海上修井機鉆井作業安全風險評估方法實踐

王棟森

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

1 背景和意義

海洋石油固定平臺進行油氣鉆井作業是一項工序繁雜、交叉聯合、高度協同、作業風險較高的系統工程，安全、便捷、快速地完成鉆井作業是決定整套油氣生產成敗的關鍵環節[1]。由于鉆井作業受固定平臺井槽結構、海底管線、海底電纜等設施限制，因此僅靠自升式鉆井平臺進行鉆井作業存在一定的局限性[2]。

利用修井機進行鉆井作業可解決自升式鉆井平臺觸及不到部分固定平臺井槽的局限性，充分提升油田增儲上產的能力。但應該看到，利用修井機進行鉆完井作業存在平臺和修井機模塊承載能力、提升能力、井控能力、場地擺放、吊裝能力、逃生和救生能力等方面的不足，這些先天不足勢必會對人員和作業時的井下情況構成安全隱患[3-5]。

綜合分析評價，根據鉆井作業流程，結合海洋石油相關部門規章、標準規范，應對海洋石油固定平臺配備的修井機鉆井作業進行充分安全風險分析。通過運用安全系統工程的方法分析修井機進行調整井鉆井作業過程中可能存在的風險，并找出應重點防范的主要危險及有害因素；根據修井機鉆完井作業風險辨識及分析結果，對鉆完井作業、修井機能力、作業和生活支持能力、應急能力、生產設施結構強度等方面進行定性定量評估，有針對性地提出風險控制對策及措施，降低風險，提高項目的本質安全程度[6-9]。

本文對修井機鉆井安全風險評估重點內容和良好實踐進行了總結，形成了系統的安全評估方法，并以海上某修井機作業為例進行評估，能夠在作業前有效把控作業風險點，及時在源頭遏制安全生產事故發生。

2 安全風險評估流程

首先應做好評估準備，成立項目組，編寫項目實施方案，制定項目實施計劃，搜集項目所需資料，準備現場評估所需材料。組織開展辨識與分析危險、有害因素，通過熟悉項目資料，辨識和分析項目存在的危險、有害因素，并進行分類。

其次劃分評估單元，按修井機鉆井作業特點，遵循評估單元的劃分原則，劃分評估單元；再依據項目實際情況選擇合適的評估方法；通過定性、定量評估方法對不同評估單元分別進行評估，預測事故的可能性及其嚴重程度，評估設備設施狀態屬性及能力符合性；根據評估結果，依據國家有關安全生產的法律法規、標準的要求，提出具有針對性的、可操作性的、經濟合理的安全對策措施和建議。最終得出評估結論，概括評估結果，給出危險、有害因素引發各類事故的可能性及其嚴重程度的預測性結論，得出設備設施是否滿足本次調整井鉆井作業要求的結論；并形成報告，將評估對象概況、評估過程、采用的評估方法、獲得的評估結果及安全對策措施建議等寫入深度評估報告，關鍵流程如圖1 所示。

圖1 安全評估流程圖

3 某海上平臺修井機鉆井作業評估案例概述

3.1 評估項目情況

本項目擬用X 平臺HXJ180 修井機聯合支持船進行調整井鉆井作業，由X 平臺HXJ180 修井機提供旋轉、提升、井控等設備，由支持船提供泥漿循環、固井模塊、固控設備、部分動力、生活等支持。

本次兩口調整井計劃使用修井機+ 支持船進行鉆完井作業，1 井 9-5/8″套管開窗側鉆，一開8-1/2″井眼鉆進至著陸井深，下入 7″尾管，二開6″井眼完成水平段；2 井13-3/8″套管開窗側鉆，一開12-1/4″井眼鉆進至1 088 m 左右，下入9-5/8″套管，二開8-1/2″井眼完鉆，下入7″尾管。1 井采用礫石充填防砂，下入普合電泵生產管柱；2 井采用壓裂充填防砂，下入普合電泵+丟手分采生產管柱。

3.2 修井機改造情況

為了滿足 X 平臺2 口調整井鉆完井作業，對X平臺修井機設備進行升級改造，以滿足后續調整井作業。

X 平臺的作業模式：利用X 平臺HXJ180 修井機進行作業，由支持船提供泥漿循環系統、泥漿池、固控設備及頂驅動力等，主要改造內容包括：

(1)支持船平臺泥漿泵、泥漿罐、固控設備、發電機和灰罐等設備的安裝；

(2)泥漿循環流程改造；

(3)機械臂拆卸和恢復；

(4)頂驅的安裝和拆卸復原。

3.3 危險、有害物質辨識

X 平臺修井機調整井鉆井作業過程中涉及的主要危險物質是原油、天然氣、硫化氫、鉆完井液等相關化學物品，相關物質具有易燃、易爆、有毒的危險特性。下述對關鍵危險物進行分析。

該項目鉆完井作業使用泥漿罐等，可能產生硫化氫氣體。硫化氫是強烈的神經毒物，對黏膜也有明顯的刺激作用。在較低濃度下，即可引起呼吸道以及眼黏膜的局部刺激作用；濃度越高，全身性作用越明顯，表現為中樞神經系統紊亂和窒息癥狀。長期低濃度接觸硫化氫會引起結膜炎和角膜損害。

該項目在鉆完井作業過程中有可能使用放射源。若相關作業人員未按照規定操作或沒有按照規定穿戴好勞動防護用品進行作業，可能會造成放射性傷害。放射源在使用過程中有遺失和保護層破損的風險，對處于一定范圍內的人體具有危害性，使用過程需加倍小心。

