空气钻井安全技术规范

PAGEPAGE29《空气钻井安全技术规范》宣贯教材指挥部安全环保部程广存二〇〇《空气钻井安全技术规范》宣贯教材一、标准编制的目的和意义川东北地区地质构造复杂多变，岩石致密坚硬，岩性变化大,机械钻速很低；高陡构造地层倾角大，井身质量不易控制，严重地制约了钻井速度和质量，进而延缓了该地区天然气田的勘探进度和开发速度。为了解决这一难题，钻井施工单位根据国内外的经验，并与国内石油院校及国际专业公司合作，积极采用了空气钻井工艺。实践证明，空气钻井技术具有提高机械钻速、解决恶性井漏、解决压差卡钻等诸多优点，对加快油气藏的勘探、开发具有重要作用。但空气钻井对井眼的要求比较严格，不仅要求地层压力剖面、岩性剖面清楚，井身结构合理，裸眼井段井壁稳定，而且地层流体不能含硫化氢，不能含油气水层。但是在实际工作中，我们不能非常准确地掌握地层的预告，由于一些不可预见的因素，随时有可能钻开高压油气水层或含硫化氢气层。一旦用空气钻井钻开了高压油气水层或含硫化氢气层，油气迅速上升，关井井口压力非常大，如果处理措施不当，就会造成特大的灾难性事故，给人民生命财产和国家财产带来巨大的损失，因此空气钻井较常规钻井有更高的施工风险，且目前在我国没有一套成熟的空气钻井安全技术规范。为了加快川东北特大气田的开发，我们编制了企业标准《空气钻井安全技术规范》，其目的就是规范空气钻井安全技术，降低空气钻井的作业风险，确保安全生产，促进我国空气钻井技术的发展。二、标准编制的过程根据集团公司领导的指示，中石化集团公司科技开发部和安全环保部牵头，于2006年5月底在北京召开了会议，决定组织人员编制有关川东北特大气田勘探开发的26项标准，并确定了标准名称、标准主要内容及主要起草人，《空气钻井安全技术规范》就是26个标准之一。为了适应川东北开发形势的需要，加快标准编制的速度，6月底在成都会议上又决定将标准起草人集中在乌鲁木齐，由科技开发部、勘探开发研究院派专人指导标准的编写。8月12号至13号在北京组织了专家评审。在集团公司领导直接指挥下，整个标准的编写过程是紧张而有序地进行，发挥了最高的效能。标准编制时间虽短，但程序是完善的。两个多月，通过资料收集、现场调研、咨询专家，结合川东北地区的实际情况，参考有关行业标准的内容，反复征求各方意见，完成了本标准的编制。在这过程中，标准经过三次审查，三易其稿，经过近20次修改，特别是安全环保局彭国生副局长仔细审阅了标准，提出了20多处修改意见。8月12号至13号，在北京由彭国生局长主持，李俊荣秘书长和吕连海主任参加，邀请了钻井、安全方面的专家对标准进行了审议，提出了98条（处）修改意见，集团公司何生厚副总经理亲自审阅了标准并提出了重要的修改意见，油田部李占英处长、安全环保局郝志强处长参与了修改，吕连海主任亲自把关。标准由中石化西部管理中心组织起草，由程广存、彭小平、吴南平执笔。标准在起草和修改过程中，得到了侯树刚、王希民、王德良、叶海超、杨永钦和宋宏喜等同志的大力支持和帮助。企业标准《空气钻井安全技术规范》是以行业标准SY/T6426-2005《钻井井控技术规程》和SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》为主要编制依据，提出对空气钻井的特殊要求。因此在宣贯和落实《空气钻井安全技术规范》时，就要同时学习和落实《钻井井控技术规程》和《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》。《空气钻井安全技术规范》的内容除前言和目次外，共9章。1范围2规范性引用文件3术语和定义4适用条件5设计要求6施工前的准备7施工安全技术措施8防燃爆安全措施9井下异常情况的应急措施三、标准条款的解释和说明范围本标准规定了空气钻井作业的特殊安全操作规程、安全技术措施，以及井下异常情况下的特殊应急措施。本标准适用于中国石油化工集团公司陆上石油与天然气井空气钻井作业。氮气钻井和天然气钻井可参照执行。【说明】本标准是特指在空气钻井情况下的安全操作规程、安全技术措施，以及井下异常情况下的特殊应急措施。而常规钻井的安全要求及硫化氢气井钻井的安全要求虽没有在标准中提及，但由于引用了相关的标准，所以同样在实际施工中应予遵照执行。本标准的编制虽然是从川东北的空气钻井而起，但在专家审议中认为该标准是我国第一部关于空气钻井安全技术的标准，应该适用于中石化集团公司陆上石油与天然气井空气钻井作业。同时，在氮气和天然气钻井的有关标准制定以前，可以部分参照本标准执行。规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。