天然氣井井噴失控處理

—天然氣井井噴失控處理井噴失控有兩種情況：一種是地下井噴，即噴漏同層或噴漏同存，根據(jù)噴漏并存的壓井方法進行壓井可解決；第二種是井口裝置或井控管匯失去掌握，或者根本就沒有井控裝置或者是地層壓裂自然氣流不通過環(huán)空而通過套管外噴出，此時根本無法掌握溢流或井涌，造成了地面井噴失控。由于自然氣密度小、可壓縮、易膨脹，在鉆井液中易滑脫上升，易燃燒爆炸，難以封閉等物理化學特性，自然氣井較油井更易井噴和井噴失控。自然氣井噴失控后的處理方法和總的思路主要是圍繞怎樣掌握井口裝置、井控管匯和愛護人員、裝備來開展工作的。不同的井噴失控雖有各自的特點和冗雜性，但根本處理方法都是相同的。1.嚴格施行統(tǒng)一指揮井噴失控的處理是一項冗雜而危險的工作，觸及參與搶險的工種和人員較多，不是鉆井隊僅有的幾十個人就可以解決得了的，需要上級主管領導現(xiàn)場坐陣指揮，成立現(xiàn)場搶險組織，制定搶險方案，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。搶險組織應分設方案組、資料組、調(diào)度組、消防組、安全警衛(wèi)組、供水組、物質(zhì)供應組、醫(yī)療搶救組、生活保障組、現(xiàn)場施工組（如壓井作業(yè)組等）搶險突擊隊、地方協(xié)調(diào)組等，并明確各專業(yè)組的職責。搶險組織應依據(jù)現(xiàn)場把握的自然氣流的噴勢大小、井口裝備及鉆具的損壞程度、結(jié)合對地質(zhì)、鉆井資料的綜合分析，制定出有效的搶險方案，充足調(diào)集搶險人員、搶險物質(zhì)、搶險裝備，統(tǒng)一指揮，全力投入，果斷處理。2.劃定安全警戒區(qū)一旦井噴失控，在井場四周設置必要的觀測點，定時取樣測定自然氣噴流的組分、H2S含量等數(shù)據(jù)，并立刻依據(jù)自然氣的噴勢、風向，以井口為中心，以危險距離為半徑的若干地區(qū)劃為安全警戒區(qū)。假如自然氣噴流中含有H2S，凡其涉及區(qū)均須劃為安全警戒區(qū)，并嚴格警戒。井場要設專職安全指揮人員，指揮搶險人員和裝備的運作，未經(jīng)答應，任何人不得進入警戒區(qū)。在劃定的安全警戒區(qū)內(nèi)，任何人（包括當?shù)鼐用瘢﹪澜麆佑妹骰?，以防引起自然氣噴流著火或爆炸而損毀裝備，傷及人員，給井噴失控的處理帶來更大的困難。按時與當?shù)卣?lián)系疏散人員，若自然氣噴流中含有H2S，人畜均要疏散。凡井場能拖走的裝備如油罐、井場房、鉆具、氧氣瓶等一律脫離危險區(qū)，以免引起油罐、高壓氣瓶的爆炸，同時可為搶險裝備、人員去除障礙并提供場地；凡在井場工作的裝備如拖拉機、水泥車、消防車、吊車、卡車等一律位于上風方向，不許進入下風方向。3.愛護井口井口是掌握井噴的關鍵所在，要想方設法愛護原有的井口，即使部分損壞了也要愛護好未損壞的那一部分，以便在安裝新的井口裝置時有“扎根”的條件。愛護井口應做好：（1）若管內(nèi)井噴失控，除實行一般的防火措施外，還應經(jīng)鉆井四通向井內(nèi)注水，并向井口裝置及其四周澆水，到達潤濕噴流，去除火星的目的，為此應準備充足的水源和供水裝備；（2）清理井口四周障礙物及撤除已損壞的舊井口時，不能損壞準備要利用的那部分井口。