【正文】 n plicated borehole. If less, UBD’s performance couldn’t be gotten. The correlation theory and applied research of UBD has already bee one of highlight study of drilling engineers. This article through the statistical analysis of the general well drilling industrial accidents and the injury accidents during the under balanced operations, as well as through the blowout accidents’ statistics and reasons analysis in the under balanced well drilling, from the system safety engineering theory39。在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆井投資往往占總投資的三分之一至三分之二 。目前國(guó)外在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用情 況 以及發(fā)展趨勢(shì)表明，欠平衡鉆井技術(shù)有可能成為繼水平井技術(shù)之后在鉆井 技術(shù)上的另一大發(fā)展方向和熱點(diǎn)。尤其是進(jìn)入九十年代后，欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展迅速并己充分地展現(xiàn)了欠平衡鉆井在勘探開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，因而獲得了強(qiáng)大的生命力，所以盡快掌握和發(fā)展欠平衡技術(shù)是改變我國(guó)目前石油工業(yè)現(xiàn)狀的戰(zhàn)略措施。 ②地層流體進(jìn)入鉆井液，伴隨著鉆井液的性能就會(huì)發(fā)生變化，鉆井液在在鉆井過(guò)程中的發(fā)揮的作用就會(huì)受到影響。井口防噴器的選擇也有了更高的要求。我們要從安全系統(tǒng)論的角度去研究欠平衡鉆井中出現(xiàn)的復(fù)雜問(wèn)題，從事故統(tǒng)計(jì)和原因分析，鉆井中危險(xiǎn)源辨識(shí)與分析和安全 指導(dǎo) 方法的角度發(fā)現(xiàn)和預(yù)防事故的發(fā)生，進(jìn)而通過(guò)設(shè)備、管理、技術(shù)等安全技術(shù)手段 管理欠平衡鉆井作業(yè)，有利于提高欠平衡作業(yè)過(guò)程中的安全程度，有利于防止井噴失控的發(fā)生，有利于事故的減少和預(yù)防，有利于減少發(fā)生事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失以及為此所帶來(lái)的負(fù)面社會(huì)影響，從而為企業(yè)樹(shù)立更好的社會(huì)影響，進(jìn)而為企業(yè)增加更大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)最新的信息資料統(tǒng)計(jì) ， 目前已有 20 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)應(yīng)西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 用欠平衡鉆井技術(shù)施工了 4000 多口井 ， 其中有直井和水平井 ， 還有不少是含有 H2S的井。 20 世紀(jì) 80 年代初 ， 新疆石油管理局率先開(kāi)發(fā)應(yīng)用了欠平衡鉆井工藝技術(shù) ， 1984 年 9 月在紅 29 井進(jìn)行了一口泡沫鉆井 ， 隨后相繼開(kāi)展了空氣霧化鉆井、充氣泥漿鉆井工藝技術(shù)的研究。