SY/T6203-1996油气井井喷着火抢险作法SY/T6551-2003欠平衡钻井安全技术规程SY/T5858-2004石油工业动火作业安全规程SY/T5087-2005含硫化氢油气井安全钻井推荐做法SY/T5225-2005石油与天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程SY/T6227-2005含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规定SY/T6426-2005钻井井控技术规程Q/SH-2006川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范【说明】上述规范性引用文件中的Q/SH-2006《川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范》是和本标准一起发布实施的。术语和定义下列术语和定义适用于本标准空气钻井airdrilling以空气作为钻井流体所进行的钻井。【说明】空气钻井与气体钻井是有区别的。气体钻井包括空气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、氮气钻井、天然气钻井、尾气钻井等。空气钻井只是气体钻井中的一种钻井方式。空气钻井因其气体的特性限制，最早只是一种适用于不含H2的低压产层或非产层，现在用来提高高陡构造及致密地层钻进速度燃爆burningandexplode天然气外泄后，因受外界因素的影响或达到自燃爆炸的浓度而发生的燃烧或爆炸。【说明】受外界因素的影响主要是指2个方面：⑴天然气爆炸极限浓度为4～15%，H2S爆炸浓度为4.3～46%，且燃爆只在井下具备点火条件时才会发生。目前认为井下失火、爆炸原因有三个：一是由于钻柱上的微小裂缝或洞，高速气流通过时产生高的摩擦温度而失火；二是由于井内碎屑与金属钻柱碰撞时的瞬间高温而失火；三是由于井下温度、压力达到了混合气体的自燃点而爆燃，这多发于在有泥饼圈存在的井段内。⑵天然气虽然没有达到自燃爆炸的浓度，但由于地面使用非防爆电气设备或线路产生的电火花、金属撞击产生的火花、违规动火及违规吸烟等人为的因素而造成天然气的燃烧和爆炸。泥环earthcircle因为少量而足够的水将岩屑粘结在一起，在钻杆表面形成的泥饼环。【说明】泥环不仅形成在钻铤和钻杆连接处，只要是钻杆外径有变化而使环空气流变化的地方，都可能形成泥环，如加重钻杆护箍处。有时也指在井壁上形成的泥环。严重的泥环会堵死井眼，使钻具卡钻，或使泥环以下因天然气聚集而引起井下燃爆。排砂管线expelsandpipeline空气钻井中，从旋转防喷器出口接出的排除钻屑的管线。【说明】排砂管线有的资料也称排屑管线。有时在雾化钻井或泡沫钻井情况下称排放管线。泄压管线releasepressurepipeline空气钻井中，从主气管线接出的用于停止供气后排出钻柱内气体的管线。【说明】停钻接单根前，要使用泄压管线排出立管、水龙头、方钻铤和钻杆到浮阀顶部之间的气体，释放压力。燃烧管线burningpipeline空气钻井中，从液气分离器接出的排出钻井液中气体的管线。适用条件地层压力剖面、岩性剖面清楚。【说明】这是由空气钻井的局限性所决定的，有高压油气层、高含水层，含硫化氢，都不能进行空气钻井作业，否则就会造成事故或特大事故。为了确保空气钻井的安全，必须对进行空气钻井的地层了解相当清楚才行。井身结构合理，裸眼井段井壁稳定，地层出水量小于8m3/h，返出气体中全烃含量小于3％。【说明】空气钻井的实质是在不含硫的低压产层或非产层中的欠平衡钻井，其气柱压力远远小于清水或钻井液的液柱压力，如果裸眼井段的井壁不稳定，则很容易发生井壁坍塌的情况，造成卡钻；地层出水，会形成泥环，造成卡钻或井下燃爆；地层出天然气会造成井下或井场燃爆。对于地层出水量的定量，在川东北的空气钻井设计中，普遍定为5m3/h,但美国威德福（Weatherford小于和等于0.477m0.477m3/h～7.953m大于7.953m3而小出水量就会形成泥环。专家们经反复讨论，认为在现场地层出水量不好测量，主要看井下情况是否正常。如果在这里提法含糊，现场不好操作。所以取了一个地层大出水量的下限作为依据，因为地层大出水量肯定会造成井下情况的复杂，无法继续空气钻井，这一点将在下面详细说明。对于气体中全烃含量，一般来说，5％～15%的浓度是燃爆的范围，所以标准中气体中全烃含量定为小于3%，以保证空气钻井的顺利进行。地层流体不含硫化氢。【说明】因为空气钻井时从井内返出的气体，全部排入大气中，如果地层流体中含有硫化氢，就会随着返出气体进入井场大气中，给现场施工人员或周围居民带来危害，这是绝对不能允许的。当然，川东北地区有时打探井则点着一个长明火，以便随时烧掉不可预测的井内出来的硫化氢和其他有毒有害气体。设计要求空气钻井设计应纳入钻井总体设计。【说明】空气钻井设计既是一个独立的设计，又是钻井总体设计中的一部分。它既要考虑到空气钻井的特点，又要服从钻井总体设计的需要，不能因空气钻井而违背钻井的总体目标，只能是保证钻井总体目标的实现。地质设计要提供空气钻井井段准确的地层出水量、含油气量、含硫化氢等以及安全提示。【说明】正因为空气钻井的局限性，因此要求地质设计部门对将实施空气钻井的井段内，要提供准确的地层出水量、含油气量、含硫化氢的数据，以便工程上以此决定空气钻井的可行性。