1、中国石油大学（北京）远程教育学院期 末 考 核石油工程概论一、综述题（共 3 小题，每小题 20 分，共 60 分） （综述题请根据知识点提示结合课件组织答案，每道题目不少于 500 字。照抄知识点提示不得分。 ）1. 阐述井身结构的主要内容，说出各内容所包括的具体知识，并画出基本的井深结构图。 （20 分）知识点提示：井深结构的主要内容包括套管的层次、各层套管下入深度、相应的钻头直径、套管外水泥返高等，请详细列出各内容所包含的具体内容，并画出简单的井深结构图2. 分别阐述有杆抽油泵在上冲程和下冲程的工作原理，并画出示意图。 （20 分）知识点提示：有杆抽油泵在上冲程的工作原理，并画出示意图。
2、有杆抽油泵在下冲程的工作原理，并画出示意图。3.请列举一个现场实例，分析井喷的原因、危害、处理措施。 （20 分）知识点提示：案例可以是近几年国内外发生的井喷事故，也可以是自己熟悉的钻井平台发生的井喷。先列举实例，然后分析事故发生的原因、造成的危害以及采取的应对措施。青海英东油田“419”井喷事故2013 年 4 月 19 日 7 时 15 分，西部钻探工程有限公司青海钻井公司 40520 钻井队在处置青海油田分公司英东油田英 9-4-A5井井漏过程中，发生井喷事故，4 月 19 日 20 时 05 分关井成功，险情得到控制，历时 12 小时 50 分钟。事故未造成人员伤亡和设备损毁。二、事故
3、经过（一）事故发生前工作情况英 9-4-A5 井是西部钻探青海钻井公司 40520 队承钻的一口总包井，是该队今年承钻的第三口井。青海钻井公司英东项目组负责本区块钻井现场的协调管理。青海钻井公司监督监理公司派驻 1 名驻井 HSE 监督，青海油田监督监理公司派有 1 名巡井钻井监督。英东一体化项目部在油田现场驻有工作组。该井于 4 月 11 日 4 时一开，4 月 12 日 22 时钻至井深 355 米，下入表层。一开至二开共用时 79 小时。其中，处理井漏 2 次，用时 22 小时，在 14.86 米处井漏失返，注水泥堵漏；在 326 米处发生井漏，用桥浆堵漏。钻进用时 20 小时，下套管（
4、244.5mm354.06m） 、固井、装井口和试压用时 37 小时。4月 14 日 11 时二开，采用带螺杆的复合钻具，216mm 钻头钻至井深 360 米发生井漏失返，钻井液密度 1.06 g/cm3，粘度 42s，漏失量为 80m3，替入密度 1.06 g/cm3堵漏浆 40m3堵漏成功。钻至 404.5 米时再次发生漏失，抢钻至井深 452.19 米采用水泥浆封堵 2 次，恢复正常。4 月 19 日 0 时，钻至井深 1450 米时发生井漏，漏速 3m3/h；至 1 时 20 分继续钻进至 1461 米时井口失返，停钻，漏失钻井液 50m3（密度 1.14g/cm3，粘度 42s） 。
5、事故发生经过第一阶段：无观察、无预防情况下发生溢流井喷4 月 19 日 1 时 20 分，钻进至 1461 米时井口失返，停钻，值班干部宣建良（技术员）到距井场 100 多米外的驻井场值班房向队长张小军汇报。队长张小军电话请示青海钻井公司英东项目组负责人秦立坚。秦立坚决定：起钻换钻具，进行挤水泥堵漏。钻井队在起钻前配密度 1.121.14g/cm 3 的堵漏浆 30m3，从环空灌入堵漏浆 18m3，环空未见液面。1 时 50 分开始起钻，起钻过程中每起三柱钻杆或每起一柱钻铤，用钻井泵灌浆一次，共灌入钻井液 5.91m3。此时，技术员宣建良在钻台，司钻郑文邦在操作刹把，副司钻李连祥和内钳工吴生龙
6、在井口，井架工张生虎和外钳工哈得禄轮换在二层台操作，起到钻铤时，两人同时到二层台拉钻铤，泥浆工宗平生在循环罐坐岗。7 时 15 分，起钻至井内剩余最后一柱钻铤时，司钻郑文邦下放游车，钻台上副司钻李连祥和内钳工吴生龙接钻铤提升短节，司钻郑文邦下放游车至钻台 56 米处刹停等提升短节紧扣。副司钻李连祥和内钳工吴生龙用液压大钳上扣时，发现钳牙打滑，用高速旋紧扣后，副司钻李连祥和内钳工吴生龙更换钳牙，技术员宣建良协助。司钻郑文邦继续下放游车准备挂吊卡，这时从提升短节内溢出泥浆，接着立即从环空喷出一股泥浆，高 23 米；接连又喷出泥浆，喷高接近二层台，发生井喷。前期喷出物是泥浆，逐渐转变为油气混合物。井
