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1、摘要石油钻井工程是进行石油天然气资源勘探开发的主要环节，是一个多工种、多工序、立体交叉、连续作业的系统工程，也是隐蔽性很强的地下工程。在世界范围内，油田在石油勘探阶段的总投资中钻井的费用达到55%-80%，在石油开发阶段的总投资中钻井的费用超过50%，由此可见钻井工作的重要性。在石油钻井作业过程中隐藏着多种不安全因素，像从井场布置到钻井过程会有高处作业、起重、安装、用火等危险性较大的作业穿插进行，同时还存在着井喷、火灾、爆炸、中毒和窒息、井架倾倒或倾斜等多种危害因素。如不切实防范，容易发生各类事故，危害作业人员的人身安全，也给国家财产造成巨大的损失。本研究以定向井为例，采用预先危险性分析法和事
2、故树分析法，针对钻井过程中的钻进工程与完井工程两个过程进行安全分析。对施工过程中可能产生的危险有害因素和工程事故进行预先危险性分析，对其中存在的发生频率较高、危险性较大、造成经济损失较严重的井喷失控火灾爆炸事故进行事故树分析，并根据分析结果给出相应的安全防范措施。本研究的目的主要是利用本科所学的知识（系统安全分析、安全评价），来对石油钻井工程进行实际分析，进行危险有害因素辨识，分析不安全因素，并找出安全防范对策措施，为改善系统的安全状况，最大限度地降低事故率，减少经济损失，即取得最优的安全投资效益，保证石油的产出量提供相应的理论依据。关键词：石油钻井工程安全分析危险有害因素预先危险性分析事故树
3、分析ABSTRACTOil drilling engineering is the key link for oil and gas resources exploration and development,which is a multi-disciplines, multiple operation, vertical crossing, continuous operation system engineering, and also is the strong concealment of underground engineering.Oil field invest 55%-80
4、% on drilling oil of the total investment of the exploration stage, more than 50% on drilling oil of the total investment of the oil development period all over the world. Thus drilling is a important work. The oil drilling process hide a variety of factors of insecurity,from the layout of the well
5、site to the drilling process there will be danger jobs like work at heights, jack-up, installation, the use of fire interspersed.Meantime blowoutfire, explosion, poisoning and suffocation, derrick dump or tilt also exits.If not effectively prevent, prone to all kinds of accidents and endanger the pe
6、rsonal safety of operating personnel, causing huge losses to state property.In this paper, we take directional wells for example: take preliminary hazard analysis and fault tree analysis to analysis Drilling engineering and Wells Engineering. The risk of harmful factors and engineering accident in t
