石油钻井过程的主要危险及控制措施

　　（一）钻井设备简介

　　1．概述

　　钻井设备（简称钻机）是指石油天然气钻井过程中所需各种机械设备的总称。钻机主要部件必须相互配合才能完成钻机起升、循环和旋转的3项主要工作。按按动力设备的不同通常可分为机械传动钻机、电动钻机和复合钻机三种。主要包括以下系统：

　　（1）提升系统：主要作用是用来起、下钻柱（或下套管），以实现钻头的钻进送钻等工作。

　　（2）旋转系统：主要作用是由动力机组驱动转盘，通过转盘方补心带动方钻杆（钻杆和钻铤）、方钻杆再带着钻头旋转进行钻井。

　　（3）循环系统：主要作用是钻井过程中，通过动力机组带动泥浆泵来循环钻井流体，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆和钻铤，将泥浆池的泥浆送到钻头处，以实现钻井流体将井底的钻屑带到地面。

　　（4）动力设备：主要作用是为驱动绞车、转盘、钻井泵等工作机工作提供动力。

　　（5）传动系统：主要作用是把发动机的能量传递或分配给各工作机。

　　（6）控制系统：为了指挥各系统协调地工作，在整套钻机中安装有各种控制设备。

　　（7）底座：包括钻台底座、机房底座和泥浆底座等。

　　（8）辅助设备：主要功能是为了正常钻井作业提供配套支撑。

　　钻机所必须具有的主要设备共7大部件：绞车、井架、天车、游车、水龙头、转盘、钻井泵。

　　2．钻机辅助设备及工具

　　（1） 发电机。目前，几乎所有电驱动钻机的发电机都用柴油机作动力。

　　（2） 空气压缩机及储气瓶组。几乎所有钻机的联动机上都配有小型空气压缩机和带储气设备的电动空气压缩机，以便给气控制装置、气离合器、气动马达、气动工具等提供气源和动力。

　　（3） 泥浆储存设备。完整的泥浆循环系统通常都有一套泥浆储存设备：如沉淀罐（或池）、吸入罐（或池）、储存罐（或池）。

　　（4） 钻井仪表。钻井仪表系统可单指一个指示表，也可以包括各种仪器。如钻井（多）参数仪、泥浆液面记录（报警）仪、大钳扭矩表、泥浆泵压力表和记录仪等。

　　（5） 刹车机构：机械刹车、辅助刹车、其他设施。

　　3．井控装置

　　井控装置指实施油气井压力控制所需的设备、管汇和专用工具仪表。井控装置是在钻井过程中，确保安全生产的重要装备。

　　（二）钻井工艺技术

　　1．喷射钻井技术

　　利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高压射流充分地清洗井底，使岩屑免于重复切削，并与机械作用（钻头破岩）联合破岩，从而提高钻速的钻井技术叫喷射钻井技术。从钻头喷嘴喷出的射流具有很高的喷射速度，井底能得到很大的冲击力和水功率，从而有效地净化清洁井底，同时借助于射流的冲击压力作用和漫流横推作用，使机械钻速大大提高。

　　2．防斜打直技术

　　井斜是指井眼轴线偏离了铅垂线。满眼钻具可以有效地预防井斜。井斜后需要纠斜，纠斜方法有两种，一种是钟摆法纠斜：是利用“钟摆”原理纠斜的一种方法，通过使用专用的防斜钻具组合及相应的技术措施来增大钟摆减斜力，以平衡和克服促使井斜的地层力。另一种方法利用动力钻具加弯接头或弯钻杆组合的钻具组合向原井斜的相反方面造斜，以达到纠斜的目的。

　　3．定向钻井技术

　　借助于某种造斜工具，在一定的工艺技术措施配合下，使井眼沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层的钻井方法叫定向钻井。定向井的造斜方法有井底动力钻具造斜，转盘钻造斜以及斜井钻机造斜。

　　4．取芯钻井技术

　　利用专门的取芯工具和一定技术措施，将地下的岩石取到地面上来的一种钻井工艺。取芯工具包括取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、止回阀、扶正器和悬挂轴承等辅助部件。

