基于事故樹的石油鉆井卡鉆事故原因分析

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(長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023) (中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒 841000) (長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

基于事故樹的石油鉆井卡鉆事故原因分析

劉冬冬，王長建楊磊，王鵬陳敏

(長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北荊州434023) (中石油塔里木油田分公司庫車油氣開發(fā)部，新疆庫爾勒841000) (長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北荊州434023)

鉆井卡鉆事故是石油天然氣勘探開發(fā)過程中較為嚴(yán)重的鉆井事故之一，事故危害性大。利用事故樹分析法對(duì)導(dǎo)致鉆井卡鉆事故發(fā)生的各基本事件進(jìn)行分析，可求出各基本事件的概率重要度系數(shù)，從而對(duì)概率重要度進(jìn)行比較。通過分析比較，認(rèn)為接單根時(shí)間過長、起下鉆速度過快、未安裝定位滑輪就直接下放測斜儀器、未采用扶正器使鉆具居中、設(shè)備檢修不及時(shí)、測斜時(shí)風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)淡薄等是造成卡鉆最主要的影響因素。針對(duì)引發(fā)卡鉆事故的主要原因，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其采取控制措施，預(yù)防卡鉆事故的發(fā)生。

鉆井卡鉆；事故；事故樹；概率重要度；石油鉆井

鉆井卡鉆是指鉆具在井底不能活動(dòng)，且不能繼續(xù)作業(yè)，在鉆井過程中隨時(shí)可能發(fā)生，是發(fā)生頻率非常高的嚴(yán)重事故，極易引發(fā)無法預(yù)知的次生災(zāi)害。在鉆井過程中，處理井下鉆井事故和復(fù)雜情況所消耗的時(shí)間占總作業(yè)時(shí)間的6%～8%，處理鉆井卡鉆事故所消耗的時(shí)間占處理井下鉆井事故時(shí)間的60%以上，處理井下鉆井事故所需的費(fèi)用占整個(gè)鉆井過程所需費(fèi)用的16%以上，遇到地質(zhì)條件更為復(fù)雜的油氣井時(shí)，該比例甚至?xí)_(dá)到60%[1]。因此，采取針對(duì)性的安全評(píng)價(jià)方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆井卡鉆風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，能有效解決由于鉆井卡鉆事故導(dǎo)致的油氣勘探開發(fā)周期長、成本高、效率低的問題[2]。

根據(jù)鉆井卡鉆事故的產(chǎn)生機(jī)理不同，通常將常見的鉆井卡鉆分成以下8大類：黏吸卡鉆、坍塌卡鉆、砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、干鉆卡鉆、水泥固結(jié)卡鉆[3]。在處理不同的鉆井卡鉆事故時(shí)，由于機(jī)理不同，因此所需要采取的措施也有所不一，當(dāng)鉆井卡鉆事故發(fā)生后，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，然后采取最佳方式進(jìn)行解卡。下面，筆者對(duì)常見的鉆井卡鉆事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并對(duì)導(dǎo)致鉆井卡鉆發(fā)生的各基本事件概率重要度進(jìn)行分析，得出相應(yīng)概率重要度的大小關(guān)系。

1 鉆井卡鉆事故統(tǒng)計(jì)及分析

鉆井卡鉆事故在鉆井過程中非常普遍，通過分析鉆井現(xiàn)場100起鉆井卡鉆事故并查閱相關(guān)文獻(xiàn)[4～14]，對(duì)發(fā)生鉆井卡鉆事故的原因進(jìn)行分析，歸納整理了導(dǎo)致鉆井卡鉆的基本事件，通過對(duì)基本事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出基本事件概率。

鉆井卡鉆風(fēng)險(xiǎn)受一系列相關(guān)因素的影響，綜合考慮各種因素及事故發(fā)生的必要條件[15]，鉆井卡鉆事故直接由鉆頭拉入鍵槽底部被卡住、鉆頭與部分鉆柱被埋住、井壁坍塌、鉆柱與井壁泥餅長時(shí)間黏合在一起、井徑縮小等異常狀態(tài)造成，而這些異常狀態(tài)又會(huì)由多個(gè)基本事件導(dǎo)致。導(dǎo)致鉆頭拉入鍵槽底部被卡住的主要原因包括起下鉆方式不當(dāng)和由于井斜或方位變化大形成了狗腿；導(dǎo)致鉆頭與部分鉆柱被埋住的主要原因包括巖砂下沉和操作失誤；井壁坍塌的主要原因是液柱壓力小于地層壓力和底層破碎；導(dǎo)致鉆柱與井壁泥餅長時(shí)間黏合在一起的主要原因是工作程序出錯(cuò)和鉆具與泥餅相接觸；導(dǎo)致井徑縮小的主要原因是黏土顆粒、巖屑及加重劑沉淀在泥餅上和下鉆遇阻時(shí)的處理方式不正確。

