插旗桿事故原因分析及預防措施(張然).doc

“插旗桿”事故原因分析及預防措施摘要：擠水泥作業(yè)是現(xiàn)在普遍使用的封堵技術(shù)，具有多方面優(yōu)點，但是該技術(shù)風險極大，如果措施不當就會釀成嚴重的水泥焊鉆具事故，即俗稱的“插旗桿”事故。近幾年來，這類事故也偶有發(fā)生，為確保擠水泥作業(yè)的安全，有必要闡述造成該事故的原因及相對應(yīng)的預防措施。關(guān)鍵字：擠水泥工藝、“插旗桿”事故、安全施工油田隨著開采程度的加深，橫向和縱向的層間矛盾越來越突出 ,擠水泥封堵技術(shù)已被普遍使用 ,擠水泥封堵工藝技術(shù)具有不改變套管通徑、方法簡單、施工費用低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于封堵出水層、管外串槽、套管破漏及壓裂串縫等油氣田開發(fā)施工中。但根據(jù)以往施工情況來看，擠水泥封堵是一項工藝簡單、風險極大的工藝措施，擠水泥作業(yè)的施工安全性不容忽視。“插旗桿”事故就是在實施擠水泥作業(yè)過程中，由于某種原因造成施工管柱被水泥固死在套管內(nèi)的工程技術(shù)事故。雖然出現(xiàn)“插旗桿”事故的概率不是很高，可一但出現(xiàn)“插旗桿”事故，后果都很嚴重，輕者造成油（水）井轉(zhuǎn)大修，延長修井周期；重者導致油（水）井報廢，因此對擠水泥作業(yè)中“插旗桿”事故的原因進行分析，并針對性提出預防措施，對提高擠水泥作業(yè)施工成功率有著重要指導意義。1、常用的擠水泥工藝方法在石油鉆井工業(yè)中常用的擠水泥工藝目前主要有利用井口裝置關(guān)井擠水泥、用封隔器擠水泥和用水泥承留器擠水泥三種工藝方法。 （1）利用井口裝置關(guān)井擠水泥 下光鉆桿或油管到預計井深，泵入一定量的水泥漿，替鉆井液，把管柱提出水泥面，循環(huán)出多余的水泥漿，然后關(guān)閉井口（可以關(guān)防噴器，也可以應(yīng)用采油樹的錐掛關(guān)閉井口），從管柱水眼內(nèi)擠入一定量的鉆井液，達到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層的目的（或達到堵炮眼、堵套管破損、堵尾管重疊段的目的）。 （2）用封隔器擠水泥 用鉆桿或油管把封隔器下到預計井深，泵入一定量的水泥漿，替鉆井液，把管柱提出水泥面，循環(huán)出多余的水泥漿，然后坐封封隔器，從管柱水眼內(nèi)擠入一定量的鉆井液。 （3）用水泥承留器擠水泥用鉆桿或油管將水泥承留器下到擠水泥目的層頂部，（也可以用電纜把水泥承留器下到預計井深，點火坐封）從管柱水眼內(nèi)直接擠水泥。其中，利用井口裝置關(guān)井擠水泥方法是最常用的擠水泥方法，其優(yōu)點是工序簡單、施工成本低，但是存在水泥漿配制量難以合理確定、擠水泥漿量可控性差、井筒條件要求高、施工安全性差等缺點，存在“插旗桿”事故的風險最大。2、擠水泥的施工步驟（以利用井口裝置關(guān)井擠水泥為例）安裝合適的井口裝置（采油樹四通或者防噴器）；應(yīng)用電纜射孔或油管輸送法在預計的井段射孔；將光鉆桿（或油管）下過射孔深度510m；循環(huán)一周，有條件的井可以把套管內(nèi)的介質(zhì)替換成清水；關(guān)閉井口，試擠一定量的液體，記錄排量、壓力、累計流量、和地層的吸入量，校和設(shè)計的水泥量；注前置液；注水泥漿；替后置液，替頂替液；打開回水閘門，起鉆至水泥面以上100m；正循環(huán)或反循環(huán)，將多余的水泥漿循環(huán)出井筒，再循環(huán)半周；關(guān)井口，從管柱水眼（或環(huán)空）擠頂替液；當擠到所需要的壓力時蹩壓候凝，水泥凝固后起鉆；接鉆頭下鉆，鉆水泥塞；水泥塞鉆穿后，試壓檢驗堵孔效果，達到試壓標準后結(jié)束擠水泥作業(yè)。