基于风险的油气钻井作业变更管理研究

2022-05-27杨杰

石油工业技术监督 2022年5期

杨杰

中石化安全工程研究院有限公司(山东青岛 266104）

钻井作业作为油气勘探开发的一种重要手段，其严重性、多变性、隐蔽性等特殊性决定了钻井作业存在着各种潜在的安全风险，也决定了钻井作业过程隐藏着各种复杂和不确定性因素[1-3]。在钻井作业过程中，受限于地质条件、技术装备水平、人才队伍以及管理方式等诸多因素[4-5]，钻井作业面临着难题和挑战，生产工艺、设备设施和管理等超出原设计范围的改变可能带来不可预估的风险[6]，很多潜在的或不受控的变更风险可能会引发重大事故。因此，全面识别和评估钻井作业变更风险和后果，从业务流程设计和管理上管控变更过程中的风险，防范因变更导致安全事故是变更管理的目标[7]。

1 钻井作业风险识别

钻井作业风险识别是对钻井过程中可能造成人身伤害、财产损失、环境损害和社会声誉影响的事故事件进行识别，识别的范围包括钻井过程作业活动和涉及的设备设施等全业务、全流程中存在的风险。

钻井作业风险识别，一般可采用蝴蝶结（Bow-Tie）分析法，它是一种类似于蝴蝶结的图案来表征事故（顶事件）与事故原因、事故路径、事故后果及预防措施之间的关联关系（图1），它将事故树分析方法和事件树分析方法融合为一体，全面分析某一事件的发生原因和事故后果的事故建模方法[8]。这种分析方法通过事故将事故原因（事故树）和事故后果（即事件树）有机串联起来。从图1中可以看出，安全屏障（控制屏障、恢复屏障）是蝴蝶结模型的关键要素，左侧的控制屏障是采取措施降低事故发生的可能性，右侧的恢复屏障是事故一旦发生后，采取措施减少事故造成后果的严重性。

图1 钻井作业危害因素分析（蝴蝶结模型）

为避免发生井喷失控、卡钻等钻井事故，要从提高钻井液性能、平衡井眼液柱压力、配备合格防喷装置、司钻规范操作等方面采取措施（即控制屏障）。一旦发生钻井事故，为将各种损失降低到最低限度，要采取提高钻井液性能、司钻按作业规程操作、加密坐岗观察等一系列应对各种紧急突发事件的措施（即恢复屏障）来减缓事故造成的后果。万一井场发生火灾、爆炸和井喷失控等严重的井场事故，需要立即启动消防抑爆系统，控制火情扩大及后续更严重的爆炸事故。如果依然无法有效控制井场火情，必须第一时间启动井口防喷装置，必要时紧急切断井下管柱，人员紧急疏散和逃生，防止事故的进一步失控。

通过以上分析，建立钻井作业事故的蝴蝶结模型，发生井场事故后，恢复屏障启动的越多，事故造成的后果就越严重。

2 钻井作业变更类型

根据油气钻井作业的业务实际和行业特点，变更类型主要分为生产工艺变更、设备设施变更和管理变更。其中，生产工艺变更主要包括钻井新工艺新技术的应用、工艺卡片指标超设计值或操作范围、泥浆药品等化工原材料新产品试用、钻井液体系的大幅度调整、钻井工程施工设计的变更等，归口管理部门一般在工程技术管理部门。设备设施变更主要包括钻井设备设施的改造升级、在原设备系统新增设备设施或功能、固定设备设施安装位置发生变化、替代等设备设施物理条件的改变，归口管理部门一般在装备管理部门。管理变更主要包括劳动工作制、关键岗位人员、业务外包等组织方式的改变，归口管理部门一般在人力资源部门。

实施一次变更可能涉及到多种变更类型。2021年3月，某钻井公司某定向井按照甲方提出的该井下步方案论证会会议纪要要求，决定对该井的靶点参数进行优化调整（相对原设计加深10 m，坐标不变），三开旋转导向施工井段缩短为418 m，并编写该井钻井工程施工变更设计，这属于生产工艺变更。另外，由于钻井设计的变更需要增加专业技术力量，为确保生产的连续性，该钻井公司决定临时抽调2名专业技术管理人员现场驻井，同时关键岗位人员司钻的劳动工作制由原来的三班两倒改为四班三倒，这涉及到管理变更。

3 钻井作业变更管理流程

变更按一般、较大和重大变更分级管理，即便是一般变更也有可能导致严重的后果，因此，变更实施过程应严格执行变更管理流程。

3.1 变更申请

变更申请时，变更申请单位（属地单位）应首先辨识申请事项是否属于变更，核实变更原因、工作范围、工作目标等变更内容，明确变更类别和变更等级，提出变更申请。变更申请单位要充分识别和关注采用的钻井新工艺、新技术、新材料，如调整钻井液配方体系、首次先导应用的连续油管侧钻技术、临时更换进口套管等。

