淺談探井鉆井過程安全監(jiān)督

王海軍，張亞虎，周赟璽

中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 長慶石油工程監(jiān)督公司（陜西 定邊718699）

1 XX探井基本情況

該井處于西緣沖斷帶石溝驛向斜區(qū)，屬于逆沖推覆斷層下盤構(gòu)造的高點(diǎn)部位區(qū)，上、下盤中生界地層大段重復(fù)，初期設(shè)計為三開井，由于井下異常復(fù)雜，變更設(shè)計為四開井。

作為一口超深井，施工周期長、工序多，本文將從安全監(jiān)督的視角對該井施工工藝流程中的風(fēng)險及其控制措施進(jìn)行分析和說明，同時總結(jié)該井復(fù)雜處理方面的成功經(jīng)驗(yàn)，以期能對深井施工的安全監(jiān)督有所幫助。

2 地層的復(fù)雜性帶來的安全風(fēng)險

2.1 天然裂縫發(fā)育，造成井漏頻發(fā)

根據(jù)電成像解釋，延長組地層各向異性較強(qiáng)，高角度縫發(fā)育程度高，張開度和長度變化較大，破裂面不平整，易造成裂縫性井漏；劉家溝組呈現(xiàn)地層網(wǎng)狀裂縫發(fā)育，在橫向上呈區(qū)域性分布，造成地層承壓能力低，井漏頻發(fā)。

2.2 地層存在明顯的水平方向應(yīng)力差，造成井塌

根據(jù)工程測井解釋，從各向異性方位、井眼垮塌方位及鉆井誘導(dǎo)縫的方向可以判斷，XXXX～XXXX m 井段內(nèi)地層存在著明顯的水平方向應(yīng)力差，其中最大主應(yīng)力方向平均為XX°～XXX°方向，新鉆井眼受地應(yīng)力瞬時釋放影響極易垮塌。

2.3 逆斷層發(fā)育、地層傾角大，地應(yīng)力復(fù)雜

從構(gòu)造圖分析看，本井逆斷層發(fā)育，處于西緣沖斷帶斷層下盤構(gòu)造的高點(diǎn)位置；從測井解釋分析看，斷層面上盤地層傾角XX°～XX°，斷層面地層傾角雜亂，傾向不穩(wěn)定傾向X 偏X，XX°。地層傾角大、地應(yīng)力復(fù)雜，打開新地層后地應(yīng)力瞬時釋放，造成縮徑、鉆進(jìn)扭矩大、長段劃眼，卡鉆頻繁[1]。

2.4 同一井深縮徑、垮塌并存

測量段內(nèi)多為井眼單向垮塌，形成橢圓井眼，長軸、短軸差異大，反映出水平方向地應(yīng)力差異大，縮徑于坍塌風(fēng)險共存。

2.5 施工工藝難點(diǎn)分析

2.5.1 塌、漏并存，提高鉆井液密度難度大

使用密度1.28 g/cm3鉆達(dá)XXXX m，提密度過程受地層應(yīng)力變化影響出現(xiàn)井漏，當(dāng)提到1.44 g/cm3，不但未緩解井塌問題，反而出現(xiàn)裂縫性漏失，井下愈加復(fù)雜，且無法準(zhǔn)確判斷地坍塌壓力。

2.5.2 油基泥漿降低了摩阻、扭矩，但無法解決應(yīng)力

剝落坍塌

延長組（XXXX～XXXX m）水基泥漿空轉(zhuǎn)扭矩20 kN·m。延長組（XXXX～XXXX m）油基泥漿空轉(zhuǎn)扭矩9～10 kN·m。從沙子返出情況看同為延長組，但返出掉塊差異較大。

3 風(fēng)險分析及安全監(jiān)督要點(diǎn)

3.1 使用震擊器風(fēng)險分析

地面震擊器，尤其是下?lián)羝魈幚砜ㄣ@復(fù)雜事故是現(xiàn)場常用的一種工具，該工具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，并且使用效果良好。但由于該工具通過瞬間釋放的沖擊力來達(dá)到解卡的目的，動能釋放引發(fā)的巨大震動會對地面設(shè)備如絞車鋼絲繩、井架附件等造成直接危害。

1）清楚震擊器的使用局限性。地面震擊器對于卡點(diǎn)超過5 000 m以上時要慎重使用。一是其震擊力不足以傳遞到卡點(diǎn)位置；二是其產(chǎn)生的動能被上部鉆具和井壁吸收釋放。