7、he construction process is analysed using preliminary hazard analysis. The result of preliminary hazard analysis, which is of high frequency, dangerous and serious loss in economic, is analyzed using Fault Tree Analysis. Scope Out the Security is made according to the result of Fault Tree Analysis.T
8、he main purpose of this study is to use the knowledge learned by undergraduate (system safety analysis, safety evaluation) to do the actual analysis of the petroleum drilling engineering and insecurity and do the identification of Hazardous Factors. The security countermeasures is found. The acciden
9、t rate is minimized and the economic losses is reduced for the improve the security situation. In other words, appropriate theoretical basis is provided for the optimal security investment and the ensurence of the output of oil.KEYWORDS: Oil Drilling EngineeringSafety AnalysisDangerous Harmful Facto
10、rsPreliminary Hazard AnalysisFault Tree Analysis目录第一章绪论11.1研究课题的背景与意义11.1.1研究课题的背景11.1.2研究课题的意义11.2国内钻井过程安全现状21.3国内外系统安全分析研究现状及趋势21.4研究课题的目的31.5研究课题的内容和方法4第二章石油钻井过程52.1钻井工艺及流程52.1.1钻前工程62.1.2钻进工程62.1.3完井工程92.1.4其他作业92.2 钻井设备92.3 钻井工程常见事故11第三章系统安全分析方法123.1预先危险性分析123.1.1 预先危险性分析步骤123.1.2 危险、有害因素的危险性等级
11、133.2事故树分析133.2.1 事故树的编制程序133.2.2 事故树分析的程序143.2.3 求最小割集的方法153.2.4 求最小径集的方法163.2.5 结构重要度计算17第四章系统安全定性分析184.1钻井项目基本情况184.1.1 定向井技术184.1.2 尾管射孔完井技术184.2钻井过程预先危险性分析194.3钻井过程主要危险、有害因素事故树分析234.3.1 井喷失控火灾爆炸原因分析234.3.2 事故树图244.3.3 事故树分析与计算254.4安全防范措施30第五章结论32谢辞33参考文献34引言石油行业是一种高风险行业，具有环节与工艺技术复杂、作业环境恶劣、危险因素多
12、的特点。一旦发生事故，逃生和救援的难度很高，井喷失控、火灾爆炸、机械伤人等灾害造成的人员伤亡、财产损失数量巨大。由于石油产业开发的巨大投资和从业人员的庞大规模使得安全管理的难度较大，虽然近年来国家十分重视安全生产，确立了“安全发展”的目标，并采取一系列的政策措施加强安全生产工作，使全国的安全生产状况逐年好转，但是无论在事故发生总量或百亿元产值死亡率方面仍十分严峻。钻井工程是石油勘探与开发的一个非常重要的环节和手段，在石油勘探与开发的各个阶段上，无论是寻找还是开采石油都离不开钻井。甚至一个国家在钻井技术上的进步程度，往往可以代表这个国家石油工业的发展状况，从中可见钻井工程的重要程度。钻井是一个以