7、喷发生时，环空喷出泥浆经井口安全卡瓦折射打到司钻郑文邦身上，司钻郑文邦站稳后发出长鸣警报，继续下放游车，副司钻李连祥和内钳工吴生龙抢挂吊卡，因喷势过猛，抢挂吊卡未成功。这时，喷势越来越大，将井口一片大方瓦喷出，井内钻铤上顶，安全卡瓦挂在游车盖板上（钻具未落井） 。副司钻李连祥和技术员宣建良跑下钻台去远控台关井，副司钻李连祥随后跑到驻井场值班房向队长张小军汇报。井架二层台上作业的井架工张生虎和外钳工哈得禄听到长鸣警报后，发现喷高已接近二层台，迅速从井架扶梯下撤到地面。钻台上的内钳工吴生龙见抢挂吊卡无望，随即撤离钻台到紧急集合点。司钻郑文邦见喷势渐猛，刹住刹把并用铁链固定后，最后一个撤离钻台到集合
8、点。司钻郑文邦在撤离前冷静处置，固定刹把，防止了游车落到钻台上，避免了事故复杂化。生井喷时，井内剩余钻具组合为：215.9mmPDC+172mm 1螺杆+ 214mm 螺扶+158.8mm 无磁钻铤 1 根+158.8mm 钻铤 1 根（共长 27.55 米） ，井喷时在岗人员所处位置及撤离路线示意图如下：第二阶段：有效防控下的井喷4 月 19 日 7 时 30 分，清点现场人员无伤亡，布置警戒线。10 时 15 分至 11 时 48 分，组织救护车、吊车、消防车、水罐车、固井车和拖拉机等应急车辆到井，组织将井场外围的房子和驻井场值班房搬走。至 12 时 40 分，抢接压井管线，通过压井管线向
9、井内注入清水，实施井口降温、防爆燃措施，防止事故扩大和发生次生事故。17 时 10 分至 20 时 05 分，消防车向井口喷水掩护，同时固井车通过压井管汇向井内打水，用拖拉机拖拉绞车快绳起出井内钻具，当钻头提离全封闸板端面时，立即关闭全封闸板防喷器，井口得到有效控制。第三阶段：压井处置4 月 20 日 1 时 35 分，开始平推法压井作业，至 4 时 45 分，分 8 次共向井内注入密度 1.80 g/cm3的重钻井液 56m3，注压45 MPa；套压由 4MPa 降至 2.8 MPa 后维持不变，判断表层套管鞋处井漏。20 日 9 时至 21 日 15 时，向井内注入 1.251.30 g/
10、cm3堵漏钻井液 51m3，套压由 2.2 MPa 降至 1.5MPa。堵漏不成功。21 日 15 时 40 分至 16 时 30 分，向井内注入水泥浆 22m3，密度 1.86g/cm3，替入密度 1.251.30g/cm 3 钻井液 10m3，预计在250450 米形成水泥塞。22 日 7 时 05 分，从节流管汇处泄压，无任何溢出物，套压为零，险情解除，井喷应急抢险工作结束。三、事故原因分析本次调查是在工程技术分公司前期调查的基础上，重点开展了人员访谈。主要对青海油田分公司工程技术处、开发处、英东一体化项目部、监督监理公司、钻采工艺研究院，以及西部钻探公司的井控管理中心、青海钻井公司、英
11、东项目组、40520 钻井队、同地区其他 8 支钻井队等单位共 42 人进行了访谈。调阅了其它 10 余口井的地质和工程设计和其它 10 余口井的一开、二开及钻开油气层前的验收资料。经过事故调查组调查认为，本起事故是由于对井控管理工作不重视，现场管理不严格，钻井队在井漏处置过程中违章作业而导致的一起责任事故。（一）直接原因钻井队在发生井漏和随后起钻的处置中，措施不当，致使环空液柱压力小于地层压力，使已经打开油气层的地层流体进入井筒，发生井喷。（二）间接原因1. 处理井漏时，已经揭开了多套油气层。该井地质设计中，9261620 米为油气层段。同平台相邻的英 9-4-A6 井电测解释显示，345.