2）地面震擊器不可長時間工作。該井使用的是液壓式震擊器，長時間工作可導(dǎo)致油溫過高，而油溫過高的后果會造成其產(chǎn)生的震擊力要遠(yuǎn)大于設(shè)定值，極易造成意外事件[2]。

3）一般情況下震擊器連續(xù)使用30 min 后停止使用以降低油溫。因震擊器抗拉、抗扭性差，使用時不可大噸位上提，嚴(yán)禁帶扭矩使用。

4）多次震擊后必須停下檢查大繩、死活繩頭、井架附件及天車等關(guān)鍵要害部位，從使用效果和安全角度看，深井使用地面震擊器弊遠(yuǎn)大于利。

3.2 使用柴油及鹽酸風(fēng)險分析及監(jiān)督要點(diǎn)

3.2.1 泡油風(fēng)險分析

柴油可蓄積靜電，尤其在沙漠地區(qū)地表干燥，油罐車的接地導(dǎo)鏈走靜電效果差，在卸油過程中，罐車與儲油罐之間存在電位差。配漿時泵輸柴油到泥漿罐，所用橡膠管線，流速過快，沒有進(jìn)入液面以下，柴油經(jīng)泵壓后成散射狀更易產(chǎn)生靜電。

3.2.2 監(jiān)督要點(diǎn)

1）井場區(qū)域內(nèi)禁止使用明火（具體區(qū)域?yàn)榫苡覀?cè)30 m，左側(cè)至泥漿池外邊緣20 m，后井場過柴油罐20 m）。

2）柴油罐車卸油前需等待至少10 min，連接等電位裝置，若使用車載泵卸油時應(yīng)控制流速不得大于6 m/s，不得從罐頂進(jìn)油，如條件限制，可適當(dāng)延長進(jìn)罐管線長度。

3）所有油罐、泥漿罐接地每天澆水，定期檢測接地情況，確保接地電阻合格。

4）防爆區(qū)域內(nèi)電器設(shè)備防爆性能完好，檢維修必須切斷電源使用防爆型工具，進(jìn)場車輛配戴防火罩。

5）強(qiáng)化日常消防演練，保證消防設(shè)施、器材處于完好狀態(tài)，緊急情況隨取隨用，有效應(yīng)對在火災(zāi)初期控制險情。

3.2.3 使用鹽酸風(fēng)險分析及監(jiān)督要點(diǎn)

1）施工過程中防止泄露造成人身傷害或環(huán)境污染，因此要做好密閉存儲和個人防護(hù)。

2）排酸時一定要精確計算不同排量下的上返速度。排量選擇不當(dāng)，會導(dǎo)致酸液噴出，酸液遇空氣會形成大面積酸霧，嚴(yán)重危害人員呼吸系統(tǒng)及皮膚、眼睛等部位。①當(dāng)計算返出距井口1 000 m 時排量降至原排量一半；②當(dāng)計算返出距井口500 m時繼續(xù)降排量；③當(dāng)計算返出距井口50～100 m 時停泵。

3.3 倒扣的安全風(fēng)險及監(jiān)督要點(diǎn)

3.3.1 倒扣作業(yè)風(fēng)險分析

一般處理復(fù)雜到中后期會使用倒扣方式，倒扣的主要風(fēng)險是在懸重釋放。由于井深鉆具長，其井下受力情況復(fù)雜，反扭矩?zé)o法準(zhǔn)確傳遞，很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)倒扣。上部鉆具倒開后，釋放懸重后鉆具上竄，嚴(yán)重時造成水龍頭頂開大鉤，脫出并砸至地面的惡性事件。

3.3.2 監(jiān)督要點(diǎn)

1）在深井倒扣作業(yè)前，如果使用方鉆桿+水龍頭時，必須綁牢大鉤口，清理鉆臺及場地人員。

2）倒扣前對上部鉆具緊扣，設(shè)定扭矩上限。一般使用轉(zhuǎn)盤倒扣設(shè)定上限不超過19 000 N/m，頂驅(qū)38 000 N/m，轉(zhuǎn)數(shù)不應(yīng)過小，一般保持45～60 r/min，倒扣必須一次性倒開中途不可停頓。