4.防止著火井噴失控一旦著火，會在非常短的時間內(nèi)造成機毀人亡，使事故的處理變得更為困難。因此，對井噴失控的井應盡一切努力防止著火，防止的方法主要是：①強化消防警戒，施行嚴格的用火用電管理，保證危險區(qū)內(nèi)不得產(chǎn)生火星；②連續(xù)向井口內(nèi)外強行注水冷卻。5.井口四周障礙物的處理無論著火與否，為了愛護井口和充足暴露井口，都要去除井口四周和搶險通道上的障礙物。未著火的井，要考慮著火后處理便利，將鉆臺和井口四周一切與下步作業(yè)無關的裝備、工具（如不需要的轉(zhuǎn)盤、大梁、喇叭口、鉆具、卡瓦等）去除潔凈。未著火的失控井在去除裝備時要防止產(chǎn)生火星或火花，去除時要大量噴水，同時要運用銅制工具（如銅榔頭、銅撬杠等）。凡含有有毒氣體的未著火的井要留意防毒，防止人員傷亡；若有毒氣體含量很高，毒性很強，且在短時間內(nèi)不能有效掌握時可考慮點火以減小產(chǎn)生的惡果。著火以后，被燒毀的井架、鉆機提升系統(tǒng)和立在鉆臺上的鉆具等廢物會把井口罩住，使得火焰亂竄。為了暴露、愛護井口，給滅火和換裝井口制造有利條件，在滅火之前必需帶火切割，盡量去除掉井口的障礙物。帶火切割去除障礙物，應依據(jù)井場的地理條件、風向，用消防水槍噴射水霧將火壓向某一方向，本著“先易后難、先近后遠、先外后內(nèi)、分段切割、逐步推動”的原則，用氧炔焰切割、純氧切割、水力噴砂切割等手段，邊割邊拖，逐步去除。6.壓井措施自然氣從鉆具水眼內(nèi)噴出而環(huán)空不噴，或環(huán)空已經(jīng)掌握時：①立刻停機停電，防止著火。②用拖拉機拉大繩接帶下旋塞的方鉆桿，并且把地面高壓管線的出口或放空閥打開，以減小對扣時的自然氣噴流沖擊力。對中穩(wěn)定方鉆桿時，可用四根繩索，一頭固定在方鉆桿上，一頭纏繞井架四角上，拉緊或放松，使方鉆桿與井口鉆桿接頭對中，上好口。③關閉方鉆桿下旋塞，然后關閉地面高壓管線的出口或放空閥，再打開方鉆桿下旋塞。此時失控井噴已經(jīng)得到掌握，可根據(jù)正常方法實施壓井。鉆桿內(nèi)外都噴，但套管外不噴時：①表層套管下得很淺，且無井控裝備，應立刻停機停電，防止著火。用拖拉機拖接方鉆桿，用邊循環(huán)邊加重法壓井，或者準備充足的高密度或超高密度鉆井液后進行一次性大排量泵入壓井。高密度或超高密度鉆井液至少要比原漿密度高0.30g/cm3以上，以制服井噴為主，即使壓漏地層也在所不惜。②表層套管較深，或者已下技術套管，但未裝井控裝備或井控裝備已經(jīng)失靈。此時，應立刻停機停電，防止著火。然后用拖拉機拖大繩接方鉆桿，方鉆桿接下旋塞，下旋塞下接一短鉆桿，短鉆桿上帶堵塞器，堵塞器外徑和鉆井四通內(nèi)徑或套管內(nèi)徑相同，當方鉆桿與井口鉆具接好后，若鉆頭不在井底，可下放鉆具，同時打開鉆井四通兩側(cè)放噴管線，當堵塞器到達鉆井四通位置或進入套管時即可制止向上的噴流，做到有掌握的放噴，然后準備條件壓井。若鉆頭在井底，可用拖拉機拖大繩先起出一根鉆桿，然后再用以上方法。③井口鉆具已經(jīng)被噴流刺壞，可用拖拉機拖大繩先起出刺壞的鉆桿，然后接方鉆桿壓井。