川东北地区高含硫油气井钻井安全管理

摘要：川东地区主要以产天然气为主，普遍存在的高压、高含硫、气层埋藏深的特点，石油钻井井控技术工作的难度之大，堪称中国陆上油气钻井施工风险之最。硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体，一旦出现井喷失控硫化氢泄露，将造成不可估量的损失。

关键词：川东北；高含硫；钻井；安全管理

中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）18-0040-02

1 含硫油气田简介及国内外井喷事故情况

1.1 含硫化氢气田情况简介 世界各大产油国几乎都有含硫化氢气藏，据统计，美国南得克萨斯气田的硫化氢含量高达98%，加拿大阿尔伯达的气田硫化氢含量为81%，如川东卧龙河气田三迭系气藏最高硫化氢含量达32%（493g/m3），河北赵南庄气田硫化氢含量达92%。含硫化氢气藏的开发已成为天然气开采的重要组成部分。

1.2 国内外含硫化氢气田井喷事故情况 美国得克萨斯州是含硫气井较多的地区，迄今为止共发生井喷事故1206起，含硫气井事故96起，死亡144人，受伤16人。近10年来，克萨斯州共发生井喷事故218起，其中含硫化氢气田的事故28起，占事故总数的12.8%，因此受伤的人数为28人，死亡3人。

2003年施工的位于四川开县罗家16H井井喷时硫化氢含量高于正常值6000倍，造成死亡243人，2142人住院治疗、9万余人被紧急疏散。

2 川东北地质特点及含硫气井特点

川东北地区气藏压力高，普遍含有硫化氢，一般含量为1%-2%，有的甚至高达16%，普光地区油气组份中，硫化氢气体的平均百分比浓度为16%，有些井含量高达260g/m3以上。

2.1 川东北地区地质特点 川东北地区油气储层埋藏深，以海相为目的层的油气井井深在5000-6500m；主要目的海相地层普遍含有硫化氢。以裂缝型、孔隙型和溶洞型气藏为主，缝间连通性较好。井喷、井漏频繁，喷漏同层，地层压力窗口窄等是该地区安全钻井面临的诸多难题。

2.2 川东北地区含硫气井的特点

①超高压含硫气井地层压力达120MPa。

②储层埋藏深，井深一般大于5500m。

③地层温度大多数超过150℃。

④普遍含硫化氢。

⑤地层压力敏感性特别强。

不同地层压力的层间压力敏感性强，即在钻井中同一裸眼段的不同储层中储层压力系数差异大，会出现上漏下喷或上喷下漏的情况。

同层压力敏感性强，由于下部高压产层对压力极为敏感，钻井液密度稍有下降就会出现井涌，而钻井液密度稍微提高就会出现井漏。

2.3 硫化氢特性及危害

2.3.1 硫化氢特性 硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体，具有臭蛋气味。较空气重，熔点-82.9℃，沸点-61.8℃，易溶于水，亦溶于醇类、石油溶剂和原油中。硫化氢燃点260℃，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫。可爆范围：空气中蒸汽体积分数4.3％～46％。安全临界浓度为20mg/m3。

2.3.2 硫化氢的危害

①硫化氢的毒性较一氧化碳大5-6倍，几乎与氰同样剧毒。

②硫化氢对金属材料的氢脆腐。

③硫化氢能加速非金属材料的老化。

④硫化氢污染钻井液，造成成本增加，并给施工安全带来威胁。

3 川东北高含硫油气井钻井安全管理的现状、存在的问题

川东北探区目前勘探程度不高，大多是探井或评价井，钻井实施过程中，往往出现实钻与地质预测压力出入较大的情况，含硫化氢浓度高，井控安全风险大，加之川东北工区还存在地理环境恶劣、居民分布多而零散的特点，而且每口井不仅仅地面都有不同的特殊情况，地下情况也有较大差别，一个井场往往受道路限制给应急疏散和抢险工作带来较大难度。主要有以下四个方面：

3.1 井控管理工作还有待进一步提高 从川东北工区现场抽查的基层队伍均是在重点井或关键工序施工的队伍，井控管理工作还有薄弱环节，钻井队司钻都对防喷演习的“四七”动作不够熟悉，甚至在演练时井控通道设置错误；部分技术人员对在何种情况下需要计算油气上返速度掌握不够全面；在实施负压钻进时，未制定特殊作业下的技术和安全措施方案。