13、地层为工作对象，高投入、高风险、高技术水平的特殊工程项目。由于地质条件、钻井工艺、机械设备、作业场所等的特殊性，钻井过程中的存在各种各样的风险，并且具有很强的隐蔽性、时间性、多变性、差异性、严重性的特点。再加上受到施工经验、现场作业熟练程度以及钻井管理体制和钻井运行机制等因素的制约，钻井过程中不可避免地对作业人员身体健康、设备安全、环境等有不同程度的影响和危害。并且一旦发生事故，逃生和救援的难度很高，造成的人员伤亡、财产损失数量巨大。例如2003年12月23日重庆川东北天然气矿16号天然气井发生井喷事故，造成死亡人数多达二百多人，事发地方圆几公里内受到影响，转移群众4.1万多名，经济损失6千多
14、万。这不仅是影响到钻井项目和承担项目的公司，同时给当地的群众生活带来极大影响，甚至对当地的经济、社会发展都造成不可估计的严重影响。因此，钻井项目的安全问题需要引起广泛关注。安全分析作为预测、预防事故的重要手段，将传统安全管理方法的凭经验进行管理，转变为预先辨识系统的危险性，事先预测、预防的“事前过程”。可以说，安全分析是安全管理和决策科学化的基础，是依靠现代科学技术预防事故的具体体现。因此在文中将运用所学的系统安全分析理论对石油钻井工程进行实际分析，进行危险有害因素辨识，分析不安全因素，并找出安全防范对策措施，为石油钻井项目的安全问题提供解决措施。第一章绪论1.1研究课题的背景与意义1.1.1
15、研究课题的背景战略资源安全是国家经济安全的一个重要的核心。所谓战略资源安全, 是指一国拥有主权、实际占有或得到的各种战略资源的数量和质量, 能够保障该国发展经济、参与国际竞争以及实现可持续发展，确保该国根本利益不受损害或威胁。在保障战略资源安全乃至国家经济安全方面, 重要战略物资, 尤其是石油。石油是一种不可再生资源，其最基本的特征就是稀缺性。石油是现代经济的“血液”，是当今最重要的能源之一。它与人们的衣食住行密切相关，它是衡量一个国家综合实力的标准。它能够影响一个国家或地区的发展，直接影响到国民经济的稳定，更能导致一个国家或地区政治经济的安定。正因为如此，石油引起了很多战争，给人们带来了诸多
16、的不幸，由此可见，石油对全人类是多么的重要。钻井是石油勘探开发的“龙头”，钻井的投资实际上占整个勘探开发投资的50%以上。钻井工程直接关系到石油勘探开发的成败，决定着石油上游业务的发展潜力和竞争能力。所以，随着钻井工程技术的发展，我国对石油钻井生产安全也越来越重视1。安全生产是世界性的永恒课题，是石油工业的主题，也是企业赖以生存发展的基础和保障。石油、天然气的开采首先要做到的是安全生产。安全是一个永恒的话题，是我们追求的目标。我们需要对钻井作业中的每一个环节进行风险识别和安全分析，力争将风险降到最低2。人们依靠各种钻井技术装备和施工工艺，结合不同领域的丰富知识和经验，组织完成了一系列钻井工程项
17、目，并且能对钻井过程时时判断和有效控制。然而，由于受到地质条件、装备能力、技术水平、管理规范、施工经验以及现场作业者熟练程度等因素的限制。加上钻井管理体制和钻井运行机制等因素的制约，钻井过程中不可避免地会发生各种各样的事故，造成重大人力、物力、财力的损失，甚至导致全井报废，从而延缓勘探、开发进程。可见，钻井工程事故是钻井施工过程的大敌，减少或杜绝钻井工程事故的发生，始终是钻井科技工作者主要工作目标。1.1.2研究课题的意义钻井是一项以地下岩层为对象、隐蔽性很强的工程，具有投入高、风险高和技术水平高的特点。在钻井工程的不同阶段，均存在不同程度、形式各异的风险。从井场布置到钻井过程会有高处作业、起
18、重、安装、用火等危险性较大的作业穿插进行，同时还存在着井喷、火灾、爆炸、中毒和窒息、井架倾倒或倾斜等多种危害因素。特别是在新区和复杂层段，地质情况千差万别，岩性不同，压力各异，井眼小而深，井壁长期裸露，由于受到自然环境、地质条件、装备能力、技术水平、管理规范、施工经验以及现场作业者熟练程度等因素的限制，加上钻井管理体制和钻井运行机制等因素的制约。工程事故发生的可能性随时都存在，易于造成资金和时间的巨大浪费，同时各种工程事故的发生，又容易进而引发安全事故。而事故处理不仅耗费大量的人力、物力和时间，还有可能使油气井部分或全部报废，从而延缓勘探、开发进程。所以，在工程开工前期，对可能发生的事故进行安