2 鉆井卡鉆事故樹模型建立

事故樹分析法(FTA)能夠清晰、形象地表示出事故與原因之間的因果關(guān)系，可以分別采用定性和定量的分析方法求出危險(xiǎn)因素對(duì)事故的影響大小或概率，便于施工人員對(duì)危險(xiǎn)因素做出準(zhǔn)確的判斷，并制定出最佳的解決方案[16]。FTA邏輯性強(qiáng)，分析過程簡潔明了，既能定量分析、識(shí)別、評(píng)價(jià)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，又能根據(jù)各基本事件發(fā)生的概率定量的分析出頂上事件發(fā)生的概率[17]。

通過對(duì)鉆井現(xiàn)場100起鉆井卡鉆事故的原因進(jìn)行分析，共統(tǒng)計(jì)了39個(gè)基本事件(X1～X39)和22個(gè)中間事件(M1～M22)，基本事件描述和發(fā)生概率見表1。通過對(duì)各基本事件和中間事件導(dǎo)致鉆井卡鉆發(fā)生的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，建立如圖1所示的鉆井卡鉆事故樹模型，頂上事件T即為鉆井卡鉆事故。

表1 鉆井卡鉆事故基本事件描述和發(fā)生概率

注：M1為鉆頭拉入鍵槽底部被卡??；M2為鉆頭與部分鉆柱被埋住；M3為井壁坍塌；M4為鉆柱與井壁泥餅長時(shí)間黏合在一起；M5為井徑縮小；M6為起下鉆方式不當(dāng)；M7為形成狗腿；M8為操作失誤；M9為巖砂下沉；M10為液柱壓力小于地層壓力；M11為底層破碎；M12為工作程序出錯(cuò)；M13為鉆具與泥餅相接觸；M14為黏土顆粒、巖屑及加重劑沉淀在泥餅上；M15為遇阻時(shí)處理方式不正確；M16為工作人員觀察不到位；M17為鉆井液密度不夠；M18為鉆具長時(shí)間靜止；M19為泥餅黏附系數(shù)大；M20為井漏；M21為形成膠狀疏松泥餅；M22為地層性能差。圖1 鉆井卡鉆事故樹圖

3 鉆井卡鉆因素重要度分析

頂上事件被繪制在事故樹的頂端，是整個(gè)事故樹所要研究的特定事故；基本事件繪制于頂上事件下部的各分支終端；中間事件位于頂上事件和基本事件之間，它既是由基本事件導(dǎo)致的結(jié)果，也是導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的原因。割集是指導(dǎo)致事故發(fā)生的若干個(gè)基本事件所組成的集合[18]。某個(gè)基本事件的概率重要度大小與該基本事件本身發(fā)生的頻率并沒有直接關(guān)系，而是取決于該基本事件在它所在割集中的概率大小以及該基本事件在所有最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)[19]。通過求解所繪制事故樹的最小割集，結(jié)合各基本事件發(fā)生的概率，可以計(jì)算出各基本事件的概率重要度[20]。

為了對(duì)鉆井卡鉆事故進(jìn)行定量分析，就需要分析39個(gè)基本事件對(duì)頂上事件的影響程度。筆者通過求解事故樹模型的最小割集來得出各基本事件的概率重要度系數(shù)，系數(shù)越大則對(duì)應(yīng)的基本事件對(duì)頂上事件的影響程度越大。各基本事件的概率重要度系數(shù)的大小對(duì)施工人員采取何種預(yù)防措施來預(yù)防鉆井卡鉆事故的發(fā)生具有指導(dǎo)性的意義[21]。

通過對(duì)建立的事故樹模型的計(jì)算，求得鉆井卡鉆事故的最小割集共有79個(gè)：

依據(jù)上式，求得的最小割集K1為：

K1={X1，X4}，{X1，X5}，……，{X20，X37，X39，X22}，{X20，X37，X39，X23}

計(jì)算鉆井卡鉆事故發(fā)生的概率公式為：

式中，g是頂上事件發(fā)生的概率；qi是第i個(gè)基本事件發(fā)生的概率。

Ig(13)>Ig(1)=Ig(17)=Ig(18)=Ig(30)=Ig(31)>Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=Ig(9)

>Ig(19)=Ig(32)=Ig(33)=Ig(34)=Ig(35)=Ig(36)>Ig(10)=Ig(11)=Ig(12)=Ig(24)=Ig(25)>Ig(14)>Ig(4)=Ig(5)>Ig(2)=Ig(3)>Ig(15)=Ig(16)>Ig(20)=Ig(37)>Ig(26)=Ig(27)=Ig(28)=Ig(29)>Ig(38)=Ig(39)>Ig(21)=Ig(22)=Ig(23)