　　5.完井技术

　　完井方法一般分为套管完井和裸眼完井两大类，共有6种方式：套管射孔完井、尾管射孔完井、先期裸眼完井、后期裸眼完井、筛管完井、砾石充填完井。

　　6．钻井井控技术

　　在钻井作业中，一旦发生井喷，就会使井下情况复杂化，无法正常钻井，被迫进行压井作业，对油气层造成不同程度的损害。同时，井喷后极易导致失控，井喷失控后，将使油气资源受到严重破坏，还易酿成火灾，造成人员伤亡，设备毁坏，油气井报废，自然环境受到污染。所以，井喷失控是钻井工程中性质严重，损失巨大的灾难性事故。

　　（三）钻井施工作业风险管理

　　1．钻井作业 HSE危害和影响的确定

　　1） 钻井作业风险识别的特征

　　（1） 差异性；

　　（2） 严重性；

　　（3） 多样性；

　　（4） 时间性；

　　（5） 隐蔽性；

　　（6） 变化性。

　　2）钻井及相关作业的主要风险

　　（1） 共同作业风险：井喷及井喷失控可能造成地层碳氢化合物的溢出；火灾及爆炸：地层碳氢化合物的溢出，特别是轻质油、硫化氢等可燃（剧毒）气体溢出，汽油及柴油、润滑油、机油等泄漏造成火灾爆炸危险事故等；