3.2 应急管理工作存在不足 应急中心编制的单井应急预案没有根据事故级别明确资源配置数量，没有明确地方应急资源需求处置程序，对警戒和疏散居民处置程序不明确、不具体；钻井队应急预案风险区居民统计资料不详细，没有确认村组疏散预案的可行性。

3.3 设计、施工和监管工作存在薄弱环节 一是对探井的地质设计误差较大。给施工带来极大井控安全风险。二是对钻开气层验收工作不完善。目前川东北元坝工区已探明7个层位的气体显示，甲方都只对海相主力气层开展钻开气层前的验收工作。

3.4 部分单位井控设备管理和资料管理还需要完善 钻井队和试气队的设备配套已满足川东北工区的要求，但个别设备没有按要求管理，使用试气封井器和采气树均没有按标准要求做到在现场安装前进行气密检验。部分设备的使用和管理仍还不够精细，个别单位的资料管理也还需完善，主要表现在原始资料记录上不是很规范，值班记录无正规记录本，采取单页记录纸的形式容易造成原始记录的遗失。

从目前川东北含硫气井安全管理现状及存在问题可以看出，目前川东北高含硫油气田开发安全管理工作还存在大量的问题：安全意识不强，基础工作不到位，制度落实不到位等等，要确保川东北高含硫油气田安全管理工作，不仅要树立“大井控”意识，加强安全教育培训和井控技能培训，进一步提高全民安全防范意识，还要从井控管理、设备管理、加强井控检查、完善应急预案、加强现场管理及甲方乙方共同管理等全方位强化，才能有效的解决目前存在的安全管理漏洞。

4 川东北高含硫油气井钻井安全管理措施与对策

川东北高含硫油气田气藏压力高、H2S含量高、地质构造复杂、地形地貌复杂，山高沟深、坡陡路险，这一复杂的地质结构和特殊的地表环境，同时也对钻井作业过程中的安全管理等方面提出了更高的要求。针对川东北高含硫油气田钻井安全管理目前存在的问题及现状，要确保川东北高含硫油气田钻井施工安全，这些安全管理漏洞急待进一步解决完善。

4.1 牢固树立“大井控”意识是搞好安全管理的前提 要建立起包括油气钻井、开发、辅助作业为一体的“大井控”的钻井安全管理理念。即井控安全管理工作不是“一单一岗位、单一施工队伍或者是单一部门、单一单位的工作，而是油田勘探开发全过程、全方位需要做好的一项重要工作，需要将井控技术工作贯彻于勘探开发设计、钻井工程施工全过程中去”。

4.2 加强员工技能培训是提高安全管理水平的关键

①首先抓好中间层的管理干部和技术业务骨干安全教育，强化对安全生产禁令的理解，强化对标准、设计的执行力，强化对管理制度的熟悉，尤其要加强对井控技能的培训。

②加强各级管理人员和岗位员工的井控培训，提高井控意识和操作技能是确保安全管理水平提高的关键，要求大家养成“无证不准上岗操作、无证无权指挥生产”的自觉行为。

4.3 严格按照标准配备井控设备是安全管理实施的基础

①严格执行《钻井井控技术规程》等相关井控技术管理制度，严格现场标准化安装(井口装置、双四通、双节流管汇、专用防硫防喷管线等)。高含硫气井的井口装置、节流压井管汇、防喷管线每口井安装4条以上由法兰连接的抗硫专用放喷管线，按出距井场100m以远，并安装手动和自动3套点火装置。液气分离器排气管均接出距井场100m以上，钻台上下均应安装排风扇，井场安装风向标等。配备气动下料加重装置，使用带有自动记录仪的试压装置。

