石油鉆井施工過程中的隱患和解決對策

祁春

摘 要：作為石油勘探與開發(fā)的基礎(chǔ)性工作，石油鉆井作業(yè)在施工過程中的每一階段都存在一定的隱患，這些隱患對鉆井施工人員的人身安全、機器設(shè)施和自然環(huán)境會造成不同程度的影響。該文通過對鉆井工程系統(tǒng)的介紹，闡述了施工過程中存在的隱患和解應(yīng)對方法。

關(guān)鍵詞：石油鉆井 隱患 解決對策 人身安全

中圖分類號：F426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0176-02

鉆井是開發(fā)石油與天然氣的重要環(huán)節(jié)，它利用鉆井設(shè)備將地層打出一個通道，從而開采出儲存在地下幾十米至幾千米的石油與天然氣。在整個作業(yè)工程中，施工人員是無法看到或預(yù)測井下發(fā)生的各種情況的，這這個時候，更多靠的是技術(shù)專家的豐富經(jīng)驗，這使得整個鉆井作業(yè)變得不可控、不可預(yù)測。因此熟悉各種石油鉆井施工中可能會遇到的問題并掌握其應(yīng)對措施是很有幫助的，也是很有必要的。

1 石油鉆井的基本原理及分類

1.1 石油鉆井的概念

石油鉆井是指經(jīng)過勘探發(fā)現(xiàn)儲油區(qū)塊后，利用專用設(shè)備和技術(shù)，在預(yù)先選定的地表位置處，向下或一側(cè)鉆出一定直徑的圓柱孔眼，并鉆達(dá)地下油氣層的工作。它涉及到石油勘探、開發(fā)的各個方面：在檢查地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，需要鉆地質(zhì)井、基準(zhǔn)井、構(gòu)造井；在勘探原油階段，需要鉆預(yù)探井、詳探井；而在決定進(jìn)行原油開采時，則需要鉆生產(chǎn)井、注水井、資料井。雖然各種鉆井的功能和用途各不相同，但是其鉆井的實際過程都是一致的。

1.2 石油鉆井的類型

石油鉆井的類型一般是按照鉆井的目的進(jìn)行劃分的，不同鉆井的過程雖然一致，但所要達(dá)到的目標(biāo)要求各異，因此其隱患也不盡相同。按照鉆井的目的，一般將其分為兩大類。

1.2.1 探井

為了勘探出地層結(jié)構(gòu)及油氣的儲存情況，我們就需要鉆探井，探井包括基準(zhǔn)井、預(yù)探井、詳探井和構(gòu)造井等?；鶞?zhǔn)井又叫地層探井，它主要是為了了解地層的具體結(jié)構(gòu)、年代、厚度、石質(zhì)，從而為石油勘探提供各種數(shù)據(jù)。預(yù)探井是指地層探井后，在經(jīng)過專家分析認(rèn)為有可能出油的地方上鉆井勘探是否藏有石油。詳探井則是在已經(jīng)探明的含油區(qū)打井進(jìn)一步探明油田面積和儲量，為油田開產(chǎn)、產(chǎn)能規(guī)劃提供計算依據(jù)。

1.2.2 開發(fā)井

在已經(jīng)勘探確定地下油層的結(jié)構(gòu)、儲量后就需要進(jìn)行開發(fā)工作了，為了開發(fā)油田，及時了解地下油層的情況，我們就需要鉆開發(fā)井。它包括油氣井、注水井、觀察井等。油氣井是指為了開發(fā)油氣田而打的采油井，通過油氣井我們可以完成實際開采油田的工作；注水井是指人為地為目標(biāo)油層注水或注氣來達(dá)到給地層補充能量、輔助油田開產(chǎn)而鉆的井；觀察井指的是為及時了解油田開采情況，研究變化應(yīng)對措施而打的井，因此也叫資料井。

