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含硫油气井安全钻井推荐作法

标 准 号: SY/T5087-2003
替代情况: 替代 SY5087-93
发布单位: 国家经济贸易委员会
起草单位: 四川石油管理局钻采工艺技术研究院
发布日期:
实施日期:
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更新日期: 2008年02月06日
前言
  本标准是对SY 5087—93《含硫油气田安全钻井作法》的修订,修订的主要内容有标准名称、章条标题、规范性引用文件、井场布置示意图及某些条款内容,增补了目次和前言。
  本标准的附录A是资料性附录。
  本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。
  本标准起草单位:四川石油管理局钻采工艺技术研究院。
  本标准主要起草人:高碧桦、李强。
  本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
  ——SY 5087—85,SY 5087—93。
  1 范围
  本标准规定了含硫油气井钻井作业井场及钻机设备的布置、硫化氢的监测、井控装置的材质和安装、地质工程及钻井工程设计的特殊要求、钻井作业中的特殊要求和应急计划及演练。
  本标准适用于陆地含硫油气井勘探开发中的钻井作业。海洋钻井作业可参照执行。
  2 规范性引用文件
  下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
  SY 5225—1994 石油与天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产管理规定。
  SY 5858 石油企业工业动火安全规程
  SY/T 5964 钻井井控装置组合配套规范
  SY/T 5967 钻井井控装置安装调试与维护
  SY 6277—1997 含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规定
  3 术语和定义
  下列术语和定义适用于本标准。
  3.1 安全临界浓度safe critical concentration
  工作人员在露天安全工作8h可接受的硫化氢最高浓度;参考美国和前苏联相关标准确定的安全临界浓度为20mg/m3
  3.2 氢脆hydrogen embrittlement
  化学腐蚀产生的氢原子,在结合成氢分子时体积增大,致使低强度钢和软钢发生氢鼓泡、高强度钢产生裂纹,使钢材变脆。
  3.3 硫化物应力腐蚀开裂sulfide stress corrosion cracking
  钢材在足够大的外加拉力或残余张力下,与氢脆裂纹同时作用发生的破裂。
  3.4 破化氢分压H2S factional pressure
  在相同温度下,一定体积天然气中所含硫化氢单独占有该体积时所具有的压力。
  4 井场及钻机设备的布置
  4.1 钻前工程前,应从气象资料中了解当地季节风的风向。
  4.2 井场及钻机设备的安放位置应考虑季节风风向。井场周围应空旷,尽量在前后或左右方向能让季节风畅通。井场及钻机设备布置见图1。
  4.3 测井车等辅助设备和机动车辆应尽量远离井口,至少在25m以外。
  

  4.4 井场值班室、工程室、钻井液室等应设置在井场季节风的上风方向。
  4.5 在季节风上风方向较远处专门设置气防器材室,配备足够的防毒面具和配套供氧呼吸设备。所有防护器具应放在使用方便、清洁卫生的地方并定期检查,以保证这些器具处于良好的备用状态,同时作好记录。
  4.6 在井架上、井场季节风入口处、气防器材室等处应设置风向标。如果硫化氢浓度超过安全临界浓度,钻井人员应向上风方向疏散。
  4.7 在钻台上、下和振动筛等硫化氢易聚积的地方,应安装排风扇,以驱散工作场所弥漫的硫化氢。
  4.8 进入含硫油气层前,应将机泵房、循环系统及二层台等处设置的防风护套和其它类似围布拆除。寒冷地区在冬季施工时,对保温设施可采取相应的通风措施,保证工作场所空气流通。
  4.9 井场所有用电线路、照明器具的敷设和设备安装应符合SY 5225—1994中3.2和4.2的规定。
  4.10 确保通讯系统24h畅通。
