12.23井噴事故案例分析

“12.23”特大井噴事故案例分析川慶鉆探長慶鉆井職工培訓中心張漢珊

2004年7月份，“12.23”井噴特大事故，經(jīng)庭審判定：這是一次重大責任事故。6名被告人重大責任事故罪罪名成立，被法庭分別判處3年～6年不等的刑罰。這對243名逝者的家屬，或許是些許心理的慰藉，不過，造成井噴悲劇的真正根源卻依然值得我們深思。

2003年12月23日21時57分，重慶開縣高橋鎮(zhèn)羅家寨，發(fā)生了在國內(nèi)乃至世界氣井井噴史上罕見的“12.23”井噴特大事故。此次事故中共有243人因硫化氫中毒死亡，累計2.6萬多人因硫化氫中毒，65632多人被緊急疏散撤離，直接經(jīng)濟損失9262.71多萬元。法庭公訴書中記載了這悲慘的一幕：公路上，水井邊，山坳里，到處都是尸體，更有一家?guī)卓谶€在睡夢中就永遠閉上了雙眼......一羅家16H井概況一羅家16H井概況羅家16H井為羅家寨氣田的開發(fā)井，地處重慶市開縣高橋鎮(zhèn)曉陽村境內(nèi)。目的層是三疊系飛仙關(guān)段鮞粒溶孔性白云巖，氣藏天然氣高含硫、中含二氧化碳，其中甲甲烷82.14%，硫化氫9.02%，二氧化碳6.79%；原始地層壓力41.7lMPa，具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)。該井設(shè)計井深4322m，垂深3410m，水平段長700m，于2003年5月23日開鉆，事故發(fā)生前鉆至井深4049.68m。由川鉆12隊具體負責鉆井施工作業(yè)。川東鉆探公司安排地質(zhì)服務(wù)公司、泥漿公司分別提供駐井地質(zhì)技術(shù)服務(wù)、泥漿技術(shù)服務(wù)。四川石油管理局鉆采工藝技術(shù)研究院與川東北氣礦簽訂了羅家16H井的定向技術(shù)服務(wù)合同。川東北氣礦向羅家16H井派駐鉆井工程監(jiān)督和地質(zhì)監(jiān)督，代表甲方對施工質(zhì)量、工程進度、安全措施等進行監(jiān)督、管理。

21時55分，起鉆至井深209.31m時，錄井員發(fā)現(xiàn)錄井儀顯示泥漿密度、電導、出口溫度、烴類組分別出現(xiàn)異常，泥漿總體積上漲，溢流1.1m3。錄井員隨即向司鉆報告發(fā)生了井涌。司鉆接到報告后，立即發(fā)出井噴警報，并停止起鉆，下放鉆具，準備搶接頂驅(qū)關(guān)旋塞。

當日12時，起鉆至井深1948.84m。此時，因頂驅(qū)滑軌偏移，致使掛卡困難，于是停止起鉆，開始檢修頂驅(qū)。16時20分檢修頂驅(qū)完畢，繼續(xù)起鉆。

2003年12月23日2時52分，羅家16H井鉆至井深4049.68m時，因為需更換鉆具，經(jīng)過35分鐘的泥漿循環(huán)后，開始起鉆。二事故發(fā)生經(jīng)過二事故發(fā)生經(jīng)過

21時57分，當鉆具下放10余米時，大量泥漿強烈噴出井外，將轉(zhuǎn)盤的兩塊大方瓦沖飛，致使鉆具無支撐點而無法對接，故停止下放鉆具，搶接頂驅(qū)關(guān)旋塞未成功。

21時59分，采取關(guān)球形和半閉防噴器的措施，但噴勢未減，突然一聲悶響，頂驅(qū)下部起火。作業(yè)人員使用滅火器滅火，但由于粉沫噴不到著火部位而失敗。隨后關(guān)全閉防噴器，將鉆桿壓扁，從擠扁的鉆桿內(nèi)噴出的泥漿將頂驅(qū)火熄滅。此后，作業(yè)人員試圖上提頂驅(qū)拉斷鉆桿，也未成功。于是開通反循環(huán)壓井通道，啟動泥漿泵，向井筒環(huán)空內(nèi)泵注重泥漿，由于沒有關(guān)閉與井筒環(huán)空連接的放噴管線閥門，重泥漿由放噴管線噴出，內(nèi)噴仍在繼續(xù)。

