完善钻井井控应急管理的策略探讨

汪光太 吴 虹 高魁旭

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

油气钻井正日益面临着作业环境苛刻、平均勘探深度增加、复杂结构井增多局面，特别是高压、高含硫、高危井的增多，使钻井井控难度进一步增加；同时还要面对地层复杂、控制成本、增加综合效益的挑战，必须实施欠平衡钻井、控压钻井、近平衡钻井和有效保护油气层等综合技术手段，钻井井控技术要求也非常高[1]。

一旦发生井喷失控,会打乱正常的生产运行秩序，造成周围环境污染、生态破坏，甚至造成人员伤亡、油气井报废、油气资源严重破坏。如何预防钻井井喷，特别是预防井喷失控灾难性事故发生，是摆在各石油公司、油田和相关服务企业、钻井井队面前需要常抓不懈的工作。

钻井井喷具有突发性特点，但绝不像自然灾害一样具有偶然性特征，因而，钻井井喷和井喷失控是可防可控可避免的。实践经验表明，钻井井喷事故的预防和处理，也是一个非时序性有机结合的减灾、准备、响应和恢复的管理过程，完全符合传统应急管理四阶段特征，钻井井控实施应急管理完全有其可行性和必要性，具有深入探究的实践意义。

1 井控应急管理阶段划分

现代应急管理理念的产生以1979年美国联邦应急管理局（FEMA）成立为标志，特别是FEMA于1986年明确提出的传统应急管理所包含的减灾、准备、响应和恢复四阶段理论，更是在各国、各领域的应急管理实践中产生深远影响。但减灾、准备、响应和恢复四阶段并非物理意义上的突发事件有序时间生命周期，而按致灾过程进行事前、事中、事后三阶段划分更具实践意义[2]。

井喷和井喷失控按其发生、发展、演变过程可以用图1表示，相应井控应急管理可以分为井喷前、井喷中、停喷后3个有序管理阶段。如何使井控应急管理的3个有序阶段有机衔接，促使产生联动效应，取决于井控应急管理的架构特征。

2 实行全程井控应急管理的必要性

通常意义上的应急管理是出于防灾减灾的目的，应急管理的价值就在于应急预案。要实现应急预案的价值，就必须重视预案的预防事故的价值，事故的预防居于突发事件生命周期的事前阶段，所以完善的应急预案应涵盖突发事件生命周期的所有阶段，实现全程应急管理，同样钻井井控也具有实行全程应急管理的必要性。

井控应急管理重心应在预防，特别是要从源头上降低井控突发事件的风险，实现本质安全。井控应急管理在目前实行如图2所示的三级应急管理模式，要实现全程应急管理，就必须制定全程应急管理策略，集团级、企业级和基层级预案的启动条件要上下衔接、体现联动，不能出现预案断层或缺口，其中作为决策层的企业级起着非常重要的作用，要体现联动，关键在于企业级的井控应急预案重心要下移，要勇于承担主体安全管理责任，发生溢流就要进入启动准备状态，需要压井或发生井喷就要正式启动预案，部分或全部响应相应程序。

应急预案的生命力在于其可操作性，关键在于应急管理要与常态管理结合，实现井控应急管理全程化和预防管理常态化的无缝对接。

3 井控应急管理实践中的易见缺口

随着勘探钻井开发越来越深入、环保要求越来越高，水平井、分支井等特殊工艺和复杂结构井日益增多，高压、高含硫、高危的“三高井”比例逐渐增加，在钻井过程中，压井难度也明显增加[3]。

关井压井环节是井控突发事件的一个风险源。要防止井喷事故，第一环节就是要发现溢流险情，立即关好井，但关好井并不意味着安全，在生产实际中，压井2～3次，还不能有效控制溢流，这样的实例很多，更危险的是，不少井喷事故是在关井压井作业期间发生的。据不完全抽样调查统计，在关井压井作业期间因压不住井控制溢流而导致井喷的井占所有井喷失控井的比例曾一度达40%以上。压井作业是井控的关键环节，在某种意义上属于设计变更管理的范畴，不仅是调整钻井液密度的问题，有时还牵涉到优选压井方法的问题，根据井况、工况的不同，有时采用常规的司钻法压井、工程师法压井并非最佳，而需要采用其他诸如压回法、反循环法、置换法等方法。例如，DN22井在两次割芯起钻途中发生溢流，均成功采用压回法压井实施井控，最短只花费5.5h就处理完毕,节约了处理时间,减小了施工压力。

