放射源墜井事故分析及處置方法研究

王信通，任貴陽

(1.河南省資源環(huán)境調(diào)查二院，河南 洛陽 471000; 2.河南省壓裂工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽 471000)

某油田放射性測井小隊(duì)進(jìn)行測井施工任務(wù)時(shí)，由于操作人員源叉與源頭絲扣連接不到位，致使放射源與源叉脫落掉入卡盤內(nèi)，又因卡盤銷子沒有鎖牢，造成放射源落井事故，最終打撈成功；某油田勘探局地球物理測井公司進(jìn)行測井時(shí)，不慎將一危險(xiǎn)性放射源镅鈹中子源落入1 200多米深的油井中，造成放射源落井事故，最終打撈失??；某測井公司進(jìn)行綜合測井時(shí)，因組合密度探管(內(nèi)含1枚放射源)突然在井下650 m處遇卡，牽引鋼絲繩在距探管頭15～20 m處被拉斷，探管掉入井中，造成放射源落井失控事故，最終打撈成功，省環(huán)保廳對此依法做出嚴(yán)肅處理，并予以通報(bào)批評；某煤田地質(zhì)局勘探隊(duì)在內(nèi)蒙古發(fā)生放射源墜井事故，最終打撈失敗。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，環(huán)保廳提出以下方案：將該鉆孔用水泥砂漿全孔封閉，置于鎢鐵合金密封室內(nèi)的銫137放射源隨測井探管一同被封閉在鉆孔內(nèi)。

4個(gè)放射源墜井事故由于其上報(bào)、處理等處置方法不同，得到了不同的結(jié)果。有2個(gè)單位打撈成功，另外2個(gè)單位沒有打撈成功，最終將放射源封閉在孔內(nèi)。其中，第3個(gè)單位發(fā)生的放射源墜井事故盡管打撈成功，但是，由于其在事故上報(bào)過程中處置不當(dāng)，省環(huán)保廳對事故發(fā)生單位依法做出嚴(yán)肅處理，并予以通報(bào)批評。鑒于此，將對“某供水井項(xiàng)目放射源墜井事故”發(fā)生的原因及處置方法進(jìn)行研究，并總結(jié)出放射源墜井事故規(guī)范的處置技術(shù)方法。

1 工程概況

“某供水井項(xiàng)目”位于河南省境內(nèi)，該鉆孔分為3級，第1級孔深337 m，下入規(guī)格φ273 mm/φ255 mm套管，第2級孔深337～730.5 m，下入規(guī)格φ219 mm/φ203 mm套管，第3級孔徑為φ190 mm，沒有下入套管，屬于裸眼，井深為857 m，其中井底有7 m沉渣。供水井結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 供水井結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of water supply well structure

2 墜井事故發(fā)生

測井隊(duì)4名工作人員實(shí)施測井作業(yè)。第1次進(jìn)行井斜、井溫測井(不帶放射源)，下測時(shí)，在井深738.5 m處遇阻，人工拉送探管通過遇阻位置后送至井深850.30 m，其他部位順暢，上測時(shí)沒有遇到阻力。第2次測井時(shí)，同樣在738.5 m處遇阻，采取了人工拉送的方法通過遇阻位置后將測井儀器送至井深850.30 m，在上測到738.5 m處時(shí)，測井儀器被卡。測井人員起初嘗試采用人力拉電纜、測井絞車提升電纜、絞車和人力同時(shí)向上提升電纜等辦法，都不能把測井儀器拉出被卡位置；隨后，采用人工盤動鉆機(jī)升降機(jī)提升強(qiáng)拉進(jìn)行嘗試，測井電纜在測井儀器連接器的安全接頭處脫開，電纜被全部拉上井口，測井儀器落在井內(nèi)，落井測井儀器總長2.76 m(自上而下包括0.33 m連接器、2.33 m探管、0.10 m源室，源室內(nèi)有Cs-137放射源1枚)。