22時4分左右，井噴完全失控，井場硫化氫氣味很濃。

22時30分左右，井隊人員開始撤離現(xiàn)場，疏散井場周邊群眾，隨后向110、120、119報警，并向當?shù)卣▓笄闆r。

23時20分左右，鉆井隊派人返回井場，關(guān)閉了泥漿泵、柴油機、發(fā)電機，隨后全部撤離井場，并設(shè)立了警戒線。由于當時沒安排放噴點火，造成了事故的擴大，致使周圍生態(tài)環(huán)境遭到很大破壞，人民群眾遭遇巨大傷亡。二事故發(fā)生經(jīng)過三事故原因分析事故調(diào)查中，專家組對川東鉆探公司“12.23”特大井噴事故，從產(chǎn)生溢流到井噴、井噴失控、事故擴大三個關(guān)鍵層面，進行了深入淺出，層層剝繭式的分析。（一）產(chǎn)生溢流到井噴的原因分析此次事故產(chǎn)生溢流到井噴的原因主要有以下幾個方面：有關(guān)人員對羅家16H井的特高出氣量預測不足；目前高含硫高產(chǎn)天然氣水平井的鉆井工藝不成熟；起鉆前鉆井液循環(huán)時間嚴重不夠；起鉆過程中存在違章操作，鉆井液灌注不符合規(guī)定；未能及時發(fā)現(xiàn)溢流征兆。三事故原因分析

1.溢流發(fā)生的直接原因（1）起鉆前循環(huán)鉆井液時間短，沒將井下巖屑和氣體全部排出，井內(nèi)鉆井液密度尚未均勻就起鉆，造成井底壓力降低。從“LOGGING實時參數(shù)記錄”可以看到：2點55分前井底加有鉆壓130-160kN，3點30分停泵，確認循環(huán)時間只有35分鐘。最后1m即4049m的遲到時間未到就起鉆，明顯違犯了SY/T6426-1999《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》第6條6.8.2款“起鉆前充分循環(huán)井內(nèi)鉆井液，使其性能均勻，進出口密度差小于0.02g/cm3”的行業(yè)標準規(guī)范和操作規(guī)程。三事故原因分析1.溢流發(fā)生的直接原因

循環(huán)時的排量為1.5m3/min，因此，循環(huán)過程中共打井內(nèi)鉆井液為52.5m3。按215.9mm的井徑和127mm外徑鉆桿的環(huán)形空間，52.5m3鉆井液只占2178m長的井段，這樣就有了1870m的環(huán)空容積的鉆井液含氣。這些氣體不斷地滑移上竄，而且體積不斷膨脹。根據(jù)“LOGGING實時參數(shù)記錄”，停泵時最少還有１m的巖屑氣沒帶出來，按孔隙度10%計算，其所占氣體體積為0.0037m3,這個體積的氣體原始壓力是43.65MPa，當它上升到井口時體積將膨脹到1.62m3，這個體積在環(huán)空里占有67.5m的高度，這就造成井下液柱壓力下降0.965MPa，若有更多的巖屑氣和擴散氣沒排出，壓力降低將會更大。(2)起鉆時未按制度要求灌鉆井液，造成井下液柱壓力降低。羅家16H井“12.23”的起鉆，通過“LOGGING實時參數(shù)記錄”的原始曲線可以查出，從起鉆到事故發(fā)生共18個半小時內(nèi)，起鉆120柱，灌漿38次，川探12隊針對羅家16H井高含硫天然氣井的特點規(guī)定每起3柱灌滿漿一次，但38次灌漿中有9次超過了3柱才灌，最長的一次是連起9柱才進行灌漿操作。這一嚴重違章造成液面下降38m，按1.43g/cm3密度計算，液柱壓力下降0.39MPa。三事故原因分析1.溢流發(fā)生的直接原因

(3)其它造成井下液柱壓力下降的因素。

16H的地層壓力系數(shù)是按鄰井羅家2H井實測預報的，為1.28g/cm3，在設(shè)計鉆井液密度時，附加0.15g/cm3，使用鉆井液密度1.43g/cm3是符合規(guī)范的，但對本井產(chǎn)層發(fā)育、水平段長等特殊情況，附加量是否足夠，值得探討。羅家2H井是用1.48-１.49g/cm3密度的鉆井液鉆開氣層的，也沒有發(fā)生漏失，16H若使用1.45g/cm3密度的鉆井液可能情況會好得多（鉆井工程設(shè)計，鉆井液密度為1.37g/cm3-1.45g/cm3）。

