淺談探井鉆井過程安全監督

王海軍，張亞虎，周赟璽

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 長慶石油工程監督公司（陜西 定邊718699）

1 XX探井基本情況

該井處于西緣沖斷帶石溝驛向斜區，屬于逆沖推覆斷層下盤構造的高點部位區，上、下盤中生界地層大段重復，初期設計為三開井，由于井下異常復雜，變更設計為四開井。

作為一口超深井，施工周期長、工序多，本文將從安全監督的視角對該井施工工藝流程中的風險及其控制措施進行分析和說明，同時總結該井復雜處理方面的成功經驗，以期能對深井施工的安全監督有所幫助。

2 地層的復雜性帶來的安全風險

2.1 天然裂縫發育，造成井漏頻發

根據電成像解釋，延長組地層各向異性較強，高角度縫發育程度高，張開度和長度變化較大，破裂面不平整，易造成裂縫性井漏；劉家溝組呈現地層網狀裂縫發育，在橫向上呈區域性分布，造成地層承壓能力低，井漏頻發。

2.2 地層存在明顯的水平方向應力差，造成井塌

根據工程測井解釋，從各向異性方位、井眼垮塌方位及鉆井誘導縫的方向可以判斷，XXXX～XXXX m 井段內地層存在著明顯的水平方向應力差，其中最大主應力方向平均為XX°～XXX°方向，新鉆井眼受地應力瞬時釋放影響極易垮塌。

2.3 逆斷層發育、地層傾角大，地應力復雜

從構造圖分析看，本井逆斷層發育，處于西緣沖斷帶斷層下盤構造的高點位置；從測井解釋分析看，斷層面上盤地層傾角XX°～XX°，斷層面地層傾角雜亂，傾向不穩定傾向X 偏X，XX°。地層傾角大、地應力復雜，打開新地層后地應力瞬時釋放，造成縮徑、鉆進扭矩大、長段劃眼，卡鉆頻繁[1]。

2.4 同一井深縮徑、垮塌并存

測量段內多為井眼單向垮塌，形成橢圓井眼，長軸、短軸差異大，反映出水平方向地應力差異大，縮徑于坍塌風險共存。

2.5 施工工藝難點分析

2.5.1 塌、漏并存，提高鉆井液密度難度大

使用密度1.28 g/cm3鉆達XXXX m，提密度過程受地層應力變化影響出現井漏，當提到1.44 g/cm3，不但未緩解井塌問題，反而出現裂縫性漏失，井下愈加復雜，且無法準確判斷地坍塌壓力。

2.5.2 油基泥漿降低了摩阻、扭矩，但無法解決應力

剝落坍塌

延長組（XXXX～XXXX m）水基泥漿空轉扭矩20 kN·m。延長組（XXXX～XXXX m）油基泥漿空轉扭矩9～10 kN·m。從沙子返出情況看同為延長組，但返出掉塊差異較大。

3 風險分析及安全監督要點

3.1 使用震擊器風險分析

地面震擊器，尤其是下擊器處理卡鉆復雜事故是現場常用的一種工具，該工具結構簡單，操作方便，并且使用效果良好。但由于該工具通過瞬間釋放的沖擊力來達到解卡的目的，動能釋放引發的巨大震動會對地面設備如絞車鋼絲繩、井架附件等造成直接危害。

1）清楚震擊器的使用局限性。地面震擊器對于卡點超過5 000 m以上時要慎重使用。一是其震擊力不足以傳遞到卡點位置；二是其產生的動能被上部鉆具和井壁吸收釋放。

2）地面震擊器不可長時間工作。該井使用的是液壓式震擊器，長時間工作可導致油溫過高，而油溫過高的后果會造成其產生的震擊力要遠大于設定值，極易造成意外事件[2]。

3）一般情況下震擊器連續使用30 min 后停止使用以降低油溫。因震擊器抗拉、抗扭性差，使用時不可大噸位上提，嚴禁帶扭矩使用。

4）多次震擊后必須停下檢查大繩、死活繩頭、井架附件及天車等關鍵要害部位，從使用效果和安全角度看，深井使用地面震擊器弊遠大于利。

3.2 使用柴油及鹽酸風險分析及監督要點

3.2.1 泡油風險分析

柴油可蓄積靜電，尤其在沙漠地區地表干燥，油罐車的接地導鏈走靜電效果差，在卸油過程中，罐車與儲油罐之間存在電位差。配漿時泵輸柴油到泥漿罐，所用橡膠管線，流速過快，沒有進入液面以下，柴油經泵壓后成散射狀更易產生靜電。

