井控技术标准

第二节　含硫钻井、井控技术标准

为保证在含硫化氢油气田的钻井作业安全，石油钻井工程专业标准化委员会（以下简称钻标委）在20世纪80～90年代分别制定了以SY/T5087－1985《含硫油气田安全钻井推荐做法》（2003年该标准由石油工业安全专业标准化委员会管理，以下简称安标委）、SY/T6426－1999《钻井井控技术规程》、SY/T5964－94《钻井井控装置组合配套规范》、SY/T5967－94《钻井井控装置安装调试与维护》为主体的井控系列标准，这些标准的制定为石油行业推广应用平衡钻井技术、规范钻遇异常高压尤其是含硫化氢地层时的井控作业、减少井喷、井喷失控和失控着火事故的发生做出了重要贡献。

“十五”期间，为适应钻井技术的发展和不同类型油气田对井控工作的不同要求，钻标委决定对上述标准进行修订或整合。钻标委将SY/T5964－94和SY/T5967－94两项标准整合，推出SY/T5964－2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》标准，安标委经修订并推出SY/T5087－2003《含硫油气井安全钻井推荐作法》，钻标委在2003年决定将SY/T6426－1999《钻井井控技术规程》和相关的其他井控技术标准进行修订。在这些标准的修订过程中，川渝油气田于2003年发生了罗家16H井“12·23”灾难性的含硫气井井喷失控事故，给井场周边群众和作业人员造成了人身伤亡和国家财产的巨大损失。

“12·23”灾难性的含硫天然气井喷失控事故，促使钻井作业者和上述标准的制定人员反思：井控相关标准制定的出发点不仅是为了规范油气井钻井作业中的井控工作，保证钻井安全作业，避免或减少井喷事故，保护钻井作业人员的人身安全和避免油气资源及钻井设备受损失，还应关注井场周边群众，尤其是诸如医院、学校等人口密集性高危场所群众的安危。钻标委和安标委在2004年3月对含硫油气井钻井、井控技术标准进行清理，并决定推迟发布SY/T6426《钻井井控技术规程》，并对SY/T5087－2003《含硫油气井安全钻井推荐作法》进行修订。经标准编写人和中石油、中石化、中海油三大集团专家的努力，石油行业含硫油气井钻井、井控技术两项重要标准SY/T6426和SY/T5087在2005年3月19日由国家发改委正式批准发布。同时，钻标委还制定了SY/T6616－2005《含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范》标准，由国家发改委在2005年7月26日发布。

一、标准的特点和主要内容

（一）SY/T6426－2005《钻井井控技术规程》

该标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口，由四川石油管理局钻采工艺技术研究院和四川石油管理局技术检测中心起草。该标准是双语（中、英）版标准，它不仅适用于国内陆地油气勘探、开发中的钻井作业，同时适用于各油田在海外进行的钻井作业。标准除前言外共分11章，并有3个规范性附录和5个资料性附录。

1．标准内容涵盖了井控技术中的井控装备和井控工艺、钻井井控设计、井控技术培训以及井控工作分级责任制等井控工作的方方面面。

2．标准在规范性附录中推荐了多于API相应标准中推荐的井口装置组合形式，供不同类型油气田选用；还推荐了包括顶驱钻井发生溢流后的关井操作程序。

3．标准在资料性附录中向油气田推荐了加强井队井控基础工作管理的资料、文件格式，包括防喷器演习记录、钻开油气层检查验收证书、坐岗记录、井控停钻通知书和钻开油气层批准书。

4．井控工作是一个系统工程，不仅涉及物资装备、工艺技术措施，还有赖于油田相关领导、各级机构和部门加强对井控工作的管理。因此，标准对建立健全井控工作分级责任制提出了要求。

5．标准明确规定了钻井工程中的油气井井口距高压线等永久性设施、距铁路和公路等公共设施、距民宅或学校、医院和大型油库等人口密集性、高危性场所的距离。

6．标准要求地质设计中需标注说明：井场周围的水资源情况、风向变化、一定范围内的居民住宅、学校、厂矿和公共设施。

7．无论是井控技术中的一次、二次和三次控制技术，标准中提出的技术对策和措施针对性和操作性特别强。比如：作业班“坐岗”人员怎样观察、记录并报告溢流显示；什么情况下进行短程起下钻和怎样进行短程起下钻；短程起下钻防止溢流的措施和电测、固井、中测如何做好防喷工作；根据关井立压和关井套压采取相应的处理溢流的方法等等。

