空气钻井安全技术规范宣贯教材

《空气钻井安全技术规范》标准宣贯教材吴南平西部工程技术服务管理中心2006年9月教材内容标准编制的目的和意义标准编制的过程标准条款的解释和说明一标准编制的目的和意义川东北地区地质构造复杂多变，岩石致密坚硬，岩性变化大,机械钻速很低；高陡构造地层倾角大，井身质量不易控制，严重地制约了钻井速度和质量，进而延缓了该地区天然气田的勘探进度和开发速度。为了解决这一难题，油气生产单位和钻井施工单位根据国内外的经验，并与国内石油院校及国际专业公司合作，积极采用了空气钻井工艺。实践证明，空气钻井技术具有提高机械钻速、防止恶性井漏、解决压差卡钻等诸多优点，对加快油气藏的勘探、开发具有重要作用。空气钻井对井眼的要求比较严格，不仅要求地层压力剖面、岩性剖面清楚，井身结构合理，裸眼井段井壁稳定，而且地层流体不能含硫化氢，不能含油气水层。但是在实际工作中，我们不能非常准确地掌握地层的预告，由于一些不可预见的因素，随时有可能钻开高压油气水层或含硫化氢气层。一旦用空气钻井钻开了高压油气水层或含硫化氢气层，油气迅速上升，关井井口压力非常大，如果处理措施不当，就会造成严重的灾难性事故，给人民生命安全和国家财产造成巨大的损失，因此空气钻井较常规钻井有更高的施工风险，且目前在我国没有一套成熟的空气钻井安全技术规范。为了加快川东北特大气田的开发，我们编制了企业标准《空气钻井安全技术规范》，其目的就是规范空气钻井安全技术，降低空气钻井的作业风险，确保安全生产，促进我国空气钻井技术的发展。二标准编制的过程根据集团公司领导的指示，中石化集团公司科技开发部和安全环保部牵头，于2006年5月底在北京召开了会议，决定组织人员编制有关川东北特大气田勘探开发的26项标准，并确定了标准名称、标准主要内容及主要起草人，《空气钻井安全技术规范》就是26个标准之一。为了适应川东北天然气勘探开发形势的需要，加快标准编制的速度，6月底在成都会议上又决定将标准起草人集中在乌鲁木齐，由科技开发部、勘探开发研究院派专人指导标准的编写。8月12号至13号在北京组织了专家评审。在集团公司领导直接领导下，整个标准的编写过程紧张而有序，发挥了最高的效率。标准编制时间虽短，但程序是完善的。两个多月，通过资料收集、现场调研、咨询专家，结合川东北地区的实际情况，参考有关行业标准的内容，反复征求各方意见，完成了本标准的编制。在这过程中，标准经过三次审查，三易其稿，经过近20次修改，特别是安全环保局彭国生局长仔细审阅了标准，提出了24处的具体修改和6条修改意见。8月12号至13号，在北京由彭国生局长主持，李俊荣秘书长和吕连海主任参加，邀请了钻井、安全方面的专家对标准进行了审议，提出了98条（处）修改意见，集团公司何生厚副总师亲自审阅了标准并提出了重要的修改意见，油田部李占英、安全环保局郝志强等领导参与了修改，吕连海主任亲自把关。标准由中石化西部管理中心组织起草，由程广存、彭小平、吴南平执笔。标准在起草和修改过程中，得到了侯树刚、王希民、王德良、叶海超、杨永钦和宋宏喜等同志的大力支持和帮助。企业标准《空气钻井安全技术规范》是以行业标准SY/T6426-2005《钻井井控技术规程》和SY/T5087-2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》为主要编制依据，提出对空气钻井的特殊要求。因此在宣贯和落实《空气钻井安全技术规范》时，就要同时学习和落实《钻井井控技术规程》和《含硫化氢油气井安全钻井推荐做法》。1范围2规范性引用文件3术语和定义4适用条件5设计要求6施工前的准备7施工安全技术措施8防燃爆安全措施9井下异常情况的应急措施《空气钻井安全技术规范》共9章三标准条款的解释和说明范围规范性引用文件术语和定义适用条件设计要求施工前的准备施工安全技术措施防燃爆安全措施井下异常情况的应急措施【说明】本标准是特指在空气钻井情况下的安全操作规程、安全技术措施，以及井下异常情况下的特殊应急措施。