浅谈探井钻井过程安全监督

王海军，张亚虎，周赟玺

中国石油集团川庆钻探工程有限公司 长庆石油工程监督公司（陕西 定边718699）

1 XX探井基本情况

该井处于西缘冲断带石沟驿向斜区，属于逆冲推覆断层下盘构造的高点部位区，上、下盘中生界地层大段重复，初期设计为三开井，由于井下异常复杂，变更设计为四开井。

作为一口超深井，施工周期长、工序多，本文将从安全监督的视角对该井施工工艺流程中的风险及其控制措施进行分析和说明，同时总结该井复杂处理方面的成功经验，以期能对深井施工的安全监督有所帮助。

2 地层的复杂性带来的安全风险

2.1 天然裂缝发育，造成井漏频发

根据电成像解释，延长组地层各向异性较强，高角度缝发育程度高，张开度和长度变化较大，破裂面不平整，易造成裂缝性井漏；刘家沟组呈现地层网状裂缝发育，在横向上呈区域性分布，造成地层承压能力低，井漏频发。

2.2 地层存在明显的水平方向应力差，造成井塌

根据工程测井解释，从各向异性方位、井眼垮塌方位及钻井诱导缝的方向可以判断，XXXX～XXXX m 井段内地层存在着明显的水平方向应力差，其中最大主应力方向平均为XX°～XXX°方向，新钻井眼受地应力瞬时释放影响极易垮塌。

2.3 逆断层发育、地层倾角大，地应力复杂

从构造图分析看，本井逆断层发育，处于西缘冲断带断层下盘构造的高点位置；从测井解释分析看，断层面上盘地层倾角XX°～XX°，断层面地层倾角杂乱，倾向不稳定倾向X 偏X，XX°。地层倾角大、地应力复杂，打开新地层后地应力瞬时释放，造成缩径、钻进扭矩大、长段划眼，卡钻频繁[1]。

2.4 同一井深缩径、垮塌并存

测量段内多为井眼单向垮塌，形成椭圆井眼，长轴、短轴差异大，反映出水平方向地应力差异大，缩径于坍塌风险共存。

2.5 施工工艺难点分析

2.5.1 塌、漏并存，提高钻井液密度难度大

使用密度1.28 g/cm3钻达XXXX m，提密度过程受地层应力变化影响出现井漏，当提到1.44 g/cm3，不但未缓解井塌问题，反而出现裂缝性漏失，井下愈加复杂，且无法准确判断地坍塌压力。

2.5.2 油基泥浆降低了摩阻、扭矩，但无法解决应力

剥落坍塌

延长组（XXXX～XXXX m）水基泥浆空转扭矩20 kN·m。延长组（XXXX～XXXX m）油基泥浆空转扭矩9～10 kN·m。从沙子返出情况看同为延长组，但返出掉块差异较大。

3 风险分析及安全监督要点

3.1 使用震击器风险分析

地面震击器，尤其是下击器处理卡钻复杂事故是现场常用的一种工具，该工具结构简单，操作方便，并且使用效果良好。但由于该工具通过瞬间释放的冲击力来达到解卡的目的，动能释放引发的巨大震动会对地面设备如绞车钢丝绳、井架附件等造成直接危害。

1）清楚震击器的使用局限性。地面震击器对于卡点超过5 000 m以上时要慎重使用。一是其震击力不足以传递到卡点位置；二是其产生的动能被上部钻具和井壁吸收释放。

2）地面震击器不可长时间工作。该井使用的是液压式震击器，长时间工作可导致油温过高，而油温过高的后果会造成其产生的震击力要远大于设定值，极易造成意外事件[2]。

3）一般情况下震击器连续使用30 min 后停止使用以降低油温。因震击器抗拉、抗扭性差，使用时不可大吨位上提，严禁带扭矩使用。

4）多次震击后必须停下检查大绳、死活绳头、井架附件及天车等关键要害部位，从使用效果和安全角度看，深井使用地面震击器弊远大于利。

3.2 使用柴油及盐酸风险分析及监督要点

3.2.1 泡油风险分析

柴油可蓄积静电，尤其在沙漠地区地表干燥，油罐车的接地导链走静电效果差，在卸油过程中，罐车与储油罐之间存在电位差。配浆时泵输柴油到泥浆罐，所用橡胶管线，流速过快，没有进入液面以下，柴油经泵压后成散射状更易产生静电。