8．对常规钻井和在含硫化氢地区钻井提出了防火、防爆、防硫化氢安全措施。针对可能导致着火的一切火源提出了诸如安全距离、防火、动火措施和防硫化氢聚积措施、硫化氢浓度监测、钻井液中硫化氢浓度和pH值控制等要求。

9．规定了从事钻井生产、技术和安全管理的各级人员应持“井控操作证”上岗的制度，并具体规定了哪些领导干部、技术人员、操作人员应持“井控操作证”以及按不同岗位进行不同内容的井控培训要求。

10．标准最后一章要求三大集团公司、各油气田、钻井公司、钻井队等应建立井控工作分级责任制，成立相应管理机构，明确工作内容和职责，完善井控工作管理体系。

（二）SY/T5087《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》

本标准由石油工业安全专业标准化委员会提出并归口，起草单位是中国海洋石油总公司健康安全环保部和四川石油管理局钻采工艺技术研究院。本标准是在参考APIRP49：2001《含硫化氢油气井钻井、修井作业推荐作法》（英文版）的基础上，对SY/T 5087－2003《含硫油气井安全钻井推荐作法》标准的修订。标准修订小组由中石油和中海油的标准制修订人员组成。标准除前言外共分12章，并有资料性附录4个。标准规定了含硫化氢油气井钻井作业中的钻井设计、设备安装、井场布置、硫化氢监测、人员和设备防护、应急管理等方面的安全要求。本标准适用于油气勘探、开发中含硫油气井的钻井作业。

1．本标准对硫化氢的阈限值、安全临界浓度、危险临界浓度、氢脆、硫化物应力腐蚀开裂、硫化氢分压等术语进行了解释，并对其相关数值作出了规定，还对含硫化氢天然气和含硫化氢天然气—油系统进行了界定。

2．对作业人员、现场监督人员、来访者和其他非定期派遣人员提出了防硫化氢培训内容和时间要求。

3．规定了作业现场硫化氢、二氧化硫监测仪器的配置、监测传感器的安放位置、警报设置、监测仪器的检查、校验和检定等方面的要求。

4．在作业人员呼吸保护设备方面，对作业现场正压式空气呼吸器的功能、配置数量、存放、检查和维护以及空气质量、配套用空气压缩机都提出了相应要求。

5．标准还要求井场设备、所有工作房（如值班室、钻井液室、气防器材室、工程室等）的布置应考虑井场所在地季节风的主要风向；并在工作现场周围的立柱、道路入口、井架上等处设置风向标；井场应根据空气中硫化氢的浓度分别悬挂绿色、黄色或红色警示标志以向作业人员和周边群众表示：井处于受控状态或处于对生命健康有影响状态或处于对生命健康有威胁状态；还要求作业队伍在井场季节风上风方向选一临时安全区，并备有一个风向发生90°变化时可替用的临时安全区，供井队启动应急响应后非应急作业人员撤离用。

6．在含硫化氢地区进行钻井作业，所选用的井控设备、井下管材都应选用抗硫化氢腐蚀的材料；钻井液应使用除硫剂和控制较高的pH值以有利于金属材料抗硫化物应力腐蚀开裂和避免作业人员硫化氢中毒及事故的发生；标准还对井控设备的配套、安装、运输和修理提出了与硫化氢环境相适应的要求。

7．标准针对含硫地区钻井的特殊性、复杂性和风险性，对地质设计提出了特殊要求，尤其是钻井液密度设计，在地层压力当量钻井液密度值的基础上，无论是附加密度，或是附加井底压力，在规范的范围内应取上限值。

8．应急管理是SY/T5087前几个版本都不曾有过的非常重要的内容，修订时增加了应急预案编制的基本要求和内容，提出了应急联络、应急演练与培训、应急预案更新等方面的要求，规定了井队和抢险工作的应急响应程序。标准特别规定了发生井喷失控后，在人员生命受到巨大威胁、人员撤离无望、失控井无希望得到控制的情况下，由生产经营单位代表或其授权的现场总负责人决策，对油气井实施井口点火，而点火程序应在应急预案中明确。无论是由放喷管线放喷点火，还是实施井口点火，井场应配备自动点火装置，并备用手动点火器具。点火后，还应对当地季节风下风方向的硫化氢和二氧化硫浓度进行监测。

9．有关钻井作业现场的安全，标准首先强调的是生产经营单位承包方和作业方应以合同的形式明确各自的安全责任；还明确提出每天作业前，钻井（或安全）监督应按标准规定的主要项目进行日常安全检查，并做好进入受限空间和可能引起硫化氢着火的火源的控制。

