石油鉆井施工過程中的隱患和解決對策

祁春

摘 要：作為石油勘探與開發的基礎性工作，石油鉆井作業在施工過程中的每一階段都存在一定的隱患，這些隱患對鉆井施工人員的人身安全、機器設施和自然環境會造成不同程度的影響。該文通過對鉆井工程系統的介紹，闡述了施工過程中存在的隱患和解應對方法。

關鍵詞：石油鉆井 隱患 解決對策 人身安全

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0176-02

鉆井是開發石油與天然氣的重要環節，它利用鉆井設備將地層打出一個通道，從而開采出儲存在地下幾十米至幾千米的石油與天然氣。在整個作業工程中，施工人員是無法看到或預測井下發生的各種情況的，這這個時候，更多靠的是技術專家的豐富經驗，這使得整個鉆井作業變得不可控、不可預測。因此熟悉各種石油鉆井施工中可能會遇到的問題并掌握其應對措施是很有幫助的，也是很有必要的。

1 石油鉆井的基本原理及分類

1.1 石油鉆井的概念

石油鉆井是指經過勘探發現儲油區塊后，利用專用設備和技術，在預先選定的地表位置處，向下或一側鉆出一定直徑的圓柱孔眼，并鉆達地下油氣層的工作。它涉及到石油勘探、開發的各個方面：在檢查地質結構時，需要鉆地質井、基準井、構造井；在勘探原油階段，需要鉆預探井、詳探井；而在決定進行原油開采時，則需要鉆生產井、注水井、資料井。雖然各種鉆井的功能和用途各不相同，但是其鉆井的實際過程都是一致的。

1.2 石油鉆井的類型

石油鉆井的類型一般是按照鉆井的目的進行劃分的，不同鉆井的過程雖然一致，但所要達到的目標要求各異，因此其隱患也不盡相同。按照鉆井的目的，一般將其分為兩大類。

1.2.1 探井

為了勘探出地層結構及油氣的儲存情況，我們就需要鉆探井，探井包括基準井、預探井、詳探井和構造井等。基準井又叫地層探井，它主要是為了了解地層的具體結構、年代、厚度、石質，從而為石油勘探提供各種數據。預探井是指地層探井后，在經過專家分析認為有可能出油的地方上鉆井勘探是否藏有石油。詳探井則是在已經探明的含油區打井進一步探明油田面積和儲量，為油田開產、產能規劃提供計算依據。

1.2.2 開發井

在已經勘探確定地下油層的結構、儲量后就需要進行開發工作了，為了開發油田，及時了解地下油層的情況，我們就需要鉆開發井。它包括油氣井、注水井、觀察井等。油氣井是指為了開發油氣田而打的采油井，通過油氣井我們可以完成實際開采油田的工作；注水井是指人為地為目標油層注水或注氣來達到給地層補充能量、輔助油田開產而鉆的井；觀察井指的是為及時了解油田開采情況，研究變化應對措施而打的井，因此也叫資料井。

2 石油鉆井的隱患類型

鉆井和建筑不同，其整個施工過程是以整個地下巖層為目標，其不可控性強，依賴性強，各個方面都容易出現隱患。一般隱患容易出現在5個方面：人身安全、機械、井下、測井、固井。

2.1 人身安全

施工人員的人身安全是石油鉆井施工最直接的隱患。雖然國家對安全生產、質量控制越來越重視，但由于石油工程作業環境的惡劣以及工藝技術的復雜，一旦出現事故，人員逃生和救援的難度都很高。造成人身安全隱患的原因主要是以下3個方面。

2.1.1 協調不一致

崗位之間的串聯性與組織的協調性是施工安全的重要保障。工作不分大小，職位不分高低，一旦某項工作出現差錯就會影響整體鉆井施工的質量控制，其隱患風險也就難以有效的控制。

