“三高井”井噴突發(fā)事件救援實施方案探討

＊唐一元 趙巖

（1.中國石油川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司 四川 401120 2.北京華油信通科技有限公司 北京 100020）

1.引言

井噴是指地層中的油、氣（硫化氫和甲烷等）、水無法控制地涌入井筒、噴出井口的現象，在該類事故中，尤其“三高井”井噴事故的綜合影響最為嚴重，而四川盆地是我國富含硫化氫天然氣最豐富地區(qū)，尤其是川東地區(qū)一直以“三高井”地層構造復雜多變，“井噴事故頻率高”等客觀現實聞名。該地區(qū)盆地地質構造特殊，從而增加了其油氣井鉆采過程中各類潛在風險，油氣井井噴是油氣開采過程中后果最嚴重的事故，特別是當高含硫化氫的天然氣無控制地噴入大氣，更會導致毀滅性的人員、動植物傷害和環(huán)境污染，由此可見，完整、有效的井控保護層配合快速、高效應急處置措施才能最大限度地降低井噴事故的危害程度。從歷次井噴事故、造成的影響后果來看，需要加強該地區(qū)安全生產措施的深入研究，筆者從井噴類突發(fā)事件搶險救援角度出發(fā)，探究“三高井”井噴事件的應對策略，旨在為科學有效并安全做好該類事件的應對措施進行技術儲備。

2.“三高井”井噴突發(fā)事件救援實施方案具體措施

(1)勘察現場，擬定搶險方案

發(fā)生井噴并對井口失去控制后，第一時間做好現場各類風險管控，以井口為中心按照安全距離設置數道警戒線，搶險救援人員需要穿戴嚴密的耐火材質防護服，佩戴含有過濾裝置的呼吸面罩，由專人負責現場警戒及有毒有害氣體監(jiān)測，利用手持式氣體檢測裝置從多個方向對空氣中有毒有害氣體濃度進行檢測，建立報告機制及預警機制，一旦有H2S等有毒氣體超過安全范圍，立即發(fā)出警報并采取相應防護措施，做好應急搶險過程中防火、防爆、防中毒工作，確保施工人員、覆蓋范圍內居民的安全，杜絕次生災害的發(fā)生?，F場根據井口損毀情況及現場作業(yè)難度，制定總體搶險救援初步方案，主要包括事故類型和危害程度分析、應急組織體系及組織機構及職責、預防與預警機制、應急物資與裝備保障、搶險處置措施等多個方面內容，方案內容可根據現場實際救援情況靈活調整。

(2)水炮冷卻掩護及井口周邊障礙清理

①水炮冷卻掩護。根據井場情況、明火火勢、風力風向等因素進行消防掩護和抗高溫掩體水炮布局，在安裝第一臺水炮掩體時用水槍或消防雪炮掩護，安裝完第一臺水炮掩體后，采用水炮掩護安裝余下的水炮掩體，水炮掩體數量一般為5-8臺（根據現場情況靈活調整），考慮到風力、風向的變化性，現場需要消防雪炮、鼓風機及排煙機等配合應用，水炮的有效射程需要保障人員在安全的熱輻射范圍內，因此水炮的射程60m以上。從上風向、側風向多個方向部署3臺水炮冷卻井口，2～3臺水炮掩護搶險人員作業(yè)，余下水炮用于冷卻設備或機動待命，水幕的冷卻掩護需要貫穿整個救援過程，全程為人員、設備提供降溫冷卻防護及稀釋空氣中H2S含量，搶險操作人員應隨時注意火勢、風向等變化，在監(jiān)測人員配合下針對現場變化情況隨時改變射流朝向，從而有效地冷卻井口和設備，保護作業(yè)人員安全。

②井口周邊障礙清理。由于“三高井”井噴事件特殊性，為避免二次爆燃危險，在切割過程中井口需要帶火作業(yè)，施工過程利用工程機械設備及各類清障工具設備將倒塌的井架、液氣分離器、節(jié)流管匯及轉盤等設備從井口周圍逐一搶出，并用抗高溫遙控推土機等設備清理出到井口的救援搶險通道，整平至井口的地面通道，為各類機械設備切割舊井口、換裝新井口裝置創(chuàng)造有利條件，清障過程中一定要保護好井口裝置，避免二次對井口裝置的損毀。

(3)切割損毀井口及套裝引火筒

①切割井口。常用切割方式有機械切割，水力噴砂切割兩種，帶火切割井口作業(yè)采用水力噴砂方式進行，切割部位根據井口刺漏損毀情況通常為舊井口套管或四通法蘭部位。前期準備階段，按照比例將一定目數的石英砂或壓裂沙與水在混沙車內混合配置切割液，作業(yè)過程開始，一般選擇在上風口施工作業(yè)，啟動壓裂車為切割液提供壓力，切割液通過壓裂管匯泵入到切割裝置，在水炮的掩護下對燒毀的舊井口進行切除，切割部位需要綜合考慮后續(xù)新井口設備再次安裝的要求。通常選擇井口裝置下四通的頸部或升高短節(jié)處，過程中調整壓力及流量，實現橫向切割或縱向切割，直至切割完成。

