基于事故树的石油钻井卡钻事故原因分析

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(长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023) (中石油塔里木油田分公司库车油气开发部，新疆 库尔勒 841000) (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023)

基于事故树的石油钻井卡钻事故原因分析

刘冬冬，王长建杨磊，王鹏陈敏

(长江大学机械工程学院，湖北荆州434023) (中石油塔里木油田分公司库车油气开发部，新疆库尔勒841000) (长江大学机械工程学院，湖北荆州434023)

钻井卡钻事故是石油天然气勘探开发过程中较为严重的钻井事故之一，事故危害性大。利用事故树分析法对导致钻井卡钻事故发生的各基本事件进行分析，可求出各基本事件的概率重要度系数，从而对概率重要度进行比较。通过分析比较，认为接单根时间过长、起下钻速度过快、未安装定位滑轮就直接下放测斜仪器、未采用扶正器使钻具居中、设备检修不及时、测斜时风险意识淡薄等是造成卡钻最主要的影响因素。针对引发卡钻事故的主要原因，应加强对其采取控制措施，预防卡钻事故的发生。

钻井卡钻；事故；事故树；概率重要度；石油钻井

钻井卡钻是指钻具在井底不能活动，且不能继续作业，在钻井过程中随时可能发生，是发生频率非常高的严重事故，极易引发无法预知的次生灾害。在钻井过程中，处理井下钻井事故和复杂情况所消耗的时间占总作业时间的6%～8%，处理钻井卡钻事故所消耗的时间占处理井下钻井事故时间的60%以上，处理井下钻井事故所需的费用占整个钻井过程所需费用的16%以上，遇到地质条件更为复杂的油气井时，该比例甚至会达到60%[1]。因此，采取针对性的安全评价方法，及时发现钻井卡钻风险并进行预警，同时采取有效的应对措施，能有效解决由于钻井卡钻事故导致的油气勘探开发周期长、成本高、效率低的问题[2]。

根据钻井卡钻事故的产生机理不同，通常将常见的钻井卡钻分成以下8大类：黏吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、干钻卡钻、水泥固结卡钻[3]。在处理不同的钻井卡钻事故时，由于机理不同，因此所需要采取的措施也有所不一，当钻井卡钻事故发生后，必须根据实际情况进行分析，然后采取最佳方式进行解卡。下面，笔者对常见的钻井卡钻事故进行统计和分析，并对导致钻井卡钻发生的各基本事件概率重要度进行分析，得出相应概率重要度的大小关系。

1 钻井卡钻事故统计及分析

钻井卡钻事故在钻井过程中非常普遍，通过分析钻井现场100起钻井卡钻事故并查阅相关文献[4～14]，对发生钻井卡钻事故的原因进行分析，归纳整理了导致钻井卡钻的基本事件，通过对基本事件进行统计得出基本事件概率。

钻井卡钻风险受一系列相关因素的影响，综合考虑各种因素及事故发生的必要条件[15]，钻井卡钻事故直接由钻头拉入键槽底部被卡住、钻头与部分钻柱被埋住、井壁坍塌、钻柱与井壁泥饼长时间黏合在一起、井径缩小等异常状态造成，而这些异常状态又会由多个基本事件导致。导致钻头拉入键槽底部被卡住的主要原因包括起下钻方式不当和由于井斜或方位变化大形成了狗腿；导致钻头与部分钻柱被埋住的主要原因包括岩砂下沉和操作失误；井壁坍塌的主要原因是液柱压力小于地层压力和底层破碎；导致钻柱与井壁泥饼长时间黏合在一起的主要原因是工作程序出错和钻具与泥饼相接触；导致井径缩小的主要原因是黏土颗粒、岩屑及加重剂沉淀在泥饼上和下钻遇阻时的处理方式不正确。

2 钻井卡钻事故树模型建立

事故树分析法(FTA)能够清晰、形象地表示出事故与原因之间的因果关系，可以分别采用定性和定量的分析方法求出危险因素对事故的影响大小或概率，便于施工人员对危险因素做出准确的判断，并制定出最佳的解决方案[16]。FTA逻辑性强，分析过程简洁明了，既能定量分析、识别、评价各种系统的危险性，又能根据各基本事件发生的概率定量的分析出顶上事件发生的概率[17]。

通过对钻井现场100起钻井卡钻事故的原因进行分析，共统计了39个基本事件(X1～X39)和22个中间事件(M1～M22)，基本事件描述和发生概率见表1。通过对各基本事件和中间事件导致钻井卡钻发生的逻辑关系进行分析，建立如图1所示的钻井卡钻事故树模型，顶上事件T即为钻井卡钻事故。

