井下作业中井喷的原因及预防措施
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摘要：在总结油田近年来井下作业中发生的井喷失控案例的原因基础上，从加强溢流检测、起钻时注意灌浆、起钻减少抽吸、合理设计压井液密度和减少漏失等方面介绍了预防事故发生的措施。希望对于提高现场人员井控意识和应对事故的能力方面具有一定的帮助。
关键词：溢流；井喷；井控；井下作业
井喷失控是井下作业工程中性质严重，损失巨大的灾难性事故，它不但造成油气井的报废、钻机的损坏、人员的伤亡，而且使油气资源受到严重破坏和环境的污染。随着油气勘探开发的区域的不断延伸和油气层保护的措施的实施，对井控技术和井控配套装备的要求越来越高。实现快速、安全作业，必须把井控技术作为研究和发展的重要内容。
1 井喷的原因及危害
地层流体无控制地流入井内的现象称为井喷。井喷失控是指利用封井器也无法控制的井喷。
没有受到控制的井涌，可以迅速地恶化成井喷。井喷是石油或油气开采中非常严重的事故，井下作业时要把井下作业液注入井中来平衡地层压力，当对地下压力预测不准、注入的井下作业液密度太低或出现地层压力突然变大等情况时，地层中的油气就会大量流入井内而引发井喷[1]。
井喷发生时，天然气和油喷出后与空气摩擦，接触明火容易发生燃烧，会烧毁设备和烧伤工作人员，因此非常危险。如果是含硫气井发生井喷，地层中的硫化氢气体扩散到空气中，不易控制，会对人体造成非常大的危害。 2 井喷原因
2.1 井喷直接原因
（1）气侵或注水造成压井液密度的降低；
（2）控意识不强，思想麻痹；
（3）发现井涌后未果断关井，造成喷势过猛而无法关井；
（4）井口没安装防喷器；
（5）防喷系统安装不合格；
2.2 地质原因：
（1）对地下地层含油气情况，特别是气层分布情况缺乏足够的认识。在目前广泛采用的平衡压力作业过程中，如果钻遇气层，则存在较大的安全风险。
（2）在油田开发过程中特别是油田开发后期，由于套管损坏、产层压裂作业或强行注采而造成产层气体向上部地层的迁移而形成的地层压力变化。
2.3 管理与技术原因
（1）对井涌的早期监测未引起足够的重视；
（2）井队人员应急处置突发情况的能力不强；
（3）岗位责任井控措施在现场未得到有效落实。
3 井喷事故预防措施
为了防止井喷事故的发生，单单是总结经验教训是不够的，只有在井下作业前后都认真的正确操作，及注意预防，才能尽量的减少井喷事故的发生。
3.1 加强溢流监测
概括来讲，井下作业人员应当做到下列几点：
（1）懂得溢流的各种原因，环形空间压井液静液压力小于地层压力，就有可能发生溢流；
（2）使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减值；
（3）使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增值；
（4）要能识别各种表示静液柱压力与地层压力之间不平衡的各种显示；
（5）认识到溢流有可能发生；
（5）如果溢流，应立即采取措施。
3.2注意灌压井液
（1）至少每起出3~5个立根钻杆，或起出每根钻铤时，就需要检查一次灌入的压井液量。灌压井液前决不能让井内的液面下降超过100英尺。
（2）应当通过灌压井液的管线向井内灌压井液。
（3）灌压井液管线在防溢管上的位置不能与井口防溢管同一高度，如果两管同一高度则经过灌压井液管线灌入的压井液可能直接从出口管流出，从而误认为井筒已灌满。
（4）环形空间间隙要适当；
（5）使压井液粘度、静切力保持在最低水平；
（6）用降低起管柱速度来减少抽吸作用至最小程度；
（7）用压井液补偿罐、泵冲数计数器、流量计或井下作业液面指示计来监控过大的抽吸作用。
3.3 合理压井液密度设计
（1）正确设计井身。准确地估算预计的地层压力。
（2）分析邻近井资料，如地下井喷；注入作业；套管漏失；不合理的报废井情况。
（3）密切监控井下作业参数和电测资料，为在井下作业过程中对地层压力取得一个合理的估计值。
（4）密切监控断层或已变地层的底层变化情况。
（5）装适当的地面装置，以便及时除掉井下作业液中的气体，不要把气侵的压井液再重复循环到井内。
（6）保持压井液处于良好状态，应均匀加重。
