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《油气井工程设计与应用》DesignandApplicationofOilandGasWellEngineering主讲：刘瑞文第十章油气井压力控制井喷的特性突然性危险性（H2S、井喷失火）资源浪费；设备损失；人员伤亡；环境污染；油气井报废；处理事故的损失（等）。井喷的危害据不完全统计，我国从上世纪五十年代至今，共发生井喷事故300多次，井喷失火90余口，损失钻机70多台。2003年“12.23”重庆开县罗家16H井的井喷失控事故，死亡人数达243人之多，石油钻井以来之罕见。罗家2井罗家16HTZ823井墨西哥湾A13井西60-8井5条放喷管线放喷并点火，火焰高20~30m。下图为清溪1井事故处理现场。清溪1井四川天东5井井喷时间：天东5井于1990年1月16日15:30和1990年2月26日22:45先后发生两次强烈井喷，两名职工以身殉职，最后该井暂闭，损失巨大。层位：飞仙关;井深：3570.72m概况：1月15日17:02钻至井深3570.72m，井漏，漏速11m3/h，16日3:30下到底循环漏21m3，14:00起钻完灌满泥浆发现出口管呈线流，15:15下钻至第11根钻铤时泥浆涌出钻铤水眼，因扣型不符、抢接回压凡尔和方钻杆未成功，喷势增大，15:25开1#闸门关环形后井内钻具缓慢上走，15:30在继续开1#、10#闸门时一声巨响，井内重150kN的钻具飞出，1#、3#放喷管线出口附近爆炸，1#闸门外的900弯管两端从法兰电焊处蹩脱，15:40关全闭防喷器，开4#闸门放喷，至24:00四条管线放喷，15:52喷纯气，H2S味浓。井喷当时，正在罐上配堵漏泥浆的实习员易胜华和在机房作紧急停车的司机柳德发向后场奔跑过程中遇难，冲出的钻铤断成9截，落下最远处距井口91.4m，放喷管线炸裂成6截，最远的飞向井场右侧距井口91.3m。第二次井喷简况:2月22日钻水泥塞至井深3093m，25日至井深3569.30m，漏速48m3/h，在井深3412m注桥浆堵漏，共堵漏两次。16:25～24:00观察，套压升到5.3MPa，26日到22:44关井，抢配泥浆，套压最高升至18.2MPa，开1#管线间断泄压，保持套压12.7～13.2MPa，22:45井口发出巨响，瞬间强烈井喷，井场立即停电，井口失控喷高至天车，2967.84m钻具落井，人员紧急撤离现场。次日晨发现从方钻杆下的Φ127mm钻杆从母接头台肩下0.03m处折断落井，水龙头提环与游车脱钩和方钻杆一起倒在井口大门右前场，鹅颈管油壬对焊处折断，水龙带一端甩在司钻操作台前，纯气柱高15m，固定方钻杆的8股19mm钢绳绷断6根。27日7:40～7:50增开2、3、4#管线放喷，套压0，井口气柱高度降至6～7m，8:05全封防喷器，控制住了井口。时间损失93d，直接经济损失1000万元以上。四川天东5井2010年4月20日晚，越洋钻探公司（Transocean）的“深水地平线”（DeepwaterHorizon）钻井平台固井时导致大量油气从Macondo井内溢出，引起钻井平台的火灾和爆炸，11人丧生，17人受伤。油井中溢出的油气导致的火灾一直持续了36小时，直到钻井平台沉没。火灾事故后，油气继续从油层通过井眼及防喷器（BOP）溢出（5000桶原油/天），事故处理历时87天，导致了震惊世界的海洋深水钻井溢油事件。