2.1.2 監督不力

石油工程的經濟效益不是與工程進度掛鉤的，而是與質量安全掛鉤的，如果忽視對鉆井工程質量的監督，就會出現嚴重的質量問題繼而產生不必要的安全隱患。

2.1.3 施工人員的操作不當

若鉆井過程中，施工人員若只依靠自身經驗，而忽視相關規定章程盲目施工是很容易出現安全問題的，既影響了工程施工的進度也威脅到了其他施工人員的人身安全。

2.2 機械故障隱患

在鉆井下施工必須要利用到一些專業設備，因此這些設備的安裝、使用與維護都與施工安全與質量有很大的關系。具體而言有以下幾個因素。

2.2.1 設備設計缺陷

這類現象不算很常見，由于鉆井技術的飛速發展，設備的設計改良也在穩步進行，一般鉆井設備的設計改良重視程度還是比較高的，但一旦設備設計存在缺陷，就必然會影響鉆井施工的安全性，甚至造成施工事故。

2.2.2 機械零部件磨損

這類現象很普遍，石油鉆井工程中需要的機械設備、特種設備是很多的，特別是這些機械大多是大型機械，因此設備的管理、維護、修繕就成了一個難題，在實際施工中，哪怕只是一個小零部件出了問題，都可能會影響機械設備的正常發揮，嚴重的甚至會造成安全事故。

2.2.3 人為損害

由于施工人員的專業知識和經驗都不一定很豐富，其專業能力也因此變得良莠不齊，一些不當的操作很有可能會造成機器設備的損傷或老化，長此以往影響設備的使用壽命，造成安全隱患。

2.3 井下隱患

石油鉆井的重頭戲就是井下作業，井下作業時間也是安全事故的頻發階段。而造成井下隱患的原因很復雜，主要有以下2種因素。

2.3.1 地質因素

不同地方的土質具有不同的特征，即使是相同的地方，在不同的地層土質也是有差異的，在一些特定的地質環境下就會存在安全隱患，諸如異常的地層壓力：孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力、蠕變應力；不穩定的巖性層位：蠕變的鹽巖層、膏巖層、瀝青層、富含水軟泥巖層、吸水膨脹泥巖層、煤層、特高滲透巖層等；特殊的地質構造：斷層、裂縫、溶洞等。

2.3.2 工程因素

工程因素包括對鉆井地質資料的掌握程度；井口、井壁等工程設計的科學性；鉆井技術的合理性以及施工人員、管理人員的專業知識和素質。在井下施工中，如果機械選用不當、電路檢驗不完善等也會造成井下施工安全隱患。

2.3.3 固井隱患

固井是石油鉆井的最后一個環節，其目的是在地層與井口之間建立聯系通道，同時將石油、水層、天然氣封隔開，為油田開采的持續性帶下基礎。其重要環節是下套管和注水泥，如果這兩個環節出現問題，就會造成嚴重的后果，出現安全隱患。

3 石油鉆井中一些典型的隱患事故

3.1 卡鉆

在鉆井過程中，凡是所下管柱及工具在井內不能上提、下放或轉動的現象叫做卡鉆，這種現象也是鉆井過程中常易出現的事故。按卡鉆產生原因的不同主要可以分為以下2種。

3.1.1 粘吸卡鉆

這是鉆井過程中最常見的卡鉆事故。井壁上因吸附、沉積而形成濾餅是造成粘吸卡鉆的主要原因，其次就是因為地層孔隙壓力與泥漿柱壓力形成的壓力差。大多數鉆井液中存在固相顆粒，當這些顆粒吸附在井壁上即形成了濾餅，這些濾餅又進一步吸附鉆形成卡鉆；當有壓力差時，鉆柱被壓向井壁的下側，使鉆柱縮小了與濾餅之間的距離，發生粘吸卡鉆。

3.1.2 坍塌卡鉆

地層坍塌的原因不是單一的，有地質的因素也有巖石本身的因素。由于地殼的不斷運動特征，在地層的不同部位會存在地層應力，如：擠壓應力、拉伸應力、剪切應力等，當這些應力大于巖石本身強度時，地層便會發生坍塌來轉移多余的能量。而鉆井工程的施工更是在巖石上又加入了一個鉆井液液柱的壓力，使得地層之間的結構無法平衡，從而發生局部的斷裂或坍塌。