可见排除溢流的压井作业这一环节，技术是最复杂的，难度也相当大，易发生井喷失控事故，而井队井控应急管理很少涉及压井技术方案方面的应急决策，不少企业级的井控应急管理将已发生四级井喷事故才定为应急预案进入启动准备状态，这就弱化了对压井作业环节的应急管理，在实际井控应急管理中易形成如图3所示的缺口。

要从压井环节降低井控突发事件的风险，就要打破由钻井队基层负责的传统观念，这就需要明确责任，落实压井应急组织指挥权，必须要有关井后的压井应急预案，形成完整的压井方案技术决策及技术支持系统，采用上下联动、会商决策、统筹资源的管理形式,只有企业级的井控应急管理体现全程性，方可填补应急管理缺口，防范风险。

4 不安全井控行为发生的主要原因

事故致因理论表明，安全事故的发生不外乎人的不安全行为和物的不安全状态两大直接原因，绝大部分安全事故是可以预防的，在可预防的事故中，以人的不安全行为为主因的占绝大多数。井喷事故的发生是有规律可循的，井喷事故同样是可防可控可避免的，井喷事故事后调查分析也表明，现场的井控监督检查等常态化管理，所发现的问题并未构成井喷事故的直接主因，而主要在于人的不安全行为。

钻井过程中导致不安全井控行为的主要原因有6种:

（1）对井控危险级别认识不足，先进行低级别的风险控制作业。如打开油气层后的起钻过程中，发生遇阻、拔活塞情况，灌不进钻井液，先考虑卡钻风险，仍在上下活动钻柱，而不考虑溢流风险，进行分段下钻节流循环检查，就属于这种情形。

（2）违背操作规程。最典型的就是打开油气层后起钻前不进行短起下钻测后效，起钻过程中不灌钻井液或所灌钻井液量不够。

（3）井控应急时，不会处理其与操作规程关系。如关井后，担心钻柱被卡，又去活动钻柱，结果造成胶芯损坏。

（4）忽略安全应急程序或根本没有相应的应急程序。现场就经常发生当遇有明显的溢流预兆而不关井检查的这种情况。

（5）因生理周期疲劳、精神不佳等身体原因。这也是许多井控事故容易发生在晚上的原因之一。

（6）自我安全意识差，未按规定着装上岗，导致遇险操作时动作变形。例如，某井司钻在起下钻时，未戴护目镜，因躲闪井口涌出的钻井液，而造成动作变形、刹把失控，使水龙头砸向转盘，痛失关井良机而造成井喷。

5 现场井控应急管理问题分析及解决措施

井控应急管理的重点应在基层，要使现场井控应急管理得以改进，必须进行全方位的考虑，真正形成“能安心应急、有能力应急、按程序应急、会快速应急”的工作环境，需要在这些方面有所推动、改进和提高。

5.1 排除操作人员心理层面的困惑，树立井控优先理念

现场司钻的操作关系到人员、井下和设备的安全，受传统观念和操作习惯的影响，司钻最担心的其实是怕发生钻柱卡钻，再加上经济利益的驱使，发生卡钻，易使司钻及其班组、井队的收入、奖金、业务量等都受到影响，所以，遇到风险时首先考虑的是避免卡钻，而把井控置于次要险情位置，这样容易引起操作性决策失误，延误井控时机。某些公司已意识到有些奖惩措施的不协调和负作用，增加了操作人员的困惑，因而改变了管理策略，凡溢流检查及时关井和因关井导致的卡钻均不处罚，还要奖励。只有这样可以排除员工的心理压力，能安心井控应急，树立井控优先理念，采取积极主动井控措施。

5.2 解决应急培训和演练问题，提高应急能力

钻井井控应急管理，离不开应急培训，不仅应培训理论知识，更应注重动手能力，实操井控训练比模拟机训练更能锻炼人，实操训练有利于提高人的应急适应性，培养处险沉稳的团队协作能力，提高随“急”应变能力。

井控培训普遍存在不重视硬关井的问题。采取硬关井可减少关井时间，从而减少溢流量；在应急培训时不但应操练软关井，还要应知应会硬关井，能灵活运用环形防喷器实施关井，知道司控台不起作用、液压系统出现故障时怎样应急关井。

杜绝现场井控应急演练表演化问题。不少现场基层井队，因担心胶芯磨损，对现场各工况下的井控演练，一方面是演练次数不够，另一方面是比划动作，而不实操，把应急演练变成表演。这些不利于发现问题和提高应急处置速度，只有注重实效，才能提高应急能力。

5.3 消除操作规程与应急预案的矛盾，理顺应急处置关系

对于钻井井控应急管理，正确处理好相关操作规程与应急预案的关系非常重要。按规定现场级的事故应急处置预案应一事一案，但一般只有井喷失控应急处置预案、H2S泄漏应急处置预案，就井控方面的应急处置预案来说,缺少溢流关井应急处置预案。

