深井钻井事故分析与认识

2014-02-19张绍辉秦礼曹王胜启汪光太郑晓峰

石油工业技术监督 2014年10期

张绍辉，秦礼曹，王胜启，汪光太，郑晓峰

中国石油勘探开发研究院（北京 100083）

近年来，中国石油加大了对深部地层勘探开发的力度。复杂深井钻井是实现深层油气资源勘探开发战略过程中必须实施的工程，也是一个国家钻井技术发展水平的重要标志[1-2]。

随着勘探开发的不断深入，深井钻井数量持续快速增长，平均井深越来越深。深井钻井的实践表明，深井钻井面临的难点包括：深部地层地质条件复杂、深井环境施工难、工程特性参数认识难、事故复杂处理难、深井钻井管理难、配套钻井技术发展不完善等[3]。随着钻井井深和施工难度的增加，钻井事故也越来越多。由于深井井下环境严酷，处理事故手段受到诸多限制，许多事故处理措施经常失效，同时在事故处理过程中，极易引发新的事故，使井下情况更加复杂，事故的判断与处理更加困难。钻井事故的发生和处理严重降低了钻井时效，影响了井身质量，并使钻井成本明显增加。如何提高深井钻井事故的预防和处理水平是当前钻井面临的主要难题之一[4]，为此笔者开展了深井钻井事故的分析与研究工作。

1 深井钻井事故统计与原因分析

1.1 事故统计

2013年中国石油发生事故处理5天以上的井总共为48口井54井次，事故主要集中在塔里木油田和西南油气田，这2个油田是地质情况较为复杂的2个油田，塔里木油田也是也是深井钻井数量最多的油田。

图1为2012年和2013年深井钻井事故类型分布图，主要包括卡钻事故、钻具事故、固井事故等。其中，2013年卡钻事故33井次，以垮塌、掉块、缩径卡钻为主，因此，加强井壁稳定研究攻关是防卡工作重点；钻具事故比2012年大幅上升，表明现场钻具管理需要进一步加强。

图2为2013年深井钻井事故井段分布图，54井次事故中，深井和超深井井段占39井次，事故井次和损失时间主要集中在深井和超深井井段。因此，加强深井和超深井段地质特性研究与认识、提高深井和超深井段钻井技术水平是减少事故的重要手段。

1.2 事故原因分析

造成钻井井下复杂与事故有诸多因素，通过对54井次事故的发生原因进行分析和分类，将事故原因归纳为4类：地质因素、工程因素、管理因素和人为因素[5]。

1．2．1 地质因素

钻井过程中，钻遇不同地层会遇到诸多困难因素，比如地层构造的各向异性、压力系统的复杂性、地层岩性的多变性等，这些因素容易导致井下复杂和事故。

LP1井卡钻的原因是下沟组地层掉块，H13-12井卡钻原因是井眼缩径，图3为地层掉块照片。因此，地层岩性多变性，包括井壁剥落、掉块，地层蠕变、井眼缩径等，能够引发钻井事故。DB206井是在钻井过程中钻遇高压盐水层，引起溢流，造成卡钻，KS501井钻井过程中井漏失返，造成卡钻。因此，地层压力系统复杂性，包括井涌、溢流、井漏等，同样能够引发钻井事故。

图3 地层掉块照片

1．2．2 工程因素

造成井下事故的工程因素包括施工设计、工艺措施制定、现场工程技术操作等。良好的工程因素可以减少复杂或在遇到复杂时减少事故发生。

DF1井为一口风险探井，在工程设计中井眼为S型，由于多次起下钻造成钻具疲劳损伤和套管磨损，造成钻具断裂和套管破损事故。在事故处理过程中，S型井眼也带来了极大的困难，引发新的钻井事故，最终造成该井工程报废。ND2井在固井过程中，由于低密度水泥浆稠化时间未满足施工时间造成固井插旗杆事故，损失时间189天。因此，施工设计中井身结构设计不合理、水泥浆稠化时间不合理等工程因素为钻井施工发生埋下了事故隐患。

1．2．3 管理因素

造成井下事故的管理因素包括钻具管理、材料管理、安全管理等。MX21井和W075-H1由于未严格按照规定使用和更换钻具造成钻具疲劳，引发断钻具事故，图4是钻具断裂照片。TH1井由于套管质量问题，二开完钻固井后套管破裂，图5是磨铣出的套管碎片。因此，钻具、材料等的管理问题同样能够引发钻井事故。

图4 钻具断裂照片

图5 套管磨铣碎片

1．2．4 人为因素

井队施工作业人员的技术素质低，不能满足岗位要求，为钻井事故发生埋下隐患。YB17-10井卡钻后，司钻违规操作拉脱钻具造成钻具脱落。HD4-71-2井是由于司钻操作失误引起的掉钻头事故。作业者决策失误、技能不娴熟或存在技术盲区，就会给钻井施工造成很大的风险甚至造成严重的事故。

2 钻井事故预防和处理措施

2.1 事故预防措施

钻井施工要坚持预防为主的原则，施工过程中要采取主动措施，尽可能地将事故和复杂问题消除在萌芽中。针对事故的发生原因，提出了事故预防措施。

2．1．1 开展深井地层特征研究

开展深井地层特征研究是钻井成功的基础，包括开展深部地层岩性、井壁稳定性、地层压力系统等研究，做好钻井施工针对性预案，使钻井施工各个环节都建立在可靠的基础之上。

2．1．2 加强工程技术审核

加强工程技术审核是钻井成功的保障，包括钻井地质设计、工程设计、施工方案、现场工艺措施等的审核，尽量降低后期钻井施工存在的风险。

2．1．3 加强现场施工管理

加强现场施工管理是钻井成功的重要措施，包括严格检验入井钻具和材料，严禁使用不符合要求的钻具和材料，定期进行钻具探伤和倒换；钻井施工过程中要严格执行国家标准、行业标准和企业标准，要严格按照设计施工。

2．1．4 加强员工技能培训

加强员工技能培训是钻井成功的关键，需要适时地对员工进行技术培训，定期开展钻井队伍之间的技术交流，提升员工整体技术水平，以保证钻井的生产安全和各项技术措施的正确实施。

2.2 事故处理措施

钻井施工过程中，井下情况复杂多样，事故不可避免。事故处理的基本原则包括安全、快速、科学、经济等。事故的处理方式包括打捞、回填侧钻、磨铣、事故完井、报废等，其中，打捞和回填侧钻是最为常见的事故解除方式。

在2013年事故井中，37井次事故通过打捞或回填侧钻方式解除。其中，通过打捞方式解除事故9井次，平均处理事故时间19.8d；通过侧钻方式解除事故28井次，平均处理事故时间53d，其中侧钻前打捞时间17.4d，侧钻时间35.6d。打捞解除事故平均损失时间明显低于回填侧钻解除事故平均损失时间。

通过对比分析，认为施工区域地质情况是影响打捞时间及打捞成功率的主要因素。如果事故井段地质条件简单、井眼质量好，优先选用打捞方式。如果事故井段地质条件复杂，井眼质量差，预计打捞成本过高或长时间打捞无效，则主动放弃打捞，转入侧钻。影响回填侧钻损失时间的主要因素包括：前期打捞时间、报废进尺量、事故井段地质条件、队伍技术水平、侧钻过程中事故复杂情况等。