基于風險的油氣鉆井作業變更管理研究

楊杰

中石化安全工程研究院有限公司(山東 青島 266104）

鉆井作業作為油氣勘探開發的一種重要手段，其嚴重性、多變性、隱蔽性等特殊性決定了鉆井作業存在著各種潛在的安全風險，也決定了鉆井作業過程隱藏著各種復雜和不確定性因素[1-3]。在鉆井作業過程中，受限于地質條件、技術裝備水平、人才隊伍以及管理方式等諸多因素[4-5]，鉆井作業面臨著難題和挑戰，生產工藝、設備設施和管理等超出原設計范圍的改變可能帶來不可預估的風險[6]，很多潛在的或不受控的變更風險可能會引發重大事故。因此，全面識別和評估鉆井作業變更風險和后果，從業務流程設計和管理上管控變更過程中的風險，防范因變更導致安全事故是變更管理的目標[7]。

1 鉆井作業風險識別

鉆井作業風險識別是對鉆井過程中可能造成人身傷害、財產損失、環境損害和社會聲譽影響的事故事件進行識別，識別的范圍包括鉆井過程作業活動和涉及的設備設施等全業務、全流程中存在的風險。

鉆井作業風險識別，一般可采用蝴蝶結（Bow-Tie）分析法，它是一種類似于蝴蝶結的圖案來表征事故（頂事件）與事故原因、事故路徑、事故后果及預防措施之間的關聯關系（圖1），它將事故樹分析方法和事件樹分析方法融合為一體，全面分析某一事件的發生原因和事故后果的事故建模方法[8]。這種分析方法通過事故將事故原因（事故樹）和事故后果（即事件樹）有機串聯起來。從圖1中可以看出，安全屏障（控制屏障、恢復屏障）是蝴蝶結模型的關鍵要素，左側的控制屏障是采取措施降低事故發生的可能性，右側的恢復屏障是事故一旦發生后，采取措施減少事故造成后果的嚴重性。

圖1 鉆井作業危害因素分析（蝴蝶結模型）

為避免發生井噴失控、卡鉆等鉆井事故，要從提高鉆井液性能、平衡井眼液柱壓力、配備合格防噴裝置、司鉆規范操作等方面采取措施（即控制屏障）。一旦發生鉆井事故，為將各種損失降低到最低限度，要采取提高鉆井液性能、司鉆按作業規程操作、加密坐崗觀察等一系列應對各種緊急突發事件的措施（即恢復屏障）來減緩事故造成的后果。萬一井場發生火災、爆炸和井噴失控等嚴重的井場事故，需要立即啟動消防抑爆系統，控制火情擴大及后續更嚴重的爆炸事故。如果依然無法有效控制井場火情，必須第一時間啟動井口防噴裝置，必要時緊急切斷井下管柱，人員緊急疏散和逃生，防止事故的進一步失控。

通過以上分析，建立鉆井作業事故的蝴蝶結模型，發生井場事故后，恢復屏障啟動的越多，事故造成的后果就越嚴重。

2 鉆井作業變更類型

根據油氣鉆井作業的業務實際和行業特點，變更類型主要分為生產工藝變更、設備設施變更和管理變更。其中，生產工藝變更主要包括鉆井新工藝新技術的應用、工藝卡片指標超設計值或操作范圍、泥漿藥品等化工原材料新產品試用、鉆井液體系的大幅度調整、鉆井工程施工設計的變更等，歸口管理部門一般在工程技術管理部門。設備設施變更主要包括鉆井設備設施的改造升級、在原設備系統新增設備設施或功能、固定設備設施安裝位置發生變化、替代等設備設施物理條件的改變，歸口管理部門一般在裝備管理部門。管理變更主要包括勞動工作制、關鍵崗位人員、業務外包等組織方式的改變，歸口管理部門一般在人力資源部門。

