摘要：高含硫气田试气作业安全管理中，如何预防井喷失控、着火爆炸、硫化氢泄漏中毒事故的发生非常关键。中原油田普光分公司在普光气田的试气过程中严格试气队伍的资质审查、开工前的检查验收，改进工艺工序与操作方法，优化硬件设备，应用新技术新设备，完善安全预案等，形成了一整套行之有效的安全管理方案。在安全技术措施上，改进了坐完井悬挂器(穿越四通)操作步骤，避免损坏金属密封，造成悬挂器损坏；将录井技术应用于试气作业，实现了科学预警；推广应用了QTI3000型焚烧处理装置，降低了对环境的不良影响；改进了射孔枪的连接方法，减轻了工人的劳动强度，缩短了起射孔枪时间，能在起钻发生井喷失控前及时控制关井。以上安全技术措施保证了普光气田试气作业安全、顺利的进行，为我国同类气田试气作业的安全管理，保障试气作业顺利进行提供了参考和借鉴。
关键词：高含硫气田；试气作业；井控；安全措施；普光气田
1 高含硫气田开发的现状及试气作业过程的安全风险
高含硫天然气田的开发是一个复杂的系统工程，涉及勘探、地质、钻井开发、集输与脱硫净化等众多专业，在我国尚处于起步阶段，没有成熟的经验借鉴，许多技术的可靠性需进一步验证。中原油田普光气田属于高含硫气田，其试气作业的安全问题备受关注和重视，开发建设者们运用系统安全理论，通过安全预评价、方案审查、不断完善安全措施，严格从队伍资质要求、人员能力培训与取证、井控装备、制度与操作规程、应急预案等方面入手，强化安全管理，顺利地完成了普光气田3个钻井平台9口井的试气作业。
高含硫天然气田试气作业涉及的危险物质主要包括：H2S(易燃、易爆、毒性和酸性腐蚀气体)、甲烷等烃类物质(易燃易爆)、H2S(易燃、易爆、毒性和酸性腐蚀气体)、CO2(酸性腐蚀气体)、SO2(毒性气体)和施工过程中使用的防冻剂甲醇(易燃、易爆、毒性液体)、压井液(毒性液体)、射孔液(毒性液体)、洗井液(毒性液体)、酸液(腐蚀性液体)、环空保护液(毒性液体)以及作业设备使用的汽油和柴油(易燃、易爆液体)等。
施工过程中的危险、有害因素有：火灾、爆炸、中毒和窒息、触电、高处坠落、物体打击、车辆伤害、起重伤害、坍塌、噪声等，应重点防范井喷、井喷失控、火灾、爆炸、中毒和窒息等，尤其是井喷失控后硫化氢扩散可能导致的人员重大伤害。
2 试气作业安全技术措施
针对试气关键环节、关键步骤提出了以下措施。
2.1 配套装备的优选
针对普光气田储层埋藏深、高温、高压、高含硫等特点，以及地层情况复杂，储层孔缝洞发育，易发生井喷失控、井漏、井涌、火灾、爆炸、硫化氢泄漏扩散等事故的实际，普光气田试气作业对施工设备、井控设备、消防气防设备提出了更高的要求。普光气田主体试气作业设计，综合考虑试气井地层的压力温度、井下生产管柱尺寸、井口通径以及该井配产实际，选用70型35MPa三级降压放喷流程；针对试气、起下作业过程中常开井口易造成硫化氢溢出并可能出现井喷的实际情况，选择使用了方便易操作的2FZ28-105、FZ28-105、单闸板防喷器及起下管柱内4种防喷工具。
2.2 操作步骤的改进
1) 改进了坐完井悬挂器(穿越四通)操作步骤。由于完井悬挂器金属密封与放喷器间隙极小，应避免损坏金属密封，造成悬挂器损坏。
2) 为了解决坐悬挂器安全问题，组织了普光P302-2井各工程技术人员现场对照实物进行研究分析并与外商(方)讨论，原设计中坐封-拆放喷器-装密封的步骤，改为坐封-拆放喷器-装密封-穿越，避免损坏金属密封，缩短了坐悬挂器的时间，保证了井口安全，同时又缩短了施工周期。
3) 针对普光气田射孔井段跨度大，射孔枪支多，射孔后，起射孔枪时间长，易发生井喷失控，难以实现防喷关井控制这一难题，工程技术人员将原来枪身靠丝扣连接改为挂钩连接。经过现场实验对比，提高了起枪身的速度并缩短了时间，降低了工人的劳动强度，实现了若在起钻中发生井喷失控能及时控制关井的目的。
4) P302-2井口装置FMCHHH级井口起下管柱操作要安装内防磨装置，如再装放喷器，管柱施工完毕后，造成内防磨装置取不出来。因油管四通内是堆焊的防硫层，材质软、厚度薄，为使防硫层不受磨损的破坏，在起下管柱中设计了扶正器集中法兰，起到了使防硫层不受破坏的作用。
3 技术创新与应用
3.1 将录井技术应用于试气作业，实现了科学预警
将综合录井仪首次应用于试气作业，利用录井技术监测射孔后至下完井管柱完井期间的施工过程。通过监测分析大钩负荷、压井液进出口体积和密度的变化，以及井筒内的烃类含量检测，准确计算出气体上窜速度，及时判断有无气侵现象和有害气体溢出，实现了科学预警，为起下管柱、拆装井口提供了安全可靠的保证，为试气投产作业井控安全施工提供了保障。
3.2 推广应用了QTI3000型焚烧处理装置。降低了对环境的不利影响