10．标准不仅对含硫地区钻井作业提出了区别于常规钻井的特殊要求，如钻井液中硫化氢含量的控制（＜50mg/m³），pH值控制在（9．5～11），钻杆许用拉应力的控制（钢材屈服强度的60%以下）等以外，还对取心、测试、弃井和海上等特殊作业都提出了硫化氢防护方面的要求。

11．在标准的资料性附录A和附录B中，分别介绍了硫化氢和二氧化硫的相关物理数据（与空气的相关密度、自燃温度、沸点、可燃性、溶解度、爆炸极限等），美国职业安全与健康局、美国政府工业卫生专家联合会、美国联邦法规等推荐的人在硫化氢与二氧化硫环境中的暴露极限，以及人暴露在含不同浓度硫化氢的空气中所产生的影响和伤害程度。

资料性附录推荐了美国石油学会APIRP49－2001版“硫化氢扩散的筛选方法”，即根据硫化氢和二氧化硫的扩散特性，利用一定条件下的硫化氢释放数学模型来预测不同浓度下可能产生危险的严重程度和影响区域（暴露半径或扩散半径）。RP49中说：这些数学模型是在假设平衡浮力下的气态硫化氢在稳定的气象条件下，平坦的乡村地形等理想条件下建立起来的。而影响扩散半径的因素很多，如液体气体悬浮物密度、硫化氢的释放速率、方向和释放形式（井喷或管线破裂等）、地层流体的温度、地面复杂的地形地貌以及建筑物的大小、分布和形式等，这些影响因素都会对这些数学模型的计算结果产生很大影响，而这些影响因素，大多未被数学模型考虑。因此，APIRP49－2001版中推荐的这些预测模型，也仅仅是指出预测井喷时硫化氢释放一定时间后其扩散半径的一种研究方向。

（三）SY/T5964－2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》

本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口，标准起草单位是四川石油管理局钻采工艺技术研究院。标准规定了钻井井控装置组合配套型式、安装、调试与维护要求，本标准适用于陆上石油天然气钻井井控装置。

标准除前言外共5章，其中包括范围、规范性引用文件、井控装置配套、安装及技术要求以及调试、维护与检修。另外，有规范性附录3个和资料性附录3个。标准主要内容如下：

1．标准规定了井控装置的组成：以液压防喷器及其液控装置、套管头、钻井四通为主的钻井井口；以节流、压井管汇和防喷、放喷管线组成的井控管汇；以钻具内防喷工具、井控监测仪器仪表、钻井液灌注和处理设备组成的其他井控装置。

2．单级、双级和三级套管头的配置和安装，在附录A、B、C中分别详述了螺纹悬挂式套管头、卡瓦悬挂式套管头和简易底法兰的安装。

3．防喷器组合的基本形式和特殊形式、防喷器公称通径与套管头直径的配合关系、防喷器组的安装要求，其使用的法兰、密封垫环的型式、尺寸和技术要求应符合SY/T5127的要求。

4．防喷器液控装置（含远程台和司钻控制台）的安装、液控管线和控制电源线的铺设和周边环境的要求。

5．井控管汇的压力等级和通径尺寸、管汇闸门编号与开关状态、管线的固定以及节流管汇控制台的安装规定。

6．其他井控装置和工具的基本要求以及欠平衡钻井和抢险灭火特殊作业设备和工具的配置。

7．在调试一章中，标准规定液压防喷器关闭时间、远控台储能器充氮压力、压力继电器启、闭压力及调压阀的调节压力等值。还规定了不同压力等级的节流控制箱阀位变送器、压力变送器、储能器充氮压力、气泵停泵工作压力等相关压力值。

标准还规定了在井控车间和钻井现场安装后井控装置的试压要求，尤其是防喷器控制系统的可靠性试压和放喷管线的密封性试压。

8．标准要求钻井队参照附录D进行日常巡回检查和维护，并按附录E填写“井控装置班报表”，要求井控车间对钻井队的在用井控设备进行定期巡回检查，并参照附录F填写“井控装置现场检修记录表”。井控车间还应建立和不断完善井控装置的运行维护和检修制度。

（四）SY/T6616－2005《含硫油气井钻井井控装置配套、安装和使用规范》

本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口，由四川石油管理局钻采工艺技术研究院为主要起草单位，参加起草的单位有中国石油天然气股份有限公司和西南石油管理局。