而常规钻井的安全要求及含硫化氢气井钻井的安全要求虽没有在标准中提及，但由于引用了相关的标准，所以同样在实际施工中应予要求和实施。本标准的编制虽然是从川东北的空气钻井而起，但在专家审议中认为该标准是我国第一部关于空气钻井安全技术的标准，应该适用于中石化集团公司陆上石油与天然气井空气钻井作业。同时，在氮气和天然气钻井的有关标准制定以前，可以部分参照本标准执行。1范围本标准规定了空气钻井作业的特殊安全操作规程、安全技术措施，以及井下异常情况下的特殊应急措施。本标准适用于中国石油化工集团公司陆上石油与天然气井空气钻井作业。氮气钻井和天然气钻井可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。SY/T5087-2005含硫化氢油气井安全钻井推荐做法SY/T5225-2005石油与天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程SY/T5858-2004石油工业动火作业安全规程SY/T6203-1996油气井井喷着火抢险作法SY/T6227-2005含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规定SY/T6426-2005钻井井控技术规程SY/T6551-2003欠平衡钻井安全技术规程Q/SH0033-2006川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范【说明】上述规范性引用文件中的Q/SH0033-2006《川东北地区天然气钻井与井下作业安全技术规范》是和本标准一起发布实施的。下列术语和定义适用于本标准3.1空气钻井airdrilling以空气作为钻井流体所进行的钻井。【说明】气体钻井包括空气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、氮气钻井、天然气钻井、尾气钻井等。空气钻井只是气体钻井中的一种钻井方式。空气钻井因其气体的特性限制，只是一种适用于非产层的、主要用于提高致密或坚硬地层钻进速度的钻井方式。它不适合产层的钻井。3术语和定义【说明】受外界因素的影响主要是指天然气虽然没有达到自燃爆炸的浓度，但由于使用非防爆电气设备或线路而产生的电火花、金属撞击产生的火花、违规动火及违规吸烟等人为的因素而造成天然气的燃烧和爆炸。3.2燃爆burningandexplode天然气外泄后，因受外界因素的影响或达到自燃爆炸的浓度而发生的燃烧或爆炸。【说明】泥环不仅形成在钻铤和钻杆连接处，只要是钻杆外径有变化而使环空气流流速变化的地方，都可能形成泥环，如加钻杆护箍处。严重的泥环会堵死井眼，使钻具卡钻，或使泥环以下因天然气聚集而引起井下燃爆。因为少量而足够的水将岩屑粘结在一起，在钻杆表面形成的泥饼环。3.3泥环earthcircle【说明】排砂管线有的资料也称排屑管线。在雾化钻井或泡沫钻井情况下称排放管线。3.4排砂管线expelsandpipeline空气钻井中，从旋转防喷器出口接出的排出钻屑和气体的管线。空气钻井中，从主气管线接出的用于停止供气后排出钻柱内气体的管线。空气钻井中，从液气分离器接出的排出钻井液中气体的管线。3.5泄压管线releasepressurepipeline3.6燃烧管线burningpipeline4适用条件4.1地层压力剖面、岩性剖面清楚。【说明】这是因为空气钻井的局限性很大，有油气层、水层，含硫化氢，都不能进行空气钻井，否则就可能会造成事故或特大事故。为了确保空气钻井的安全，必须对进行空气钻井的地层了解十分清楚。因此一般来说，预探井、探井是不宜使用空气钻井。【说明】空气钻井的实质是在非产层中的欠平衡钻井，其气柱压力远远小于清水或钻井液的液柱压力，如果裸眼井段的井壁不稳定，则很容易发生井壁坍塌的情况，造成卡钻；地层出水，会形成泥环，造成卡钻或井下燃爆；地层出天然气会造成井下或井场燃爆。