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高含硫油气田钻井作业HSE管理体系

摘要:健康、安全与环境管理体系(简称HSE管理体系),是国际石油勘探开发行业健康管理、安全管理、环境管理的一种系统方法,通过实施评价和风险管理,达到保障员工健康,保证安全生产,保护环境的目的。对于含硫气田钻井作业,任何可能发生的危险、危害都可能导致发生事故,事故无论大小,都会给企业造成经济上和政治上的影响。在立足于事实和实践的基础上,完成了高含硫气田钻井作业HSE管理体系的步骤,通过体系的实施,能更加明确责任,提高HSE整体管理的水平和效率的可行性和重要性。
关键词:钻井;硫化氢;HSE管理;应急程序
 
目前我国含硫气田气产量占全国气产量的60%。我国“十五”期间探明的天然气中有990 l08为高含硫化氢(硫化氢含量大于或等于30 g/m3),其主要分布在鄂尔多斯、塔里木、四川盆地及柴达木盆地。含硫气井的开采是具有高度危险性的作业,世界各国在含硫气井开采过程中,井喷事故的发生层出不穷,常常会发生灾难性的事故,开采面临的风险很大。HSE管理体系就是依据管理学的原理,建立PDCA模型:计划(Plan)、实施(Do)、检查(Check)、改进(Act)四个相关联的环节,以持续改进的思想,指导企业系统地实现无事故、无伤害、无污染的HSE目标。因此,在实施钻井作业HSE管理体系时,一定要树立程序化、规范化管理的理念,形成一个动态循环的管理框架。计划环节就是作为行动基础的某些事先的考虑,它预先决定干什么,如何干,什么时候干,以及谁去干等问题;实施环节是将计划予以实施;检查环节是对计划实施效果进行检查衡量,并采取措施,消除可能产生的行动偏差;改进环节是针对管理活动实践中所发现的缺陷和不足,不断进行调整、完善。
1  计划制定
1.1  责任和承诺
推行钻井作业HSE管理体系的目的是减少事故,要求我们在思想观念上树立任何事故都可预防的理念,即“零事故”的新理念。从HSE观念上来看,对待每一个事故隐患,制定安全措施,都可以将不安全因素转为安全。任何违反安全、健康和环保规定的行为都应得到制止。
1.2   风险识别
直属企业的高层管理者应不间断地组织风险评价工作,识别与业务活动有关的危害、影响和隐患,并对它们进行科学的评价分析,确定最大危害程度和可能影响的最大范围,以便采取有效或适当的控制措施,从而把风险降到最低或控制在可以承受的程度。[4-5]
钻井液中的硫化氢主要来源于含硫化氢地层。硫化氢钻井作业中面临的特定危害和影响如表1所示。
表 1   硫化氢钻井作业中主要的特定危害和影响
项目  主要危害  主要影响 
修建井场 破坏植被 破坏生态环境
钻进 钻井生产设备噪音 影响人和
起钻 潜在的井喷 威胁人
下钻 潜在井漏 污染地下水
井口操作 落物及意外事故 危害人身安全
井喷失控 潜在着火 威胁人和设备安全、污染环境
硫化氢溢出 毒性、着火、爆炸 威胁人和设备安全、污染环境
钻井液处理 毒性、破坏环境 对人、环境危害
固井作业 水泥失重诱发井喷 威胁人和设备安全、污染环境