三事故原因分析1.溢流發(fā)生的直接原因

(3)其它造成井下液柱壓力下降的因素。

起鉆的抽汲作用所產(chǎn)生的負壓是始終存在的，尤其是16H井使用了PDC鉆頭，與井壁的間隙通道較牙輪鉆頭小，若有一點泥包，起鉆時極易造成“拔活塞”，將地層流體抽出來。加上水平段是產(chǎn)層，已鉆開的424m產(chǎn)層裸露，為抽吸提供了長距離的條件，造成了溢流的一個因素。在沒有循環(huán)的情況下，井內(nèi)氣體由于與鉆井液密度差會自然的滑移上竄。其中靜止時間越長，上竄速度越快，造成井底壓降越大。23日12時，因頂驅(qū)滑軌偏移問題停止起鉆，中途用了4小時20分鐘時間進行檢修，結(jié)束后沒有下鉆進行泥漿充分循環(huán)即繼續(xù)起鉆作業(yè)，而處理后如果接著下鉆通井循環(huán)再起鉆情況會好得多。鉆探專家從技術(shù)角度分析說，只要保證鉆井液柱的壓力大于井底壓力，井噴就不會發(fā)生。以上原因所產(chǎn)生的壓力降疊加在一起，導致井底壓力低于地層壓力。地層流體嚴重侵入井內(nèi)，造成了井的溢流。三事故原因分析1.溢流發(fā)生的直接原因

（4）溢流未能及時發(fā)現(xiàn)報告。按川東鉆井公司的規(guī)定，溢流1m3報告、2m3發(fā)警報、3m3關(guān)井。地質(zhì)錄井的報告是21時51分起鉆至195.31m，發(fā)現(xiàn)溢流1.1m3，當報告鉆臺時，實際已發(fā)生了井噴，從“起下鉆實時報告”表上記錄21時42分開始灌不進泥漿，即溢流開始，到21時57分泥漿池增量超過10m3，顯示井噴發(fā)生。溢流沒有被及時發(fā)現(xiàn)，失去了搶接回壓閥的時機。三事故原因分析1.溢流發(fā)生的直接原因

井噴是地層流體無控制地涌入井筒并噴出地面的現(xiàn)象。它有一個發(fā)展過程，即井侵→溢流→井涌→井噴→井噴失控。每一個階段的初始都有預兆顯示，早發(fā)現(xiàn)并及時正確處理就不會向下一階段發(fā)展。本次事故是起鉆過程中發(fā)生的，起鉆過程的溢流顯示主要是灌泥漿困難，這一現(xiàn)象表示地層流體已經(jīng)進入井筒，溢流已經(jīng)開始，此時若立即進行處理，就不會向井涌和井噴階段發(fā)展。而本井已溢出1.1m3才報告，錄井人員走出錄井房經(jīng)過泥漿槽，還未上到鉆臺，井噴即發(fā)生了。1.1m3高壓天然氣進了井筒，占據(jù)環(huán)空45.83m的高度，沒有膨脹的壓力已降低了0.66MPa，地質(zhì)錄井人員從發(fā)現(xiàn)溢出1.1m3到井噴只有6分鐘時間。所以起下鉆的溢流預報不能按鉆進工況的標準，應(yīng)當從發(fā)現(xiàn)溢流開始，立即報告，立即處理。三事故原因分析

2.井噴的分析主要原因如下：

12月21日下鉆的鉆具組合中，有關(guān)人員卸掉鉆柱上的回壓閥，嚴重違犯了“羅家16H井鉆開油氣層現(xiàn)場辦公要求”的明文規(guī)定，這是導致井噴失控的直接原因。四井噴失控原因分析井噴失控是鉆井過程中最惡性的事故。是指井噴發(fā)生后，無法用常規(guī)方法控制井口而出現(xiàn)敞噴的現(xiàn)象?！?2.23”特大井噴事故，由于沒及時發(fā)現(xiàn)溢流，報告不及時，失去了搶接回壓閥和頂驅(qū)的有利時機。關(guān)放噴器后雖然能控制環(huán)空，但沒能控制鉆桿水眼的井噴。關(guān)了全封閉只能夾扁鉆桿，高壓的天然氣還會從夾扁的鉆桿內(nèi)噴出，未能控制井噴而造成失控。四井噴失控原因分析

