欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究 文献综述

第一篇：欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究 文献综述

欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究

文献综述

专业：机械设计制造及其自动化 班级：机自08-7班 姓名：朱韩鹏 学号：08041723 指导老师：贾星兰

2012年3月10日

欠平衡钻井过程中的事故分析及对策研究文献综述

前言

近几年随着大庆、胜利等大型油田产量的递减,中国的原油供应能力难以持续增长,今后发现巨型、大型整装油田的可能性已经很小,近十年来的实践经历证明,利用现有的勘探技术手段,不能够有效发现、开发、利用中国 的远景油气资源。要达到此目的,必须要有技术进步,产生相应的新技术。这为欠平衡钻井的发展提供了条件。欠平衡钻井是在钻井液液柱压力小于地层压力的情况下 ,有控制地让地层液体进入井眼的一种钻井技术。欠平衡钻井技术自20世纪90年代以来,在石油领域掀起了一场热潮,受到了国内外石油工程专家的普遍重视。通过对相关文献的检索和查询，使我充分了解了欠平衡钻井的来源、研究现状和未来发展趋势。他们总结了目前国际上欠平衡钻井的分类方法，并在综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用的情况下，提出了一种新的欠平衡钻井分类方法，然后就欠平衡钻井油藏筛选方法进行了系统论述。

关键词：欠平衡、发展、应用

正文

一：欠平衡钻井技术的历史：

20世纪90年代，欠平衡钻井技术开始在国外迅速发展，目前全球装备的欠平衡钻井数量已经超过1.5万口，到2010年将超过2万口。在许多发达国家，欠平衡钻井已经成为常规钻井技术，例如，美国、加拿大两国的欠平衡钻井已经占到本国钻井总量的1/5左右。欠平衡钻井技术有很多优点，例如，它能有效解决传统钻井污染油气层的难题，大大减轻钻井对地层的伤害。它从根本上解决了井漏难题，还能有效发现各种隐蔽性的油气层，从而开采那些用传统方法、设备、工厂发现不了的油气田。欠平衡钻井技术还能大大提高油气开采效率，例如，第一，产量方面，根据某些国外企业的统计数据，与常规方法钻水平井相比，欠平衡钻井技术能够使水平井产量提高约10倍；第二，速度方面，欠平衡钻井的速度比常规钻井提高了10多倍，有的甚至超出约20倍。

在国外，欠平衡钻井技术已经在多种技术路线上形成系统、完备、稳定、有效的装备和工厂技术体系，如气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井、淡水或卤水钻井液钻井、常规钻井液钻井和泥浆帽钻井等。从专利文献看，国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。不过，随着欠平衡钻井技术的不断更新，其专利部署空间在持续拓展。在油气钻探和开采这个特殊行业，靠所谓基础专利垄断国际技术标准的局面没有出现，今后也很难出现。

目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工厂和装备。

二：欠平衡钻井技术的分类及应用

分类：2005年，国际钻井承包商协会(IADC)发布了有关欠平衡作业和控制压力钻井的分类方法：按照风险级别分为O～5级_l ]；根据钻井流体类型，分为气体、雾化、泡沫、充气和低密度钻井液钻井。按照应用分为控制压力钻井(MPD)、欠平衡作业(UBD)、钻井液帽钻井(MCD)L3 ]。Weatherford公司欠平衡部门现提供三类欠平衡服务，即：PD(提速增效钻井)，用于提速、纺漏和防止页岩水化等；储层的UBD，实现保护储层，获得高产的目的；MPD用于精确控制井底压力，在窄安全密度窗口实现安全钻井。笔者综合考虑地层孔隙压力、流体类型及欠平衡应用情况，广义上将欠平衡钻井分为6类，即液相UBD、液相MPD、气相UBD、气相超UBD、气相OBD过平衡钻井)和气相提速。应用：1.国外主要钻井技术发展应用情况

欠平衡钻井作业的关键技术包括产生和保持欠平衡条件(有自然和人工诱导两种基本方法)、井控技术、产出流体的地面处理和电磁随钻测量技术等。到2006年，欠平衡钻井技术的进展主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。国外已经能成熟运用新一代欠平衡钻井技术，即在钻进、接单根、换钻头、起下钻等全部作业过程中始终保持井下循环系统中流体的静水压力小于目标油气层压力，同时欠平衡钻井技术也越来越多地与水平井多分支井及小井眼钻井技术相结合，有效开发了一些新老油田，其应用范围日益广泛，美国已将其列为21世纪急需的钻井技术。

国外已经实现了全过程的欠平衡钻井、完井。欠平衡钻井技术发展有如下几个关键方向：钻井模型分析；更有效的钻井液；更有效的井底导向系统与马达；有利于新的钻井液的井控与地面分离系统；集成化趋势。未来欠平衡钻井技术将进一步朝安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于保护油层和提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。2.中国主要钻井技术发展应用情况

中国欠平衡钻井技术自进入21世纪以来发展较快。到2006年末，已采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前第三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液体系实施了欠平衡钻井工艺技术，完

井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到2006年，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在中国国内产生了良好的影响。

随着中国欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在中国的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后中国各油田发展的目标。

由于使用欠平衡钻井技术对于发现及保护油气层等方面具有许多优点，其应用越来越广泛。随着旋转控制头、空气钻井马达等设备的研制成功，相继又研究出各种往井筒中注氮的方法，使欠平衡钻井工艺达到了大规模投人工业使用的程度，并呈现稳步增长的势头。其原因主要是人们对减轻地层伤害越来越关注，而且欠平衡钻井有可能提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏问题。在国外，该项技术已经成为一种成熟的钻井工艺。一些油公司曾报道，与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术使水平井产量提高了10倍。

目前，世界上已有包括中国在内的20多个国家应用欠平衡技术钻井，其中技术先进的国家有美国、加拿大、英国、阿根廷、墨西哥等。这些欠平衡技术先进的国家，技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面，常采用的技术有边喷边钻、泥浆帽钻井、充气钻井、连续油管钻井等。在钻井中可将地层水、海水、淀粉水、柴油、原油用做欠平衡钻井的循环工作介质，将散装或膜滤氮气、工业废气、空气、氮气和空气的混合气、天然气和空心玻璃球作为减轻剂或发泡剂。在美国，欠平衡钻井技术被称为上游石油工业急需的钻探技术，已发展成为钻井技术的热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。

我国是钻井技术应用大国，国内欠平衡钻井数量在快速增加，据专家预测，我国的欠平衡钻井可望在五年内从不足全国钻井总数的0.5%增加到3%500。其欠平衡钻井的技术进展也很快，目前各油田已经能够成功应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术。到目前为止，欠平衡钻井与水平井、套管钻井相结合的欠平衡钻井技术也得到了广泛

应用。在我国四川、新疆及鄂尔多斯等地的不压井起下钻技术、利用套管阀进行全过程欠平衡钻井等技术得到较好的应用，控制压力钻井技术也得到发展。我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且还设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。

通过应用欠平衡钻井技术，在油气勘探中取得了巨大成果。例如，在“九五”期间，大港油田针对前古近系深层勘探，在板深

7、板深8井、板深4井、板深701井、板深702等井采用低密度无固相钻井液体系实施欠平衡钻井工艺技术，成功发现了千米桥潜山亿吨级凝析，使大港油田南部古潜山勘探取得了历史性的突破。

四川油气田在钻探邓西3井时，采用全过程欠平衡钻井新技术喜获成功，测试日产气量达45.6 X104 m3，从而发现了邓西气田，并证明了“川西前陆盆地大型含气区”有较好的勘探开发前景。闻名中国石油的“磨溪速度”，欠平衡钻井新技术发挥了重要作用，磨溪气田的产能迅速翻番。四川油气田用145天钻成6 530 m的超深井、27天完成2000多米水平井段的钻进，欠平衡钻井技术功不可没。

应用欠平衡钻井技术，在松辽盆地深层火山岩领域，也取得了天然气的重大突破。2006年中国石化在长岭断陷的腰英台深层部署钻探了腰深1井，在3 544--3 750 m的营城组火山岩段测试，获日产30 x 104 m3的高产天然气流，一次提交探明储量大于400 X 108 m3 ,整个火山岩圈闭形成了一个千亿方级的大型整装天然气田。

但是，欠平衡钻井技术应用具有一定的局限性。适合欠平衡钻井地层必须具备如下条件:①地层地质资料清楚;②井壁稳定性好，不易发生坍塌;③储层HZS含量低于20 mg/cm3;④对钻井完井作业伤害敏感，而且不能有效消除这种伤害的低压、低孔、低渗储层，特别是碎屑岩储层。

在高压油气层、破碎或松软地层不适合使用气体钻井、充气及泡沫钻井技术，在出水严重地层、含HZS地层不适合空气钻井。三：欠平衡钻井技术中的问题

对于欠压实的地层；钻井“产出”的储层流体有油、气、水等，甚至含CO2或H2S；高压高渗地层，特别是高压气井；膨胀地层盐岩蠕动、泥岩膨胀缩径易

导致卡钻；油气产出过量，造成速敏；由于设备、工艺的局限性使设计实施困难等的井都要考虑是否实施或使用欠平衡钻井。

适应欠平衡钻井的地层有四大类：低渗透砂岩油气藏；低渗透微裂缝油气藏；裂缝及溶洞油气藏；过压实硬地层。四：欠平衡钻井技术的发展前景

目前全国难动用储量已达到石油50亿吨，天然气20万亿立方米，煤层气35万亿立方米；在中石油内部，欠平衡井在钻井总量中所占比例还很低——欠平衡/气体钻井技术有着十分广阔的市场需求和发展空间。

欠平衡钻井技术的发展趋势是:(1)随着工具的进一步改进，全过程欠平衡钻井技术将得到广泛应用;(2)井底压力自动控制技术(控制压力钻井)将得到快速发展;(3)欠平衡钻井水力分析模型会更加完善，计算结果将更切合实际;(4)随钻井底压力、地层压力测量技术将迅速发展;(5)与套管钻井相结合的欠平衡钻井技术将日臻完善;(6)空气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等技术将广泛推广和应用。

未来的欠平衡钻井技术将进一步朝着安全、简便和适用的方向发展。这项技术对于发现低孔低渗储层油气、保护油气层、提高钻井速度具有重要意义，将广泛用于低压低渗油田和老油田。

总结：

总的来说，我国欠平衡钻井技术发展起来的时间并不长，技术也并不成熟，存在一些问题有待解决，但欠平衡钻井技术在现代钻井技术中占据了重要的地位，随着时代的发展越来越能体现出它的作用来。

参考文献：1.韩玉安等.欠平衡钻井的发展状况及专用设备的发展方向.西部探矿工程

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第二篇：欠平衡钻井技术及应用

欠平衡钻井技术及应用

摘 要：欠平衡钻井是国际上90年代初再次兴起的提高勘探开发效益的钻井新技术。近几年我国来在油、气田勘探开发方面已进行了大量技术研究和现场试验，并取得了显著的成果。欠平衡钻井的相关理论和技术研究已经成为钻井工作者的一个研究热点。

第1章

欠平衡钻井相关理论

1.1 油气藏筛选理论

1.1.1 适合欠平衡钻井的油气藏

1、具有潜在井漏或钻井液侵害的油气藏

这些油气藏包括晶间渗透率大于1μm2的地层；具有大的宏观开放型裂缝的地层；具有大量连通孔洞的非均质碳酸盐地层；可以导致过平衡压力大于6.9MPa的压力枯竭地层。过平衡钻井最坏的情况是高渗透性特点与严重的压力枯竭相结合。对于上面提到的这些油气藏来说，由于很难设计有效的过平衡钻井液体系，所以它们是欠平衡钻井的最佳选择对象。特别是在裂缝性或非均质碳酸盐油气藏，很难形成防止钻井液滤液和固相侵害地层的均质稳定滤饼，并且发生抽汲后，地层内的流体仍旧会不受约束的流入井眼。在这种情况下形成的滤饼，经常引起压差卡钻，最终导致毁灭性卡钻事故。在具有宏观渗透性特点的水平井中，由于重力引起的排泄，可能会发生井漏。

2、具有岩石-流体敏感性的地层

相当大的地层损害可能是由于不相溶水基滤液与地层粘土或其它活性材料的有害反应引起的。许多地层含有水活性粘土，如蒙脱石或混层活性粘土。这些粘土与非抑止性水基钻井液接触会发生膨胀，并严重影响采收率，而且在某些情况下，会影响近井眼区域固结。有些地层可能还含有悬浮粘土和细颗粒或可运移材料，如高岭石粘土，碎岩屑，焦沥青和无水石膏。这些问题中的许多情况可以通过欠平衡钻井技术或合理的采用油基或抑制性水基钻井液的过平衡钻井技术来解决。

3、具有液-液敏感性的地层

欠平衡钻井可以防止不相溶的钻井液滤液侵入地层，从而消除侵入滤液与地层盐水或原油发生有害反应。其中的一种有害反应是高粘水包油乳化剂钻井液被圈闭在近井眼区域。另外的有害反应包括：由于油基钻井液侵入油气藏原油引起脱沥，从而导致渗透率的降低；由于不相溶的水基钻井液滤液和地层盐水混合而导致地层胶合和固体物沉淀。正确的地质化学试验和相溶性试验可以消除大多数常规过平衡钻井过程中遇到的这种问题。然而，在特殊情况下，应首先采用欠平衡钻井来避免将具有潜在有害反应的材料引入地层。

4、具有潜在自吸能力的地层 由于有害的相对渗透率效应，近井眼区域的水或烃形成永久性圈闭，从而导致地层产量的降低。如果使用了错误的钻井液基液，欠平衡钻井会由于自然的对流自吸效应而使这一问题更加恶化。然而，合理设计的欠平衡钻井工艺可以成为一种减轻与钻井液保留和圈闭效应相关的潜在问题的有效途径。利用一种非湿性流体作为欠平衡钻井作业的基液，如果欠平衡钻井条件得以维持，那么就可以防止自吸和降低相圈闭的可能性。从而可以防止钻井液基液进入地层而直接产生驱替和圈闭。

5、油藏性质高度易变的地层

在油气藏渗透率、孔隙度或孔隙喉道尺寸的分布上呈现出很大差别的高度层状地层或大量沙岩或碳酸盐地层代表了设计有效过平衡钻井液体系的主要挑战。在这些情况下，为了获得预期的主要产量，通常设计的过平衡体系用来保护质量较好的那部分基岩。而这有可能对其它部分的潜在高产油气层造成严重损害。在其中的某些情况下，利用欠平衡钻井工艺可以从目标层段获得更加均匀的开采。

