郭 紅

(山西潞安金源煤層氣開發(fā)有限責任公司， 山西 長治 046000)

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

山西潞安集團余吾煤業(yè)公司井田位于沁水煤田潞安礦區(qū)西部，井田內(nèi)僅北部溝谷中有二疊系上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組地層出露，其余地層均為鉆孔揭露，具體井田內(nèi)揭露地層情況見表1.

表1 余吾煤業(yè)公司導眼井揭露地層簡表

1.2 鉆井工程

為有效探查井田范圍內(nèi)的煤層氣賦存情況，從礦井安全生產(chǎn)及維護井壁穩(wěn)定、保證高效抽采的角度考慮，本次布置的一開采用d444.5 mm鉆頭，塔式鉆具組合防斜打直鉆進至基巖面以下不小于20 m(實鉆至69.20 m，入上石盒子組基巖50余米)，下入d339.7 mm表層套管經(jīng)固井、候凝后以6.0 MPa試壓合格；二開直井段采用d311.1 mm鉆頭，塔式鉆具組合，至造斜段后下部更換為MWD定向鉆具組合，上部鉆具倒裝，以克服井壁阻力，導眼井鉆穿煤層底板后采用G級油井水泥固井回填至水平井側(cè)鉆點，凝固48 h后下入套管，進一步采用G級油井水泥固井，最終試壓達到15 MPa后即可。三開斜井段采用加重鉆桿倒裝鉆具，水平段前期采用EW-MWD定向鉆進組合鉆進至直井段前100 m左右下入強磁導向短接與直井對接連通后下入d139.7 mm生產(chǎn)套管，采用G級油井水泥固井，水泥漿返出鉆臺面，候凝72 h，試壓(壓力20 MPa)，實鉆井身結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 2018LA-U水平井井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 鉆井風險辨識及權(quán)重分析

2.1 鉆井風險辨識

風險通常情況下由風險事故、風險因素以及風險后果3部分組成，三者之間相輔相成，針對作業(yè)期間存在的風險，主要研究如何控制風險、降低風險帶來的損失，根據(jù)本次鉆井工程條件，辨識出本次風險的特征如下：

1) 風險的差異性。風險因素在不同的鉆井作業(yè)過程、相異的鉆井工藝過程、不同的鉆井作業(yè)環(huán)境存在的形式各不相同。

2) 風險的嚴重性。因鉆井技術(shù)不嫻熟、鉆井作業(yè)人員操作失誤以及鉆井設(shè)備質(zhì)量不佳、配備不合理等因素導致的事故后果極其嚴重。

3) 風險的多樣性。鉆井過程中，風險種類多，存在著有毒有害物質(zhì)、設(shè)備損壞、物體打擊等多種風險因素對人員的傷害。

4) 風險的隱蔽性。鉆井作業(yè)中風險隱蔽性較高，由隱蔽性帶來的風險較多，包括鉆井設(shè)備、鉆井人員、鉆井環(huán)境、作業(yè)環(huán)境等，均會為鉆井工程施工帶來一定的隱蔽風險，且這種風險帶來的損失難以估算。

5) 風險的可轉(zhuǎn)化性。由于鉆井作業(yè)過程復雜，各要素之間緊密聯(lián)系，由于人為因素還是環(huán)境因素或是物的因素而產(chǎn)生鉆井事故時，可能會牽連出更多嚴重的事故。

根據(jù)本次鉆井工程，得出本次水平井鉆井過程中影響安全的主要因素為：鉆井技術(shù)、鉆井環(huán)境、鉆井人員、鉆井設(shè)備和井場管理。綜合分析實踐中水平井鉆井作業(yè)發(fā)生的事故原因，結(jié)合目前水平井鉆井眾多研究成果[1-4]，最終繪制出水平井鉆井作業(yè)風險辨識魚刺圖，見圖2.