3.4 浅气层井喷预防
（1）采用合理井深结构设计。对浅层气的井，设计时应要求表层套管封过平原组疏松地层，压井液返至地面且要保证良好的封固质量。对表层套管下深超过300m 的井，要采用插入法固井。
（2）合理的压井液密度。根据随钻气测资料及相关钻探资料确定异常井段，并根据显示情况，要求采用适当密度压井液钻开，压井液密度可按规定附加值的高值进行附加。
（3）停泵时间不可过长。停泵时间不能超过允许停泵时间，若停泵时间较长，停泵期间注意及时灌满压井液。
3.5井控技术
井控，即井涌控制或压力控制，是指采取一定的方法控制住地层孔隙压力，基本上保持井内压力平衡，保证井下作业的顺利进行的技术[6]。
定义中所说的“一定的方法”包括两个方面：①合理的井下作业液密度；②合乎要求的井口防喷器。
好的井控在每个方面，都遵循实际想法和经验形成的简要逻辑概念。这些概念可归入为三级井控中之内：初级井控；二级井控；三级井控。
初级井控：采用合适的压井液密度和技术措施使井底压力稍大于地层压力的井下作业过程。初级井控的核心就是确定一个合理的压井液密度，初级井控提供的压井液液柱压力为安全井下作业形成第一级屏障。
二级井控：一级井控失效，并不意味井失去控制。只要对井涌控制得当，井控就可以保持到将侵入流体循环出去，就可恢复到初级井控，这就叫二级井控。没有受到控制的井涌，可以迅速地恶化成井喷。
三级井控：是井喷发生后正确使用设备与技术重新恢复对井的控制。井喷可能是地面井喷或是地下井喷。不管是哪种情况，井已失去控制。
应急计划包括有下列几个方面：
① 保护控制井喷的操作人员；
② 保护附近的居民；
③ 保护环境。
井喷失控有两种现象：一种是地下井喷，即上吐下泻或下吐上泻，这种情况可以按喷漏并存的压井方法进行压井；一种是井口装置失去控制，或者是根本没有井控装置，或者是地层压裂，油气流不出环空而从套管外喷出，在这种情况下就根本无法控制溢流，造成了地面失控井喷。
图1井喷失控事故识别树状图所示。
3.6失控后处理流程
井喷失控后的处理方法和总的思路是如何控制井口和尽最大可能保护人员和设备，争取把损失降到最低程度。
（1）应急反应
井下作业公司应急管理机构由相关部门人员组成，当险情发生时，可会同当地政府及有关部门组成临时性的“重大险情指挥部”，主要负责传达上级指令、
制定或审批应急行动方案，组织抢险救助，包括调动、组织协调有关部门如医疗救护队、公安、消防队参加抢险；组织调运抢险所需的物资；支援和指挥一线抢险，实施应急计划。
图1 井喷失控事故识别树状图
（2）划定警戒区
一旦井喷失控，就根据喷势、风向、喷出物类型，把以井口为中心，以危险距离为半径的若干地区划为警戒区，和当地政府联系，疏散人员，严格警戒。
（3）保护好井口
井口是控制井喷的关键部位，要尽一切可能保护原有的井口，即使是部分损坏了，也要保护好未损坏的一部分，以便在安装新井口时有“扎根”的条件。
（4）防止着火
井喷失控，一旦着火，会在短暂的时间内造成机毁人亡，使事故的处理变得更加困难和艰险，倒塌的井架，烧毁的设备，狂喷的油气，灼人的火苗四处乱窜，不仅严重威胁着抢险人员的安全，也更容易使井口遭受毁灭性的破坏。
（5）从钻具内部喷出而环空不喷，或者环空已经控制，在此情况下应采取以下措施：立即停机停电，防止着火；用拖拉机拉大绳接方钻杆，方钻杆应带下旋塞，并且把高压管线的出口打开，以减少对扣时的喷流冲击力。
（6）钻杆内外都喷，但套管外不喷，此时应按下述情况分别进行处理
如果表层套管下得很浅，且无井控设备，应立即停机停电，用拖拉机拖接方钻杆，，用边循环边加重的方法压井，或储备足够的加重压井液后，一次大排量泵如压井，以制服井喷为主，即使压漏地层也在所不惜。
3.7控着火的处理
井喷后失去控制的地层流体在地面遇到火源着火的现象。这是井下作业过程中最恶性的、损失巨大的作业事故。失火原因主要有柴油机、电气设备产生的火星及进内钻具、石块碰撞产生的火星还有雷击、认为点火等。图2是事故不受控制，越来越严重，最后导致井喷着火的过程。
图2 事故发展过程
井喷失控着火带来的损失相当巨大，一旦出现井喷失控着火，要立即进行相应的应急措施，按图3中的程序进行处理，以最大限度的挽救人的生命及财产安全。
图3 井喷失控着火应急程序图