6、具有活跃的地下水并且对水锥进敏感的地层

在这样的地层如果采用过平衡钻井，那么钻井液会侵入地层，引起水锥进效应，并且在完井后的试油作业过程很容易向水层打开通道，给今后的开采带来麻烦。而欠平衡钻井，由于井底压力低于地层孔隙压力并且不需要试油作业，所以可以降低或避免以上问题的发生。

7、低钻速地层

对于某些硬地层来说，利用欠平衡钻井和利用过平衡钻井相比，机械钻速可以提高10倍，从而减少了钻井时间和相关费用。在有限的几种情况下，欠平衡钻井的主要目的是提高机械钻速而不是避免地层损害。2.1.2 不适合欠平衡钻井的地层

1、高压和高渗透率相结合地层

从地层损害观点看，虽然埋藏较深的高压，高渗透率地层代表了欠平衡钻井最具可能性的地层之一，但是在地面可能出现安全和井控问题。井底压力高于21.7MPa，特别是在气层中，更适合常规的旋转钻井设备和旋转控制头。在这种情况下，由于地面额定压力非常大，所以采用连续柔管钻井可能更合适。相反，如果需要的地面注入压力较高，那么蓄积在地面连续管柱中的大量压力流体也会带来不安全因素。

2、受压力约束的地层

通常,具有不同压力的多个产层的油气藏或在给定的目的层中存在明显的压力变化的油气藏，是不适合采用欠平衡钻井的。

3、常规地层

大多数地层可以从完美的欠平衡钻井设计和执行中受益，但欠平衡钻井比常规的过平衡钻井昂贵得多，并且存在一定的风险和问题。对常规地层来说，如渗透率低于0.5μm2的均匀晶间地层以及具有较低的岩石（流体和流体）流体敏感性的地层，设计合理的过平衡作业与价格昂贵、风险较大的欠平衡作业相比，可以产生相当的或更好的效果。2.1.3 油气藏筛选程序

对于直井或水平井的欠平衡钻井来说，筛选合理的油气藏是非常必要的。通过研究油气藏的构造图以及收集和分析相关的数据，可以描述出油气藏为均质油气藏还是非均质油气藏。需要提供和研究的油气藏数据参数包括油气比原油的API密度、平均孔隙度、平均渗透率、地层体积指数、压力、温度和含水量。另外，油气藏的构造资料、注水、注气以及原油粘度都在“区分油气藏特征”方面起着一定的作用。在油气藏筛选问题上，应该由一个有钻井工程师、油藏工程师、地质学家、地球物理学家、岩石物理学家、采油工程师、欠平衡钻井专家、安全专家、经济师等组成的多学科工作组来完成。多学科工作组在进行这项工作时，必须仔细考虑一个用于单个油气藏筛选的详细筛选程序。这个筛选程序为[8]：

1、用简单的欠平衡钻井技术能否完成这口井；

2、以我们现有的数据能否证明欠平衡钻井技术在此油气层中优于过平衡钻井技术；

3、用欠平衡钻井技术潜在的风险和事故；

4、该地层能否承受住压力降低而不坍塌；

5、欠平衡钻井技术与长期的油气层优选相比较费用是否划算；

6、多学科工作组是否对油气藏已经做了足够的研究工作；

7、初始油井设计是否能满足油气藏开发标准；

8、现有的井控设备能否满足预期的油气层条件。

第2章

欠平衡钻井关键技术

2.1 欠平衡钻井液技术

欠平衡钻井液技术是能否实现欠平衡钻井的关键技术，是实施欠平衡钻井的主要内容。采用流钻时不需要向钻井液中加入时密度降低的外加剂，也不需要由此而必备的的辅助设备和外围辅助设备，因而钻井成本较低。采用人工诱导方式产生欠平衡条件，有两种实现方法。第一种是直接用低密度的空气、雾化、泡沫等钻井液；另一种是往钻井液基液中注入一种或多种不凝气，以降低钻井液密度，实现欠平衡钻井的目的。采用这种方式，需要在在钻井液中加入减轻剂和使用减轻剂制备与充入设备，以及对返出钻井液进行处理的外围设备，钻井成本较高。2.1.1 选择欠平衡钻井液体系应考虑的问题

选择欠平衡钻井液十分重要，选择钻井液时要根据所钻欠平衡井的类型、井身结构、储层物性、孔隙压力等来综合考虑选择合适的欠平衡钻井液。还要考虑钻井液基液本身的物理性质，比如粘度效应低、无腐蚀性、毒性低等。

1、钻井液可实现的最低密度

于开发特定的储层，其孔隙压力基本是已知的，所以实现欠平衡过程中欠压值确定的情况下，所需要的钻井液密度就确定了。而对于探井实施欠平衡，由于目前还没有一种能准确预测 地层孔隙压力的方法，给出的地层孔隙压力只是个参考值，而欠平衡钻井的核心就是钻井液的液柱压力要低于地层孔隙压力，这就要求选择的欠平衡钻井液体系的密度在一定范围内可调，特别是可实现的最低密度要比给出的地层孔隙压力系数要低，已知实际地层压力系数低于预测的地层压力系数时，可以降低钻井液的密度，实现欠平衡。

2、钻井液稳定井壁的能力

实施欠平衡钻井的前提是井壁要稳定，开发井储层比较明确，技术套管可以下到储层的顶部，而探井储层不明确，而且可能勘探的还是多个层，加之地层的孔隙压力不是很准确，在实际实施过程中，能否真正实现欠平衡还不是很清楚。除非在确切知道所实施的欠平衡井段十分稳定的前提下，可以不考虑井壁的问题，否则，在含有大段泥岩地层实施欠平衡钻井，就要考虑欠平衡过程中的井壁稳定问题。

欠平衡井壁稳定的问题，实际上就是在确定了的负压差条件下，实现欠平衡时钻井液的液柱压力是否高于欠平衡段地层的坍塌压力，如果实现欠平衡时钻井液的液柱压力是高于欠平衡地层的坍塌压力，那么井壁就是稳定的；否则，井壁就要失稳，换句话说，这个层段就不合适实施欠平衡钻井。在液柱压力高于地层的坍塌压力条件下，就实现了井壁的力学稳定，而在欠平衡实施过程中，特别是在低渗透水润湿储层（气层）实施欠平衡钻井时，水基钻井液会因对流自吸作用而滤失到近井眼，也可能引起井壁的不稳定问题发生。所以在选择欠平衡钻井液时也要考虑化学稳定井壁的问题。

3、欠平衡钻井液的携屑能力

安全钻井的前提就是钻井液要把钻头所破碎的钻屑有效的携带出来，欠平衡钻井也是一样，而且欠平衡钻井的机械钻速相对较快，欠平衡钻井液的携带问题显的更为重要。有的地层很稳定，使用清水可以实施欠平衡，而且可以采用提高排量来满足携屑能力，又会产生钻井液冲刷井壁，引起井径扩大。所以这就要欠平衡钻井液要有较好的流变性，即要有较好的携屑能力，满足欠平衡钻井安全施工的需要。

4、欠平衡液与地层产出物的相容性

[22]

在欠平衡钻井作业中，如果确实达到欠平衡钻井条件，地层中的油、气、水等单一或其混合物将从地层流入井眼并与循环的钻井液接触。这样，就会对欠平衡钻井液产生稀释降粘或增粘等作用，所以在选择欠平衡钻井液的时候要充分考虑欠平衡钻井液与地层产出物的相容性问题。

而在有的井实施欠平衡作业时，使用的是乳化钻井液，特别是在实施油层欠平衡钻井作业时，如果没有选择好合适的乳化剂，储层的原油侵入井眼后会产生高黏度的稳定的乳化物，导致钻屑分散性差，钻屑积聚和卡钻。在选择表面活性剂时还应十分谨慎，防止当钻井液漏失到地层中引起地层润湿性发生变化。

另一个要防止的问题是钻井液滤液与地层水相互作用产生结垢和沉淀物，也就是钻井液与地层水不配伍的问题。如果是充气钻井，在注入气中含有CO2，CO2溶解在产出或循环液的油中，在高的井底压力下会产生沥青。

5、防腐问题

如果使用充气，盐水钻井液等来实施欠平衡作业，就存在腐蚀的可能性，若地层中产出的气体中含有H2S，腐蚀问题会更加严重，容易产生氢脆问题。这就需要对欠平衡钻井液进行评价，采取加入除氧剂、除H2S剂等，还要仔细分析评价游离气、溶解气和地层水等。

6、对流自吸作用

如果欠平衡钻井作业在低渗透水润湿的储层中进行，毛细管压力作用可能导致地层损害，即便是在连续的欠平衡条件下，因水基钻井液的对流自吸作用而使钻井液滤失到近井眼带。这一问题可通过在钻井过程中全面脱除液体介质或选择非润湿液作为基液来解决，如选择柴油，稳定的凝析油和植物油等。选择非润湿性流体作为基液，是减轻对流自吸作用把侵入损害降低到最低程度的唯一方法。

7、对测井和录井的影响

选择欠平衡钻井液时还要考虑钻井液对测井和录井是否有影响，在可能的情况下，选择的钻井液应对测井和录井无影响或影响达到最小。

8、钻井液的经济性和安全性

在考虑了以上选择欠平衡钻井液的因素外，还要充分考虑钻井液的成本及使用过程中的安全性问题。

2.2 欠平衡钻井井底压力控制技术

井底压力控制时欠平衡钻井成功的关键，如果井底压力控制不当，会造成过压钻井，导致油气层污染，从而降低油气产能，甚至引起井漏等井下复杂事故，影响整体勘探开发的效果。井底压力影响因素分析: 可能造成井底压力波动的因素有：①地层参数和井筒几何尺寸；②钻井液参数和注入气体类型；③泵排量和气体注入速度；④随钻气液产量；⑤地面控制程序（主要是节流阀开度）；⑥注气方式；⑦起下钻、接单根和修理设备等操作。

1、地层参数和井筒的几何尺寸

地层压力是欠平衡钻井过程中首先要搞清楚的最基本压力，一切欠平衡的压力计算建立在这个压力基础之上。其他地层参数，如坍塌压力、破碎压力、岩性、产层等参数是设计井底负压值和井口回压的重要依据。井筒的深度、井径和井身结构是计算环空静液柱压力、环空循环压力损耗的稳定参数。

2、钻井液参数和注入气体类型、方式

由于地面上对返出钻井液中的油气进行了充分的分离，因此钻井液性能对压力波动的影响很小，除非人为地对钻井液性能进行调整。注入气的类型影响，主要是指所注入气的性能参数，它影响了井底压力的计算，如果注入气溶于钻井液，会影响钻井液的性能。同样，注入方式不同，所产生的效果不同，主要反映在钻井液柱压力的大小上。

3、泵排量和气体注入速度 泵排量是主要影响因素，它的变化反映在泵压、套压得变化上。影响着Pm、Pf、Pacc、Pt的变化。在欠平衡钻井中，气体在井眼内占据的体积和相应的流动循环摩阻对井底压力的大小影响很大。前者使井底压力下降，后者使井底压力增加，二者相互影响、制约，又会影响地层流体进入井眼气体的流量，这说明在给定的欠平衡钻井条件下，环空气量降低井底压力存在一个极限值——最佳注气量。①钻井液排量一定时，井底压力随着环空气量的增加而下降，但有一个极限值②一般而言，排量越小，井底压力的下降幅度越大。③环空气量一定时，井越浅，井底压力降低幅度越大，说明浅气井的井控问题突出。

4、随钻气液产量

这是一个很难精确控制的因素，但却对井底压力有重要的影响，上文说到它是设计井底负压值和最大井口回压的主要依据，同时也是在钻进过程中调节井底负压值的参考依据之一。在钻进过程中可以调整，最简单的办法是根据地面产量的测量数据，考虑影响因素，根据产层渗流方程进行回归分析。

5、起下钻、接单根和修理设备等操作

在起下钻、接单根和修理设备操作时，循环被终止，此时，在不同欠平衡工况条件下，由于没有摩擦压力损失，井底压力都会发生不同程度的变化。

（1）接单根

接单根时，井底压力下降，井底负压值增大，产油气量增加，其产出量取决于井眼类型、产出率等因素。在较长裸眼段的水平井内，过多的产液量引起钻井液分离，从而在较低部位引起静液压力变化，可能导致过平衡状态或负压增加。重新循环时，摩擦压力作用于井底，因液流加速度而增加，可能会导致压力激增。特别是钻杆注气，井底压力波动较大。采用环空注气在接单根时，如果环空关闭，井筒上部钻井液出现分离；如果环空开放，由于产出液的渗入，液柱压力增加幅度不大。因此，可保持适度的连续气量注入以避免压力激增。与钻杆注气不同的是，环空注气时井底压力取决于上部液体及注气速度。

（2）起下钻速度

起下钻很难保持欠平衡状态，如果连续管钻井，可以通过钻杆注气的方式进行维护；如果是流钻条件钻井，则需要压井，此时井下将达到过平衡状态，应该用不压井起下钻工艺[24]；应用环空注气与不压井起下钻工艺结合，效果较理想，可以维持连续的欠平衡状态。同时起下钻作业会引起抽汲压力和激动压力，要严格控制速度，避免引起井底压力产生较大波动。另外，欠平衡钻井时，尽量缩短设备的修理时间。

第三篇：低压欠平衡钻井(勘探应用)

低压欠平衡钻井 —勘探钻井中技术发展新动向(续)

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罗平亚

孟英峰

摘要 介绍了国外欠平衡钻井的发展与应用，以及目前存在的主要问题。在此基础上提出了低压欠平衡钻井技术系列，它是一套特殊工作液(气体、充气液、特殊泡沫、低密度液体)、特殊压力控制(平衡、欠平衡、过平衡)、低液柱压力与特殊屏蔽暂堵相结合的技术。

主题词 勘探钻井；低压钻井；欠平衡钻井 中图分类号 TE249.1 4.2 技术的应用现状与效果

利用低压钻井技术打开储层增产，70年代初在美国、欧洲、中东、前苏联等地就开始流行。但当时人们的注意力是高压、高渗、高产油气田，对低压、低渗、低产油气田不太重视，该技术并未受到特别关注。进入80年代，采用低压钻井技术打开产层，逐渐受到人们关注。

利用水平井技术提高油气田采收率是国际上80年代的先进技术，而国际上90年代再次发展起来的低压钻井技术一开始就紧密与水平井技术相结合，出现了低压钻井钻水平井的新技术，这项新技术广泛地应用于勘探和开发领域中。

