深井鉆井事故分析與認(rèn)識(shí)

張紹輝，秦禮曹，王勝啟，汪光太，鄭曉峰

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 （北京 100083）

近年來，中國(guó)石油加大了對(duì)深部地層勘探開發(fā)的力度。復(fù)雜深井鉆井是實(shí)現(xiàn)深層油氣資源勘探開發(fā)戰(zhàn)略過程中必須實(shí)施的工程，也是一個(gè)國(guó)家鉆井技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志[1-2]。

隨著勘探開發(fā)的不斷深入，深井鉆井?dāng)?shù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，平均井深越來越深。深井鉆井的實(shí)踐表明，深井鉆井面臨的難點(diǎn)包括：深部地層地質(zhì)條件復(fù)雜、深井環(huán)境施工難、工程特性參數(shù)認(rèn)識(shí)難、事故復(fù)雜處理難、深井鉆井管理難、配套鉆井技術(shù)發(fā)展不完善等[3]。隨著鉆井井深和施工難度的增加，鉆井事故也越來越多。由于深井井下環(huán)境嚴(yán)酷，處理事故手段受到諸多限制，許多事故處理措施經(jīng)常失效，同時(shí)在事故處理過程中，極易引發(fā)新的事故，使井下情況更加復(fù)雜，事故的判斷與處理更加困難。鉆井事故的發(fā)生和處理嚴(yán)重降低了鉆井時(shí)效，影響了井身質(zhì)量，并使鉆井成本明顯增加。如何提高深井鉆井事故的預(yù)防和處理水平是當(dāng)前鉆井面臨的主要難題之一[4]，為此筆者開展了深井鉆井事故的分析與研究工作。

1 深井鉆井事故統(tǒng)計(jì)與原因分析

1.1 事故統(tǒng)計(jì)

2013年中國(guó)石油發(fā)生事故處理5天以上的井總共為48口井54井次，事故主要集中在塔里木油田和西南油氣田，這2個(gè)油田是地質(zhì)情況較為復(fù)雜的2個(gè)油田，塔里木油田也是也是深井鉆井?dāng)?shù)量最多的油田。

圖1為2012年和2013年深井鉆井事故類型分布圖，主要包括卡鉆事故、鉆具事故、固井事故等。其中，2013年卡鉆事故33井次，以垮塌、掉塊、縮徑卡鉆為主，因此，加強(qiáng)井壁穩(wěn)定研究攻關(guān)是防卡工作重點(diǎn)；鉆具事故比2012年大幅上升，表明現(xiàn)場(chǎng)鉆具管理需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖2為2013年深井鉆井事故井段分布圖，54井次事故中，深井和超深井井段占39井次，事故井次和損失時(shí)間主要集中在深井和超深井井段。因此，加強(qiáng)深井和超深井段地質(zhì)特性研究與認(rèn)識(shí)、提高深井和超深井段鉆井技術(shù)水平是減少事故的重要手段。

1.2 事故原因分析

造成鉆井井下復(fù)雜與事故有諸多因素，通過對(duì)54井次事故的發(fā)生原因進(jìn)行分析和分類，將事故原因歸納為4類：地質(zhì)因素、工程因素、管理因素和人為因素[5]。

1．2．1 地質(zhì)因素

鉆井過程中，鉆遇不同地層會(huì)遇到諸多困難因素，比如地層構(gòu)造的各向異性、壓力系統(tǒng)的復(fù)雜性、地層巖性的多變性等，這些因素容易導(dǎo)致井下復(fù)雜和事故。

LP1井卡鉆的原因是下溝組地層掉塊，H13-12井卡鉆原因是井眼縮徑，圖3為地層掉塊照片。因此，地層巖性多變性，包括井壁剝落、掉塊，地層蠕變、井眼縮徑等，能夠引發(fā)鉆井事故。DB206井是在鉆井過程中鉆遇高壓鹽水層，引起溢流，造成卡鉆，KS501井鉆井過程中井漏失返，造成卡鉆。因此，地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜性，包括井涌、溢流、井漏等，同樣能夠引發(fā)鉆井事故。

圖3 地層掉塊照片

1．2．2 工程因素

造成井下事故的工程因素包括施工設(shè)計(jì)、工藝措施制定、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)操作等。良好的工程因素可以減少?gòu)?fù)雜或在遇到復(fù)雜時(shí)減少事故發(fā)生。

DF1井為一口風(fēng)險(xiǎn)探井，在工程設(shè)計(jì)中井眼為S型，由于多次起下鉆造成鉆具疲勞損傷和套管磨損，造成鉆具斷裂和套管破損事故。在事故處理過程中，S型井眼也帶來了極大的困難，引發(fā)新的鉆井事故，最終造成該井工程報(bào)廢。ND2井在固井過程中，由于低密度水泥漿稠化時(shí)間未滿足施工時(shí)間造成固井插旗桿事故，損失時(shí)間189天。因此，施工設(shè)計(jì)中井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、水泥漿稠化時(shí)間不合理等工程因素為鉆井施工發(fā)生埋下了事故隱患。

1．2．3 管理因素

造成井下事故的管理因素包括鉆具管理、材料管理、安全管理等。MX21井和W075-H1由于未嚴(yán)格按照規(guī)定使用和更換鉆具造成鉆具疲勞，引發(fā)斷鉆具事故，圖4是鉆具斷裂照片。TH1井由于套管質(zhì)量問題，二開完鉆固井后套管破裂，圖5是磨銑出的套管碎片。因此，鉆具、材料等的管理問題同樣能夠引發(fā)鉆井事故。