可采用下述方法扑灭不同程度的油气井火灾。
（1）密集水流法
此法是以足够的排量，从防喷器四通向井内注水和向井口喷水的同时，用消防水集中喷射在向上燃烧的火焰最下部形成一完整水层，并逐步向上移动水层，把火焰往上推以切断井内喷流与火焰的“联系”，达到灭火的目的。
（2）突然改变喷流方向灭火法
此法是在注入和喷射水流的同时，突然改变喷流的方向，使喷流与火焰瞬时中断而灭火。
（3）空中爆炸灭火法
此法是将炸药放在火焰下面，利用爆炸时产生的冲击波将喷流往下压的同时，把火焰往上推，造成喷流与火焰的瞬时切断。
（4）快速灭火剂综合灭火法
此法将液体灭火剂经防喷器四通注入井口与油气喷流混合，同时向井口装置喷射干粉灭火剂包围火焰，内外灭火剂综合作用达到灭火的目的。
（5）钻救援井灭火法
此法是在失控着火井附近钻一口或多口定向井与失控着火井连通，然后泵入压井井下作业液，压井灭火同时完成。
4. 结论
对各油田近二十年来发生的40个井喷失控案例的经过、原因、处理过程和经验教训进行了分析总结。
（1）从加强溢流检测、起钻时注意灌浆、起钻减少抽吸、合理设计井下作业液密度和减少漏失介绍了预防事故发生的措施。对于潜在的或即将发生的溢流绝不要感到侥幸。井下作业人员应密切监控井下情况，并且考虑到可能出现的井控问题。有准备的井下作业人员能够迅速发现，有效地把溢流、地面压力及井控的各种困难减到最小程度。
（2）井控装备是保障井控安全的前提，根据地层压力大小和油气流特性选择合理的井控装备组合是井控工作的基本要求。
（3）及早发现井侵和发现井侵后立即关井是避免井喷失控的重要措施。 参考文献
[1] 高因斯. 防止井喷. 第一版. 北京：石油工业出版社, 1985：11-18.
[2] SY /T 6277—2005含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程.
[3] 孙全俊, 施兆国, 王鹏，等. 中国石油天然气集团公司井喷事故案例汇编. 第一版. 北京：石油工业出版社, 2006：31-33，90-144.
孟凡平 1973.3.16黄河钻井三公司
井下作业中井喷的原因及预防措施
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摘要：在总结油田近年来井下作业中发生的井喷失控案例的原因基础上，从加强溢流检测、起钻时注意灌浆、起钻减少抽吸、合理设计压井液密度和减少漏失等方面介绍了预防事故发生的措施。希望对于提高现场人员井控意识和应对事故的能力方面具有一定的帮助。
关键词：溢流；井喷；井控；井下作业
井喷失控是井下作业工程中性质严重，损失巨大的灾难性事故，它不但造成油气井的报废、钻机的损坏、人员的伤亡，而且使油气资源受到严重破坏和环境的污染。随着油气勘探开发的区域的不断延伸和油气层保护的措施的实施，对井控技术和井控配套装备的要求越来越高。实现快速、安全作业，必须把井控技术作为研究和发展的重要内容。
1 井喷的原因及危害
地层流体无控制地流入井内的现象称为井喷。井喷失控是指利用封井器也无法控制的井喷。
没有受到控制的井涌，可以迅速地恶化成井喷。井喷是石油或油气开采中非常严重的事故，井下作业时要把井下作业液注入井中来平衡地层压力，当对地下压力预测不准、注入的井下作业液密度太低或出现地层压力突然变大等情况时，地层中的油气就会大量流入井内而引发井喷[1]。
井喷发生时，天然气和油喷出后与空气摩擦，接触明火容易发生燃烧，会烧毁设备和烧伤工作人员，因此非常危险。如果是含硫气井发生井喷，地层中的硫化氢气体扩散到空气中，不易控制，会对人体造成非常大的危害。 2 井喷原因
2.1 井喷直接原因
（1）气侵或注水造成压井液密度的降低；
（2）控意识不强，思想麻痹；
（3）发现井涌后未果断关井，造成喷势过猛而无法关井；
（4）井口没安装防喷器；
（5）防喷系统安装不合格；
2.2 地质原因：
（1）对地下地层含油气情况，特别是气层分布情况缺乏足够的认识。在目前广泛采用的平衡压力作业过程中，如果钻遇气层，则存在较大的安全风险。
（2）在油田开发过程中特别是油田开发后期，由于套管损坏、产层压裂作业或强行注采而造成产层气体向上部地层的迁移而形成的地层压力变化。
2.3 管理与技术原因
