1、邛睞1井氮氣鉆閃爆事故簡介及氣體鉆井井控平安對策天然氣工程工程治理部2021年12月22日中石油西南油氣田分公司的邛睞1井在氮氣鉆進作業過程中發生了燃爆事故,造成當場死亡1人、重傷2人其中一人醫治無效死亡、輕傷2人,燒毀50鉆機一部,井場周邊局部過火面積約2萬平方米,造成重大經濟損失和社會影響.雖然我們川東北地區近幾年沒有發生氣體鉆井重大井控事故,但2007年以來氣體鉆井也發生過P303-1井口燃爆和元壩3井、老君1井、大灣101井的井底燃爆事件,及元壩224井空氣鉆環空堵塞造成排砂管線損壞等事件,只是由于處理及時,沒有造成較大經濟損失及人員傷亡,當時沒有引起廣泛關注.這次中石油的邛睞1井氮氣

2、鉆閃爆事故再次為我們氣體鉆井井控平安敲響警鐘,值得我們反思.現就有關事故情況和原因分析匯報如下：一、根本情況邛睞1井是中石油西南油氣田分公司在四川省四川盆地西部雅安-青神地區部署的一口預探井風險探井；位于川西南部白馬廟構造帶大興潛伏斷鼻隆起北端,四川省大邑縣安仁鎮上安村14組.設計井深4680m,設計井型：直井；完鉆層位：雷口坡組；目的層：須家河組；鉆探目的：探索川西南部地區須一、三、五段儲集性、含油氣狀況.鉆井施工單位為中石油川慶鉆探工程公司JI西鉆探公司；氣體鉆技術效勞單位為中石油JI慶鉆探工程公司廣漢鉆采研究院.二、事故經過2021年12月22日3:26左右邛睞1井實施三開氮氣鉆井鉆頭3

3、11.2mm,氮氣鉆進作業鉆達井深2143.91m,地層沙溪廟組,氣測全烽未見任何異常,副司鉆操作剎把發現井下蹩鉆,回轉盤釋放扭矩時鉆臺煙霧彌漫,氣體鉆井技術效勞人員立即到司控臺位置做關井準備,副司鉆上提鉆具過程中發生閃爆著火,于是鉆臺無法實施關井作業,隨即鉆臺作業人員從鉆臺通往機房的梯子向井場前方逃生.同時在遠程臺前方5m左右值守的另一副司鉆忽然聽到鉆臺下方發生刺爆聲音,發現鉆臺面下方井口周圍充滿霧狀粉塵并迅速向周圍擴散,準備沖向遠控臺關井,這時聽到一聲巨大的悶響,井口處發生閃爆,鉆臺、井口著火,火焰沖向井場左前方漫過遠程限制臺,因火勢太大無法靠近遠控臺,關并未果.此時井隊隊長聽到爆炸聲后沖

4、由宿舍,發現井場、鉆臺被大火覆蓋,無法組織關井,便組織大班人員沿井場兩側清點搜救人員,并啟動應急響應程序.3:35左右隊長與駐井工程師分別撥打119、120急救、地方政府應急、川慶鉆探工程公司川西鉆探公司應急辦公室.3:48左右并架倒塌,現場失蹤1人,受傷4人；4:20消防車到達井場,對油罐、氣體鉆井設備噴水降溫,4:50左右川西鉆探公司相關人員到達現場,進行勘察,組織應急搶險救援工作.12月23日在失控29小時后火焰自動熄滅.三、事故調查組的原因分析邛睞1井發生氮氣鉆井閃爆事故后,國家平安生產監督治理總局及各級地方政府高度重視事故的調查處理工作,地方政府聘請了石油石化行業內有關專家和技術人員

5、組成了邛睞1井事故調查組,對本次事故進行了調查和分析,并就事故原因形成了以下意見：1 .地質不確定性是造成事故的主要原因邛睞1井是一口預探井風險探井,設計書中地層情況提示為：在非目的層的沙溪廟組地層鄰井白馬6井日產氣0.49萬方,白馬9井微含氣,在此產氣量情況下,氮氣鉆井的平安是足夠保證的.但是,本井在該地層意外鉆遇高產的“氣包著火1小時后,火焰高度由30米降為7米造成事故發生.所謂高產是根據著火初期的火勢判斷,而“氣包是俗稱,指供氣范圍小、氣層能量或產量衰竭快的氣層.2 .高產天然氣在氮氣鉆井過程中進入井筒,在往上運移的過程中,地面儀器儀表、綜合錄井數據以及排砂管由口無任何異常顯示,鉆井隊、