QTI3000型焚烧处理装置能在较低的燃气消耗下燃烧效率达到99.9%，燃烧彻底，排出气体没有微小颗粒或未燃尽的烃类化合物。通过控制焚烧炉的温度、停留时间和空气质量等参数，确保燃烧完全(燃烧率达到99.9%)。通过环境监测点二氧化硫含量计算，相当于3 h内扩散1ppm(二氧化硫1ppm=2.86mg/m3)，没有发现二氧化硫超标现象。
3.3 引进微牙痕液压钳技术，填补国内镍基合金钢油管下井操作的空白
引进了美国ECKEL公司的微牙痕液压钳、卡瓦式吊卡、多片式卡瓦等专业工具，对操作人员进行了专业培训，有效地避免了镍基合金钢油管的压痕损伤，优质高效地完成了井下合金钢完井管柱的施工。
3.4 成功运用屏蔽暂堵技术
普光气田产层分布有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层，各类储层的渗透率和孔隙度差异大，且射孔井段长、跨度大。根据各类储层的不同渗透率，在试气投产作业中使用ZD型暂堵浆对储层进行暂堵，20d内未发生气窜，起到了很好的封堵效果。解决了气田试气作业中出现井漏和溢流现象，为后续施工提供了可靠的安全保障。
3.5 在高风险部位应用可视监测系统，降低了操作人员安全风险
在采气井口、放喷池、焚烧炉、分离器等重点区域实施视频监控措施，提高了监控的效果，降低了安全风险。
4 安全管理措施
4.1 开展专项安全评价并编制高含硫气田试气作业安全环保保障实施方案
4.1.1专项安全评价
依据相关标准和普光气田试气作业特点，组织专家编写了《川东北开发井平台试气投产施工方案安全评估要点或大纲》。要求评价公司按照导致事故的原因、操作、设备、安全控保设施、材质、平面布局和周边环境等方面进行危险、有害因素辨识和分析；要求评价公司系统地针对平台周边自然条件和社会环境、井身结构、地质设计、工程设计、施工设计、入井材料、施工队伍管理以及应急管理等进行可靠性评价，完善了试气施工过程安全措施。
4.1.2安全环保保障实施方案要点
① 突出现场封闭化管理，试气放喷期间严禁未取得硫化氢培训合格证以及与作业无关的人员进入500m现场。②认真做好对周边群众的告知工作，在酸化压裂之前将可能发生的危险以“告知书”的形式发给地方政府，由地方政府向周边居民宣讲，并疏散井场500m范围内的居民。③明确疏散和现场指挥指令，需紧急疏散井场500m以外居民时，由投产试气领导小组确定疏散范围并发出指令。放喷求产时，若距离放喷口及焚烧炉100m以外的H2S浓度大于100ppm(硫化氢1ppm=1.5mg/m3)(点火后)和SO2浓度大于30ppm应关井并中断施工作业。④细化硫化氢防护措施，除了严格按照相关标准做好气防器具、硫化氢检测仪、点火设施、报警设备的配备、井控装备、放喷流程安装外，对测试流程发生H2S泄漏，配备了强风车稀释等其他措施。
4.2 严格施工区域准入制度
按照中石化川东北企业相关标准加强试气施工队伍资质、人员、设备的审查，严把市场准入关，必须具备中石化甲级施工资质，且具备川东北地区准入资格，确保普光气田试气作业队伍具备高标准的装备以及具有较高的人员素质。
4.3 完善试气应急预案以及安全环保制度建设，强化安全措施的落实
中原油田西南工作委员会2008年起草制订了《普光气田试气投产安全环保十大禁令》、《普光气田试气投产平台交叉作业安全环保特别管理规定》、《井下作业放喷及产能试气开井现场佩戴使用正压式空气呼吸器规定》等制度。编制了《普光酸性气田井下作业操作规程》等13项操作规程。规范了现场操作，提高了质量，确保了安全，加快了进度。
组织有关人员对试气队伍编制的试气投产应急预案进行严格审查。按中石化川东北指挥部要求，应急预案在乡、县政府备案，使政府人员熟悉应急预案内容，更加明确需协助的工作。
4.4 认真开展试气开工前验收检查[1]
组织相关部门组成开工前验收检查组，对试气井场标准化、动力设备、高压管汇、测试高压流程、消防气防配备、压井材料、井控内防喷工具、报警设备及其他安全技术措施等方面进行检查验收。先后开展试气作业开工验收检查9次，督促整改问题210余项，确保了试气过程安全措施的落实。
4.5 加强试气过程重点工序的现场督查和监控
4.5.1 重点工序的监督检查
对于射孔起下管柱、下气井酸压生产联作管柱、放喷测试施工等危险工序实行驻井监督，要求施工队伍严格按照审批的地质设计、工程设计、施工设计和压井液设计以及相关标准落实施工过程安全措施。试气过程中涉及含硫的压力容器、管线拆装时，必须进行通风和专人监护。
4.5.2 试气放喷过程的周边环境检测
对2000m范围内重点区域的农户、学校、医院，普光、土主等两个乡镇进行了清查；对长时间试气的二氧化硫的产生量、最大落地浓度、扩散距离、环境影响范围进行了模拟，根据二氧化硫对人及农作物的危害(见表1、表2)，明确了需保护的环境敏感目标和范围。
表1 S2O对人的影响及危害表[2]
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空气中的浓度[ppm(mg/m3)] |