除此之外還有砂橋卡鉆、縮徑卡鉆、鍵槽卡鉆、泥包卡鉆、干鉆卡鉆、落物卡鉆、水泥固結卡鉆等多種類型，這里就不一一鰲訴了。

3.2 井漏

井漏指的是在鉆井、測井、固井等的施工中，各種工作液因為壓力差的影響流進地層，這是一種危害極大的隱患和事故。井漏產生的條件主要有3種：（1）鉆井工作液中的固相顆粒尺寸小于井筒漏失通道開口尺寸。（2）鉆井液液柱壓力大于地底流體壓力。（3）鉆井地層中存在溶洞、裂縫、孔隙等結構。按形成的地質原因井漏主要可以分為3種。

3.2.1 裂隙井漏

這類井漏是由于地層應力對巖石的不斷作用，是鉆井中的地層巖石產生裂縫或孔隙，使得泥漿能通過這些裂縫。孔隙滲入地層通道中，造成井漏的發生。

3.2.2 洞穴井漏

這類井漏主要是由于地質成分的改變而發生。像蠕變的鹽巖層、膏巖層、瀝青層、富含水軟泥巖層、吸水膨脹泥巖層、煤層、特高滲透巖層等這些巖層都是不穩定的，容易被地下水侵蝕產生洞穴而出現井漏。

3.2.3 滲透井漏

一些特殊的巖層如砂巖層其巖石空隙大，滲透性好，泥漿容易滲透進巖層發生非正常性的消耗，從而造成井漏。

3.3 井噴、井噴失控

井噴和井噴失控是在鉆井過程中最惡劣的隱患事故。發生井噴的根本原因是在鉆開油氣層后，井底的流體因壓力小于地層流體壓力而被其推動造成外溢。若不及時采取措施處理這些溢流，將會發生井噴，進一步會造成井噴失控。發生井噴或失控的誘因有很多：起鉆時沒有及時灌滿鉆井液、井口未及時安裝防噴器、井控設備的安裝和試壓不符合要求、地質設計未提供準確的孔隙壓力資料、鉆井時遇到漏失層段未處理等等。

一旦井噴失控，又很容易造成油田著火而使井架等井場設施燒毀或發生硫化氫的泄露，釀成人員中毒后果。

4 對石油施工隱患的解決對策

4.1 人身安全方面

施工人員的人身安全是石油鉆井施工最直接的隱患對，這類隱患的解決對策有如下幾點。

（1）落實規范化管理和生產責任制。

石油施工有著范圍大、人員廣、施工復雜的特點，因此必須落實好標準化、規范化的管理。針對不同工種、作業環境都應該有相應的安全標準或行為規范與之對應，切實扭轉施工中習慣性的違章現象。具體對鉆井施工人員而言，還要明確生產責任歸屬，一旦出現問題能有具體的負責人采取補救措施并能追究其安全責任。

（2）人員專業知識、安全知識培訓。

針對石油鉆井中涉及到的歌領域的專業知識及安全知識，要定期組織施工人員進行學習培訓。經過培訓，要讓施工人員能夠基本處理在作業中可能出現的安全事故，規范其作業程序。及時將最新、最安全的作業技術傳遞給施工人員，以免出現操作失誤。

（3）設立檢查組織。

除了施工人員的自檢外，在石油鉆井施工的過程中應該設立一個專業、完善的監察組織。對施工過程中的各項作業、行為采用定期、突擊性的安全檢查，讓施工人員進一步認識到安全生產的重要性從而實現安全隱患的應對管理的全員化。

4.2 機械設備方面

機械安全對生產安全有著很大的影響，對這方面的解決的對策如以下幾點。

（1）加強設備管理。

機械設備是施工人員在井下生存的基礎也是整個油田開采工程順利進行的基礎，因此必須加強對其日常的保養和維護，確保設備的良好運行。無論設備是否經常運行，要定時、及時對所有設備進行潤滑、維護等保養工作，制定嚴格的管理和保養制度。

（2）培養良好操作習慣。

培養施工人員良好的操作習慣是預防事故、減少違章現象的重要手段。要教育員工一定要嚴格規范自己的行為操作，按操作要求操作機械設備，做到有章可循、有據可依，把減少和杜絕違章行為落到實處。

