邛崃1井氮气钻井事故分析(Ⅱ)——事故过程的还原及教训

上文针对邛崃l井氮气钻井中的井喷失火事故,对构成事故的重要事件进行了分析。在此基础上.基于事故调查资料、实时录井资料和必要的计算与数模分析结果,按照安全工程学中故障树的分析原则,分析了构成邛崃1井氮气钻井恶性井喷失火事故的重要事件的各种可能组合、发生概率和时间顺序,还原了事故的全过程,并完整地解释了综合录井数据所表达的事故内幕。研究结果认为:①该次事故的客观原因是严重"岩爆"的发生及其诱发事件;②主观原因是该井排砂管线不能适应"岩爆"产生的大股碎屑而堵塞,进而由堵塞产生井口高压引发排砂管线爆裂,导致失控井喷和着火。最后,基于对裂缝性致密砂岩气层中实施气体钻井时井下岩爆是一种客观的、必然的现象的认识,提出了需要进一步改善排砂管线、井口组合和钻具附件特性的技术建议,以从根本上防止井下岩爆诱发的地面事故。所得到的认识与建议将有助于扭转该事故对气体钻井技术所造成的不利影响。     

氮气钻井井底岩爆机理及动态过程演化

氮气钻井钻遇致密砂岩裂缝圈闭高压导致井底岩爆是QL1井恶性井喷事故的根本原因,针对岩爆机理进行系统分析并形成正确的认识是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,通过分析井底岩石性质、计算井底岩石裂缝面应力,利用常规井壁失稳分析方法研究井底岩爆机理;在此基础上,借助Visual Basic语言和Matlab软件编程,进行了岩爆的动态演化模拟,分析判断QL1井录井监测参数的异常变化。研究结果表明:当井底逐渐接近裂缝圈闭高压的过程中,裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大,主应力之间的差值所引起的剪应力的增长使裂缝面产生压剪破坏以及压剪和拉伸复合破坏模式,直至破坏区连通井筒,高压气体携带大量碎屑喷入井内,释放大量能量,产生井底岩爆,上顶压缩钻具。结论认为,该研究成果系统地解释了QL1井录井监测参数的异常变化,其分析方法可以为井底岩爆的防治提供理论基础。     

QL1井井底突发性岩爆动力学机理及动态演化过程

氮气钻井钻遇致密砂岩高压裂缝圈闭导致井底岩爆是四川盆地西部白马庙构造QL1井恶性井喷事故的根本诱因。利用研究井壁失稳的理论方法来进行井底岩爆的动力学机理分析,并借助Visual Basic语言和Matlab软件编程,进行了岩爆的动态演化模拟。研究认为,当井底逐渐接近高压裂缝圈闭的过程中,裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大,主应力之间的差值所引起的剪应力增长使裂缝面产生压剪破坏及压剪-拉伸复合破坏,直至破坏区连通井筒,高压气体携带大量碎屑喷入井内,释放大量能量,产生井底岩爆。该研究成果系统解释了QL1井录井监测参数的异常变化,其研究结果不仅可为岩爆的防治提供理论基础,而且在石油工程领域为深部岩体动力学失稳研究提供了一个新的视角。     

QL1井井底突发性岩爆动力学机理及动态演化过程

氮气钻井钻遇致密砂岩高压裂缝圈闭导致井底岩爆是四川盆地西部白马庙构造QL1井恶性井喷事故的根本诱因。利用研究井壁失稳的理论方法来进行井底岩爆的动力学机理分析，并借助Visual Basic语言和Matlab软件编程，进行了岩爆的动态演化模拟。研究认为，当井底逐渐接近高压裂缝圈闭的过程中，裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大，主应力之间的差值所引起的剪应力增长使裂缝面产生压剪破坏及压剪-拉伸复合破坏，直至破坏区连通井筒，高压气体携带大量碎屑喷入井内，释放大量能量，产生井底岩爆。该研究成果系统解释了QL1井录井监测参数的异常变化，其研究结果不仅可为岩爆的防治提供理论基础，而且在石油工程领域为深部岩体动力学失稳研究提供了一个新的视角。     