3、擠水泥作業(yè)出現(xiàn)“插旗桿”事故原因分析（1）施工設(shè)計不合理。水泥漿稠化時間設(shè)計不合理。水泥漿稠化時間過短會致使在施工過程中水泥漿就已經(jīng)稠化，造成“插旗桿”事故。工序設(shè)計考慮不周。未設(shè)計對上部套管及對擠水泥管柱的密封性進行試壓檢驗的工序，形成“短路”造成“插旗桿”事故。施工管柱設(shè)計不合理。在小直徑套管中，若鉆（油）套間隙量過小，在上提鉆桿（油管）時，鉆桿（油管）接箍部位在套管內(nèi)產(chǎn)生抽汲效應(yīng)，水泥漿隨鉆桿（油管）一同上移，造成實際水泥漿面遠遠高于關(guān)井候凝期間的油管安全深度，如果鉆（油）套間隙量小再加上斜井鉆桿（油管）貼邊的影響，會使反洗井效果變差，這些都為“插旗桿”事故的形成埋下了嚴重隱患。（2）現(xiàn)場施工質(zhì)量把關(guān)不嚴。擠水泥前洗井不徹底。如果洗井不徹底，井溫過高和礦化度過高都會使水泥漿初凝時間縮短，水泥漿提前凝固造成“插旗桿”事故。未檢查套管和鉆桿（油管）密封性。擠水泥施工前對套管和鉆桿（油管）密封性進行檢驗的目的是及時發(fā)現(xiàn)鉆桿（油管）、套管破漏點，如果檢驗結(jié)果不準確，鉆桿（油管）、套管存在的漏失問題沒能及時發(fā)現(xiàn)，在擠水泥過程中可能出現(xiàn)水泥漿上竄或“短路”現(xiàn)象，易形成“插旗桿”事故。施工用水礦化度高使水泥漿初凝時間縮短，水泥漿提前凝固造成“插旗桿”事故。現(xiàn)場造成施工用水礦化度升高的多數(shù)原因是：循環(huán)罐內(nèi)或拉清水的罐車內(nèi)原本存有的高礦化度污水沒能排凈，造成施工用水被污染。未按設(shè)計要求進行反洗井或反洗井不徹底。充分、有效的反洗井能及時排除因計量不準、井筒液柱不平衡等因素造成的“過頂”，從而排除事故隱患，大大提高施工的安全性。在所有“插旗桿”事故中，由于現(xiàn)場未按設(shè)計要求進行反洗井所造成的占比例較高，約20%。頂替量計量嚴重失準，導致“過頂”。頂替量是否準確不僅影響擠水泥封堵效果，還影響到擠水泥施工的安全，如果施工過程中因某環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴，造成實際頂替量比設(shè)計頂替量超出較多即“過頂”，就可能導致“插旗桿”事故的發(fā)生。在所有“插旗桿”事故中，由于“過頂”原因造成的占比例最高，約30%。擠水泥管柱下入深度與設(shè)計要求嚴重不符。由于管柱下深不準，致使實際水泥漿面和候凝期間管柱安全深度錯誤，為事故發(fā)生造成隱患。關(guān)井候凝期間井口密封不嚴。絕大多數(shù)擠水泥作業(yè)都是帶壓關(guān)井候凝，井口壓力一般較高，如果在候凝初期井口剌漏又沒有及時發(fā)現(xiàn)，擠入地層的水泥漿外吐，井筒水泥漿面上移，極易形成“插旗桿”事故。以上是對諸多“插旗桿”事故的原因進行綜合分析得出的結(jié)論，有的事故是單一因素（環(huán)節(jié)）造成的，有的卻是多個因素（環(huán)節(jié)）共同作用的結(jié)果。4、預防措施（1）對于壓井后進行擠水泥施工的油水井一定要對壓井液進行實驗鑒別 ,了解其化學成份 ,看是否對水泥漿的初凝時間有影響。尤其是密度高于1.20 g/cm3的壓井液 ,其主要成分是氯化鈣。