  5 硫化氢的监测
  5.1 含硫油气井钻井过程中的硫化氢监测应符合SY 6277—1997中第5章的规定。
  5.2 在井场硫化氢容易积聚的地方,特别是方井、循环池、振动筛附近和钻台等常有井队人员的地方,应安装硫化氢监测仪及音响报警系统,且能同时开启使用(见图1)。
  5.3 硫化氢监测仪报警浓度设置:
  a) 第一级报警阈值应设置在10mg/m3,但不启动报警音响,仅向钻井施工人员提示硫化氢目前浓度值;
  b) 第二级报警阈值应设置在20mg/m3
  5.4 当空气中硫化氢含量超过安全临界浓度时,监测仪能自动报警,其音响应使井场工作人员皆能听到。二层台应装设音响报警器。
  5.5 含硫地区的钻井队应配备便携式硫化氢监测器两台,指定专人进行巡回检查。
  5.6 硫化氢监测仪器应进行周检和强检。
  5.7 钻入气层时,应加密对钻井液中硫化氢的测定。
  5.8 在新构造上钻第一口探井时,应采取相应的硫化氢监测和预防措施。
  6 井控装置的材质和安装
  6.1 材质
  6.1.1 钢材:钢的屈服极限不大于655MPa,硬度最大为HRC22。若需使用屈服极限和硬度比上述要求高的钢材,必须经过适当的热处理(如调质、固溶处理等)并在含硫化氢介质环境中试验(采用API 5CT),证实其具有抗硫化氢应力腐蚀开裂性能后,方可采用。
  6.1.2 非金属材料:凡密封件选用的非金属材料,应具有硫化氢环境中能使用而不失效的性能。
  6.2 安装
  6.2.1 钻井设计中有关井控装置的配套应符合SY/T 5964的规定;其安装、固定和试压应符合SY/T 5967的规定。
  6.2.2 钻井井口和套管的连接及防喷管线的高压区在现场不允许焊接。
  6.2.3 放喷管线应至少装两条,其夹角为90°,管线转弯处的弯头夹角不小于120°,并接出井场100m(见图1);若风向改变时,至少有一条能安全使用。
  6.2.4 压井管线至少有一条在季节风的上风方向,以便必要时连接其它设备(如压裂车、水泥车等)作压井用。
  6.2.5 井控装置、管材和井下工具在送井前应进行无损探伤。
  6.2.6 井控装置、管材和井下工具及其配件在储放时应注明钢级,严格分类保管并带有产品合格证和说明书;运输过程中需要采取措施避免损伤。
  6.2.7 防喷器大修时,若进行了焊接、补焊、堆焊等工艺,则应在其后作热处理。
  7 地质工程及钻井工程设计的特殊要求
  7.1 地质工程设计的特殊要求
  7.1.1 应对井场周围一定范围内的居民住宅、学校、公路、铁路和厂矿等进行勘测,并在设计书中标明其位置。
  7.1.2 在煤矿、金属矿等非油气矿藏开采区钻井,还应标明地下矿井、坑道的分布、深度和走向及地面井位与矿井、坑道的关系。
  7.1.3 在含硫地区的钻井设计中,应注明含硫地层及其深度和预计含量。
  7.2 钻井工程设计的特殊要求
  7.2.1 若预计硫化氢分压大于0.2kPa时,应使用抗硫套管、钻杆等其它管材和工具。
  7.2.2 对含硫油气层上部的非油气矿藏开采层应下套管封住,并超过开采层垂深100m以上。
  7.2.3 高压含硫地区可采用厚壁钻杆;在井下温度高于93℃以深的井段,套管可不考虑其抗硫性能。
  7.2.4 钻开含硫地层的设计钻井液密度,其安全附加密度在规定的范围内(油井0.05g/cm3~0.10mg/cm3、气井0.07g/cm3~0.15g/cm3)时宜取上限值;或附加井底压力在规定的范围内(油井1.5MPa~3.5MPa、气井3MPa~5MPa)时宜取上限值。
  7.2.5 井队应储备井筒容积1~2倍的大于在用钻井液密度0.1g/cm3的高密度钻井液。
  7.2.6 储备满足需要的钻井液加重材料。
  7.2.7 储备足量的除硫剂。
  7.2.8 在钻开含硫地屋前50m,将钻井液的pH值调整到9.5以上直至完井。若采用铝制钻具时,pH值控制在9.5至10.5之间。
  7.2.9 不允许在含硫量超过20mg/m3的含硫地层进行欠平衡钻井。
  8 钻井作业中的特殊要求
  8.1 严格执行钻井液密度设计。未征得相关部门的同意,不得修改设计钻井液密度,但不包括下列情况:
  a) 发现地层压力异常时;
  b) 发现溢流、井涌、井漏时。
  若出现上述异常情况,应关井及时调整钻井液密度或压井,同时向有关部门汇报。
