井喷失控的处理措施

井喷失控的处理措施井喷失控是指发生井喷后，无法用常规方法控制井口而出现敞喷的现象。油井失控和气井失控各有其特点和复杂性，以油为主的高油气比的井处理更为困难。由于天然气具有密度小（仅为原油的0.7‰），可压缩、易膨胀，在钻井液中易滑脱上升，易爆炸燃烧、难以封闭等物理化学特性，因而稍有疏忽，气井和含气油井高的油井更易井喷和失控着火。井喷失控的类型很多，其处理方法主要是围绕怎样使井口装置、井控管汇重新控制油气喷流这一环节进行。井喷失控井虽各有特点和复杂性，但基本处理方法都是相同的。1.1井喷失控处理的基本做法（1）成立现场抢险组，制定抢险方案井喷失控的处理是一项复杂而危险的工作，需要精心组织和施工。险情一旦发生，要迅速成立现场抢险组，统一指挥和协调抢险工作。抢险组应根据现场所了解的油气流喷势大小、井口装置和钻具的损坏程度，结合对钻井、地质资料的综合分析，弄清井喷层位、井喷过程和该井事故特点等。在掌握了大量第一手资料和吃透险情的基础上制定有效的处理方案，调集抢险人员和设备，决不能有丝毫侥幸取胜的心理。（2）尽一切办法保护好井口处理井喷失控的经验表明，不论井喷失控后的情况有多复杂，只要尽力保护好井口，使好的井口不再损坏，情况不再恶化，就能掌握处理井喷失控整个过程的主动权。因为新井口要在原井口上“生根”，重新控制井喷还需原井口有用部分尽量发挥作用。井喷失控后，原井口装置的连接件极易被障碍物憋坏，密封件易烧坏。故所谓保护好井口，主要是做好以下两方面的工作。其一是准备充足的水源和供水设备，要达到每小时供水500～1000m3的能力，并以每分钟1～2m3的排量经防喷器四通向井内注水和向井口装置及周围喷水，达到润湿喷流、清除火星以免着火的目的。其二是消除使井口装置处于受憋状态的一切障碍物，用钢丝绳或支柱等加固井口。（3）未着火的失控井应千方百计使其不着火井喷后着火，不仅会造成人身伤亡，设备烧坏，而且会使事故变得更为复杂，处理事故的条件更为恶劣。当被烧毁的井架、钻机、钻具、工具等大牙交错地堆积在井口上，喷流和火苗到处乱窜时，井口装置处于高温和重压之下很容易损坏，而人也难于接近井口，故未着火的失控井应千方百计使其不着火。着火的原因是多方面的，如巴9井是因钻井液喷光后，井内冲出的钻具与井架角铁撞击产生火花引起着火；威23井是环形空间放气管的火苗离井口仅20米，而引起着火；铁1井因井内石块冲击，打坏井架防爆灯后爆炸着火；双9井因3号柴油机排气管的火星引起着火；合4井是在处理井喷中途，因雷击引起着火。据统计，我国“一五”到“八五”期间，累计发生井喷失控井271口，占完成井的0.16％，其中井喷失控后又着火的井81口，占井喷失控井的30％。以上事实说明，失控井喷可以做到不着火。燃烧必须同时具备可燃物、助燃物、引燃物这三个条件。油气井都客观地存在前两个条件。当天然气（以甲烷计）与空气混合，其占有比例在5％～15％这个爆炸范围内，若有引燃物存在，混合气体就会立即爆炸。当气井井喷失控时，天然气与空气混合很容易达到这个混合比例，因而关键是有无明火存在。井场明火主要来自两方面。一是井喷失控前已存在的，诸如柴油机排气管的火花、电器设备产生的火花、井场上的火种等。二是失控过程中产生的明火，如井内冲出的钻具、石块之类撞击井架等产生的火花。对第一方面的明火，在钻开油气层时，必须严格执行SYT6426钻井井控技术规程》中的防火、防爆、防硫化氢安全措施，做到事先消除明火、对于第二方面的明火，则严格执行有关井口装置和放喷管线安装的各项规定，一旦井喷，就可立即控制井口。即使高压喷流把防喷器胶芯冲坏，只要钻具和石块不冲出井口，则可以避免因撞击而产生火花。前面所提到的向井口内外注水和喷水，也是使失控油气井不着火的重要措施之一。