地质设计还要对该井段空气钻井可能出现的问题提出安全提示。当万一发生事故时，这一条款的内容一是提醒现场操作人员启动应急预案，二是为事故责任划分提供一条重要依据，所以地质和工程对此都不能掉于轻心。工程设计除满足常规钻井要求外，还应包括预计实施空气钻井的井段及可能出现的复杂情况的分析、施工前的准备和安全防护设施、施工安全技术措施、井场防燃爆安全措施、复杂情况的处置及应急措施等安全方面的内容。【说明】这里主要是强调了空气钻井工程设计中的安全条款必须要包括以下内容：预计实施空气钻井的井段及可能出现的复杂情况的分析；施工前的准备和安全防护设施、施工安全技术措施、井场防燃爆安全措施、复杂情况的处置及应急措施等。这也是启动应急预案和区分事故责任的重要依据之一。应由具有甲级钻井设计资质的单位负责空气钻井设计，按审批程序审批。【说明】甲级钻井设计资质的单位是指经中石化集团公司审查认可的钻井设计单位。审批程序和常规钻井设计的审批程序相同。实际工作中确实存在不按照程序进行审批的情况，把空气钻井技术看的非常简单，要坚决纠正。施工前的准备井场布置燃烧池处于井场的下风口处，距井口100m；燃烧池总容积为200m3以上，用耐火砖砌成高3m、正面厚1.5m、两侧厚0.5m燃烧管线方向应为井场下风方向，燃烧管线、放喷管线出口应距各种固定设施、高压线等50m以上。【说明】因为燃烧管线、放喷管线出口处都可能点火烧掉井内返出的天然气，所以要处于井场的下风方向，并距离各种固定设施、高压线等50m以上。应在季风入口处、井架上、振动筛、座岗房、防喷器液控房等处设立风向标；并按不同上风方向设立两处安全集合点；撤离路线有明显标志和照明。【说明】设立风向标是为了发生紧急情况时，井场的工作人员都能立即确定上风方向，安全撤离；设立不同上风方向的两处安全集合点是为了在风向变化时，至少有一处安全集合点是安全的；撤离路线上要有明显的标志，使所有人一眼就能看到，夜间保证照明，撤离路线上任何时候都不准有任何障碍物，保证撤离路线的畅通。空气钻井设备安置的场地应坚实平整，能承受单台设备15吨的重量。在供气设备、高压管汇和泄压管线区域设置安全警戒线，严禁非操作人员入内。排砂管线出口应处于井场的沉砂池处，距空气钻井设备、油罐和发电房等关键设备30m【说明】30m的距离是专家们审议时反复讨论后确定的。排砂管线用支架固定牢靠，其直径应满足井眼排气的需要。【说明】根据美国空气钻井手册，排砂管线的直径计算推荐以下计算公式：dbl≥﹝1.1﹙dc2-dp2﹚﹞1/2式中dbl－排砂管线内径（mm）dc－井口部位井眼直径（mm）dp－所用钻杆外径(mm)泄压管线排出口应接到空旷处。【说明】一般情况下，泄压管线的出口在震动筛和循环罐后面，通到沉沙池。泄压管线也要加以固定，并设安全警示牌。地面设备安装井架底座净空高度足以安装正常钻井井口装置和旋转防喷器组合,环型防喷器上端面至转盘大梁下端的距离应不小于1.8m。井控装置的安装应符合SY/T6426-2005中4.1.1和4.1.2的规定。二开应安装双四通、全封和剪切闸板、7MPa以上的旋转防喷器。【说明】这两条是根据高压高产天然气井非产层空气钻井所需而要求的。高产气井井口一般安装双四通，以便安装四根放喷管线；全封和剪切闸板是在紧急情况下关闭井口的最后手段；旋转防喷器是空气钻井的需要，空气钻井正常循环压力为2～3MPa,所以7MPa的工作压力完全能满足需要。各单位应制定剪切闸板防喷器及其控制装置的使用管理规定。使用剪切闸板的决策人是钻井队所属单位的井控第一责任人。在来不及请示的特殊情况下，钻井队队长和甲方钻井监督协商后可决定并组织实施剪断钻杆关井。在《含硫油气井钻井井控装置配套安装和使用规范》中规定了剪切闸板剪断井内钻杆控制井口的操作程序：a）在确保钻具被防喷器剪切的钻杆接头不在剪切闸板位置后，锁定钻机绞车刹车装置；b）关闭剪切闸板防喷器以上的环形防喷器和半封单闸板防喷器；c）打开主放喷管线泄压；d）在钻杆上（转盘面以上）适当位置安装上相应的钻杆死卡（安装剪切闸板防喷器的井队应配备φ127mm和φ88.9mm的钻杆死卡各一只），用钢丝绳与钻机连接固定牢固；e）打开剪切闸板防喷器以下的半封闸板防喷器；f）打开远控台储能器旁通阀，关剪切闸板防喷器，直到剪断钻杆或油管；g）关全封闸板防喷器，并手动锁紧全封和剪切闸板防喷器；h）关储能器旁通阀，将远控台管汇压力调整到规定值。空气钻井空压机组应集中摆放，距井口的距离应大于30m。空压机之间距离不少于1.8m；油罐与空压机之间距离不少于30m【说明】这几个距离都是专家们审议时反复讨论后确定的。所有空气钻井设备的管线、防喷管线、燃烧管线、泄压管线、压井管线均应固定牢靠。空气钻井设备的地面管汇应分段逐级试压合格，试压标准按表1执行。【说明】分段逐级试压的意思是：每一级高压管线试压时，先按低压标准（如表1中的1.5MPa）稳压10min，合格后再按高压标准（如表1中的12MPa）稳压10min。这样就可以在低压试压时发现问题，整改后再进行高压试压，避免高压试压时发生高压气流泄漏刺伤人和管线蹩坏打伤人等事故。高压试压压力是根据增压机的额定工作压力来确定的。