套管外發(fā)生井噴時：①立刻停機停電，防止著火。②立刻組織水泥車從上風方向通過鉆桿向井內(nèi)注超高密度鉆井液。③如地表疏松有可能發(fā)生地陷，應派專人監(jiān)視井口四周及井架情況，禁止人員和裝備進入危險區(qū)工作。④盡快拖走可以拖動的裝備和鉆具，但拖拉機不得進入自然氣活動區(qū)內(nèi)，以免著火。⑤若注高密度鉆井液不能制服井噴，可注水泥漿，爭取封死自然氣通道。⑥等候自然停噴，在地層比擬疏松的地區(qū)且裸眼井段較長的情況下，井噴若干小時后，由于環(huán)空壓力下降，地層坍塌，堵死環(huán)空，會自然停噴。⑦若不能自然停噴，可在危險區(qū)范圍以外的上風方向鉆定向救援井至事故井噴層的位置，采納壓裂方式壓通或定向爆炸方式（兩井距離較近的情況下）炸通，然后用高密度鉆井液壓井。7.滅火方法井噴失控著火，可依據(jù)著火情況采納以下方法撲滅不同程度的自然氣井火災。（1）密集水流滅火法當空氣中水蒸氣含量到達35%時，即可有效阻擋自然氣的燃燒；1kg水汽化時能汲取539kcal（2255.2kJ）熱量，還能阻擋外部空氣進入燃燒區(qū)和削減空氣中氧的含量，大量注水和噴射水可同時產(chǎn)生以上效果而把火滅掉。密集水流滅火法即是用充足的排量，對井口內(nèi)外強行注水，同時向井口上面密集噴水，在集中燃燒的火焰最下部形成一層完好的水層，并逐步向上移動水層，把火焰往上推，將井內(nèi)噴出的自然氣流與火焰切斷，到達滅火的目的。但僅靠密集水流滅火法，其滅火力量較小，其僅適用于小噴量、噴流較集中向上的井。密集水流滅火法不僅可以單獨作為一種滅火方法，而且是其他滅火法的基礎，在采納其他滅火法時，還必需同時輔以密集水流才能將自然氣井著火撲滅。（2）突然轉(zhuǎn)變噴流方向滅火法突然轉(zhuǎn)變噴流方向滅火法是在采納密集水流滅火法的同時，突然轉(zhuǎn)變噴流的方向，使噴流和火焰瞬時中斷完成滅火。轉(zhuǎn)變噴流方向可借助特制的遮擋工具或被拆掉的裝備（如轉(zhuǎn)盤等）來完成。突然轉(zhuǎn)變噴流方向滅火法的滅火力量也有限，只適用于中等以下噴量、噴流集中于某一方向的失控井。（3）快速滅火劑綜合滅火法快速滅火劑綜合滅火法是將液體滅火劑通過鉆井四通注入井內(nèi)使之與自然氣流混合，同時向井口裝置噴灑干粉滅火劑包旱冬焰到達滅火的目的。國內(nèi)油氣田常用且對自然氣井著火行之有摯的液體滅火劑主要有“1211”（二氟一氯一溴甲烷CF2ClBr）和“1202”（又叫“紅衛(wèi)912”，二氟二溴甲烷CF2Br2）。該液體滅火劑與自然氣反應時，可變可燃氣體為不行燃氣體，且兼有降譯、隔氧作用，是一種快速滅火劑，“1211”滅火速度一般在10s之內(nèi)：“1202”在可燃氣體中的含量達4.5%時即可到達抑爆峰值?！?211”滅火劑用量可用以下經(jīng)驗公式計算：W=K1K2（1+B）GT式中W一—“1211”滅火劑用量，kg；K1——滅火難易系數(shù)，主要考慮火焰是否集中，施工協(xié)作誤差大小，一般取3～5；K2——H2S含量系數(shù)，其體積含量為8%時取1.08，低含硫的自然氣可取1；B——滅火系統(tǒng)漏損系數(shù)，一般取0.05；G——臨界滅火強度，kg/s；T——滅火劑噴射時間，s。