1.3 人员培训
1)硫化氢的危害
在钻井过程中,硫化氢主要集中在①井口附近;②钻井液出口;③除气器口;④循环池;⑤泥浆筛附近;⑥生活区、发电机、配电房抽风口处。硫化氢职业危害程度级别为II级高度危害,10 mg/m3是《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)规定的最高容许浓度。硫化氢腐蚀方式主要有电化学失重腐蚀、氧诱发裂纹(HIC)腐蚀、应力腐蚀开裂及硫堵;硫化氢对人的危害主要是毒性伤害。
2)现场监督人员培训
现场监督是硫化氢作业环境现场监督的负责人,也是组织实施应急预案的现场指挥,除了接受硫化氢防护的基本培训外,还应清楚自己在应急预案中的职责,掌握钻遇到硫化氢之前对钻井液的处理和硫化氢对设备的影响等。
3)作业人员和其他人员培训
在含硫气井作业相关人员应进行硫化氢防护培训,了解硫化氢中毒自救和他救的知识。对其他到访人员应该知道有关出口路线、紧急集合区位置、适用的警报信号和在紧急情况下的响应方法和个人防护用品的使用。
1.4  钻井设备选择和布置
新建、改建、扩建装置(设施)时,要按照“三同时”即劳动安全和环境保护设施要与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的原则,采用国际或国家、石油、石化行业标准进行设计、设备采购、安装和试车,确保装置(设施)在运行寿命期间保持良好的运行状态。
由于硫化氢对设备腐蚀严重,所以钻井设备的金属材料应该具备抗应力开裂的性能,非金属材料应能承受制定的压力、温度和硫化氢环境,同时应考虑化学元素或其他钻井液条件的影响。
井场及钻机设备的安放应考虑季风风向,井场值班室、工作室、钻井液室应设在井场季风的上风方向。在季风上风方向较远处专门设置消防器材室,配备足够的防毒面具和配套供氧呼吸设备。在井架、消防器材室均应该设置风向标。
在井场、营地和搬迁途中应设立醒目的健康、安全与环境警示标志。
1.5   检测和防护器材
在井场硫化氢容易聚集的地方,特别是:方井;钻井液出口、接受罐和振动筛;钻井液循环罐;司钻或操作员位置;井场工作室以及其他硫化氢可能聚集的地方,应安装固定式硫化氢检测仪及音响警报装置。
含硫地区的井队井场工作人员必须配备便携式硫化氢检测器,井区至少配备5台便携式硫化氢检测器。硫化氢浓度在15 mg/m3时启动报警,在20 mg/m3时必须强制佩戴正压式空气呼吸器,达到危险浓度150mg/m3时,井场人员全部撤退。
2  实施
2.1   两书一表
钻井作业HSE两书一表,即“钻井作业HSE工作指导书”“钻井作业工作计划书”和“钻井作业HSE管理检查表”是指导和实施HSE管理的重要文件,是钻井队运行HSE管理体系的具体表现。两书一表通常由负责HSE管理的有关人员、相关的技术专家或有经验的技术人员进行编制,然后交给指定专家审核后,在井队现场贯彻执行。
2.2   岗位职责
井场岗位有正负队长、指导员、钻井技术员、HSE监督;钻台岗位有大班司钻、正负司钻、钻工、井架工、场地工;机房岗位:大班司机、柴油司机、司助岗;发电房岗位:发电工、电工(仪表)岗;地质房岗位:地质技术员、大班采集工、采集岗;钻井液室岗位:钻井液组长、钻进液工、固控工、污水处理岗。
与传统的岗位职责不同的是,HSE岗位职责不仅包括钻井作业操作规范,还包括岗位上对谁负责、对下负责什么以及赋予岗位HSE的权利和义务。
2.3  钻井废弃物的处理
1) 防止水污染
钻井中遇到有浅水淡水或含水带,下套管时应注水泥封固;不让井场内的污水、污油、钻井液等流入田间或进入溪流,防止场外表层水源被污染。
2) 防治空气污染
钻进过程中发现地层可燃气体或有害气体逸出,应立即采取有效措施防止气涌井喷,防止对人和环境伤害;
3) 防止噪声污染
钻井作业场所的设备噪声不应超过90 db,特设设备不得超过115 db。在城郊钻井,必须考虑对周围居民的影响,设备噪声一般不应该超过60 db。
4) 防止钻井液、钻屑及废油污染环境
井场应筑足够容量的废浆池,以便收集事故溢出的钻井液或被置换的废钻井液,任何情况下,钻井液不得排除井场;应配备密闭式钻井液净化装置,钻井液循环使用,避免用直接用土池作为钻井液循环池。
3  检查和监察
3.1  设备的安全检查
现场检查主要由上级安全主管和现场HSE监督执行,主要检查现场HSE的执行情况,防止硫化氢设备的配备和运行情况。
开钻前的验收检查包括井架、钻台、井架底座、防喷器、钻井液泵及钻井液池、机房和发电房、井场、吊车、叉车、消防设备、营地、人员安全检查。井控装置的安全检查包括防喷器组、防喷管汇、节流压井管汇、远程控制台、司钻控制台等全套井控设备。钻井队污水治理检查包括污水类型、污水来源、污水量和污水处理办法。
3.2  井喷的预防和控制
