郭 紅

(山西潞安金源煤層氣開發(fā)有限責(zé)任公司， 山西 長(zhǎng)治 046000)

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

山西潞安集團(tuán)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(dǎo)眼井揭露地層簡(jiǎn)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(hù)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(jìn)至基巖面以下不小于20 m(實(shí)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(dǎo)眼井鉆穿煤層底板后采用G級(jí)油井水泥固井回填至水平井側(cè)鉆點(diǎn)，凝固48 h后下入套管，進(jìn)一步采用G級(jí)油井水泥固井，最終試壓達(dá)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(jìn)組合鉆進(jìn)至直井段前100 m左右下入強(qiáng)磁導(dǎo)向短接與直井對(duì)接連通后下入d139.7 mm生產(chǎn)套管，采用G級(jí)油井水泥固井，水泥漿返出鉆臺(tái)面，候凝72 h，試壓(壓力20 MPa)，實(shí)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(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及權(quán)重分析

2.1 鉆井風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

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

1) 風(fēng)險(xiǎn)的差異性。風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)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(dǎo)致的事故后果極其嚴(yán)重。

3) 風(fēng)險(xiǎn)的多樣性。鉆井過程中，風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)人員的傷害。

4) 風(fēng)險(xiǎn)的隱蔽性。鉆井作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)隱蔽性較高，由隱蔽性帶來的風(fēng)險(xiǎn)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(huì)為鉆井工程施工帶來一定的隱蔽風(fēng)險(xiǎn)，且這種風(fēng)險(xiǎn)帶來的損失難以估算。

5) 風(fēng)險(xiǎn)的可轉(zhuǎn)化性。由于鉆井作業(yè)過程復(fù)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(shí)，可能會(huì)牽連出更多嚴(yán)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(chǎng)管理。綜合分析實(shí)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(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)魚刺圖，見圖2.

圖2 水平井鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)魚刺圖

2.2 鉆井風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析

為有效評(píng)價(jià)水平井鉆井作業(yè)相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)，需要建立風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)體系，通過指標(biāo)體系對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行權(quán)重分級(jí)，最終保障系統(tǒng)的安全實(shí)施?，F(xiàn)采用數(shù)學(xué)加權(quán)法yaahp軟件進(jìn)行水平井鉆井過程中風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重的分析，根據(jù)水平井鉆井過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，建立評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)及判斷矩陣，見圖3.

通過專家打分的方式進(jìn)行鉆井過程中各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重的評(píng)價(jià)分析，基于評(píng)價(jià)結(jié)果得出各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，見表2.

表2 水平井鉆井風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)過程中，影響鉆井安全順利進(jìn)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(chǎng)管理。其中由于鉆井技術(shù)的特殊性，其可能導(dǎo)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(jìn)行的主要因素；鉆井環(huán)境和井場(chǎng)管理是影響安全鉆井不可忽視的因素。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)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(zhǎng)等。

現(xiàn)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)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(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)控制。在設(shè)備方面合理的設(shè)計(jì)鉆井液性能，確保其能有效保護(hù)井筒，防止井壁坍塌；在組織管理方面，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)和檢測(cè)人員能力的培訓(xùn)，以進(jìn)一步提高技術(shù)水平。

2) 鉆井人員操作技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制。加強(qiáng)對(duì)鉆井操作人員的培訓(xùn)和考核，使操作人員真正學(xué)到鉆井相關(guān)知識(shí)，避免因知識(shí)缺乏而導(dǎo)致的不必要事故；其次應(yīng)時(shí)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(jìn)行操作提供外界環(huán)境保障。

3) 煤層地質(zhì)特性風(fēng)險(xiǎn)控制。在鉆井前，通過各項(xiàng)探測(cè)技術(shù)，盡可能地精準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)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(jī)制，需要加強(qiáng)作業(yè)人員工作能力的培養(yǎng)；在組織管理方面，加強(qiáng)鉆井設(shè)備的監(jiān)督和管理，避免因設(shè)備缺少導(dǎo)致鉆井過程中設(shè)備選型使用不當(dāng)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(jì)工程情況，通過理論分析得出鉆井過程中主要存在的風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)管理，采用yaahp軟件對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，基于評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)制定具體的管控措施為鉆井作業(yè)提供有效指導(dǎo)。