BP墨西哥灣井噴爆炸事故固井方面原因分析

1、工程技術(shù)分公司2 4 4月月2020日，日，BPBP公司墨西哥灣公司墨西哥灣“ “深水地平線深水地平線” ”鉆鉆井平臺(tái)井噴爆炸著火事故發(fā)生后，我們及時(shí)跟蹤井平臺(tái)井噴爆炸著火事故發(fā)生后，我們及時(shí)跟蹤事故動(dòng)態(tài)和事故處置最新進(jìn)展，根據(jù)目前已經(jīng)獲事故動(dòng)態(tài)和事故處置最新進(jìn)展，根據(jù)目前已經(jīng)獲得的部分技術(shù)資料，對(duì)得的部分技術(shù)資料，對(duì)BPBP公司井噴失控爆炸著公司井噴失控爆炸著火事故固井方面原因分析如下：火事故固井方面原因分析如下：3一、基本情況二、事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò) 三、固井方面原因分析 四、事故給我們的啟示 4 1. 1. 作業(yè)者與承包商作業(yè)者與承包商 作業(yè)者作業(yè)者 ： 英國(guó)石油公司（BP） 鉆井承包商鉆井承包

2、商 ： 越洋公司（Transocean） 固井服務(wù)公司固井服務(wù)公司 ： 哈里伯頓公司（Halliburton ） 泥漿技術(shù)服務(wù)泥漿技術(shù)服務(wù) ： MI Swaco 測(cè)井服務(wù)公司測(cè)井服務(wù)公司 ： 斯倫貝謝公司（ Schlumberger ） 防噴器供應(yīng)商防噴器供應(yīng)商 ： 喀麥隆公司 （Cameron） 鉆井區(qū)塊：鉆井區(qū)塊：Mississippi Canyon Block 252 位于美國(guó)路易斯安那州 海洋Maconda探區(qū)。 股份構(gòu)成：股份構(gòu)成：BP擁有占65%的權(quán)益，美國(guó)Anadarko石油公司和日本 三井物產(chǎn)公司分別擁有25%和10%的權(quán)益。52. 2. 平臺(tái)情況平臺(tái)情況Deepwater H

3、orizonDeepwater Horizon第五代深水半潛式鉆井平臺(tái)建成日期 ： 2001年 最大作業(yè)水深： 2438米 額定鉆深能力： 9114 米 工作吃水 ： 23米定員 ： 130人建造商： 韓國(guó)現(xiàn)代重工6尺寸 ： 長(zhǎng)112米，寬78米型深 ： 41米 隔水管外徑 ： 533.4mm(21 )平 臺(tái) 重 量： 32588噸排水量 ： 52587噸定位方式 ： DP-3動(dòng)力定位系 統(tǒng)，有8個(gè)推進(jìn)器作業(yè)日費(fèi) ： 53.3萬(wàn)美元 服役時(shí)間 ： 2001年最大航速 ： 7.41km/h ( 4節(jié) )甲板最大可變載荷：8202噸2. 2. 平臺(tái)情況平臺(tái)情況7 事故發(fā)生時(shí)，平臺(tái)上共有事故發(fā)生時(shí)，

4、平臺(tái)上共有126126 人，人，其中越洋公司員工其中越洋公司員工7979 名，英國(guó)石油公名，英國(guó)石油公司司(BP)(BP)員工員工6 6 名，承包商員工名，承包商員工4141名名。3. 3. 人員情況人員情況8井號(hào) ： MC 252#-01 井別 ： 探井井型 ： 直井設(shè)計(jì)井深： 6096米 / 20000英尺實(shí)際井深: 5596米 / 18360英尺 作業(yè)水深： 1544米米/ 5067 英尺4. 4. 井的基本情況井的基本情況9 基本壓力數(shù)據(jù)（g/cm3)地 層 壓 力 ：1.54 -5435m 1.51 -5512m（產(chǎn)層頂） 1.51 -5528m（產(chǎn)層底）破 裂 壓 力 ：1.72

5、-5238m 1.72 -5548m 1.78 -5582m完井鉆井液密度：1.68設(shè)計(jì)水泥漿密度：1.98105. 5. 井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)11井身結(jié)構(gòu)： 914.4mm/36914.4mm/36導(dǎo)管下至導(dǎo)管下至1622 1622 米，米，固井水泥返至海床面；固井水泥返至海床面； 711.2mm/28711.2mm/28表層套管下至表層套管下至 19121912米，水泥返至海床面；米，水泥返至海床面； 558.8mm/22558.8mm/22技術(shù)套管下至技術(shù)套管下至 24212421米，水泥未返至上層米，水泥未返至上層 28 28 表層套管內(nèi)；表層套管內(nèi)； 457.2mm/18457.2mm/

