天然气井井喷失控的处理完整版Word格式.docx

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　　由于天然气密度小、可压缩、易膨胀，在钻井液中易滑脱上升，易燃烧爆炸，难以封闭等物理化学特性，天然气井较油井更易井喷和井喷失控。

　　天然气井喷失控后的处理方法和总的思路主要是围绕怎样控制井口装置、井控管汇和保护人员、设备来开展工作的。

不同的井喷失控虽有各自的特点和复杂性，但基本处理方法都是相同的。

　　1.严格实行统一指挥

　　井喷失控的处理是一项复杂而危险的工作，涉及参与抢险的工种和人员较多，不是钻井队仅有的几十个人就可以解决得了的，需要上级主管领导现场坐阵指挥，成立现场抢险组织，制定抢险方案，统一协调。

　　抢险组织应分设方案组、资料组、调度组、消防组、安全警卫组、供水组、物质供应组、医疗救护组、生活保障组、现场施工组（如压井作业组等）、抢险突击队、地方协调组等，并明确各专业组的职责。

　　抢险组织应根据现场掌握的天然气流的喷势大小、井口设备及钻具的损坏程度、结合对地质、钻井资料的综合分析，制定出有效的抢险方案，充分调集抢险人员、抢险物质、抢险设备，统一指挥，全力投入，果断处理。

　　2.划定安全警戒区

　　一旦井喷失控，在井场周围设置必要的观测点，定时取样测定天然气喷流的组分、H₂S含量等数据，并立即根据天然气的喷势、风向，以井口为中心，以危险距离为半径的若干地区划为安全警戒区。

如果天然气喷流中含有H₂S，凡其波及区均须划为安全警戒区，并严格警戒。

井场要设专职安全指挥人员，指挥抢险人员和设备的运作，未经允许，任何人不得进入警戒区。

　　在划定的安全警戒区内，任何人（包括当地居民）严禁动用明火，以防引起天然气喷流着火或爆炸而损毁设备，伤及人员，给井喷失控的处理带来更大的困难。

　　及时与当地政府联系疏散人员，若天然气喷流中含有H₂S，人畜均要疏散。

凡井场能拖走的设备如油罐、井场房、钻具、氧气瓶等一律脱离危险区，以免引起油罐、高压气瓶的爆炸，同时可为抢险设备、人员清除障碍并提供场地；

凡在井场工作的设备如拖拉机、水泥车、消防车、吊车、卡车等一律位于上风方向，不许进入下风方向。

　　3.保护井口

　　井口是控制井喷的关键所在，要千方百计保护原有的井口，即使部分损坏了也要保护好未损坏的那一部分，以便在安装新的井口装置时有“扎根”的条件。

保护井口应做好：

（1）若管内井喷失控，除采取一般的防火措施外，还应经钻井四通向井内注水，并向井口装置及其周围浇水，达到润湿喷流，清除火星的目的，为此应准备充足的水源和供水设备；

（2）清理井口周围障碍物及拆除已损坏的旧井口时，不能损坏准备要利用的那部分井口。

　　4.防止着火

　　井喷失控一旦着火，会在非常短的时间内造成机毁人亡，使事故的处理变得更为困难。

因此，对井喷失控的井应尽一切努力防止着火，防止的办法主要是：

①加强消防警戒，实行严格的用火用电管理，保证危险区内不得产生火星；

②连续向井口内外强行注水冷却。

　　5.井口周围障碍物的处理

　　无论着火与否，为了保护井口和充分暴露井口，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步作业无关的设备、工具（如不需要的转盘、大梁、喇叭口、钻具、卡瓦等）清除干净。

