高含硫化氢井施工.doc

高含硫化氢井施工一、概述本篇文章将根据某井的施工经验而展开论述。某井的试油施工先后对3个层位（第一层为寒武系白云岩，第二、第三层为奥陶系）进行了射孔、酸压、测试等作业。由地面油嘴管汇测得第一层（4759.16-4800.0m裸眼）：硫化氢气体浓度最高为5600ppm；第二层（4110.0-4140.0，4156.0-4165.0m，39.0m/2层）：硫化氢气体浓度最高为76667ppm；第三层（3920.0-3930.0m，3962.0-3972.0m，3985.0-4015.0m，50.0m/3层）：硫化氢气体浓度最高为33000ppm。该井试油周期70天，对上述三个层位的试油工作圆满完成，无一人发生硫化氢中毒事件。二、硫化氢（H2S）基础知识硫化氢：Hydrogen sulfide1、理化性质：为无色气体，具有臭蛋气味。分子式H2S，分子量34.08，相对密度1.19，熔点-82.9，沸点-61.8，易溶于水,亦溶于醇类、石油溶剂和原油中。硫化氢燃点260，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫。可爆范围：空气中蒸汽体积分数4.346, 2、浓度单位（1）质量浓度表示法：每立方米空中所含污染物的质量数，即mg/m3。（2）体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm。浓度单位ppm和mg/m3的换算：质量浓度mg/m3=（气体分子量/22.45）ppm值273/（273+气体温度）（压力值/101325）3、浓度及危害在空气中的浓度暴露于硫化氢的典型特性 % (体积分数)ppm每100标准立方英尺的格令数mg/cm30.0000130.130.0080.18有明显和令人讨厌的气味。0.001100.6314.41有令人讨厌的气味,眼睛可能受刺激。0.0015150.9421.61美国政府工业卫生专家联合会推荐的15min短期暴露范围平均值。0.002201.2628.83眼睛有烧灼感,呼吸道受到刺激；美国职业安全与健康局的可接受上限值。0.005503.1572.07暴露15分钟以上后嗅觉就会丧失,暴露超过1小时以上可能导致头痛、头晕。0.011006.30144.14315分钟就会出现咳嗽、眼睛受刺激和失去知觉，15分钟以上就会加重这些症状。0.0330018.90432.40明显的结膜炎和呼吸道刺激。0.0550031.49720.49短期暴露后就会不省人事，如不迅速处理就会停止呼吸。患者需要立即进行人工呼吸和心肺复苏。0.0770044.081008.55意识快速丧失，如果不迅速营救，呼吸就会停止并导致死亡。0.10+1000+62.98+1440.98+立即丧失知觉，结果将会产生永久性的脑伤害和脑死亡。需立即进行抢救。三、高含硫化氢井施工注意事项1、井场设备及营房的摆放 （1）井场设备的摆放 井队设备搬迁至高含硫化氢的井进行安装时，设备的安装必须认真考虑当地的季节风向，值班房、钳工房、油料房必须摆放在上风口，发电房、泥浆泵等经常有人员作业的位置不得在下风口，井场入口和出口不得在下风口，放喷管线、溢流管必须在下风口。放喷管线应至少装2条，其夹角为90或180，并接出距井口不少于100m。塔中75井的施工时共安装了6条用于排液或排气的管线，其中井队3条（两条成180的放喷管线、一条经0.7MPa油气分离器的排气管线），地面测试队3条（一条经10MPa油气分离器的排气管线，另一条经加热炉、二级分离器、缓冲罐的排气管线，最后一条是经缓冲罐的排液管线），由于该井硫化氢浓度的超高以及为驻地营房的安全考虑，该井先后共推放喷池3个，最远的一个放喷池距井口350米以外。 （2）驻地营房的摆放驻地营房的摆放至少应在离井场以外200m的高地，且必须在上风口。在塔中75井的施工中，我队直接利用了原钻井队营房摆放过的场地，虽然营房的位置与放喷管线出口成90度夹角，但是营房地势低洼，几乎与放喷池在同一海拔高度，这直接导致，每当进行放喷作业时，只要放喷管线出口气体点不燃或者无风的情况下，营房区域就会有酸性气体侵入，虽然驻地硫化氢监测仪无读值，但是驻地所有人员也不得不紧急撤离至紧急集合点，这对全体人员的生活与休息产生了极大影响。