3.2.2 监督要点

1）井场区域内禁止使用明火（具体区域为井架右侧30 m，左侧至泥浆池外边缘20 m，后井场过柴油罐20 m）。

2）柴油罐车卸油前需等待至少10 min，连接等电位装置，若使用车载泵卸油时应控制流速不得大于6 m/s，不得从罐顶进油，如条件限制，可适当延长进罐管线长度。

3）所有油罐、泥浆罐接地每天浇水，定期检测接地情况，确保接地电阻合格。

4）防爆区域内电器设备防爆性能完好，检维修必须切断电源使用防爆型工具，进场车辆配戴防火罩。

5）强化日常消防演练，保证消防设施、器材处于完好状态，紧急情况随取随用，有效应对在火灾初期控制险情。

3.2.3 使用盐酸风险分析及监督要点

1）施工过程中防止泄露造成人身伤害或环境污染，因此要做好密闭存储和个人防护。

2）排酸时一定要精确计算不同排量下的上返速度。排量选择不当，会导致酸液喷出，酸液遇空气会形成大面积酸雾，严重危害人员呼吸系统及皮肤、眼睛等部位。①当计算返出距井口1 000 m 时排量降至原排量一半；②当计算返出距井口500 m时继续降排量；③当计算返出距井口50～100 m 时停泵。

3.3 倒扣的安全风险及监督要点

3.3.1 倒扣作业风险分析

一般处理复杂到中后期会使用倒扣方式，倒扣的主要风险是在悬重释放。由于井深钻具长，其井下受力情况复杂，反扭矩无法准确传递，很难实现精准倒扣。上部钻具倒开后，释放悬重后钻具上窜，严重时造成水龙头顶开大钩，脱出并砸至地面的恶性事件。

3.3.2 监督要点

1）在深井倒扣作业前，如果使用方钻杆+水龙头时，必须绑牢大钩口，清理钻台及场地人员。

2）倒扣前对上部钻具紧扣，设定扭矩上限。一般使用转盘倒扣设定上限不超过19 000 N/m，顶驱38 000 N/m，转数不应过小，一般保持45～60 r/min，倒扣必须一次性倒开中途不可停顿。

3.4 爆炸松扣及爆炸切割监督要点

1）了解其爆炸物主要成分。目前对于爆炸松扣其爆炸物主要为镁粉，爆炸切割弹多为TNT炸药。

2）清楚其引爆方式。该井进行的多次爆炸松扣的引爆方式为电压电击产生电弧引爆。

3）施工前上部钻具紧扣。引爆前对钻具施加反扭的圈数，127钻杆每1 000 m为2.7圈[3]。

4）磁定位、起爆器及电测缆线在现场测试期间严禁将爆炸物放在附件的金属物件上[4]。

3.5 设备及钻具使用过程中的风险及监督要点

3.5.1 深井大绳使用安全风险及监督要点

1）风险分析。该井由于长期处于处理复杂过程中，因此大绳使用安全风险较大，安全隐患频发，尤其是划眼及倒划眼时间极长，经常出现一个点划眼时长达12 h 之多，大绳在一个点反复受力，加剧了大绳疲劳、磨损。

2）监督要点。在深井钻探过程中，大绳检查是重中之重，一旦出现问题，千万不可心存侥幸继续使用。遇到长时间划眼或大吨位活动时，要求现场使用短钻杆以改变其受力点。

3.5.2 循环系统安全风险及监督要点

1）风险分析。作业现场循环系统配备3台青州宝石F-1600 钻井泵，地面管线及立管水龙带均为35 MPa，理论上满足施工需求。但该井井情特殊性，采用大排量高泵压技术措施，造成高压隐患频发，对钻井泵密封件，缸盖垫子、空气包气囊损坏频繁，高压法兰、耐磨盘易刺漏，增大作业风险性和工作量。

2）监督要点。①对于经检测发现的设备隐患,一定尽快督促整改；②泥浆泵在工作期间控制检查时间快进快出，若必须检修，须提前准备，适当降低泵冲快速抢修；③分析、总结钻井泵使用油基泥浆后容易出现刺漏的危险点；④检修钻井泵必须使用铜制工具等。