3.2.2 監督要點

1）井場區域內禁止使用明火（具體區域為井架右側30 m，左側至泥漿池外邊緣20 m，后井場過柴油罐20 m）。

2）柴油罐車卸油前需等待至少10 min，連接等電位裝置，若使用車載泵卸油時應控制流速不得大于6 m/s，不得從罐頂進油，如條件限制，可適當延長進罐管線長度。

3）所有油罐、泥漿罐接地每天澆水，定期檢測接地情況，確保接地電阻合格。

4）防爆區域內電器設備防爆性能完好，檢維修必須切斷電源使用防爆型工具，進場車輛配戴防火罩。

5）強化日常消防演練，保證消防設施、器材處于完好狀態，緊急情況隨取隨用，有效應對在火災初期控制險情。

3.2.3 使用鹽酸風險分析及監督要點

1）施工過程中防止泄露造成人身傷害或環境污染，因此要做好密閉存儲和個人防護。

2）排酸時一定要精確計算不同排量下的上返速度。排量選擇不當，會導致酸液噴出，酸液遇空氣會形成大面積酸霧，嚴重危害人員呼吸系統及皮膚、眼睛等部位。①當計算返出距井口1 000 m 時排量降至原排量一半；②當計算返出距井口500 m時繼續降排量；③當計算返出距井口50～100 m 時停泵。

3.3 倒扣的安全風險及監督要點

3.3.1 倒扣作業風險分析

一般處理復雜到中后期會使用倒扣方式，倒扣的主要風險是在懸重釋放。由于井深鉆具長，其井下受力情況復雜，反扭矩無法準確傳遞，很難實現精準倒扣。上部鉆具倒開后，釋放懸重后鉆具上竄，嚴重時造成水龍頭頂開大鉤，脫出并砸至地面的惡性事件。

3.3.2 監督要點

1）在深井倒扣作業前，如果使用方鉆桿+水龍頭時，必須綁牢大鉤口，清理鉆臺及場地人員。

2）倒扣前對上部鉆具緊扣，設定扭矩上限。一般使用轉盤倒扣設定上限不超過19 000 N/m，頂驅38 000 N/m，轉數不應過小，一般保持45～60 r/min，倒扣必須一次性倒開中途不可停頓。

3.4 爆炸松扣及爆炸切割監督要點

1）了解其爆炸物主要成分。目前對于爆炸松扣其爆炸物主要為鎂粉，爆炸切割彈多為TNT炸藥。

2）清楚其引爆方式。該井進行的多次爆炸松扣的引爆方式為電壓電擊產生電弧引爆。

3）施工前上部鉆具緊扣。引爆前對鉆具施加反扭的圈數，127鉆桿每1 000 m為2.7圈[3]。

4）磁定位、起爆器及電測纜線在現場測試期間嚴禁將爆炸物放在附件的金屬物件上[4]。

3.5 設備及鉆具使用過程中的風險及監督要點

3.5.1 深井大繩使用安全風險及監督要點

1）風險分析。該井由于長期處于處理復雜過程中，因此大繩使用安全風險較大，安全隱患頻發，尤其是劃眼及倒劃眼時間極長，經常出現一個點劃眼時長達12 h 之多，大繩在一個點反復受力，加劇了大繩疲勞、磨損。

2）監督要點。在深井鉆探過程中，大繩檢查是重中之重，一旦出現問題，千萬不可心存僥幸繼續使用。遇到長時間劃眼或大噸位活動時，要求現場使用短鉆桿以改變其受力點。

3.5.2 循環系統安全風險及監督要點

1）風險分析。作業現場循環系統配備3臺青州寶石F-1600 鉆井泵，地面管線及立管水龍帶均為35 MPa，理論上滿足施工需求。但該井井情特殊性，采用大排量高泵壓技術措施，造成高壓隱患頻發，對鉆井泵密封件，缸蓋墊子、空氣包氣囊損壞頻繁，高壓法蘭、耐磨盤易刺漏，增大作業風險性和工作量。

2）監督要點。①對于經檢測發現的設備隱患,一定盡快督促整改；②泥漿泵在工作期間控制檢查時間快進快出，若必須檢修，須提前準備，適當降低泵沖快速搶修；③分析、總結鉆井泵使用油基泥漿后容易出現刺漏的危險點；④檢修鉆井泵必須使用銅制工具等。