2 石油鉆井的隱患類型

鉆井和建筑不同，其整個施工過程是以整個地下巖層為目標(biāo)，其不可控性強，依賴性強，各個方面都容易出現(xiàn)隱患。一般隱患容易出現(xiàn)在5個方面：人身安全、機械、井下、測井、固井。

2.1 人身安全

施工人員的人身安全是石油鉆井施工最直接的隱患。雖然國家對安全生產(chǎn)、質(zhì)量控制越來越重視，但由于石油工程作業(yè)環(huán)境的惡劣以及工藝技術(shù)的復(fù)雜，一旦出現(xiàn)事故，人員逃生和救援的難度都很高。造成人身安全隱患的原因主要是以下3個方面。

2.1.1 協(xié)調(diào)不一致

崗位之間的串聯(lián)性與組織的協(xié)調(diào)性是施工安全的重要保障。工作不分大小，職位不分高低，一旦某項工作出現(xiàn)差錯就會影響整體鉆井施工的質(zhì)量控制，其隱患風(fēng)險也就難以有效的控制。

2.1.2 監(jiān)督不力

石油工程的經(jīng)濟效益不是與工程進(jìn)度掛鉤的，而是與質(zhì)量安全掛鉤的，如果忽視對鉆井工程質(zhì)量的監(jiān)督，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題繼而產(chǎn)生不必要的安全隱患。

2.1.3 施工人員的操作不當(dāng)

若鉆井過程中，施工人員若只依靠自身經(jīng)驗，而忽視相關(guān)規(guī)定章程盲目施工是很容易出現(xiàn)安全問題的，既影響了工程施工的進(jìn)度也威脅到了其他施工人員的人身安全。

2.2 機械故障隱患

在鉆井下施工必須要利用到一些專業(yè)設(shè)備，因此這些設(shè)備的安裝、使用與維護都與施工安全與質(zhì)量有很大的關(guān)系。具體而言有以下幾個因素。

2.2.1 設(shè)備設(shè)計缺陷

這類現(xiàn)象不算很常見，由于鉆井技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備的設(shè)計改良也在穩(wěn)步進(jìn)行，一般鉆井設(shè)備的設(shè)計改良重視程度還是比較高的，但一旦設(shè)備設(shè)計存在缺陷，就必然會影響鉆井施工的安全性，甚至造成施工事故。

2.2.2 機械零部件磨損

這類現(xiàn)象很普遍，石油鉆井工程中需要的機械設(shè)備、特種設(shè)備是很多的，特別是這些機械大多是大型機械，因此設(shè)備的管理、維護、修繕就成了一個難題，在實際施工中，哪怕只是一個小零部件出了問題，都可能會影響機械設(shè)備的正常發(fā)揮，嚴(yán)重的甚至?xí)斐砂踩鹿省?/p>

2.2.3 人為損害

由于施工人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗都不一定很豐富，其專業(yè)能力也因此變得良莠不齊，一些不當(dāng)?shù)牟僮骱苡锌赡軙斐蓹C器設(shè)備的損傷或老化，長此以往影響設(shè)備的使用壽命，造成安全隱患。

2.3 井下隱患

石油鉆井的重頭戲就是井下作業(yè)，井下作業(yè)時間也是安全事故的頻發(fā)階段。而造成井下隱患的原因很復(fù)雜，主要有以下2種因素。

2.3.1 地質(zhì)因素

不同地方的土質(zhì)具有不同的特征，即使是相同的地方，在不同的地層土質(zhì)也是有差異的，在一些特定的地質(zhì)環(huán)境下就會存在安全隱患，諸如異常的地層壓力：孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力、蠕變應(yīng)力；不穩(wěn)定的巖性層位：蠕變的鹽巖層、膏巖層、瀝青層、富含水軟泥巖層、吸水膨脹泥巖層、煤層、特高滲透巖層等；特殊的地質(zhì)構(gòu)造：斷層、裂縫、溶洞等。