5 對典型事故隱患的解決對策

5.1 卡鉆

（1）粘吸卡鉆的預防。

使用中性鉆井液或陽離子體系鉆井液是有效預防粘吸卡鉆的方法。目前使用的鉆井液大部分都是陰離子體系的鉆井液，隨著其自身密度的提高，粘性也相應提高，發生粘吸卡鉆的可能就會越來越大。其次，應該減少鉆柱與井壁濾餅的接觸面積，這就可以采用增加鉆柱支撐點的方法來減少接觸面，也可以采用下壓鉆柱的方法，不過要注意只能在直井中運用。最后一個預防辦法就是在鉆柱上安裝小型震動器，在粘性卡鉆剛要發生的時候直接震擊解卡。

（2）坍塌卡鉆的預防。

由于這類卡鉆主要是因為地層結構的原因，因此首先應該設計合理的井身結構，利用表層套管封掉上部的松軟土層，防止其造成地層坍塌；其次盡量減少套管鞋下口袋長度，若長度過長，容易引起水泥環的脫落繼而發生地層坍塌；要有意識地減少壓力激動，特別是在上提鉆柱時嚴格控制起鉆速度，防止出現鉆頭泥泡或扶正器泥泡，若泥泡實在無法避免，就應該循環式起鉆，待起處小的井段后再正常起鉆；最后，在負壓鉆進時，要保持液柱壓力高于地層的坍塌壓力，在沒有用套管封隔的情況下，兩者壓力失衡是很危險的。

5.2 井漏

在鉆井施工中預防井漏的方法主要有以下幾點。

（1）提高鉆井液利用率。

特別是在疏松的地層結構上鉆井時，應該有效提高鉆井液的利用率，粘性高的鉆井液能有效對這些特殊地層結構進行潤滑保護，從而保障整個鉆井施工的順利進行。

（2）優化結構設計。

在井身和套管的結構設計中，要充分了解地層的孔隙壓力、破裂壓力、壓力梯度并將之體現到設計中來，防止這些鉆井地層在裸眼井段內發生噴漏現象，造成安全隱患。

（3）科學控制。

對泵壓、鉆柱下放速度、旋轉速度、排量等需進行科學、有效的控制，避免在一些易漏的地層因產生激動壓力而坍塌，造成井漏的發生。

5.3 井噴、井噴失控

只要連通性好的地層有流體存在，一旦其壓力與鉆井液柱壓力失衡就勢必導致井噴甚至失控，因此其預防應主要在工程和技術上尋求解決方法有以下幾點。

（1）工程措施。

首先應控制鉆機的速度，防止因鉆速過快而使油液溢入井筒；其次設計合理的井身結構，有效提高鉆井液液柱的壓力，防止出現溢流而引起井噴；最后選擇合適的井控裝置，發現溢流時要及時使用井控設備，有效控制井噴的發生。

（2）技術措施。

首先要考慮選用略高的鉆井液密度，使其所形成的液壓柱壓力始終高于地層孔隙壓力；其次及時排除井道下的氣體，防止氣壓影響鉆井液液柱的壓力；可以采取儲備一定量加重的鉆井液，時刻觀察鉆井液的體積、壓力隨時準備注入鉆井液；對一些油氣活躍的井段，下鉆時應分段循環鉆井液，以免發生膨脹造成井噴。

6 結語

總之，石油鉆井工程是一項施工復雜、隱患集中的工作，為了確保鉆井施工的安全性，施工人員必須充分了解有關的專業知識和各種隱患的應對處理，希望該文提出的解決對策對石油行業的安全化生產有所幫助，能促進我國石油產業發展。

參考文獻

[1] 葉正權.石油鉆井生產過程中的安全管理[J].中國新技術新產品，2014（16）：171.

[2] 王曉宇.石油鉆井施工中存在安全隱患及對策分析[J].中國化工貿易，2015（7）：49.

[3] 于曉英.石油鉆井施工中的安全隱患分析及對策[J].商，2013（1）：208.

[4] 周勇.油田井下作業安全防范及對策淺析[J].中國石油和化工標準與質量，2011，31（6）：227.

[5] 許波.石油鉆井施工中的安全隱患分析及對策分析[J].城市建設理論研究：電子版，2015（9）：3494-3495.