正式空气钻进前，应试钻合格。【说明】在试钻时应检查空气钻井设备运转是否正常；各条供气管线有无刺漏；排砂管线排出口返出的气流和岩屑是否正常；返出气体中有无水雾；井下是否正常；各岗位人员是否坚守岗位及是否掌握必要的操作要领等。发现问题必须立即整改，达到正常后才为合格。表1空气钻井设备的地面管汇试压标准名称试压要求试压介质试压值（MPa）稳压时间(min)允许压降（MPa）低压管线空气2.5≥10≤0.7一级高压管线（低压）空气1.5≥10≤0.7一级高压管线（高压）空气12≥10≤0.7二级高压管线（低压）空气1.5≥10≤0.7二级高压管线（高压）空气12≥10≤0.7雾化泵至主气路旋阀的管线清水15≥10≤0.7注：低压管线为压缩机出口至增压器进口的管线，一级高压管线为增压器出口至主气路旋阀的管线，二级高压管线为主气路旋阀至立管的管线。施工前的交底和培训由空气钻井技术服务队工程师、地质工程师、井队工程师对全体施工的作业人员进行地质和工程技术交底和培训，主要内容是：空气钻井井段的地质情况、空气钻井的工艺流程和安全技术规范、可能出现的复杂情况及应急处理措施。【说明】未经技术交底和培训的，一律不准开钻；员工未接受培训（或培训不合格）的一律不准上岗。培训内容中工程技术部分，除空气钻井工程设计书外，空气钻井工艺流程可选用《空气钻井技术规范》作为教材，空气钻井安全技术规范可选用本标准作为教材。钻井液及处理材料、加重材料的储备开钻前钻井队应按设计储备2倍井筒容积的常规钻井钻井液；储备1.5倍加重钻井液；储备加重剂不少于200吨，应储备一次用量以上的堵漏材料；储备钻井液应按规定循环和维护。【说明】各种储备量均参照了《川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范》的要求，常规钻井液的储备是为钻井方式的转换作准备的，加重钻井液的储备是为突然钻遇高压气层压井作准备的。由于是空气钻井，井眼是空的，所以储备量要求比较大。当钻遇高压气层压井时，加重钻井液如果不够，可用常规钻井液加重后作补充。消防、安全防护器材及监测仪器的配备井场应按照SY/T6426-2005的规定配备干粉、二氧化碳灭火器。设置防护室，储备急救箱、担架等用具。【说明】SY/T6426-2005中8.1.5规定：“消防器材的配备执行SY/T5876中的规定”。SY/T5876规定：井场应配备100L泡沫灭火器2个、8kg干粉灭火器10个、5kg二氧化碳灭火器2个、消防斧2把、防火锹6把、消防桶8个、防火沙4m3、75m长消防水龙带1根、φ19mm直流水枪2支，机房配备“1211”灭火机3支，发电房配备“1211”灭火机2支。消防器材有专人挂牌管理，不得挪作它用。钻台上配备ABC型70kgMT灭火器2台；ABC型8kgMF灭火器4台。空气钻井设备区配备ABC型35kgMT灭火器2台；ABC型8kgMF灭火器4台。在空气压缩机机房内应配备气溶胶（七氟丙烷）灭火器材。【说明】七氟丙烷灭火器材是装在外壳中的七氟丙烷液化气，安放在设备下方。当发生火灾时，因温度升高，外壳爆裂，七氟丙烷气体向上方漫延，笼罩了设备，隔断了火焰与空气的接触，从而起到了灭火的效果。当然，有时钻井队也请消防队驻井值班，日夜进行监控，也是一种办法。在燃烧管线、防喷管线、排砂管线的出口处，应配置自动点火装置、手动点火装置和防回火装置，设置长明火。取样口和排砂口应设置固定式可燃气体、硫化氢监测探头，并与井场监测仪联网。【说明】井场多功能监测仪按SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》和SY/T6426-2005《钻井井控技术规程》中安装监测。并按SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》的要求，钻井队应配备足够数量的正压式空气呼吸器和便携式硫化氢监测仪（上岗人员每人一套）、专用硫化氢报警器和二氧化硫监测仪。其他各单位要按规定配备正压式空气呼吸器。在这众多的仪器仪表中，要特别提到的是在钻台上要安装一台高压报警器，以检测注入的气体压力有任何的异常增加，因为压力的异常增加往往是井下异常情况的直接信号。组织措施成立空气钻井施工安全领导小组。组长由钻井队平台经理担任，副组长由空气钻井技术服务队队长、钻井工程师、钻井监督担任；成员包括：钻井队平台副经理、钻井液工程师、安全员、空气钻井技术服务队工程师、录井队队长及其他协作单位现场负责人。负责整个空气钻井作业期间的安全措施、应急措施的制订、演练和实施。应急预案空气钻井的应急预案的重点应是强化防火、防爆、防井喷和防硫化氢，其它应符合SY/T6551-2003和Q/SH-2006川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范第6章的规定。【说明】本条款强调了空气钻井应急预案重点是防火、防爆、防井喷和防硫化氢的应急预案，并不是说其他常规的应急预案不需要，常规钻井时必须编制的应急预案同样适用于空气钻井，如井下复杂情况（卡钻、燃爆等）的应急预案、自然灾害的应急预案、人身事故急救的应急预案、设备事故的应急预案等等。