12、5 米进入油层，在 1461 米以上井段共解释储层 196 层，其中 55 层为油层、13 层为油气同层、21 层为油水同层。当环空液柱压力降低失衡后，这些油气就会进入井筒，导致溢流井喷。2. 灌浆不到位，溢流发现不及时。该井在钻进至井深 1461 米前的钻进和接单根工况中，井内压力正常，证明 1.14 g/cm3的钻井液静液柱压力可以平衡地层压力。在发生失返井漏后，环空液柱压力降低，可能引发井筒压力不平衡。按照以往二开后漏失的堵漏经验，本地区经常发生井漏的井段为 360500 米，当液面在这个井段时，井筒的液柱压力计算如下：液面在 360 米时：P1=1.14(1461-360)/100=1
13、2.55MPa液面在 500 米时：P1=1.14(1461-500)/100=10.96MPa而在地质设计中，邻井英试 8-1 井在井深 1451 米处实测静压 13.21MPa。可见该井钻进到 1461 米时，发生失返井漏，井筒静液柱压力难以平衡地层压力。同时，该井在起钻过程中，采取起三柱钻杆或起一柱钻铤后，按照起出的钻柱体积灌一次泥浆。灌浆量只相当于起出钻具体积，在井漏的情况下没有考虑漏失损失，使得灌入泥浆量明显不足，导致井内液面下降，液柱压力不能平衡地层压力。另外，在井漏失返后，井筒上部存在空井段，地层流体侵入井内后，先形成环空溢流。在溢流初期，地面难以观察到溢流显示。当溢流沿环空上升
14、接近井口时，一些流体从振动筛返出，坐岗人员没有及时发现，失去了及时采取关井措施的机会，随后井内流体快速上升到转盘面，发生井喷。3. 应急处置不力，未能控制井口。在井喷初期喷出物为泥浆的情况下，班组人员没能成功用吊卡强行起出井口最后一柱钻铤，或抢接防喷单根，实施关井，失去了控制井喷的最后机会。（三）管理原因1. 钻井地质、工程设计风险提示不具体，措施针对性不强（1）钻井地质设计对井控相关风险提示不具体英 9-4-A5 井钻井地质设计章节设置及主要内容均符合股份公司开发井钻井设计编制规范要求，但该井地质设计中对可能油气层的提示中，没有说明邻井英 9-4-A6 井测井解释的 13 个油气同层段所处的
15、具体井段（实际在 645.5-913.1 米，为本井非目的层段） ；对油气层段的描述也未从 926 米（本井设计油气层的开始层位）开始，而仅是从本井设计的主要目的层 1442 米开始描述。（2）钻井工程设计未对井漏风险进行提示，部分措施针对性不强统计英东油田完成的 107 口井，一开后井漏 53 口井、83 井次，二开后井漏 24 口井、35 井次，二开后井漏段集中在350500 米之间；同平台的英 9-4-A6 在二开后也发生 3 次井漏。钻井工程设计中没有对邻井的井漏复杂进行任何描述，没有对可能发生的井漏、漏转喷的风险进行提示，没有提出针对性预防和处理措施。本次调查中，查阅英东地区 10