3 事故處置過程分析

測井隊(duì)將事故上報(bào)給單位安全生產(chǎn)管理部門。經(jīng)查閱相關(guān)法律法規(guī)資料，結(jié)合實(shí)際情況，事故發(fā)生單位向主管單位進(jìn)行了報(bào)告。與此同時(shí)，事故發(fā)生單位啟動了應(yīng)急預(yù)案，成立了“1.09事件處理領(lǐng)導(dǎo)小組”。主管單位專家、事故單位安全生產(chǎn)管理部門、測井隊(duì)、鉆井隊(duì)等相關(guān)人員召開了研討會，研究、制定處置方案?，F(xiàn)場開始實(shí)施事件處置方案，處置過程分為：探測儀器準(zhǔn)確位置、清理儀器上部和周圍掉塊及沉渣、打撈儀器3個(gè)階段。

(1)探測儀器準(zhǔn)確位置階段。在確保不損壞落井測井儀器放射源的情況下，多次下入井內(nèi)不同規(guī)格的鉆具組合，沖洗、清理井內(nèi)碎石及沉渣，探測測井儀器落井位置；期間，分階段性地下入測井儀器4次，通過儀器找儀器的方法探測落井測井儀器的位置。通過多種方法的應(yīng)用，最終確定測井儀器落入井底850 m，儀器上端位于井深847.2 m處。鉆機(jī)在使用中出現(xiàn)異常問題，發(fā)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)有裂紋、聲音異常，升溫較快；變速箱有異響，感覺機(jī)器很吃力，嚴(yán)重影響到安全生產(chǎn)，為防止次生事件或事故，對鉆機(jī)進(jìn)行了修理，此階段沒有對落井測井儀器進(jìn)行處置(因恰逢春節(jié)，廠家、商家均放假，配件購置時(shí)間較長)。

(2)清理儀器上部和周圍掉塊及沉渣階段。下入小直徑“菠蘿”鉆頭及相應(yīng)鉆具組合破碎落井測井儀器周圍大塊的巖石掉塊，然后采用局部氣舉反循環(huán)施工工藝清理儀器周圍沉渣，清理深度至井底850.0 m。

(3)打撈儀器階段。下入卡簧式打撈工具，一次性成功打撈出測井儀器及放射源，查看源室外觀沒裂縫、沒破碎，初步用放射檢測儀器對放射源室進(jìn)行了測量，當(dāng)時(shí)測得的劑量值為29.70 usv/h，確認(rèn)成功打撈出放射源并且放射源在源室內(nèi)完好無損。

4 事故處理技術(shù)方法分析

事故發(fā)生時(shí)，儀器被卡在738.50 m處，740 m孔斜3.4°，電纜線抗拉強(qiáng)度為1.8 T。人工強(qiáng)拉致使電纜線折斷，據(jù)此判斷儀器在孔內(nèi)有2種狀態(tài)：①儀器卡死在孔深738.5 m位置；②電纜線折斷后，儀器墜落至孔底。

4.1 探測儀器處在孔內(nèi)位置

(1)第1次處理方案。第1次下鉆具探測井內(nèi)情況，使用下φ60 mm鉆具，更換靈敏的拉力表。第1次處理結(jié)果：井深738.36 m遇阻，此位置失水量很大，幾乎不返水；遇阻后放少許壓力墊至740.46 m又遇阻，為了避免放較大壓力會損壞儀器，于是起鉆研究方案。

(2)第2次處理方案。使用φ178 mm管子(底部割馬蹄口)+打撈器(卡簧、滑套組合)+φ60 mm鉆桿的鉆具組合，采用正循環(huán)方式?jīng)_洗，待儀器周圍干凈后實(shí)施打撈(圖2)。第2次處理結(jié)果：在井深736.56 m遇阻，帶少許壓力下墊至736.61 m阻力很大，人工轉(zhuǎn)動立軸下放鉆具至737 m時(shí)壓力表不返回，停止作業(yè)，起鉆準(zhǔn)備商討方案?？變?nèi)遇阻情況對比見表1。

圖2 馬蹄口卡簧式打撈器Fig.2 Clip-spring fishing device for horse-shoe mouth

表1 第1次和第2次孔內(nèi)遇阻情況對比Tab.1 Comparison of the first and second hole encounter resistance