6、錄井隊以及氣體鉆井值班人員未發現任何異常.事故發生前無預兆,發現蹩鉆后迅速發生鉆臺煙霧彌漫,隨即發生閃爆著火20秒內,沒有足夠的時間實施關井動作.四、我們分析可能造成事故的其他原因根據我們近年來在川東北氣體鉆井的經驗教訓,我們認為邛睞1井氮氣鉆井施工過程中可能還有以下方面的原因會造成此次閃爆事故發生：1 .井壁垮塌環空堵塞,忽然解堵氣體膨脹引起刺爆根據邛睞1井3:26左右副司鉆操作剎把發現井下蹩鉆,回轉盤釋放扭矩時鉆臺煙霧彌漫,鉆具上頂,游車傾斜,方鉆桿折斷等現象.我們分析認為邛睞1井在氣體鉆進作業過程中,井壁忽然發生了垮塌,堵塞了井眼環空,使堵塞點以下形成井底高壓氣體圈閉.由于氣體易壓縮,立

7、壓可能緩慢上升不易發現,但轉盤表現為扭矩增大及蹩鉆.如果沒有意識到平安上的風險,而采取上提下放鉆具、強行活動轉盤或用氣體蹩通等方法舉措,一旦環空忽然解堵,高壓混合氣體急劇膨脹,可能同時由現鉆具上竄的現象,造成井口和地面排砂管線承受高速的氣流和巖屑流沖擊,如膠芯密封失效,或者地面排砂管線連接、固定不牢固、承壓水平不夠,造成天然氣流泄漏,井口大量天然氣、氮氣混合空氣后到達燃爆極限,引起爆炸.這與我們元壩224井表層空氣鉆井環空堵塞造成排砂管線損壞情況類似.2 .未及時發現井口及附近設施刺漏,引發閃爆事故通過分析我們認為邛睞1#發生刺漏原因有三：一是井口安裝不正或固定不牢,排砂管線固定不標準等,在鉆

8、進過程中,造成井口裝置和排砂管線較大晃動,從而引起聯接和固定螺栓的松動,在管線聯接處氣體泄漏；二是旋轉防噴器膠心密封失效.旋轉防噴器膠心在使用過程中,由于既有鉆具的旋轉,還有上下活動的磨擦,很容易造成密封失效.由于施工單位為了節約本錢和搶進度,在邛睞1井施工前沒有及時更換還在繼續鉆進,造成井口泄漏.我們中石化在施工中就發生過在膠心發生稍微泄漏后,從而在井口附近形成天然氣積聚情況.三是排砂管線在使用后未及時探傷檢測或明知管線有缺陷而繼續在邛睞1井使用,造成了管線刺漏.另外,邛睞1井可燃氣體監測儀在使用過程中,極有可能存在靈敏度達不到要求,未及時報警.固定式氣體檢測儀可能安裝位置不適宜,探頭損壞沒

9、有及時發現,“天然氣在往上運移的過程中,地面儀器儀表、綜合錄井數據以及排砂管由口無任何異常顯示",我們認為氣體監測系統存在重大缺陷不能有效實施監測報警.邛睞1井發生事故正值深夜,氣體監測系統未能及時報警發現天然氣泄漏,而當班人員也未及時發現刺漏,泄漏形成了大量天然氣積聚,噴由巖屑打擊產生火花引發邛睞1井天然氣燃爆事故.3 .井控崗位人員存在分工不合理現象,造成事故損失加大一是氣體鉆技術效勞人員立即到司控臺位置做關井準備.根據井控“四七動作的要求和防噴演習實際,發生溢流關井操作由司鉆在司控臺實施,而邛睞1井讓不熟悉井隊司控臺的氣體鉆技術效勞人員做關井準備,就不可能實現快速關井,到達限制

10、井口的目的.二是場地工在鉆臺上記錄數據.由于場地工大都是參加工作時間較短,經驗相對缺乏,發生溢流后一般情況場地工主要負責井控輔助操作即在節流管匯處配合關井或記錄數據等,邛睞1井閃爆前鉆臺上其他工作人員都從鉆臺上撤到場地,場地工還在鉆臺記錄數據,而造成嚴重事故后果.4 .思想熟悉不到位邛睞1井設計及治理部門思想不重視,麻痹大意,沒有熟悉到潛在的風險.盡管在設計中說明在非目的層的沙溪廟組地層鄰井白馬6井日產氣0.49萬方,白馬9井微含氣,但明確邛睞1井是一口預探井(風險探井),就說明地層及流體有不確定性,沒有引起有關部門的高度重視,把預探井做為一般開發井來對待,造成了本次井噴失控.五、中石化川東北