最后，同甲方领导协商后，要求放喷作业必须在风力3级以上且放喷管线出口火焰点燃之后方可进行，才得以保障了驻地人员的安全与休息。2、施工设备必须完好 高含硫化氢的井进行作业时一定要保证施工设备的完好，以及备用设备、配件的完好，井控装置要严格按标准进行试压，试压不合格坚决不能进行下一步工作，同时也要考虑在硫化氢浓度高达几万的井进行数次酸压、放喷作业后，防硫井口装置、井控装置、地面管汇的防硫性是否可靠（塔中75井施工中更换了两套井口105Mpa防硫采油树、两套防喷器半封全封闸板）。在塔中75井的第二层（4110.0-4140m.0，4156.0-4165.0m，39.0m/2层）进行放喷作业时，江汉测试队地面流程中地面油嘴管汇和油气分离器之间的一条3金属管线（材质为N80抗硫钢材）本体突然发生 “爆裂”，雾状气体从“爆裂”处喷出，施工人员及时发现并立即实施了关井。天亮后，专业检测队伍对由井口至二级分离器的全部管线进行了探伤，探伤后又发现了两条已被硫化氢严重腐蚀的管线，更换完上述三条管线后，放喷施工才开始继续进行。3、人员、车辆管理及24小时值班制度 （1） 在塔中75井的施工中，所有在井人员都是应急人员，人员最多时达60多人，井队干部必须对每班（白班、夜班）在井施工人员和在营房人员进行登记，严禁非施工人员进入井场，未携带便携式硫化氢监测仪者，不得进入井场，未经井队队长允许，所有人员一律不得私自外出。（2）施工合作单位的人员管理由其本单位负责人全权负责，但一切施工作业必须告知井队，进入井场必须符合井队的管理制度。（3）严禁非施工车辆进入井场，需进入井场的施工车辆需在通往井场的路口关卡处登记造册并且经井队干部和甲方监督同意后，驾驶员带上便携式硫化氢监测仪方能将车辆驶入井场。井队值班车24小时值班，值班车至少能乘坐16人以上。救护车、专职医生（至少两名）住井值班。（4）井队干部双岗值班，即每班（白班、夜班）至少有一名工程师和一名平台副经理值班。在塔中75井的施工时，甲方监督也是两人倒班；由于该井的硫化氢浓度达到了史无记载的76667ppm，又要求井队安全监理24小时值班，井队所属分公司领导住井督战。（5）井队值班房固定式硫化氢监测仪主机24小时有专人监视。驻地营房固定式硫化氢监测仪主机24小时有专人监视。（6）通往井场的公路在井场200米外设卡，24小时有人值班。4、每日例会制度 在高含硫化氢的井，各施工方与甲方至少每天召开一次例会。塔中75井的施工中，每日例会上各单位负责人都要汇报当天的工作情况及存在的问题，讨论各施工单位协同作战的方案等，最后由甲方监督来进行总结和安排第二天的施工作业。每日例会是在特殊的井况和试油作业人员众多、协作方多的条件下制定的，为试油作业的安全、有序进行提供了有利保障。5、防喷演习制度在高含硫化氢的井进行施工作业时，每班应至少进行一次防喷演习，并且将防硫化氢应急演习溶入防喷演习当中，也可以单独做不同工序下可能发生硫化氢泄露事故的防硫应急演习，驻地营房若与井场较近或如果硫化氢泄露将可能危害到驻地时，应有计划的进行井场、驻地的连动防硫演习。演习的重点之一就是锻炼所有人员的组织性和纪律性。塔中823井发生井喷时，由于个别人员纪律性不强，在全体人员撤离至离井场20公里以外发现少了一名队员，四处查找之后才发现此人已搭乘别的单位的车辆撤离至40公里以外的塔中作业区附近；虽然他是安全的撤离了，但是险些让其他队员进入危险区域寻找他。6、具体施工情况（1）施工预案的编制在塔中75井的施工中，要求每一步较大施工都必须编制预案，并宣灌至所有施工人员。塔中75井先后对3个层位进行了射孔、酸压、测试等工作，每一层压井、拆防喷器、放喷作业都有施工预案，该井的施工预案合计不少于10本，每本预案都有井队干部和甲方监督签字后方能实施。预案中对每次施工的具体步骤都有详细描述及要求，对可能出现硫化氢的部位都要进行检测，以及发现硫化氢报警后的紧急处理措施等。（2）压井作业a.制定压井预案：预案中对压井设备（物资）、防硫装置及井控装置都有完好性的要求，且每次压井前，压井管线都必须按标准进行试压。b.