对于地层出水量的定量，在川东北的空气钻井设计中，普遍定为5m3/h,但美国威德福（Weatherford）公司手册和大港欠平衡钻井公司的定义是：≤0.477m3/h出水量为小出水量；0.477m3/h～7.953m3/h的出水量为中等出水量；≥7.953m3/h出水量为大出水量。而小出水量就会形成泥环。专家们经反复讨论，认为在现场地层出水量不好测量，主要看井下情况是否正常。如果在这里提法含糊，现场不好操作。所以取了一个地层大出水量的下限作为依据，因为地层大出水量肯定会造成井下情况的复杂，无法继续空气钻井，这一点将在下面有关条款详细说明。对于气体中全烃含量，一般来说，5％～15%的浓度是燃爆的范围，所以标准中气体中全烃含量定为小于3%，以保证空气钻井的顺利进行。4.2井身结构合理，裸眼井段井壁稳定，地层出水量小于8m3/h，返出气体中全烃含量小于3％。4.3地层流体不含硫化氢。【说明】因为空气钻井时从井内返出的气体，全部通过排砂管线放入大气中，如果地层流体中含有硫化氢，就会随着返出气体进入井场大气中，给现场施工人员或周围居民带来危害。5.1空气钻井设计应纳入钻井总体设计。5设计要求【说明】空气钻井设计既是一个独立的设计，又是钻井总体设计中的一部分。它既要考虑到空气钻井的特点，又要服从钻井总体目的的需要，不能因空气钻井而违背钻井的总体目标，只能是保证钻井总体目标的实现。【说明】正因为空气钻井的局限性，因此要求地质设计部门对将实施空气钻井的井段内，要提供准确的地层出水量、含油气量、含硫化氢的数据，以便工程上以此决定空气钻井的可行性。地质设计还要对该井段空气钻井可能出现的问题提出安全提示。当万一发生事故时，这一条款的内容将是事故责任划分的重要依据之一，所以地质和工程对此都不能掉于轻心。5.2地质设计要提供空气钻井井段准确的地层出水量、含油气量、含硫化氢等以及安全提示。【说明】空气钻井的工程设计内容较多，主要包括以下方面：⑴地质设计的地层岩性剖面、压力曲线和安全提示；⑵井身结构及井口装置；⑶空气钻井的适用条件；⑷钻具的配备及要求；⑸空气钻井设计；⑹地面配置及要求；⑺空气钻井设备地面布置及要求；⑻设备安装及试压要求；⑼施工前的准备；⑽施工措施及要求；⑾安全作业措施；⑿安全技术措施；⒀井场燃爆安全措施；⒁井下燃爆安全措施；⒂井下异常情况的应急措施；⒃钻井方式的转换；⒄现场各单位的分工和主要岗位工人的职责。本条款主要是强调了空气钻井工程设计中的安全条款必须要包括以下内容：预计实施空气钻井的井段及可能出现的复杂情况的分析、施工前的准备和安全防护设施、施工安全技术措施、井场防燃爆安全措施、复杂情况的处置及应急措施等。这也是区分事故责任的重要依据之一。5.3工程设计除满足常规钻井要求外，还应包括预计实施空气钻井的井段及可能出现的复杂情况的分析、施工前的准备和安全防护设施、施工安全技术措施、井场防燃爆安全措施、复杂情况的处置及应急措施等安全方面的内容。【说明】甲级钻井设计资质的单位是指经中石化集团公司审查认可的钻井设计单位，空气钻井设计通常是由提供空气钻井技术服务的单位进行设计。审批程序和常规钻井设计的审批程序相同。5.4应由具有甲级钻井设计资质的单位负责空气钻井设计，按审批程序审批。6施工前的准备6.1井场布置【说明】这里说的正面是指正对放喷口的防火墙；两侧是指顺着防喷管线放喷方向两边的防火墙。燃烧池容积按钻前工程标准实施。6.1.1燃烧池处于井场的下风口处，距井口100m；燃烧池总容积为200m3以上，用耐火砖砌成高3m、正面厚1.5m、两侧厚0.5m的防火墙，池底和四周作防渗处理。燃烧池也可同时作为放喷池。6.1.2燃烧管线方向应为井场下风方向，燃烧管线、放喷管线出口应距各种固定设施、高压线等50m以上。【说明】因为燃烧管线、放喷管线出口处都可能点火烧掉井内返出的天然气，所以要处于井场的下风方向，并距离各种固定设施、高压线等50m以上。6.1.3应在季风入口处、井架上、振动筛、座岗房、防喷器液控房等处设立风向标；并按不同上风方向设立两处安全集合点；撤离路线有明显标志和照明。【说明】设立风向标是为了发生紧急情况时，井场的工作人员都能立即确定上风方向