②套裝引火套筒。引火套筒的作用是利用冷熱空氣對流現象形成上下端的氣壓差，使火焰在筒頂部燃燒，從而達到提高井口火焰的目地，引火套筒聚攏了火焰，阻止頂部火焰向四周側噴，因此制作引火筒的時候，需要考慮罩裝操作時的簡便性、耐用性以及重用性，通過數次同類事故現場搶險救援應用過程來看，較為常用的引火套筒結構為底部口徑大，筒體口徑一致的“喇叭狀”，并且底部與筒體為焊接的形式固定。這種結構的引火套筒生產工藝簡單，可預先制作也可根據現場情況臨時焊接。將引火套筒固定在動力桅桿前端作業(yè)部，利用高溫推土機推動動力桅桿向井口接近并開始加裝操作，施工作業(yè)過程中，須要對進場所有裝備進行水流噴射冷卻掩護，由于現場水幕及火焰形成的熱屏障的影響，高溫推土機操作人員無法準確觀察施工過程，因此需要2～3名指揮人員從井口兩側觀察并指揮動力桅桿的行進方向，確保在不對井口二次破壞的情況下，安全有效進行罩接。施工結束后，引火套筒與井口合成一體，水炮從頂部，中部以及下部三處同時進行噴淋冷卻保護，為搶險人員抵近井口進行拆裝作業(yè)做好掩護。根據實際情況，人員抵近或用工具遠程拆卸套管頭與四通的連接螺栓。至此已完全為換裝新井口做好準備。

(4)換裝新井口

切割及拆卸井口工序完成后，即可開展換裝新井口，抬高引火套筒，使舊井口上端法蘭暴漏出來，使用一體化井口重置裝置安裝油氣井井噴失控搶險井口裝置，關閉裝置的上、下全封閘板防噴器及應急搶險防噴器，使該井處于受控狀態(tài)，連接放噴管線及防噴器液壓管線，引導井口內壓力向放噴去進行防噴，從而使井轉變?yōu)槭芸氐臓顟B(tài)，根據后續(xù)對該井修復要求，確定是否新井口上方需要持續(xù)罩接引火筒并保持水炮噴淋降溫。

(5)壓井(關井)

壓井是為了控制住井口內氣體或液體在修復井過程中不再溢出，使目標井處于受控狀態(tài)，從而實現安全井控作業(yè)，應遵守“壓而不噴、壓而不漏、壓而不死”三項原則；同時必須采取以下四項保護措施：一是選用優(yōu)質壓井液（如無固相壓井液、KCl防膨壓井液）；二是對低產、低壓井可以采取不壓井作業(yè)，嚴格控制擠壓井作業(yè)（特殊情況除外）；三是地面盛液池、盛液罐干凈無雜物，對作業(yè)壓裂車，攪拌車及管線要進行清洗；四是加快施工速度，縮短作業(yè)周期，完工后及時投產。

壓井液需要根據事發(fā)地的地質特征、井口及地層的壓力大小等多方綜合因素進行配置，其中包括與地層巖性相配，與地層流體相容，并保持井筒穩(wěn)定。常用壓井液有三種，即：水基型壓井液，例如修井泥漿、無固相鹽水壓井液、聚合物固相鹽水壓井液；油基型壓井液，如純油、乳狀液等；氣、液混合型泡沫壓井液。泡沫壓井液由液體（通常為水）、表面活性劑和氣體（空氣或氮氣）組成，用于低壓油層，但其操作復雜性和成本受泡沫體系的條件約束。高壓油氣井井噴搶險過程中，修井泥漿是常用的壓井液之一，在注水泥塞、堵層、試油、測試、找竄、封竄、大修等工藝過程中，修井泥漿從黏稠度、密度、泥漿切力、含水量、含沙量、穩(wěn)定性及耐溫性等多個方面滿足實際工藝要求。壓井過程中時刻關注井口壓力的變化，防止“井漏”的現象發(fā)生，同時觀察測液面的變化情況。

3.結束語

全文從“三高井”井噴救援全過程搶險出發(fā)，綜合分析了各個過程的作業(yè)技術：水炮、雪炮形成水幕的冷卻掩護，一定程度上降低了井口溫度，同時配合鼓風機及雪炮人為控制現場風向，從而稀釋并控制空氣中有毒有害氣體的濃度及擴散方向，最大程度保障搶險救援人員、設備的安全，帶火情況下井口周邊清障及損毀井口切割打通了搶險救援通道，也為后續(xù)換裝新井口及壓井奠定了基礎。運用井口重置設備的換裝新井口，避免了人員施工風險，根據事發(fā)地地層壓力配置相關濃度的壓井液，在多臺壓裂車配合保證壓井動力，執(zhí)行壓井操作，使事發(fā)井口重新處于受控狀態(tài)。

高壓、高產、高含硫的“三高井”井噴搶險救援過程，一方面全程帶火作業(yè)是各項搶險工藝實施前提條件，若是現場井口無明火狀態(tài)敞噴，則根據現場井控工作難度進行點燃操作，避免施工過程中出現閃爆現象。另一方面水炮的掩護是全程中必不可少的工藝。水流的冷卻掩護可在一定程度上降低井口火焰所產生的熱輻射，使人員可以抵近現場判斷井口損毀情況，同時，水炮形成的水幕也可以稀釋空氣中各類有毒有害氣體，為搶險救援工作順利開展掃清障礙。

綜合全程來看，為了保障搶險救援各項工作有序進行，需要提前制定詳細的井噴險情專項應急預案，從人員分工、物資調配、裝備進場等多個方面詳細部署各項工作內容，這樣在險情應對過程中才能做到科學有序應對，最大程度減少井噴所帶來的人員傷亡、財產損失及環(huán)境污染等各類直接、間接損失。