标准规定了含硫化氢油气井钻井过程中井控装置的配套、安装和使用要求，适用于陆上含硫化氢油气井井控装置的选择和使用。

除范围和规范性引用文件外，标准其余章节重点规定了含硫油气井井控装置的配套、安装和使用，尤其是含剪切全封闸板防喷器的钻井井控装置组合以及剪切闸板防喷器的使用和管理。

标准的主要内容有：

1．含硫油气井井控装置的压力等级不应低于相应井段最高地层压力，有条件的应尽量采取承压能力高一级的井控装置。其选用的金属材料应符合NACEMR0175《油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料》的要求，非金属材料应能承受指定的压力、温度和硫化氢环境。

2．防喷器组合的基本形式除符合SY/T5964的规定以外，含硫油气井、区域探井应安装剪切闸板防喷器，并对剪切刀片提出了抗硫要求。

3．为保证剪断井内管柱时，断口以上管柱不跳动、不弯折，井队应配备一副127mm和88．9mm的钻杆死卡。

4．方钻杆上、下旋塞阀的配套和安装。

5．在油气层中钻进，钻柱下部应装钻具止回阀，其外径、强度应与相连接的钻铤相匹配，并规定了钻具止回阀的安装位置。为保证堵漏、压井时，因钻具止回阀堵塞等原因影响作业，应与钻具止回阀配套安装钻具旁通阀。标准对钻具旁通阀的额定工作压力、外径、强度和安放位置提出了要求。

6．按SY/T5087的规定，标准重申了钻井队配置、安装硫化氢监测、报警系统、空气呼吸器等防护器具和点火装置的要求。

7．在井控装置的使用一章，标准重点规定了用剪切闸板剪断井内钻杆或油管、控制井口的操作程序以及安全注意事项。还对钻具内防喷工具、井控管汇等其他井控设备的使用、维护和管理提出了相应要求。

除上述主要标准外，各石油集团还结合企业自身石油与天然气勘探开发的需要，制定了确保在含硫地区进行安全钻井作业的标准。如由石油钻井工程专业标准化委员会提出、中石油制定了企标Q/CNPC××—××××《含硫油气井钻井操作规程》（该标准报批稿已上报，即将发布）。标准重点规定了含硫油气井地质及工程设计、井场及钻井设备布局、井控装置和井用管材选用、人员培训、硫化氢监测及人身安全防护、钻井安全操作、应急预案制定及应急响应、井喷失控处理应遵循的基本准则等。标准适用于陆地含硫油气田勘探开发中的钻井作业，海洋钻井作业可参照执行。

该标准除与相关行业标准有共同的含硫油气井钻井安全作业的规定和措施以外，将应急预案的制定作了明确和详实的要求。

1．要求各油气田及下属钻井公司、钻井队、井控车间和各个专业化技术服务公司都应成立硫化氢防护应急领导小组，明确组成人员的职责。

2．应急预案的主要内容：组织机构、部门和人员的职责、环境调查报告、应急资源（人力和物资）、应急演练、评估与修订计划、现场监测制度、紧急情况报告程序、应急技术方案与措施、应急实施程序（包括人员撤离和点火程序）、相关方的联络人员和联络方式等。

3．钻井队的应急预案还应增加应急抢险防护设备及设施布置图、井场警戒点的设置及职责、人员救护措施、逃生路线和简易交通图、信息收集及联络电话。

4．制定应急预案时需注意的问题，如周边地形、交通、建筑、人员（含高危场所）、医院、消防等情况，不同半径危险区撤离单位、人员的通知清单和联络方式等，还应对井场周边群众进行硫化氢防护知识及逃生方法及路线的宣传。

为保证含硫油气井钻井过程中井控装备能正常运行，各石油企业在装备的使用上也制定了一些相关的标准，如中石油制定的Q/CNPC41－2001《防喷器判废技术条件》，四川石油管理局的Q/CNPC－CY622－2002《井控装置地面防喷器控制装置判废技术条件》、Q/CNPC－CY623－2002《井控装置防喷器控制装置耐火软管判废技术条件》等。