19、全分析，找出可能导致事故发生的危险有害因素，对于预防和控制事故的发展，最大限度地减少损失，具有重大意义，也是石油工业安全管理走向规范化、科学化、信息化的一种全新的探索。因此，加强钻井工程作业前期的安全分析势在必行。1.2国内钻井过程安全现状油气钻井是一个多工种、多工序、立体交叉、连续作业的系统工程，且作业风险具有高度的复杂性和随机性，钻井施工的工作环境和工作性质也很特殊。这些都决定了石油钻井作业过程是个危险大、突发性强、容易发生伤亡事故的生产过程。据中石油对钻井事故统计分析得出的主要的事故类型有：重大人员伤亡事故、井下复杂事故、钻井中的环境污染事故。在上述事故中，人员伤害事故占了相当大的比例，
20、其原因主要有：人的不安全行为；严重违反操作规程，操作技能低；在交叉作业时，配合不到位，自身的站位不正确；设备工具本身存在缺陷；现场工作环境差。井下事故发生的主要原因有：地层复杂造成井下垮塌、井喷、井漏；工程技术人员对井下的分析判断失误；在处理事故的过程中，由于操作者的失误导致事故更加复杂；地质资料不准确、钻井设计不合理等等。机械伤人事故的主要原因有：设备本身有缺陷；违章操作；操作者不熟悉设备的技术性能；交叉作业配合不当等等。钻井作业中的环境污染事故的主要原因有：处理钻井废液的设备不齐全；人为工作失误造成重大井喷事故。在油气层钻井生产过程中存在的主要风险有井喷井喷失控井喷着火硫化氢中毒卡钻顿钻掉
21、钻具机械伤害高空坠落物体打击高空落物触电井架倾倒等。含硫高产井区域探井工艺井等重点井，在油气层钻井作业时，除派驻井控安全监督外，还需派工作组驻井把关。驻井工作组包括领导钻井工程师装备管理人员泥浆技术人员等。若遇紧急情况，钻井队可先处理，再及时上报。1.3国内外系统安全分析研究现状及趋势系统安全分析是安全系统工程的核心内容，它是安全评价的基础。通过这个过程，人们可以对系统进行深入、细致地分析，充分了解系统存在的危险性，估计事故发生的概率和可能产生伤害及损失的严重程度，为确定出哪种危险能够通过修改系统设计或改变控制系统运行程序来进行预防提供依据3。所以，分析结果的正确与否，关系到整个工作的成败。系
22、统安全的概念出现于四十年代末，1947年，美国航空科学研究院发表了一篇题为“安全工程”的论文，被认为是最早提出系统安全的概念的论文。六十年代初，系统安全的工程开始得到实际应用，最初主要用于航天航空部门。五十年代末期，美国面对前苏联火箭技术的发展出于与之竞争、争夺霸权的目的，急于发展导弹武器。为了缩短开发时间，美国强力推行了构思、设计、制造、使用等各个阶段同时进行的平行开发方式。由于对系统安全的认识不够，没有在武器系统开发中采用“系统安全”。因此，从最初的运行试验开始，不到一年半时间，连续发生了四起重大事故，给地下武器库和发射基地造成了数百万美元的损失。高昂的代价换来的教训，使美国政府和军方开始
23、认识到系统安全的重要性，从而促进了以系统安全工程为基础的民兵式导弹的开发。1962年4月，美国公布了第一个有关系统安全的说明书-“空军弹道导弹系统安全工程”作为条件对民兵式导弹计划有关的承包商提出了系统安全的要求。六十年代，美国空军在上述说明书的基础上，相继制订一系列有关系统安全的标准。继航空航天工业之后，更多的工业部门，如核工业、化学工业等，由于安全的需要，也较广泛的应用了系统安全与系统安全工程。20世纪80年代初，我国引入了系统安全工程，受到许多管理部门与企业的高度重视。1977年8月政府发布的关于加强有计划改善劳动条件工作的联合通知指出在新建、扩建、改建企业时，必须按照工业企业设计卫生标
24、准要求，做到防尘防毒技措与主体工程同时设计、同时施工、同时投产，即“三同时”；1987年原机械电子部首先提出了在机械行业内开展机械生产安全分析评价；1988年5月，原劳动部颁发了关于生产性建设工程项目职业安全卫生监察的暂行规定，该规定标志着我国安全生产监督管理部门首次在政策上规定了安全分析的重要地位；1991年，在国家“八五”科技攻关课题中，安全分析评价方法的研究被列为重点攻关项目，同时也将安全向更高的层次推进。目前，国内外已正式发表的系统安全分析方法已达四十多种，有的侧重于定性分析，有的侧重于定量分析；有的运用逻辑归纳，有的运用逻辑演绎；有的分析系统不安全因素，有的分析危险因素之间的关系。它