水平井钻井过程中的储层伤害有其特殊性。一般垂直井储层井段的伤害上下比较均匀，伤害深度较浅；而水平井由于水平段钻进时间长，为维持井壁稳定而采用较高密度钻井液，造成了水平井根部（Heel Part）的长时间浸泡，此处地层伤害严重，整个井段的地层伤害呈锥形。恰恰伤害最严重的根部是对油井产量贡献最大的部位。一般而言，同样地层和施工条件下水平井的地层伤害要比垂直井严重许多。

为了更好地发挥水平井的增产作用，人们将低压钻井、欠平衡钻井等低伤害钻井方法与水平井技术结合使用。所做的数值模拟表明：若用无伤害的水平井技术打开产层而保持表皮系数为零，那么其它钻井方法的产层伤害造成的表皮系数增加将等效于水平井段有效段长的大幅度降低。比如伤害造成表皮系数为5时，实1000 m水平段只相当于无伤害的500 m段长，当然其产量要受到严重影响。如果能做到水平钻井不受伤害或少受伤害，则水平井的增产效果必定有大幅度提高。

比较早的典型实例是加拿大Weyburn油田的一系列实验结果。油田是1950年全部投入开发的，1974年开始注水开发。为了提高最终采收率，从1985年至今共钻了149口垂直加密井，平均产量每天5.3m3，总采出量为25.8%，属于裂缝—孔隙型储藏。为了提高采收率，1991年钻了三口水平井，平均日产8.3m3，增产效果不理想，分析结论为储层伤害所致。1993年钻第一口低压欠平衡水平井，水平段长363m；第二口水平井段长357m，平均日产25m3。1994年初钻一口侧钻水平井，段长659m，日产55m3。同年钻段长923m水平井，日产95m3。增产幅度越来越高，技术也日趋成熟。

现场试验的成功和实用技术的完善，大大刺激了欠平衡钻井的发展。仅在加拿大西部，每月完钻的欠平衡钻井数量直线上升。1993年以后进入迅速发展时期，最高曾月完井39口。泛加石油公司则根据实钻统计提出的“欠平衡水平井可以比常规直井增产10倍，比常规水平井增产6倍”的基本估计。

加拿大的低压水平井是以开发稠油、开发裂缝性储藏为特点，美国的低压水平井技术也是以开发裂缝性储藏为特点，同时在开发致密气资源上颇具特色。在储层压力上的共同特点是低压储层，近一两年欠平衡技术也开始延伸到常规压力和高压储层。

在美国的Austin Chalk储层，是裂缝—孔隙—溶洞型复杂储层，目前欠平衡钻水平井技术非常活跃，是世界上欠平衡钻井的活跃点之一。欧洲许多国家也开始试验欠平衡水平井技术。

致密气开发是美国的一大科技优势，美国有大量的泥盆纪页岩气藏和致密砂岩气藏，低压、低渗、严重水敏，常规钻井方法几乎不能获得工业性气流。用常

43规泥浆钻了上千口垂直井，平均产量0.84×10m／d。美国能源部组织研究项目，决定用空气／雾化／泡沫钻直井和水平井，以求获得产能；如果效果仍不好，则采用气体压裂、泡沫压裂、泡沫加砂压裂方法增产。用空气钻的垂直井产量提高了3倍，约2.5×104m3／d；用空气钻的水平井产量提高了约10倍，达到8.4×104 3m／d左右。因此，空气钻水平井成了页岩气藏开发的首选技术，而且配合氮气泡沫加砂的水平井多次压裂进行增产改造。进一步的研究还表明：无伤害地钻开井眼（如空气钻井）与普通钻开的井眼，采取相同措施进行增产改造后的效果也不相同，说明地层伤害也会影响到增产改造的成功实施。美国从事致密的低压低渗气开发已有20年历史，从阿巴拉契亚和圣胡安盆地，至落基山地区各主要含气盆地，最近扩展至德克萨斯和中陆地区，都有丰富的致密气资源；低压钻井技术、水平井技术、新型压裂等新勘探开发技术使致密气开发由不经济转为热点开发。美国目前有12200 口井开发致密气，占天然气生产井数的1／3以上，年产量达7×1010m3。

在美国，应用多侧向分枝水平井技术与低压欠平衡钻井相结合进行多层位开发，是很成功。美国Austin Chalk储层，就是采用这种联合技术，同时采用顶驱钻机、随钻长筛管、牺牲马达，进行边喷边钻、边漏边钻、边钻边完井，钻开一层投产一层，逐层向上移动。实践证明，这是该储层最合理的开采方式。4.3 技术改造的主要内容与途径

美国和加拿大在低压欠平衡技术的发展过程中起了主要作用。美国由于国力雄厚、基础工业发达，在低压钻井发展、应用及配套措施上做了很多工作。而加拿大由于丰富的非常规油资源和敢想敢干的精神，在欠平衡钻井方面起了开拓作用。

美国在70年代以前就已经投入了相当大的力量研究、发展低压钻井技术，由于该技术的高钻速、低成本，成为首选钻井方法。低压钻井技术成为美国钻井领域中必不可少的一个组成部分，当时主要是空气钻井、泡沫钻井和充气液钻井。全国低压钻井的承包、设备租赁、技术服务已成体系，在能够采用低压钻井（尤其是空气钻井）的场合就一定优先采用。在加拿大、欧洲，也是同样如此。

进入80年代之后，使其适应新形势的需要。首先采取了政策刺激、优惠税率等办法，激发非政府投资向难拿储量的开发和研究上倾斜，例如限制石油进口、调节油价、实行难拿储量税收豁免和优惠，如低产、三采、边远地区、稠油、致密气、煤层气等都有相应的优惠政策，对首次100万美元以上勘探开发投资予以20%免税，这些政策大大刺激了对难拿储量的勘探开发投资。同时美国能源部、内政部、GRI等拨出专款，进行全国性调查（资源调查和技术调查）、科技投入、新技术示范工程等。自1980年始至1996年，美国政府组织了95个提高采收率、拿难拿储量的技术示范工程，共投资25亿美元。此类项目一旦批准，政府便负担投资1／3，承办公司负担2／3。政府的这种组织和引导行动，对近几年美国石油技术的发展起到了不可忽视的作用。

下面简单介绍与低压欠平衡钻井相关的技术发展情况。

实验结果表明：用空气钻井钻水平井，确实大幅度提高了非常规油气资源的开发效率。为了彻底消除空气钻井对致密气藏、页岩气藏的伤害（由于空气雾化钻井中的水基雾滴和携带出的地层水的水膜等的吸水、水敏伤害，以及可能存在的粉尘伤害），能源部专门组织了反循环干空气钻井实验。反循环的目的是保证干空气在环空内，地层水和雾化液在钻杆内，压缩机将空气在地面干燥处理后再入井，保证不含水。钻井和产层评价中应用了井下电视；就地注氮气进行气测渗透率分析；适合于干井眼测井系列分析等实验。结论是干空气钻井对地层基本不存在伤害。美国能源部又组织了大型调查项目：空气钻井在美国钻垂直井和水平井的潜力。调查报告详细分析了空气钻井在美国的应用现状、存在问题及发展方向。

美国能源部Morgan研究所为协调单位，组织规划了全美大型示范工程项目—DCS计划，将储层伤害最小的钻井（Drilling）、完井（Completion）、增产（Stimulation）形成系统。这实质上是一个低压系列的钻井、完井、增产改造系统。钻井方法中，从对地层伤害由小到大、钻井成本由低到高，依次排列的实验技术为：气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气液钻井、欠平衡优质泥浆钻井；增产改造（酸化压裂）方法中，从对地层伤害由小到大依次排列为：气体（CO2、N2）加砂、氮气泡沫、氮气泡沫助排、烃基液、水基液。完井新方法中重点突出了层间隔离裸眼完井、可增产改造裸眼完井、洞穴改造完井等新方法。并在美国布署了24个实验区。

除了DCS计划外，围绕配套于低压钻井、低压低渗开发的完井问题，美国先后推出一些新的完井方法，如：直接裸眼完井、低密度泡沫水泥固井、泡沫砾石充填、管外封隔器裸眼完井、以及其它的特殊完井方法。但总体来看，完井方法仍然未能理想解决。

在与低压钻井配套的增产改造措施上，先后推出了泡沫酸、雾化酸、泡沫单井压裂及泡沫压裂整体改造，水平井分段裸眼压裂与酸化、水敏性致密气藏醇处理等技术。尤其是氮气泡沫加砂压裂，是对低渗透的一大贡献。极低失水和强封堵保护储层，使其特别适于低渗透油气藏，其产量比常规水基压裂提高2至4倍，最大压裂规模已至1000m3基液、140t砂。自1980年以来，美国平均每年泡沫酸化压裂1000口井次以上，平均每次处理增产250t。水平井分段裸眼压裂则是美国DOE组织的另一个示范工程项目，其产量提高是垂直井压裂的10倍左右。在配套的三采技术上，泡沫驱替、泡沫封堵、转向保护、泡沫调剖、泡沫热采、泡沫段塞改善气水锥进、人造气顶驱等技术先后实施，已经成为三采中的重要方向。但目前还不能说这类问题已经解决。

美国的煤层气开发中低压钻井起到了关键性作用。90%的煤层甲烷直井、水平井均是空气钻井所钻，这不单是由于降低成本的需要，更重要的是由于保护储层不受伤害的需要。煤层井钻完之后，普遍采用气体动力洞穴完井做为增产改造措施。美国DOE与AMOCO联合，还组织了向煤层注氮气，驱替和竞争吸附提高甲烷采收率。中国煤层气开发不成功，除了中国煤层的气饱和、特低渗以外，技术上没有空气钻井、没有气体动力洞穴完井，也是不利因素之一。

为了同气基流体的低压钻井技术相配套，美国能源部组织了一系列的技术攻关项目，以解决低压钻井技术中出现的新问题。典型的重要技术有如下内容。气基流体的井下动力钻具和导向工具：井下动力钻具有气基流体（气体、泡沫、充气液）涡轮钻具及配套减速器、螺杆钻具、水平井自推进冲击式钻具（井下气锤的改进产品）。气基流体的随钻测量：因流体含气，故常规MWD不能再用，进而发明了电磁MWD（EMMWD），用于轨迹测量和导航钻井，更简单的轨迹测量有缆式测量工具（CDT系统）。气基流体测井技术：因流体含气或纯气，有些测井方法失效（如声波、电阻率等），故形成了气基流体测井系列，但总体讲还不是十分完善。地面设备：发展的最重要地面设备是井口旋转头（RHCs，Rotary Head Control System）和高压注气系统。氮气发生器：为了井下和地面安全，将注入空气改为注入氮气，故产生了地面制氮系统，最常见的是空心纤维的膜分离装置。还有其它一些单项技术，此处不再一一列举。

在加拿大，则明显标志为欠平衡钻井钻水平井。1993年初Husky公司首次采用液氮为气源，钻了三口充气液水平井。第一口为泥浆充空气，但控制原油不使其流入井内，结果增产并不理想，分析原因仍是储层伤害所致。第二口则改变了方案，实现真正负压差，在泥浆中充氮气，允许原油大量涌入井内，形成了原油充氮气的充气液钻井，增产效果比同区常规水平井提高约三倍。对设备进行改造后钻了第三口井，不但原油充氮气，而且对返出流体进行地面分离，回收原油，效果很好。但液氮耗量惊人，每天达12万美元。因此，该公司委托加拿大Calgary大学火烧油层实验室，进行氮气与空气混合的充气液井下烧爆实验，找到了空气混60%氮气的阻燃比例。Husky公司以此为依据发展了混合气体的充气液钻水平井，液氮费用降至每天6万美元。此后，美、加多个公司竞相进行此类实验，终于在1994年出现了膜分离现场制氮设备和密闭地面循环系统。目前，该技术已经商业化，配套设备和技术有：井口旋转头控制系统、地面制氮系统、高压注气系统、地面分离系统、监测仪表系统、支持软件系统。该技术在美、加、欧洲正在被广泛采用。

在美国，该技术延伸发展，由低压充气液欠平衡，发展到了轻泥浆低压欠平衡，即用比储层压力系数低的轻泥浆钻开储层，实现欠平衡边喷边钻。在设备上去掉了高压注气系统和地面制氮系统，地面分离也多采用分级分离方法。注意，轻泥浆的低压欠平衡钻井只能用于常规压力或高压储层，不能用于低压、低渗等层位。在美国Austin，最高极限是用1.80密度的泥浆欠平衡钻开2.04压力系数的储层。

由于欠平衡钻井有对储层伤害小、直接的油气显示等优点，近年来，随着老井重入、老井加深、老井侧钻及小井眼技术的发展，柔性盘管钻机与充气液低压钻井方式相结合，以氮气为气源进行产层各种作业，在加拿大、美国发展非常迅速。在美国，更新的水平井技术也正进一步与低压钻井、欠平衡钻井相结合，以产生更有效的勘探开发手段。如：超长延伸水平井技术、地质导向水平井技术、重力辅助的蒸汽驱成对水平井技术、多侧向水平井技术等。人们为重力辅助蒸汽驱的成对水平井技术，研制了井间电磁MWD技术，这种方法可以很好地用于各种方式的低压钻井。多侧向分枝水平井技术，是一个多层位开发的新概念，该方法已经在美国的Austin Chalk储层与欠平衡钻井结合得以实施，效果很好。在严重水敏、严重吸水的低渗、特低渗油气层，用无伤害低压欠平衡钻井钻超长水平井、分枝水平井，代替常规水基压裂，是颇具吸引力的一项新技术。

在美国，低压钻井年进尺数至少占总年进尺数的30%，仅空气钻井一项就占16.7%（1992年美国能源部统计报告），有些区域低压钻井进尺数占总进尺数的90%左右。前苏联于1984年的统计，气基流体钻井进尺占年总进尺的18%。1993年在加拿大开始出现欠平衡钻井，仅在该技术出现的这年，加拿大就有200余口欠平衡的水平井完钻。1996年的统计结果显示：1994年美国、加拿大共完成低压欠平衡钻井976口，1995年达1210口，预计1997年增长率为15%，2000年增长率将达20%至30%。1996年统计，美国、加拿大已有25%的钻机经设备改造后具有钻低压欠平衡井的能力，预计最终将有30%至40%的钻机要进行这种改造。在15th WPC上有人预言：进行这种改造的钻机数最终将占50%～60%。无论哪一种预测成为现实，都将说明低压欠平衡钻井的确是勘探开发所需要的技术。4.4 国外欠平衡钻井中存在的问题

