海洋石油鉆井作業(yè)中井噴控制技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用

摘要：海洋石油鉆井作業(yè)中，井噴事故是危害極為嚴(yán)重的安全隱患，直接關(guān)系作業(yè)人員生命安全、海洋環(huán)境保護(hù)和作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要深入分析海洋石油鉆井作業(yè)中的井噴風(fēng)險(xiǎn)，全面梳理井噴控制技術(shù)現(xiàn)狀，提出技術(shù)優(yōu)化方案，然后結(jié)合典型案例，評(píng)估優(yōu)化后的井噴控制技術(shù)在實(shí)際作業(yè)中的應(yīng)用效果。經(jīng)驗(yàn)證，優(yōu)化后的井噴控制技術(shù)可以顯著提升海洋石油鉆井作業(yè)安全性，減少環(huán)境污染，降低經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：海洋石油鉆井；井噴控制；技術(shù)優(yōu)化；防噴器；安全管理

中圖分類號(hào)：TE58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）02-00-03

Optimization and Application of Blowout Control Technology in Offshore Oil Drilling Operations

WANG Yao

（Zhanjiang Operations Company of COSL Drilling Division， Zhanjiang 524057， China）

Abstract： In offshore oil drilling operations， blowout accidents are extremely serious safety hazards that directly affect the life safety of operators， marine environmental protection， and economic benefits of operations. Therefore， it is necessary to conduct a thorough analysis of the blowout risk in offshore oil drilling operations， comprehensively review the current status of blowout control technology， propose technical optimization solutions， and then evaluate the application effect of the optimized blowout control technology in practical operations by combining typical cases. After verification， the optimized blowout control technology can significantly improve the safety of offshore oil drilling operations， reduce environmental pollution， and minimize economic losses.

Keywords： offshore oil drilling; blowout control; technical optimization; blowout preventer; safety management

隨著全球淺層油氣資源的日益枯竭，海洋油氣田的勘探與開發(fā)逐漸進(jìn)入深水與超深水階段。鉆井作業(yè)的深度與復(fù)雜性不斷增加，石油開采面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在這些風(fēng)險(xiǎn)中，井噴事故被視為最為嚴(yán)重的隱患，不僅對(duì)鉆井作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成威脅，還會(huì)造成大規(guī)模的海洋環(huán)境污染，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。因此，井噴控制技術(shù)的研究與優(yōu)化已成為保障海洋石油鉆井安全、提高作業(yè)效率的關(guān)鍵。在海洋環(huán)境下，復(fù)雜的海洋氣象條件、海底地質(zhì)不確定性以及鉆井設(shè)備的特殊需求使得井噴防控面臨前所未有的挑戰(zhàn)。在此背景下，如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破，開發(fā)更加高效、安全的井噴控制技術(shù)，成為當(dāng)前石油鉆井作業(yè)的重要課題。

1 海洋石油鉆井作業(yè)中的井噴風(fēng)險(xiǎn)

井噴是指在鉆井過程中，由于鉆井壓力控制系統(tǒng)失效或其他原因，井下油氣層中的流體（包括油、氣、水等）失控噴出地面，造成鉆井設(shè)備的損毀、作業(yè)人員的傷亡及環(huán)境污染等嚴(yán)重后果。井噴通常由多種因素綜合作用引發(fā)，主要原因包括地質(zhì)條件、操作不當(dāng)、設(shè)備故障和油氣層壓力失控等[2]。

1.1 地質(zhì)條件勘查不充分

鉆井作業(yè)的地質(zhì)環(huán)境是決定井噴風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。海洋石油鉆井通常面臨較復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括油氣層的壓力變化、斷層、地層的非均質(zhì)性等問題。如果鉆井作業(yè)未能對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行充分勘查，或者在鉆進(jìn)過程中未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)潛在的危險(xiǎn)地質(zhì)層，極易引發(fā)井噴事故。