（4）划分安全区在井场周围设置必要的观察点，定时取样测定油气喷流的组分、硫化氢含量、空气中的天然气浓度、风向等有关数据，并划分安全区，疏散人员，严格警戒。做好人身安全的防护工作，避免烧伤。中毒、噪音等伤害。及时将储油罐、氧气瓶等隐患设备、物资脱离危险区，避免引起油罐、高压气瓶的爆炸。（5）清除井口周围的障碍物，充分暴露井口无论着火与否，为了充分暴露井口，保护井口，都要清除井口周围和抢险通道上的障碍物。未着火的井，要考虑着火后处理方便，将钻台和井口周围一切与下一步施工作业无关的设备和工具（如一般来说不需要的转盘、大梁、喇叭口、钻具、卡瓦等）清除干净。着火以后，被烧毁的井架、钻机提升系统和立在钻台上的钻具等物，像废料一样堆积并把井口罩住，使火焰乱窜。为了暴露和保护井口，给灭火和换装井口创造有利条件，在灭火以前，必须带火切割，尽量清除掉这些障碍物。带火切割清除障碍物，应根据井场的地理条件、风向，用消防水枪喷射水雾将火压向某一方向，本着“先易后难，先近后远，先外后内，分段切割，逐步推进”的原则，用氧炔焰切割、纯氧切割、水力喷砂切割等手段，边割边拖，逐步清除。应根据具体情况确定哪些东西应在灭火前清理，哪些应在灭火后清理。未着火的失控井在清除设备时还要提防产生火花。防止方法，一是要大量喷水，二是要使用铜榔头、铜撬杠等铜制工具。凡含有有毒气体的未着火并要注意防毒，避免人员伤亡。若有毒气体含量很高，毒性很强，又不能有效地在短期内控制时，可考虑点火以减小产生的恶果。（6）灭火可采用下述方法扑灭不同程度的油气井火灾。※密集水流灭火法此法是用足够的排量，从防喷器四通向井内注水和向井口喷水，同时用消防水枪向井口上面密集喷水，在较为集中燃烧的火焰最下部形成一完整的水层，并逐步向上移动水层，把火焰往上推，将井内喷出的气流与火焰切断，达到灭火的目的。当空气中水蒸气含量达到35％时，即可有效地阻止天然气的燃烧；而1kg水蒸发汽化时，能吸收539kcal（2251.2kJ）热量，还能阻挡外部空气进入燃烧区和减少空气中氧的含量，大量注入和喷射水就可同时产生以上效果而把火灭掉。单靠此法灭火，其灭火能力较小。只适用于小喷量、喷流较集中向上的井。密集水流灭火不但可独自作为一种灭火法，而且是其它灭火法的基础。在采用其它灭火法时，还必须同时辅之以密集水流才能将油气井火扑灭。※突然改变气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。改变喷流方向可借助特制的遮挡工具或被拆掉的设备（如转盘等）来实现。如威23井就是在坏井口被拉倒，气流突然改变90º方向（由垂直方向变为水平方向）而灭火的；沈15井是吊转盘时，转盘阻挡气流，使上冲的气流从转盘底面折回而熄灭的。此法的灭火能力也有限，只适用于中等以下喷量、喷流集中于某一方向的失控井。※空中爆炸灭火法空中爆炸灭火法是将炸药放在红色火焰下面爆炸，利用爆炸时产生的冲击波，一方面把气流往下压，另一方面把火焰往上推，造成气流与火焰的瞬时切断，同时爆炸产生的二氧化碳等废气又起到隔绝空气的作用，造成瞬时真空而使火焰窒息，火焰在双重作用下熄灭。爆炸时，既要灭火又不能损坏井口。为此，空中爆炸法对炸药性能有专门的要求，如撞击时不易爆炸，遇水时不失效，高温下不易爆炸。引燃容易等。因而一般采用“TNT”炸药。※快速灭火剂综合灭火法快速灭火剂综合灭火法是将液体灭火剂经防喷器四通注入井口与油气喷流混合，同时向井口装置喷洒干粉灭火剂包围火焰，内外灭火剂结合使用达到灭火的目的。国内油气田常用的、行之有效的液体化学灭火剂主要有“1211”和“1202”两种。1211灭火剂又名二氟一氯一溴甲烷（CF2ClBr），它主要用于以天然气为主的失控井。它是无色、透明、易流动、无刺激气味的液体。