施工前的检查验收施工前投资方主管部门应组织有关人员进行开工验收，合格后发放开工通知单。【说明】本标准中的投资方即是甲方，有时也叫生产经营单位。钻井队的上级有关部门可以参加检查验收，但组织检查验收的必须是甲方的技术部门和安全部门，检查合格后发放的开工通知单必须有甲方有关负责人的签字。检查验收的表格和开工通知单的式样由甲方设计。检查验收的内容不限于但至少要包括下一条款中所列的内容。检查验收的内容。安全设施和防护设施的配备及安装。【说明】主要检查安全设施和防护设施是否按有关的标准和本标准所规定的数量、型号配备，安装位置及存放保管方法是否准确，性能是否可靠。井控装备及地面配套设备的安装。【说明】主要检查井控装备的安装质量、防喷器的工作压力是否符合设计要求、是否配备了剪切闸板和全封闸板、各防喷器及闸阀的试压记录、闸板防喷器手动紧锁杆的安装、防喷器组的固定、远控房储能罐的储能压力、液控管线的连接等。空气钻井设备、旋转防喷器控制系统的安装。【说明】主要检查空气钻井设备的位置是否符合本标准的要求、供气管线的试压记录、供气管线的固定等。空气钻井设备各个管线（低压管线、高压管线、泄压管线、燃烧管线、排砂管线等）、节流管汇、压井管线、放喷管线的连接和固定；节流管汇各阀的开关状态；点火装置及防回火装置的安装。【说明】要注意检查各管线固定是否牢靠；节流管汇各阀的开关状态是否正确，是否和所挂牌表明的状态相符；点火装置是否完好好用，安装位置是否正确；放喷管线、燃烧管线和排砂管线的长度和走向是否符合要求。多功能气体监测仪和空气钻井数据采集系统的安装和调试。【说明】检查调试记录。压井管汇与压井泵。【说明】检查压井管线和压井泵是否连接好并经过试压合格，处于压井工作状态。空气钻井设备、配套管线、节流管汇以及压井管汇上的各个闸阀、压力表、传感器。监测设备的配备及探头的安装。【说明】检查监测设备配备是否齐全，探头安装位置是否正确。常规钻井钻井液、高密度钻井液、加重材料、堵漏材料和钻井液处理剂的储备。【说明】主要检查所有的储备量是否符合本标准的要求、储备钻井液的维护循环记录和材料的保管情况。入井工具的质量及钻台上的方钻杆旋塞、防喷钻杆单根等钻具内防喷工具的准备。【说明】主要检查是否按井控有关标准和本标准的要求进行配备，规格是否和防喷器相当，有无检查记录。电路和气路的安装。【说明】检查电路和气路安装是否正规，电路、电器及电气开关是否防爆，有无防漏电装置。技术交底和培训【说明】检查交底和培训记录，并对现场工作人员进行抽查考试，检查培训效果。检查应该持证上岗人员的持证情况。施工安全技术措施人员防护【说明】本条中下列两款仅仅是针对空气钻井的特殊要求，常规钻井时对人员安全防护的要求同样适用于空气钻井。空气钻井地面注气管汇、泄压管线及设备应以警戒线、警示牌标识，非操作人员严禁擅自进入。井场所有人员上岗应佩戴护目镜和耳塞。【说明】这是因为空气钻井噪音大，卸方钻杆时或管线泄漏时气流会带起砂石和渣子，伤人耳目。安全操作要求【说明】本条款仅仅是针对空气钻井的特殊要求，常规钻井时有关的安全操作要求同样适用于空气钻井。空气钻井设备、地面管线试压时，附近严禁站人；管线充气憋压后，严禁砸击管线。起钻或接单根时，应先停止供气，并打开泄压阀泄掉钻具内空气压力，当立压降至0时，方可卸方钻杆，严禁带压卸扣。【说明】这是因为钻头上带有钻头浮阀，停止供气后钻具内仍憋有压力，带压卸扣会造成重大恶性事故。卸开方钻杆并上提钻具时，井口操作人员应退后，并注视井口。【说明】打开泄压阀泄掉钻具内的空气压力后，钻具内仍可能残留余气，上提方钻杆时，余气会将丝扣处的丝扣油渣或钻具内的铁屑渣刺出，所以人员应退后，并注视井口，以便躲避。停／供空气操作应有专人负责，钻台上下联络方式可靠。【说明】钻台上和空气钻井设备区都应有专人负责联络，联络方式可以是示意牌，也可以举旗。联络信号要固定，联络人的位置也要固定。开关闸阀停／供气操作应首先确认，确认无误后方可动作。定期检查井口装置状态和工作情况，每次起完钻后，应接上喷射接头，将井口防喷器内吹净。【说明】钻井队应定期检查井口装置的工作状态是否正常，防喷器闸板的开关是否正常，固定是否完好。由于空气钻井是空气将井内岩屑带到地面，因此很可能将岩屑带进防喷器闸板缝内，使闸板活动困难，影响关井，所以每次起完钻后要将井口防喷器内吹净。空气钻进时，所有人员应坚守岗位，随时准备处理突发事件、转换钻井方式或启动应急预案。钻具使用与管理应按设计要求配备和安装钻柱浮阀，钻头浮阀的承压能力要与防喷器组的压力配套，入井前钻井队工程师应再次检查，做好记录。【说明】在标准编制过程中，关于钻头浮阀的安装，大家意见比较一致。但对每200～300m加一个入井下旋塞和钻杆浮阀，大家意见分歧很大，经过多方征求意见，特别是现场工作人员的意见，认为空气钻井可以不加钻杆浮阀和入井下旋塞，因为空气本身没有危害，可以放入大气中，同时钻具中途不安钻杆浮阀，有利于钻进中途的测斜作业。