1.2 操作不當(dāng)與設(shè)備故障

鉆井作業(yè)中，操作失誤是井噴事故的常見原因之一。例如，操作人員在配制加重鉆井液、調(diào)節(jié)壓力或啟動(dòng)防噴器時(shí)，未能嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范，導(dǎo)致井噴發(fā)生。此外，鉆井設(shè)備的故障也是井噴事故的重要誘因之一。防噴器等關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障或失靈時(shí)，井噴風(fēng)險(xiǎn)大大增加[3]。

1.3 油氣層壓力失控

油氣層的壓力是鉆井過程中必須嚴(yán)格控制的重要因素。鉆井液的壓力和井下油氣層的壓力必須保持平衡，一旦平衡失調(diào)，極有可能導(dǎo)致井噴。例如，在鉆井過程中，如果鉆井液密度不合理，或者操作失誤導(dǎo)致井下壓力過高，油氣層的壓力失控，進(jìn)而引發(fā)井噴。

2 井噴控制技術(shù)現(xiàn)狀

井噴控制技術(shù)的核心目標(biāo)是通過有效的控制手段，確保鉆井作業(yè)中的井下壓力始終處于安全可控的范圍內(nèi)，以防止油氣層的壓力失控。井噴控制技術(shù)主要包括壓力監(jiān)控技術(shù)、鉆井液密度管理技術(shù)、防噴器技術(shù)、液柱控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)控制技術(shù)和井噴應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)等。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下壓力，及時(shí)調(diào)節(jié)鉆井液的密度，使用防噴器封堵井口，一旦發(fā)生異常，迅速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)措施，防止井噴事故的發(fā)生或?qū)⑵淇刂圃谧钚》秶鷥?nèi)[4]。

2.1 防噴器技術(shù)

防噴器是井噴防控技術(shù)的核心裝備，是目前海洋石油鉆井作業(yè)中最為常用的井噴防控裝置。防噴器通過在井口封堵井道，防止油氣、泥漿等流體外泄，從而有效控制井噴的發(fā)生。防噴器根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)類型可分為多種類型，如常規(guī)防噴器、可伸縮防噴器和雙閥防噴器等。

2.2 動(dòng)態(tài)控制與液柱控制技術(shù)

動(dòng)態(tài)控制技術(shù)主要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下壓力的變化，及時(shí)調(diào)節(jié)鉆井液的質(zhì)量和流速，確保井下壓力與地層壓力的平衡。動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)通常采用計(jì)算機(jī)控制、傳感器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，能夠在井噴發(fā)生的初期識(shí)別異常信號(hào)，并采取有效措施防止井噴擴(kuò)展。液柱控制技術(shù)通過對(duì)鉆井液密度的精確調(diào)節(jié)，維持井下液體柱的穩(wěn)定，有效管理井下壓力。液柱控制技術(shù)要求鉆井液具有良好的流變性和密度可調(diào)性，能夠在不同的作業(yè)階段根據(jù)地層壓力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 井噴應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)

井噴應(yīng)急反應(yīng)技術(shù)主要是指井噴事故發(fā)生后的應(yīng)急處置方案，目的是盡量減輕井噴帶來的損害，并在最短時(shí)間內(nèi)控制事態(tài)發(fā)展。常見的井噴應(yīng)急處置措施有3種。一是井口封堵與減壓。當(dāng)井噴發(fā)生時(shí)，首先通過防噴器等設(shè)備對(duì)井口進(jìn)行封堵，控制油氣流出。此時(shí)，必須依靠鉆井液的減壓作用來消耗井下多余的壓力，防止井噴蔓延。二是火災(zāi)撲救技術(shù)。對(duì)于引發(fā)火災(zāi)的井噴事故，快速撲滅火源是關(guān)鍵，通常需要配備專門的消防設(shè)備和技術(shù)，保障作業(yè)人員安全。三是應(yīng)急響應(yīng)與指揮系統(tǒng)。井噴發(fā)生時(shí)，快速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，包括報(bào)警、信息傳遞和現(xiàn)場(chǎng)指揮等，以確保應(yīng)急人員能夠迅速到位并采取適當(dāng)行動(dòng)。