②落实井控分级责任制，层层签订井控安全责任承诺书，做到权责明确。

③严格执行地质、工程设计，加强坐岗观察，进行防喷演习，提高班自为战的能力，及时发现溢流，快速控制井口。

④认真作好邻井资料调研。合理选择钻井液密度，采用密度附加值上限压稳气层。

4.4 定期组织井控检查是强化安全管理的重要手段

一是在各施工单位配备专职安全员。对每一道工序和各个作业环节进行现场监督；二是开钻前对施工单位井控装备进行检查；三是油田组织一批老专家组成督查组，建立监督检查体系，定期对施工队伍进行井控工作督查。

4.5 制定井控应急预案是加强安全管理的重要环节 在每口井开钻之前，首先对井场周边的地形地貌、居民住宅、学校、厂矿等情况进行调查了解，对井口周围100m以内的居民进行了搬迁，并根据工程设计、地下产层情况编制有针对性的应急预案，向周围村镇通报。

4.6 加强现场管理是强化安全管理的重要细节

①井场设备及营房的摆放。川东北地区地形复杂，山高路陡，考虑当地的季节风向，营房距离井口大于300米、值班房、钳工房、油料房必须摆放在上风口，一旦出现硫化氢泄露，现场人员应向上风口方向安全区集合。

②现场硫化氢防护演习。在川东北高含硫化氢的井进行施工作业时，每班每月应至少进行一次各种不同工况下的防喷演习，应有计划的进行井场、驻地的连动防硫演习。

③搞好川东北钻井现场硫化氢监测。川东北地区依据本区的油气层压力特点，充分发挥现场录井设备在线监测功能，设置报警门限，发现违规作业后，立即向施工人员提出警示，向井场负责人报警。

④搞好川东北高含硫气田钻开含硫油气层前的准备工作。钻开油气层前对全套井控设备进行一次试压；在进入油气层50-100m，按照下步钻井设计最高钻井液密度，对裸眼地层进行承压能力检验；在进入油气层前50m，将钻井液得PH值调整到9.5-11之间，直至完井；在钻开油气层前必须经过甲方单位进行验收，准备工作未达到要求得不准钻开含硫油气层。

⑤基层队搞好三级井控工作。搞好一级井控，及时发现溢流。严格坐岗制度：无论是正常钻进、起下钻、电测还是空井筒条件下，均应有专人坐岗监测循环罐内液面的变化情况，及时发现液流。坐岗人员应设专人。

搞好二级井控，及时关井。坚持“一方报警，二方关井”的原则。

做好三级井控。钻井过程中要力求使一口井处于一级井控状态，同时，应做好一切应急准备，一旦发生井涌或井喷能迅速进行控制、处理，并恢复正常作业。

⑥搞好现场人员、车辆管理及24小时值班。川东北地区钻井所有在井人员都是应急人员，井队干部必须对每班在井施工人员和在营房人员进行登记，井队值班车24小时值班，值班车至少能乘坐16人以上。救护车、专职医生（至少两名）住井值班；井队干部双岗值班。

⑦搞好现场防火、防爆。在危险区使用的任何电器设施等均应满足防爆要求，在离井口30m以内的所有设备必须防火、防爆。

⑧硫化氢中毒的防治。必须配备专职医生，在现场职工出现硫化氢中毒后能及时救治。

4.7 甲、乙方共同管理确保川东北含硫气井施工安全

①甲方单位要加强对探井的风险管理，进一步强化地质预测工作，主动承担风险，积极指导乙方单位做好井控安全管理工作。

②甲乙各方都要高度重视钻开油气层开工验收工作。

③甲方单位要进一步研究和完善甲方、乙方、应急中心。

④甲方要高度重视川东北探井转开发井的风险，要从技术和安全方面开展风险评估或论证。

⑤乙方施工单位要高度重视和落实防喷器组及采气树出厂前和井控车间的气密检验。

5 结论

在川东北地区高含硫油气田施工，如何搞好防硫化氢工作关系到现场施工人员的生命安全，关系到国家财产问题，准确预告地层压力、合理选用钻井液密度、压稳油气层；加强液面检测和坐岗观察，及时发现溢流。及时关井，及时压井；一旦发生井喷，应迅速启动应急预案，采取果断措施防止事故复杂化。只有思想上高度重视，行动上严谨周密，装备配套齐全，人员素质过硬，严格按照标准规程操作，才能最大限度地避免井喷失控事故的发生，确保安全生产。

参考文献：

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