因此标准中对钻杆浮阀和入井下旋塞未作要求。如果以后有什么更好的意见大家可以提出来在进行修改。转盘钻进时，选用六方方钻杆，其长度要满足旋转防喷器驱动补心能进入旋转防喷器的旋转总成。【说明】选用六方方钻杆的目的是为了旋转防喷器的胶芯可以更好的密封；方钻杆的长度应该大于旋转防喷器驱动补心进入旋转防喷器的旋转总成时的方入加上最长的钻杆单根的长度。相应大鼠洞和水龙带的长度要与之适应。空气钻井应对钻铤、接头、内防喷工具进行严格检查。应使用18°斜坡接头钻杆。钻杆本体腐蚀凹坑深度不大于0.3mm，钻杆接头不能有深压痕和毛刺。钻杆内径必须畅通，内涂层不得有掉块，钻铤本体无毛刺、棱角。【说明】因为空气钻井中气流对钻铤、接头、内防喷工具和钻杆的内壁冲蚀比较厉害，钻铤、接头、内防喷工具和钻杆的损坏比常规钻井多，所以必须加强检查，并定期对钻铤进行探伤。钻铤本体无毛刺、棱角的要求是为了保护旋转防喷器的胶芯防止过快磨损。保护钻杆丝扣和台肩，钻具上下钻台应戴好护丝；下钻和接单根时，应涂好丝扣油。【说明】因为空气钻进时对钻杆丝扣和台肩的气密性要求比常规钻井液钻进时对丝扣和台肩的密封要求高得多，所以标准特别强调了对钻杆丝扣和台肩的保护。起钻时要严格检查钻具本体、丝扣、台肩和接头的磨损情况，如果钻具达不到API规定的一级钻杆的标准或有微裂纹等情况，应单独摆放，做好标记，严禁入井。施工中应使用减震器，最大限度降低钻具的震动。【说明】除了使用减震器以外，有的钻井队使用了空气锤，可在1秒钟之内冲击井底岩石120次，可以大大缓冲钻柱的震动，减少对钻柱的疲劳损坏，效果比较理想。钻井方式的转换7.4钻井方式的转换7.4.1遇到下列情况之一，应立即停止空气钻井，转换为常规钻井液钻井：a）地层出水影响正常钻进。【说明】根据国内外多处资料介绍：地层出水是空气钻井最大的障碍之一。由于空气不能携带井眼稳定添加剂，所以不能直接用空气钻穿不稳定地层。当钻遇饱和水层，粉尘会变为段塞。由于液体在环空的出现，会润湿水敏性页岩，这会导致井塌卡钻。而且湿岩屑会粘附在一起在钻杆外壁上形成泥饼环，不能被空气从环空中带上来。当填充环空时，阻止了空气流动并产生卡钻。而且随着这些间歇的空气大段塞沿着井眼向上运移，它们会堵塞地面设备并且对井壁产生不稳定性效应。因此，地层出水必定会导致出现井下复杂情况。b）返出气体中全烃含量连续超过3％或连续两次发生井下燃爆。【说明】由于空气中含有着火来源的氧气，容易造成井下着火。只要压缩空气中的氧同烃液或天然气混合，达到一定比例，就极易燃烧或爆炸。有资料介绍在地面大气压的情况下，空气中的全烃含量达到4％～15％，就会发生爆炸。而在2.1MPa的压力下，发生爆炸的压缩空气中的全烃含量范围为4％～30％。所以我们将返出气体中的全烃含量上限定为3％。连续两次发生井下燃爆是指发生井下燃爆后，停气灭火，半小时后继续空气钻进，又发生井下燃爆，即为连续两次发生。爆炸后，对于钻柱是否被炸坏的资料目前没有检索到，但是引起井壁坍塌、卡钻、输入空气压力升高的资料有报道很多。老君1井的钻铤被炸黑是指导的。c）返出气体中硫化氢含量连续超过7.5mg/m3(5ppm)。【说明】返出气体中监测到硫化氢，说明井下地层已经出硫化氢，因此必须立即停止空气钻井，转换钻井方式。d）扭矩、摩阻突然增大、起下钻困难，影响钻井安全。【说明】由于空气钻井是以空气作为循环流体，无法携带常规钻井用的钻井液处理剂，也就无法处理井下复杂情况，所以井下出现了复杂情况，就需转换钻井方式。e）井斜大于设计要求，而且纠斜效果差。【说明】因为井斜大，纠斜效果差，就不宜继续使用空气钻井，需要改变钻具结构和钻井参数，采用新的井下工具，例如垂直钻井系统等。空气钻井的钻压为5吨左右，一般都很小，如果井再斜说明底层倾角太大，需要其他办法解决。7.4.1.1井下有坍塌时，在钻井液中加入抑制剂，抑制泥页岩水化膨胀。7.4.1.2在建立循环后，控制一个适当的钻井液密度，提高井内液柱的侧压力。7.4.1.3尽量减轻钻具对井壁的碰撞，减轻压力激动和抽吸，减轻钻井液对井壁的冲刷。【说明】以上三个条款是处理钻井方式转换时出现的井壁坍塌。7.4.1.4发生漏失时，采用小排量（10～15l/s）循环，降低环空压耗。7.4.1.5当漏失严重时，在泵入的钻井液中加入堵漏剂，实施堵漏。【说明】当空气钻井转换为钻井方式时，钻井液进入井眼，就产生了液柱压力，本来不漏的地层就有可能发生漏失，采用堵漏措施堵漏即可。7.5防垮塌、卡钻7.5.1空气钻井参数应按设计执行，如排砂管出口出现异常，扭矩变化较大时，应调整钻井参数；地层出水影响空气钻井时，应该及时转化为雾化钻井或常规钻井液钻井。【说明】排砂管出口出现异常主要是指返出的钻屑量减少、钻屑变大，甚至钻屑停止返出。7.5.2钻进和接单根时应落实洗井和划眼措施；每钻进300m【说明】这一条款的目的就是保持井眼畅通。7.5.3在建立循环的情况下，钻具在井内的静止时间不得超过10min，钻具活动范围3～5m7.5.4钻进过程中，若立管压力突然上升或下降，应立即停止钻进，上下活动钻具（必要时可将钻头提至套管内），循环观察排砂管口岩屑返出情况，正常后方可继续钻进。