25、作为预测、预防事故的重要手段，将传统安全管理方法的凭经验进行管理，转变为预先辨识系统的危险性，事先预测、预防的“事前过程”。其中理论比较成熟，使用比较广泛的方法有危险性预先分析（PHA），安全检查表（SCL），故障模式及影响分析（FMEA），事件树分析（ETA），事故树分析（FTA），因果分析和可操作性研究等。1.4研究课题的目的对石油钻井过程进行安全分析4，其目的是为了改善系统的安全状况，最大限度地降低事故率，减少经济损失，即取得最优的安全投资效益，最终保证石油的产出量。具体可以概括为：分析工程项目中存在的主要危险、有害因素及其产生危险、危害后果的主要条件；对项目生产过程中固有的危险、有害因
26、素进行定性的评价和科学分析，对其控制手段进行评价，同时预测其安全等级并估算事故可能造成的后果；提出消除、预防或降低装置危险性、提高装置安全运行等级的安全对策措施及建议，以利于提高建设项目本质安全程度。1.5研究课题的内容和方法石油钻井过程安全分析主要研究的内容是查阅论文及书籍，学习研究石油钻井的过程，利用本科所学的知识（系统安全分析、安全评价），来对钻井过程中钻进工程与完井工程两大工程内存在的机械伤害、起重伤害、车辆伤害、物体打击、触电、高处坠落、灼烫、噪声与振动、生产性粉尘等常规危险有害因素和井喷、火灾、爆炸、井架倾倒或倾斜、卡钻、顿钻、井漏、井壁坍塌、上顶下砸等钻井工程事故进行实际的定性安
27、全分析，进行危险有害因素辨识，分析不安全因素，并找出安全防范对策措施，最终给出基于案例的石油钻井过程安全分析的结果。在石油钻井过程安全分析过程中，研究采用两种方法对案例进行实际分析：首先是针对钻进和完井过程中可能发生事故的各种危险有害因素进行预先危险性定性分析，然后是针对钻进和完井过程中主要发生的井喷失控火灾爆炸事故进行事故树定性分析。第二章石油钻井过程本研究是针对石油钻井过程中钻进过程和完井过程进行安全分析的，只有了解了石油钻井过程，才能对过程中可能出现的事故进行分析评价。现介绍一下石油钻井工艺流程以及所用的钻井设备。2.1钻井工艺及流程钻井工程是指在初步探明油气水储藏情况后，通过钻具（钻头
28、、钻杆、钻铤等）对地层钻孔，然后用套管联结并向下延伸到油气水层的过程。钻井按照施工的目的不同，分为探井和开发井。钻井分直井和定向井。定向井可分为：普通定向井、大斜度井、丛式井、多底井、斜直井、水平井等。普通定向井：在一个井场内仅有一口最大井斜角小于60的定向井。大斜度井：在一个井场内仅有一口最大井斜角在6086范围内的定向井。丛式井：在一个井场内有计划地钻出的两口或两口以上的定向井组，其中可含一口直井。多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。斜直井:用倾斜钻机或倾斜井架完成的，自井口开始井眼轨道一直是一段斜直井段的定向井。一口油气井的建井过程，按其顺序可分为三个阶段，即钻前准备、钻进
29、和完井，而每个阶段又包括许多具体工艺作业，需要完成从确定井位到最后试油、投产等许多作业。图2-1描述了钻井工程的整个生产流程。图2-1钻井工程施工流程图2.1.1钻前工程钻井工程5是为钻井作业施工所作的生产技术准备工作，是钻井施工中的第一道工序，它主要包括钻井设计、测井位，平整井场，道路施工，搬迁与安装，铺设水、电通讯线路和安装保温或降温设施等：定井位：地质师根据地质上或生产上的需要确定井身轴线或井底的位置。修公路：主要保障能通行重车，有的满载车总重可达3940吨或更多。平井场：在井口周围平整出一块场地以供施工之用。井场面积因钻机而异，大型钻机约需12090，中型钻机可为10060。打基础：为
30、了保证施工过程中各设备不因下陷不均匀而歪斜，要打基础。小些的基础用预制件，大的基础则在现场用混凝土浇灌。安装：立井架，安装钻井设备。若在海上则要建造钻井平台，或把运移式平台拖航到预定井位、抛锚定位、安装水下转置。对钻前工程的要求是保证安装质量，确保所有装备都能长期正常运转。2.1.2钻进工程钻进工程就是从开钻到钻至勘探开发目的层，钻完全井进尺的钻凿过程。钻进可分一次开钻、二次开钻或多次开钻。主要工程内容是：钻进（起下钻）、钻井取心，以及在钻井中与固井、录井、测井、与井壁取心、中途测试的配合工作。钻井液、管具、特殊钻井的技术服务贯穿于钻进的全过程。钻进工程是钻井的主体工程，其工程技术水准和质量，
