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石油钻井过程的主要危险及控制

(一)钻井设备简介

1．概述

钻井设备(简称钻机)是指石油天然气钻井过程中所需各种机械设备

的总称。钻机主要部件必须相互配合才能完成钻机起升、循环和旋转

的3项主要工作。按动力设备的不同通常可分为机械传动钻机、电动

钻机和复合钻机3种。主要包括以下系统：

(1)提升系统：主要作用是用来起、下钻柱(或下套管)，以实现钻头

的钻进送钻等工作。

(2)旋转系统：主要作用是由动力机组驱动转盘，通过转盘方补心带

动方钻杆(钻杆和钻铤)、方钻杆再带着钻头旋转进行钻井。

(3)循环系统：主要作用是钻井过程中，通过动力机组带动泥浆泵来

循环钻井流体，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆和钻铤，

将泥浆池的泥浆送到钻头处，以实现钻井流体将井底的钻屑带到地面。

(4)动力设备：主要作用是为驱动绞车、转盘、钻井泵等工作机工作

提供动力。

(5)传动系统：主要作用是把发动机的能量传递或分配给各工作机。

(6)控制系统：为了指挥各系统协调地工作，在整套钻机中安装有各

种控制设备。

(7)底座：包括钻台底座、机房底座和泥浆泵底座等。

(8)辅助设备：主要功能是为正常钻井作业提供配套支撑。

钻机所必须具有的主要设备共7大部件：绞车、井架、天车、游车、

水龙头、转盘、钻井泵。

2．钻机辅助设备及工具

(1)发电机。目前，几乎所有电驱动钻机的发电机都用柴油机作动力。

(2)空气压缩机及储气瓶组。几乎所有钻机的联动机上都配有小型空

气压缩机和带储气瓶组的电动空气压缩机，以便给气控制装置、气离

合器、气动马达、气动工具等提供气源和动力。

(3)泥浆储存设备。完整的泥浆循环系统通常都有一套泥浆储存设备：

如沉淀罐(或池)、吸入罐(或池)、储存罐(或池)。

(4)钻井仪表。钻井仪表系统可以单指一个指示表，也可以包括各种

仪器。如钻井(多)参数仪、泥浆液面记录(报警)仪、大钳扭矩表、泥

浆泵压力表和记录仪等。

(5)刹车机构：机械刹车、辅助刹车、其他设施。

3．井控装置

井控装置指实施油气井压力控制所需的设备、管汇和专用工具仪表。

井控装置是在钻井过程中，确保安全生产的重要装备。

(二)钻井工艺技术

1．喷射钻井技术

利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高压射流充分地清洗井底，使岩屑

免于重复切削，并与机械作用(钻头破岩)联合破岩，从而提高钻速的

钻井技术叫喷射钻井技术。从钻头喷嘴喷出的射流具有很高的喷射速

度，井底能得到很大的冲击力和水功率，从而有效地净化清洁井底，

同时借助于射流的冲击压力作用和漫流横推作用，使机械钻速大大提

高。

2．防斜打直技术

井斜是指井眼轴线偏离了铅垂线。满眼钻具可以有效地预防井斜。井

斜后需要纠斜，纠斜方法有两种，一种是钟摆法纠斜：是利用“钟摆”

原理纠斜的一种方法，通过使用专用的防斜钻具组合及相应的技术措

施来增大钟摆减斜力，以平衡和克服促使井斜的地层力。另一种方法

利用动力钻具加弯接头或弯钻杆组合的钻具组合向原井斜的相反方

面造斜，以达到纠斜的目的。

3．定向钻井技术

借助于某种造斜工具，在一定的工艺技术措施配合下，使井眼沿着预

先设计的井眼轨迹钻达目的层的钻井方法叫定向钻井。定向井的造斜

方法有井底动力钻具造斜，转盘钻造斜以及斜井钻机造斜。

4．取芯钻井技术

利用专门的取芯工具和一定技术措施，将地下的岩石取到地面上来的

一种钻井工艺。取芯工具包括取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、止回阀、

扶正器和悬挂轴承等辅助部件。

5．完井技术

完井方法一般分为套管完井和裸眼完井两大类，共有6种方式：套管

射孔完井、尾管射孔完井、先期裸眼完井、后期裸眼完井、筛管完井、

砾石充填完井。

6．钻井井控技术

在钻井作业中，一旦发生井喷，就会使井下情况复杂化，无法正常钻

井，被迫进行压井作业，对油气层造成不同程度的损害。同时，井喷

后极易导致失控，井喷失控后，将使油气资源受到严重破坏，还易酿

成火灾，造成人员伤亡，设备毁坏，油气井报废，自然环境受到污染。

所以，井喷失控是

钻井工程中性质严重，，损失巨大的灾难性事故。

(三)钻井施工作业风险管理

1．钻井作业HSE危害和影响的确定

1)钻井作业风险识别的特征

(1)差异性。

(2)严重性。

(3)多样性。

(4)时间性。

(5)隐蔽性。

(6)变化性。

2)钻井及相关作业的主要风险

(1)共同作业风险：井喷及井喷失控可能造成地层碳氢化合物的溢出；

火灾及爆炸：地层碳氢化合物的溢出，特别是轻质油、硫化氢等可燃

(剧毒)气体溢出，汽油及柴油、润滑油、机油等泄漏造成火灾爆炸危

险事故等；