钻井平台技术经理、主管生产和安全的副经理、总工程师副总工程师及直接从事钻井生产的指挥与管理的人员都应对井控事故负责。钻井井口防喷装置包括在钻井过程中各次开钻时所配置的液压防喷器及控制装置、四通、转换法兰、双法兰短节、转换短节等;井控管汇包括防喷管汇、节流管汇、压井管汇、和放喷管汇;钻具内的防喷工具包括方钻杆旋塞、钻具止回阀、箭型阀、钻具旁通阀;井控检测仪器仪表包括钻井液循环罐液面检测报警仪、钻井液自动灌注系统、各种井控参数仪表。
井控装置已形成系列配套,对一般出现的复杂情况都能处理和解决。但对高含硫化氢的井,由于其危险性很大,必须对井控装置进行更为完善的配备,应增加多重保险保证在各种状况下都能有效控制井口,严防井口失控。
在高含硫高压地层和区域探井的钻井作业中,必须在防喷器上安装剪切闸板。
3.3  事故的处理
对事故责任者应按照责任大小给与处理,钻井施工作业公司内部的行政处分包括:开除、开除后留用察看、降级、记大过、记过、警告、通报批评。对于违章指挥或违章作业;擅自拆除、毁坏、挪用安全装置和设施;玩忽职守,违反安全生产责任和劳动纪律导致的事故应该追究当事人的责任。
4  改进
4.1   应急反应程序
应急管理是指对生产、储运和服务进行全面、系统、细致地分析和调查研究,识别可能发生的突发事件和紧急情况,制订可靠的防范措施和应急预案。
1) 应急项目管理机构汇报程序
事故发生后应采取逐级汇报的方式,先由当事人或目击者向现场应急小组报告,而后由应急小组向基地应急小组汇报,启动应急程序。
2) 硫化氢防护应急程序
一旦硫化氢探测仪或录井仪发生报警,立即通知司钻,并赶赴报警点发出警报;司钻立即停止作业,实施关井,司钻内外钳工戴上防毒面具后留在井口,其他人全部撤离到上风集合地点;应急抢险小组立即赶赴现场,检测硫化氢流量,同时应急小组组长将井上情况向甲方监督通报;若硫化氢含量低于10 mg/L,可进行循环观察,决定是否恢复生产,若硫化氢含量高于10 mg/ L,应循环压井,直到最终控制住气蚀;险情解除后写出应急险情处理报告。
3) 井控应急程序
一旦发现溢流、井涌、井喷采取如下的应急程序:发出长鸣喇叭紧急信号,全队处于紧急状态,当硫化氢浓度达到30 mg/ L以上,所有人都应该戴上正压空气呼吸器;根据求得的压力,有钻井工程师确定压井钻井液密度和压井方法;通知公司、公安、消防、医疗单位准备应急;如果压井成功,检测现场硫化氢浓度,达到10 mg/ L以下,即可清理现场恢复生产;如果压井失败,向当地政府报告,协助当地政府做好井口500 m范围居民疏散工作,并同时关停生产设施,划定警戒区,等待援助。
4.2   评估、保障和改进
实施HSE管理,井队应建立HSE会议制度,通过会议掌握和了解HSE的相关信息。会议包括:钻前HSE动员会、班前HSE会,HSE工作分析会、阶段总结和完井总结评估会。通过HSE会议促进各方之间的交流,对全员参与HSE管理起到推动作用,提出改善HSE的建议,使其达到持续改进的目的。
因技术原因,HSE计划或措施修改后,需要对员工进行培训;如遇到人员变更也应对新来的人员培训。
5 结论和展望
1)国外特别是美国的含硫化氢气田开采HSE管理体系,这些标准在作业人员培训、人员设备保护、应变计划和应急程序、场地位置的分类、材料和设备、作业、钻机运作、特殊作业、海上作业、硫化氢检测设备的评价和选择;含硫化氢井场(井口)与周围内居民住宅、学校、公路、铁路和厂矿等的安全距离;以及确定在井喷失控复杂的情况下,谁是点火决策人等方面考虑得比较全面和科学,对我国的防硫化氢工作具有较强的借鉴和参考价值。
2)在硫化氢钻井作业HSE管理体系中,国内现有技术的局限为勘探开发提出较大的挑战。比如含硫气田的污水具有强腐蚀性,现有的技术尚不能结决这些污水的处理工艺、设备及药剂的选择;不能解决污水的回注技术。
3)中国发现新油气资源的潜力仍然很大,特别是天然气,目前中国还处在开发的初期阶段,潜力非常大。只要加大勘探投入,在中国发现新的油气资源是完全可能的。我国的石油天然气工业将会有更大的发展。
 
参考文献
[1] 中国石油天然气集团公司HSE指导委员会. 钻井作业HSE风险管理[M].北京:石油工业出版社,2001,11-12.
[2] 杜君.石油天然气钻井健康、安全环境管理[M] .北京:石油工业出版社,1998,101-102.
[3] 支景波,刘伟.如何建立多层次HSE管理体系的PDCA循环模式[J] .安全、健康和环境,2007,7(2):13-14.
[4] 王建勋.钻井现场H2S气体的探测及防护[J] .石油工业技术监督,2003,19(11):1-2.
 5] 马强.小洼油田硫化氢产生机理及治理措施[J].特种油气藏,2010,17(supp):118-120.

 

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