对人危害的典型特征 |
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1(2.71) |
具有刺激性气味，可引起呼吸的改变 |
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2(5.42) |
阈限值 |
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5(13.5) |
灼伤眼睛，刺激呼吸，对嗓子有较小的刺激 |
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12(32.49) |
刺激嗓子咳嗽，胸腔收缩，流泪和恶心 |
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100(271.00) |
立即对生命和健康产生危险的浓度 |
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150(406.35) |
产生强烈的刺激，只能忍受几分钟 |
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500(1354.50) |
即使吸入一口，就产生窒息感。应立即救治，提供人工呼吸或心肺复苏技术 |
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1000(2708.99) |
如不立即救治会导致死亡，应马上进行呼吸或心肺复苏 |
表2 任何农作物的大气污染物浓度限值[2] mg/m3
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污染物 |
作物敏感程度 |
生长季平均浓度 |
日平均浓度 |
任何一次 |
农作物种类 |
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SO2 |
敏感作物 |
0.05 |
0.15 |
0.50 |
冬小麦、春小麦、大麦、荞麦、大豆、甜菜、青菜、白菜、莴苣、黄瓜、南瓜、西葫芦、马铃薯、苹果、梨、葡萄、苜蓿、三叶草、黑麦草 |
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中等敏感作物 |
0.08 |
0.25 |
0.70 |
水稻、玉米、燕麦、高梁、棉花、烟草、番茄、茄子、胡萝卜、桃、杏、李、柑橘、樱桃 | |
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抗性作物 |
0.12 |
0.30 |
0.80 |
蚕豆、油菜、向日葵、甘蓝、芋头、草莓 |
酸压放喷阶段，以主放喷池为中心重点考虑300m范围内的H2S、SO2和可燃气的监测。以主放喷口为中心的100m、200m和300m的3条弧线上布置了45个检测点，并在距主放喷口和副放喷口100m的范围内布置了7个无线气体浓度数据检测仪。通过在井场100～500m范围进行有害气体安全检测，能够使现场人员准确掌握试气投产井场有害气体浓度及分布，为井场施工及周边群众人身安全提供保证。
4.6 强化作业现场对井口和关键设施设备的保护，加强交叉作业的管理
针对集输场站建设与试气过程中交叉施工的实际情况，制订了《试气交叉作业安全管理规定》。要求明确管理主体，作业区域应布局合理，并采取有效的警戒、隔离措施；要求对井口、试气流程等的关键设备和重要设施重点采取防护措施，明确试气作业施工存在的危险因素及安全措施、逃生路线、报警信号。
试气队负责制订交叉作业应急预案。预案中明确各交叉作业单位的职责、预警信号及应急处置程序，由试气队按照有关规定组织演练，各交叉作业单位必须组织施工人员参加。交叉作业单位人员在进入平台施工前，要进行HSE和硫化氢防护知识等必要的安全教育培训，其中各施工队主要负责人、安全员、技术员必须取得硫化氢防护证，确保防硫措施落到实处。
5 结束语
普光气田属于高含硫复杂地质条件下的气田，气井的完井是具有很大风险性和挑战性的工程，做好试气投产环节的安全防范措施至关重要。普光气田已完成的试气投产作业是一次大胆而又积极的探索，将为高含硫气田的试气投产作业的安全运行提供参考和借鉴。
参考文献
[1] 国家发展和改革委员会.含硫化氢油气井安全钻井推荐作法SY/T5087-2005[S].北京：石油工业出版社，2005.
[2] 《21世纪议程》编辑委员会.21世纪议程：环境保护与综合治理[M].北京：科学技术文献出版社，2000.
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