基于事故树分析钻井井喷事故危险评价研究

钻井井喷事故危害极大,会导致人员伤亡、财产损失以及设备损坏,井喷一旦失控容易引起火灾、爆 炸、中毒窒息等事故,造成极大的经济损失。利用事故案例对发生事故的基本事件进行分析,运用事故树对引起钻 井井喷事故的各基本事件的发生概率重要度进行分析,确定各基本事件导致发生事故的可能性大小,为最大程度 地减少井喷事故的发生提供理论依据。通过事故树分析,认为钻井井喷最主要的影响因素是钻遇高压油气层、浅 气层、浅水层、防喷器故障、关井动作执行不到位。针对引发钻井井喷事故的主要原因,应加强对其采取控制措施, 严格控制井喷事故的发生。     

地面氮气抽吸作业气体流动规律研究

储层氮气钻完井是致密砂岩等低渗气藏储量有效动用和产能释放的革命性技术之一。储层氮气钻完井作业期间，起下钻及下完井管串过程中，井口处于敞开状态，此时采用地面氮气抽吸技术，有控制地“引导”地层产出的天然气流向排砂管线出口进行处理。为此，文章基于数值仿真方法，系统研究了敞井条件下地面氮气抽吸作业时的气体流动规律，考虑天然气的扩散现象，建立了气体流动模型，并定量分析了影响氮气抽吸效果的主要因素。研究表明，氮气抽吸效果主要受注入方式、氮气抽吸气量、抽吸装置安装位置、排砂管线长度和天然气产量的影响。同心注气方式相较于斜插注气方式具有更好的抽吸效果；低抽吸气量下，氮气注入量越大，抽吸率越高，随着抽吸气量持续增加，抽吸率达到峰值后有所下降；抽吸装置距离排砂管线出口越近、排砂管线越短、地层产气量越低，抽吸效果越好，实现完全抽吸所需的临界抽吸气量越低。文章研究成果为优化氮气抽吸工艺设计、保障储层氮气钻完井敞井条件下的安全作业提供了理论支撑，并在四川大塔场气田进行了现场应用，实现了储层氮气钻完井作业敞井条件下地层产出天然气100%的抽吸，确保了作业安全。     

钻油管钻完井条件下采气井口装置冲蚀及优化

氮气钻井技术已经从低压、低渗储层拓展到高产储层,为保障钻完井过程的井控安全,某油田采用了钻完井一体化井口装置以及钻油管技术。由于钻完井过程中气体流量大,容易导致采气井口装置被严重冲蚀,诱发事故。基于冲蚀损伤理论,确定气相临界速度冲蚀评价标准,采用CFD方法研究采气井口装置在高速气流下的冲蚀损伤情况,并通过风险评估,提出适合高产储层氮气钻井技术的钻完井一体化投产采气井口装置优化方案。研究表明:整体式Y型采油树受气体冲蚀的作用最小、采气能力最强,适用于高产气井;套管环空采气井口装置是在突遇高产气流或其他特殊工况下采用的一种应急装备。     

氮气欠平衡钻井技术的研究与应用

氮气欠平衡钻井(UBD)技术适应于低压低渗透、裂缝油气藏、衰竭、边际油气藏或是曾经发生钻井液漏失和压差卡钻等需要钻穿复杂层的地区。它具有保护油气层、提高单井产量、提高钻井速度、减少钻井事故及井下复杂情况等优点。介绍了氮气欠平衡钻井的关键设备与主要工艺流程,以玉门油田鸭940井为例,介绍了其实钻井身结构、氮气欠平衡钻井的施工过程及所用的井口装置、钻具组合。给出了氮气欠平衡钻井注入参数的设计。最后介绍了氮气欠平衡钻井技术所采用的新工艺,包括混油气举降解携砂钻进技术、裂缝油藏负压悬挂贯眼完井技术和全过程油层保护技术。     