未着火的失控井在清除设备时要防止产生火星或火花，清除时要大量喷水，同时要使用铜制工具（如铜榔头、铜撬杠等）。

凡含有有毒气体的未着火的井要注意防毒，避免人员伤亡；

若有毒气体含量很高，毒性很强，且在短时间内不能有效控制时可考虑点火以减小产生的恶果。

　　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废物会把井口罩住，使得火焰乱窜。

为了暴露、保护井口，给灭火和换装井口创造有利条件，在灭火之前必须带火切割，尽量清除掉井口的障碍物。

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。

　　6.压井措施

　　天然气从钻具水眼内喷出而环空不喷，或环空已经控制时：

　　①立即停机停电，防止着火。

　　②用拖拉机拉大绳接带下旋塞的方钻杆，并且把地面高压管线的出口或放空阀打开，以减小对扣时的天然气喷流冲击力。

对中稳定方钻杆时，可用四根绳索，一头固定在方钻杆上，一头缠绕井架四角上，拉紧或放松，使方钻杆与井口钻杆接头对中，上好口。

　　③关闭方钻杆下旋塞，然后关闭地面高压管线的出口或放空阀，再打开方钻杆下旋塞。

此时失控井喷已经得到控制，可按照正常方法实施压井。

　　钻杆内外都喷，但套管外不喷时：

　　①表层套管下得很浅，且无井控设备，应立即停机停电，防止着火。

用拖拉机拖接方钻杆，用边循环边加重法压井，或者准备足够的高密度或超高密度钻井液后进行一次性大排量泵入压井。

高密度或超高密度钻井液至少要比原浆密度高0.30g/cm³

以上，以制服井喷为主，即使压漏地层也在所不惜。

　　②表层套管较深，或者已下技术套管，但未装井控装备或井控装备已经失灵。

此时，应立即停机停电，防止着火。

然后用拖拉机拖大绳接方钻杆，方钻杆接下旋塞，下旋塞下接一短钻杆，短钻杆上带堵塞器，堵塞器外径和钻井四通内径或套管内径相同，当方钻杆与井口钻具接好后，若钻头不在井底，可下放钻具，同时打开钻井四通两侧放喷管线，当堵塞器到达钻井四通位置或进入套管时即可制止向上的喷流，做到有控制的放喷，然后准备条件压井。

若钻头在井底，可用拖拉机拖大绳先起出一根钻杆，然后再用以上办法。

　　③井口钻具已经被喷流刺坏，可用拖拉机拖大绳先起出刺坏的钻杆，然后接方钻杆压井。

　　套管外发生井喷时：

　　②立即组织水泥车从上风方向通过钻杆向井内注超高密度钻井液。

　　③如地表疏松有可能发生地陷，应派专人监视井口周围及井架情况，禁止人员和设备进入危险区工作。

　　④尽快拖走可以拖动的设备和钻具，但拖拉机不得进入天然气活动区内，以免着火。

　　⑤若注高密度钻井液不能制服井喷，可注水泥浆，争取封死天然气通道。

　　⑥等待自然停喷，在地层比较疏松的地区且裸眼井段较长的情况下，井喷若干小时后，由于环空压力下降，地层坍塌，堵死环空，会自然停喷。

　　⑦若不能自然停喷，可在危险区范围以外的上风方向钻定向救援井至事故井喷层的位置，采用压裂方式压通或定向爆炸方式（两井距离较近的情况下）炸通，然后用高密度钻井液压井。

　　7.灭火方法

　　井喷失控着火，可根据着火情况采用以下方法扑灭不同程度的天然气井火灾。

（1）密集水流灭火法

　　当空气中水蒸气含量达到35%时，即可有效阻止天然气的燃烧；

1kg水汽化时能吸收539kcal（2255.2kJ）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，大量注水和喷射水可同时产生以上效果而把火灭掉。

　　密集水流灭火法即是用足够的排量，对井口内外强行注水，同时向井口上面密集喷水，在集中燃烧的火焰最下部形成一层完整的水层，并逐步向上移动水层，把火焰往上推，将井内喷出的天然气流与火焰切断，达到灭火的目的。

但仅靠密集水流灭火法，其灭火能力较小，其仅适用于小喷量、喷流较集中向上的井。

　　密集水流灭火法不仅可以独自作为一种灭火方法，而且是其他灭火法的基础，在采用其他灭火法时，还必须同时辅以密集水流才能将天然气井着火扑灭。

（2）突然改变喷流方向灭火法

　　突然改变喷流方向灭火法是在采用密集水流灭火法的同时，突然改变喷流的方向，使喷流和火焰瞬时中断实现灭火。

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。

突然改变喷流方向灭火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。

　　（3）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通过钻井四通注入井内使之与天然气流混合，同时向井口装置喷洒干粉灭火剂包旱冬焰达到灭火的目的。

国内油气田常用且对天然气井着火行之有挚的液体灭火剂主要有“1211”（二氟一氯一溴甲烷CF₂ClBr）和“1202”（又叫“红卫912”，二氟二溴甲烷CF₂Br₂）。