31、以及各相关工种、技术服务、钻井各环节工作的协调衔接配合，是安全钻进，缩短钻井周期，降低材料消耗，决定工程成本高低及勘探投资效益高低的关键。当前世界各地普遍使用的打井方法是旋转钻井法，此法始于1900 年。钻进：钻进直接破碎岩石的工具叫钻头。钻进时用足够的压力把钻头压到井底岩石上，使钻头的刃部吃入岩石中。钻头上边接钻柱，用钻柱带动钻头旋转以破碎井底岩石，井就会逐渐加深。加到钻头上的压力叫钻压，是靠钻柱在洗井液中的重量(即减去浮力后的重量)的一部分产生的。钻柱把地面的动力传给钻头，所以，钻柱是从地面一直延伸到井底的，井有多深，钻柱就有多长。随着井的加深，钻柱重量将逐渐加大，以致于将超过钻压的需要。
32、过大的钻压将会引起钻头、钻柱、设备的损坏，所以必需将大于钻压的那部分钻柱重量吊悬起来，不使作用到钻头上。钻柱在洗井液中的重量称为悬重，大于钻压需要而吊悬起来的那部分重量称为钻重。亦即钻压=悬重钻重。井加深的快慢，即钻进的速度，用机械钻速或钻时表示。机械钻速是每小时破碎井底岩石的米数，即每小时进尺数。钻时是每进尺1m所需时间，以分钟表示。此二者互成倒数。洗井：井底岩石被钻头破碎以后形成小的碎块，称为岩屑。岩屑积多了会妨碍钻头钻切新的井底，引起机械钻速下降。所以必需在岩屑形成以后及时地把它们从井底上清除掉，并携出地面，这就是洗井。洗井用洗井液进行。洗井液可以是水、油等液体或空气、天然气等气体。当前
33、用得最多的是水基泥浆，即粘土分散于水中所形成的悬浮液。也有人称洗井液为钻井液，但多数人则把各种洗井液统称之为泥浆。钻柱是中空的管柱，把洗井液经钻柱内孔柱入井中，从钻头水眼中流出而冲向井底，将岩屑冲离井底，岩屑随同洗井液一同进入井眼与钻柱之间的环形空间，向地面返升，一直返出地面，见图2-2。岩屑在地面上从洗井液中分离出来，被清除掉，不含岩屑的洗井液再度被注入井内，重复使用。洗井液为气体时则不再回收。图2-2泥浆循环示意图在钻进时，洗井是与破碎岩石同时进行的。为了维持洗井液不间断地循环，就需用泵连续灌注。液体在流经管路时是要损耗能量的，即要克服流动阻力而损耗洗井液所具有的压力。因此，泵的出口压力要
34、较高。接单根：在钻进过程中井不断加深，钻柱也要及时接长，每次接入一根钻杆，叫做接单根。打一口井要接很多次单根。起下钻：为了更换磨损了的钻头，需将全部钻柱从井中起出，换了新钻头以后再重新下入井中，叫起钻或下钻。一口井要用很多只钻头才能钻成，所以起下钻的次数是很多的。为了提高效率，节省时间，起下钻时不是以单根钻杆为单位进行接卸，而是以二或三根钻杆为一接卸单位，称为立根。立根长度一般为24-25m。为了配合这么长的立根，井架高度一般应为41m 左右。固井：一口井在形成时，要穿过各种性质不同的地层，有的地层岩石坚硬，井眼形成以后可以维持较长时间而不致坍塌，有的地层则很松软、破碎，形成的井壁不稳定，井壁
35、上的岩石极易坍塌落入井内，有的地层内含有高压油，气，水等流体，有的地层则压力很低，易使洗井液漏失，有的地层含有某些盐类，会使洗井液性能变坏。尽管地层复杂多变，还是得设法将这些地层钻穿，否则无法继续向下钻进。当这些地层被钻穿以后，上述的各种复杂情况有的可能消失，对以后的钻井工作不再造成危害。而有的则继续给钻井工作造成麻烦，也许会形成隐患。为了保护已钻成的井眼和使以后的钻井工作顺利进行，或为生产造成通路，应当在适当的时候对井眼进行加固，称为固井。固井的方法是将称做套管的薄壁无缝钢管下入井中，井在井眼与套管之间灌注水泥浆以固定套管，封闭住某些地层。这就是下套管，注水泥作业。一口井从开始到完成，常需下
36、入多层套管井注水泥，即需进行数次固井作业。一般情况下，一口井的钻进过程中应有几次开钻，井深和地层情况不同，则开钻次数也不同。其基本工艺过程有：第一次开钻(一开)：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管。1. 钻表层，下表层套管，固井；2. 装井口；3. 试压；4. 防喷设备的安装。第二次开钻(二开)：从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进，若地层不复杂，则可直接钻到目的层后下油层套管完井。如果地层复杂，很难用钻井液控制时，则要下技术套管。1.钻进；2.中途测试；3.下入技术套管（即中间套管）并固井。第三次开钻(三开)：从技术套管内、再用小一点的钻头往下钻进。1. 安装井口，试压；2. 钻
