。在初始实验中和实际井控作业中,推荐的关闭压力为1500磅/。在初步密封后,应将关闭压力到制造厂商根据其实验推荐的压力值。如果做不到这一点,密封元件的有效寿命将会由于橡胶受到不必要的过大挤压而下降。2、型式:环形防喷器的主要厂家有Hydrill、Shaffer、Reagan和Cameron,这四个厂家在防喷去上有不同的设计思想。GK和GL型是Hydrill公司生产的两种高压环形防喷器,虽然

46、他们的外表很相似,但仍有许多区别。GK型是井眼内压力助推型的,也就是靠井内压力作用在关闭或塞上,帮助保持密封。GL型由于它的外壳和活塞设计,具有小的井内压力助推作用,但是GL型的主要设计是有辅助室。这个室可以与关闭室联结;可以与开启室联结;也可以用于界面隔水导管相联。如与关闭室相联,关闭时所需要的关闭压力将会减少三分之一。但同时流体的需要量增加二分之一。如与开启室相联,关闭时所需要的液压流体最少,因而完成关闭作用的时间也最短,这种组合经常在陆上作业采用。在打开防喷器时,开启压力可减少。第三种联结,是一种与隔水导管有界面的联结。这种连接可产生以下影响,亦即清楚隔水导管的静液压力对象交原件顶部的作

47、用,从而产生打开密闭元件的趋势。Shaffer公司生产的两种型式的球形环形防喷器,是按照相同的工作原理进行工作的。唯一的不同是上部壳体的锁紧机构。这个不同的结构是为了对较大直径的防喷器便于保养(因为带螺栓盖子进行保养是很费时间的。Shaffer的密封元件也是用液压驱动活塞使之封闭井口的。但是,这种球形上部壳体,可以改善密封元件的运动。这种轻型栓接的型号适用于边缘井场,而双楔形的形式主要用于海底。Comeron公司生产的D型防喷器,工作原理相同,而活塞设计不同,并且密封元件设计也是不同的。Regan公司生产的KFL和KFD型的环形防喷器是按照不同原理工作的。他们具有一系列圆柱形橡胶密封元件。液压

48、流体是从最外边的橡胶元件的后面泵送的,从而引起所有圆柱体围绕管子向内隆起。这种防喷器不能封闭敞开的井眼。如果盘根元件坏了,就无法防止液压流体进入井眼,或者说无法防止井内压力进入控制系统。环形防喷器不能机械自锁。有些操作人员为了在紧急情况下克服这个缺陷,要求在开启和关闭的液压管线上装闸门,防喷器内的所有零件都有可能与井内的各种流体接触。热锅境内有硫化氢气体存在,那么这些零件应适用于这些气体。在现场对这些装置进行焊接是不合理的,因为这样可能降低防喷器的有效额定工作压力。3、密封元件:普通的密封元件是橡胶或是人造橡胶浇筑在加强的钢片上。这些加强钢片可以帮助成型,并在密封元件向井眼中心挤压式支撑橡胶。

49、在Cameron的密封元件里钢片转到井口上,从而把橡胶件盖住井眼,好像照相机里的镜头。Shaffner和Hydril公司的橡胶元件是有颜色标记的。下表为不同颜色的橡胶元件所代表的不同的工作环境,正确地选择密封元件使之与其工作条件是很重要的。表3-1 密封橡胶元件的颜色标记 环形防喷器的橡胶元件现在可以从供应商那里得到。但是出于可靠,许多操作人员感到只有制造防喷器厂家提供的橡胶元件才是可使用的。如果可能,对于需要存放较长时间的橡胶元件,都应储存在密封罐内。以延长期使用寿命。更换橡胶元件时,需要把环形防喷器上部外壳卸开,把带环的螺栓上到元件上,而后把橡胶元件起出外壳。若井内有管子,需要换密封元件时

50、,可在两个钢片之间用一把快刀切割密封元件,用一根棒子使割开的口敞开并把元件取出(切割时要用油润滑。新的橡胶元件也可以用同样的方法割开并安装上去。这种方法大概不会影响新橡胶元件的密封能力,而且实际上还会使元件更迅速地回到开启位置。压力密封:打“O”型圈和“U”型密封在防喷器里是普遍使用的。这些密封件与酷喷器密封橡胶元件一样,都是用人造橡胶制造的。它们的密封是没有方向性的。并设计成能承受压力(不管是井内压力还是液力压力。有些密封是“U”型密封与“O”型密封的组合。其他一些密封,为了造成在两个方向上进行密封,一般采用两个U型密封和一个座放在它们之间的V形密封。4、环形防喷器的试验:对敞开的井眼或者对

51、大直径的管子进行关井,将会大大的缩短环形防喷器密封元件的寿命。对于环形防喷器,推荐的关闭压力是1500磅/平方英寸,在获得初始密封以后,关闭压力就应降到制造厂家对不同直径管子所推荐的压力。或是经过实际试验测得的压力(或井内压力。在试验和井控操作过程中,环形防喷器应采用1500磅/平方英寸压力关闭,而后把关闭压力降低到应用的试验压力。环形防喷器在初始试压时,应试到额定工作压力,以后试压只试这个压力值的70%。环形防喷器试压一般要考虑以下几点:1形防喷器初始试压,应试到满负荷的工作压力。以后再试压只试其工作压力的70%;2当使用由制造厂家提供的密封元件;3据作业条件,选择适当的密封元件;4在完成初