1211与天然气反应时，变可燃气体为不燃气体，且兼有降温、隔氧作用，是一种新型快速灭火剂，其灭火速度一般均在10S之内。1211灭火剂用量可用下述经验公式计算：W=KlK2（1+β）Gt5-34式中：W—1211灭火剂用量，kg；K1—灭火难易安全系数（主要考虑火焰是否集中，施工配合好坏），一般取3～5；K2—硫化氢含量系数，其体积含量为8％时，取1．08；含量较少时，此系数可取1；β—灭火系统漏损系数，一般取0.05；G—临界灭火强度，kg／S；t—灭火剂喷射时间，一般取10S。经现场试验和数字分析，临界灭火强度可用近似公式计算：G＝0.017Q1.135-35式中Q——天然气喷量，104m3／d。1202又名二氟二溴甲烷（CF2Br2），其灭火原理与1211相同。另外，用于油气井灭火的还有干粉灭火剂。干粉灭火剂是一种细微的、具有自由流动的固体粉末。灭火时，粉末表面与火焰接触使燃烧连锁反应中断，达到灭火的目的。由于1211和1202都易注入气柱而不易在原油中混合，故已在气井火灾的灭火中普遍使用。还可以用干粉配合使用，采用“内外夹攻”灭火。用干粉炮车喷射干粉时，应根据炮车生产厂家提供的干粉管情性曲线和落粉量与射程曲线，并考虑风力、喷射和障碍物等因素的影响，选择干粉炮车与火焰的距离，把握喷射干粉时的灭火有利时机。必须强调的是，密集水流法是上述几种灭火方法需同时采用的最基本方法，其喷水量应达到使井口装置和其它设备、构件充分冷却，全面降温至滴水程度。为了防止灭火后复燃，灭火后仍需继续向井内注水和向井口装置外部及周围设备、构件喷水。※钻救援井灭火法钻救援井灭火法是在失控着火井附近钻1口或多口定向井与失控着火井连通，然后泵入压井钻井液，压井、灭火同时完成。理想的救援井应在井喷层段与喷井相交，这需要精确的定向控制技术。一般来说，救援井与喷井总是立体相交而隔有一段距离，但可借助救援井的水平射孔和压裂及其它方法使之连通。救援井压井的目的是制止与其连通的失控着火井油气流继续喷出。压井时，还需考虑救援井井口装置、套管和地面的承受能力。（7）设计新的井口装置组合要重新控制井喷，就必须针对井喷失控的特点和控制后的作业，周密设计新的井口装置组合，这直接关系着整个井喷处理的成败。一般来说，设计新的井口装置组合的原则是：※应在油气井敞喷的情况下安装。为此，新井口装置通径应不小于原井口装置通径。新旧井口之间的密封钢圈应加工成特殊钢圈，并用埋头螺钉事先固定在法兰上，以防被气流冲掉。※为保证井口的承压能力，原井口装置各组成部分，能利用的可尽量利用，不能利用的必须拆除。※低回压放喷。失控后，尤其是着火后，可利用的原井口装置的承压能力已有所降低，故应采取低回压放喷措施，放喷孔径一般不小于4"。※应兼顾控制后的作业。在优先考虑安全可靠地控制井喷的同时，应考虑控制后能进行井口倒换，并兼顾控制后可能进行的诸如不压井起下管串、压井、处理井下事故等作业。※对于空井失控井，新井口最上面一般都要装一个大通径的阀门，因它操作简单方便，开关可靠。在气流敞喷的情况下，先用它关井可避免直接用闸板防喷器关井时，闸板橡胶密封件被高压喷出的油气流冲坏。※新井口装置高度要适当，以便整体吊装和下一好作业。（8）拆除坏井口，安装新井口装置坏井口的拆除一般普遍采用绞车加压扶正，长臂大吊车整体吊离。因拆除工作是在井内有高压的条件下进行的，这就要求各个环节的工作必须十分严格的配合协调。在拆卸井口的连接螺栓时。井口必须加压绷紧，否则法兰面就会泄漏而影响继续拆除。新井口装置的安装是施工中重要的关键环节。为了安全地抢装成功，必须尽量减少气流对新井口的冲击：尽可能远距离操作或减少井口周围的作业人数，缩短作业时间；消除一切着火的可能性；一切措施都要经过试验。新井口的抢装主要采用整体吊装法或分件扣装法。※整体吊装法整体吊装法可减少在井口上的组装次数和消除井口结合面的漏失机会。