4 深井监督处置的成功经验

4.1 地层预防性井漏措施

1）随钻堵漏措施。精细化调整与维护钻井液“封堵性、流变性”，为减少处理堵漏的复杂时间，增强钻井液的防漏、堵漏能力，应选用粒径小的堵漏材料，排除堵塞井下工具水眼的可能性。凝胶微球封堵剂和高强度纤维堵漏剂能够有效解决裂缝性漏失问题，保证了钻井施工的顺利进行，有效地降低了刘家沟组、石千峰组裂缝性漏失的风险。

2）局部裂缝型堵漏措施。针对局部地层存在裂缝，进行静止堵漏。选择专用的钻井液堵漏材料，并以粗堵为主。堵漏施工中，可采用静止堵漏方法。起钻前用重浆+堵漏剂打入裸眼内，既有效提高地层承压能力，亦可使各种粒径堵漏剂充分填充地层缝隙。

3）参数控制防漏措施。遇易破碎性岩层，控时钻进，坐岗发现有漏失迹象适当降低排量，稳定略微降低密度，黏度控制在60～70 s 以内，持续加密测量。

4.2 打水泥固井补壁措施

该井自尝试采用纤维+水泥固井补壁【5】，保证起下钻正常，掉块减少，提高划眼时效，有效解决已钻地层坍塌及漏失。

4.3“4+5”预防钻具失效及卡钻的处理

深井钻进应严格落实预防钻具失效措施，杜绝断钻具事故，预防钻具失效至少要做到以下4 个要点：

1）所有接头使用钢性更强的锻造接头并定期更换。

2）坚持每趟钻对钻铤、加重钻杆探伤。

3）每趟钻对狗腿度大的井段的钻具全部更换。

4）每趟钻对钻铤接加重钻杆、加重接普通钻杆、不同外径相接处钻具等这些应力较为集中的钻具进行替换。

卡钻处理原则：分析类型，明确步骤，快速处理，按照难易程度可采取“五步法”进行处理。

第一步：“循环、小幅活动处理”。发生卡钻4 h内，应以大排量循环、小范围上下活动处理为主，不宜在卡钻初期直接启动震击器进行解卡。

第二步：“循环、震击处理”。发生卡钻4～6 h期间，保持大排量循环，并启动震击器进行解卡。上提钻具卡钻，应主要采用向下活动钻具并启动震击器向下震击；下放钻具卡钻，应主要采用向上活动钻具并启动震击器向上震击活动。

第三步：“循环、大幅活动处理”。发生卡钻6 h以上仍未解卡，保持大排量循环，并及时采用允许最大载荷、大幅活动钻具的方式解卡。对于掉块卡钻，应采用大吨位上提解卡的方式解卡；对于沉砂卡钻，应采用大吨位反向活动的方式进行解卡。

第四步：“注解卡剂处理”。上述操作步骤不能解卡时，可考虑采用注解卡剂（包括泡酸）的方式进行解卡。

第五步：“倒扣处理”。及时快速组织爆炸松扣或切割工具，松扣或切割位置应靠近卡点。如果工具组织时间较长，应积极进行倒扣、打捞，避免井下情况持续恶化。

5 结论

XX 探井作为一口超深井复杂井，井下事故的监督预防和监督处理，以及预防处理阶段由井下复杂演变成地面安全生产事故产生连锁反应，给各类井型的安全监督保障都有很强的借鉴意义。在QHSE监督模式上，从钻井工艺风险分析为切入点，以预防井下井塌、卡钻、漏失为落脚点。尤其监督要以关注井身质量、入井材料、泥浆性能等工程参数为抓手，有效预防井下复杂，确保施工顺利进行。通过技术层面的分析及井下复杂的处理，为安全监督工作提供新的思路和新的视野，将工艺安全和生产安全统筹兼顾，相互融合、同步落实，抓住“事前预防、事中控制、事后管理”的科学规律。这就要求我们监督人员要掌握工程施工方案、工程技术措施、施工工艺流程、设备承载能力、钻井工具使用操作规程、人员能力评估、作业环境等方面知识和信息。给施工单位提出有针对性的意见和建议，对于识别出风险较大的环节，守住红线意识——无有效的风险控制措施，不作业；有控制措施不落实，不作业的原则。切勿盲目、冒险作业。不让风险变事故，监督控制关键环节降低风险，不让风险变成复杂，采取有效的措施减少复杂发生频率就能从源头控制，从而达到大幅度提升施工安全。