4 深井監督處置的成功經驗

4.1 地層預防性井漏措施

1）隨鉆堵漏措施。精細化調整與維護鉆井液“封堵性、流變性”，為減少處理堵漏的復雜時間，增強鉆井液的防漏、堵漏能力，應選用粒徑小的堵漏材料，排除堵塞井下工具水眼的可能性。凝膠微球封堵劑和高強度纖維堵漏劑能夠有效解決裂縫性漏失問題，保證了鉆井施工的順利進行，有效地降低了劉家溝組、石千峰組裂縫性漏失的風險。

2）局部裂縫型堵漏措施。針對局部地層存在裂縫，進行靜止堵漏。選擇專用的鉆井液堵漏材料，并以粗堵為主。堵漏施工中，可采用靜止堵漏方法。起鉆前用重漿+堵漏劑打入裸眼內，既有效提高地層承壓能力，亦可使各種粒徑堵漏劑充分填充地層縫隙。

3）參數控制防漏措施。遇易破碎性巖層，控時鉆進，坐崗發現有漏失跡象適當降低排量，穩定略微降低密度，黏度控制在60～70 s 以內，持續加密測量。

4.2 打水泥固井補壁措施

該井自嘗試采用纖維+水泥固井補壁【5】，保證起下鉆正常，掉塊減少，提高劃眼時效，有效解決已鉆地層坍塌及漏失。

4.3“4+5”預防鉆具失效及卡鉆的處理

深井鉆進應嚴格落實預防鉆具失效措施，杜絕斷鉆具事故，預防鉆具失效至少要做到以下4 個要點：

1）所有接頭使用鋼性更強的鍛造接頭并定期更換。

2）堅持每趟鉆對鉆鋌、加重鉆桿探傷。

3）每趟鉆對狗腿度大的井段的鉆具全部更換。

4）每趟鉆對鉆鋌接加重鉆桿、加重接普通鉆桿、不同外徑相接處鉆具等這些應力較為集中的鉆具進行替換。

卡鉆處理原則：分析類型，明確步驟，快速處理，按照難易程度可采取“五步法”進行處理。

第一步：“循環、小幅活動處理”。發生卡鉆4 h內，應以大排量循環、小范圍上下活動處理為主，不宜在卡鉆初期直接啟動震擊器進行解卡。

第二步：“循環、震擊處理”。發生卡鉆4～6 h期間，保持大排量循環，并啟動震擊器進行解卡。上提鉆具卡鉆，應主要采用向下活動鉆具并啟動震擊器向下震擊；下放鉆具卡鉆，應主要采用向上活動鉆具并啟動震擊器向上震擊活動。

第三步：“循環、大幅活動處理”。發生卡鉆6 h以上仍未解卡，保持大排量循環，并及時采用允許最大載荷、大幅活動鉆具的方式解卡。對于掉塊卡鉆，應采用大噸位上提解卡的方式解卡；對于沉砂卡鉆，應采用大噸位反向活動的方式進行解卡。

第四步：“注解卡劑處理”。上述操作步驟不能解卡時，可考慮采用注解卡劑（包括泡酸）的方式進行解卡。

第五步：“倒扣處理”。及時快速組織爆炸松扣或切割工具，松扣或切割位置應靠近卡點。如果工具組織時間較長，應積極進行倒扣、打撈，避免井下情況持續惡化。

5 結論

XX 探井作為一口超深井復雜井，井下事故的監督預防和監督處理，以及預防處理階段由井下復雜演變成地面安全生產事故產生連鎖反應，給各類井型的安全監督保障都有很強的借鑒意義。在QHSE監督模式上，從鉆井工藝風險分析為切入點，以預防井下井塌、卡鉆、漏失為落腳點。尤其監督要以關注井身質量、入井材料、泥漿性能等工程參數為抓手，有效預防井下復雜，確保施工順利進行。通過技術層面的分析及井下復雜的處理，為安全監督工作提供新的思路和新的視野，將工藝安全和生產安全統籌兼顧，相互融合、同步落實，抓住“事前預防、事中控制、事后管理”的科學規律。這就要求我們監督人員要掌握工程施工方案、工程技術措施、施工工藝流程、設備承載能力、鉆井工具使用操作規程、人員能力評估、作業環境等方面知識和信息。給施工單位提出有針對性的意見和建議，對于識別出風險較大的環節，守住紅線意識——無有效的風險控制措施，不作業；有控制措施不落實，不作業的原則。切勿盲目、冒險作業。不讓風險變事故，監督控制關鍵環節降低風險，不讓風險變成復雜，采取有效的措施減少復雜發生頻率就能從源頭控制，從而達到大幅度提升施工安全。