为了减小气流对新井口的冲击而摆动，吊装时将新井口通孔全部打开。用长臂吊车将新井口吊离原井口适当高度时（4～7米），用绷绳从四个方向拉紧扶正，将新井口套住气柱中心。然后，根据情况从两个或四个方向，用绞车钢丝绳加压，逐渐下放并与原井口连接（见图5-16）。此法与扣装法相比工作最小，因而现场普遍采用。在使用长臂吊车拆除旧井口，抢装新井口时，应把吊车的排气管加长并插入水中，且经常浇水冷却。※分件扣装法分件扣装法是在原井口的最上面法兰上，固定一个带铰链销的半圆形卡子。用铰链将新井口的第一个部件连接起来（该部件预先固定好特殊钢圈），然后用绞车钢丝绳将其反转扣在原井口法兰上，再固定好。随后依次扣装好新井口的每一部件，如图5-17所示。扣装法的优点是轻便、动力设备少、切割气流时间短。但在井口周围作业时间长，碰击产生火花的机会多，工作量大，因而很少使用此法。无论是吊装法还是扣装法．为了防止作业中因工具、设备的相互碰击产生火花，在整个作业过程中，都应继续向井内注水和井口及周围喷水。（9）不压井强行起下管柱，压井或不压井完井图5-16整体吊装新井口装置图5-17分件扣装新井口装置新井口的抢装成功，使失去控制的井喷变成了有控制的放喷。但是井喷失控除井口装置、井口管汇损坏外，多数情况下钻具或油管被冲出井筒或掉入井内．或钻具在井口严重损坏与变形。井口装置安装好后，一般都要进行不压井强行下管柱或进行打捞作业，然后是压井或不压井完井。井喷失控井的压井施工，因产层较长时间敞喷，原始能量损失较大，还需考虑“压堵兼施”的方案对付压井中可能出现的漏失。对于产量大、地层压力梯度高、渗透性好的产层，为使压井钻井液尽快在井内形成液往，除尽可能控制较高的井口套压外，还需具备“三个优势”。其一是钻井液密度优势，即压井钻井液密度比按估算地层压力计算的压井钻井液密度要高，甚至可用超重钻井液压井；其二是排量优势，即以所用钢套是额定泵压下的最大排量压井；其三是钻井液储备量的优势，即压井钻井液储备量至少3倍于井筒，并备有一定量的轻钻井液。当井内液柱形成，可通过液住压力加上控制套压略大于地层压力时，压井施工可转入常规压井作业。井喷失控的处理工作不应在夜间进行，以免发生抢险人员伤亡事故，以及因操作失误而使处理工作复杂化。施工的同时，不应在现场进行可能干扰施工的其它作业。1.2井喷失控井的处理实例下面介绍四口不同类型失控井的处理方法，这些实际经验可供现场参考。1.2.1高压高产的合4井快速综合灭火合4井井深2886.8m，于1974年4月发生强烈井喷。测算气层压力为51.94MPa，喷气量约为500万m3/d。在四条管线放喷的情况下，气流刺烂上下防喷器胶芯呼啸而出，喷高为60～70m。因雷击着火，烧毁的设备、井架和歪斜的转盘坍塌于井口，迫使火焰倒卷，火舌乱窜，此时井口四周100m2范围成为一片火海。针对该井压力高。喷气量大、燃烧面积广等特点，在清除了转盘外约200吨障碍物后，采用清水冷却降温、1202和干粉为灭火剂的快速综合灭火法，做到了灭火一次成功。其具体步骤是：(1）选井试验。为了进一步验证灭火剂扑灭天然气大火的效能及取得临界灭火强度等有关数据，在正式灭火前曾两次选井试验。（2）喷水冷却，全面降温。灭火前，集中26台消防车，11台消防泵组，54支消防水枪，在1小时30分钟内对井口、钻台、机房和对井场喷水冷却，全面降温直到滴水程度。（3）确定灭火剂的用量。1202在喷气量为500万m3/d的临界灭火强度为27.2kg／S，预计喷射时间为7S，取灭火安全系数为5，硫化氢含量系数为1，系统的漏失系数为5%，故1202的总量为：W=K1K2（1+β）Gt=5*1*(1+5%)*27.2*7=1000(kg)。而实际加入1202为1100kg。再就是计算干粉的用量。