本文提出的低压欠平衡钻井是一个技术系列，它包括：气体钻井、雾化钻井、稳定泡沫钻井、不稳定泡沫钻井、保护储层的充气液钻井（欠平衡或平衡）、特殊泡沫钻井、保护储层的泥浆欠平衡钻井，是一套特殊工作液(气体、特殊充气体、特殊泡沫等)与特殊压力控制(平衡、欠平衡、过平衡)相结合的系列技术，是低液柱压力与屏蔽暂堵相结合的技术，压力控制关系可欠可过。当动态试井、了解产层、打开产层时可采用欠平衡，而当起下钻、完井、测井时可用过平衡，过平衡一定是要建立在微过平衡和特殊屏蔽暂堵技术的基础上。

“低压钻井”一词目前尚未得到国际公认，虽然有人用过低压头钻井(Low head drilling)，国际上一直沿用“欠平衡钻井”术语（UBD,Under—Balanced Drilling）。但欠平衡钻井的具体含义也是有些含混、不确切的。在90年代以前，有人按液柱压力对地层孔隙压力的关系将常规钻井分为过平衡、欠平衡和平衡压力钻井，这种分类方法并未涉及产层流体是否可控制地返到地面。与此同时，更多的人将“空气钻井、雾化钻井、充气液钻井、泡沫钻井”统称为欠平衡钻井；但实际上，只有空气钻井、雾化钻井属于实质上的欠平衡，而充气液钻井、泡沫钻井都是平衡钻井或微过平衡钻井。进入90年代初，欠平衡钻井的概念又有了新的意义。Mark E.Teel于1992年首次提出“真正的欠平衡”和“伪的欠平衡”的区别，认为真正的欠平衡是使地层流体源源不断流入井眼，可将其循环到地面并加以有效控制，这样的钻井技术称欠平衡钻井。但也有人将这种技术称之为Flowing Drilling（类似于70年代国内的边喷边钻）。加拿大能源储备部（ERCB）提出新的定义：钻井过程中使泥浆液柱压力低于产层压力，若钻井液密度不够低，则在钻井液内充入气体，允许地层流体进入井眼，并可将其循环至地面加以控制。在实际操作中，正常的边喷边钻已经可以实现，但在欠平衡条件下的测井，下套管或下尾管、完井或注水泥等，目前还难以实现。因此，更多的人倾向于采用平衡压力钻井（实际上是微过平衡），即调节液柱压力与地层孔隙压力相平衡（或略高一点），一般情况下要采用气基流体做钻井液，同时对钻井液加以改造使其具有较好的储层保护能力，这样既可以很好保护储层，又可以在钻井、完井过程中不使油气大量涌入井内。对这样一个系统的钻井技术，我们将其归纳为“保护储层的低压钻井技术”。这个系统技术的共同特点有三：一是“低压”特点，相对于常规钻井方法来讲其液柱压力都低，但其值或小于地层孔隙压力（欠平衡）或等于、略大于地层压力（平衡）；钻井流体或是泥浆（对正常压力梯度地层或高压地层），或是气基流体（对低压异常层）。第二个共同特点是设备上的共性，井口都采用旋转控制头（RCHs，Rotating Control Heads）和可控阻流管汇，而注气系统（气基流体用）和多相分离系统（边喷边钻用）则根据情况配用。第三个共同特点是技术的目的，这些技术的发展和采用，都是为了保护储层，进而提高勘探开发成功率，而这一点都是通过降低泥浆液柱压力来实现的。

但国际上目前最火热的乃是欠平衡钻井（充气液的或轻泥浆的）。

欠平衡钻井并非完全没有储层伤害，某些情况下还可能造成严重的储层伤害。欠平衡钻井中存在的储层伤害的详细讨论此处从略，但概括起来讲产生伤害的原因有设计原因、操作原因和本质原因。设计原因和操作原因可以通过认真的研究、控制得到改善，但本质原因是无法回避的。最严重的本质原因带来的伤害主要有正压差伤害、漏失性伤害和毛管现象伤害。正压差伤害的主要原因是由于封堵能力的丧失；漏失性伤害的主要原因是无法制止大中缝置换性漏失、溶洞漏失及喷漏同在等复杂性漏失；毛管现象伤害的主要原因是水基液体的失水性质和渗滤性质。要想减轻或回避这些伤害，必须有更新概念的欠平衡钻井方法。更关键的问题是钻井可以实现欠平衡，而起下钻、下套管注水泥、完井、测井等还不能实现欠平衡作业，因此也需要考虑新思路。

4.5 低压欠平衡钻井中待发展的技术改造重点 4.5.1 能够顺利地完成油气层井段钻井、完井作业

最重要的技术改造是要使低压钻井敢于面对油气层，可以安全、顺利地完成油气层段作业。而传统的低压钻井流体均为空气与液体的两相流，空气在井内与油、气混合极易产生井下燃烧与爆炸，造成钻具熔断、井口炸毁、甚至人员作伤亡。故而早期的观点认为低压钻井不能进入产层，而在进入产层之前转换为泥浆钻井或天然气钻井（如果有天然气源可用）。要使低压钻井敢于面对油气层，首先要解决井下燃爆问题。而解决该问题的唯一可靠方法是断氧，使用惰性气体下井。大量地使用高纯度惰性气体下井一般意味着很高费用，能否采用一定比例的空气和惰性气体下井阻燃？如何在现场方便经济地产生足够多的惰性气体？于是进行了模拟井下条件的燃爆实验。一是开口流动条件下井下实验，另一个是闭口静止条件下的井下实验。分别模拟了在钻井循环条件下和停止循环条件下的井下燃爆。对各种燃料（甲烷、天然气、原油蒸发气），氧含量的最低燃爆限为14%（气体钻井、泡沫钻井）和10%（充气液钻井）。因此，第一个技术改造是将空气气相经济方便地转换为惰性气相。4.5.2 具有良好的保护油气层的能力

如前所述，一般讲低压欠平衡钻井具有比常规钻井强得多的保护油气层的能力；但某些情况下仍可能产生某种程度的、甚至是很严重的储层伤害。尤其是前面所述由于“本质原因”带来的伤害，则必须在“非常规压力（低压）”、“非常规压力控制关系（平衡、欠平衡）”基础上，加以“非常规流体”予以解决。

气体钻井是一种非常规流体，对储层伤害最小，尤其适于低渗透、高水敏油气藏。但气体钻井对付复杂地层的能力差（如地层出水、井壁坍塌等），故其应用范围受限。

高干度稳定泡沫具有良好的综合特性，例如：

极低的液相（10%～30%，一般20%）； 泡沫结构和基液性质决定极小失水（甚至可达失水为0）； 隋性气相（无反应沉淀、乳化、细菌、腐蚀）； 泡沫膜、结构、尺寸对孔喉的单封作用； 泡沫结构流体对裂缝的封堵（微小缝半英寸之内）； 精心设计的基液组分和性质，可以保证对储层的相容性和对页岩地层的稳定；泡沫层承受正压差冲击的能力（膜的双电层结构和马格朗尼效应）；压缩气体的极好反排作用。

高干度稳定泡沫的作用：

可欠可过，均不伤害储层； 可很好地用于封堵储层保护微小裂缝； 极低的失水，可适用于致密气藏、低渗油藏、水敏性储层，保护效果仅次 于干气； 水敏性储层，保护效果仅次于干气； 可较好地用于特大漏失层防漏和保护储层； 低液柱压力、强携岩能力、高钻速。

4.5.3 能够适应深井和长水平井段水平井

很多情况下的深井和长水平段水平井都存在某种程度上的井壁力学性不稳定，气体钻井由于对井壁无任何支撑能力，因此气体钻井难以胜任普遍性的深井和长延伸水平井。充气液钻井属于一种不稳定的气液两相流体，故而在垂直井筒内随深度（或随液柱压力）有很大的流态变化，这使得充气液钻井不能将流体平均密度降低太多（在0.8～1之间），使用井深不能太深（一般未超过2000 m），否则上部井段会出现环雾流，气体窜越而出，而失去液体循环和携带岩屑的功能。在长水平井段，充气液的流态不稳定还会出现分层流，气体由顶部窜越，液体携带岩屑在下部流动，这可能造成岩屑床堆积，增加钻井困难。因此，充气液钻井也不适应于深井和长井段延伸水平井。泡沫流体，是气液两相的稳定均相流，无论是在深井还是浅井，只是泡沫流体的结构、尺寸和泡沫质量数随压力、温度有一定变化，但始终是稳定泡沫，且可以直接传递支撑压力到井壁上，因此它可以适应深井和长延伸水平井的要求。

4.5.4 能够适应于高渗、特高渗、裂缝性储层

以前，人们提到低压储层时往往直接意味着低压低渗；但今天，低压的高渗、特高渗、裂缝性已是无法回避的现实。在非均质性很强的高渗、特高渗、裂缝性储层，并不能保证在负压差条件下防止井内流体大量进入储层，充气液钻井不能避免这种伤害。而具有特殊性质的泡沫流体则可克服这种伤害。4.5.5 能有效地保持井壁稳定

要想把低压钻井技术做为一种有普遍意义的新钻井技术加以推广应用，首先要解决的问题是低压钻井的井壁稳定问题。90%的井壁不稳定是泥页岩层段井壁不稳定。井眼打开后泥页岩与外来钻井液相接触，通过压力渗流、自由水吸附扩散、阳离子交换等作用产生水化反应。根据水化反应的类型，可将泥页岩分为四大类：软泥岩（膨胀性粘土含量高，水化表现为塑性流动），分散型硬脆泥页岩（混层粘土含量高，水化表现为开裂成为碎块或碎片），吸水降强型硬脆泥页岩（膨胀型粘土与混层粘土含量都很低，水化后无明显外观变化，但力学强度大幅度降低），应力型硬脆泥页岩（多见于高构造应力区及5000m以上超深井）。这四类中最为普遍的是吸水降强型硬脆泥页岩。在传统的泥浆钻井中，人们采用的是一种try and err的方法逐步达到井壁稳定的目的。在新区第一口井若出现了井壁不稳定，则采取三条可用措施增加钻井液对井壁的稳定能力：第一提高密度，第二提高对泥页岩的抑制性，第三提高泥浆的封堵能力。通过几口井的try and err最终达到了井壁稳定的目的，这种井壁稳定是对应着一定的泥浆密度（大于1.0）、一定的抑制性、一定的封堵能力而言的。但人们就认为这个对应密度就是井壁稳定的临界密度，并从此不敢采用低于此临界密度的钻井液钻井。这个观点虽然传统，但确实错误。由于泥浆成本和性能维护的原因，人们总是从弱抑制能力泥浆开始进行试验，逐步增大抑制性、密度和封堵能力，最终在抑制性、密度和封堵能力三者间找到了一个平衡点。但实际此时由于泥浆的水化抑制能力均处于中等偏弱水平，这种钻井液实际上已造成了泥页岩强度的大幅度降低（实测结果一般降低50%～70%），增大泥浆抑制性，可粗略理解为减少泥页岩强度丧失。这样，在一定的泥浆抑制性（或水化后泥页岩强度）的条件下，便有一个临界的井壁稳定泥浆密度。如果可以使泥页岩强度少降低甚至不降低，则可使井壁稳定临界密度大大降低。采用特殊配制的泡沫流体，可使泥页岩强度降低量控制在10%～20%范围，因此井壁稳定临界密度可以大幅度降低。一般对1.20左右密度、抑制性中等偏弱的泥浆便可稳定的泥页岩地层，采用特殊配制的泡沫流体，则可使稳定密度降至0.3左右。因此，对中国大部分地区，均可采用低压钻井。4.5.6 能够应付复杂地层压力体系

传统的低压钻井，只用来对付低压储层。但今天的勘探与开发，经常在一口井中同时存在多个压力体系的产层，对一口井的钻井液，需要对付高压，也必须适应低压。高压需要主要来自两个方面：一是稳定上部井壁的需要；二是封堵上部高压层的需要。中国大部分油田属于陆相沉积的多套油层类型，由于早期开采时只打开了最有利的主产层，且中后期采用高压注水（甚至早期就采用强化注水）措施，现在主产层已近于枯竭。目前改造挖潜、调整开发的主要任务之一就是要打开主产层之下未开发的油层，主产层是高压注水层，相对其它待开发产层就成为低压层。采用复杂的井身结构，不但成本高，而且有时压力系统已复杂到不能用多层套管封隔的地步。因此，井内的流体，既要能够稳定裸眼完井壁，封堵住高压层，同时又要对低压产层形成良好的保护。这是对非常规流体钻井技术的更高要求的技术改造。

4.5.7 能够提供及时的、准确的动态试井

当井身轨迹完全穿透产层之后，人们希望能够立即进行动态试井，由此了解有关产层的基本情况。经过技术改造的低压钻井技术，配套有一套监测仪表系统和试井解释系统。可以使操作者方便地进行上述测试。在实验架上的实验表明：泡沫流体比充气泥浆给出了好得多的试井解释结果，原因是充气泥浆的气液不稳定两相流计算的复杂性和不确定性。4.5.8 低压欠平衡钻井配套的完井技术

低压欠平衡钻井配套的完井技术，虽然已有一些简单方法，但仍然非常欠缺，是整个配套技术中的最薄弱环节，极需提高。不良好的完井，可以说是最大的永久性伤害之一，应该予以高度重视。储层的良好完井方法，对低渗透、裂缝性储层非常重要。

配套的气基流体测井、地质录井及增产改造技术，也是技术改造的重点内容，但这需要更广泛的跨学科攻关。

4.6 低压欠平衡钻井在我国的推广与应用 4.6.1 有多大范围应该采用此项技术

对于全国有多大范围应该采用低压欠平衡钻井技术，没有详细的统计资料，粗略估计如下。

（1）低压低渗低产能油气资源，估计占总资源量的1／3。

（2）开发中后期老油气田的改造挖潜，估计至少有一半任务要面对压力枯竭。

（3）非常规油气资源（稠油、天然沥青、煤层气等）是必需上低压欠平衡钻井的领域。

（4）异常复杂的储层（漏、喷、塌、严重伤害等），如碳酸盐岩、古潜山风化壳、砾岩等，也必需此项技术。

（5）降低成本，提高效益。国外应用结果：钻速提高4至10倍，产量提高3至10倍。

（6）保护储层的必需技术。至少有三分之一的储层必需靠低压欠平衡保护。

（7）提高勘探成功率和精度，提高开发效益。除少数情况外（高含H2S气井、高压气井、超深井、严重不稳定地层），大部分储层均可低压欠平衡打开，而且保护效果优于常规钻井打开储层。