37、进，钻开油气层；3. 完井电测；根据情况，或可一直钻达预定井深，或再下第二层、第三层技术套管。在进行第四次、第五次开钻，直到最后钻到目的地层深度，下油层套管，进行固井、完井作业。事故处理：如物件落入井内需进行打捞，钻杆断在井内也要打捞，钻柱被卡在井内则要设法解卡。除落物外，引起井内复杂情况而需处理的原因多系洗井液性能不合要求所造成的。2.1.3完井工程完井工程就是在钻达设计或补充设计要求的完钻井深，按设计确定的完井方法进行施工，直至交井的全部工程。主要工程内容是：完井电测，井壁取心、下套管、注水泥等油层套管固井，测声幅、试压，装井口装置等。完井阶段测井、测试等作业项目多，材料消耗量大，费用发生
38、多，特别是多层的下套管井，会使钻井成本成倍或几倍的升高。完井也是井下复杂与事故多发阶段，特别是固井质量的好坏直接关系到一口井的成功与失败。2.1.4其他作业在油气井的开发过程(建井过程)中，还须根据实际情况进行岩屑录井、电测、气测等录井工作，必要时要取心6。2.2 钻井设备常用钻具包括钻头（图2-3）、钻挺、稳定器、减振器、钻柱、加重钻杆、钻杆、方钻杆（图2-4）、吊卡（图2-5）和防喷器（图2-6）等。钻头是钻井时直接破碎岩石的工具。它的结构特点，制造工艺及选用是否得当对提高钻井速度，降低钻井成本很重要。图2-3钻头钻挺由厚壁高强度钢管制成，两端有接头。一端为公扣，一端为母扣。通体外径相等，
39、内径相等；其外径在79mm355mm 的范围内；内径为31mm76mm。位置在钻柱下部、钻头之上。其作用是：1.提供钻压；2.传递运动力和力矩；3.控制井眼轨道；4.传递泥浆。钻杆，用于将破碎岩石的扭矩从地面传递给钻头，并形成洗井液循环的通路。钻杆用薄壁无缝钢俐管制成，每根长8-12m。为了适应不同使用条件的要求，钻杆采用不同的钢级生产出不同直径、不同壁厚的多种规格（均为API标准）以供选用。图2-4钻杆（左图方钻杆，右图钻井现场的钻杆） 钻井起下钻时常用到吊卡、卡瓦、吊钳、提升短接、安全卡瓦设备。安全卡瓦在钻铤上无接头台肩，用普通卡瓦卡紧在转盘上时可能滑落井中。因此，在卸下吊卡前要卡上安全卡
40、瓦，扣上吊卡以后再去掉。利用尖劈原理将钻杆、钻铤卡紧在转盘孔斜面上，以悬持钻杆柱重量，以进行起、下管柱的作业。图2-5钻杆吊卡防喷器是用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐高压等特点，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置。图2-6防喷器 2.3 钻井工程常见事故在钻井工程中，有几类事故是比较常见的，如：（1）井喷：钻井中由于各种原因造成地层流体流入井筒，使井内钻井液连续或间断喷出的现象叫井涌，失去控制的井涌则称为井喷。它会发生在钻井的钻进过程中。井喷失控可能会导致严重的后果，除了造成资源浪费、环境污染以外，还会造成设
41、备毁坏、人员伤亡、油气井报废等后果；一旦井喷失火后果更为严重。（2）井漏：钻井过程中钻井液或水泥浆漏入地层中的现象即称为井漏。井漏是钻井中严重而又常见的井下复杂情况之一。井漏往往使井内液柱压力降低，导致井壁坍塌或井喷，因此，一旦发现井漏，要及时采取有效措施处理，避免其进一步恶化。（3）卡钻：钻井过程中，由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象，称为卡钻。地层原因、钻井液性能不良、操作不当等都可能造成卡钻，必须针对具体情况进行分析，以便有效地解卡。（4）落物事故：在钻进或起下钻过程中，由于所使用的钻具、工具的质量不过关，检查不严或操作不当、措施不力等原因都可能引起落物事故。常见的落物事故
42、主要有：掉牙轮，断刀片(刮刀钻头)，测斜仪落井，钻台工具如榔头、搬手、吊钳销于、电缆等掉落井下。第三章系统安全分析方法系统安全分析是安全系统工程的核心内容，它是安全评价的基础。通过这个过程，人们可以对系统进行深入、细致地分析，充分了解系统存在的危险性，估计事故发生的概率和可能产生伤害及损失的严重程度，为确定出哪种危险能够通过修改系统设计或改变控制系统运行程序来进行预防提供依据。目前，国内外已正式发表的系统安全分析方法已达四十多种，其中理论比较成熟，使用比较广泛的方法有危险性预先分析（PHA），安全检查表（SCL），故障模式及影响分析（FMEA），事件树分析（ETA），事故树分析（FTA），因果