2.3.2 工程因素

工程因素包括對鉆井地質(zhì)資料的掌握程度；井口、井壁等工程設(shè)計的科學(xué)性；鉆井技術(shù)的合理性以及施工人員、管理人員的專業(yè)知識和素質(zhì)。在井下施工中，如果機械選用不當(dāng)、電路檢驗不完善等也會造成井下施工安全隱患。

2.3.3 固井隱患

固井是石油鉆井的最后一個環(huán)節(jié)，其目的是在地層與井口之間建立聯(lián)系通道，同時將石油、水層、天然氣封隔開，為油田開采的持續(xù)性帶下基礎(chǔ)。其重要環(huán)節(jié)是下套管和注水泥，如果這兩個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會造成嚴(yán)重的后果，出現(xiàn)安全隱患。

3 石油鉆井中一些典型的隱患事故

3.1 卡鉆

在鉆井過程中，凡是所下管柱及工具在井內(nèi)不能上提、下放或轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象叫做卡鉆，這種現(xiàn)象也是鉆井過程中常易出現(xiàn)的事故。按卡鉆產(chǎn)生原因的不同主要可以分為以下2種。

3.1.1 粘吸卡鉆

這是鉆井過程中最常見的卡鉆事故。井壁上因吸附、沉積而形成濾餅是造成粘吸卡鉆的主要原因，其次就是因為地層孔隙壓力與泥漿柱壓力形成的壓力差。大多數(shù)鉆井液中存在固相顆粒，當(dāng)這些顆粒吸附在井壁上即形成了濾餅，這些濾餅又進(jìn)一步吸附鉆形成卡鉆；當(dāng)有壓力差時，鉆柱被壓向井壁的下側(cè)，使鉆柱縮小了與濾餅之間的距離，發(fā)生粘吸卡鉆。

3.1.2 坍塌卡鉆

地層坍塌的原因不是單一的，有地質(zhì)的因素也有巖石本身的因素。由于地殼的不斷運動特征，在地層的不同部位會存在地層應(yīng)力，如：擠壓應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、剪切應(yīng)力等，當(dāng)這些應(yīng)力大于巖石本身強度時，地層便會發(fā)生坍塌來轉(zhuǎn)移多余的能量。而鉆井工程的施工更是在巖石上又加入了一個鉆井液液柱的壓力，使得地層之間的結(jié)構(gòu)無法平衡，從而發(fā)生局部的斷裂或坍塌。

除此之外還有砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、干鉆卡鉆、落物卡鉆、水泥固結(jié)卡鉆等多種類型，這里就不一一鰲訴了。

3.2 井漏

井漏指的是在鉆井、測井、固井等的施工中，各種工作液因為壓力差的影響流進(jìn)地層，這是一種危害極大的隱患和事故。井漏產(chǎn)生的條件主要有3種：（1）鉆井工作液中的固相顆粒尺寸小于井筒漏失通道開口尺寸。（2）鉆井液液柱壓力大于地底流體壓力。（3）鉆井地層中存在溶洞、裂縫、孔隙等結(jié)構(gòu)。按形成的地質(zhì)原因井漏主要可以分為3種。

3.2.1 裂隙井漏

這類井漏是由于地層應(yīng)力對巖石的不斷作用，是鉆井中的地層巖石產(chǎn)生裂縫或孔隙，使得泥漿能通過這些裂縫?？紫稘B入地層通道中，造成井漏的發(fā)生。

3.2.2 洞穴井漏

這類井漏主要是由于地質(zhì)成分的改變而發(fā)生。像蠕變的鹽巖層、膏巖層、瀝青層、富含水軟泥巖層、吸水膨脹泥巖層、煤層、特高滲透巖層等這些巖層都是不穩(wěn)定的，容易被地下水侵蝕產(chǎn)生洞穴而出現(xiàn)井漏。