（8）低压欠平衡钻井是一个系统技术，不可只偏重其中一两项，应全面发展，根据情况选用。例如：

致密气、煤层气—气体钻井

低渗油、水敏性—气体钻井、稳定泡沫钻井

复杂地质条件储层—稳定泡沫、充气液钻井

一般油气层—充气液、不稳定泡沫钻井

高压油气层—优质轻泥浆欠平衡

复杂压力体系—特殊泡沫钻井

探井—各种流体欠平衡

大面积开发井—各种流体平衡加封堵保护，或各种流体欠平衡

（9）低压欠平衡与其它技术结合

低压欠平衡加水平井、导向钻井，用于提高勘探成功率；

低压欠平衡加水平井、分枝井、超长水平井，用于提高开发效益；

低压欠平衡加盘管钻机、老井加深、老井侧钻、小井眼技术，用于老油气 田改造挖潜；

低压欠平衡加超长水平井、分枝水平井，用于特低渗、强水敏油气田增产 改造，部分代替水力压裂。

（10）究竟有多大范围应该使用，尚无准确定论。但最保守估计：至少总储量的1／3要靠低压欠平衡系列技术，我国的钻机装备至少应改造1／3，使其具有进行低压欠平衡钻井的施工能力。美国、加拿大于1996年就达到了装备改造占25%的比例；最近有人预言，最终装备改造比例将超过50%。主要结论

油气工业钻井领域的近期形势是严峻的，任务是艰巨的。主要体现在开发上要拿难拿储量、非常规油气资源，勘探上要适应日益复杂困难的地质条件的需要。低渗透、原生性低压、复杂条件下的储层、非常规油气、老油田改造、提高勘探成功率和精确性、降低勘探开发成本，这些就是主要任务。为了完成这些任务，钻井界必须发展新技术。低压欠平衡钻井，是满足目前严峻形势、完成艰巨任务所必需的，因此，应该列为我国钻井界近期重点发展技术。西南石油学院对此项技术已进行了近7年的储备性研究，很多方面有国际先进的技术思路，希望能得到支持尽快打开局面。

致谢 本文主要研究内容与成果，为西南石油学院低压钻井学术组全体人员近7年的共同研究成果。形成该成果的过程中同时有如下单位参加研究：新疆局钻井研究院；辽河局钻井处、钻采研究院、钻井二公司；吐哈油田钻井研究所；四川局川西南矿区；四川局川中矿区。执笔作者在此向所有参研人员表示感谢。同时感谢勘探局孙振纯同志、杨光盛同志，科技局孙宁同志、胡世杰同志对本文的审查修改意见。

(编辑 罗先碧)罗平亚,男，1940生，中国工程院院士

作者单位：西南石油学院完井中心，四川南充 637001

1998—03—07收稿

第四篇：欠平衡钻井条件下录井技术研究

欠平衡钻井条件下录井技术研究

摘 要:随着欠平衡钻井技术的应用,综合录井如何尽快适应这一新技术的发展和挑战,已成为录井界面临的重要研究课题之一。文章阐述了欠平衡钻井工艺概况,欠平衡钻井工艺对录井的影响,相应提出了一套较为全面的录井措施和配套技术。对同类型作业的录井施工具有指导意义。

关键词:欠平衡;录井;影响;措施;应用;认识

在石油钻探过程中,为了更有利于发现油气层,保护储层,提高钻井速度,保障井下安全,越来越多地采用欠平衡钻井技术,并取得了十分显著的效果。随着欠平衡钻井新技术的应用,现有录井技术和方法已不能满足这一新技术的发展。目前,随着这一新技术的大量应用,必须开展与之相配套的录井技术的研究工作,以适应勘探形势的发展,促进录井技术及综合解释评价技术的全面提高。欠平衡钻井工艺概况及配置 1.1 基本原理及方式

欠平衡钻井技术是指在钻井过程中使钻井液的循环压力(包括液柱压力和循环回压),低于地层的孔隙压力,允许地层流体进入井眼,并将其循环到地面并加以有效控制的一种钻井技术,又称负压钻井技术。

按照循环介质的性质来分类,主要有以下两种方式:(1)液相欠平衡钻井:主要采用低密度钻井液来实现欠平衡钻进。适用于地层压力系数大于1.05的地层。

(2)气相欠平衡钻井:包括干空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾钻井、泡沫钻井、充气钻井。适用于地层压力系数小于1.05的地层。

1.2 工艺特点

1.2.1 液相欠平衡钻井工艺特点欠平衡钻进过程中,从井筒内返出的混合物经过井口钻井四通、再经过节流管汇节流阀的降压控制,进入液气分离器将气相分离出来,被分离出的可燃气体通过燃烧管线排出井场并燃烧掉,液相和固相进入固控系统将固相清除,液相进入撇油系统后将油与钻井液分离开,油进入储油罐,干净的钻井液被泵回循环系统。

1.2.2 气相欠平衡钻井系列工艺特点 气相欠平衡钻井系列可分为以下几种:(1)气体钻井:包括空气、天然气、废气和氮气等介质,密度适用范围为小于0.02 g/ cm3。

(2)雾化钻井:密度适用范围0.02～0.07g/ cm3;

(3)泡沫钻井液钻井:包括稳定泡沫、硬胶泡沫、可循环泡沫钻井,密度适用范围为0.07～0.70g/ cm3;(4)充气钻井液钻井:在钻进的同时往钻井液中注气,其密度适用范围为0.7～0.95 g/ cm3 ,是广泛应用的一种欠平衡钻井方法。

其主要优点为：

(1)应用广泛,适用于地层压力系数小于1的低压、枯竭的以及用液相欠平衡钻井技术无法成井的储层;(2)最大限度地减少对低压产层的损害,进而降低完井成本;(3)提高勘探开发效率,缩短勘探周期,降低勘探费用;(4)机械钻速提高2～5倍,提高单只钻头进尺,降低钻机作业时间;(5)可以消除发生在低压漏失层的钻井液漏失、卡钻等事故;2 欠平衡钻井工艺对录井的影响

欠平衡钻井施工过程中,由于钻井工艺、流程和循环体系的改变,常规录井设备、方法已经难以满足现场录井工作的需要,部分技术缺少理论基础,主要反映在以下方面: 2.1 仪器设备的安装受到限制

欠平衡钻井过程中,由于钻井设备的增加和改进,所需设备的数量和安装条件发生了变化,致使部分仪器设备的安装、使用及操作需做相应的变动。

由于是负压钻井,对地层油气的敏感性较强,如果钻遇油层或含有H2 S地层,油层内油气会随着循环物直接排出,油气的分离和处置或H2 S的处置在现场直接进行,给现场带来了安全隐患,因此对录井系统的安全防护技术提出了新的、更高的要求。

同时现场存在多个高压区,对设备和人员的安全及设备性能提出了更高的要求。

2.2 录井技术和方法的不足 在欠平衡钻井条件下,常规录井的一些技术和方法已经不能满足录井工作的要求,需要改进和创新。

(1)岩屑录井

首先,是岩屑采集的问题。由于欠平衡钻井采用密闭循环体系,无法采用常规的振动筛实现分离液固相的方式来收集岩屑。

其次,是岩屑的识别问题。由于钻井液密度较低,携砂能力差,返出的岩屑样品数量少,岩屑细小、混杂,代表性差;在使用油基泥浆、泡沫泥浆等泥浆体系的条件下对岩屑的评价与分析比较困难。

第三,是岩屑归位问题。传统的岩屑录井是在取得了对应于某一深度之处的岩屑进行岩性的识别与油气层的监测,由于欠平衡钻井工艺流程的变化,岩屑是经过液固或气固分离器后才能排出循环系统,岩屑是某一层位的混合物,根本无法归位。

(2)气测录井由于钻井工艺流程的变化,主要带来以下几方面的问题: 一是以泥浆脱气为主的气体采集系统没有了基础,也就是说从井口上来的就是气体,直接进机分析,常规以脱气为主的工艺要改变为如何在高压力下采集到有代表性的气体。

二是欠平衡钻井如果采用油基泥浆,气测采集分析的是经油气分离器分离之后的流体内的气体,背景值较高,对地层油气发现有影响,同时若井口回压控制较高,原油容易进入气管线造成污染而发生漏测。

三是在以液相作为钻井介质的欠平衡钻井中,流体呈间断返出,并因分离器中的气体不能充分排净形成的滞留气的影响,使得信息被混淆、或被干扰、叠加,同时因欠平衡钻井,上部地层流体源源不断地进入井筒,对新钻遇油气层的发现造成困难。而以气相为钻井介质时,地面有机气体(有些地区部分井采用天然气钻进)将直接影响气测监测,而其中的无机气体则将影响CO2、H2、N2 的监测。

(3)地层压力录井

由于钻井介质发生变化,岩石破损机理跟常规钻井也有所不同,传统dc指数、sigma指数地层压力监测法已缺少相应的理论支持,需要重新认识与研究。在使用密闭循环系统进行钻井时增加了对钻井负压值进行实时监测的难度。

(4)工程事故预报 由于欠平衡钻井工艺发生了变化,常规钻井条件下的部份工程事故预报的机理发生了变化,需要重新认识与研究。

(5)钻井液录井

采用气体、雾化、泡沫等介质钻井,原有综合录井所采用的钻井液录井技术失去效用,从而减少了发现及评价油气层的相关参数。2.3 录井技术缺少相应的理论支持

在常规钻井过程中,循环系统采用泥浆泵入的方式,在欠平衡钻井条件下,由于钻井工艺的变化,循环系统也发生了变化,迟到时间的计算具有不确定性,缺少理论支持,具体表现在岩屑采集和气体监测方面,不能真实反映相应井深的地层信息。欠平衡钻井条件下录井措施

通过对欠平衡钻井工艺技术条件的分析及对录井施工作业的影响,需要对录井设备和技术加以改进和完善。

3.1 录井设备改进

3.1.1 安全防护设备的改进

从增加现场录井人员的安全性要求为内容,确保现场可燃气体不能进入仪器房,增加了录井房增压防爆装置。

以加强现场作业人员的安全性出发,增加了H2 S检测传感器和可燃气体报警器,声光报警系统及防护设备以便及时采取措施从消除现场安全隐患出发对仪器房、地质房中的各种电器、电路、电源等按防爆要求进行改进完善。

3.1.2 录井传感器的改进

除常规录井需要配置的传感器外,在附加的欠平衡泥浆罐上增加一套出口泥浆性能传感器,在欠平衡振动筛上增加一只H2 S传感器。根据设计泥浆密度范围,对低密度的泥浆体系选择使用适合量程的传感器,或对传感器性能进行改进。

更换适合欠平衡钻井的套管压力传感器,配备测量范围在70MPa以上的套管压力传感器。为确保工程按照设计施工,增加电磁流量计和气体流量计,实时监控钻井介质的流量。

3.1.3 捞取岩屑装置的改进 在欠平衡钻井过程中岩屑捞取可采用以下两种方式:(1)利用液气分离器从井底返出的携带岩屑的钻井介质经过液气分离器分离后,流经振动筛,采集岩屑。

(2)采用改进装置,在循环管线上捞取岩屑设计了二种简易的岩屑取样装置。

将取样装置安装于钻井介质返出管线靠近排出口3～4 m的地方,岩屑返出时在挡板的作用下进入收集器,收集岩屑时打开闸门,岩屑靠重力及气流的推力排出来实现岩屑采集。

3.1.4 气体检测装置的改进

(1)配置双套脱气器,一套安装于常规缓冲罐用于常规录井的气体检测,一套安装于欠平衡振动筛用于欠平衡钻井的气体检测。采用双套脱气器,可以在钻井状态进行体内循环和体外循环的转换时保证地层气体连续、实时监测。

(2)欠平衡钻井如果采用气相介质时,可以在液气分离器之后的排气管线上安装一套气体取样装置,井内返出混合气体在进入气管线之前,经过滤筛网一方面过滤掉固相物,同时也起到了减压缓冲作用,即可直接进机分析。

3.1.5 安装气体流量计

对于采用气相介质的欠平衡钻井,可以在气液分离器之后的燃烧管线上安装气体流量计,以便于监测密闭钻井过程中经气液分离器脱出的钻井液气体流量变化和在不中断钻进的情况下初步产能计算。

3.2 录井技术的改进和完善 3.2.1 岩屑录井技术

欠平衡钻井由于钻井液密度较低,携砂能力差,返出的岩屑样品数量少,而且岩屑细小、混杂,代表性差,对岩屑的识别带来困难。对于此种情况,振动筛应改为80目以上的筛布,尽量减少细小真岩屑从振动筛上流失,洗样时应尽量采用小水流,轻搅拌,稍微沉淀后倒去混水再换清水漂洗的方法,防止细小的真岩屑在清洗过程中流失。

3.2.2 气体监测评价技术

密闭钻井时,钻井液在从环空到达振动筛之前,需要经过液气分离器,经液气分离器除气后流向振动筛,这样,一方面在油气显示不好的情况下,可能会漏掉油气层;另一方面,由于色谱采集分析的是油气分离之后流体内的原油伴生气或残余气。在油气显示较好的情况下,会因为气体值较高,容易造成气路管线甚至色谱柱的污染,造成后续井段的假显示,增加气测解释的困难,同时若井口回压控制较高,原油容易进入气路管线也会造成污染。为了解决以上问题,可以采用下面的方法予以解决:(1)定时对排气管线中的气体进行取样分析,见显示时加密取样。(2)比较气体流量计输出的流量曲线与色谱曲线变化进行解释。在色谱被污染的情况下甚至可以用气体流量曲线确定显示层位,同时用取样分析数据进行解释。

(3)在进行地层评价时,比较随钻气体分析数据和定时取样分析数据,取其相对较高中的值为实际地层气体数据。

3.2.3 OFA定量荧光分析技术

液相欠平衡钻井泥浆体系通常采用混油和加处理剂的方法来降低泥浆密度,这就使常规的岩屑荧光录井技术和方法受到了很大的局限。为了解决这一问题,可以采用OFA定量荧光技术对录井岩屑进行分析,根据定量荧光数据和图谱不仅可以确定岩屑中的真假油气显示,还可以确定地层油气含量和油气性质。

3.2.4 地层压力监测技术

传统综合录井的地层压力监测方法主要为Dc指数法和Sigma指数法。在欠平衡钻井过程中,如果采用液相介质钻井,这两种方法仍然是检测地层压力异常的主要手段,如果采用气相介质钻井,传统的Dc指数法和Sigma指数法已缺少理论依据。通过研究,我们提出了两种另外解决办法,即井底流压监测法和井口压力监测法。