压井液：压井液至少备足井筒容积的1.5倍，压井液PH值至少应在9.5以上。c.压井方式：挤压井作业必须一次完成，完成后开井观察6小时以上（根据是否发生溢流、井漏等情况而定）。循环压井至少在两周以上且必须测定出口压井液的PH值，PH值在9.5以下应继续循环压井并提高压井液的PH值，在高含硫化氢的井循环压井，压井液出口必须经油气分离进行液气分离，且排气管线出口点常明火。塔中75井的一次循环压井作业中，用PH值为12的强碱性压井液循环两周以后，出口PH值仍为4.5不得不继续循环压井并调整压井液性能。d.计算油气上窜速度：计算油气上窜速度是为压井结束后的后续工作提供安全依据的。例如2005年12月24日由胜利某钻井队承钻的塔中823井（该井硫化氢浓度在30000ppm左右），在钻井完毕进行试油作业期间的一次拆卸采油树、安装防喷器作业时发生井喷。发生井喷的原因就是在压井结束后没有计算油气上窜速度和按规定时间进行开井观察，就盲目进行拆卸采油树作业。井喷导致的后果：以塔中823井为中心方圆100公里的10家单位的1374人紧急撤离，塔里木油田沙漠公路封闭10小时以上。最后使用四台2000型压裂车组，1.3g/cm3的泥浆400m3压井抢险成功。 油气上窜速度计算公式: 迟到时间法 容积法 上两式中 U油、气上窜速度，米/小时；H油、气层深度，米；h循环泥浆时钻头所在井深，米；t钻头所在井深的迟到时间，分；Tl见到油、气显示的时间，分；T2钻至h深度后的开泵时间，分；T0井内泥浆静止时间，小时；V井眼环形空间每米理论容积，公升/米；Q泥浆泵排量，公升/秒；迟到时间法比较接近实际情况，是现场常用的方法。在钻遇两压水层时，也可以用上两公式计算。e.开井观察：压井完毕后，若无外溢和井漏：开井观察6小时，正循环（出口进分离器至循环罐）求后效和油气上窜速度，若满足换装防喷器时间，拆采油树，装防喷器，否则提高压井液密度；若外溢：关井求压，调整压井液密度，正循环节流压井（出口进分离器至循环罐），达到安全要求。若井漏：定时、定量灌压井液求漏失速度，求得漏失速度后开井观察10小时，若地层气未到井口，正挤一个井容积盐水后换装井口。（3）拆防喷器、安装采油树（或拆采油树、安装防喷器）作业a.进行该作业的时候井队干部及安全监理全程监护，井口风扇（朝下风口）一直开启，人员尽量在上风口作业，所有作业人员都必须佩带便携式硫化氢监测仪。b.作业前必须准备好旋塞、转换接头等所有抢装井口的物资，且在拆卸井口螺丝前打开所有油套闸阀，用便携式硫化氢监测仪测试是否有硫化氢。c.井控服务人员全程指导拆卸、安装井口作业，安装防喷器或安装采油树完毕后，由井控服务人员进行试压，试压报告单须有甲方监督和井队工程师签字认可。（4）起下管柱作业a.在高含硫化氢的井进行起下管柱作业时，必须控制钻具上提（下放）速度，在油气层中进行起下钻前，应先进行短程起下钻，即在油气层中和油气层顶部以上300m长的井段内的起下钻速度应控制在0.5m/s以内。b. 起下管柱作业时，井口必须安装防坠落装置，防止小件落物掉入井内，多增加一份施工难度就有可能对人员安全加重一份威胁，因为对高含硫化氢的井而言，施工周期越长，人员的麻痹思想就越严重，危险也就越大。c.对高含硫化氢的事故井进行处理时，应对每一步施工都制定详细的预案，并严格按施工步骤施工；含硫化氢事故井的的关键程序就是压井，发现有溢流、井漏、或井下管柱有间歇性油气气喷出时，应立即停止起下钻作业，待压井稳定后方可进行下部作业。例如2006年2月14日由井下南疆分公司大修78队承修的塔河油田TK850井（硫化氢浓度在40ppm左右），在明知有硫化氢且提油管时已发生过油管内喷出油气的情况，甲方仍要求戴正压式呼吸器强提原井管柱，最终导致我方施工人员发生硫化氢中毒事件。（5）放喷（求产）作业a.塔中75井放喷（求产）作业的执行者为江汉测试队，具体操作由他们进行，这里就不在详述。b.制定放喷防硫预案：预案中对防（除）硫装置、井控装置、防硫物资等都有完好（完整）性的要求，且每次放喷作业前必须将预案宣灌至每一位员工。c.每次放喷作业前必须对周边井和施工单位(5公里内)发出防硫预警通知,请各单位启动硫化氢监测，做好防硫措施。