經(jīng)現(xiàn)場實驗和數(shù)字分析，臨界滅火強度G可用近似公式計算：式中Q——自然氣噴量，104m3/d。在液體滅火劑通過鉆井四通注入井內(nèi)使之與自然氣流混合的同時，須向井口裝置噴灑干粉滅火劑包圍火焰使之與液體滅火劑在協(xié)同作用下完成“內(nèi)外夾攻”，到達滅火的目的。干粉滅火劑是二種微小的、具有自由流淌的固體粉末。滅火時，干粉滅火劑通過干粉炮車噴射干粉粉末，干粉粉末與火焰接觸，使燃譬粵鎖冀斷，到達滅火目的。在采納液體滅火劑和干粉滅火劑“內(nèi)外夾攻”的同時，協(xié)作密集水流滅火法，使井口裝置和其他裝備、構(gòu)件充足冷卻，全面降溫至滴水程度。為了防止死灰復燃，滅火后仍然需要連續(xù)向井內(nèi)注水和井口裝置外部及四周裝備、構(gòu)件噴水。（4）空中爆炸滅火法空中爆炸滅火法是將炸藥放在火焰下面，利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波，在將自然氣噴流下壓的同時，又把火焰往上推，造成自然氣噴流與火焰瞬時切斷，同時爆炸產(chǎn)生的CO：等廢氣又起到隔絕空氣的作用，造成瞬時缺氧而使火焰窒息熄滅。爆炸時，既要滅火又不能損壞井口，所以應嚴格掌握爆炸規(guī)模，同時選用撞擊時不易爆炸、遇水不失效、高溫下不易爆炸且引燃簡單的炸藥，如TNT炸藥。（5）罩式綜合滅火法罩式綜合滅火法就是在著火的井口上罩上一個鋼制罩子，以阻斷氧源，到達滅火的目的。在滅火時，在密集水流滅火法運用的同時，將一個1Omm以上鋼板制成的頂帶噴管閥門并聯(lián)結(jié)了10m長的側(cè)噴管的罩子（罩口比井口直徑大1m）罩套在著火的井口上，先用含水的沙子密封罩圈，切斷氧源，迫使火焰燃點向上噴管轉(zhuǎn)移，然后向周圍噴水降低溫度后，在通過左右兩側(cè)噴管注入快速凝固的水泥，使罩式裝置固結(jié)在井口上，關閉上噴管閥，火焰即可熄滅，同時井噴也被掌握。（6）鉆救援井滅火法鉆救援井滅火法是在失控著火井附近鉆一口或多口定向井與失控著火井連通，然后泵入壓井液，壓井、滅火同時完成。理想的救援井應在井噴層段與噴井相交，這需要精確的定向掌握技術。一般來說，救援井與噴井總是立體相交而隔有一段距離，但可借助救援井的水平射孔技術、壓裂技術或井下爆炸等方法使之連通。救援井壓井的目的是制止與其連通的失控著火井自然氣噴流連續(xù)噴出，壓井時還須考慮救援井井口裝置、套管和地面的承受力量。8.井口處理（1）設計新的井口裝置搭配要重新掌握井噴，就必需針對井噴失控的特點和掌握后的作業(yè)，周密設計新的井口裝置搭配。設計新的井VI裝置搭配的原則如下：①應在自然氣井敞噴的情況下安裝。為此，新的井口裝置通徑應不小于原井口裝置通徑。新舊井口之間的密封鋼圈應加工成特別鋼圈，并用埋頭螺栓事先固定在法蘭上，以防被自然氣流沖掉。②為保證井口的承壓力量，原井El裝置各組成部分，能利用的可盡可能利用，不能利用的必需撤除。③低回壓放噴。失控后，特別是著火后可利用的原井口裝置的承壓力量已有所降低，故應實行低回壓放噴措施。