(1)井底流压法

井底流压是流动泥浆对井底地层产生的压力,录井上称作循环当量密度(ECD)。密闭钻井时,我们用循环当量密度与设计的井底流压值进行比较来实现钻井欠压值的监测。

在不同的钻井深度,录井程序通过计算循环当量密度,并与设计的井底流压低值和高值进行比较,若循环当量密度值界于设计井底流压低值和高值之间,则欠压值是合理的;若循环当量密度值大于设计井底流压高值,则没有达到欠压效果;而若循环当量密度值小于设计井底流压低值,则欠压值过大,容易造成井下事故的发生。

实际录井时,根据循环当量密度实时变化曲线,适时调整设计井底流压低值与高值的报警门限,就可比较直观地掌握井底流压变化情况。

(2)井口压力监测法

通过实时检测套管压力来检测井口压力变化,从而达到实时检测井口欠压值变化的目的。钻进中通过对比井口套管压力与设计井口压力的变化来调整钻井欠压值。正常欠平衡钻井时,套管压力值应小于设计的最大井口压力值。当套管压力大于设计的井口压力时,则欠压值过大,需要采取措施防止钻井事故的发生。

3.2.5 工程事故预报

除了常规钻井条件下的工程事故预报方法外,更要总结和加强欠平衡钻井条件下的工程事故预报。具体表现在:(1)如果注气压力增大,排出口有水喷出,则可能地层出水。

(2)如果排砂管线出口出现火焰,停止注气后,仍有气体排出并见火焰,则可能地层出气。

(3)如果注气压力增大,火焰增高,并且伴有黑烟,则可能地层出油。(4)如果注气压力增大,同时转盘扭矩增大,上提钻具阻力增大,下钻遇阻,有可能发生地层坍塌。欠平衡钻井条件下录井技术的应用

窿x井是玉门油田分公司部署在酒泉盆地青西凹陷窟窿山逆冲断裂带窟窿山构造南翼上的一__口预探井,在井段2 970 m至3 300 m采用欠平衡钻井技术,期间交替运用了气体、泡沫、雾化液三种钻井介质。录井作业采用DR ILLBYTE增压防爆型综合录井仪录井,具体措施如下:(1)岩屑录井

在岩屑和钻井介质返出口附近,安装一个取样管线和闸门,为减小压力起缓冲作用,安装两个闸门,取样时先打开上闸门,让岩屑进入取样管线,然后关闭上闸门,接着打开下闸门,在取样口采集岩屑。

(2)气测录井 配置双套脱气器,一套安装于常规振动筛用于常规录井的气体检测,一套定量脱气器安装于欠平衡振动筛用于欠平衡钻井的气体检测。在气相介质钻进过程中,在岩屑和钻井介质返出管线上做一出气口,为防止岩屑等杂物进入气路管线,在出气口与气路管线之间做一个减压筛网,地层反出气体通过气路管线直接进入色谱仪器进行分析。

在进行欠平衡钻井时,在液气分离器之后的排气管线上安装一套气体取样装置,对液气分离器从泥浆中分离出的气体定期取样,做vms分析,供地层气体解释时使用和参考。

(3)工程录井

除常规录井需要配置的传感器外,还在立管上加装了入口电磁流量计,出口架空管线上安装用于测量出口钻井液流量的电磁流量计。

为了监测密闭钻井过程中经气液分离器脱出的钻井液气体流量变化,在气液分离器之后的燃烧管线上安装气体流量计。在附加的欠平衡泥浆罐上增加一套出口泥浆性能传感器,在欠平衡振动筛上增加一只H2 S传感器。结论与认识

随着钻井技术的更新和发展,尤其是欠平衡钻井技术的应用,传统录井技术面临许多新的挑战,录井应适时研究新的技术及方法,只有这样,录井才能适应新的环境及要求,得以生存和发展。通过此次的探索总结,有针对性的提出了一些欠平衡条件下的岩屑捞取、气体检测、工程实时监测及油气层识别和评价等现场录井方法,但由于欠平衡钻井条件下的录井工作经验有限,加上现场各种钻井条件的限制,上述的一些方案和设想并没有能够在实际工作中完全实施并得到验证,还有待于进一步的总结和完善,相应的技术和理论体系还需认识和研究。目前存在的问题有:(1)由于行业所限,欠平衡条件下录井技术研究缺乏广泛的研究基础,部分技术和方法缺少相应的理论支持。

(2)目前研究与实施的录井方法还不全面,还有待于进一步的探索和完善。(3)欠平衡钻井工艺的录井设施还不完善,有些不具备推广价值。(4)缺乏针对欠平衡钻井工艺的录井软件,行业有待进一步研究与开发。

第五篇：地铁运营事故分析及其对策研究

地铁运营事故案例分析及其对策 引 言

地铁是城市公共交通重要组成部分之一，地铁安全的重要性不言而喻。近年来全球地铁事故不断发生，我国的北京、上海、广州等城市地铁先后发生不少事故。因此，分析地铁运营事故的影响因素，制定预防事故相关对策以及突发事故后的救援措施，对于改善地铁运营的安全现状，预防事故和降低事故损失都具有十分重要的意义。2 地铁运营事故安例分析

地铁运营安全不仅涉及人—车辆—轨道等系统因素，还受到社会环境和列车运行相关设备(信号系统、供电系统)等因素的影响。近年来国内外地铁事故统计的分析表明：人、车辆、轨道、供电、信号及社会灾害等是地铁事故的主要因素。2．1 人员因素

从2002年和2003年对上海地铁一、二号线发生事故的分类统计表明：一般性事故主要是因乘客未遵守安全乘车规则，而险性事故多是由于工作人员职责疏忽引发的。人员因素是肇致地铁事故的主要原因，其中包括： 2.1.1 因司机原因造成的安全事故。

案例1——南京地铁列车连挂车钩发生碰撞

1.事故经过：2005年12月1日6时55分。小行—安德门上行区间，距安德门站约300米处。

7：40，行调指令基地内1314车出库连挂故障车2526车； 8：05，1314车出库，采用洗车模式与2526车连挂时，因列车处于小半径曲线位置，车钩对位不正，连挂失败，车钩发生碰撞。

2.事故后果：此次事故造成2526车A端的防爬器轻微擦伤，2526车A端车头右侧的导流罩损坏。

3.事故原因分析：

a.本案例事故的主要原因是编制技术文本时，考虑的不够充分，没有将“小曲率半径连挂作业要求”进行明确；当时车辆连挂时线路半径为150米，根据《南京地铁南北线一期工程车辆合同文件附件1》中对车钩连挂的规定，是不允许进行自动连挂的，合同中明确要求列车自动连挂时最小半径不得小于300米。

b.同时也反应出调度人员和作业人员安全意识不强，经验不足，缺乏处理特殊情况的应变能力。

4.事故启示：

a.此事故是由于对车辆在弯道连挂时车钩水平位移偏差预想不够造成的，建议在《乘务应急处理规定》和《列车事故救援应急预案》等文本中补充相关规定；并在以后的工作中不断的收集类似的注意事项，不断的完善文本的编制。由此引申我们还要考虑车辆在坡道连挂时车钩纵向偏差会导致的后果。

小曲线线路半径标识方案预想 b.加强安全教育，完善培训计划。从其他地铁公司多收集一些特殊故障处理的资料，作为乘务人员培训的必修课。

c.加大管理力度，严禁擅自操作。理性对待没有把握的陌生故障，及时请教专业工程师和相关领导。

案例2——南京地铁列车撞列检库门事件

1.事故经过：2005年12月6日22时11分。位于小行基地列检库15道大门。

1920车在回列检库15道时，19A车头撞上车门。检调接报后，立即要求信号楼不要动车，同时到现场察看情况，发现15道库门在列检库内侧，门页下方被电客车撞凹陷一块（被电客车防爬器所撞），大门撞过门上止档，导致该大门无法向外正常开启到位。电客车头部右侧有一处表面擦伤（长8cm，宽1.4cm），另有二处与大门有轻微摩擦。

2.事故后果：15道列检库大门破损严重。电客车头部右侧有一处表面擦伤（长8cm，宽1.4cm）。

3.事故原因分析： a.负责开启15道大门的保安人员安全预想不够，导致车门未开启到位，侵入车辆限界发生碰撞。

b.司机入库前对前方线路观察不够仔细，未及时发现此安全隐患，最终导致该事件的发生

4.事故启示：

a.在地铁行车有关文本中增加了“列车运行至库门口前要一度停车，司机确认库门开启状态良好具备入库条件后，方可动车入库。

b.除需要司机停车确认外，也要督促开闭库门责任人自查，做到双保险。c.根据车辆限界确定库门最小的开启位，并在相应的地方做好警示标志，以此作为大门开启程度的标准。同时这也符合5S管理的思想。

库门开启警戒线设置示意图

案例3——罗马地铁列车追撞事故

1.事故经过：2006年10月17日罗马时间上午9时37分；位于维托˙艾曼纽二世车站。一列地铁A线列车异常驶入维托˙艾曼纽二世车站，追撞停靠月台的另一列列车，致使被撞击的列车最后一节车厢与从后驶来的列车第一节车厢纠结在一起，许多旅客被挟在扭曲的车厢间，现场烟雾弥漫，照明丧失。

2.事故后果：

a.两列车损毁变形，其中后方列车的第一节车厢残骸卡进前方列车尾达3公尺。b.1人死亡，约110人受伤，其中 6人伤势较重，死亡乘客与伤势较重人员皆位于前列车的最后一节车厢内。

3.事故原因分析：

事后罗马地铁立即展开了调查，有关调查结果及事故原因分析如下： a.受损两列车皆为上线不到一年的新车，目前尚无机件故障迹象。基本排除车辆故障原因导致事故的发生。

b.根据肇事列车司机员与行控中心的通联记录与地铁公司人员表示，司机是接获行控中心指示越过红灯继续前进。（当运量较大时，类此调度可被接受，司机员被授权保持警觉以最大时速15公里行进，事故后经调查列车追撞时之时速度约30公里）

c.该国运输部已成立项目委员会深入调查。首要之务则为解读肇事列车之行车纪录器数据。置于最后调查结果，未作报道所以不详。

4.事故启示：这是一起典型的人为原因引起的行车事故。主要原因就是司机和行调都没有对行车工作引起高度的重视、违章作业,安全意识不强。

a.司机没有按照非正常行车的规定超速行驶，属严重违章行为，并且在行车过程中没有加强瞭望，也没有及时与行控中心保持联系是照成这起事故的主要原因。

b.这起事故的发生，行调也有不可推卸的责任，作为行调没有对非正常情况下行驶的车辆加强监控，并及时开放正确的行车信号和道岔，导致列车发生追撞。

案例4——西班牙Valencia地铁列车出轨事故

1.事故经过：2006年7月3日西班牙当地时间下午1时，位于西班牙东部城市瓦伦西亚地铁1线，由西班牙广场站到耶稣站的曲线段隧道内。一列由西班牙广场站(Plaza de Espana)驶往耶稣站(Jesus)的列车于接近耶稣站前的曲线段隧道内出轨，4节车厢中有 2节脱离轨道，至少41人死亡（包括司机员）。

2.事故后果： a.41人死亡（5位非西班牙人），其中有30位是女性，47人受伤。b.大约150人从隧道与车站疏散，疏散耗时30分钟。c.该事故造成4节车厢中有2节车厢出轨，并撞击隧道壁。3.事故原因分析：

a.列车”黑盒子”纪录显示，列车在即将进入耶稣站前的曲线路段时速高达80公里（该路段速限为时速40公里）

b.因司机员已死亡，官方推测，司机员在事发前可能失去知觉（可能为昏迷或心脏病发作）。

c.当地运输官员表示，初步已排除隧道崩塌或列车车轮破损的因素。d.事故车司机员于4月开始担任司机员工作，缺乏驾驶经验和安全意识。4.事故启示：

a.需在地铁车辆上安装了警惕装置，在司机出现异常手掌离开操纵手柄时，列车会自动紧急制动。

b.在司机招聘时对司机的身体状况一定要严格要求，在入司后，应定期组织司机进行身体检查。

c.在司机培训和考核时要注重培养司机的安全意识和遵章守纪的好习惯。通过考核方可录取。

d.建议对当班司机采取心跳、血压、酒精等测试。不合格者拒绝当班上岗。

案例5——日本铁道公司列车出轨事故

1.事故经过：2005年4月25日日本时间上午9时20分，位于日本兵库县尼崎市，西日本铁路公司福知山线冢到尼崎车站之间的一处弯道(曲率半径约300公尺)。一列隶属西日本铁道公司的通勤电车，在一处时速限制70公里的急转弯处出轨，冲入距出轨点60公尺远与轨道距离6公尺的一栋九层楼公寓，两节车厢严重扭曲变形，车上旅客死伤惨重，酿成日本铁路史近四十年来最严重的事故。

2.事故后果：事故造成列车五节出轨，第一节车厢冲入大楼(距离轨道6公尺)的一楼停车场，第二节车厢紧贴大楼边缘并严重扭曲变形，挤压成正常宽度的一半。事故列车共搭载约580名乘客，死亡人数达106名，另458人轻重伤，为日本铁路史上四十二年来最严重的惨剧。

3.事故原因分析：

a.驾驶赶点超速(最可能原因):出轨地点的速限为70km/hr，而事故列车当时的行驶速达100km/hr(从列车数据纪录)，且事故发生的列车信号控制系统属于比较旧的型式，列车超速行驶不会自动煞车保护。事发前，该列车在伊丹站停靠超过预定停车位置40公尺，驾驶将列车后退开门让乘客上下车，列车延误1分30秒。驾驶有可能为赶点而超速行驶，驾驶可能为减速启动紧急煞车，造成车厢失去平衡而出轨。据专家表示，事发地点弯道行驶速度需达133km/hr以上才有可能出轨，故不排除尚有其它原因同时存在。

b.轨道因素：①轨道上有障碍物。出事路段的轨道上发现「粉碎痕」，疑似车轮辗过碎石的痕迹，也可能有人在铁道上摆石头或硬物。(日本曾有孩童在铁轨上置放石块致列车出轨案例)；②轨道出现的问题。轨道弯道段并无护轨装置也可能是导致出轨的原因。

4.事故启示：

a.采用ATS系统，当车辆本身或信号系统检测到运行速度超速时，会做出惰行或紧急制动反应，保障列车安全运行。

b.加强列车司机的安全教育，杜绝任何超速驾驶的行为发生。

2.1.2 因乘客原因不慎坠落和故意跳人轨道造成的安全事故。

长期以来，因乘客不慎坠落和故意跳人地铁轨道，造成地铁列车延误的事件屡次发生，短的一两分钟，长则三五分钟。而地铁列车只要一旦受到影响，不能正点行驶，势必影响全局，就需全线进行调整。不仅影响当事列车上的乘客，而且使整条线路甚至其他轨道交通线路上的乘客都可能被延误。