其中四川、新疆分別完成 3 口 ； 中原、長(zhǎng)慶、塔里木各完成 2 口。 （ 2） 現(xiàn)場(chǎng)工作人員每人配一套防毒面具，另配一定數(shù)量的公用防毒面具和藥品，并做到人人會(huì)使用、會(huì)維護(hù)、會(huì)檢查。 （ 5） 要配置足夠的儲(chǔ)油罐，并用管匯與撤油罐連接，以便產(chǎn)出的油安全、及時(shí)地運(yùn)走。 （ 9） 防硫化氫未盡事宜按 SY/T 5087 , SY/T 6426 的規(guī)定執(zhí)行。通過(guò)事故統(tǒng)計(jì) 總結(jié)出事故發(fā)生的原因。 （ 4） 欠平衡鉆井井內(nèi)壓力控制技術(shù) ① 地層壓力預(yù)測(cè)的誤差控制 ② 鉆井液密度的控制 ③ 作業(yè)過(guò)程中的安全管理和安全控制 ④ 針對(duì)欠平衡鉆井作業(yè)過(guò)程 提出 安全 對(duì)策 措施 畢業(yè)設(shè)計(jì) 所采用的方法手段及步驟等 （ 1） 欠平衡鉆井作業(yè)過(guò)程事故統(tǒng)計(jì)與事故致因分析 廣泛查找欠平衡鉆井作業(yè)過(guò)程中發(fā)生的生產(chǎn)事故、人身傷亡事故，并對(duì)其進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、分析。為欠平衡鉆井作業(yè)過(guò)程安全控制提供一種技術(shù)手段。 它有利于防止鉆井液漏失，欠平衡鉆井技術(shù)能有效地減輕地層傷害 ， 提高油井產(chǎn)能 ； 避免復(fù)雜事故發(fā)生 ， 提高鉆井速度 ， 降低鉆井成本 ；實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)油藏和發(fā)現(xiàn)地質(zhì)異常情況等 優(yōu) 點(diǎn)，我們了解欠平衡鉆井技術(shù)是非常必要的。 綜上所述： 在鉆井過(guò)程中，利用自然條件或人工方法，在可以控制的條件下，使井筒內(nèi)鉆井液 液柱壓力低于所鉆地層的壓力，從而在 井筒內(nèi)形成負(fù)壓，這一鉆井過(guò)程叫欠平衡鉆井，其工藝流程就是在常規(guī)模 板環(huán)形防噴器的上部安裝一套防噴器 (旋轉(zhuǎn)控制頭 )，鉆井時(shí)采用低密度常規(guī)鉆井液或在鉆井液中注入氮?dú)饣蛱烊粴?，或采用干氣、泡沫鉆井液等，使環(huán)空液柱壓力低于地層壓力。國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田都有利用自然條件進(jìn)行欠平衡鉆井的區(qū)塊。采用柴油作鉆井液減輕劑需要的輔助設(shè)備較為簡(jiǎn)單，其它減輕劑則需要較西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 為復(fù)雜的外圍輔助設(shè)備，因而鉆井成本相對(duì)比較高。 24 口井中 ， 采用兩種循環(huán)體系鉆進(jìn) ,即常規(guī)鉆井液鉆井和低壓鉆井。這樣低的壓力 ,用常規(guī)鉆井方式 (普通鉆井液鉆井 )和修井技術(shù)實(shí)際上是不可行的。另外 ,欠平衡鉆井還在美國(guó)貝克油田 ， 科羅拉多州的石灰?guī)r和白云巖儲(chǔ)層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁(yè)巖儲(chǔ)層等獲得了成功的應(yīng)用。巖屑隨著油流到地面 ,巖屑上返速度高 ,減少了巖屑固相對(duì)產(chǎn)層的污染。并且四年里沒(méi)有發(fā)生卡鉆、井眼不穩(wěn)定和環(huán)境污染事故。后來(lái)使用欠平衡鉆井技術(shù)連續(xù)鉆了 3 口井 ， 不僅避免了地層污染 ,而且解決了原來(lái)預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)的鉆井問(wèn)題。 