圖2 水平井鉆井作業(yè)風險辨識魚刺圖

2.2 鉆井風險權(quán)重分析

為有效評價水平井鉆井作業(yè)相關(guān)安全風險，需要建立風險因素指標體系，通過指標體系對風險因素進行權(quán)重分級，最終保障系統(tǒng)的安全實施?，F(xiàn)采用數(shù)學加權(quán)法yaahp軟件進行水平井鉆井過程中風險因素權(quán)重的分析，根據(jù)水平井鉆井過程中存在的風險，建立評價層次結(jié)構(gòu)及判斷矩陣，見圖3.

通過專家打分的方式進行鉆井過程中各項風險權(quán)重的評價分析，基于評價結(jié)果得出各項風險因素的權(quán)重，見表2.

表2 水平井鉆井風險相關(guān)判斷矩陣及其權(quán)重結(jié)果表

分析表1可知，水平井鉆進過程中，影響鉆井安全順利進行的主要因素分別為鉆井技術(shù)、鉆井設(shè)備、鉆井環(huán)境和井場管理。其中由于鉆井技術(shù)的特殊性，其可能導致鉆井過程中發(fā)生更多的井下事故；鉆井設(shè)備是直接關(guān)系鉆井工作順利進行的主要因素；鉆井環(huán)境和井場管理是影響安全鉆井不可忽視的因素。

3 安全風險預(yù)防控制

根據(jù)現(xiàn)場工程實踐，結(jié)合井下事故的Bow-tie 模型[5-7]，分析得出井下事故主要是由鉆井液密度、鉆井液性能、鉆井人員操作技術(shù)、煤層地質(zhì)特征及鉆具設(shè)備等造成；水平井鉆井井下事故所造成的典型后果主要包括：設(shè)備損壞、煤層破壞、工期延長等。

現(xiàn)根據(jù)施工現(xiàn)場情況，對鉆井液性能、鉆井人員操作技術(shù)、煤層地質(zhì)特性、鉆井設(shè)備4個安全風險進行管控措施的分析與闡述。4種因素井下事故控制屏障圖見圖4.

圖4 各類影響因素引起的井下事故控制屏障圖

1) 鉆井液性能風險控制。在設(shè)備方面合理的設(shè)計鉆井液性能，確保其能有效保護井筒，防止井壁坍塌；在組織管理方面，應(yīng)加強設(shè)計和檢測人員能力的培訓，以進一步提高技術(shù)水平。

2) 鉆井人員操作技術(shù)風險控制。加強對鉆井操作人員的培訓和考核，使操作人員真正學到鉆井相關(guān)知識，避免因知識缺乏而導致的不必要事故；其次應(yīng)時刻關(guān)注鉆井人員的生理和心理狀態(tài)，避免疲勞操作、帶病上崗等現(xiàn)象；最后是預(yù)防各類外界因素的干擾，盡量為鉆井操作人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境，為其正常進行操作提供外界環(huán)境保障。

3) 煤層地質(zhì)特性風險控制。在鉆井前，通過各項探測技術(shù)，盡可能地精準掌握煤層地質(zhì)賦存條件，為鉆井工作的順利展開提供基礎(chǔ)條件。

4) 鉆井設(shè)備風險控制。在設(shè)備技術(shù)方面，鉆井操作人員需要掌握各種鉆具間的組合機制，需要加強作業(yè)人員工作能力的培養(yǎng)；在組織管理方面，加強鉆井設(shè)備的監(jiān)督和管理，避免因設(shè)備缺少導致鉆井過程中設(shè)備選型使用不當而產(chǎn)生事故。

4 結(jié) 論

根據(jù)余吾煤業(yè)公司地質(zhì)條件及水平井設(shè)計工程情況，通過理論分析得出鉆井過程中主要存在的風險因素為：鉆井技術(shù)、鉆井設(shè)備、鉆井人員、鉆井環(huán)境和井場管理，采用yaahp軟件對各項影響因素進行評價分析，基于評價結(jié)果，針對安全風險制定具體的管控措施為鉆井作業(yè)提供有效指導。