　　（2） 相关作业风险：测井作业风险；录井作业风险；定向井作业风险；固井作业风险；试油作业风险；相关作业产生的废水、废渣、废气对环境的污染。

　　3）钻井作业中的主要特定危害和影响

　　钻井作业中主要的特定危害和影响见表3-1。

表3-1 钻井作业中主要的特定危害和影响

　　4）井喷失控的原因及危害和影响

　　井喷失控是钻井工程中性质最严重的灾难性事故，对健康、安全与环境的危害和影响是巨大的，造成井喷失控的直接原因主要有：

　　（1）起钻抽吸，造成诱喷；

　　（2）起钻不灌钻井液或没有及时灌满；

　　（3）未能准确地发现溢流；

　　（4）发现溢流后处理措施不当或井口不安装防喷器；

　　（5）井控设备的安装及试压不符合要求；

　　（6）井身结构设计不合理；

　　（7）对浅气层的危害缺乏足够的认识；

　　（8）地质设计未能提供准确的地层孔隙压力资料，使用了低密度钻井液，钻井液柱压力低于地层孔隙压力；

　　（9）空井时间过长，又无人观察井口；

　　（10）钻遇漏失层段未能及时处理或处理措施不当；

　　（11）相邻注水井不停或未减压；

　　（12）思想麻痹，违章操作。

　　井喷失控的危害和影响包括以下几个方面：

　　（1）打乱正常的工作秩序，影响全局生产；

　　（2）使钻井事故复杂化，处理难度增加；

　　（3）井喷失控极易引起火灾，危及井场人员及周围居民的生命安全；

　　（4）喷出的油、气、水及有害物质（如硫化氢）会造成严重的环境污染，危及人员的健康和安全；

　　（5）伤害油气层，破坏地下油气资源；

　　（6）井喷着火，造成机毁人亡和油气井报废，带来巨大的经济损失；

　　（7）涉及面广，在国际、国内造成不良的社会影响。

　　2．钻井作业HSE风险削减措施

　　1）措施内容

　　制定钻井活动中的风险管理措施，是达到风险控制目标、保证风险削减措施的落实以及顺利实施钻井活动的重要保证，主要包括以下内容：

　　（1）建立完善的钻井HSE风险防范保障体系和运行机制，保证有关风险削减措施的实施；

　　（2）组织落实风险防范和削减措施必备的人、财、设备等必备条件和手段，并制定有关保护设备、工具的配置和采购计划；

　　（3）识别钻井活动中各个阶段和不同工艺施工作业中可能产生的HSE风险，制定防止和削减措施；

　　（4）制定钻井作业中各种险情和危害发生的应急反应计划以减少影响；

　　（5）钻井安全生产管理措施应形成文件，以规定、制度和条例形式下发，指导钻井安全生产；

　　（6）制定危害影响和恢复措施；

　　（7）对提出的风险防范、削减和恢复措施也可能产生的危害进行再识别和评估，以确定这些措施在风险控制目标中的作用；

　　（8）监控措施。

　　 2）建立安全生产指南

　　主要制定以下安全生产指南：钻井作业安全规程、常规钻井安全技术规程、含硫油气田安全钻井法、钻井设备拆装安全规定、关井操作程序、井场动火管理、井场用电安全规程等。

　　3）钻井HSE管理监测

　　实施钻井风险削减措施，还必须对有关情况进行监测（包括检查、测试等），并建立和保存相应结果与记录。

　　（1）对钻井队现场的监测检查包括但不限于以下范围：HSE管理实施情况；各项安全规程、标准执行情况；各种设备、设施的安全技术性，运行及维护保养情况；自动报警装置及安全防护装置的配置、性能、运行及维护保养情况；应急措施落实情况，应急设备的配置、维护保养情况；员工HSE培训，应急演习情况；医疗设备、药品的配备及使用情况；井场、营地环保规定的执行情况、废物回收、污水处理、环境破坏后的恢复等；宿舍、餐厅、厨房、厕所、浴室的卫生情况。

　　（2）检查的对象与内容：

　　①对钻井队HSE管理的检查（包括但不限于）：HSE管理机构及职责；HSE管理体系运行；HSE管理的规章制度建立及执行；钻井作业HSE指导书、计划书、检查表；对员工的HSE宣传、教育和培训；危险部位的警示标志或警示牌；例行的HSE检查。

　　②对钻井队员工的检查（包括但不限于）：HSE管理知识；特殊岗位的持证情况；HSE方面的培训；紧急情况下控制处理险情的技能；紧急情况下个人防护能力；控制险情的设备、工具（如不同类型的灭火器）的使用；劳保用品的穿戴；是否会使用个人防护器材（如空气呼吸器等）；员工的健康状况等。

　　③对钻井及HSE设备、设施的检查（包括但不限于）：设备、设施安装是否符合有关技术、安全规定要求；设备、设施运行是否良好、完整性如何；设备、设施的安全防护装置是否齐全有效；消防设施、灭火器材等是否配备齐全有效。

　　④设备、设施具体的检查内容按有关规定进行，对有关的设备装置，如井控设备要进行测试。

　　⑤营地的检查：安全距离、电气线路、消防器材及周边环境等。

　　⑥医疗设施及药械的检查：卫生员资质、常规及急救药品、设施等。

　　另外，削减钻井作业HSE的风险还包括配备控制和消除危害的设备、仪器、工具、防护装置以及安全劳保用品等硬件的配置和保证钻井设备、设施的完整性及有效使用措施。

　　3．钻井作业HSE应急反应计划

　　1）钻井作业HSE应急分类根据钻井作业的工艺特点和作业环境特点，应急反应可分为5大类

　　（1）钻井作业中的突发事件；

　　（2）人身伤害事故；

　　（3）急性中毒；

　　（4）有害物质泄漏；

　　（5）自然灾害。

　　2）钻井作业HSE应急计划内容

　　（1）应急反应工作的组织和职责；

　　（2）参与应急工作的人员；

　　（3）环境调查报告；

　　（4）应急设备、物资、器材的准备；

　　（5）应急实施程序；

　　（6）现场培训及模拟演习计划；

　　（7）紧急情况报告程序、联络人员和联络方法；

　　（8）应急抢险防护设备、设施布置图；

　　（9）井场及营区逃生路线图；

　　（10）简易交通图等。

　　3）钻井作业过程中紧急情况下的应急程序清单（包括但不限于）

　　（1）火灾及爆炸应急程序；

　　（2）硫化氢防护应急程序；

　　（3）井涌、井喷应急程序；

　　（4）油料、燃料及其他有毒物质泄漏应急程序；

　　（5）放射性物质落井的处理应急程序；

　　（6）恶劣天气应急程序；

　　（7）现场医疗急救程序。