1.鉆具組合未裝回壓閥若裝有加壓閥，井噴時井內(nèi)流體就不會從鉆桿內(nèi)噴出，這樣就能打開節(jié)流閥，關(guān)閉放噴器，正常實施井控作業(yè)。檢查發(fā)現(xiàn)，上一趟鉆是帶回壓閥的，這一趟鉆的回壓閥已下井，又被有關(guān)人員卸下了。原因說是上趟鉆用的是本身需要回壓閥的SperrySun儀器，而這趟鉆是用QDT儀器，不需要安裝回壓閥。井隊沒有堅持執(zhí)行2003年9月28日“羅家16H井鉆開油氣層現(xiàn)場辦公要求”的第一條“從鉆開油氣層前到完鉆作業(yè)結(jié)束必須始終在鉆具上安裝內(nèi)放噴工具（包括鉆具回壓閥和方鉆桿上下旋塞）”的決定。四川石油管理局企業(yè)標準（Q/CT097-1998）中9.5.12條也規(guī)定：“氣層鉆進中鉆柱必須裝上鉆具回壓閥”。這一嚴重違章，是造成井噴失控的直接原因。四井噴失控原因分析

2.防噴器組中裝有全封閉閘板芯子，沒有剪切閘板芯子若裝有剪切閘板，關(guān)井時，可將鉆桿剪斷，實現(xiàn)井眼全部關(guān)閉。這是值得思考的一個重要問題。五事故擴大的原因分析

有關(guān)決策人員接到現(xiàn)場人員關(guān)于羅家16H井井噴失控的報告后，未能及時決定并采取放噴管線點火措施，以致大量含有高濃度硫化氫的天然氣噴出并迅速擴散彌漫，造成事故擴大和惡化，導致了大量人員中毒傷亡。由于硫化氫燃燒后產(chǎn)生低毒性的二氧化硫，因此點燃硫化氫氣體是制止有毒氣體大范圍擴散，減少毒氣危害行之有效的措施。

SY/T6426－1999《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》中8.5條規(guī)定：“必須放噴時，放出的天然氣要燒掉，防止天然氣與空氣混合比達到5％～15％的爆炸極限”；SY/T5087－2003《含硫油氣井安全鉆井推薦作法》附錄Ａ1.1條提出：“硫化氫與空氣混合，濃度達4.3%～46%時，就形成一種爆炸混合物”；四川石油管理局、西南油氣田分公司《鉆井井控規(guī)定實施細則》中6.2.7規(guī)定“鉆井隊在現(xiàn)場條件下不能實施井控作業(yè)而決定放噴時，放出的天然氣應(yīng)燒掉?！边@些標準、規(guī)范與規(guī)定都從不同角度，明確闡述并強調(diào)了含硫天然氣井井噴后放噴點燃的必要性。五事故擴大的原因分析羅家16H井井噴失控后，存在四條放噴管線放噴的可能性。此時若立即組織放噴，同時在放噴口點燃，損失將會是最小的。井噴失控后，隊長曾組織通過壓井管線向井內(nèi)注重泥漿，至23時20分才停泵，這可知從井噴失控到停泵至少有1小時17分鐘的時間。說明當時現(xiàn)場天然氣濃度尚未達到爆炸極限，也未形成爆炸混合物。組織放噴點火不僅有充足的時間，而且此時間內(nèi)點火也不會危及井場的安全。當井噴在失控后，井隊還向上級及領(lǐng)導報告并請示是否點火，然而卻沒有得到上級及領(lǐng)導的明確指示，直到24日下午4時才將放噴管線的天然氣點燃。此時，高于正常值6000倍的硫化氫毒氣已迅速擴散漫延了將近18個小時，從而造成了群死群傷的嚴重后果。六沉痛的教訓“12.23”井噴特大事故，從現(xiàn)場勘察看到的井場情況，以及當月27日上午只用了兩個多小時就壓井成功來看，當時若能當機立斷，現(xiàn)場設(shè)備和財產(chǎn)損失并不會十分嚴重。然而，這起在石油鉆探史上史無前例、完全可以避免的悲劇還是發(fā)生了，我們從中應(yīng)吸取的教訓十分沉痛。承鉆這口井的井隊是川鉆12隊，在事故前是管理局一個金牌鉆井隊，設(shè)備又是新的EJ70LC鉆機。為什么會發(fā)生如此重大事故呢？調(diào)查中暴露出來的一些問題，使我們感到很驚訝。鉆這么一口高含硫化氫的井