一次特殊井喷事故的处理

由于钻机提升能力不够,泽85井生产套管没能下到石灰岩顶部。因此发生井喷时,高压气流携带的大量砂石在井眼中形成砂桥,并堵塞了防喷器、四通及放喷管线。本文介绍了这次特殊井喷事故的发生及处理情况。     

油包水泥浆在定向斜井中的应用

柯10—3井是为了救护柯10井无控井喷的抢险定向井。柯10井钻至井深3771米因井喷发生卡钻,在处理卡钻事故中又发生第二次井喷并引起着火,经灭火抢险装了新井口,用6条4 1/2″管线引出放喷。柯10—3井距柯3井井口320米,用17 1/2″钻头和水基泥浆钻到井深1545米,13 3/8″套     

采用大型压裂工艺控制井喷技术

高压油气井在钻井过程中发生无控井喷事故后,有效的井控措施之一是在事故井旁钻一口定向斜井,斜井井下井位钻达事故井"靶区"后,采用大型压裂工艺技术建立两井间裂缝"沟通",而后采取井控措施,控制井贪,救护油层。我国新疆南部柯克亚油田柯-10井在勘探钻井过程中发生强烈井喷后,试验应用了此项技术,取得初步经验。     

赤水地区官渡构造钻井液技术实践

赤水地区钻遇地层复杂，岩性变化大，岩石可钻性差，钻井速度慢，作业时间长，造成钻井液成本高。上部地层胶结性差、有裂缝，易发生井漏、垮塌掉块，造成埋钻具、卡钻事故。赤水地区地下富含天然气、CO2及H2S气体，对钻井液造成污染，危及设备及人身安全，通过官8井的施工，对该区钻井作业特点有了一些初步的认识，对指导今后钻井液技术在该地区的钻井生产会有一定的积极作用。     

川东地区井喷显示特征及地质因素分析

川东地区是目前四川盆地天然气勘探开发的主战场，钻井工作量大，钻井中气侵、井涌、溢流显示频繁，特别是个别井喷事故的发生给企业带来了严重的经济损失和不良的社会影响。为此，通过对川东天然气井喷特征及其地质因素的分析，以期预防或减少井喷事故的发生。研究表明：①川东碳酸盐岩地层发生井喷的频率较高，但在1990年后井喷次数已明显减少；②所发生的主要是钻进中井内为高负压条件下的井喷，喷出的天然气中硫化氢含量高，危害性大；③绝大多数的井喷在发生前都有明显征兆。地质因素分析结果认为：①低缓、潜伏构造及部分高陡构造上异常高压裂缝系统，特别是小型网状或单裂缝系统井喷频率高；②在纵向压力剖面上，嘉二²亚段以下异常高压带井喷的频率高，地层层位上以嘉二¹亚段-嘉一段、飞仙关组、茅二段井喷为主；③多个地层压力带或复杂压力系统共存于同一裸眼井段的条件下，易喷、漏共存。     

防喷型高压光杆密封器的研制与应用

针对现有抽油井口光杆密封器不具备自动防喷功能,造成油井井口失控及环境污染事故的问题,研制了新型防喷型高压光杆密封器,该密封器能够在光杆断脱后自动关闭油气流通道,阻隔油井井筒内和地面管线中原油及天然气的喷出,防止井口污染,避免采油现场重大安全事故的发生。     

阿姆河右岸EHojg-21D钻井工艺技术探索

东霍贾古尔卢克气田EHojg-21D井是阿姆河右岸合同区块的第一口定向探井,该气田地层复杂,上部地层以泥岩为主,易垮塌造成卡钻事故;中部基末利阶盐膏层是高压盐水风险极高地层,地层压力系数达2.30;下部目的层碳酸盐岩存在裂缝和溶洞,钻井作业中可能发生井漏或井喷。该井面临着高钻井液密度条件下盐膏层内定向轨迹稳斜控制难、定向钻遇高压盐水的处理、储层井漏的堵漏压井、井漏与产气同层的井控控制等技术难题。通过EHojg-21D定向探井钻井工艺技术的现场实施,探索解决这些技术难题,为今后地质勘探和钻井工程实施钻定向探井提供参考。     