  8.2 利用钻井液除气器和除硫剂,控制钻井液中硫化氢的含量在50mg/m3以下,并随时对钻井液的pH值进行监测。
  8.3 在油气层和钻过油气层进行起下钻作业前,应先进行短程起下钻。
  8.4 钻头在油气层中和油气层顶部以上300m长的井段内的起钻速度应控制在0.5m/s以内。
  8.5 在含硫地层取心起钻,当取心工具离地面还有五柱时,钻台作业人员应戴上防毒面具,直到取出岩心。
  8.6 钢材,尤其是钻杆,其使用拉应力需控制在钢材屈服强度的60%以下。
  8.7 井场内严禁烟火,若需动火,应执行SY 5858中的安全规定。
  9 应急计划及演练
  9.1 应制定一个可实施的应急救援计划。钻前工程前,应了解井场附近的医院和消防部门所在地、距井场距离、通讯及交通情况;在进入含硫油气层前,应和医院、消防部门取得联系。
  9.2 生产班组每人配一套防毒面具,另配一定数量的公用防毒面具置于钻台仪表房内和循环系统上待用。
  9.3 钻井施工人员(包括钻井、钻井液、地质、气测及井下作业等人员)应取得硫化氢防护技术培训合格证,硫化氢防护技术培训内容参见附录A。
  9.4 在即将钻入含硫地层时,应对井场人员(包括新换班上井人员)进行一次防硫化氢安全教育和演练(包括佩戴防护器具进行井控作业及人员救护等),并向当班的各岗位人员发出警告信号。在钻开油气层前的检查验收中,应有防硫化氢措施落实情况的检查。
  9.5 在高含硫地区即将钻入油气层和油气层中钻进时,应有医生、救护车、安全监督在井场值班;一旦发生井涌、井喷,应立即启动应急救援计划。
  9.6 在有硫化氢溢出井口的危险情况下,应通知硫化氢超标范围内的人员迅速撤离到安全地方。
  9.7 钻井队在现场条件不能实施井控作业而决定放喷点火时,点火人员应佩戴防护器具,并在上风方向,离火口距离不得少于10m,用点火枪点火。
  9.8 当在硫化氢含量超过安全临界浓度的污染区进行必要的作业时,宜组织工作梯队,佩戴防护器具,并派专人监护,以便及时救护。
  9.9 控制住井口后,应对井场各个岗位和可能积聚硫化氢的地方进行浓度检测,待硫化氢浓度降至安全临界浓度时,人员方能进入。
  附录A
  (资料性附录)
  硫化氢防护技术培训内容
  A.1 了解硫化氢的物理化学性质和给设备、人体带来的危害,以及钻遇硫化氢可能产生的严重后果。
  A.1.1 硫化氢的物理化学性质:硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫化氢气体臭蛋味。其相对密度为1.176,比空气重。硫化氢燃点250℃,燃烧时呈蓝色火焰,产生有毒的二氧化硫。硫化氢与空气混合,浓度达4.3%~46%时,就形成一种爆炸混合物。
  A.1.2 硫化氢对人体的危害:硫化氢的毒性比一氧化碳大五至六倍,几乎与氰化氢同样剧毒。不同浓度的硫化氢对人体的危害见表A.1。
  表A.1 不同浓度的硫化氢对人体的危害
  

  A.1.3 硫化氢对金属材料的腐蚀:硫化氢溶于水形成弱酸,对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂,以后两者为主,一般统称为氢脆破坏。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏,甚至发生严重的井喷失控或着火事故。
  A.1.4 硫化氢能加速非金属材料的老化:在地面设备、井口装置、井下工具中,有橡胶、浸油石墨、石棉等非金属材料制作的密封件。它们在硫化氢环境中使用一定时间后,橡胶会鼓泡胀大、失去弹性;浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失效。
  A.1.5 硫化氢对钻井液的污染:硫化氢主要是对水基钻井液有较大的污染。它会使钻井液性能发生很大变化,如密度下降、pH值下降、粘度上升,以致形成流不动的冻胶;颜色变成瓦灰色、墨色或墨绿色。
  A.2 了解井场地形、钻机设备位置与本地季节风方向之间的关系、硫化氢监测仪器放置情况、报警器音响特点和风向标位置,以及安全撤退路线等。
  A.3 掌握钻井安全操作中的各项措施和规定。
  A.4 掌握防毒面具、供氧呼吸器等防护器具及硫化氢监测仪器的性能和使用方法,具备救护硫化氢中毒人员的基本知识和技能。
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