BP公司的海洋钻井平台井喷事故国内钻井井喷失控统计分析油田井喷次数钻机损失井喷失火油田井喷次数钻机损失井喷失火大港1655胜利332四川1423滇黔桂211塔里木612河南300新疆804吉林201青海634冀东201长庆311江汉101大庆620新疆503中原543玉门111华北912辽河601井喷发生的原因附近注水井影响8%井漏造成16%其他10%起钻抽吸14%气侵入造成21%设计密度偏低16%浅气层11%未装防喷器26%井喷强烈无法关井或关井无效23%防喷系统安装不规范，关井后刺漏14%关井时闸板芯子刺坏17%防喷器压力级别不够7%人为操作失误13%•井口未安装防喷器或安装的防喷器压力级别不够，约占33%；•井喷剧烈不能关井，约占23%；•井控系统安装不符合要求，未按规定试压导致关井后阀门或管线刺漏，约占14%；•井喷剧烈关井时闸板芯子刺坏约占17%；•因井漏而引发的井喷，约占16%；•其它情况（如操作或判断失误等），约占13%；井喷失控的主要原因：气侵方式(1)破碎岩石孔隙内的气体直接进入井内；（少量）(2)因含气浓度的不同气体向井内的扩散；（地层含气量较大时，扩散明显)(3)钻井液与地层内气体的置换作用；(裂缝或渗透性好时，置换明显）(4)起钻抽吸气；(5)当井内液柱压力小于地层压力时大量气体涌入井内。上述过程会造成井内液柱压力的不断降低，从而使更多的气体侵入井内，形成恶性循环，最终导致井喷！浅气层风险评估(1)浅气层危害井喷风险高；从发现到井喷时间间隔短；危害大，易引起强烈井喷和着火事故。(2)浅气层井喷原因分析缺乏对浅气层的认识；反应时间断，来不及关井；处理措施不当。(3)浅气层井喷预防加强对浅气层分布区域的研究；钻井过程中加强对浅气层的检测工作；合理的井身结构和钻井液密度设计。(4)钻遇浅气层后的处理措施钻遇浅气层后，应加大钻井液密度，把侵入井内的气体压回地层。必要时可从压井管汇泵入重浆。钻过浅气层后下套管固井，把浅气层封住，防止对下部的钻进造成安全隐患！事故发生时间：2003.12.23事故发生地点：重庆市开县高桥镇小阳村1组井号：罗家１６Ｈ井设计垂深3410m，斜深4289m，水平段长700m，目的层位：飞仙关组井喷案例—罗家16H井（高压H2S）该井喷在国内乃至世界气井井喷史上也是罕见的：243人因硫化氢中毒死亡2142人因硫化氢中毒住院治疗65000人被紧急疏散安置直接经济损失达6432．31万元。12月23日~2：29用密度1.43g/cm3钻井液钻至斜深4049.68m~3：30循环泥浆~12：00起钻至井深1948m~16：20修顶驱滑轨~21：51继续起钻至井深209.31m~21：54录井队采集工报告司钻发现溢流1.1m3~21：55司钻发警报，下放钻具无效，钻具水眼和环空钻井液喷高5~10m钻具上顶2m左右，发生井喷；~21：59关球型、半封防喷器，钻杆内液气喷高达二层台~22：08抢接顶驱失败，顶驱着火~22：10关防喷器全封，大量钻井液和气体喷出，顶驱火自灭，井喷失控；事故发生经过井喷案例—罗家16H井井喷系责任事故•马富才辞去中国石油天然气集团公司总经理职务的请求；另外，中共中央已批准马富才引咎辞去中共中国石油天然气集团公司党组书记职务•重庆市第二中级人民法院今天上午对重庆开县“一二·二三”井喷事故案做出一审判决，六名被告重大责任事故罪罪名成立，分别被判处三至六年的有期徒刑，一人缓刑。井喷系责任事故四川石油管理局川东钻探公司钻井二公司钻井十二队原队长吴斌被判处有期徒刑六年；四川石油管理局钻采工艺研究院定向井服务中心原工程师王建东和四川石油管理局川东钻探公司钻井二公司十二队原技术员宋涛分别被判处有期徒刑五年；四川石油管理局川东石油钻探公司原副经理、总工程师、公司应急指挥中心主任吴华被判处有期徒刑四年；四川石油管理局川东钻探公司钻井十二队原副司钻向一明被判处有期徒刑三年；原录井工肖先素被判处有期徒刑三年，缓刑四年。经国务院批复，由监察部直接查办的中石油川东钻探公司“12·23”特大井喷事故等特大事故已经结案，165人受到党纪政纪处分。1、队伍基础管理差、安全意识淡薄罗家16H井喷事故所暴露出的问题在水平井进入气层400m（气测显示活跃）后，起钻前没有充分循环，即使在违规修理顶驱4小时20分钟后也没有及时循环泥浆；从起钻到井喷18小时21分钟静止未循环，泥浆液面无人值守，灌泥浆不及时；违反规定未安装回压凡尔，由于违章操作，导致了井喷事故的发生。井喷失控后，井队人员表现为无序的撤离，对硫化氢扩散对周围群众的危害性也没有引起足够重视，未采取积极的处理措施，从而导致事故恶化。