欠平衡钻气井井口回压控制理论及实践

欠平衡钻气井的井控问题长期以来一直是该技术领域的一道难题。通过分析井筒流动规律并耦合地层产气得出欠平衡钻气井井控的有效方法——施加井口回压。建立了井筒流动方程和地层产能方程以及求解方法,阐述了施加井口回压可以提高欠平衡钻气井井控效果的理论机理,并通过案例分析得出施加井口回压对欠平衡钻气井的井控效果。研究发现,施加井口回压既可以使进入井筒的地层气体减少,又可以使气体体积变小,有利于欠平衡钻井的携砂和井控。     

有效沟通天地宽

沟通无小事.几年前相继发生在东海平湖油气田海上平台的两起安全事故,中海油上海分公司全体员工至今仍记忆犹新:第一次是由于氧气瓶和氮气瓶标识不清,而且交接班工作没有到位,归根结底是有效沟通问题,误将氧气作为氮气,注入气井中,氧气和天然气混合后,达到爆炸浓度范围,使气井井口发生爆炸并起火,所幸大火及时扑灭,没有造成严重后果;第二次是在生产测井过程中,电缆防喷管的防喷盒由于密封失效发生少量天然气体泄漏,但天然气完全处于测井作业人员的控制之中,不会发生井喷事故,但平台生产操作人员认为这是井喷的前兆,于是不管三七二十一,从安全考虑,关闭井口采油树全部阀门和井下安全阀,剪断电缆,造成带有放射源的测井工具落井的井下事故,这完全是由于测井作业人员和平台生产人员在作业井关井程序方面缺乏有效的沟通而造成的.……     

钻井旋转导流装置的研制

开发研制钻井旋转导流装置与长庆局引进的气体钻井设备配套,为长庆油田气液欠平衡钻井井口设备填补空白,使之国产化、降低成本;解决由于陕北油气田采用先注后采的生产工艺,导致地层压力相对较高,发生井涌、井喷的问题,在打开油气藏时使用该装置减少井喷事故的发生.旋转导流装置是一个随钻防喷设备,采用综合技术,大轴径旋转高压润滑密封与冷却技术;润滑冷却自动控制系统;高压试压装置;高压运转试验台架等.完成室内试压、台架带压运转试验、测试及试验总结;完成在长庆油田召42井、双46井和双77井可循环泡沫欠平衡钻井,为钻井防喷安全起到了重要作用,获得了较大的间接经济效益.     

钻井井喷失控井喷流出口速度预测方法研究

失控井喷流出口速度、喷口内压力、喷层产量都是井喷失控处理方案设计、作业施工中重要的基础数据。由于井喷失控井井口环境条件复杂，井喷失控后无法在井口安装测量仪表及在高速喷流中放入参照物，不能直接获取以上数据。文章利用地质、钻井过程获得的地层物性参数和气体动力学方程，探讨井喷失控井天然气喷流在不同井筒流动尺寸及组合的喷流速度预测模型，可应用薄剪切模型或RNG修正的k-ε模型定量描述速度场、温度场、浓度场颁。为井喷失控井处理方案设计、施工作业提供基础数据。     

气体/泡沫钻井技术在也门砂岩地层的应用

针对也门Abyed-2井大尺寸井眼灰岩裂缝性地层漏失、疏松砂泥岩井眼失稳等一系列钻井难题,确定了采用泡沫气基流体钻过灰岩地层、抑制性硬胶泡沫钻过不稳定砂泥岩地层、零滤失高效泡沫压井液保证起下钻安全的多套气体钻井施工方案.现场施工表明,空气/泡沫钻井工艺提高了灰岩地层的机械钻速,避免了裂缝性灰岩、疏松砂泥岩地层出现恶性漏失,能维持疏松砂泥岩地层的井眼稳定,有效缓解了严重缺水地区钻井施工对生产用水的依赖,降低了钻井成本.空气/泡沫钻井工艺在该井的成功应用,为也门1区块的优快钻井提供了借鉴.