3.4 爆炸松扣及爆炸切割監(jiān)督要點(diǎn)

1）了解其爆炸物主要成分。目前對于爆炸松扣其爆炸物主要為鎂粉，爆炸切割彈多為TNT炸藥。

2）清楚其引爆方式。該井進(jìn)行的多次爆炸松扣的引爆方式為電壓電擊產(chǎn)生電弧引爆。

3）施工前上部鉆具緊扣。引爆前對鉆具施加反扭的圈數(shù)，127鉆桿每1 000 m為2.7圈[3]。

4）磁定位、起爆器及電測纜線在現(xiàn)場測試期間嚴(yán)禁將爆炸物放在附件的金屬物件上[4]。

3.5 設(shè)備及鉆具使用過程中的風(fēng)險及監(jiān)督要點(diǎn)

3.5.1 深井大繩使用安全風(fēng)險及監(jiān)督要點(diǎn)

1）風(fēng)險分析。該井由于長期處于處理復(fù)雜過程中，因此大繩使用安全風(fēng)險較大，安全隱患頻發(fā)，尤其是劃眼及倒劃眼時間極長，經(jīng)常出現(xiàn)一個點(diǎn)劃眼時長達(dá)12 h 之多，大繩在一個點(diǎn)反復(fù)受力，加劇了大繩疲勞、磨損。

2）監(jiān)督要點(diǎn)。在深井鉆探過程中，大繩檢查是重中之重，一旦出現(xiàn)問題，千萬不可心存僥幸繼續(xù)使用。遇到長時間劃眼或大噸位活動時，要求現(xiàn)場使用短鉆桿以改變其受力點(diǎn)。

3.5.2 循環(huán)系統(tǒng)安全風(fēng)險及監(jiān)督要點(diǎn)

1）風(fēng)險分析。作業(yè)現(xiàn)場循環(huán)系統(tǒng)配備3臺青州寶石F-1600 鉆井泵，地面管線及立管水龍帶均為35 MPa，理論上滿足施工需求。但該井井情特殊性，采用大排量高泵壓技術(shù)措施，造成高壓隱患頻發(fā)，對鉆井泵密封件，缸蓋墊子、空氣包氣囊損壞頻繁，高壓法蘭、耐磨盤易刺漏，增大作業(yè)風(fēng)險性和工作量。

2）監(jiān)督要點(diǎn)。①對于經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)的設(shè)備隱患,一定盡快督促整改；②泥漿泵在工作期間控制檢查時間快進(jìn)快出，若必須檢修，須提前準(zhǔn)備，適當(dāng)降低泵沖快速搶修；③分析、總結(jié)鉆井泵使用油基泥漿后容易出現(xiàn)刺漏的危險點(diǎn)；④檢修鉆井泵必須使用銅制工具等。

4 深井監(jiān)督處置的成功經(jīng)驗(yàn)

4.1 地層預(yù)防性井漏措施

1）隨鉆堵漏措施。精細(xì)化調(diào)整與維護(hù)鉆井液“封堵性、流變性”，為減少處理堵漏的復(fù)雜時間，增強(qiáng)鉆井液的防漏、堵漏能力，應(yīng)選用粒徑小的堵漏材料，排除堵塞井下工具水眼的可能性。凝膠微球封堵劑和高強(qiáng)度纖維堵漏劑能夠有效解決裂縫性漏失問題，保證了鉆井施工的順利進(jìn)行，有效地降低了劉家溝組、石千峰組裂縫性漏失的風(fēng)險。

2）局部裂縫型堵漏措施。針對局部地層存在裂縫，進(jìn)行靜止堵漏。選擇專用的鉆井液堵漏材料，并以粗堵為主。堵漏施工中，可采用靜止堵漏方法。起鉆前用重漿+堵漏劑打入裸眼內(nèi)，既有效提高地層承壓能力，亦可使各種粒徑堵漏劑充分填充地層縫隙。

3）參數(shù)控制防漏措施。遇易破碎性巖層，控時鉆進(jìn)，坐崗發(fā)現(xiàn)有漏失跡象適當(dāng)降低排量，穩(wěn)定略微降低密度，黏度控制在60～70 s 以內(nèi)，持續(xù)加密測量。