二、加大标准的宣贯力度，也加深了钻井人员对标准的理解和推动了标准的贯彻落实

2004年3月中旬，钻井工程专业标准化委员会在成都举办了SY/T5087－2003《含硫油气井安全钻井推荐作法》和SY/T5964－2003《钻井井控装置组合配套、安装调试与维护》宣贯会。来自三大石油集团各油田主管钻井生产的领导和技术人员共200多人参加了宣贯会。宣贯会上，由标准主要起草人结合“12·23”特大恶性含硫天然气井井喷事故发生的原因，重点讲解了两个标准的主要条款，以及标准存在的不足，这样较大规模的标准宣贯会过去极少有过。2005年6月初在西安，由石油钻井工程专业标准化委员会组织，召开了三大集团公司宣贯国家发展和改革委员会3月19日发布的SY/T6426－2005《钻井井控技术规程》和SY/T 5087－2005《含硫化氢油气井安全钻井推荐作法》的会议，有300多名代表参加了宣贯会。接着中石油和中石化在成都、重庆、宜昌等地也相继召开了以上述标准为主的宣贯会。2005年下半年，中石油和中石化的四川、辽河、中原、吉林、江汉、河南等油田也召开了上述标准的宣贯会。各油气田、钻井公司和相关专业化技术服务中心主管生产的领导、技术人员、管理干部、井队长等参加了会议。可以说，2005年整个石油行业掀起了宣贯钻井工程井控作业安全和硫化氢防护相关标准的高潮。毋庸置疑，石油行业各层面宣贯上述标准的热潮，将有力地加深钻井人员对标准的理解和推动标准的贯彻落实。

除国内各油气田加大了含硫油气井安全钻井相关标准的宣贯力度以外，各石油集团海外作业区块也在采取相应措施推动标准的宣贯。

比如，中国石油天然气勘探开发公司（CNODC）组建HSE和含硫油气田安全钻井及井控技术标准讲师团（成员来自中石油和中国安全生产科学研究院），先后赴伊朗、哈萨克斯坦（包括阿塞拜疆、乌兹别克斯坦）等国外作业区块进行宣贯。学员不仅有中国石油田天然气勘探开发公司海外项目部，也有长城钻井公司主管钻井工程的管理干部和技术人员。

在含硫油气井的钻井作业中，按标准搞好井控工作，通过标准宣贯的形式，在钻井人员中逐渐树立起以规范化作业确保安全作业的理念已成为钻井工程管理人员的共识。

三、提高含硫油气井钻井标准化工作水平的几点建议

井喷事故的发生，大多数是因为钻井作业人员违规违章操作所引起（包括井控设备存在的隐患）。近几年来，钻井人员对钻井工程标准化工作的认识程度已有显著提高，但钻井工程标准化水平，尤其是含硫油气井钻井标准化工作水平仍有很大的提升空间，不断提高含硫油气井钻井标准化工作水平才能不断促进钻井安全作业水平提高。

（一）整合内容相近的标准，方便钻井人员查询和使用

如前述几个标准，SY/T5964和SY/T6616可以整合，两个标准都是钻井井控装置配套、安装和使用规范，不同点在于SY/T 6616具有含硫油气井的特殊要求。因而，可将SY/T6616的内容作为SY/T5964的一章，使SY/T5964更完善。

（二）将企标升格为行业标准以完善行业标准内容的缺损

以液压防喷器为主体的井控设备，在长期的使用中会因运输、操作失误和长期在钻井液或井下作业液的浸泡中工作，以及经历井喷、井喷失控等事故产生磨损、腐蚀等而存在影响安全使用的隐患。因此，井控设备使用较长时间后，就应接受有资质的检测单位按标准进行检测，以确定该设备是否作技术淘汰或降级（额定工作压力等级）使用，这就需要制定石油行业有关井控设备的判废标准（或判废技术条件）。在这方面，有的石油企业标准化工作走到了前头，如中石油企标Q/CNPC等标准可升格为行业标准，以弥补行业标准在这方面的不足。

（三）加快钻井工程标准双语化进程

含硫油气井安全钻井标准的双语化随着石油企业海外作业规模的迅速扩展，其意义越来越重要，但目前双语标准的数量微乎其微。由于石油企业海外作业区块的外籍员工占多数，用双语标准去规范他们的作业行为以确保钻井安全作业尤为迫切。就目前的情况而言，钻井工程标准双语化的速度远远滞后于标准条款与国际（API）接轨的速度。因此必须加快钻井工程标准双语化进程。

（四）制定特殊钻井技术作业标准时应提出井控安全作业的要求和措施

随着欠平衡钻井、气体（空气、氮气、天然气、柴油机尾气等）钻井等特殊钻井技术在各油田的推广使用，钻井作业的风险性和危险性也越来越突出。因而，很有必要在制定特殊钻井技术作业标准时提出具体的、符合作业特殊性的井控安全作业要求和措施。