3.2.3 滲透井漏

一些特殊的巖層如砂巖層其巖石空隙大，滲透性好，泥漿容易滲透進(jìn)巖層發(fā)生非正常性的消耗，從而造成井漏。

3.3 井噴、井噴失控

井噴和井噴失控是在鉆井過程中最惡劣的隱患事故。發(fā)生井噴的根本原因是在鉆開油氣層后，井底的流體因壓力小于地層流體壓力而被其推動造成外溢。若不及時采取措施處理這些溢流，將會發(fā)生井噴，進(jìn)一步會造成井噴失控。發(fā)生井噴或失控的誘因有很多：起鉆時沒有及時灌滿鉆井液、井口未及時安裝防噴器、井控設(shè)備的安裝和試壓不符合要求、地質(zhì)設(shè)計未提供準(zhǔn)確的孔隙壓力資料、鉆井時遇到漏失層段未處理等等。

一旦井噴失控，又很容易造成油田著火而使井架等井場設(shè)施燒毀或發(fā)生硫化氫的泄露，釀成人員中毒后果。

4 對石油施工隱患的解決對策

4.1 人身安全方面

施工人員的人身安全是石油鉆井施工最直接的隱患對，這類隱患的解決對策有如下幾點。

（1）落實規(guī)范化管理和生產(chǎn)責(zé)任制。

石油施工有著范圍大、人員廣、施工復(fù)雜的特點，因此必須落實好標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的管理。針對不同工種、作業(yè)環(huán)境都應(yīng)該有相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)或行為規(guī)范與之對應(yīng)，切實扭轉(zhuǎn)施工中習(xí)慣性的違章現(xiàn)象。具體對鉆井施工人員而言，還要明確生產(chǎn)責(zé)任歸屬，一旦出現(xiàn)問題能有具體的負(fù)責(zé)人采取補救措施并能追究其安全責(zé)任。

（2）人員專業(yè)知識、安全知識培訓(xùn)。

針對石油鉆井中涉及到的歌領(lǐng)域的專業(yè)知識及安全知識，要定期組織施工人員進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)。經(jīng)過培訓(xùn)，要讓施工人員能夠基本處理在作業(yè)中可能出現(xiàn)的安全事故，規(guī)范其作業(yè)程序。及時將最新、最安全的作業(yè)技術(shù)傳遞給施工人員，以免出現(xiàn)操作失誤。

（3）設(shè)立檢查組織。

除了施工人員的自檢外，在石油鉆井施工的過程中應(yīng)該設(shè)立一個專業(yè)、完善的監(jiān)察組織。對施工過程中的各項作業(yè)、行為采用定期、突擊性的安全檢查，讓施工人員進(jìn)一步認(rèn)識到安全生產(chǎn)的重要性從而實現(xiàn)安全隱患的應(yīng)對管理的全員化。

4.2 機械設(shè)備方面

機械安全對生產(chǎn)安全有著很大的影響，對這方面的解決的對策如以下幾點。

（1）加強設(shè)備管理。

機械設(shè)備是施工人員在井下生存的基礎(chǔ)也是整個油田開采工程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)，因此必須加強對其日常的保養(yǎng)和維護，確保設(shè)備的良好運行。無論設(shè)備是否經(jīng)常運行，要定時、及時對所有設(shè)備進(jìn)行潤滑、維護等保養(yǎng)工作，制定嚴(yán)格的管理和保養(yǎng)制度。

（2）培養(yǎng)良好操作習(xí)慣。

培養(yǎng)施工人員良好的操作習(xí)慣是預(yù)防事故、減少違章現(xiàn)象的重要手段。要教育員工一定要嚴(yán)格規(guī)范自己的行為操作，按操作要求操作機械設(shè)備，做到有章可循、有據(jù)可依，把減少和杜絕違章行為落到實處。