根據(jù)表1分析，儀器卡在738.5 m處；鉆具帶壓下放時(shí)，儀器在鉆具壓力作用下下落；下放鉆具時(shí)，破碎地層孔壁塌落。

(3)第3次處理方案。下φ60 mm鉆具探測儀器狀態(tài)，因?yàn)?46 m是個(gè)漏水點(diǎn)，深度不要超過746 m。第3次處理結(jié)果：鉆井隊(duì)下φ60 mm鉆具至井深742 m時(shí)遇阻，人工轉(zhuǎn)動立軸后下至745 m，阻力較大，為了儀器安全，準(zhǔn)備起鉆。第2次和第3次孔內(nèi)遇阻情況對比見表2。

表2 第2次和第3次孔內(nèi)遇阻情況對比Tab.2 Comparison of the 2nd and 3rd times of resistance in the hole

根據(jù)表2分析，鉆具帶壓下放時(shí)，儀器在鉆具壓力作用下繼續(xù)下落。孔內(nèi)塌落碎石較多。

(4)第4次處理方案。使用φ89 mm鉆桿+φ127 mm鉆具。在鉆具內(nèi)下測井儀器，檢查事故儀器位置及安全性。第4次處理結(jié)果：744.36 m以上沒有事故儀器；事故儀器沒有被破壞。

(5)第5次處理方案。使用φ178 mm管子+φ127 mm單管鉆桿+φ127 mm雙管鉆桿。沖洗碎石及沉渣，遇到下面儀器時(shí)可以進(jìn)入φ178 mm管子。第5次處理結(jié)果：清洗至井深847.80 m時(shí)出現(xiàn)扒車，然后停轉(zhuǎn)沖洗。起鉆后發(fā)現(xiàn)打撈管打撈金屬塊2塊，經(jīng)測井專業(yè)人員辨認(rèn)，確定是儀器上頭部連接器變徑螺絲。

根據(jù)測井人員檢測結(jié)果，847 m以上沒有儀器；事故發(fā)生之前測井顯示850～857 m存有沉渣。據(jù)此分析，目前儀器確定下沉至井底，儀器頭在井深約847.20 m處，連接器頭部已經(jīng)破壞，破壞長度約0.15 m，儀器周圍有碎石及渣子包圍，并且在儀器頭旁邊有一塊較大的石塊，阻擾打撈。

4.2 清洗儀器周邊碎石及沉渣

處理思路：首先使用合適的鉆具組合，將墜井儀器上部大石塊破碎；然后，采用氣舉反循環(huán)工藝方法，將儀器周圍碎石及沉渣沖洗至地面，然后使用打撈工具對墜井儀器實(shí)施打撈。

(1)第1次清洗。清洗至井深848.9 m時(shí)遇阻，然后轉(zhuǎn)動裝盤，下墊時(shí)井口突然不出水，上提鉆具出水正常后再下放鉆具，到848.9 m時(shí)井口仍然不出水，如此嘗試好幾次，然后起鉆，結(jié)果：起鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭底部帶有3塊儀器鐵塊，長0.25 m。

(2)第2次清洗。將鉆頭底部鑲焊合金，底部0.05 m位置鉆5個(gè)水眼。鉆具組合為：鉆頭+變徑接頭+φ178 mm管子+φ127 mm單管鉆桿+單雙接頭+φ127 mm雙管鉆=842.15 m(沒減機(jī)高)結(jié)果：清洗至井深850 m。清洗前后孔內(nèi)情況如圖3所示。