43、分析和可操作性研究等。现具体介绍在研究中所用的预先危险性分析法和事故树分析法。3.1预先危险性分析预先危险性分析（Preliminary Hazard Analysis，简称PHA）是在进行某项工程活动（包括设计、施工、生产、维修等）之前，对系统存在的各种危险因素（类别、分布）、出现条件和事故可能造成的后果进行宏观、概略分析的系统安全分析方法。其目的是早期发现系统的潜在危险因素，确定系统的危险等级，提出相应的防范措施，防止这些危险因素发展成为事故，避免考虑不周所造成的损失，属定性评价。即：讨论、分析、确定系统存在的危险、有害因素，及其触发条件、现象、形成事故的原因事件、事故类型、事故后果和危险
44、等级，有针对性地提出应采取的安全防范措施。预先危险性分析法的功能主要有： 大体识别与系统有关的主要危险； 鉴别产生危险的原因； 估计事故出现对系统产生的影响； 对已经识别的危险进行分级，并提出消除或控制危险性的措施。3.1.1 预先危险性分析步骤图3-1预先危险性分析的步骤 确定系统明确所分析系统的功能及分析范围； 调查、收集资料调查生产目的、工艺过程、操作条件和周围环境。收集设计说明书、本单位的生产经验、国内外事故情报及有关标准、规范、规程等资料； 系统功能分解。一个系统是由若干个功能不同的子系统组成的，如动力、设备、结构、燃料供应、控制仪表、信息网络等。其中还有各种连接结构，同样，子系统也
45、是由功能不同的部件、元件组成，如动力、传动、操纵和执行等。为了便于分析，按系统工程的原理，将系统进行功能分解，并绘出功能框图，表示它们之间的输入、输出关系； 分析、识别危险性。确定危险类型、危险来源、初始伤害及其造成的危险性，对潜在的危险点要仔细判定； 确定危险等级。在确认每项危险之后，都要按其效果进行分类； 制定措施。根据危险等级，从软件（系统分析、人机工程、管理、规章制度等）、硬件（设备、工具、操作方法等）两方面制定相应的消除危险性的措施和防止伤害的办法。3.1.2 危险、有害因素的危险性等级PHA分析的结果用危险性等级来表示。危险性可划分为四个等级，见表3-1。表3-1危险性等级划分表级
46、别危险程度可 能 导 致 的 后 果安全的不会造成人员伤亡及系统损失临界的处于事故的边缘状态，暂时还不至于造成人员伤亡、系统损失或降低系统性能，但应予以排除或采取控制措施危险的会造成人员伤亡和系统损失，要立即采取防范对策措施灾难性的造成人员重大伤亡及系统严重破坏的灾难性事故，必须予以果断排除并进行重点防范3.2事故树分析事故树分析(FTA)是安全系统工程的重要分析方法之一，它能对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因7。用它描述事故的因果关系直观、明了，思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。为确定安全对策提供可靠依据，以达到预测与
47、预防事故发生的目的。3.2.1 事故树的编制程序第一步：确定顶上事件 顶上事件就是所要分析的事故。选择顶上事件，一定要在详细占有系统情况、有关事故的发生情况和发生可能、以及事故的严重程度和事故发生概率等资料的情况下进行，而且事先要仔细寻找造成事故的直接原因和间接原因。然后，根据事故的严重程度和发生概率确定要分析的顶上事件，将其扼要地填写在矩形框内。 顶上事件也可以是在运输生产中已经发生过的事故。如车辆追尾、道口火车与汽车相撞等事故。通过编制事故树，找出事故原因，制定具体措施，防止事故再次发生。 第二步：调查或分析造成顶上事件的各种原因 顶上事件确定之后，为了编制好事故树，必须将造成顶上事件的所有直接原因事件找出来，尽可能不要漏掉。直接原因事件可以是机械故障、人的因素或环境原因等。 要找出直接原因可以采取对造成顶上事件的原因进行调查，召开有关人员座谈会，也可根据以往的一些经验进行分析，确定造成顶上事件的原因。 第三步：绘事故树在找出造成顶上事件的和各种原因之后，就可以用相应事件符号和适当的逻辑门把它们从上到下分层连接起来，层层向下，直到最基本的原因事件，这样就构成一个事故树。 在用逻辑门连接上下层之间的事件原因时，若下层事件必须全部同时发生，上层事件才会发生时就用“与门”连接。逻辑门的连接问题在事故树中是非常重要的，含糊不得，它涉及到各种事件之间的逻辑关系，直