应急处置预案在应急时就是应优先考虑和执行的。当缺少应急处置预案时，操作人员无形中就会按相关操作规程操作。而在有井控隐患或险情时，操作规程中的某些条款可能就不利于井控应急，而必须在相应的应急处置预案中加以明确才不至于引发矛盾，避免造成应急措施的混乱。

例如,钻井监督现场技术规范和SY 5974-2007《钻井井场、设备、作业安全技术规程》都涉及要确保钻柱在井内静止时间不得超过3min，以防止卡钻。与应急处置预案矛盾体现在实施关井后，就不得随意活动钻柱，这方面的经验教训也非常多。其实在关井后，如存在套压，钻柱并不易卡钻，例如，MB1井多次十几个小时以上关井不活动钻柱都没事，最长的经历55h未活动钻具都没卡钻；而活动钻柱一方面会造成进一步抽吸，再就是磨损胶芯，易造成刺漏，某油田的SH1025井压井过程中就发生过这种情况，关井后，因怕卡钻，而频繁活动钻具，导致闸板胶芯损坏，防喷器闸板刺漏而引起井喷失控。现在有的油气田与其采用防提装置，还不如在应急处置方案中明确规定不得活动钻柱，更直接有效解决矛盾。

在处理操作规程和应急处置的关系时，还要注意不可把个人经验、习惯做法当做操作规程来对待。如油气层钻进中不要一发生井漏情况就立即采取连续起钻到套管内的做法，这样反而容易引起溢流，不利于井控作业；而应按操作规程要求处置:“钻进中发生井漏应将钻具提离井底、方钻杆提出转盘，以便关井观察。采取定时、定量反灌钻井液措施，保持井内液柱压力与地层压力平衡，防止发生溢流，其后采取相应措施处理井漏。”

5.4 强化溢流显示和预测的应对和应急控制，形成快速响应机制

溢流关井是钻井井控应急管理中的首要环节，是预防井控事故的重中之重，不少基层井队没有制定溢流关井应急处置预案，而使溢流风险识别不到位、溢流显示和预测应对措施不到位、关井检查意识不到位。作为现场井控应急的行动指南，溢流关井应急处置预案必须抓住几个关键点。

5.4.1 确立 “发现溢流立即关井，预测溢流关井检查”的根本原则

发生溢流后，如果不能及时正确地处置，就可能导致井涌、井喷。现场井喷事故案例表明，已经发生井涌后才实施关井，不但增加控制井口难度，还会增加后续压井作业的难度。所以，在钻井过程中，及时发现和检查溢流并采用正确的关井操作程序迅速控制井口，成为防止发生井喷的关键环节。

对发现的溢流，司钻不必再请示等待就应迅速关井，而对预测到的溢流关井检查，这样有利于阻止地层流体继续进入井内，而使井内保持较多的钻井液，保持环空钻井液柱压力。有利于减小关井套压值，有利于准确计算地层压力和压井钻井液密度，关的越早溢流量越小，从而取得井控主动权。采取“发现溢流立即关井，预测溢流关井检查”这一根本原则，是对“报警和关井时的溢流量应控制在本油田规定的数量内”的传统做法和思维定势的有力突破和应急创新。

5.4.2 明确溢流关井方法—软关井或(和)硬关井

溢流关井应急处置预案中必须指明具体的关井方法，最好是2种方法都列出来。特别是对于硬关井具有减少关井环节和关井时间的现实意义，从而可减少溢流量，避免关井井口压力高和井下发生复杂情况。这方面成功案例也不少，如某油田在WD3379井钻进过程中发现溢流后立即上提方钻杆，方钻杆刚提出7m时就发生井涌，将转盘大方瓦顶出转盘面，在井口操作能见度为零情况下，副司钻依据经验，强行将钻杆接箍提出转盘面。值班副队长迅速冲到远控房，关闭半封闸板，完成硬关井，从发现井涌到关井，只用时28s，成功地处置严重的井涌，避免井喷事故。

对于硬关井要列出具体的适用范围和条件，不但应在钻井井控实施细则中规定，如塔里木油田的钻井井控实施细则相应条款规定:“在油气层钻进中，发现溢流应立即关井，严禁强行起钻到安全井段或循环观察。浅气层、浅气井以及安装54-14防喷器组的井采取硬关井控制井口；其它井采用软关井控制井口”，而且在溢流关井应急处置预案中要进一步明确。