一旦发现井场或放喷池附近大气中硫化氢浓度超过20ppm，立即通知附近各单位。d.井队具体工作： 1）放喷期间对井口不间断巡查（背正压式呼吸器、带便携式硫化氢检测仪），以防井口装置发生硫化氢泄露事件。具体操作过程： 各班每1小时巡回检查一次井口采油树组、及内控管线、节流管汇、套压，套压达到6Mpa必须立刻放压。 巡回检查时2人一组，背正压式呼吸器、戴好面罩、携带便携式硫化氢检测仪。 2人巡回检查时，必须有第3人在值班房处观察巡回检查人员动向。2）对放喷管线出口以及放喷池加碱式碳酸锌，由于地层产生的气体多由硫化氢、天然气、CO2等组成，在气举作业时还有大量的氮气与地层气体混合，所以放喷管线出口时常会出现点火不燃的情况。对放喷管线出口以及放喷池加碱式碳酸锌就是降低来自地层液体中的硫化氢浓度，避免硫化氢挥发对周遍环境及人员安全构成威胁。具体操作过程：在放喷作业时，放喷口每3小时加一次碱式碳酸锌（50公斤）。 至放喷池前100m，事先将碱式碳酸锌口袋打开。 2人背正压式呼吸器、戴好面罩、携带便携式硫化氢检测仪，手提碱式碳酸锌到放喷口的上风口位置进行加料。 1人背正压式呼吸器、戴好面罩、携带便携式硫化氢检测仪、腰系救生绳，站立在加料人员身后30m位置，密切观察加料人员动作及状况。 2人背正压式呼吸器、戴好面罩、携带便携式硫化氢检测仪，站立在救生绳卷绳器位置（离放喷池100m远），密切观察加料人员动作及状况。 放喷口进行加料作业时，值班干部必须到现场（卷绳器位置）监督。 关井后，班组人员4人（其中2人在卷绳器位置待命）站在上风口，立刻向放喷池周围抛洒碱式碳酸锌250公斤。3）观察风向及风速，放喷期间井队和地面测试队都有责任和义务随时观察风向、风速变化，并互相沟通信息；无风、微风或风向吹向井场和营房，立即地面关井。地面测试队开、关井必须及时通知井队。塔中75井放喷（求产）作业时，若排气管线出口气体点不燃，由便携式硫化氢检测仪检测到的屏幕读值就会为“OUT”（超出），这说明排气管线出口的硫化氢气体浓度已超过便携式硫化氢检测仪最大量程400ppm。当排气管线出口气体可以点燃时，火焰附近硫化氢气体浓度大多在10ppm以下，但排液管线出口的硫化氢气体浓度却经常在50ppm以上。加料回来的工人必须在值班房外将外套脱掉，让风吹散外套上附着的硫化氢气体，方能进入值班房；加料时，施工人员不得穿湿工作服前去作业，防止硫化氢气体附着，难以挥发；还要求施工人员各项动作不得匆忙，身体不要出汗。7、塔中75井防硫化氢应急设施配备情况1）井队： 固定式硫化氢监测仪两套：一套在井场，主机安装在值班房，探头5只，分别安装在井口2只、钻台1只、泥浆震动筛1只，值班房门口1只；另一套固定式硫化氢监测仪在驻地营房，主机安装在餐厅，探头5只，安装在营房大门50m外1只、营房大门20m外1只、营房两侧各1只、营房走廊内一只。 便携式硫化氢监测仪27只； 正压呼吸器27套(备用面罩17只)，充气泵一台； 排风扇10台，安装在钻台1台、井口1台、泥浆震动筛1台、值班房1台、监督房1台、驻地营房4台； 手摇报警器2只，井场1只、营房1只； 对讲机6部。2）地面测试队 固定式监测仪一套，探头3只，安装在分离器1只、油嘴管汇1只、缓冲罐1只； 便携式监测仪7只； 正压呼吸器12套，充气泵一台； 硫化氢在线分析仪1套； 硫化氢浓度测试试管3套（75只）；3）地面放喷设备： 井口：新泰防硫105MPa采油树一套；70MPa双闸板防喷器+环形防喷器一套 地面：防硫地面流程一套。四、结论塔中75井的硫化氢浓度之高在全国乃至世界都是罕见的，特别是对该井的试油作业更是危险，因为测试地层产能必须要将井内一定的量的油气排出到地面，而地面的防硫工作又必须考虑井内排出的气体是否能够点燃、风向是否朝井场或人员聚集区吹、放喷作业是否会危害周边的环境、地面防硫设备是否可靠等诸多因素。这些因素中风向是最不容易掌握的，所以必须要将放喷管线以及放喷池架设至远离井场或人员聚集区，这样，才能在发现硫化氢报警后有充足的时间来实施关井。通过对塔中75井的试油作业，不仅加强了我们在高含硫化氢井施工中的硫化氢防护意识，同时也为我们积累了丰富的施工经验。该井的胜利完工，以及无一人发生硫化氢中毒事件，这本身就是个值得骄傲的成绩。