目前在印度尼西亞、委內(nèi)瑞拉、墨西哥、哥倫比亞和俄羅斯等也在推廣欠平衡鉆井技術(shù) 。這一方面造成鉆井液費(fèi)用大幅度增加 ， 鉆井作業(yè)復(fù)雜 ， 更重要的是影響勘探開(kāi)發(fā)的成功率和經(jīng)濟(jì)效益。 欠平衡鉆井的優(yōu)缺點(diǎn) 在鉆井過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣層的充分暴露和保護(hù)，有利于發(fā)現(xiàn)油氣層和增加油井產(chǎn)量，欠平衡鉆井所具有的一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)較好地適應(yīng)了這種需求。 （ 2） 良好的產(chǎn)層顯示，有利于達(dá)到勘探目的 過(guò)平衡鉆井對(duì)地層造成的傷害很可能使預(yù)期本應(yīng)該出現(xiàn)的油氣顯示沒(méi)有出現(xiàn)，從而影響了油氣的勘探。 （ 4） 可以大幅度地提高鉆井速度 由于采用負(fù)壓鉆進(jìn)，使井底巖石三相應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，有利于鉆頭對(duì)巖石的破碎，從而可以大大地提高鉆頭的機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低綜合鉆井成本。 我國(guó)垂深最深的水平井 — 塔里木油田的解放 128 井， 1996 年 7 月 30 日鉆至，雖采用橋接、柴油膨潤(rùn)土水泥、水泥等多種堵漏方法共進(jìn)行39 次堵漏作業(yè)，效果均不理想，強(qiáng)行鉆進(jìn) ，僅鉆井液一項(xiàng)就損失 534 萬(wàn)元，同 時(shí)鉆井周期也大大延長(zhǎng)。 （ 6） 可以減少壓差卡鉆的風(fēng)險(xiǎn) 欠平衡鉆井過(guò)程中，地層壓力大于鉆井液形成的液柱壓力，壓差卡鉆的問(wèn)題基本上可以消除。這不僅可提高油氣勘探的效率和準(zhǔn)確性，而且也可為鉆井施工本身提供有用的信息，便于隨時(shí)調(diào)整鉆井措施和地面操作方法，提高鉆井施工的安全性。設(shè)備投入與管理費(fèi)用高 。 ② 存在一些不安全因素。如果再進(jìn)行固井作業(yè)，對(duì)產(chǎn)層造成的傷害可能更為嚴(yán)重。 二、不易實(shí)施欠平衡壓力的地層 ①高壓和高滲透率相結(jié)合的地層。 ③常規(guī)地層。 ⑥人口密集區(qū)、 重要設(shè)施附近和環(huán)境保護(hù)特別嚴(yán)格的地區(qū)。 下情況，包括地質(zhì)分層、巖性、地層壓力、產(chǎn)層溫度、地層的可鉆性、采油生產(chǎn)情況 (老開(kāi)發(fā)區(qū) )等。 、可行性。 ，如井漏、井垮、卡鉆等等，制訂相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃，并做相應(yīng)的物資 和技術(shù)準(zhǔn)備。 五、實(shí)施欠平衡鉆井的安全問(wèn)題 1） 井控問(wèn)題 ，欠平衡鉆井的井控不同于一般鉆井的井控，它是邊噴邊鉆的，西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 它需要地層流體溢流出地面，因此對(duì)它的井控問(wèn)題更加復(fù)雜。 2，鉆井液使用泡沫鉆井液以及鉆井液添加劑等容易造成中毒、窒息傷害。 欠平衡鉆井 的井控問(wèn)題 井控問(wèn)題的復(fù)雜性 1）欠平衡鉆井不同于一般性的鉆井，它要求井底必須又負(fù)壓差，鉆井液柱壓力小于地層壓力，它需要邊噴邊鉆，伴隨有地層流體溢出井口的現(xiàn)象，其他鉆井是不允許有溢流現(xiàn)象的，因此欠平衡鉆井 的 井控問(wèn)題更復(fù)雜。 （ 1） 進(jìn)行欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)，選擇合適的欠平衡鉆井液十分重要，選擇鉆井液時(shí)，要根據(jù)所鉆欠平衡井的類(lèi)型、井身結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層特性、孔隙壓力等來(lái)綜合考慮選擇合適的欠平衡鉆井液。 