5 對典型事故隱患的解決對策

5.1 卡鉆

（1）粘吸卡鉆的預(yù)防。

使用中性鉆井液或陽離子體系鉆井液是有效預(yù)防粘吸卡鉆的方法。目前使用的鉆井液大部分都是陰離子體系的鉆井液，隨著其自身密度的提高，粘性也相應(yīng)提高，發(fā)生粘吸卡鉆的可能就會越來越大。其次，應(yīng)該減少鉆柱與井壁濾餅的接觸面積，這就可以采用增加鉆柱支撐點的方法來減少接觸面，也可以采用下壓鉆柱的方法，不過要注意只能在直井中運用。最后一個預(yù)防辦法就是在鉆柱上安裝小型震動器，在粘性卡鉆剛要發(fā)生的時候直接震擊解卡。

（2）坍塌卡鉆的預(yù)防。

由于這類卡鉆主要是因為地層結(jié)構(gòu)的原因，因此首先應(yīng)該設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)，利用表層套管封掉上部的松軟土層，防止其造成地層坍塌；其次盡量減少套管鞋下口袋長度，若長度過長，容易引起水泥環(huán)的脫落繼而發(fā)生地層坍塌；要有意識地減少壓力激動，特別是在上提鉆柱時嚴(yán)格控制起鉆速度，防止出現(xiàn)鉆頭泥泡或扶正器泥泡，若泥泡實在無法避免，就應(yīng)該循環(huán)式起鉆，待起處小的井段后再正常起鉆；最后，在負(fù)壓鉆進(jìn)時，要保持液柱壓力高于地層的坍塌壓力，在沒有用套管封隔的情況下，兩者壓力失衡是很危險的。

5.2 井漏

在鉆井施工中預(yù)防井漏的方法主要有以下幾點。

（1）提高鉆井液利用率。

特別是在疏松的地層結(jié)構(gòu)上鉆井時，應(yīng)該有效提高鉆井液的利用率，粘性高的鉆井液能有效對這些特殊地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行潤滑保護，從而保障整個鉆井施工的順利進(jìn)行。

（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

在井身和套管的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要充分了解地層的孔隙壓力、破裂壓力、壓力梯度并將之體現(xiàn)到設(shè)計中來，防止這些鉆井地層在裸眼井段內(nèi)發(fā)生噴漏現(xiàn)象，造成安全隱患。

（3）科學(xué)控制。

對泵壓、鉆柱下放速度、旋轉(zhuǎn)速度、排量等需進(jìn)行科學(xué)、有效的控制，避免在一些易漏的地層因產(chǎn)生激動壓力而坍塌，造成井漏的發(fā)生。

5.3 井噴、井噴失控

只要連通性好的地層有流體存在，一旦其壓力與鉆井液柱壓力失衡就勢必導(dǎo)致井噴甚至失控，因此其預(yù)防應(yīng)主要在工程和技術(shù)上尋求解決方法有以下幾點。

（1）工程措施。

首先應(yīng)控制鉆機的速度，防止因鉆速過快而使油液溢入井筒；其次設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)，有效提高鉆井液液柱的壓力，防止出現(xiàn)溢流而引起井噴；最后選擇合適的井控裝置，發(fā)現(xiàn)溢流時要及時使用井控設(shè)備，有效控制井噴的發(fā)生。

（2）技術(shù)措施。

首先要考慮選用略高的鉆井液密度，使其所形成的液壓柱壓力始終高于地層孔隙壓力；其次及時排除井道下的氣體，防止氣壓影響鉆井液液柱的壓力；可以采取儲備一定量加重的鉆井液，時刻觀察鉆井液的體積、壓力隨時準(zhǔn)備注入鉆井液；對一些油氣活躍的井段，下鉆時應(yīng)分段循環(huán)鉆井液，以免發(fā)生膨脹造成井噴。

6 結(jié)語

總之，石油鉆井工程是一項施工復(fù)雜、隱患集中的工作，為了確保鉆井施工的安全性，施工人員必須充分了解有關(guān)的專業(yè)知識和各種隱患的應(yīng)對處理，希望該文提出的解決對策對石油行業(yè)的安全化生產(chǎn)有所幫助，能促進(jìn)我國石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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