变更申请时，切忌变更的随意性，在遵循尽可能减少变更的前提下，做到应变尽变。变更等级的判定要考虑关键安全因素、危险程度、重要性3个方面。本文以生产工艺变更为例，分析变更等级的确定过程（表1、表2）。

表1 生产工艺变更等级评估表

表2 生产工艺变更等级判定表

3.2 变更风险评估

变更申请单位应成立变更风险评估小组，组织相关人员对变更的影响因素开展审查与风险评估，评估内容包括可能存在的安全风险和管控措施，并确定风险是否可接受。结合施工区域的复杂工况，钻井作业的主要风险评估方法包括作业安全分析（JSA）、安全检查表法（SCL）、蝴蝶结分析、层次分析法（AHP）、贝叶斯网络等[9-10]。

研究表明，现有的风险评估方法较多关注技术、装备等物的不安全状态导致的风险，很少涉及到人员违章操作等人的不安全行为的因素。风险评估环节容易出现风险评估工具使用不当、人员技能不足、风险等级判定有误等问题，以及采取的风险控制措施不完整，未能从工程技术、管理措施、个人防护和应急处置4个方面来考虑。

3.3 变更审批

不同的变更等级由不同层级的相关负责人审批，一般变更由基层钻井队负责人审批后实施，较大变更由企业主管部门负责人审批后实施，重大变更由企业相关负责人审批后实施。要按照谁主管谁负责、谁审批谁负责的原则，业务分管、属地管理，对各自负责领域的变更负责。变更审批负责人应综合考虑变更风险识别评估的全面性，核实变更风险等级的准确性，并对风险控制措施的有效性现场校核，经审查通过后方可批准变更实施。

3.4 变更实施

变更实施前，变更申请单位应对涉及的相关人员进行技术交底或培训，交底或培训内容包括施工技术方案、风险描述和控制措施、应急处置方案等，主要目的是告知风险，知晓在变更作业，了解钻井变更风险并落实变更风险控制措施才能实施变更作业。变更申请单位应严格按照变更审批确定的变更内容和工作范围执行，并加强变更实施过程中的风险管控。

变更投入使用前，变更批准单位应当组织投用前的条件确认，主要确认包括：变更涉及的管理、操作和维护人员的培训情况，对相关单位变更告知情况，对变更涉及的管理制度、操作规程、工艺参数等技术文件和相关信息系统修改情况。

3.5 变更关闭

当变更实施完成后，变更审批人应依据变更的内容对变更的效果进行评估。评估内容包括是否按计划实施，变更效果是否达到目标，是否存在遗留问题并提出改进措施。重点从必要性角度对变更事项的效果进行说明，在降本增效、节能降耗、优化产能等提高经济效益的变更需明确具体指标或同类型变更举证。

4 钻井设计变更实例

某油田区块探井在定向钻进至井深3 758.76 m时发生压差黏附卡钻事故，经过4次泡解卡液处理未获成功。在处理卡钻过程中，钻具发生断裂、严重弯曲变形；上部地层垮塌，造成钻具被卡、环空堵塞，无法建立循环，导致下步套铣、倒扣无法施工。因此，该井需实施钻井设计变更（侧钻）调整靶点参数重新钻进。

4.1 侧钻申请

现场作业井队经过讨论研究明确变更等级，提出侧钻申请，认为该井已无继续下步处理的必要，决定放弃鱼顶以下井段，拟在鱼顶2 400 m至井深2 205 m井段注水泥塞封堵，从井深2 108 m处侧钻至原设计A靶点井深，下入Φ177.8 mm技术套管水泥固井后，换用Φ152.4 mm钻头继续钻进至B靶点完钻。

4.2 侧钻风险评估

变更申请批准人负责对侧钻申请变更的风险进行识别和评估，计算调整钻井井眼轨迹设计和分析侧钻变更井深结构变化[11]，考虑风险失控的可能性和造成后果的严重性，确定风险等级，采用安全检查表法（SCL）对钻井施工变更的风险进行评估（表3）。

表3 某井钻井设计变更风险评估

4.3 侧钻审批

根据收集的钻井队意见、工程部批复、相关变更材料、原井设计及钻井风险识别控制情况等信息，由企业工程技术管理部门负责人核实变更等级判定的准确性，确定是否批准侧钻变更申请，批准后方可实施。若钻井设计变更后未达到预期目的或因地层条件原因与设计有较大偏差需要重新变更时，必须及时根据地质设计修改钻井工程设计并审批。

4.4 侧钻实施

侧钻审批批准后进入钻井设计变更实施过程，调整钻井井眼轨迹设计，通过钻井设计输入形成设计输出，按变更后的钻井设计方案实施作业（图2）。施工时，通过循环水泥浆在井深2 205~2 400 m处加注水泥塞封堵，放弃原设计A靶点，在井深2 108 m处重新侧钻开天窗，按钻井设计变更后的井眼轨迹和靶点参数重新施工，钻进至B靶点完钻。