能將水泥漿凝固時間大大縮短。在20 加入1 %2 %的氯化鈣可使初凝時間縮短1/ 31/ 2。（2）正確選擇擠水泥工藝方法。根據(jù)地質(zhì)要求、封堵性質(zhì)、井筒狀況等多方面因素綜合考慮， 選擇合適的擠水泥工藝方法。（3）工序設(shè)計要考慮周密。要進行套管試壓、找漏；要對擠水泥管柱的密封性進行檢驗；具備反洗井條件的應(yīng)設(shè)計反洗井工序。（4）準確計算頂替量。頂替量是擠水泥施工設(shè)計中一項重要的參數(shù)，它是否準確不僅影響擠水泥封堵效果，還影響到擠水泥施工的安全，易導致鉆桿（油管）和鉆（油）套環(huán)空存在壓力差，結(jié)果出現(xiàn)溢流，往往導致擠水泥失敗，所以必須保證頂替量計算準確。（5）合理設(shè)計擠水泥管柱。構(gòu)成擠水泥管柱的鉆桿（油管）的規(guī)格，應(yīng)與相應(yīng)井段油層套管的規(guī)格相匹配，以保證鉆桿（油管）與套管之間的環(huán)形通道暢通，避免上提鉆桿（油管）時產(chǎn)生抽汲效應(yīng)。（6）水泥漿性能應(yīng)滿足安全施工的需要。水泥漿稠化時間是指在模擬井眼溫度和壓力的條件下保持可泵流體狀態(tài)的時間。通常情況下，稠化時間大約比初凝時間提前1520min。施工時間設(shè)計一般要求：從配水泥漿開始到擠入工序結(jié)束的時間應(yīng)小于水泥漿初凝時間的70%。因此必須通過合理選擇水泥和設(shè)計水泥漿配方，使其稠化和初凝時間在不影響封堵效果的前提下滿足施工安全的需要。并且配水泥漿前要進行模擬試驗。取井眼中的液體作為介質(zhì) ,加入適量的緩凝劑，配成一定密度的水泥漿，并模擬地層壓力和溫度進行初凝和稠化時間的確定。（7）水泥漿前后都應(yīng)泵入適量的隔離液（清水），有效地隔離水泥漿與套管中的液體，防止互相污染。必要時，可做管內(nèi)介質(zhì)與水泥的污染實驗。以防止影響水泥漿稠化時間造成水泥漿提前稠化，進而出現(xiàn)“插旗桿”事故（8）候凝期間管柱最底端位置必須安全。一般情況下，候凝期間井下管柱最底端距水泥漿面應(yīng)在50m以上；如封堵層上部有射開層或套管破漏段，則管柱應(yīng)上提至射開層或套管破漏段上部30m以上。（9）現(xiàn)場施工時要嚴把施工質(zhì)量關(guān)。在施工時要對各個可能造成事故的原因要有充分考慮，及時消除各種隱患，各種環(huán)節(jié)達到要求后才能進行施工。（10）施工各環(huán)節(jié)都應(yīng)把好時間關(guān)，各工序都應(yīng)引起高度重視，嚴密組織。施工前由負責人召集全體人員 ( 包括水泥車司機) 開會，將施工過程作一交底，分工明確，各負其責，并講清某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題所帶來的后果及應(yīng)采取的應(yīng)急措施。施工過程中必須有專業(yè)技術(shù)干部現(xiàn)場指導，以使發(fā)生意外時能及時、準確處理，減少經(jīng)濟損失。5、結(jié)論在目前應(yīng)用較多的利用井口裝置關(guān)井擠水泥、用封隔器擠水泥和用水泥承留器擠水泥三種工藝方法中，利用井口裝置關(guān)井擠水泥工藝存在“插旗桿”事故的風險最大。造成“插旗桿”事故的原因是多方面的，既有施工設(shè)計不合理的因素，也有施工過程中把關(guān)不嚴的因素，有的是單一因素（環(huán)節(jié)）造成的，也有是多個因素（環(huán)節(jié)）共同作用的結(jié)果。實踐證明，只要我們采取積極的