石油钻井施工过程中的隐患和解决对策

祁春

摘 要：作为石油勘探与开发的基础性工作，石油钻井作业在施工过程中的每一阶段都存在一定的隐患，这些隐患对钻井施工人员的人身安全、机器设施和自然环境会造成不同程度的影响。该文通过对钻井工程系统的介绍，阐述了施工过程中存在的隐患和解应对方法。

关键词：石油钻井 隐患 解决对策 人身安全

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0176-02

钻井是开发石油与天然气的重要环节，它利用钻井设备将地层打出一个通道，从而开采出储存在地下几十米至几千米的石油与天然气。在整个作业工程中，施工人员是无法看到或预测井下发生的各种情况的，这这个时候，更多靠的是技术专家的丰富经验，这使得整个钻井作业变得不可控、不可预测。因此熟悉各种石油钻井施工中可能会遇到的问题并掌握其应对措施是很有帮助的，也是很有必要的。

1 石油钻井的基本原理及分类

1.1 石油钻井的概念

石油钻井是指经过勘探发现储油区块后，利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工作。它涉及到石油勘探、开发的各个方面：在检查地质结构时，需要钻地质井、基准井、构造井；在勘探原油阶段，需要钻预探井、详探井；而在決定进行原油开采时，则需要钻生产井、注水井、资料井。虽然各种钻井的功能和用途各不相同，但是其钻井的实际过程都是一致的。

1.2 石油钻井的类型

石油钻井的类型一般是按照钻井的目的进行划分的，不同钻井的过程虽然一致，但所要达到的目标要求各异，因此其隐患也不尽相同。按照钻井的目的，一般将其分为两大类。

1.2.1 探井

为了勘探出地层结构及油气的储存情况，我们就需要钻探井，探井包括基准井、预探井、详探井和构造井等。基准井又叫地层探井，它主要是为了了解地层的具体结构、年代、厚度、石质，从而为石油勘探提供各种数据。预探井是指地层探井后，在经过专家分析认为有可能出油的地方上钻井勘探是否藏有石油。详探井则是在已经探明的含油区打井进一步探明油田面积和储量，为油田开产、产能规划提供计算依据。

1.2.2 开发井

在已经勘探确定地下油层的结构、储量后就需要进行开发工作了，为了开发油田，及时了解地下油层的情况，我们就需要钻开发井。它包括油气井、注水井、观察井等。油气井是指为了开发油气田而打的采油井，通过油气井我们可以完成实际开采油田的工作；注水井是指人为地为目标油层注水或注气来达到给地层补充能量、辅助油田开产而钻的井；观察井指的是为及时了解油田开采情况，研究变化应对措施而打的井，因此也叫资料井。

2 石油钻井的隐患类型

钻井和建筑不同，其整个施工过程是以整个地下岩层为目标，其不可控性强，依赖性强，各个方面都容易出现隐患。一般隐患容易出现在5个方面：人身安全、机械、井下、测井、固井。

2.1 人身安全

施工人员的人身安全是石油钻井施工最直接的隐患。虽然国家对安全生产、质量控制越来越重视，但由于石油工程作业环境的恶劣以及工艺技术的复杂，一旦出现事故，人员逃生和救援的难度都很高。造成人身安全隐患的原因主要是以下3个方面。

2.1.1 协调不一致

岗位之间的串联性与组织的协调性是施工安全的重要保障。工作不分大小，职位不分高低，一旦某项工作出现差错就会影响整体钻井施工的质量控制，其隐患风险也就难以有效的控制。

2.1.2 监督不力

石油工程的经济效益不是与工程进度挂钩的，而是与质量安全挂钩的，如果忽视对钻井工程质量的监督，就会出现严重的质量问题继而产生不必要的安全隐患。

2.1.3 施工人员的操作不当

若钻井过程中，施工人员若只依靠自身经验，而忽视相关规定章程盲目施工是很容易出现安全问题的，既影响了工程施工的进度也威胁到了其他施工人员的人身安全。

2.2 机械故障隐患

在钻井下施工必须要利用到一些专业设备，因此这些设备的安装、使用与维护都与施工安全与质量有很大的关系。具体而言有以下几个因素。

2.2.1 设备设计缺陷

这类现象不算很常见，由于钻井技术的飞速发展，设备的设计改良也在稳步进行，一般钻井设备的设计改良重视程度还是比较高的，但一旦设备设计存在缺陷，就必然会影响钻井施工的安全性，甚至造成施工事故。

2.2.2 机械零部件磨损

这类现象很普遍，石油钻井工程中需要的机械设备、特种设备是很多的，特别是这些机械大多是大型机械，因此设备的管理、维护、修缮就成了一个难题，在实际施工中，哪怕只是一个小零部件出了问题，都可能会影响机械设备的正常发挥，严重的甚至会造成安全事故。

2.2.3 人为损害

由于施工人员的专业知识和经验都不一定很丰富，其专业能力也因此变得良莠不齐，一些不当的操作很有可能会造成机器设备的损伤或老化，长此以往影响设备的使用寿命，造成安全隐患。