案例6——北京地铁1号铁乘客跳入轨道事故

1.事故经过：2012年05月17日18时46分，北京地铁1号线大望路站下行（向西方向）站台上，一男乘客因打架跳下站台。正值一列车进站，司机发现后立即采取制动措施将列车停住，未伤及该乘客。18时48分，车站人员将该人拉上站台交给民警。昨晚，北京警方表示，两人被警方带走接受调查。

2.事故后果：火车紧贴着两人进了站。随后地铁工作人员把两人拉了上来。未造成人员伤亡

3.事故原因分析：站外人员因其它原因跳下站台。4.事故启事：

a.加强地铁站务人员的对应急事故的处理，如有人跌落应大声呼救，工作人员得知后将采取措施停止向接触轨提供电力。而如果乘客跌落后看到有列车驶来，最有效的方法是立即紧贴里侧墙壁（因为带电的接触轨通常在靠近站台的一侧），注意使身体尽量紧贴墙壁，以免列车剐到身体。如列车已经驶来，万不可就地趴在两条铁轨之间的凹槽里，因为地铁和枕木之间没有足够的空间容身。

b.对地铁站台采用全封闭式屏蔽门。c.关键部位安装监控。

2.1.3 违规施工造成的安全事故

案例7——莫斯科地铁隧道遭路面广告基桩贯穿并撞击列车事故 1.事故经过：2006年3月19日莫斯科时间14时37分，位于莫斯科地铁扎莫斯科维特斯加亚线的索科尔站与禾哥夫斯加亚站间。（距市中心西北方约6公里处）。客车司机在运行途中突然看见一段混凝土梁柱从天而降，撞击到该列车，导致其中一节车厢引发火灾。

2.事故后果：两节车厢受损，部分乘客受到惊吓和创伤，该线暂停营运，地铁车站关闭，车上乘客于系统断电后疏散到禾哥夫斯加亚站。

3.事故原因分析 ：

广告公司的工人在地铁隧道上方的地面竖立大型广告牌，对广告牌醉基进行施工时，混凝土桩贯穿地铁隧道顶版结构并掉入隧道内（该路段隧道位于地面下约6-10m处），正好有一列车即将通过该处隧道，司机员虽发现并按下紧急煞车，但仍无法及时煞住，掉落的混凝土桩与列车撞击，一节车厢起火。该工程并未获得当局充分授权。该公司负责人员已遭到检察官留置接受调查。

4.事故启示：

a.完善地铁隧道及管线的安全标识。如“距此地面下多少米为地铁隧道（或地铁隧道高压管线），如有施工请与地铁部门联系”。

b.完善地铁运营立法保护,制定相关的法律法规，并严格规定地铁周边（红线范围内）的施工要经过地铁集团的审查和审批的文件。

c.加强客车司机的安全意识培训，在行车过程中随时注意客车前方的路况以及隧道内的情况。例如隧道内壁是否有异物、渗漏水、破裂（洞）等危害因素。

在地面树立警示牌设想 案例

8、市政施工挖断地铁电缆广州地铁2号线停电事故

1.事故经过：2004年4月7日上午９时，位于广州海珠区新滘南路南侧的地铁二号线高压电缆被市政施工单位打桩施工挖断，导致二号线乙线供电中断。

2.事故后果：高压电缆三相电缆中，其中一相电缆已完全破损，电缆绝缘皮撕裂，金属电线暴露在外，另一相电缆表皮有创伤痕迹。事故导致赤河乙线中断供电，目前地铁二号线河南主变电站只能单回路供电，对地铁二号线的安全运营造成极大影响。

3.事故原因分析：

地铁运营总部曾在巡查过程中发现其违规操作，已向其发出预警，地保办也曾多次组织现场会对其施工提出要求，直至４月６日下午，地铁运营总部巡查人员还对沿线情况进行了巡查，未发现问题。但施工单位为赶工期进度，昨日早晨，私自将桩机向南平移４米左右进行作业，导致打桩过程中钻机在破坏电缆槽边壁与盖板后直接将赤河乙线中的一相电缆破坏。

4.事故启示：

a.地铁在设计初期应考虑应对有可能出现的供电故障，在供电硬件上采用双组变电站供电模式，即地铁号线独立主变电站供电，主变电站分别由不同的市属变电站输电。两个变电站可实现越区供电，如出现其中一个主变电站失电，系统将自动切换，由另一主变电站来担负全线的供电任务，维持地铁正常运营。

b.做好停电及客流疏导应急预案。

c.完善地铁隧道及管线的安全标识。如“距此地面下多少米为地铁隧道（或地铁隧道高压管线），如有施工请与地铁部门联系”。

d.完善地铁运营立法保护,制定相关的法律法规，并严格规定地铁周边（红线范围内）的施工要经过地铁集团的审查和审批的文件。

e.对地铁地面安全（红线）范围内的施式工程，安监部门应做好告知和巡检工作。2．2 车辆因素

案例9——南京地铁列车无法 正常牵引严重晚点事故

1.事故经过：2006年3月15日14：06，位于地点：三山街站上行区间。14：06，0506车运行至三山街站上行站台停车开关门作业后，正常按ATO驾驶启动，启动后不久，列车发生冲动，随即自动停车，改用手动SM模式驾驶，列车只能以5公里/小时速度缓慢牵引；

14：15，故障列车到达张府园站，按规定开关门作业上下客后开出不久，列车产生紧急制动。手动SM驾驶时速度只能维持在5公里/小时左右，故障现象仍然存在；

14：26，到达新街口站，进行清客；该车退出运营。2.事故后果：故障列车退出运营。正线运营晚点近一个小时。3.事故原因分析：

a.列车制动系统中的制动压力开关状态不稳定，在常用制动已经全部缓解的情况下，司机室得不到制动已缓解的信号，导致列车无法正常牵引。

b.车辆检修和行车部门工作人员安全意识不强，存在侥幸心里。据了解这条电路曾经也发生过类似故障，但都是在终点站或存车线附近，未影响到正常运营。加上这类故障难以重现，致使故障一次次被放过，最终造成此次事故的发生。

c.当值调度处理突发事件能力不足。在事故处理过程中，列车在故障状态下仍然载客运行了两个区间，致使影响正线正常运营近一个小时。

4.事故启示：

a.加强安全意识教育，消除侥幸心理，彻底清查车辆故障，对于存在安全隐患的一切车辆拒绝上线运营。对正线运营的车辆出现不稳定因素时，坚决安排下线。

b.加强对制动压力开关的验收力度。同时在车辆调试时对该部件的状态进行重点观察。

c.加强调度人员对突发事件的处理能力。

案例10——南京地铁车辆常用制动失灵事故

1.事故经过： 2006年10月22日10时33分，位于上行线距中华门站300米处

10：33分，1314车从上行行驶至距中华门站300米处，发现速度不降，随即快速制动，仍不降速，最终因超速ATP保护列车产生紧急制动；

10：34分，司机检查发现DDU面板和故障清单无任何故障显示，检查司机室设备柜的开关，未发现有开关动作。随后司机采取应急处理措施，发现无法缓解紧急制动；

10：41分，行调要求司机换端等待列车救援； 10：52分，救援车与故障车完成连挂； 11：01分，将故障车推到中华门清客； 11：29分，到达小行基地。

2.事故后果：此次事故正线行车中断25分钟，造成清客5列次，单程票退票401张，IC卡更新145张，故障影响涉及5列车4个车站。

3.事故原因分析：

本案例事故的原因是司控器航空插头h号针与制动命令继电器连接不良，导致制动命令继电器BDR不得电，最终使司机的制动命令无法传递给每节车，全车都无法执行制动指令。同时由于紧急制动的缓解过程也需要制动命令信号，所以也无法缓解紧急制动。

4.事故启示：这是一起因车辆设备质量问题引发的事件，虽然没有造成严重的后果，但事故本身反应的问题应引起相关单位的注意。试想，如果列车紧急制动系统设备出现故障，导致紧急制动无法实现，产生的后果将不堪设想。

a.制定列车制动系统定期检查计划，确保列车运行的安全；要求其严格按照作业程序进行细心作业，尤其在拆卸和安装类似连接器的过程中严格控制作业质量，做到检查要有记录，使作业过程具有可追溯性。

b.在设备更换调试过程中应加强对司控器航空插头安装处的观察，同时配备足够量的备件，以便及时更换。

案例11——南京地铁车辆牵引施加无位移事件

1.事故经过： 2007年1月31日20时12分开车时发现推牵引列车无位移，DDU上无故障显示，列车制动不缓解，模式开关各个位置都试了，仍然不动车，遂报告行调，随后司机检查设备柜各保险开关正常，重新关开钥匙后，并再次转换模式开关进行试验，故障仍然不消失，因已接近救援时间，于是司机按照行调命令进行救援准备。

2.事故后果： 因发现及时并采取救援措施，未造成严重后果 3.事故原因分析：

南京地铁列车推牵引无位移的故障已经多次出现过，司机也是多次成功处理过。可能因为车载电脑系统版本较低，或连续且频繁操作和野蛮操作都会导致该故障的发生。通过实际经验得出：此类无明显故障显示的列车故障现象，使用降级休眠重启的处理方法是行之有效的。

此外车辆的震动导致接线的松动和脱落也会引起该故障的发生。4.事故启示：

a.对于无明显前兆，发生时也无明显的故障显示，很难判断的故障，只有平日加强对车辆的检查力度，认真执行各项检修标准，确保车辆各部状态稳定，同时也要加强对司机的教育，规范司机的操作步骤，杜绝野蛮操作现象。

b.对于“牵引离线”故障，通常的处理方法有“小复位”，“大复位”和“蓄电池复位”三种，跟南京地铁“降弓休眠重启”大同小异。

c.在司机培训时一定要规范电客车操作步骤。

2．3 信号因素

2.3.1 供电缺失造成信号丢失

案例12——上海地铁10号线列车追尾事故

1.事故经过：2011年9月27日13时58分，上海自动化仪表股份有限公司电工在进行地铁10号线新天地车站电缆孔洞封堵作业时，造成供电缺失，导致10号线新天地集中站信号失电，造成中央调度列车自动监控红光带、区间线路区域内车站列车自动监控面板黑屏。地铁运营由自动系统向人工控制系统转换。此时，1016号列车在豫园站下行出站后显示无速度码，司机即向10号线调度控制中心报告，行车调度员命令1016号列车以手动限速(RMF)方式向老西门站运行。14时，1016号列车在豫园站至老西门站区间遇红灯停车，行车调度员命令停车待命。14时01分，行车调度员开始进行列车定位。14时08分，行车调度员发布调度命令，交通大学站至南京东路站上下行区段实行电话闭塞法行车。14时35分，1005号列车持路票从豫园站发车。14时37分，1005号列车以54公里/小时的速度行进到豫园站至老西门站区间弯道时，发现前方有列车(1016号)停留，随即采取制动措施，但由于惯性仍以35公里/小时的速度与1016号列车发生追尾碰撞。

2.事故后果：列车损毁，大量人员伤亡，造成271人入院检查。线路瘫痪。3.事故原因分析：经事故调查组认定，事故的直接原因是：地铁行车调度员在未准确定位故障区间内全部列车位置的情况下，违规发布电话闭塞命令；接车站值班员在未严格确认区间线路是否空闲的情况下，违规同意发车站的电话闭塞要求，导致地铁10号线1005号列车与1016号列车发生追尾碰撞。其次经事故调查组查明，在未进行风险识别、未采取有针对性防范措施的情况下，申通集团维保中心供电公司签发了不停电作业的工作票，并经上海地铁第一运营有限公司同意。

3.事故启示：强化安全思想意识，加强重点行车岗位与重点设备安全管控。细化行车作业有关规定，严格列车切除ＡＴＰ条件下的行车管理，加强对列车进出站的记点制度；确保对列车运营状态的全程跟踪控制。进一步完善维修施工审批程序，严禁涉及行车安全相关设备在正常运营过程中的维修作业，杜绝施工检修可能给线路正常运营造成的影响。加强关键行车岗位人员安全意识、操作技能、作业标准等方面的培训，尤其组织力量开展对行车人员特殊工况操作和信号系统知识的集中强化培训，考核上岗。引进声纳技术，在车尾装上技术装置，确保在没有信号的情况下，不会发生追尾事件。

2.3.2 设备故障引发的信号传输故障

案例13——南京地铁4.30事故

1.事故经过：2012年4月30日 上午8:30左右，南京地铁二号线一列由油坊桥开往经天路的列车，在南大仙林站正常上下客后，司机启动了发车按钮，同时由于该站站台门有被挤开的信号，出于安全设计，系统未输出动力。司机随即下车检查异常，但瞬间站台门又迅速复位，列车启动。司机发现列车启动后，立即上车，但在上车过程中，未能站稳，跌落轨行区，头部等部位摔伤。事发后，地铁运营控制中心启动救援预案，由便乘司机担当该车驾驶员，正常开行列车，未对乘客出行造成影响。事故发生后，车站工作人员拨打120急救电话，随后与保安等合力将受伤司机用救护车送往医院组织救治，目前该司机仍在医院救治中。

2.事故后果：司机受伤，未对每次客出行造成影响。3.事故原因分析：

a.事故列车的车门的故障，司机早已上报一个月之久，为何未引起有关部门的重视，仍在坚持运营？目前，为何仍有一列车门有故障的列车在运营？

b.司机站岗的头顶就是监控探头，司机在掉入轨道后，站台的站务监控员和站台保安为何没有发现，是否存在在岗不作为？

4．事故启示：

a.加强对客车司机的行车安全操作意识。

b.对故障客车的检修，杜绝有故障的列车上线行驶。

c.加强对运行列车的监控。如安装司机站岗的监控和在地铁车辆上安装警惕装置，在司机出现异常手掌离开操纵手柄时，列车会自动紧急制动。

（图配一下，我印象报道中有个效果图）2．4隧内设备因素

案例14——广州地铁4号线列车外侧电池箱盖板松开撞击隧道电轨支架事故 1.事故经过：2011年10月28日晚19：43左右，广州地铁一列开往金洲方向的列车在驶出万胜围站台后不久，隧道内断电，乘客经疏散后出站。