放噴管線通徑一般不低于102mm。④應兼顧掌握后的作業(yè)。在優(yōu)先考慮安全牢靠的掌握井噴的同時，應考慮掌握后能進行井口倒換和可能進行不壓井起下管串、壓井、井下事故處理等作業(yè)。⑤對于空井失控井，新井口最上面一般都要安裝一個操作簡潔便利、開關牢靠的大通徑的閥門。在自然氣流敞噴的情況下，先用它關井可防止直接用閘板防噴器關井時閘板防噴器芯子的橡膠密封件被高壓自然氣流沖壞。⑥新井口裝置高度要恰當，以便整體吊裝和下步作業(yè)。⑦新井口裝置所需配件、工具等應配備充足，并布置專人負責保管，以免搶換井口時延誤作業(yè)。（2）撤除壞井口在去除障礙物和滅火工作完成后，即著手撤除已損壞的舊井口（部分或全部），搶換新的井口裝置搭配，為制服井噴制造條件，這也是關系到搶險工作成敗的關鍵。由于撤除壞井口是在震耳欲聾的高壓自然氣流嘯叫聲下和數(shù)十只高壓水槍密集噴水的工況下，人員互相協(xié)作聯(lián)系極其困難，條件極為艱險惡劣，因此，撤除壞井口時應留意：①組織精干敏捷的搶險突擊隊員（包括吊車司機、拖拉機手等），在非常明確分工的前提下，反復進行戰(zhàn)前演習，到達協(xié)作操作非常嫻熟的程度，以便在井口作業(yè)時協(xié)作默契。②舊井口但凡已經(jīng)損壞不能利用的部分必需全部撤除，不能留下隱患。③為防止卸松聯(lián)接處時高壓自然氣流亂刺而無法工作或沖掉時造成搶險突擊隊員傷亡，應用一套繩系加壓系統(tǒng)，將聯(lián)接處加壓固牢。④在拆卸壞井口時采納銅制工具，防止產(chǎn)生火星，堅定杜絕井口重新著火。在拆卸時要細心操作，做到既穩(wěn)又準，不發(fā)生碰幢，不任意敲擊g⑤全部參戰(zhàn)的吊車、拖拉機及其他進入警戒區(qū)的機動車輛等的排氣管必需加防火罩，并指定專人連續(xù)噴水冷卻。（3）搶裝新的井口裝置搭配搶裝新的井口裝置搭配是搶險施工中的關鍵環(huán)節(jié)。為了保證搶裝勝利，必需盡量削減自然氣流對新井口裝置的沖擊；盡可能遠距離操作或盡量削減井口四周的作業(yè)人員數(shù)量，縮短搶裝作業(yè)時間；消退一切著火的可能性；一切措施和參與搶裝的裝備、工具都要經(jīng)過嚴格實驗。搶裝新的井口裝置搭配主要采納整體吊裝法或分件扣裝法。1）整體吊裝法見圖2-4-7。在實施整體吊裝法時，為了減小自然氣流對新井口沖擊而造成搖擺，吊裝前先將新井口通孔全部打開，采納長臂吊車平穩(wěn)起吊并調(diào)整平衡，緩慢將井口吊至井口上空恰當高度（4～7m），采納繃繩從四個方向拉緊扶正，使新井口中心正對主氣流中心。然后依據(jù)實際情況從兩個方向或四個方向用絞車鋼絲繩在吊車司機的親密協(xié)作下加壓，緩慢下放，將新井口坐于原井口法蘭盤上，搶險突擊隊員立刻進入井口四周，緊固螺栓，接液控管線，完成新井口裝置的搶裝。在運用長臂吊車撤除壞井口，搶裝新井口時，應把吊車的排氣管加長并插入水中，且常常澆水冷卻。2）分件扣裝法見圖2-4-8。在井口自然氣流噴量及壓力較小的情況下，可以實行扣裝的方法，將一個大閘門扣裝在井口法蘭上。首先把閘板全部打開，并避開井口自然氣流，將閘門與井口法蘭之間聯(lián)結(jié)好一