52、次密封以后,根据境内的压力和管子尺寸把关闭压力调到推荐的压力数值;5环形防喷器不能用机械自锁;6防喷器一般不在现场焊接。(1原理:闸板防喷器的基础件由活塞、闸板轴、闸板,壳体、液压系统和自锁机构组成。这种防喷器操作简便;液压推动活塞向内运动并使两个相对的闸板结合在一起,以密封井眼,与环形防喷器相比,闸板防喷器只能封住一个一定尺寸的管子。防喷器的通常尺寸(闸板防喷器或是环形防喷器是指防喷器全部打开后的最小的通过的内径。内压力作用在防喷器闸板的底部和后面,有助于关闭密封管子和密封防喷器的顶部。(2型式:Cameron、Shaffner、Hydril三个主要制造厂家,都按照相同的工作原理制造防喷器。

53、大多数闸板防喷器都有锻造的主体,可以做成两个为一主体的或者做成三个为一主体的;在有硫化氢的情况下,任何可能与井内流体相接触的零件,其额定洛氏硬度应为22。他们生产的放喷去都有零件不多而能进行多种形式的自锁机构;有些防喷器还有倾斜的底部,以便进行清洗(Shaffer型式和Hy dril的x型。由于Shaffer的防喷器的对称设计,有可能在安装时上下装反了。要记住,在安装时要确保排出口低于设想的中心线。液压管汇( Hydraulic Circuits用来传送高压液体的管汇,可以是在防喷器体内钻孔或是在防喷器外部接管汇。Hy dril与Shaffer公司采用铰接头盖(hinged bonnets的液

54、压联结。开启是采用关闭迥路,关闭是采用打开迥路。(3 密封:主要密封(Primary Seal防喷器闸板轴上的主要闭封是把井内压力、流体密封在外面,而把动力液的压力液的压力、流体密封在里面。密封采用“O"形圈型或是“U ”型密封,或是两者的组合,如Shaffer的Poly pak密封。主密封位置是在应急的辅助密封的前面。辅助密封:这三个主要防喷器制造厂家都提供应急的辅助密封。这些塑性密封只有在观察到主密封不起作用时(从泄水孔可以看出流体流出才使用。在初期试压时不应安装辅助密封。当主密封表现出要损坏,用旋转柱塞螺丝的办法将塑料密封挤到闸板轴的周围进行密封。当做完以后,就要尽快的更换主密

55、封。更换橡胶芯子( Elenlent change:Hydril和Cameron的闸板,由一个钢体和两个橡胶芯子组成oShaffer的闸板包括两个钢体和一块橡胶芯子组成。为了取出闸板,需要打开侧门,起出闸板或是从闸板轴上滑落o (对测开型式的防喷器,在测开门打开之前,应将闸板完全收回去,否则会造成严重的损坏。而后卸掉旧芯子,更换新芯子。(4 锁紧机构(Locking Mechanisms:闸板防喷器的锁紧机构即能手动锁紧又能液压锁紧。手动锁紧机构基本上都是类似的。在闸板关闭以后,手动锁紧轴旋出来直到它的凸缘部顶到缸体头。液压楔形锁紧( Hy draulic wedge-type locks如C

56、ameron的U型防喷器的锁紧吼构,在闸板轴后面装有一个可滑动的楔形块,这种型式的锁紧需要第二液动力系统。在闸板需要打开之前或是在造成严重危险之前,锁紧机构必须能用液压打开。Shaffer的Poslock锁紧系统不需要第二液力系统。并在一次操作中关闭闸板并加以锁住(或是闸板在打开位置并且不锁紧当活塞关闭时。黄铜锁紧件滑入锁紧台肩。然后锁紧推向前运动以保持锁紧件在原处。当闸板打开时,会产生相反的情况。通过调整活塞长度(即调整锁紧锥可以调整锁紧压力。顺时针旋转活塞会降低锁紧压力,反时针旋转会增加锁紧压力。(5闸板防喷器试压:在井内有钻具的条件下进行管子闸板组试压,要试到额定满负荷的工作压力。在井内

57、没有钻具的条件下对全闭式闸板和剪切闸板组进行试压,也要试到额定满负荷的工作压力。对闸板到闸板室腔顶部建议进行低压漏泄试验,因为这里是井内压力帮助密封的地方。变径闸板( Variab l e Bore Ramo尽管说,管子闸板只能封住一种尺寸的管子。但至少有一个厂家介绍了可变径的闸板。它的结构主要是一个闸板在它里面带有一个环形芯子(这些密封件由于需要有特殊的槽而不适于标准的闸板,浇铸有橡胶的触臂的内旋转并能封闭一系列尺寸的管子。其他厂家对可变径的闸板也有类似的结构和改进。都在实验中,以便将来安装上这种芯子。每一个钻井操作者或作业区都有他们自已对工作压力的各种要求和防喷器组合的规范。在-53中有美国石油学会(API推荐的一系列防喷器的组合。所有的组合都具有各自的优点和缺点。没有一个例外。API所选用的代号如下: R带有一套管子闸板、全闭式闸板或者全闭/剪切闸板的单闸板防喷器;带有两套闸板的双闸板防喷器:A环形防喷器;S钻井四通,带有侧面出口以联接阻流和压井管线;G旋转封井头(旋转头。一个防喷器组,可以用其名称来识别 :如5M-13(5/8RSRA。这表明,这套防喷器组工作压力为5000磅/平方英尺,其通径13(5/8,其组合(从下至上为一个单闸板防喷器钻井四通单闸板防喷器环形防喷器。钻井四通是用于防喷器之间留有一定空间,并能安装阻流和压井