干粉扑灭喷量为80万m3/d，天然气井的灭火强度为1.7kg/s，按等比例增加计算扑灭500万m3/d喷量气井的灭火强度。干粉喷射时间较长，而此取为40S，其它条件不变，则干粉总用量为：W=K1K2（1+β）Gt=51(1+5%)1.7500/8040=2231(kg)。实际用干粉2000kg。（4）灭火剂的注入和灭火。按合4井的具体情况，要求在30S内同时将1202和干粉分别注入井口和射击上部火柱，有效地起到高效综合灭火作用。因当时无定型灭火装置，故先将需注入的l202各50kg,分装在两根6m长的7″套管内。然后各用两台水泥车，经下四通两边的两条41/2″防喷管线，以同等排量（0.06m3/s），同一时间泵注相对密度2.21的钻井液，顶替隔离胶塞，经19S注入井口，于25m远处用两部干粉灭火车（各装1000kg干粉）喷出干粉，同时发生灭火化学反应。不到2S，一场历时数天的大人熄灭了。当时的情况是，喷射出的干粉在井口上空形成一个乳色覆盖层，把强大的火焰包围，紧接着从井口冒出一股灰褐色气柱。整个灭火施工历时21.3S。大火熄灭后，吊开转盘、大梁及下四通以上的坏井口。用整体吊装法抢装上新井口。新井口由12″4″四通+2个12″6″四通+12"10"双法兰短节+10"高压阀门+10"1m长的引喷管，在六条放喷管放喷的情况下，关闭10″阀门从而控制了井喷。1.2.2常压高产巴9井的空中爆炸灭火巴9井井深1100.27m，气层压力为10.78MPa，失控处理后测试产量为339万m3/d。由于井漏抢起钻，起钻未灌钻井液发生强烈井喷，将井内216m钻具全部冲出。冲出的钻具撞击井架产生的火花引起着火，火苗高达100m。当时，处理工作因缺乏经验而走过一段弯路。后来带火清除障碍物和带火补焊防喷器，用空中爆炸法扑灭了大火。其施工步骤如下；(1）从下四通向井内注水和向井口周围及火柱喷水，全面降温。（2）炸药的选择和用量。先选井进行空中爆炸灭火试验，根据天然气空中爆炸灭火对炸药性能的要求，最后用210kg“NTN”炸药灭火成功。（3）炸药的包装和运送。为了保证运送时不燃烧、不爆炸，药箱用25mm厚的木板制成。木箱外用两层石棉布包裹，内用红纸板隔热。将210kg炸药分成8个药包装在里面，每个药包内装有8支雷管、4根接火线，其余4根作辅助用，都捆在火线雷管上，用电缆引爆。药箱用固定在井架两边底座上的两根9m长的带滑轮单扒杆支撑，用两部绞车，通过钢丝绳将药箱送至规定的地方。（4）引爆和灭火。为使引爆成功，故接了两条电路。一条用电机供电，一条用45伏安的电池供电。输电线接近火焰部分用耐高温电缆，其它用胶线。电缆和钢丝绳全部用石棉包扎好。待药箱送离井口约5m高。距火柱中心0.5-1m远时。用220V电源引爆成功，扑灭了这场大火。火灭后，采用扣装法抢装了一只113/4″的大阀门，随后关阀门并用重钻井液压井，终于控制了长达78d的井喷。1.2.3高压高产的鹿3井不压井下油管作业该井井深3018.91m,测算气层压力为61.544MPa，喷气量为960万m3/d以上。1979年3月发生井喷事故，将刚入井的54.33m钻具(1套6″取心工具、2柱43/4″钻铤和1根提升短节）全部冲出，折断成三节甩在钻台和井架上。由于喷出的钻井液高达70～80m，钻具碰击井架产生的火花未能引起着火。尽管立即打开3条放喷管线（因1条被堵塞）放喷，但因两套防喷器都装的是31/2″闸板，不能关闭空井而造成井喷失控。失控后随即采取有效的防火措施，并及时抢接了3条供水管线，用4台水泥车分组轮换以0.0167m3/S的排量从下四通向井内注水，使该井一直未着火。在清除了钻台和井口周围障碍物，吊出了防喷器以上井口后，用整体吊装法，经三次失败，终于在第四次将新井口强装成功。为了关闭10in阀门，并为不压井下油管创造条件