4.2 打水泥固井補(bǔ)壁措施

該井自嘗試采用纖維+水泥固井補(bǔ)壁【5】，保證起下鉆正常，掉塊減少，提高劃眼時效，有效解決已鉆地層坍塌及漏失。

4.3“4+5”預(yù)防鉆具失效及卡鉆的處理

深井鉆進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)預(yù)防鉆具失效措施，杜絕斷鉆具事故，預(yù)防鉆具失效至少要做到以下4 個要點(diǎn)：

1）所有接頭使用鋼性更強(qiáng)的鍛造接頭并定期更換。

2）堅持每趟鉆對鉆鋌、加重鉆桿探傷。

3）每趟鉆對狗腿度大的井段的鉆具全部更換。

4）每趟鉆對鉆鋌接加重鉆桿、加重接普通鉆桿、不同外徑相接處鉆具等這些應(yīng)力較為集中的鉆具進(jìn)行替換。

卡鉆處理原則：分析類型，明確步驟，快速處理，按照難易程度可采取“五步法”進(jìn)行處理。

第一步：“循環(huán)、小幅活動處理”。發(fā)生卡鉆4 h內(nèi)，應(yīng)以大排量循環(huán)、小范圍上下活動處理為主，不宜在卡鉆初期直接啟動震擊器進(jìn)行解卡。

第二步：“循環(huán)、震擊處理”。發(fā)生卡鉆4～6 h期間，保持大排量循環(huán)，并啟動震擊器進(jìn)行解卡。上提鉆具卡鉆，應(yīng)主要采用向下活動鉆具并啟動震擊器向下震擊；下放鉆具卡鉆，應(yīng)主要采用向上活動鉆具并啟動震擊器向上震擊活動。

第三步：“循環(huán)、大幅活動處理”。發(fā)生卡鉆6 h以上仍未解卡，保持大排量循環(huán)，并及時采用允許最大載荷、大幅活動鉆具的方式解卡。對于掉塊卡鉆，應(yīng)采用大噸位上提解卡的方式解卡；對于沉砂卡鉆，應(yīng)采用大噸位反向活動的方式進(jìn)行解卡。

第四步：“注解卡劑處理”。上述操作步驟不能解卡時，可考慮采用注解卡劑（包括泡酸）的方式進(jìn)行解卡。

第五步：“倒扣處理”。及時快速組織爆炸松扣或切割工具，松扣或切割位置應(yīng)靠近卡點(diǎn)。如果工具組織時間較長，應(yīng)積極進(jìn)行倒扣、打撈，避免井下情況持續(xù)惡化。

5 結(jié)論

XX 探井作為一口超深井復(fù)雜井，井下事故的監(jiān)督預(yù)防和監(jiān)督處理，以及預(yù)防處理階段由井下復(fù)雜演變成地面安全生產(chǎn)事故產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，給各類井型的安全監(jiān)督保障都有很強(qiáng)的借鑒意義。在QHSE監(jiān)督模式上，從鉆井工藝風(fēng)險分析為切入點(diǎn)，以預(yù)防井下井塌、卡鉆、漏失為落腳點(diǎn)。尤其監(jiān)督要以關(guān)注井身質(zhì)量、入井材料、泥漿性能等工程參數(shù)為抓手，有效預(yù)防井下復(fù)雜，確保施工順利進(jìn)行。通過技術(shù)層面的分析及井下復(fù)雜的處理，為安全監(jiān)督工作提供新的思路和新的視野，將工藝安全和生產(chǎn)安全統(tǒng)籌兼顧，相互融合、同步落實(shí)，抓住“事前預(yù)防、事中控制、事后管理”的科學(xué)規(guī)律。這就要求我們監(jiān)督人員要掌握工程施工方案、工程技術(shù)措施、施工工藝流程、設(shè)備承載能力、鉆井工具使用操作規(guī)程、人員能力評估、作業(yè)環(huán)境等方面知識和信息。給施工單位提出有針對性的意見和建議，對于識別出風(fēng)險較大的環(huán)節(jié)，守住紅線意識——無有效的風(fēng)險控制措施，不作業(yè)；有控制措施不落實(shí)，不作業(yè)的原則。切勿盲目、冒險作業(yè)。不讓風(fēng)險變事故，監(jiān)督控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)降低風(fēng)險，不讓風(fēng)險變成復(fù)雜，采取有效的措施減少復(fù)雜發(fā)生頻率就能從源頭控制，從而達(dá)到大幅度提升施工安全。