（1）对井涌的早期监测未引起足够的重视；
（2）井队人员应急处置突发情况的能力不强；
（3）岗位责任井控措施在现场未得到有效落实。
3 井喷事故预防措施
为了防止井喷事故的发生，单单是总结经验教训是不够的，只有在井下作业前后都认真的正确操作，及注意预防，才能尽量的减少井喷事故的发生。
3.1 加强溢流监测
概括来讲，井下作业人员应当做到下列几点：
（1）懂得溢流的各种原因，环形空间压井液静液压力小于地层压力，就有可能发生溢流；
（2）使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减值；
（3）使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增值；
（4）要能识别各种表示静液柱压力与地层压力之间不平衡的各种显示；
（5）认识到溢流有可能发生；
（5）如果溢流，应立即采取措施。
3.2注意灌压井液
（1）至少每起出3~5个立根钻杆，或起出每根钻铤时，就需要检查一次灌入的压井液量。灌压井液前决不能让井内的液面下降超过100英尺。
（2）应当通过灌压井液的管线向井内灌压井液。
（3）灌压井液管线在防溢管上的位置不能与井口防溢管同一高度，如果两管同一高度则经过灌压井液管线灌入的压井液可能直接从出口管流出，从而误认为井筒已灌满。
（4）环形空间间隙要适当；
（5）使压井液粘度、静切力保持在最低水平；
（6）用降低起管柱速度来减少抽吸作用至最小程度；
（7）用压井液补偿罐、泵冲数计数器、流量计或井下作业液面指示计来监控过大的抽吸作用。
3.3 合理压井液密度设计
（1）正确设计井身。准确地估算预计的地层压力。
（2）分析邻近井资料，如地下井喷；注入作业；套管漏失；不合理的报废井情况。
（3）密切监控井下作业参数和电测资料，为在井下作业过程中对地层压力取得一个合理的估计值。
（4）密切监控断层或已变地层的底层变化情况。
（5）装适当的地面装置，以便及时除掉井下作业液中的气体，不要把气侵的压井液再重复循环到井内。
（6）保持压井液处于良好状态，应均匀加重。
3.4 浅气层井喷预防
（1）采用合理井深结构设计。对浅层气的井，设计时应要求表层套管封过平原组疏松地层，压井液返至地面且要保证良好的封固质量。对表层套管下深超过300m 的井，要采用插入法固井。
（2）合理的压井液密度。根据随钻气测资料及相关钻探资料确定异常井段，并根据显示情况，要求采用适当密度压井液钻开，压井液密度可按规定附加值的高值进行附加。
（3）停泵时间不可过长。停泵时间不能超过允许停泵时间，若停泵时间较长，停泵期间注意及时灌满压井液。
3.5井控技术
井控，即井涌控制或压力控制，是指采取一定的方法控制住地层孔隙压力，基本上保持井内压力平衡，保证井下作业的顺利进行的技术[6]。
定义中所说的“一定的方法”包括两个方面：①合理的井下作业液密度；②合乎要求的井口防喷器。
好的井控在每个方面，都遵循实际想法和经验形成的简要逻辑概念。这些概念可归入为三级井控中之内：初级井控；二级井控；三级井控。
初级井控：采用合适的压井液密度和技术措施使井底压力稍大于地层压力的井下作业过程。初级井控的核心就是确定一个合理的压井液密度，初级井控提供的压井液液柱压力为安全井下作业形成第一级屏障。
二级井控：一级井控失效，并不意味井失去控制。只要对井涌控制得当，井控就可以保持到将侵入流体循环出去，就可恢复到初级井控，这就叫二级井控。没有受到控制的井涌，可以迅速地恶化成井喷。
三级井控：是井喷发生后正确使用设备与技术重新恢复对井的控制。井喷可能是地面井喷或是地下井喷。不管是哪种情况，井已失去控制。
应急计划包括有下列几个方面：
① 保护控制井喷的操作人员；
② 保护附近的居民；
③ 保护环境。
井喷失控有两种现象：一种是地下井喷，即上吐下泻或下吐上泻，这种情况可以按喷漏并存的压井方法进行压井；一种是井口装置失去控制，或者是根本没有井控装置，或者是地层压裂，油气流不出环空而从套管外喷出，在这种情况下就根本无法控制溢流，造成了地面失控井喷。
图1井喷失控事故识别树状图所示。
3.6失控后处理流程
井喷失控后的处理方法和总的思路是如何控制井口和尽最大可能保护人员和设备，争取把损失降到最低程度。