在鉆完井作業時使用的泥漿中存在多種危害物質，如石灰石、酸物質、堿物質以及攜帶的油氣等其他化學物質，特別是酸、堿物質存在一定的腐蝕性，若作業人員在作業時防護不當可能腐蝕皮膚，不慎濺入眼睛，可能對眼睛具有較大傷害。另外酸、堿物質對修井工具也具有一定的破壞性。

3.4 主要危險因素分析

主要危險有害因素通過鉆完井作業、修井機能力、作業和生活支持能力、應急能力及生產設施結構方面進行風險分析，主要危險因素及危險作業包括：井涌井噴、上碰下砸、電氣傷害、高處墜落、機械傷害、起重傷害、放射性作業、高壓作業、聯合作業、鉆完井關鍵設備能力不足、作業和生活支持能力不足、應急能力不足、生產設施結構強度不足造成的風險等。以鉆完井關鍵設備能力不足風險為例分析如下：

(1)利用修井機進行鉆完井作業時，由于鉆井作業下套管、倒劃眼及處理事故復雜情況時，對設備的提升系統(包括井架承載力、井架空間、底座高度、絞車提升等)能力要求較高，而修井機與鉆機的各項設計屬性、安全系數均不同，在應對鉆井各類復雜工況和井下工程事故處理時，存在修井機提升能力不足風險。

(2)通常修井機僅配置游車大鉤，而鉆完井作業過程中需要旋轉鉆進、滑動鉆進、倒劃眼等工序，對修井機的旋轉系統能力要求較高，需要單獨配備頂部驅動裝置；同時鉆完井作業過程中各類工具串、管柱串結構尺寸較大，存在管柱或工具串無法通過轉盤風險，因此基于以上因素，使用修井機進行鉆完井作業存在旋轉設備能力不足風險。

(3)因修井機底座凈空高不足等原因，無法按照標準要求配置相應壓力等級的防噴器組；因修井機初始設計及空間限制等原因，未配置符合標準要求的防噴器控制系統；因修井機初始設計原因，未配置符合標準要求壓力等級的阻流壓井管匯；因修井機初始設計原因，未配置符合標準要求處理能力的液氣分離器及除氣器。因此基于以上各因素，使用修井機進行鉆完井作業存在井控設備能力不足風險。

(4)因修井機高壓管匯長期沖蝕磨損及高壓管匯漏檢等原因，在鉆完井作業過程中需要處理各復雜工況，管匯壓力較高，存在管線刺漏風險，因此基于以上因素，使用修井機進行鉆完井作業存在管匯刺漏風險。

(5)鉆完井作業過程中需要進行大排量鉆井、倒劃眼等鉆井工序，相對于修井機常規修井作業，使用修井機進行鉆完井作業需要新增頂驅、固控系統、大排量泥漿泵等多項大功率鉆井設備，因此平臺的電力負荷應滿足各工況鉆完井作業基本需求。在保證基本正常照明、生活用電、通訊基礎上，應保證能夠提供鉆井設備、循環系統及固控系統、固井系統的用電供給，因此基于以上因素，使用修井機進行鉆完井作業存在電力(包括主電及應急電)不足風險。

(6)使用修井機進行鉆完井作業，需要新增頂驅、泥漿泵、固控等多項設備，對處在危險區域內的電氣設備，存在使用非防爆電氣風險。對于修井機及鉆完井作業支持平臺原有防爆電氣設備，存在漏檢漏查等風險。

(7)使用修井機進行鉆完井作業，因固井泵系統及散裝罐系統配置不足，泥漿泵組排出壓力排量不足，泥漿罐容量不足，泥漿循環、凈化設備和巖屑回收設備配置不足等原因，無法滿足鉆完井作業要求，因此基于以上因素，使用修井機進行鉆完井作業存在固井系統、固控系統及循環系統能力不足風險。

3.5 劃分評估單元和選擇評估方法

安全評估是以實現系統安全分析為目的。本文針對修井機鉆井作業的評估單元和方法選擇進行了總結，如表1 所示。

3.6 深度評估及安全建議

按照評估單元逐一進行風險分析，該調整井項目使用X 平臺修井機加支持船進行鉆完井作業，鉆井作業關鍵設備及作業支持系統單元經作業前改造后設備完整配套，各專業設備檢驗合格；針對本次調整井鉆完井作業風險，進行了充分的作業風險辨識，并有針對性地制定了風險防控措施，成立了聯合作業現場安全領導小組，并編制了聯合作業現場專項應急預案。

評估組通過定性、定量評估，對本項目提出建議，如表2 所示。

表2 評估組對本項目的建議

3.7 評估結論

評估組針對使用修井機聯合作業支持平臺進行調整井鉆完井作業的特點及風險，對 X 修井機單次鉆完井作業項目的鉆完井作業風險、鉆完井關鍵設備能力、作業和生活支持能力、應急能力、生產設施結構強度等方面進行了深入分析與評估，評估結論總結如下：

(1)X 平臺修井機關鍵設備參數滿足設備設施的基本配置要求。

(2)評估組對鉆完井關鍵設備及作業支持平臺關鍵設備進行設備能力評估、現場評估檢查、現場功能試驗、聯合調試、結構強度校核。根據定性、定量評估結果，評估組認為修井機及作業支持平臺設備設施作業能力、設備設施安全狀況、整體應急能力及平臺結構強度滿足本次調整井鉆完井作業要求，項目潛在的危險因素是可控的，危險程度是可接受的。

(3)通過本報告的定性、定量分析，結合本工程作業特點，認為X 平臺修井機單次鉆完井作業項目滿足本批次調整井鉆完井安全作業要求。

4 結語

本文中修井機鉆井作業評估方法可有效識別修井機鉆井作業期間風險，該方法能夠廣泛應用于海上修井機鉆井作業前的安全管控，為修井機鉆井作業提供決策依據，并對現場作業安全管理提供保障。