2.3 井下隐患

石油钻井的重头戏就是井下作业，井下作业时间也是安全事故的频发阶段。而造成井下隐患的原因很复杂，主要有以下2种因素。

2.3.1 地质因素

不同地方的土质具有不同的特征，即使是相同的地方，在不同的地层土质也是有差异的，在一些特定的地质环境下就会存在安全隐患，诸如异常的地层压力：孔隙压力、破裂压力、坍塌压力、蠕变应力；不稳定的岩性层位：蠕变的盐岩层、膏岩层、沥青层、富含水软泥岩层、吸水膨胀泥岩层、煤层、特高渗透岩层等；特殊的地质构造：断层、裂缝、溶洞等。

2.3.2 工程因素

工程因素包括对钻井地质资料的掌握程度；井口、井壁等工程设计的科学性；钻井技术的合理性以及施工人员、管理人员的专业知识和素质。在井下施工中，如果机械选用不当、电路检验不完善等也会造成井下施工安全隐患。

2.3.3 固井隐患

固井是石油钻井的最后一个环节，其目的是在地层与井口之间建立联系通道，同时将石油、水层、天然气封隔开，为油田开采的持续性带下基础。其重要环节是下套管和注水泥，如果这两个环节出现问题，就会造成严重的后果，出现安全隐患。

3 石油钻井中一些典型的隐患事故

3.1 卡钻

在钻井过程中，凡是所下管柱及工具在井内不能上提、下放或转动的现象叫做卡钻，这种现象也是钻井过程中常易出现的事故。按卡钻产生原因的不同主要可以分为以下2种。

3.1.1 粘吸卡钻

这是钻井过程中最常见的卡钻事故。井壁上因吸附、沉积而形成滤饼是造成粘吸卡钻的主要原因，其次就是因为地层孔隙压力与泥浆柱压力形成的压力差。大多数钻井液中存在固相颗粒，当这些颗粒吸附在井壁上即形成了滤饼，这些滤饼又进一步吸附钻形成卡钻；当有压力差时，钻柱被压向井壁的下侧，使钻柱缩小了与滤饼之间的距离，发生粘吸卡钻。

3.1.2 坍塌卡钻

地层坍塌的原因不是单一的，有地质的因素也有岩石本身的因素。由于地壳的不断运动特征，在地层的不同部位会存在地层应力，如：挤压应力、拉伸应力、剪切应力等，当这些应力大于岩石本身强度时，地层便会发生坍塌来转移多余的能量。而钻井工程的施工更是在岩石上又加入了一个钻井液液柱的压力，使得地层之间的结构无法平衡，从而发生局部的断裂或坍塌。

除此之外还有砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻、落物卡钻、水泥固结卡钻等多种类型，这里就不一一鳌诉了。

3.2 井漏

井漏指的是在钻井、测井、固井等的施工中，各种工作液因为压力差的影响流进地层，这是一种危害极大的隐患和事故。井漏产生的条件主要有3种：（1）钻井工作液中的固相颗粒尺寸小于井筒漏失通道开口尺寸。（2）钻井液液柱压力大于地底流体压力。（3）钻井地层中存在溶洞、裂缝、孔隙等结构。按形成的地质原因井漏主要可以分为3种。

3.2.1 裂隙井漏

这类井漏是由于地层应力对岩石的不断作用，是钻井中的地层岩石产生裂缝或孔隙，使得泥浆能通过这些裂缝。孔隙渗入地层通道中，造成井漏的发生。

3.2.2 洞穴井漏

这类井漏主要是由于地质成分的改变而发生。像蠕变的盐岩层、膏岩层、沥青层、富含水软泥岩层、吸水膨胀泥岩层、煤层、特高渗透岩层等这些岩层都是不稳定的，容易被地下水侵蚀产生洞穴而出现井漏。

3.2.3 渗透井漏

一些特殊的岩层如砂岩层其岩石空隙大，渗透性好，泥浆容易渗透进岩层发生非正常性的消耗，从而造成井漏。

3.3 井喷、井喷失控

井喷和井喷失控是在钻井过程中最恶劣的隐患事故。发生井喷的根本原因是在钻开油气层后，井底的流体因压力小于地层流体压力而被其推动造成外溢。若不及时采取措施处理这些溢流，将会发生井喷，进一步会造成井喷失控。发生井喷或失控的诱因有很多：起钻时没有及时灌满钻井液、井口未及时安装防喷器、井控设备的安装和试压不符合要求、地质设计未提供准确的孔隙压力资料、钻井时遇到漏失层段未处理等等。

一旦井喷失控，又很容易造成油田着火而使井架等井场设施烧毁或发生硫化氢的泄露，酿成人员中毒后果。

4 对石油施工隐患的解决对策

4.1 人身安全方面

施工人員的人身安全是石油钻井施工最直接的隐患对，这类隐患的解决对策有如下几点。

（1）落实规范化管理和生产责任制。

石油施工有着范围大、人员广、施工复杂的特点，因此必须落实好标准化、规范化的管理。针对不同工种、作业环境都应该有相应的安全标准或行为规范与之对应，切实扭转施工中习惯性的违章现象。具体对钻井施工人员而言，还要明确生产责任归属，一旦出现问题能有具体的负责人采取补救措施并能追究其安全责任。