實施一次變更可能涉及到多種變更類型。2021年3月，某鉆井公司某定向井按照甲方提出的該井下步方案論證會會議紀要要求，決定對該井的靶點參數進行優化調整（相對原設計加深10 m，坐標不變），三開旋轉導向施工井段縮短為418 m，并編寫該井鉆井工程施工變更設計，這屬于生產工藝變更。另外，由于鉆井設計的變更需要增加專業技術力量，為確保生產的連續性，該鉆井公司決定臨時抽調2名專業技術管理人員現場駐井，同時關鍵崗位人員司鉆的勞動工作制由原來的三班兩倒改為四班三倒，這涉及到管理變更。

3 鉆井作業變更管理流程

變更按一般、較大和重大變更分級管理，即便是一般變更也有可能導致嚴重的后果，因此，變更實施過程應嚴格執行變更管理流程。

3.1 變更申請

變更申請時，變更申請單位（屬地單位）應首先辨識申請事項是否屬于變更，核實變更原因、工作范圍、工作目標等變更內容，明確變更類別和變更等級，提出變更申請。變更申請單位要充分識別和關注采用的鉆井新工藝、新技術、新材料，如調整鉆井液配方體系、首次先導應用的連續油管側鉆技術、臨時更換進口套管等。

變更申請時，切忌變更的隨意性，在遵循盡可能減少變更的前提下，做到應變盡變。變更等級的判定要考慮關鍵安全因素、危險程度、重要性3個方面。本文以生產工藝變更為例，分析變更等級的確定過程（表1、表2）。

表1 生產工藝變更等級評估表

表2 生產工藝變更等級判定表

3.2 變更風險評估

變更申請單位應成立變更風險評估小組，組織相關人員對變更的影響因素開展審查與風險評估，評估內容包括可能存在的安全風險和管控措施，并確定風險是否可接受。結合施工區域的復雜工況，鉆井作業的主要風險評估方法包括作業安全分析（JSA）、安全檢查表法（SCL）、蝴蝶結分析、層次分析法（AHP）、貝葉斯網絡等[9-10]。

研究表明，現有的風險評估方法較多關注技術、裝備等物的不安全狀態導致的風險，很少涉及到人員違章操作等人的不安全行為的因素。風險評估環節容易出現風險評估工具使用不當、人員技能不足、風險等級判定有誤等問題，以及采取的風險控制措施不完整，未能從工程技術、管理措施、個人防護和應急處置4個方面來考慮。

3.3 變更審批

不同的變更等級由不同層級的相關負責人審批，一般變更由基層鉆井隊負責人審批后實施，較大變更由企業主管部門負責人審批后實施，重大變更由企業相關負責人審批后實施。要按照誰主管誰負責、誰審批誰負責的原則，業務分管、屬地管理，對各自負責領域的變更負責。變更審批負責人應綜合考慮變更風險識別評估的全面性，核實變更風險等級的準確性，并對風險控制措施的有效性現場校核，經審查通過后方可批準變更實施。

3.4 變更實施

變更實施前，變更申請單位應對涉及的相關人員進行技術交底或培訓，交底或培訓內容包括施工技術方案、風險描述和控制措施、應急處置方案等，主要目的是告知風險，知曉在變更作業，了解鉆井變更風險并落實變更風險控制措施才能實施變更作業。變更申請單位應嚴格按照變更審批確定的變更內容和工作范圍執行，并加強變更實施過程中的風險管控。

變更投入使用前，變更批準單位應當組織投用前的條件確認，主要確認包括：變更涉及的管理、操作和維護人員的培訓情況，對相關單位變更告知情況，對變更涉及的管理制度、操作規程、工藝參數等技術文件和相關信息系統修改情況。

3.5 變更關閉

當變更實施完成后，變更審批人應依據變更的內容對變更的效果進行評估。評估內容包括是否按計劃實施，變更效果是否達到目標，是否存在遺留問題并提出改進措施。重點從必要性角度對變更事項的效果進行說明，在降本增效、節能降耗、優化產能等提高經濟效益的變更需明確具體指標或同類型變更舉證。