6、18技術(shù)套管下至技術(shù)套管下至 27362736米，水泥未返至上層米，水泥未返至上層 2222 技術(shù)套管內(nèi)；技術(shù)套管內(nèi)；12 406.4mm/16406.4mm/16技術(shù)尾管下至技術(shù)尾管下至35333533 米，水泥未返至上層米，水泥未返至上層1818技術(shù)套管內(nèi)；技術(shù)套管內(nèi)； 346.1mm/13346.1mm/135 5/ /8 8技術(shù)尾管下至技術(shù)尾管下至40094009米，米， 水泥未返至上層水泥未返至上層1616技術(shù)尾管內(nèi)；技術(shù)尾管內(nèi)； 301.6mm/11301.6mm/117 7/ /8 8技術(shù)尾管下至技術(shù)尾管下至46064606米，米， 水泥未返至上層水泥未返至上層13135 5/

7、/8 8技術(shù)尾管內(nèi)；技術(shù)尾管內(nèi)； 250.8mm/ 9250.8mm/ 97 7/ /8 8技術(shù)尾管下至技術(shù)尾管下至52365236米，米， 水泥未返至上層水泥未返至上層11117 7/ /8 8技術(shù)尾管內(nèi)；技術(shù)尾管內(nèi)； 250.8mm/ 9250.8mm/ 97 7/ /8 8+177.8mm/7+177.8mm/7復(fù)合生產(chǎn)復(fù)合生產(chǎn) 套管下至套管下至55965596米，水泥未返至上層米，水泥未返至上層9 97 7/ /8 8 技術(shù)尾管內(nèi)（返至技術(shù)尾管內(nèi)（返至52615261米）。米）。13一、基本情況二、事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò) 三、固井方面原因分析 四、事故給我們的啟示 14 4月19日，下 97/8

8、 +7復(fù)合完井套管5596米(18360英尺) ，20日0:35固完井。然后坐密封總成，正向試壓 68.97MPa(10000psi)合格，反向試壓10.3MPa (1400psi )合格，20日7:00完成，侯凝。15 BP公司決定采用“先替海水， 打水泥塞”的方案，然后暫時(shí)棄井。 4月20日15:00，下鉆至2550米（8367英尺），先用16PPg(1.92)的稠塞替14PPg（1.68）的完井泥漿(16:28完成)。 Green Green ：14 ppg14 ppg Mud MudPink Pink ：16 ppg16 ppg Spacer SpacerBlue Blue ：8.6

9、ppg Seawate8.6 ppg Seawate 16 20日16:2916:52泵入352桶（56m3）海水(已侯凝16h)。經(jīng)過(guò)關(guān)環(huán)形防噴器、泄壓、穩(wěn)壓、做負(fù)壓實(shí)驗(yàn)等，到19:55結(jié)束，正式開(kāi)始用海水替泥漿。 21:49，在替漿過(guò)程中，發(fā)生井噴爆炸事故。 17 根據(jù)事發(fā)前2小時(shí)的綜合錄井曲線分析，推測(cè)還原當(dāng)時(shí)鉆井平臺(tái)的施工作業(yè)過(guò)程：19:55開(kāi)始替漿作業(yè)。20:08 在泵入3.6m3海水后，出口才返出泥漿，印證了許多資料所提及的該井存在井 漏的問(wèn)題。20:25 返出流量明顯大于泵入海 水量 ， 顯現(xiàn)溢流征兆。20:52 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)異常，降低泵排 量進(jìn)行循環(huán)。此時(shí)，出口 流量大于泵入排量，

10、溢流 明顯。1820:58 繼續(xù)降低泵入排量，出口流量繼續(xù)增加21:08 停泵觀察?，F(xiàn)場(chǎng)將返出泥 漿倒向回收船。在此過(guò)程 中，立壓沒(méi)有下降到0， 而是從7Mpa逐步上升到10Mpa。出口也有流量0.45 m3/min。21:14 重新開(kāi)泵循環(huán)，返出泥漿 繞過(guò)出口流量計(jì)直接 排 至船外。1921:18再次停泵。立壓高達(dá)9.8Mpa,而且存在逐步 上升趨勢(shì)21:20再次開(kāi)泵循環(huán)。21:30第三次停泵。立壓為8.8Mpa逐步上升為17.5Mpa。此時(shí)，泵房 人員多次開(kāi)回水泄壓， 立壓呈現(xiàn)上下波動(dòng)。2021:42立壓突然急劇上升出口出現(xiàn)大量流體 流量直線上升。21:49立壓直線上升為35.7Mpa,出