4、相关井控设备不配套，导致一次井控压力大2、对各项标准、规范及管理制度执行不严格3、技术干部缺乏，现场人员素质低5.针对高含硫化氢气田的开发，相关标准、规范急待完善井喷案例—港西60-8井喷(浅气层）◆9月9日10:55，定向钻进至1032m（垂深1000m）起钻，已钻过第一个目的层。因在1005m和1025m分别见到两次气测异常，决定短起下钻测油气上窜速度。◆至11:50，边循环边活动钻具55分钟。循环使全烃含量回零值。◆至12:17，卸掉方钻杆，修理液压大钳。同时，上提下放活动钻具11次，用时23分钟。至13:00，起到第11柱时，钻具上提力增加。◆至13:05，起完第12柱，钻头位置790.72米，井口(环空)出现溢流。◆至13:26，接上方钻杆，先后3次间断开泵循环，共循环6分钟，观察井口反应。坐岗人员发现井口(环空)井涌，司钻发出关井信号。事故简况◆至13:27，司钻上提方钻杆，井口喷出泥浆将司钻击倒，刹把失控，方钻杆水龙头等砸向转盘。正在跑下梯子关封井器的技术员和副司钻听到碰撞声，返回钻台将司钻救起。◆由于喷势增大，人员撤离钻台。◆副司钻、工程技术员跑向远程控制台，途中(13:30左右)井口着火。远程控制台被火焰包围，未能关环防喷器，井喷失控。井喷案例—大港西60-8井喷(浅气层）西60-8井喷的直接原因分析：◆起钻前上下活动钻具，直接诱喷地层，致使地层气体侵入井筒；◆在起钻过程中，由于循环压耗丧失和钻柱上提产生的抽吸作用，致使侵入井筒的气体压力释放并迅速上窜；◆起出12柱钻杆后间断循环泥浆，使得已进入井筒的气体快速上移膨胀，形成溢流；◆由于没有果断关井，致使溢流发展为井喷；◆正在运转的主柴油机排气管或喷出的地层泥砂打击井架产生火花，引发喷出的气体着火；◆由于风向影响，远程控制台被火焰包围，失去了最后关井机会，致使井口敞喷失控、着火。井喷案例—大港西60-8井喷(浅气层）TZ823井－试油2005年12月24日试油压井施工，反挤、正挤清水和泥浆后油压、套压均为0MPa时，将采油树与采油四通连接处的螺丝卸掉。当采油树吊开后约2分钟井口开始有轻微外溢,立即抢接变扣接头及旋塞不成功。此时泥浆喷高已达2m左右。抢装采油树不成功，井口泥浆喷出钻台面以上。井队紧急启动《井喷失控应急预案》,全场立即停电、停车。并由甲方监督和平台经理组织指挥井场和营房区共71名作业人员安全撤离现场。TZ823井－试油原因分析：A地质原因。该井地层属于敏感性储层，经酸压后沟通了缝洞发育储层，喷、漏同层，造成压井泥浆密度窗口极其狭窄，井不易压稳。B工程原因。按照国内的试油工艺和装备，将测试井口转换成起下钻井口时，需要卸下采油树，换成防喷器组。因此，井口有一段时间处于无控状态，这是目前国内试油工艺存在的工艺缺陷（国外用堵塞器）。C未检查溢流：压井后，应至少观察一个拆、装井口周期以上，无异常后再至少循环一周以上，或者将管内外流体全部挤入地层后方能拆采油树。而井队发现套压时只挤至0就拆卸采油树，属严重技术错误，是造成井喷失控的主要原因。TZ823井－试油井控设备1.井口装置防喷器组合液压防喷器、四通、套管头、法兰短节等；2.液压防喷器控制系统司钻控制台、远程控制台、辅助遥控控制台3.井控管汇节流管汇、压井管汇、放喷管线、注水及灭火管线、反循环管线。4.内防喷工具方钻杆上、下旋塞、钻具止回阀等；5.井控仪器仪表—综合录井仪、液面监测仪、流量检测仪等；6.钻井液净化及灌注装置钻井液净化系统、除气装置、加重装置、自动灌注装置等；7.井喷失控处理机特殊作业设备旋转头、自封头、不压井起下装置、清理障碍物专用工具及灭火设备等。油气钻井井控设备的安全配套标准井口防喷器组合井控装置的作用◆正常钻进及起下钻和其它停钻过程中，可对溢流及井喷进行及时准确的监测和预报；◆发生溢流、井涌和井喷时，能快速有效的控制井口，节制井筒内流体(钻井液、油、气、水)的释放；必要时及时泵入性能合适的高密度钻