5.4.3 关井套压等于零时的应急安全考虑

在实施 “发现溢流立即关井，预测溢流关井检查”后，关井套压等于零的情形会增多，当遇到关井套压等于零的情况时，不要急于开井，进行敞开井口循环，而要进行一些分析检查工作。因为如果是气侵，当井口开启循环时，随着侵入气体从井底上升，体积会不断增大，井底的液柱压力逐渐减小，导致更多的气体侵入井内，形成恶性循环，最终可能引起井喷。所以要重点关注一些方面，以确保安全，避免进一步井侵，减少压井工作量。在以原钻井液敞开井口循环出侵入流体之前，需要排除以下不安全因素:

（1）测压通道被堵塞、关闭或压力表本身存在问题。

（2）侵入流体停留在水平段。

（3）停泵自溢、气侵、气测值偏高、井筒中钻井液密度不均匀一致。

（4）阀门开启:检查压力表下的截止阀、四通和节流管汇间的平板阀，确保已全部开启。

（5）流道通畅:检查节流管汇是否堵塞，确保流道通畅。

（6）关井时间:在溢流后关井求压，通常是在关井10～15min后，读取立压和套压值，这是对渗透性较好的地层而言，对于低渗透地层可能需要关井更长时间，才有确切和稳定的套压显示。

（7）压力表配置和检查:最好配备高、低量程2个压力表，并采用高精度的压力表，以减少测量误差。由于压力表本身精度限制，存在误差，可能读表时套压值接近零，但不等于零。

（8）特殊工艺井:对于常规水平井、多分支水平井，井控有其特殊性，在水平段发生严重溢流后，通常套压也难有非零显示。

（9）自溢流关井:停泵后井口出现自溢时关的井，即使线流，关井套压为零，也不可开井敞口循环，应实施关井节流循环检查。

（10）溢流类型:发现溢流后，要立即进行地质、录井综合分析解释，判断是油侵、水侵还是气侵，如果属于气侵或气油比较高的油侵，都不可敞开井口循环。

（11）起下钻途中:在起下钻过程中发生溢流，即使关井套压为零，也不可继续起下钻作业，而应进行节流循环检查，确保安全后，再分段下钻节流循环检查，直至下到井底。

（12）节流循环检查:在确定进行节流循环检查时，不要随意活动钻柱，以免因井口不居中，而造成橡胶密封件偏磨和刺漏。对钻井液节流循环排气一周后，如果出口钻井液密度仍低于进口钻井液密度，气测值不降低，就必须进行钻井液边节流循环边加重，直到进出口钻井液密度相同，气测值降低到正常时方可恢复下步作业。

6 结论和建议

（1）完善的应急预案应涵盖突发事件生命周期的所有阶段，实现全程应急管理。在三级应急管理模式下，要实现井控应急全程管理，一是各级预案的启动条件要上下衔接、体现联动、明确责任，不能出现预案缺口；二是井控应急全程管理要与常态管理结合，实现井控应急管理全程化和预防管理常态化的无缝对接。

（2）现场井控管理要从只强调早发现溢流、早关井操作，进一步提升至“三早”(即早发现、早关井、早压井)的应急管理高度。因关井后的压井作业这一环节，技术最复杂，难度也相当大，在所有井喷失控井中因压井而导致的比例非常高。特别是面对复杂结构井、“三高井”比例日益增多，喷漏同层、喷漏同段的情况经常出现，压井难度也明显增加，要提高一次压井成功率，必须从完善井控应急管理开始，企业决策层应急预案应关口前移、重心下降，制定压井应急决策技术支持系统，消除应急缺口，发挥联动效应。制定压井应急预案，形成完整的优化压井方案技术决策支持系统，是完善和提升钻井井控应急能力的关键所在。

（3）调整和改变对基层操作人员实施经济处罚等不利于井控应急的简单化安全绩效管理策略，排除操作人员心理层面的压力和困惑，树立井控优先理念，达到能安心应急目的。

（4）井控应急培训应注重动手和配合能力，采用全尺寸模拟井喷实战培训，不但会软关井操作，还会硬关井操作，杜绝现场井控应急演练表演化，只有这样，方可锻造有应急能力的队伍。

（5）井控应急管理重心应在预防，基层钻井队必须以“发现溢流立即关井，预测溢流关井检查”为根本原则，制定溢流关井应急处置预案，来强化溢流风险识别应对，关井检查的应急控制，这样按程序应急、快速应急的机制才能形成。

[1]马宗金.总结经验教训提高天然气井钻井井控能力[J].钻采工艺，2004,27(4):1-5.

[2]李湖生.应急管理阶段理论新模型研究[J].中国安全生产科学技术，2010,6(5):18-22.

[3]孙振纯，夏月泉，徐明辉.井控技术[M].北京:石油工业出版社，2005.