该液体灭火剂与天然气反应时，可变可燃气体为不可燃气体，且兼有降译、隔氧作用，是一种快速灭火剂，“1211”灭火速度一般在10s之内：

“1202”在可燃气体中的含量达4.5%时即可达到抑爆峰值。

　　“1211”灭火剂用量可用以下经验公式计算：

　　W=K₁K₂（1+B）GT

　　式中W一—“1211”灭火剂用量，kg；

　　K₁——灭火难易系数，主要考虑火焰是否集中，施工配合误差大小，一般取3～5；

　　K₂——H₂S含量系数，其体积含量为8%时取1.08，低含硫的天然气可取1；

　　B——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，s。

　　经现场试验和数字分析，临界灭火强度G可用近似公式计算：

　　G=0.017Q1.13

　　式中Q——天然气喷量，10的4次方（原多次方位置应该标在右上位置，但word格式不支持）m³

/d。

　　在液体灭火剂通过钻井四通注入井内使之与天然气流混合的同时，须向井口装置喷洒干粉灭火剂包围火焰使之与液体灭火剂在协同作用下实现“内外夹攻”，达到灭火的目的。

干粉灭火剂是二种细微的、具有自由流动的固体粉末。

灭火时，干粉灭火剂通过干粉炮车喷射干粉粉末，干粉粉末与火焰接触，使燃譬粤锁冀断，达到灭火目的。

在采用液体灭火剂和干粉灭火剂“内外夹攻”的同时，配合密集水流灭火法，使井口装置和其他设备、构件充分冷却，全面降温至滴水程度。

为了防止死灰复燃，灭火后仍然需要继续向井内注水和井口装置外部及周围设备、构件喷水。

　　（4）空中爆炸灭火法

　　空中爆炸灭火法是将炸药放在火焰下面，利用爆炸产生的冲击波，在将天然气喷流下压的同时，又把火焰往上推，造成天然气喷流与火焰瞬时切断，同时爆炸产生的CO：

等废气又起到隔绝空气的作用，造成瞬时缺氧而使火焰窒息熄灭。

　　爆炸时，既要灭火又不能损坏井口，所以应严格控制爆炸规模，同时选用撞击时不易爆炸、遇水不失效、高温下不易爆炸且引燃容易的炸药，如TNT炸药。

　　（5）罩式综合灭火法

　　罩式综合灭火法就是在着火的井口上罩上一个钢制罩子，以阻断氧源，达到灭火的目的。

在灭火时，在密集水流灭火法运用的同时，将一个1Omm以上钢板制成的顶带喷管阀门并连接了10m长的侧喷管的罩子（罩口比井口直径大1m）罩套在着火的井口上，先用含水的沙子密封罩圈，切断氧源，迫使火焰燃点向上喷管转移，然后向四周喷水降低温度后，在通过左右两侧喷管注入快速凝固的水泥，使罩式装置固结在井口上，关闭上喷管阀，火焰即可熄灭，同时井喷也被控制。

　　（6）钻救援井灭火法

　　钻救援井灭火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技术、压裂技术或井下爆炸等方法使之连通。

救援井压井的目的是制止与其连通的失控着火井天然气喷流继续喷出，压井时还须考虑救援井井口装置、套管和地面的承受能力。

　　8.井口处理

（1）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。

设计新的井VI装置组合的原则如下：

　　①应在天然气井敞喷的情况下安装。

为此，新的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，并用埋头螺栓事先固定在法兰上，以防被天然气流冲掉。