11、口流量 繼續(xù)直線上升。接 著，發(fā)生強(qiáng)烈井噴 天然氣從井口噴出后，發(fā)生爆炸著火。21此次事故造成此次事故造成1111人死亡，人死亡， 1717人受傷，原油泄漏造成大面積海域嚴(yán)重污染。人受傷，原油泄漏造成大面積海域嚴(yán)重污染。 22一、基本情況二、事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò) 三、固井方面原因分析 四、事故給我們的啟示 231、地層壓力高，油氣活躍 MC 252#-01的產(chǎn)層壓力1.51，壓力高，油氣活躍，有資料稱是一個(gè)大的油氣發(fā)現(xiàn)，后來(lái)的事故也充分證明了這一點(diǎn)。BP公司沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)該井的地層壓力和油氣情況，重視程度不夠。242、完井管柱方案先天不足，變更設(shè)計(jì)存在明顯缺陷關(guān)于油層套管方案，BP有兩個(gè)選擇：尾管懸掛固

12、井+套管回接固井-原設(shè)計(jì)方案井口下到井底的單一管串固井-變更設(shè)計(jì)方案 尾管/回接套管串提供四道密封防護(hù)： a、井底固井密封； b 、所下尾管的懸掛器部位密封； c 、尾管懸掛處的固井密封； d、套管頭密封。 單一套管串條件下，管外環(huán)空氣侵的密封防護(hù)只剩兩道： a、井底固井密封；b 、套管頭密封。 25 盡管有這樣的風(fēng)險(xiǎn)，4月15日，BP仍然選擇了97/8 +7的 單一套管串的結(jié)構(gòu)。 BP墨西哥灣深水勘探的項(xiàng)目經(jīng)理AllisonCrane稱：“單一套管串是以后完井作業(yè)可借鑒的最經(jīng)濟(jì)的和最完美的事例”，采用這樣的方案可少花7001000萬(wàn)美元 ，還可節(jié)約至少3天工期。263、固井質(zhì)量不合格，埋下井

13、噴事故隱患采用充氮?dú)馑酀{體系，影響了水泥石強(qiáng)度和膠結(jié)質(zhì) 量。該井采用的充氮?dú)馑酀{體系在低地溫梯度條件下易產(chǎn)生水泥超緩凝現(xiàn)象，致使水泥石強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，降低封固質(zhì)量。 地溫梯度為屬異常低溫地層：1.8/100m 水泥漿配方設(shè)計(jì)加入穩(wěn)定劑： 0.00 % 越洋公司證詞顯示，水泥膠結(jié)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度為:0 psi24h; 1590psi48h 27水泥漿體系設(shè)計(jì)參數(shù)水泥添加劑比例 表面活性劑 穩(wěn)定劑正常：0.442psi/ft完鉆：14lb/gal28井底標(biāo)準(zhǔn)溫度井底循環(huán)溫度2930固井水泥漿注入量不足，返高達(dá)不到封固油氣層的基本要求。 根據(jù)井徑計(jì)算裸眼段環(huán)空容積為 9.36m3 ，固井設(shè)計(jì)及實(shí)際注水泥漿

14、8.20m3（51桶)。考慮水泥漿在5600米行程中與泥漿的混漿效應(yīng)的影響，水泥漿無(wú)法封固到97/8”技術(shù)套管內(nèi)，為油氣上竄提供了通道。泵送進(jìn)度表密度排量 桶/分 31小間隙固井，封固質(zhì)量難以保證。 81/2裸眼井內(nèi)下7油層套管，套管接箍外徑為197.8mm，環(huán)空間隙僅為9.1mm（理論值）。這種小間隙井眼固井，保證質(zhì)量合格難度很大。32 減少了扶正器的使用數(shù)量，增加了水泥環(huán)氣竄的風(fēng)險(xiǎn)。氣竄幾率扶正器安放高風(fēng)險(xiǎn)方案扶正器安放高風(fēng)險(xiǎn)方案33扶正器安放中等風(fēng)險(xiǎn)方案扶正器安放中等風(fēng)險(xiǎn)方案34扶正器安放輕微風(fēng)險(xiǎn)方案扶正器安放輕微風(fēng)險(xiǎn)方案35 哈里伯頓公司在固井設(shè)計(jì)中分別對(duì)套管扶正器數(shù)量及安放的三種方案