圖3 清洗前后孔內(nèi)示意Fig.3 Schematic diagram of the hole before and after cleaning

4.3 打撈儀器

打撈工具底部是φ178 mm管子割馬蹄口長0.20 m，上接φ178 mm管子引口，內(nèi)側(cè)焊φ55 mm管子，φ55 mm管子和φ178 mm管子中間有水眼，內(nèi)接卡簧滑道。鉆具組合：打撈工具+螺絲頭+φ178 mm管子+φ127 mm單管鉆桿+單雙接頭+φ127 mm雙管鉆。目的：打撈井內(nèi)儀器。結(jié)果：下鉆完畢，啟動空壓機(jī)反循環(huán)沖洗方式開始打撈儀器。下墊至井深847.66 m時(shí)，稍微有點(diǎn)壓力，后來消失。壓鉗轉(zhuǎn)動裝盤半周后，繼續(xù)下墊至井深848.51 m遇阻，放壓力0.5 T然后起鉆。起鉆完畢，墜井儀器成功打撈至地面，測井儀器長2.4 m。打撈出帶有放射源的測井儀器如圖4所示。

圖4 打撈出帶有放射源的測井儀器Fig.4 Salvage of a logging tool with a radioactive source

5 結(jié)語

根據(jù)該井事故處置過程，通過對“水井施工項(xiàng)目放射源墜井事故”的處置技術(shù)方法分析及研究，總結(jié)出在以后處置放射源墜井事故時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問題。

(1)嚴(yán)格按規(guī)范施工。測井施工時(shí)，應(yīng)保證鉆井液性能良好，保持井壁穩(wěn)定，井底干凈；提鉆時(shí)要控制速度，防止產(chǎn)生抽吸作用，提鉆無阻方可測井，否則應(yīng)進(jìn)行通井。起鉆時(shí)應(yīng)連續(xù)灌入鉆井液，保持環(huán)空液面不下降；應(yīng)在洗井作業(yè)前進(jìn)行測井施工。

(2)事故上報(bào)程序規(guī)范。事故發(fā)生后，第一時(shí)間通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)人接到報(bào)告后，啟動事故現(xiàn)場處置方案。當(dāng)事故不能有效處置，或者有擴(kuò)大、發(fā)展趨勢，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人立即向單位安全生產(chǎn)管理部門報(bào)告，安全生產(chǎn)管理部門根據(jù)實(shí)際情況逐級上報(bào)，擴(kuò)大應(yīng)急響應(yīng)。放射源有泄漏危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)向當(dāng)?shù)卣?、醫(yī)務(wù)、環(huán)保等部門報(bào)告。

(3)加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)。測井施工單位要嚴(yán)格制定“放射源墜井事故應(yīng)急預(yù)案”，并按規(guī)定進(jìn)行培訓(xùn)教育與應(yīng)急演練；事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案，主要負(fù)責(zé)人要親臨現(xiàn)場指揮事故處置工作；事故處置時(shí)，事故發(fā)生單位應(yīng)組織鉆井、物探、設(shè)備等專家組協(xié)同處理事故，專家組成員應(yīng)具有相應(yīng)專業(yè)能力及處理類似事故的經(jīng)驗(yàn)。

(4)做好記錄資料收集工作。現(xiàn)場記錄資料不僅能夠?yàn)楝F(xiàn)場事故處理工作提供材料，而且是事故總結(jié)及追責(zé)的重要依據(jù)，是一項(xiàng)非常重要的工作。記錄資料包括：現(xiàn)場紙質(zhì)筆記、電子文檔、照片、視頻等。具體要求是：應(yīng)對事故上報(bào)、研討會議、施工方案、處理過程、施工結(jié)果等做文字記錄，并在關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行拍照或者錄視頻，作為追責(zé)的依據(jù)材料；應(yīng)對事故處理使用設(shè)備、儀器、方案、過程、數(shù)據(jù)等做詳細(xì)記錄，并確保資料的準(zhǔn)確和完整性，作為處理事故的研究及以后的總結(jié)材料。

(5)摸清井下情況，研究有效方案。首先要探明魚頭位置，根據(jù)井眼結(jié)構(gòu)、巖層性質(zhì)等資料，確定魚頭周圍環(huán)境，是否有碎石掩埋及掩埋深度。其次要根據(jù)井下情況設(shè)計(jì)清渣及打撈工具，保證清渣時(shí)不損壞測井儀器，并且打撈時(shí)能循環(huán)泥漿。最后，打撈時(shí)要嚴(yán)格控制壓力不超過20 kN，避免壓壞測井儀器。