　　②为保证井口的承压能力，原井El装置各组成部分，能利用的可尽可能利用，不能利用的必须拆除。

　　③低回压放喷。

失控后，特别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。

放喷管线通径一般不低于102mm。

　　④应兼顾控制后的作业。

在优先考虑安全可靠的控制井喷的同时，应考虑控制后能进行井口倒换和可能进行不压井起下管串、压井、井下事故处理等作业。

　　⑤对于空井失控井，新井口最上面一般都要安装一个操作简单方便、开关可靠的大通径的阀门。

在天然气流敞喷的情况下，先用它关井可避免直接用闸板防喷器关井时闸板防喷器芯子的橡胶密封件被高压天然气流冲坏。

　　⑥新井口装置高度要适当，以便整体吊装和下步作业。

　　⑦新井口装置所需配件、工具等应配备充足，并安排专人负责保管，以免抢换井口时延误作业。

（2）拆除坏井口

　　在清除障碍物和灭火工作完成后，即着手拆除已损坏的旧井口（部分或全部），抢换新的井口装置组合，为征服井喷创造条件，这也是关系到抢险工作成败的关键。

由于拆除坏井口是在震耳欲聋的高压天然气流啸叫声下和数十只高压水枪密集喷水的工况下，人员相互配合联系极其困难，条件极为艰险恶劣，因此，拆除坏井口时应注意：

　　①组织精干灵活的抢险突击队员（包括吊车司机、拖拉机手等），在十分明确分工的前提下，反复进行战前演习，达到配合操作非常熟练的程度，以便在井口作业时配合默契。

　　②旧井口凡是已经损坏不能利用的部分必须全部拆除，不能留下隐患。

　　③为防止卸松联接处时高压天然气流乱刺而无法工作或冲掉时造成抢险突击队员伤亡，应用一套绳系加压系统，将联接处加压固牢。

　　④在拆卸坏井口时采用铜制工具，避免产生火星，坚决杜绝井口重新着火。

在拆卸时要精心操作，做到既稳又准，不发生碰幢，不随意敲击g

　　⑤所有参战的吊车、拖拉机及其他进入警戒区的机动车辆等的排气管必须加防火罩，并指定专人连续喷水冷却。

　　（3）抢装新的井口装置组合

　　抢装新的井口装置组合是抢险施工中的关键环节。

为了保证抢装成功，必须尽量减少天然气流对新井口装置的冲击；

尽可能远距离操作或尽量减少井口周围的作业人员数量，缩短抢装作业时间；

消除一切着火的可能性；

一切措施和参与抢装的设备、工具都要经过严格试验。

抢装新的井口装置组合主要采用整体吊装法或分件扣装法。

　　1）整体吊装法

　　见图2-4-7。

在实施整体吊装法时，为了减小天然气流对新井口冲击而造成摆动，吊装前先将新井口通孔全部打开，采用长臂吊车平稳起吊并调整平衡，缓慢将井口吊至井口上空适当高度（4～7m），采用绷绳从四个方向拉紧扶正，使新井口中心正对主气流中心。

然后根据实际情况从两个方向或四个方向用绞车钢丝绳在吊车司机的密切配合下加压，缓慢下放，将新井口坐于原井口法兰盘上，抢险突击队员立即进入井口周围，紧固螺栓，接液控管线，完成新井口装置的抢装。

　　在使用长臂吊车拆除坏井口，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。

　　2）分件扣装法

　　见图2-4-8。

在井口天然气流喷量及压力较小的情况下，可以采取扣装的办法，将一个大闸门扣装在井口法兰上。

首先把闸板全部打开，并避开井口天然气流，将闸门与井口法兰之间连接好一个铰链，然后用绳系将闸门拉动，使其翻转90°

，扣装在井口上，突击队员立即进入，穿好并紧固好所有螺栓后，关闭闸门，即可控制井喷。

　　3）转装法

　　见图2-4-9。

在井口天然气流喷量及压力较小的情况下，也可以采取转装法，即把大闸门的闸板全部打开，与井口错位（避开天然气流），先将闸门法兰和井口法兰连接好一个螺栓，然后在闸门手轮上绑上油管，用人力旋转180°

，即可使闸门中心正对主气流中心，让天然气流经闸门中孔上喷，此时突击队员立即进入，穿好并紧固好所有螺栓后，关闭闸门，达到控制井口的目的。

　　9.压井

　　新井口抢装成功，使失去控制的井喷变成了有控制的放喷，给下一步处理创造了条件。

若井内有管柱且钻具或油管未被损坏，可按正常方法压井；

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天然气流冲出井筒或断落掉入井内，或钻具在井口严重损坏或变形。

新的井口装置组合抢装好后，一般都要进行不压井强行下管柱或打捞作业，然后是压井或不压井完井。

压井时应特别注意以下问题：

（1）井喷失控井在经过较长时间的井喷后，地层能量亏损较大，因此在选择钻井液密度时要特别谨慎，密度低了压不住，密度高了又容易将地层压漏，因此应考虑“压堵兼施”的方案，原则上地层压力系数附加0.07～0.15g/cm³

为宜，并在钻井压井液中加入一定量的封堵材料。

（2）压井排量根据天然气流喷量大小、钻具及井眼尺寸确定，一般要求在1～4m³

/min，要使形成的液柱压力的速度稍大于气层压力恢复速度为宜。

　　（3）准备性能符合要求且数量为井筒容积2～3倍的压井液，以满足压井施工的需要。