（1）应急反应
井下作业公司应急管理机构由相关部门人员组成，当险情发生时，可会同当地政府及有关部门组成临时性的“重大险情指挥部”，主要负责传达上级指令、
制定或审批应急行动方案，组织抢险救助，包括调动、组织协调有关部门如医疗救护队、公安、消防队参加抢险；组织调运抢险所需的物资；支援和指挥一线抢险，实施应急计划。
图1 井喷失控事故识别树状图
（2）划定警戒区
一旦井喷失控，就根据喷势、风向、喷出物类型，把以井口为中心，以危险距离为半径的若干地区划为警戒区，和当地政府联系，疏散人员，严格警戒。
（3）保护好井口
井口是控制井喷的关键部位，要尽一切可能保护原有的井口，即使是部分损坏了，也要保护好未损坏的一部分，以便在安装新井口时有“扎根”的条件。
（4）防止着火
井喷失控，一旦着火，会在短暂的时间内造成机毁人亡，使事故的处理变得更加困难和艰险，倒塌的井架，烧毁的设备，狂喷的油气，灼人的火苗四处乱窜，不仅严重威胁着抢险人员的安全，也更容易使井口遭受毁灭性的破坏。
（5）从钻具内部喷出而环空不喷，或者环空已经控制，在此情况下应采取以下措施：立即停机停电，防止着火；用拖拉机拉大绳接方钻杆，方钻杆应带下旋塞，并且把高压管线的出口打开，以减少对扣时的喷流冲击力。
（6）钻杆内外都喷，但套管外不喷，此时应按下述情况分别进行处理
如果表层套管下得很浅，且无井控设备，应立即停机停电，用拖拉机拖接方钻杆，，用边循环边加重的方法压井，或储备足够的加重压井液后，一次大排量泵如压井，以制服井喷为主，即使压漏地层也在所不惜。
3.7控着火的处理
井喷后失去控制的地层流体在地面遇到火源着火的现象。这是井下作业过程中最恶性的、损失巨大的作业事故。失火原因主要有柴油机、电气设备产生的火星及进内钻具、石块碰撞产生的火星还有雷击、认为点火等。图2是事故不受控制，越来越严重，最后导致井喷着火的过程。
图2 事故发展过程
井喷失控着火带来的损失相当巨大，一旦出现井喷失控着火，要立即进行相应的应急措施，按图3中的程序进行处理，以最大限度的挽救人的生命及财产安全。
图3 井喷失控着火应急程序图
可采用下述方法扑灭不同程度的油气井火灾。
（1）密集水流法
此法是以足够的排量，从防喷器四通向井内注水和向井口喷水的同时，用消防水集中喷射在向上燃烧的火焰最下部形成一完整水层，并逐步向上移动水层，把火焰往上推以切断井内喷流与火焰的“联系”，达到灭火的目的。
（2）突然改变喷流方向灭火法
此法是在注入和喷射水流的同时，突然改变喷流的方向，使喷流与火焰瞬时中断而灭火。
（3）空中爆炸灭火法
此法是将炸药放在火焰下面，利用爆炸时产生的冲击波将喷流往下压的同时，把火焰往上推，造成喷流与火焰的瞬时切断。
（4）快速灭火剂综合灭火法
此法将液体灭火剂经防喷器四通注入井口与油气喷流混合，同时向井口装置喷射干粉灭火剂包围火焰，内外灭火剂综合作用达到灭火的目的。
（5）钻救援井灭火法
此法是在失控着火井附近钻一口或多口定向井与失控着火井连通，然后泵入压井井下作业液，压井灭火同时完成。
4. 结论
对各油田近二十年来发生的40个井喷失控案例的经过、原因、处理过程和经验教训进行了分析总结。
（1）从加强溢流检测、起钻时注意灌浆、起钻减少抽吸、合理设计井下作业液密度和减少漏失介绍了预防事故发生的措施。对于潜在的或即将发生的溢流绝不要感到侥幸。井下作业人员应密切监控井下情况，并且考虑到可能出现的井控问题。有准备的井下作业人员能够迅速发现，有效地把溢流、地面压力及井控的各种困难减到最小程度。
（2）井控装备是保障井控安全的前提，根据地层压力大小和油气流特性选择合理的井控装备组合是井控工作的基本要求。
（3）及早发现井侵和发现井侵后立即关井是避免井喷失控的重要措施。 参考文献
[1] 高因斯. 防止井喷. 第一版. 北京：石油工业出版社, 1985：11-18.
[2] SY /T 6277—2005含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规程.
[3] 孙全俊, 施兆国, 王鹏，等. 中国石油天然气集团公司井喷事故案例汇编. 第一版. 北京：石油工业出版社, 2006：31-33，90-144.
孟凡平 1973.3.16黄河钻井三公司