表1 钻井卡钻事故基本事件描述和发生概率

注：M1为钻头拉入键槽底部被卡住；M2为钻头与部分钻柱被埋住；M3为井壁坍塌；M4为钻柱与井壁泥饼长时间黏合在一起；M5为井径缩小；M6为起下钻方式不当；M7为形成狗腿；M8为操作失误；M9为岩砂下沉；M10为液柱压力小于地层压力；M11为底层破碎；M12为工作程序出错；M13为钻具与泥饼相接触；M14为黏土颗粒、岩屑及加重剂沉淀在泥饼上；M15为遇阻时处理方式不正确；M16为工作人员观察不到位；M17为钻井液密度不够；M18为钻具长时间静止；M19为泥饼黏附系数大；M20为井漏；M21为形成胶状疏松泥饼；M22为地层性能差。图1 钻井卡钻事故树图

3 钻井卡钻因素重要度分析

顶上事件被绘制在事故树的顶端，是整个事故树所要研究的特定事故；基本事件绘制于顶上事件下部的各分支终端；中间事件位于顶上事件和基本事件之间，它既是由基本事件导致的结果，也是导致顶上事件发生的原因。割集是指导致事故发生的若干个基本事件所组成的集合[18]。某个基本事件的概率重要度大小与该基本事件本身发生的频率并没有直接关系，而是取决于该基本事件在它所在割集中的概率大小以及该基本事件在所有最小割集中重复出现的次数[19]。通过求解所绘制事故树的最小割集，结合各基本事件发生的概率，可以计算出各基本事件的概率重要度[20]。

为了对钻井卡钻事故进行定量分析，就需要分析39个基本事件对顶上事件的影响程度。笔者通过求解事故树模型的最小割集来得出各基本事件的概率重要度系数，系数越大则对应的基本事件对顶上事件的影响程度越大。各基本事件的概率重要度系数的大小对施工人员采取何种预防措施来预防钻井卡钻事故的发生具有指导性的意义[21]。

通过对建立的事故树模型的计算，求得钻井卡钻事故的最小割集共有79个：

依据上式，求得的最小割集K1为：

K1={X1，X4}，{X1，X5}，……，{X20，X37，X39，X22}，{X20，X37，X39，X23}

计算钻井卡钻事故发生的概率公式为：

式中，g是顶上事件发生的概率；qi是第i个基本事件发生的概率。

Ig(13)>Ig(1)=Ig(17)=Ig(18)=Ig(30)=Ig(31)>Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=Ig(9)

>Ig(19)=Ig(32)=Ig(33)=Ig(34)=Ig(35)=Ig(36)>Ig(10)=Ig(11)=Ig(12)=Ig(24)=Ig(25)>Ig(14)>Ig(4)=Ig(5)>Ig(2)=Ig(3)>Ig(15)=Ig(16)>Ig(20)=Ig(37)>Ig(26)=Ig(27)=Ig(28)=Ig(29)>Ig(38)=Ig(39)>Ig(21)=Ig(22)=Ig(23)

对各基本事件的概率重要度进行比较可知：X13(接单根时间过长)是导致钻井卡钻事故发生最为重要原因，其次是X1、X17、X18、X30、X31，X6、X7、X8、X9也是影响钻井卡钻风险的主要因素。

4 结语

通过对钻井卡钻事故进行统计和分析，得出了导致钻井卡钻事故发生各基本事件概率重要度之间的大小关系。通过比较可知，接单根时间过长、起下钻速度过快、未安装定位滑轮就直接下放测斜仪器等基本事件是导致钻井卡钻事故发生的最主要因素，这些基本事件虽然发生频率不高，但一旦发生，就极易导致钻井卡钻事故的发生。因此，施工人员的安全意识与钻井卡钻事故的发生有着密切的关系，各施工单位应加强对施工人员的安全教育，使其熟练掌握各类型钻井卡钻事故的特点以及应采取的措施，提升施工人员的安全素养，防患于未然，最大程度降低钻井卡钻事故的危害。

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[编辑]赵宏敏

2017-07-27

刘冬冬(1992-)，男，硕士生，现主要从事油气装备安全工程方面的研究工作，947878235@qq.com。

引著格式刘冬冬，王长建,杨磊,等.基于事故树的石油钻井卡钻事故原因分析[J].长江大学学报(自科版)，2017,14(21)：51～53，68.

TE281

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1673-1409(2017)21-0051-03