4 鉆井設計變更實例

某油田區塊探井在定向鉆進至井深3 758.76 m時發生壓差黏附卡鉆事故，經過4次泡解卡液處理未獲成功。在處理卡鉆過程中，鉆具發生斷裂、嚴重彎曲變形；上部地層垮塌，造成鉆具被卡、環空堵塞，無法建立循環，導致下步套銑、倒扣無法施工。因此，該井需實施鉆井設計變更（側鉆）調整靶點參數重新鉆進。

4.1 側鉆申請

現場作業井隊經過討論研究明確變更等級，提出側鉆申請，認為該井已無繼續下步處理的必要，決定放棄魚頂以下井段，擬在魚頂2 400 m至井深2 205 m井段注水泥塞封堵，從井深2 108 m處側鉆至原設計A靶點井深，下入Φ177.8 mm技術套管水泥固井后，換用Φ152.4 mm鉆頭繼續鉆進至B靶點完鉆。

4.2 側鉆風險評估

變更申請批準人負責對側鉆申請變更的風險進行識別和評估，計算調整鉆井井眼軌跡設計和分析側鉆變更井深結構變化[11]，考慮風險失控的可能性和造成后果的嚴重性，確定風險等級，采用安全檢查表法（SCL）對鉆井施工變更的風險進行評估（表3）。

表3 某井鉆井設計變更風險評估

4.3 側鉆審批

根據收集的鉆井隊意見、工程部批復、相關變更材料、原井設計及鉆井風險識別控制情況等信息，由企業工程技術管理部門負責人核實變更等級判定的準確性，確定是否批準側鉆變更申請，批準后方可實施。若鉆井設計變更后未達到預期目的或因地層條件原因與設計有較大偏差需要重新變更時，必須及時根據地質設計修改鉆井工程設計并審批。

4.4 側鉆實施

側鉆審批批準后進入鉆井設計變更實施過程，調整鉆井井眼軌跡設計，通過鉆井設計輸入形成設計輸出，按變更后的鉆井設計方案實施作業（圖2）。施工時，通過循環水泥漿在井深2 205~2 400 m處加注水泥塞封堵，放棄原設計A靶點，在井深2 108 m處重新側鉆開天窗，按鉆井設計變更后的井眼軌跡和靶點參數重新施工，鉆進至B靶點完鉆。

圖2 某井位調整鉆井井眼軌跡（側鉆）設計變更示意圖

4.5 側鉆驗證

鉆井隊根據鉆井現場施工、項目組、回訪人員的建議和鉆井設計資料收集，重點分析井深結構、地質條件的變化對施工工藝、防碰設計、鉆井液性能、鉆機負荷等方面的影響，尤其是做好井下復雜工況條件下的安全鉆進和鉆井施工周期的平衡。

鉆井隊應對變更過的內容及時了解變更投用后的實施情況及存在的風險，及時培訓相關管理、操作人員并告知相關單位，開展變更效果后評估，形成側鉆變更設計總結和回顧，并形成書面記錄，以便在以后的鉆井設計變更中加以借鑒。

5 結論與展望

1）蝴蝶結分析法是油氣鉆井作業的一種風險分析方法，可將事故發生的前因和后果有機串聯起來。準確識別鉆井作業變更風險、明確變更類型、評估變更等級是減少和控制由于變更而引起的潛在事故的前提，也能反映出管理變更過程的能力。

2）通過探討變更管理流程的規范性，統一規定動作，選用適用的變更風險評估工具，并結合鉆井設計變更實例，重點闡述分析變更管理在實際操作中的應用，研究鉆井設計變更在變更管理流程下的應用效果，可有效控制變更帶來的風險。

3）考慮開發一套生產變更管理信息系統（MOC）,建立健全變更事項數據庫、變更等級評估表和變更風險庫，進一步規范變更管理流程和重要工作節點，實現變更管理在線上的剛性執行，保證變更數據的一致性、完整性和可追溯性，進而實現、優質、安全鉆進，有效避免鉆井作業安全事故的發生。