表 21 欠平衡 鉆井液的密度 范圍 表 22 根據(jù)地層壓力優(yōu)選鉆 井液類(lèi)型對(duì)比表 地層壓力系數(shù) 優(yōu)化鉆井液類(lèi)型 地層壓力系數(shù) 優(yōu)化鉆井液類(lèi)型 0～ 空氣、天然氣、氮?dú)? ～ 油或油基鉆井液 ～ 霧化鉆井液 ～ 水（鹽水） ～ 泡沫鉆井液 常規(guī)水基鉆井液 ～ 充氣鉆井液 2） 欠平衡 井控設(shè)備 要求 欠平衡鉆井是通過(guò)旋轉(zhuǎn)防噴器和節(jié)流管匯控制井底壓力，允許井涌和適度井噴，只有在井口回壓（套壓）超過(guò)一定值時(shí)，采用常規(guī)井控技術(shù)來(lái)控制井地壓力以防止井噴失控。 （ 4）欠平衡鉆井井口比常規(guī)井口多裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器，高于21MPa 的井控裝置組合，井架 底座應(yīng)考慮留有足夠的安裝空間。 ③允許使用壓力等級(jí)低于防噴器組合的旋轉(zhuǎn)控制頭或旋轉(zhuǎn)防噴器。 （ 2）節(jié)流管匯應(yīng)配置液動(dòng)節(jié)流閥控制臺(tái)，并設(shè)置氣動(dòng)油泵、手動(dòng)油泵、儲(chǔ)能器和各類(lèi)閥件以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)環(huán)空壓力 和立關(guān)壓力的壓力變送器和儀表。 （ 5）應(yīng)配備備用節(jié)流閥，備用數(shù)量根據(jù)具體情況確定。 由 此 我們可以看出， 欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展迅速并己充分地展現(xiàn)了欠平衡鉆井在勘探開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，因而獲得了強(qiáng)大的生命力，所以盡快掌握和發(fā)展欠平衡技術(shù)是改變我國(guó)目前石油 工業(yè)現(xiàn)狀的戰(zhàn)略措施。 一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的鉆井人員，應(yīng)能及時(shí) 識(shí)別鉆井事故的征兆，準(zhǔn)確地判斷事故的類(lèi)別，正確果斷地采取措施處理事故。 1） 鉆井中的 傷害 事故 （ 1） 機(jī)械傷害 ，鉆井中使用的設(shè)備多而且復(fù)雜，容易造成作業(yè)過(guò)程中的絞、碾、割、戳等機(jī)械傷害事故。 （ 5） 車(chē)輛傷害，指車(chē)輛在作業(yè)中的擠、壓、撞、顛覆等傷害事故。 （ 9） 流體傷害，主要指高熱流體對(duì)人體的燙傷事故。下鉆遇阻時(shí)，大鉤負(fù)荷將持續(xù)下降并小于鉆具的實(shí)際負(fù)荷。但要注意區(qū)別鉆井液加重后密度不均勻引起的泵壓下降以及由于鉆井液泵上水不好引起的泵壓下降。 （ 4） 井塌 井壁垮塌一般是由于地層與鉆井液性能不匹配以及工程上的鉆具組合不當(dāng)引起的。減震器失效的原因主要是減震元件、驅(qū)動(dòng)部分、密封元件等損壞。 一般 情況下，牙輪鉆頭異常主要表現(xiàn)為機(jī)械鉆速變慢，扭矩增加，扭矩波動(dòng)變大。但要區(qū)別鉆井液加重后密度不均引起的泵壓升高。 （ 9） 鉆頭泥包 牙輪鉆頭或刮切類(lèi)鉆 頭在鉆大段泥巖時(shí)，由于鉆頭選型不合理（牙齒大小、水眼大小等）或轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、鉆莊、泵壓等工程參數(shù)的搭配不合理，鉆頭就會(huì)泥包。 （ 10） 地層傷害 地 層傷害主要是指鉆井過(guò)程中發(fā)生的井噴失控和井漏等事故，在發(fā)生井漏事 故的時(shí)候，鉆井液進(jìn)入地層，污染了地層流體，破壞了地層流體的滲透性，造成鉆井液的大量丟失。統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括： （ 1） 事故類(lèi)別分布統(tǒng)計(jì)； （ 2） 事故原因分布統(tǒng)計(jì)； 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 3） 發(fā)生事故時(shí)作業(yè)種類(lèi)分布統(tǒng)計(jì)； （ 4） 事故發(fā)生地點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)； （ 5） 死者崗位分布統(tǒng)計(jì)。 ②事故原因分布。因此，在鉆井作業(yè)系統(tǒng)安全管理工作中，一定要注意抓好設(shè)備本質(zhì)安全，解決設(shè)備和設(shè)施本身的缺陷及缺乏安全、保 險(xiǎn)裝置的突出問(wèn)題，要注意加強(qiáng)設(shè)備的檢修與維護(hù)保養(yǎng)，使之處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。檢修、保養(yǎng)作業(yè)死亡人數(shù)居第二位；安裝作業(yè)死亡人數(shù)居第三位；卸鉆具及鉆具下鉆臺(tái)作業(yè)死亡人數(shù)居第四位。 ④事故發(fā)生地點(diǎn)分布。 表 35 致害設(shè)備與致害設(shè)施分布 致害設(shè)備與設(shè)施 死亡人數(shù) 所占比例％ 致害設(shè)備與設(shè)施 死亡人數(shù) 所占比例％ 絞車(chē) 7 拖拉機(jī) 4 吊鉗 6 吊車(chē) 3 吊卡 4 氣路 5 電動(dòng)、液氣葫蘆 8 電路 5 泥漿泵 7 吊鉤繩索 7 電焊機(jī) 3 其他 12 見(jiàn)表 35， 石油鉆井 作業(yè)系統(tǒng)死亡事故與電動(dòng)、液氣葫蘆的操作有關(guān)的占首位，其次是絞車(chē)、泥漿泵、吊鉤繩索。 表 36 死者崗位分布 崗位類(lèi)別 死亡人數(shù) 所占比例％ 崗位類(lèi)別 死亡人數(shù) 所占比例％ 司鉆 8 場(chǎng)地工 4 副司鉆 17 司機(jī) 3 井架工 6 司助 2 內(nèi)鉗工 12 泥漿工 3 外鉗工 11 其他 12 見(jiàn)表 36，在一個(gè)鉆井隊(duì)的安全生產(chǎn)工作中，副司鉆是第一要害崗位，內(nèi)鉗工為第二要害崗位，外鉗工為第三要害崗位，司鉆為第四要害崗位，此后依次為井架工、場(chǎng)地工、司機(jī)、泥漿工和司助。 （ 1） 由于井漏引起的井噴，如勝利油田 ZH— 11 井，此井在放空 后隨即發(fā)生了井漏，井漏后由于沒(méi)有認(rèn)識(shí)到井漏會(huì)引起井噴。 （ 4） 防噴器地原因造成的井噴，主要是指防噴器本來(lái)就是常備不用而又經(jīng)常處于應(yīng)急狀態(tài)的設(shè)備，儲(chǔ)能器必須經(jīng)常保持工作壓力，但經(jīng)常有些井把它們當(dāng)成擺設(shè)，造成井噴。 （ 6） 違規(guī)造成的井噴，主要是指當(dāng)鉆開(kāi)油氣層時(shí)，一般規(guī)定超過(guò)氣層當(dāng)量密度 — ，但四川氣田 某井就沒(méi)按此要求設(shè)計(jì)鉆井液引起井噴。 （ 1） 損壞設(shè)備。這類(lèi)事 在四川、華北、勝利、中原等各個(gè)油田都發(fā)生過(guò)，僅四川局的 32111 鉆井隊(duì)在 1966 年的一次井噴事故中就死亡 6 人。僅四川合 4 井等 8 口井的統(tǒng)計(jì)，因井噴放空天然氣為儲(chǔ)量的 11%，損失驚人。據(jù)四川管理局多年對(duì)多口井的資料分析，凡是鉆井液噴空后壓井或反復(fù)測(cè)試后壓井，都會(huì)對(duì)產(chǎn)層造成嚴(yán)重傷害，其產(chǎn)量下將 30%