圖4 鉆具斷裂照片

圖5 套管磨銑碎片

1．2．4 人為因素

井隊(duì)施工作業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)低，不能滿足崗位要求，為鉆井事故發(fā)生埋下隱患。YB17-10井卡鉆后，司鉆違規(guī)操作拉脫鉆具造成鉆具脫落。HD4-71-2井是由于司鉆操作失誤引起的掉鉆頭事故。作業(yè)者決策失誤、技能不嫻熟或存在技術(shù)盲區(qū)，就會(huì)給鉆井施工造成很大的風(fēng)險(xiǎn)甚至造成嚴(yán)重的事故。

2 鉆井事故預(yù)防和處理措施

2.1 事故預(yù)防措施

鉆井施工要堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，施工過程中要采取主動(dòng)措施，盡可能地將事故和復(fù)雜問題消除在萌芽中。針對(duì)事故的發(fā)生原因，提出了事故預(yù)防措施。

2．1．1 開展深井地層特征研究

開展深井地層特征研究是鉆井成功的基礎(chǔ)，包括開展深部地層巖性、井壁穩(wěn)定性、地層壓力系統(tǒng)等研究，做好鉆井施工針對(duì)性預(yù)案，使鉆井施工各個(gè)環(huán)節(jié)都建立在可靠的基礎(chǔ)之上。

2．1．2 加強(qiáng)工程技術(shù)審核

加強(qiáng)工程技術(shù)審核是鉆井成功的保障，包括鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)工藝措施等的審核，盡量降低后期鉆井施工存在的風(fēng)險(xiǎn)。

2．1．3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理是鉆井成功的重要措施，包括嚴(yán)格檢驗(yàn)入井鉆具和材料，嚴(yán)禁使用不符合要求的鉆具和材料，定期進(jìn)行鉆具探傷和倒換；鉆井施工過程中要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工。

2．1．4 加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)

加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)是鉆井成功的關(guān)鍵，需要適時(shí)地對(duì)員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，定期開展鉆井隊(duì)伍之間的技術(shù)交流，提升員工整體技術(shù)水平，以保證鉆井的生產(chǎn)安全和各項(xiàng)技術(shù)措施的正確實(shí)施。

2.2 事故處理措施

鉆井施工過程中，井下情況復(fù)雜多樣，事故不可避免。事故處理的基本原則包括安全、快速、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)等。事故的處理方式包括打撈、回填側(cè)鉆、磨銑、事故完井、報(bào)廢等，其中，打撈和回填側(cè)鉆是最為常見的事故解除方式。

在2013年事故井中，37井次事故通過打撈或回填側(cè)鉆方式解除。其中，通過打撈方式解除事故9井次，平均處理事故時(shí)間19.8d；通過側(cè)鉆方式解除事故28井次，平均處理事故時(shí)間53d，其中側(cè)鉆前打撈時(shí)間17.4d，側(cè)鉆時(shí)間35.6d。打撈解除事故平均損失時(shí)間明顯低于回填側(cè)鉆解除事故平均損失時(shí)間。

通過對(duì)比分析，認(rèn)為施工區(qū)域地質(zhì)情況是影響打撈時(shí)間及打撈成功率的主要因素。如果事故井段地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、井眼質(zhì)量好，優(yōu)先選用打撈方式。如果事故井段地質(zhì)條件復(fù)雜，井眼質(zhì)量差，預(yù)計(jì)打撈成本過高或長(zhǎng)時(shí)間打撈無效，則主動(dòng)放棄打撈，轉(zhuǎn)入側(cè)鉆。影響回填側(cè)鉆損失時(shí)間的主要因素包括：前期打撈時(shí)間、報(bào)廢進(jìn)尺量、事故井段地質(zhì)條件、隊(duì)伍技術(shù)水平、側(cè)鉆過程中事故復(fù)雜情況等。

3 結(jié)論與建議

1）鉆井事故主要發(fā)生在深井和超深井井段，事故類型包括卡鉆事故、鉆具事故、固井事故等。

2）鉆井事故發(fā)生原因分為地質(zhì)因素、工程因素、管理因素和人為因素4個(gè)方面。

3）針對(duì)事故發(fā)生原因，建議開展深部地層特征研究、加強(qiáng)工程技術(shù)審核、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理以及加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)，提高事故的預(yù)防和處理水平。

4）事故井段地質(zhì)情況穩(wěn)定、井眼質(zhì)量好，優(yōu)先選用打撈方式。事故井段地質(zhì)條件復(fù)雜，井眼質(zhì)量差，打撈無進(jìn)展，要果斷放棄打撈，轉(zhuǎn)為側(cè)鉆方式。

5）為了及時(shí)全面了解深井鉆井事故情況，建議建立深井鉆井事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉆井事故數(shù)據(jù)管理的信息化和科學(xué)化。

[1]汪海閣,鄭新權(quán).中石油深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)[J].石油鉆采工藝,2005,27(2)：4-8.

[2]曾義金,劉建立.深井超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].石油鉆探技術(shù),2005,33(5)：1-5.

[3]于文平.我國(guó)深井鉆井技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)及對(duì)策[J].中外能源,2010,15(9)：52-55.

[4]徐進(jìn),胡大梁.川西深井井下復(fù)雜情況及故障預(yù)防與處理[J].石油鉆探技術(shù),2010,38(4)：22-25.

[5]魏新勇.深井鉆井事故處理及案例分析[M].北京：石油工業(yè)出版社,2009.