對(duì)各基本事件的概率重要度進(jìn)行比較可知：X13(接單根時(shí)間過長)是導(dǎo)致鉆井卡鉆事故發(fā)生最為重要原因，其次是X1、X17、X18、X30、X31，X6、X7、X8、X9也是影響鉆井卡鉆風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。

4 結(jié)語

通過對(duì)鉆井卡鉆事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，得出了導(dǎo)致鉆井卡鉆事故發(fā)生各基本事件概率重要度之間的大小關(guān)系。通過比較可知，接單根時(shí)間過長、起下鉆速度過快、未安裝定位滑輪就直接下放測斜儀器等基本事件是導(dǎo)致鉆井卡鉆事故發(fā)生的最主要因素，這些基本事件雖然發(fā)生頻率不高，但一旦發(fā)生，就極易導(dǎo)致鉆井卡鉆事故的發(fā)生。因此，施工人員的安全意識(shí)與鉆井卡鉆事故的發(fā)生有著密切的關(guān)系，各施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全教育，使其熟練掌握各類型鉆井卡鉆事故的特點(diǎn)以及應(yīng)采取的措施，提升施工人員的安全素養(yǎng)，防患于未然，最大程度降低鉆井卡鉆事故的危害。

[1]羅能.水平井卡鉆事故預(yù)測與處理方法研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2014.

[2]羅剛，孫萌，方朝剛，等.砂橋卡鉆鉆井事故安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)[J].石油機(jī)械，2013，41(5)：7～14.

[3]蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006：1～125.

[4]馬向陽.HFY油田SW-1井套管內(nèi)卡鉆事故處理探討[J].西部探礦工程，2016，28(4)：35～36.

[5]朱平超.PEEP西部油田Suf W-1井卡鉆事故處理及分析[J].西部探礦工程，2016，28(7)：54～55.

[6]安有杰，劉濤.NP3-1井定向鉆具卡鉆事故處理實(shí)踐[J].鉆采工藝，2011，34(1)：97～98.

[7]丁振龍，黃曉川，土林，等.巴基斯坦NASHPA-2井鉆井復(fù)雜事故處理技術(shù)[J].鉆采工藝，2013，36(2)：112～113.

[8]楊炳祥，夏海云.沙57井卡鉆事故處理技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2001，29(3)：37～38.

[9]張君亞，夏柏如，趙增新，等.也門1區(qū)塊Abyed-2井卡鉆事故的處理[J].石油鉆探技術(shù)，2010，38(5)：46～50.

[10]馮志軍，古廣平，楊寶春，等.龍崗001-3深井長井段水泥卡鉆事故處理[J].石油鉆采工藝，2011，33(4)：113～115.

[11]沈國敏，趙群，趙增新，等.尼日利亞A區(qū)塊Kukaku-1井卡鉆事故的處理[J].石油鉆采工藝，2011，33(5)：96～98.

[12]董樹偉，熊明.某大斜度井三開井段卡鉆事故分析[J].安全與環(huán)境工程，2012，19(6)：148～151.

[13]范忠平.塔里木油田典型小井眼卡鉆事故處理與分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012，28(10)：52～54.

[14]李盼，樊建春，劉書杰.基于故障樹與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的鉆井井塌事故的定量分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，10(1)：143～149.

[15]Mannan M Sam，Mentzer Ray A，Rocha-ValadezTony，et al.Study: Risk indicators have varying impact on mitigation[J].Oil & Gas Journal，2014，112(5)：64～76.

[16]卜全民，王涌濤，汪德爟.事故樹分析法的應(yīng)用研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，29(4)：141～144.

[17]曹靖.基于改進(jìn)事故樹法的盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[18]Masi S，Molaschi C，Zausa F，et al.Key Factors Sensitivity Analysis on Blowout Probability in Dangerous Drilling Conditions Applying Different Technical Solutions[J].SPE133027, 2010.

[19]徐志勝.安全系統(tǒng)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[20]宋祎昕，姚安林，蔣宏業(yè)，等.天然氣管道水平定向鉆穿越事故及其后果分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，7(4):118～122.

[21]Zausa F，F(xiàn)errara P，Rossi N，et al.Fit for Purpose R&D Programs for New Drilling Technologies Applying a Systematic and Exhaustive Safety/Economic Approach[J]. OMC 2015313，2015.

[編輯]趙宏敏

2017-07-27

劉冬冬(1992-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣裝備安全工程方面的研究工作，947878235@qq.com。

引著格式劉冬冬，王長建,楊磊,等.基于事故樹的石油鉆井卡鉆事故原因分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(21)：51～53，68.

TE281

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1673-1409(2017)21-0051-03