3 井噴控制技術(shù)的優(yōu)化方案

3.1 技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備升級(jí)

一是新型防噴器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。在深水或極深水鉆井作業(yè)中，新型防噴器應(yīng)具備更高的抗壓強(qiáng)度、更長(zhǎng)的使用壽命和更強(qiáng)的密封性能?？刹捎酶邚?qiáng)度合金、超高分子量聚乙烯等新材料，增強(qiáng)防噴器的抗腐蝕性和耐磨性。同時(shí)，可設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，減少機(jī)械故障發(fā)生，提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，進(jìn)一步提升井噴防控的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。二是高效壓裂與壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)。壓裂技術(shù)在井噴防控中起著關(guān)鍵作用。通過精準(zhǔn)的壓裂操作，有效地調(diào)節(jié)井下壓力，避免油氣層壓力失控?？蓛?yōu)化壓裂工藝，采用更高效的壓裂液和智能壓裂技術(shù)，精確控制壓裂的規(guī)模和方式，從源頭上減少井噴發(fā)生率。同時(shí)，實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠幫助操作員隨時(shí)了解井下壓力變化，及時(shí)做出調(diào)整，防止井噴事故發(fā)生。三是自動(dòng)化井噴預(yù)警系統(tǒng)。隨著人工智能、傳感技術(shù)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，自動(dòng)化井噴預(yù)警系統(tǒng)正在成為井噴防控的重要技術(shù)手段[4]。在鉆井設(shè)備上安裝傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集井口壓力、溫度和鉆井液密度等數(shù)據(jù)，并結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，系統(tǒng)能夠快速識(shí)別井噴的早期信號(hào)，發(fā)出預(yù)警信息。

3.2 優(yōu)化鉆井作業(yè)流程

一是精確鉆探與壓力管理。在鉆井過程中，精確控制鉆進(jìn)速度、壓力、泥漿流量等是確保井噴防控的關(guān)鍵。采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)和大數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握井下地質(zhì)情況、油氣層壓力變化等信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆井液密度、鉆進(jìn)速率和壓力，確保井下壓力處于安全范圍。二是應(yīng)急處理流程優(yōu)化與模擬演練。預(yù)防井噴是首要任務(wù)，一旦發(fā)生井噴，迅速有效的應(yīng)急響應(yīng)是關(guān)鍵。因此，優(yōu)化應(yīng)急處理流程，提升應(yīng)急反應(yīng)速度，是井噴防控技術(shù)的另一大亮點(diǎn)。應(yīng)急處理流程應(yīng)根據(jù)井噴類型、井口位置、設(shè)備可用性等因素制定具體的應(yīng)急處置方案。同時(shí)，定期開展井噴應(yīng)急演練，通過模擬演習(xí)提升操作人員的應(yīng)急處理能力，確保在真實(shí)事件中能夠快速、高效地應(yīng)對(duì)井噴事故。

4 井噴控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

我國(guó)某油田位于較深的海域，鉆井深度超過4 000 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，高壓油氣層廣泛分布。在鉆探過程中，由于井下壓力的急劇波動(dòng)和操作人員未能及時(shí)調(diào)整鉆井液密度，該油田發(fā)生井噴事故。事故發(fā)生后，井口迅速通過防噴器進(jìn)行封堵，同時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)化井噴預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)井下壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

