氣體鉆井井控安全分析與控制研究

李曉　宋榮榮　侯婷

摘 要：由于氣體的密度相對較小，因此在實際進行氣體鉆井過程中在井底形成的氣柱壓力要比常規(guī)鉆井形成的液柱壓力低的多，當(dāng)氣體鉆井關(guān)于油氣流體的時候，地層中的部分高壓油氣就會快速到達井口，如果不能采取妥當(dāng)?shù)陌踩胧蜁?dǎo)致惡性的安全事故發(fā)生。本文主要對氣體鉆井井控安全進行了分析。

關(guān)鍵詞：氣體鉆井;井控;危害;安全

氣體鉆井主要是在鉆井過程中在進行循環(huán)以及完成攜砂的時候?qū)⒊Ｒ?guī)鉆井中的液體更換為氣體，由于氣體的密度相對較低，因此使得井底的壓持效應(yīng)降低了很多，從而使得氣體鉆井的破巖效率得到了極大的提升，同時也能有效解決暫停過程中出現(xiàn)的地層漏失現(xiàn)象，價格降低了鉆井施工成本。此外，在油氣勘探過程中利用氣體鉆井技術(shù)能夠有效提升發(fā)現(xiàn)油氣中的概率，同時也能有效的對油氣層形成保護

1 氣體鉆井主要風(fēng)險

1.1 空氣鉆井井下燃爆

在空氣中具體實施過程中井下燃爆是主要的安全問題，根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，引發(fā)空氣鉆井井下燃爆的主要原因有：①鉆井過程中地層出氣，從而使得氧氣含量達到甲烷等物質(zhì)爆炸極限，當(dāng)鉆具與井壁發(fā)生摩擦或者碰撞產(chǎn)生火花，就會導(dǎo)致爆炸發(fā)生;②當(dāng)鉆遇地層析出微量氣體并且環(huán)空通常性較差，就會導(dǎo)致井下一些可燃性氣體被封閉在密閉環(huán)境中，當(dāng)其達到爆炸極限并且壓力達到一定程度就會引發(fā)井下燃爆。當(dāng)鉆井過程中發(fā)生井下燃爆事故就可能會造成井壁坍塌、套管損壞等現(xiàn)象，從而使得井控工作更加復(fù)雜。

1.2 排砂管匯斷裂

通常情況下排砂管線出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象主要有以下兩種原因：首先，在霧化或者充氣鉆井過程中，如果返排的巖屑呈現(xiàn)出糊狀，就會使得巖屑在排砂通道的三通位置大量堆積，從而堵塞了排砂通道，造成巖屑反排不通暢，管內(nèi)的壓力會逐漸升高，最終導(dǎo)致管線斷裂;其次，在氮氣鉆井施工過程中，如果鉆遇地層中產(chǎn)氣量比較大，使得排砂管線排液能力不足，在巨大的氣體沖擊下導(dǎo)致管線爆裂[1]。

1.3 氣體鉆井井口失控

目前，在氣體鉆井領(lǐng)域氮氣鉆井技術(shù)在進行油氣層發(fā)現(xiàn)、以及保護過程中受到了非常廣泛的應(yīng)用，但是，氮氣鉆井技術(shù)在有效提升企業(yè)經(jīng)濟效益的同時也存在巨大的井控風(fēng)險。由于氮氣鉆井過程中氣體流速較快，密度較低，當(dāng)鉆井過程中氮氣與景象異常高壓氣流發(fā)生接觸就會使得高壓油氣快速到達井口，如果不能采取合理的安全措施或者地面安全設(shè)備以及井控設(shè)備安全性能較低，就會引發(fā)惡性鉆井事故。

2 氣體鉆井安全工藝分析及風(fēng)險控制措施

2.1 工藝安全工作思路

氣體鉆井安全工藝首先應(yīng)該針對整個工作流程以及各個關(guān)鍵節(jié)點進行深入的工藝危害分析。首先，要結(jié)合實際鉆井技術(shù)特點建立完善的鉆井施工作業(yè)流程;其次，要根據(jù)實際鉆井施工，對鉆井過程中對HSE有較大影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行識別，然后對故障以及故障影響進行全面分析，找出對鉆井施工可能存在危害的因素，并有針對性的采取相應(yīng)安全防范措施。

2.2 氣體鉆井工藝安全分析

隨著現(xiàn)代鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，氣體鉆井工藝種類也逐漸增多。針對不同氣體鉆井施工過程中各個施工步驟可能存在的危害因素進行有效識別，并通過相關(guān)工作人員的專業(yè)知識、以及工作經(jīng)驗，并充分利用WHAT-IF法來假設(shè)可能發(fā)生的安全問題，并深入分析引發(fā)安全問題的內(nèi)在原因，以此來采取相應(yīng)的安全措施。

2.3 氣體鉆井風(fēng)險控制措施

2.3.1 預(yù)防空氣鉆井井下燃爆措施

①監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，及時轉(zhuǎn)換充分利用在線監(jiān)測系統(tǒng)、技術(shù)對井下返排氣體氧濃度、二氧化碳濃度、氣體溫度、具體壓力的進行隨鉆監(jiān)測。等鉆井過程中一旦出現(xiàn)全烴顯示，必須要結(jié)合全烴的具體含量來適當(dāng)調(diào)節(jié)注氣量，或者停止注氣，與此同時，還要盡量避免鉆具出現(xiàn)大幅度的運動，避免在鉆井過程中與巖屑產(chǎn)生沖擊，如果全烴顯示持續(xù)出現(xiàn)，那么就可以將注入氣氮氣或者鉆井液;②保持環(huán)空暢通。當(dāng)?shù)貙又谐霈F(xiàn)微量氣體析出，而環(huán)空的通暢性較差，就可以采用氮氣而常規(guī)鉆井液進行變壓處理，這樣就能最大程度避免憋壓造成燃爆現(xiàn)象發(fā)生，此外，在具體實施氮氣鉆井的過程中必須要充分保證注入氮氣的純度。

2.3.2 預(yù)防氣體鉆井井口失控措施

①在氣體鉆井施工過程中，要充分結(jié)合井眼尺寸、鉆井深度來選擇合理的旋轉(zhuǎn)控制頭等級，這樣才能有效提升井口控制能力;②針對鉆井現(xiàn)場的排砂管線用嚴格的使用244.5mm套管，管線的連接要采取法蘭連接形式，這樣就能有效將排砂管線的承壓能力提升到7MPa;③要進一步規(guī)范氣體鉆井的井口控制流程，根據(jù)鉆井現(xiàn)場情況可以在是鉆石設(shè)置應(yīng)急開關(guān)，與此同時還要配備遠程應(yīng)急開關(guān)裝置，這樣就能在油氣顯示出現(xiàn)的第一時間及時實現(xiàn)關(guān)井或者放噴，從而對井口起到了有效的控制作用。

3 結(jié)束語

綜上所述，氣體鉆井技術(shù)雖然能夠有效提升鉆井效率，對油氣層也能起到很好的保護作用，但是氣體鉆井技術(shù)在實際應(yīng)用過程中還存在一些問題。因此，必須要加強氣體鉆井作業(yè)的規(guī)范性，有效實施風(fēng)險防控措施。這樣才能保證氣體鉆井作業(yè)安全運行。

參考文獻：

[1]鄒異林.安全管理體系在SCJQ致密性氣田鉆井項目中應(yīng)用的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2016.

[2]趙業(yè)榮，丁世宣，袁孟嘉，劉碩瓊，蒲建中，雷桐，王崇軍.陜242井天然氣鉆井實踐[J].石油鉆采工藝，2001（02）：13-15+83.