【说明】立管压力突然上升说明井下环空堵塞，可能地层出水引起井壁坍塌或形成泥环；立管压力突然下降，证明钻具刺漏或断裂。均应停止钻进。7.5.5起钻发生阻卡，应反复上下活动钻具，直到畅通无阻后方可继续起钻。如果不能做到畅通无阻，则下钻时应在遇阻井段进行划眼。7.6井控7.6.1钻台下和井口装置周围应禁止堆放杂物，并设置防爆通风设备（鼓风机或风扇），防止有害或可燃气体聚集。7.6.2制定空气钻井条件下的关井程序，明确岗位职责，防喷演习要达到熟练程度。7.6.2.1当地质综合录井监测全烃含量达到3％，录井人员应立即报告井队司钻和平台经理，增大气体注入量，循环观察，如全烃含量降低，则可继续空气钻进；如全烃含量继续上升，应立即发出井控警报，停止钻进作业，上提方钻杆直到接头出转盘面。空气钻井管汇操作人员迅速打开空气管线旁通阀，关闭通向钻台立管气路，继续空转压缩机(仅需运转距出口管线最远的一台即可)，直至得到现场监督通知或防喷器关住后，方可停止。7.6.2.2节流管汇的手动阀应处于常开状态，进液气分离器的手动阀应处于常关状态。7.6.2.3关井程序司钻应先打开节流管汇的液动阀；关环形防喷器，关半封；司钻调节节流管汇的液动节流阀，控制套压放喷。套压控制的原则是：表层（技术）套管鞋处地层破裂压力、表层（技术）套管抗内压强度和防喷器额定工作压力三者之间最小值的80％；钻井队派专人负责点火。7.6.2.4应按应急预案的要求进行压井作业。7.6.2.5钻井液返出地面后，应打开液气分离器的阀门，用液气分离器除气。7.6.2.6如果泵入钻井液量超过环空容积的20％而不返出，则可视为井漏，应降低泵速并迅速配堵漏钻井液进行堵漏。7.6.2.7压井成功后转换为常规钻井液钻井。【说明】空气钻井的井控管理基本上和常规钻井的井控管理相同，不同之处有以下几点：常规钻井井控规定发现溢流达2m3,应立即按关井操作规定程序迅速关井。而空气钻井井控规定监测全烃含量达到3％，增大气体注入量，循环观察，如全烃含量继续上升，应立即发出井控警报，停止钻进作业，停气关井。这是因为两种钻井方式的流体不同，发现井喷预兆也就不同。并且，常规钻井关井后应及时求得关井立管压力、关井套压和溢流量。空气钻井关井后立即压井。这是因为空气钻井已经确认地层流体是天然气，由于井筒内的气柱压力远远小于钻井液的液柱压力，地层内的天然气上窜速度也就远远大于常规钻井，在高压油气区块，不迅速压井就可能使井口难于控制，转化成重大恶性事故。关井套压代表的意义不同。常规钻井时关井套压等于井底油气层压力和井筒钻井液液柱压力之差。而空气钻井的关井套压基本上就等于井底油气层压力。最大套压和控制套压的确定原则不同。常规钻井规定最大允许关井套压为薄弱地层破裂压力所允许关井套压、套管抗内压强度的80％和井口装置额定工作压力三者之间最小值；而本标准规定的是控制套压放喷，套压控制的原则为表层（技术）套管鞋处地层破裂压力、表层（技术）套管抗内压强度和防喷器额定工作压力三者之间最小值的80％。这二者是有区别的，控制套压放喷时的套压并不是最大允许关井套压的，为了安全，控制套压放喷时的套压是小于最大允许关井套压的。所以二者确定的原则就不同。常规钻井规定在允许关井套压内严禁放喷，这是为了保持井筒内的钻井液量，减少地层流体进入井眼的的数量，为压井创造条件。而空气钻井则不存在这个问题，所以可以在小于最大允许关井套压的控制套压下放喷。7.7硫化氢防护在含硫化氢区域进行空气钻井作业，应符合SY/T5087-2005、SY/T6227-2005和Q/SH-2006川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范的规定。防燃爆安全措施燃爆监测系统安装燃爆监测系统的气体取样装置需按图1所示安装在排砂管线上。见标准示意图。按图2所示位置,采用焊接的方法，在排砂管线上预装气体取样装置接口备用。见标准示意图。在线监测与分析在井场，依靠返出气体燃爆监测系统和气测录井车，由地质录井人员全程对井场的燃爆安全进行监控，根据情况调整钻井方案。返出气体监测包括：返出气体的甲烷浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、返出气体的温度等参数的连续监测和记录。气测录井全程监测全烃含量。一旦发现有微量可燃气体，应特别注意在排砂管线上的甲烷在线监测。同时注意控制钻速，必要时停钻循环观察。连续的气测录井监测空气钻井过程中，在排砂管线处全程开展在线甲烷监测和井下燃爆监测。一旦井下燃爆，多功能监测仪上表现为：氧气浓度和甲烷浓度下降，二氧化碳浓度和一氧化碳浓度上升，此时应立即停止注气，使井下的燃烧因缺氧而自动熄灭。停气半小时，待井下温度下降后，继续使用空气钻进。当再次发生井下燃爆后，应停气灭火，转换为常规钻井液钻井。【说明】本章的前三条是井下防燃爆的安全措施，通过安装在排砂管口的燃爆监测系统，发现井下的燃爆情况，及时进行钻井方式的转换。排砂管口的燃爆监测系统按第一条的要求安装。