16、口井的钻井工程设计发现，对一开、二开、井下复杂情况的预防及处理（井漏、井塌）以及井控技术要求等内容均一致，没有针对单井具体地质情况进行个性化设计，措施针对性差。2. 表层套管没有封住全部易漏层英 9-4-A5 井位于英东油田的地表海拔较高部位，地表高差100 米左右；该地区上部地层复杂，破碎带发育，漏失严重。英东油田的当前表套设计井深均为 350 米，由于断层的影响，山上的井在二开后漏失发生频次高，失返性漏失多。同平台邻井英 9-4-A6 井二开后钻进至 450 米、479 米和 1665 米时发生失返性漏失，漏失位置均在 350500 米，通过注水泥方式堵漏成功。同平台的事故井在二开后，漏失
17、 3 次，漏失位置在 350500 米。由此可见，当前设计的 350 米表层套管没有封住全部易漏层，造成该区域的部分井在二开后发生失返性井漏，既加大了井控风险，也降低了钻井速度。针对此情况，青海油田监督监理公司和英东一体化项目部在 2013 年 3 月 29 日向青海油田工程技术处递交了关于英东油田表层套管下深变更的请示 ，要求将表层下深从350 米调整为 500 米。至事故发生时，工程技术处还没有形成套管下深的研究结论。3. 井漏处置不科学、不规范英 9-4-A5 井钻至井深 1450 米时发生井漏，漏速 3m3/h，钻井队没有停钻堵漏，却继续钻进至 1461 米，导致井漏失返。井漏失返出现
18、后，没有先进行堵漏，而是采取了直接起钻，再下光钻杆挤水泥堵漏的方案；虽然在起钻前从环空灌入堵漏泥浆18m3，但井口未见到液面，根本没有起到堵漏效果。在油气层已钻开的情况下，起钻前没有按照井控实施细则的规定进行短程起下钻，检测井筒是否平稳；起钻中没有执行工程设计进行连续灌浆的要求，而是按照习惯性做法，起三柱钻杆灌一次泥浆。在间断灌浆中，灌入泥浆量不足，使环空液面下降，导致环空液柱压力小于地层压力。在起钻到表层套管内时，没有进行静止观察是否有油气上窜，而是一次起完钻具，导致井喷。4. 漏喷转换的风险认识不足从 2010 年开始，英东油田已完井 120 多口，面对钻开油气层后高频次的井漏，从建设方到
19、施工方，均认为本地区地层压力低，没有发生过溢流，不可能发生井喷事故。在指导思想和技术措施上，只是从处理工程复杂出发，进行井漏处理，没有意识到井漏后，井筒压力失衡所产生的井控风险。针对这种多次发生的规律性的井漏问题，没有组织进行风险评估分析，没有制定针对性的起钻堵漏措施来预防井控风险，最终导致了井喷事故发生。5. 开钻和钻开油气层验收流于形式开钻和钻开油气层验收分别由青海钻井公司安全科组织自检和由英东一体化项目部委托的青海监督监理公司组织验收。但由于由各自主管单位自行组织，各自主管单位检查结果无沟通交流、相互无备案留底，难于促进现场工作。从调阅的一、二开资料和对若干井队技术员访谈中，可以认定，在实际验收过程中，由于制度不落实，出现检查不严肃、填写随意、事后补签等现象。该井液面监测报警仪已坏，验收检查表显示合格；未安装司控台，检查表显示司控台正常；钻开油气层检查验收书无检查日期落款；未参加检查的甲方钻井监督事后补签名。验收走形式，未达到督促安全生产作用。6. 现场监督工作不到位