11、氣體鉆井現狀中石化川東北地區2005年大量推廣氣體鉆井技術以來,大大減少井漏次數,明顯提升機械鉆速,縮短了鉆井周期.為保證氣體鉆平安施工,中石化及時制定了?氣體鉆井平安技術標準?(QSH0034-2007).目前,元壩地區空氣鉆井平均井深3136.50米,即：井口至上沙溪廟的垮塌層,空氣鉆中止的原因大多是井下由水、由氣；普光地區實施了空氣鉆井和氮氣鉆井,氮氣鉆井的井段2864-3765米,即：自流井組至須家河,中止的原因是井下生氣.我們也先后發生過P303-1井口燃爆事件、元壩3井井底燃爆事件、大灣101井井底炸斷9時鉆鋌事件、老君1井井底燃爆情況、P201著火事件、元壩224井表層空氣鉆井環

12、空堵塞造成排砂管線損壞等等事件.六、下步對策及建議1 .嚴格執行氣體鉆井平安技術標準和工程設計及施工設計審批程序.認真做好井控裝備的試壓和檢查工作,安裝和配備有效的氣體檢測儀,保證能及時發現氣體泄漏.2 .對于探井等不確定性大、地質情況不清楚的,建議采用液相欠平衡鉆井等相對較為平安的鉆井方式,假設采用氣體鉆并應進行平安風險評估.3 .進一步明確氣體鉆井井控各崗位責任,分工明確.氣體鉆井的井控平安治理是一個綜合治理體系,要明確責任主體以及現場各個施工參與方、應急監護機構以及各崗位的井控責任,做到共同參與相互配合立體的監控與治理.4 .要進一步研究氮氣鉆井危及平安須中止的臨界隨鉆天然氣產量,以及隨

13、鉆天然氣產量監測判定檢測方法.還要進一步研究夾帶巖屑的高速氣流對井口密封承壓設備的沖擊和沖蝕影響.5 .實施氣體鉆進時,須保證限制系統平安,建議增加配備安裝井控輔助限制臺,并在限制臺附近安排專人值守.6 .增強場地工等井控輔助操作崗位人員的井控及應急培訓,應取得相應的井控培訓合格證；加大氣體鉆井防噴演習,保證能快速限制井口.7.建議集團公司盡快修訂氣體鉆井企業標準.為了保證氣體鉆井平安、高效,在認真總結和吸取邛睞1井經驗教訓基礎上,我們建議還要采取以下舉措：(1)明確氮氣鉆井的適用條件地層穩定,不易坍塌.鉆遇的地層流體中天然氣日產量低于8X104m3/d.(2)要適當提升旋轉限制頭的承壓水平氮

14、氣鉆井要求采用靜壓35MPa,雙膠心旋轉限制頭保證井口的承壓水平.(3)對排砂管線、變徑短節、彎頭要嚴格執行以下要求：氣體鉆井要求采用抗高壓鋼質排砂管線,通徑不小于8寸,抗壓10MPa,必須法蘭連接.(4)對排砂管線的安裝固定要求排砂管線用水泥基墩進行固定,懸空段小于10m,水泥基墩尺寸為800mmX800mmX800mm.螺栓尺寸為M20,需要雙螺母,壓板,膠皮固定(5)旋轉限制頭膠心發生泄漏要及時更換,鉆進過程中防止非作業人員由現在危險區域.(6)氣體鉆井過程中發生井底堵塞,在進行氣體憋壓之前,應關閉連接在旋轉防噴器由口的液動節流閥或萬能防噴器,轉換到鉆井隊放噴流程.(7)為了防止氣體鉆井過程中,環空堵塞、憋壓帶來的風險,需在高壓注氣管線增設注入壓力監測儀器及壓力報警器,及時監測環空通暢情況,如發生憋壓,及時報警.(8)嚴禁采用氣體鉆水泥塞,防止因殘留水泥環、水泥未完全固化等造成環空堵塞.(9)氣體鉆在過膠芯起下鉆過程中,嚴格限制鉆具起下速度.在起下鉆具遇阻情況下,注意拉拔鉆具力度,防止造成斷鉆具事故.(10)明確氣體鉆井緊急關井條件和操作方法A、關井條件井口刺漏,排砂管線忽然由現多處刺漏,由現可