15、作了數(shù)字模擬，并對(duì)可能的氣侵問(wèn)題提出了警告，但BP拒 絕了哈里伯頓的建議。 4月15日，BP通知哈里伯頓的客戶代表杰西加利亞諾，BP決定將在完井套管串上安裝6個(gè)扶正器，BP最終選用了風(fēng)險(xiǎn)最大的方案。 一個(gè)BP的官員解釋說(shuō)：“全部安裝這些扶正器將花費(fèi)10小時(shí)，我討厭這樣?！?6固井侯凝時(shí)間不足，引發(fā)了井控風(fēng)險(xiǎn)。固井侯凝15小時(shí)后，即對(duì)套管進(jìn)行了正向（68.97Mpa）與反向（10.3Mpa）的試壓，套管的膨脹和收縮會(huì)形成管外微裂隙，破壞封固質(zhì)量；候凝16.5小時(shí)后，進(jìn)行替海水作業(yè)， 造成井內(nèi)液柱壓力急速降低，地層流體突破尚未膠結(jié)好的水泥環(huán)上竄。373、97/8 +7管柱密封失效 ，形成油氣通道套

16、管底部的浮閥失效 井口密封總成失效38采用威德福固井工具和附件，自灌式套管浮箍可靠性低。設(shè)計(jì)浮箍銷(xiāo)釘剪切壓設(shè)計(jì)浮箍銷(xiāo)釘剪切壓力為：力為：3.53.54.9Mpa4.9Mpa，但，但實(shí)際經(jīng)過(guò)實(shí)際經(jīng)過(guò)9 9次剪切，剪斷次剪切，剪斷壓力達(dá)到壓力達(dá)到21.2Mpa21.2Mpa時(shí)才剪時(shí)才剪斷銷(xiāo)釘。浮箍銷(xiāo)釘剪斷后，斷銷(xiāo)釘。浮箍銷(xiāo)釘剪斷后，循環(huán)壓力低于正常值。循環(huán)壓力低于正常值。浮閥密封失效原因：浮閥密封失效原因：39 海水替泥漿使得套管內(nèi)液海水替泥漿使得套管內(nèi)液柱壓力降低柱壓力降低21.4MPa21.4MPa，套管，套管單單流閥承受流閥承受21.4MPa21.4MPa的上頂力，的上頂力，可能造成單流閥損

17、壞?？赡茉斐蓡瘟鏖y損壞。浮閥密封失效原因：浮閥密封失效原因：40井口密封總成失效原因：井口密封總成失效原因： 越洋公司調(diào)查報(bào)告越洋公司調(diào)查報(bào)告顯示：井口密封總成顯示：井口密封總成安裝完后，安裝完后，BP BP 公司未公司未按技術(shù)規(guī)程的要求安按技術(shù)規(guī)程的要求安裝裝鎖止滑套鎖止滑套，使整體，使整體密封系統(tǒng)出現(xiàn)致命的密封系統(tǒng)出現(xiàn)致命的缺陷。缺陷。 41固井作業(yè)前沒(méi)有按要求充分循環(huán)泥漿。API 指南及BP 操作規(guī)程要求：固井前將鉆井泥漿處理到性能穩(wěn)定，至少循環(huán)1.5倍的井筒容量。 該井井筒容積為318.2m3 ，BP實(shí)際循環(huán)泥漿量為41.5m3（261桶），只占井筒泥漿量的很小部分。 Hallibur

18、ton的羅斯先生向委員會(huì)解釋說(shuō)不進(jìn)行徹底循環(huán)的原因是希望加快工程進(jìn)度，因?yàn)橥耆h(huán)泥漿還需要多花12小時(shí)。加利亞諾先生表示了類似觀點(diǎn)，即“這口井的前期施工速度太慢，在這種情況下，他們想讓施工速度快一點(diǎn)”。4 4、管理存在漏洞，關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)重大失誤、管理存在漏洞，關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)重大失誤42 沒(méi)有按程序進(jìn)行固井質(zhì)量測(cè)井，盲目進(jìn)行下步施工。該井固井侯凝后，原計(jì)劃安排好的固井膠結(jié)質(zhì)量測(cè)井被臨時(shí)取消，測(cè)井人員被要求在事發(fā)當(dāng)天11：15離開(kāi)平臺(tái)。 BP不測(cè)固井質(zhì)量的原因主要是考慮花費(fèi)和時(shí)間：固井質(zhì)量測(cè)井約花費(fèi)128000美元，而取消測(cè)井的成本只需10000美元。此外，哈里伯頓的Roth先生估計(jì)進(jìn)行測(cè)試還會(huì)用另外的9 到12小時(shí)。如果測(cè)井發(fā)現(xiàn)固井質(zhì)量有問(wèn)題，補(bǔ)救措施將會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間和金錢(qián)。43 在完全不清楚油層套管固井質(zhì)量的情形下，貿(mào)然采用先用海水替泥漿，再打水 泥塞的方法作業(yè)。海水替泥漿使得套管內(nèi)液柱壓力降低21.4Mpa，引發(fā)地層壓力的失衡。44一、基本情況二、事故簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò) 三、固井方面原因