（2）人员专业知识、安全知识培训。

针对石油钻井中涉及到的歌领域的专业知识及安全知识，要定期组织施工人员进行学习培训。经过培训，要让施工人员能够基本处理在作业中可能出现的安全事故，规范其作业程序。及时将最新、最安全的作业技术传递给施工人员，以免出现操作失误。

（3）设立检查组织。

除了施工人员的自检外，在石油钻井施工的过程中应该设立一个专业、完善的监察组织。对施工过程中的各项作业、行为采用定期、突击性的安全检查，让施工人员进一步认识到安全生产的重要性从而实现安全隐患的应对管理的全员化。

4.2 机械设备方面

机械安全对生产安全有着很大的影响，对这方面的解决的对策如以下几点。

（1）加强设备管理。

机械设备是施工人员在井下生存的基础也是整个油田开采工程顺利进行的基础，因此必须加强对其日常的保养和维护，确保设备的良好运行。无论设备是否经常运行，要定时、及时对所有设备进行润滑、维护等保养工作，制定严格的管理和保养制度。

（2）培养良好操作习惯。

培养施工人员良好的操作习惯是预防事故、减少违章现象的重要手段。要教育员工一定要严格规范自己的行为操作，按操作要求操作机械设备，做到有章可循、有据可依，把减少和杜绝违章行为落到实处。

5 对典型事故隐患的解决对策

5.1 卡钻

（1）粘吸卡钻的预防。

使用中性钻井液或阳离子体系钻井液是有效预防粘吸卡钻的方法。目前使用的钻井液大部分都是阴离子体系的钻井液，随着其自身密度的提高，粘性也相应提高，发生粘吸卡钻的可能就会越来越大。其次，应该减少钻柱与井壁滤饼的接触面积，这就可以采用增加钻柱支撑点的方法来减少接触面，也可以采用下压钻柱的方法，不过要注意只能在直井中运用。最后一个预防办法就是在钻柱上安装小型震动器，在粘性卡钻刚要发生的时候直接震击解卡。

（2）坍塌卡钻的预防。

由于这类卡钻主要是因为地层结构的原因，因此首先应该设计合理的井身结构，利用表层套管封掉上部的松软土层，防止其造成地层坍塌；其次尽量减少套管鞋下口袋长度，若长度过长，容易引起水泥环的脱落继而发生地层坍塌；要有意识地减少压力激动，特别是在上提钻柱时严格控制起钻速度，防止出现钻头泥泡或扶正器泥泡，若泥泡实在无法避免，就应该循环式起钻，待起处小的井段后再正常起钻；最后，在负压钻进时，要保持液柱压力高于地层的坍塌压力，在没有用套管封隔的情况下，两者压力失衡是很危险的。

5.2 井漏

在钻井施工中预防井漏的方法主要有以下几点。

（1）提高钻井液利用率。

特别是在疏松的地层结构上钻井时，应该有效提高钻井液的利用率，粘性高的钻井液能有效对这些特殊地层结构进行润滑保护，从而保障整个钻井施工的顺利进行。

（2）优化结构设计。

在井身和套管的结构设计中，要充分了解地层的孔隙压力、破裂压力、压力梯度并将之体现到设计中来，防止这些钻井地层在裸眼井段内发生喷漏现象，造成安全隐患。

（3）科学控制。

对泵压、钻柱下放速度、旋转速度、排量等需进行科学、有效的控制，避免在一些易漏的地层因产生激动压力而坍塌，造成井漏的发生。

5.3 井喷、井噴失控

只要连通性好的地层有流体存在，一旦其压力与钻井液柱压力失衡就势必导致井喷甚至失控，因此其预防应主要在工程和技术上寻求解决方法有以下几点。

（1）工程措施。

首先应控制钻机的速度，防止因钻速过快而使油液溢入井筒；其次设计合理的井身结构，有效提高钻井液液柱的压力，防止出现溢流而引起井喷；最后选择合适的井控装置，发现溢流时要及时使用井控设备，有效控制井喷的发生。

（2）技术措施。

首先要考虑选用略高的钻井液密度，使其所形成的液压柱压力始终高于地层孔隙压力；其次及时排除井道下的气体，防止气压影响钻井液液柱的压力；可以采取储备一定量加重的钻井液，时刻观察钻井液的体积、压力随时准备注入钻井液；对一些油气活跃的井段，下钻时应分段循环钻井液，以免发生膨胀造成井喷。

6 结语

总之，石油钻井工程是一项施工复杂、隐患集中的工作，为了确保钻井施工的安全性，施工人员必须充分了解有关的专业知识和各种隐患的应对处理，希望该文提出的解决对策对石油行业的安全化生产有所帮助，能促进我国石油产业发展。

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