排砂管上的仪器设施较多，例如点火装置、防回火装置、沉降水管、气体取样装置、岩屑取样装置和吹砂管（有的资料称其为第一喷嘴）等。因此燃爆监测系统的气体取样装置安装应该是位置正确、焊接牢靠。第二条规定了防燃爆监测的负责人、监测的内容和方法。负责防燃爆监测的是地质录井人员，监测的方法是全程连续监测和记录，监测的内容为返出气体的甲烷浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、返出气体的温度等参数。还特别规定“一旦发现有微量可燃气体，应特别注意在排砂管线上的甲烷在线监测。同时注意控制钻速，必要时停钻循环观察”。这是防止过多地打开气层，和常规钻井中“钻遇快钻时要停钻循环观察”是一个道理。第三条规定了井下燃爆的监测、发现异常和处理方式。地面防燃爆安全措施应符合SY/T5225-2005的规定，并采取以下措施：钻进时，机泵房、排砂管出口、增压机等处，应有专人值班观察。【说明】安排专人值班观察的目的，一是为了设备安全运转；二是为了及时发现异常情况；三是出现异常情况可及时处理。钻进时，录井队监测人员发现返出气体的甲烷、硫化氢等参数异常变化时应立即报告井队司钻和平台经理。突遇六级以上狂风时，应停止空气钻进，将钻具提离井底。【说明】这是因为风力在六级以上时，风速已达到13.8m/s以上进入井场的所有人员严禁吸烟，严禁携带火种；进入井场的车辆必须带防火罩；井场内需进行动火作业时，应执行SY/T5858—2004中的动火作业安全规定。【说明】SY/T5858－2004中规定，“动火前由施工单位填写动火报告，制定动火措施；动火单位主管领导审查后，由二级单位安全技术部门审查批准”。动火申请报告批准后，有关人员要到现场检查动火准备工作及动火措施的落实情况，并监督实施，确保施工安全。施工安全得不到保证时，安全部门有权制止施工，动火现场应按动火措施的要求，配备足够的消防设施和器材。非动火人员不得随意进入动火现场。动火完工后，监督人员对现场进行检查，确认无火种存在方可离开。井场内应禁止使用非防爆通讯工具。井下异常情况的应急措施防燃爆应急措施钻进过程中，录井人员发现返出气体中含有天然气，立刻报告井队司钻和平台经理。如果地质综合录井气测全烃含量低于3%，增大气体注入量，继续空气钻进。排砂管出口处点火。【说明】返出气体中含有天然气证明钻遇气层，但天然气含量低于3%，还在安全范围内，可以继续空气钻进。增大气体注入量是为了减小返出气体中天然气的含量，使井下安全。当录井人员监测到返出气体中全烃含量达到3％，立刻报告井队司钻和平台经理。增大气体注入量。如全烃含量降低，可继续空气钻进；如全烃含量继续上升，则响起井控警报，井队停止空气钻进，空气钻井技术服务队应停止供气；按本标准7.6.2的规定程序控制井口、放喷，放喷管线出口处点火，实施压井作业，转换为常规钻井液钻井。【说明】当返出气体中天然气含量达到3%，增大气体注入量后天然气含量下降，说明地层出天然气的量没有继续增加，井下处于安全范围内，所以可以继续空气钻进。如天然气含量继续上升，则说明地层出天然气的量在继续增加，很快就会达到燃爆浓度，因此必须停止空气钻进，进行压井。空气钻井的压井和常规钻井的压井有所不同，常规钻井时，如果地层出气，钻井液密度有所下降，可以通过除气加重来平衡井底压力，阻止地层继续出气，不必关井。而空气钻井一旦发现地层出气，就无法阻止地层继续出气，只有关井压井，转换钻井方式。如果空气钻井过程中发现地层中出油（干式过滤器可见），应立刻报告井队司钻和平台经理，停止空气钻进，转换成常规钻井液钻井。若井喷失控，应立即启动井喷失控应急预案。地层出硫化氢气体的应急措施当录井人员监测到返出气体中硫化氢含量连续两个监测点超过7.5mg/m3(5ppm)时，应立即报告井队司钻和平台经理，停止空气钻井，转换为常规钻井液钻井。同时派专人监测井场硫化氢含量。【说明】关于“硫化氢含量连续两个监测点超过7.5mg/m3(5ppm)”，在标准编制时，我们征求过录井部门的意见。因为空气钻井的适用条件之一就是地层不含硫化氢，现在连续有两个监测点硫化氢含超过7.5mg/m3(5ppm)，足以证明地层已经在出硫化氢，必须停止空气钻井，转换钻井方式。硫化氢警报当井场硫化氢含量达到7.5mg/m3(5ppm)时，挂绿牌。当井场硫化氢含量达到15mg/m3（10ppm）时，挂黄牌，低音警报响起，蓝色报警灯闪烁。当井场硫化氢含量达到30mg/m3（20ppm）时，挂红牌，高音警报响起，红色报警灯闪烁【说明】在SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》中规定的警报分级标准是：a）井处于受控状态，但存在对生命健康的潜在或可能的危险[硫化氢浓度小于15mg/m3(10ppm)]，应挂绿牌；b）对生命健康有影响硫化氢浓度[15mg/m3(10ppm)～30mg/m3(20ppm)]，应挂黄牌；c）对生命健康有威胁[硫化氢浓度大于或可能大于30mg/m3(20ppm)]，应挂红牌。本标准将挂绿牌和黄牌的硫化氢浓度修订为7.5mg/m3