4.1 油田井噴應(yīng)急處理措施

井噴事故發(fā)生后，第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，包括快速封堵井口、控制井下壓力和密度調(diào)節(jié)。同時(shí)，利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整鉆井液密度，并通過鉆井液循環(huán)系統(tǒng)將井口流體的壓力逐步降低。通過多重防控措施的協(xié)調(diào)，井噴最終被有效控制，沒有對(duì)環(huán)境造成進(jìn)一步損害。井噴防控技術(shù)的成功應(yīng)用得益于多個(gè)方面的技術(shù)集成與創(chuàng)新。一是防噴器系統(tǒng)的高效應(yīng)用。使用高強(qiáng)度的深水防噴器，其抗壓性能在深水環(huán)境中表現(xiàn)出色，能夠承受極端壓力。二是自動(dòng)化井噴預(yù)警系統(tǒng)。提前通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常趨勢(shì)，做出預(yù)警并啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)。三是壓力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)。通過對(duì)鉆井液的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，維持井下壓力穩(wěn)定，從源頭上避免井噴的擴(kuò)展。

4.2 技術(shù)優(yōu)化前后的安全性對(duì)比

技術(shù)優(yōu)化前，操作人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的壓力和井噴情況做出即時(shí)判斷和反應(yīng)，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化預(yù)警系統(tǒng)。雖然防噴器和壓力控制技術(shù)在一定程度上能抑制井噴，但整體應(yīng)急響應(yīng)速度較慢，事故控制效果較為有限。以往一旦發(fā)生井噴事故，環(huán)境污染和作業(yè)中斷的風(fēng)險(xiǎn)均較高。技術(shù)優(yōu)化后，引入自動(dòng)化井噴預(yù)警系統(tǒng)和高效的應(yīng)急響應(yīng)體系，強(qiáng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和精確壓力控制。技術(shù)優(yōu)化后的防控系統(tǒng)能夠在井噴發(fā)生初期迅速檢測(cè)異常，并自動(dòng)調(diào)整鉆井液壓力、密度等參數(shù)，防止井噴的蔓延與擴(kuò)展。井噴事故的響應(yīng)速度大大提高，井口泄漏和油氣外泄的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低，作業(yè)安全性大幅提升。

4.3 作業(yè)效率與經(jīng)濟(jì)效益分析

井噴控制技術(shù)的優(yōu)化不僅可以提高作業(yè)安全性，還為該油田在作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益方面帶來顯著的提升。作業(yè)效率層面，在傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用下，一旦發(fā)生井噴，鉆井作業(yè)往往會(huì)面臨停工、修復(fù)和設(shè)備更換等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至需要重新鉆井，導(dǎo)致大量時(shí)間的浪費(fèi)。井噴防控技術(shù)優(yōu)化后，一旦事故發(fā)生，就能迅速控制井噴，避免作業(yè)停滯。由于預(yù)警系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)的高效配合，整個(gè)應(yīng)急處理流程大大縮短，作業(yè)中斷時(shí)間減少，效率得到顯著提升。經(jīng)濟(jì)效益層面，井噴控制技術(shù)的優(yōu)化對(duì)于油田的經(jīng)濟(jì)效益有直接的影響。通過減少井噴帶來的損失，包括設(shè)備損壞、修復(fù)費(fèi)用和停工時(shí)間等，能夠有效降低生產(chǎn)成本。在深水鉆井作業(yè)中，井噴控制技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著減少環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，降低因環(huán)境問題而帶來的罰款和賠償責(zé)任。

5 結(jié)論

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，防噴器、自動(dòng)化預(yù)警系統(tǒng)和壓力調(diào)節(jié)技術(shù)等創(chuàng)新應(yīng)用已顯著提高井噴控制能力，降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。盡管如此，復(fù)雜海洋環(huán)境和鉆井作業(yè)的特殊性仍對(duì)技術(shù)提出更高要求。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的融合，井噴防控體系將更加智能化和高效化，為海洋石油鉆井作業(yè)的安全和可持續(xù)發(fā)展提供更有力的保障。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-12-13

作者簡(jiǎn)介：王堯（1983—），男，四川宜賓人，工程師。研究方向：海洋石油鉆完井。