2.事故后果：事故使遂道内100多米供电轨支架变形损坏，引发自动断电保护功能。地铁运营瘫痪2小时。乘客滞留。

3.事故原因分析：

车辆侧面蓄电池箱盖板出现异常松开，行驶过程中刮撞到供电接触轨，使供电轨支架变形损坏，引发自动断电保护功能。为确保乘客安全，暂时中断车陂南至大学城南下行区间列车运行。同时为确保全线不停运，最大限度减少对乘客的影响，上行区间采用单线双向“拉风箱”方式运营，组织黄村至车陂南、大学城南至金洲两个小交路运行。

新加坡地铁也曾发生类似事故（查一下新加坡的资料）。4．事故启示：

接触轨的应用上：不推荐 的理由？胡东完善 a.行车前应加强对车辆外观的检查

b．加强对车载、车挂、外挂设备检查的定期安检； c.开展对应急预案机制的建立和演练。

2．4 轨道因素

2001年5月22日，台北地铁淡水线士林站附近轨道发生裂缝，地铁被迫减速，并改为手动驾驶，10万旅客上班受阻。

2．5共它设备因素

案例15——北京地铁四号线电梯故障逆行事故

1.事故经过：2011年7月5日早9:36，北京地铁四号线动物园站A口上行电扶梯发生设备故障，原本是上行的电梯突然下滑，正在搭乘电梯的部分乘客出现摔倒情况，很多人防不胜防，人群纷纷跌落，导致踩踏事件的发生，最终酿成这一惨剧。

2.事故后果：

京港地铁公司启动相关应急预案，受伤乘客均已送往医院救治，事故造成1人死亡，2人重伤，26人轻伤。

1.事故原因分析：站内扶梯在运行过程中发生故障逆行，造成乘客摔倒、踩踏。2.事故启示：

a.加强电梯在运行维护、监督管理工作，建立维保体系。

b.对自动扶梯与周边的障碍物形成小于35℃的斜面夹角的区域都要设置清晰的警示标志或在该区域安装不锈钢防夹挡板，将危险区域封闭，以保证边缘不会卡住或者夹住乘客的头、手。为了醒目起见可将加装的固定挡板都漆成红色。

c.遇乘客在搭乘扶梯时不慎摔倒，地铁工作人员应及时停止电梯运行，避免更大范围伤害发生。

奥林匹克公园站乘客摔倒造成踩踏 安装警示标志或不锈钢防夹挡板

2．6社会因素

地铁车站及地铁列车是人流密集的公众聚集场所，一旦发生爆炸、毒气、火灾等突发事件，造成群死群伤或重大损失，严重地影响了社会秩序的稳定。

案例16恐怖人员袭击——爆炸、纵火和毒气

伦敦地铁恐怖袭击：伦敦地铁爆炸案2005年7月7日，伦敦发生多起地铁和公共汽车爆炸，警方确认死亡人数为56名，近百人受伤。欧洲和中东的反恐专家称，可能是“基地”组织领导人指挥了这次恐怖行动。

马德里列车爆炸案：2004年3月11日，西班牙首都马德里3个火车站以及附近地区连续发生爆炸。共有4列近郊区旅客列车连环爆炸，造成192人死亡、1500多人受伤。

广州地铁纵火案： 2011年10日22时20分左右，广州地铁五号线一辆文冲往溶口方向的列车行驶至小北路站与火车站区间时，车厢内一个小煤气瓶着火，车上的地铁工作人员、保安和乘客发现后即取出车上的灭火器将火扑灭，同时及时疏散群众，未造成人员伤亡。事发后，广 州市公安局高度重视，立即组织力量进行核查、取证，于昨日凌晨5时许，在白云区人和镇将涉嫌纵火的犯罪嫌疑人员吴某（湖南籍）抓获。

事故启示： 1.加强对进站人员的违禁物品的检查工作，杜绝一切违禁品带上列车； 2.加强对站务人员的各类灾害的紧急疏散预案的学习和演练。3 对策探讨

地铁一旦发生事故，将成为公众舆论的焦点，不仅带来不利的政治影响，人员伤亡、车辆损毁而带来的经济损失也将十分严重。随着地铁的飞速发展，为提高地铁运营的安全，有效减少事故的发生和降低事故损失，依据上述的事故分析，笔者提出以下几点事前预防对策以及事后处理措施。

3．1 事故发生前的预防对策

3．1．1 加强对乘客和工作人员的教育

(1)由于乘客素质对地铁安全有很大的影响，所以应加强对市民的地铁安全乘车意识的教育，减少由于乘客的失误而产生的地铁运营事故。例如，2004年4月出台的《北京市城市轨道交通安全运营管理办法》中，对乘客的各种危害城市轨道交通安全运营的行为作了规定，并且明确了运营单位工作人员应当履行的安全管理职责。另外，还要多加强对乘客在紧急情况下逃生自救知识的宣传教育。(2)统计表明，几乎每一起重大事故都与地铁工作人员的失职有关。所以务必加强对工作人员的法制教育，技术教育，安全教育和职业道德教育。工作人员要牢记“安全第一”的运营准则，任何时候都不能麻痹大意。韩国大邱市地铁的惨案有一个重要原因，就是将平时的教育流于形式，没有落实到实处，因而自食恶果。

3．1．2 采用先进的设备及其检测体系

地铁的运营涉及众多人员和先进的设备。车辆因素、线路问题、信号标志等设备都直接关联到列车的安全运行。车辆所使用的阻燃材料是否合格，安全装置是否充足有效，车辆是否符合运行要求，车辆技术状况的好与坏，都会直接影响到地铁的运行安全。韩国大邱地铁车厢内为了防止触电未安装自动报警设备和自动淋水灭火装置，同时未采用先进的阻燃材料，易燃材料燃烧后产生了大量毒气和烟雾，导致了事故的扩大。

上海地铁有两套自动防火设施，两级自动监控系统，一级设在车站，一级设在中央控制室。自动灭火喷淋系统，有水喷和气体喷两种，可以针对不同的火灾原因进行调控。地铁隧道里还设有专门的排烟装置，一旦发生火灾，隧道内的事故风机系统就会启动，在最短时间内排出有毒烟雾，防止窒息。

北京地铁设有双组变电站供电、紧急照明和应急通风设施，即使在出现两个主变电站同时停电，列车失去牵引力最终停车时，也不会导致出现地铁“失控”现象。地铁的指挥系统，如调度电话、通讯系统等，在失电情况下仍能正常使用，它们全部由蓄电池供电。

地铁发生意外导致紧急断电，在突如其来得黑暗状态下人员极易发生混乱，造成伤亡。在断电情况下能持续提高光源十分关键。自发光疏散指示系统完全解决了这个问题。这些安全标志在完全失去光源的情况下仍然能够利用自身的蓄能发光，以便乘客在漆黑一片中找到逃生的方向。

另外，还应该将安全线改为自动安全门以杜绝坠落地铁事故；加强车辆维护及检修工作，提高综合服务水平。建立和完善设备状况计量检测体系，确保设备运作的安全度。对已出过的事故苗头、灾害险情要及时记录，用系统安全工程的方法进行评价，及时制定切实可行的整改措施，把工作落到实处，尽量把事故和灾害消灭在萌芽状态。

3．1．3 建立自动监视及自动报警系统

为了保证地铁的安全运行，每个地铁系统都应具备监测及自动报警系统(Fire Alarm System，FAS)。FAS对于确保地铁的安全以及正常运营，具有极其重要的作用，成为地铁各系统中不可缺少的重要组成部分。受FAS系统保护的具体对象是全线车站、主变电所、车辆段及通信信号楼。地铁FAS系统必须是一个高度可靠的系统，接线简单，组网灵活，容易维修和扩展。控制中心(OCC)应有全线示意图，能监控全线的报警情况。

伦敦地铁当局在所有115个地下车站内安装有名为“快速追踪”的火灾探测与报警系统。该设备包括一个探测范围宽广的模拟可寻址烟雾与热量探测系统，以及其他一些诸如遥控关门器、应急有线广播系统、防火阀控制装置、检票门等安全防火设施。如今，每个车站内的电脑急速机能对本区段内的消防设施予以监视与控制。通过预先编制的程序，它能对每个车站上的所有消防安全设施进行扫描，搜检，在连续不断地进行基础分类后，便可确认这些设备的特征、位置，所处的形式与工作状况。应具备无线电通讯设备和有线通讯紧急电话，车站工作人员和地铁司机可通过无线系统或有线电话向控制中心传递事态信息；还有站台内的CCTV视频传输系统。车站内应装设全方位的监视器，实时收集站内各方位视频信息，不能出现有地铁发生火灾、爆炸、毒气而控制中心不知情的情况。列车上还配备有紧急报警按钮，发生火灾爆炸等意外事件时，乘客可迅速按压此按钮通知司机。3．1．4 制定应急方案并进行模拟演练

事故和灾害是难以根本杜绝的，必须高度重视应急预案的制定。“预防为主”是地铁安全正常运营的原则。凡事预则立，不预则废。不同的事故，其应急处理方法不同。只有事先制定多套突发事故应急预案，增强突发性事件的应急处理能力，才能把事故与灾害所造成的人员伤亡和财产损失降到最低程度。迅速的反应和正确的措施是处理紧急事故和灾害的关键。应急预案是对日常安全管理工作的必要补充。它的主要内容应该包括：指挥系统组织构成、应急装备的设置(主要包括报警系统、救护设备、消防器材、通讯器材等)和事故处理与恢复正常运行。要做到不发生事故，保证地铁运营安全，除了加强对员工的安全思想教育、提高群体安全意识、健全各项规章制度、严肃劳动纪律和作业纪律、建立安全监督管理机构工作以外，进行事故应急处理模拟演练是十分必要的。增强全员安全生产意识，逐步提高各有关专业和工种的应变能力、协同配合能力和对事故的综合救援能力，达到锻炼员工队伍的目的。例如，北京地铁就在建国门站进行了名为“列车发生爆炸迫停隧道内的应急先期处置”模拟演习。

3．2 事故发生后的处理对策

3．2．1 乘客的安全疏散问题

根据全世界的地铁重大事故的经验和教训，乘客没有得到快速、及时、安全地疏散是造成严重后果的重要原因。所以，乘客快速、及时的安全疏散是整个地铁安全体系中极其重要的内容。一个完善的乘客安全疏散方案要尽可能详尽和具体。在一到两小时不能恢复交通的情况下，地铁公司要赶紧联系公交公司，在各个地铁出口处设有开往不同地方的专车，来有效疏导乘客。还有发生事故后，地铁应担负起告知责任，不能以“故障”为借口，忽视甚至漠视乘客的知情权，导致乘客恐惧不安和混乱。3．2．2 建立事故处理专家系统

地铁事故的分析和处理是一项复杂的、经验性很强的技术工作，地铁发生事故的原因很多，要求快速、有效、准确地识别故障原因并采取有效措施及时恢复地铁正常运行，这还是一个值得深入研究的工作。近年来，在安全科学领域中计算机技术已与安全管理、安全评价、风险分析预测等工程技术广泛结合，并且推动了安全科学发展的进程。利用计算机准确及高速度的科学计算功能进行安全分析、事故诊断、安全决策等任务。目前，地铁普遍安装了计算机监控系统，但对状态监测的作用没有得到充分发挥，需要有一个后台的故障处理和分析系统来实现对监控信号的处理，充分实现对系统的智能化监控，提高整个监控系统的利用率。

专家系统内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。利用专家的经验快速给出处理措施，辅助管理人员进行事故处理，提高地铁的安全经济运行水平。地铁事故处理专家系统就是建立在这样的基础上的。一旦事故和灾害发生，在全线上运行的列车不能继续按照原先的计划运行图运行，中央控制室必须及时对所有列车运行作出科学正确的调整。韩国大邱地铁纵火案中正是由于中央控制室管理不力，没有及时阻止另一列列车驶入已经失火的车站，导致了伤亡人员的增加，死亡人员的多数也是第二列列车的乘客。

列车自动控制系统(ATC)中应包括针对发生紧急事故和灾害情况下的列车自动调度系统。这个自动调度系统应该是一个实时专家系统。自动调度系统软件由事实库、规则库、推理机、数据黑板等构成。事实库中主要存放与推理有关的静态事实；规则库中主要存放调度专家的领域知识，如故障判断规则、运行图调整规则等；推理机模拟调度专家的思维方式，根据事实库中的事实，调用规则库中的规则，逐步进行推理，推理的中间结构暂存在数据黑板上。自动调度系统将及时制定出新的列车运行方案，防止灾害的扩大化。

3．3 其他措施

3.3.1 通过立法为地铁安全运营保驾护航

以立法的形式保证城市地面、地下和高架快速轨道客运交通的安全，防范事故发生，规范站点秩序。立法规范地铁建设项目的验收、安全设施、治安管理等各方面，比如，配备专职的安全生产管理及治安保卫人员；监控视频等安全设施应该同步规划建设，并联入公安机关视频监控系统等。例如武汉市将通过制定《轨道交通管理条例》为地铁安全营运“保驾护航”。3.3.2增加第三方安全风险评估

建立各项安全评估、评价体系，增加第三方安全风险评估力量，开展经常性安全隐患排查。明确规定对既有地铁线路必须进行定期的运营安全评价，杜绝事故隐患。对新建线路加强投运前的安全评估，不符合规范就坚决不开通。例如上海近期颁布的《进一步加强轨道交通管理的意见》，明确规定了建立运营线路安全评价的长效机制，要求运营时间10年以下的地铁线路，必须每5年进行一次运营安全评价；运营时间超过10年的地铁线路，要求每3年进行一次全面安全评价，发现问题要及时整改。对于既有地铁线路的安全评价工作正在进行，将大的安全风险源彻底排除。还规定而了运营时段“每站有警”的措施，加强治安管理，落实保卫责任。对于加强地铁管理，降低安全风险，提升服务水平等方面进行了详细规定。

结束语

地铁作为大容量公共交通工具，其安全性直接关系到广大乘客的生命安全。安全运营是地铁运输的首要目标和基本原则。地铁运输安全是一个庞大复杂的系统工程，影响地铁安全运营的因素主要在于人、车辆、轨道、供电、信号以及社会灾害等。地铁运营管理部门应做到以下几点：(1)加强对乘客和工作人员的宜传教育；(2)装备先进的设备及其检测系统；(3)建立监视及报警系统；(4)制定应急方案；(5)进行模拟演练；

(6)事故发生后要注意乘客的紧急疏散。

最后建议建立一个地铁事故处理专家系统来促进事故处理的自动、快速、科学。同时相信这些对策的实施将会减少事故发生，降低事故带来的损失。

【部分文献参考摘自 李为为 唐祯敏（北京交通大学交通运输学院）】