新疆油田钻井井喷风险分级及井控管理

为了减少新疆油田钻井溢流井喷事件,杜绝井喷失控事故,在统计新疆油田影响钻井井喷风险的地质环境因素的基础上,利用模糊数学理论建立了油田基于地质环境因素的钻井井喷风险分级模型,对各个区块的钻井井喷风险程度进行了分级,结果表明南缘山前构造勘探开发区块及克拉美丽气田的钻井井控风险值最高。建议对新疆油田钻井井控进行分级管理,针对不同的钻井井喷风险等级,制定了针对性的井控对策,建议在井控设计时考虑钻井井喷风险分级设计。     

井喷点火过程天然气爆炸后果分析

井喷失控事故发生后，尽快点火是减少人员伤亡的最有效措施之一。然而，点火过程中一旦发生天然气爆炸，其可能的爆炸伤害范围、破坏范围以及是否在可接受风险范围，就成为决策能否点火的关键。本文应用蒸汽云爆炸的肿当量模型和冲击波峰值超压模型，提出了天然气井喷失控后，发生天然气爆炸的人员死亡区、重伤区和轻伤区的计算方法；假设井喷的天然气无阻流量，计算了可能的人员伤害范围，并对计算结果进行了分析。分析发现，在井喷失控后，最大限度地减少井喷失控时间，以及最大限度地防止天然气在某一区域的大量积聚，是减轻井喷失控天然气爆炸后果的最佳措施。     

井控过程中侥幸心理的危害与预防

随着石油工业的发展,井喷失控的危害逐渐被认识到,预防井喷成为钻井工作的头等大事。钻井井控设备愈加完善,使得井控工作的薄弱环节表现在人为意识上,侥幸心理已经成为井控过程中的巨大安全隐患。本文详细分析了侥幸心理的表现形式和危害,研究了预防侥幸心理的方法,提出自动化和智能化钻井技术与互联网信息处理技术的完美结合,可以全面监控钻井工作,防止井喷失控事故的发生。     

海洋平台井喷含硫天然气扩散危险区域研究

针对海洋酸性气田开采过程中含硫天然气井喷失控扩散问题,采用CFD方法建立井喷含硫天然气扩散后果预测与评估模型。综合考虑天然气爆燃与硫化氢毒害风险因素,对不同场景条件下的含硫天然气扩散过程开展数值模拟,研究硫化氢浓度、风向、风速等因素对含硫天然气扩散行为的影响,预测和评估天然气扩散所形成的危险区域和硫化氢气体扩散所形成的毒害范围。研究表明:随着硫化氢浓度的增加,燃爆区域无明显变化,而毒害区域明显增加;船艉来风导致的事故后果最为严重,左、右舷来风有利于危险气体的扩散与消散;风速越大,燃爆区域和毒害区域范围越小,但是在船艏来风且风速较大的工况下,硫化氢气体竖直扩散距离降低且逐渐贴近生活区,容易造成作业人员中毒事故的发生。     

深水钻井井喷事故风险控制决策方法

为有效降低深水钻井井喷事故风险,提出一种井喷事故风险控制决策定量评估方法。首先运用贝叶斯网络(BN)建立深水钻井井喷事故评估模型,根据BN网络前向和后向推理原则,确定井喷事故的主要风险因素和发生概率;然后针对导致井喷事故发生的风险因素提出5项风险控制措施,考虑执行风险决策的效用和成本,通过增加效用节点和成本节点,建立深水钻井井喷事故风险控制决策模型,定量评估31项风险决策措施的有效性和总成本。研究结果表明:执行加强人员技能培训和增加功能测试与维护决策的总成本较低,同时可将深水钻井井喷事故风险控制在可接受风险区域。     

井控模拟培训系统的研制

在钻井过程中，了解和掌握钻井工艺和发生井喷时的救援应急措施，可以防止和减少井喷造成的损失。本文讨论了三维动画技术在钻井工程中的应用，并详细介绍了研制开发的井控模拟培训系统的软硬件构成。     

钻井井喷爆炸事故分析及对策

针对井喷爆炸事故造成的巨大经济和环境问题,从消除井场点火源出发,讨论了井喷发生后防止爆炸的问题。基于井喷爆炸事故统计信息,利用事故树法,分析了井场可能存在的点火源,在此基础上提出井场防止井喷爆炸的措施。分析发现井喷爆炸主要分布在井喷后小于5分钟和井喷后大于1小时时间段,点火源主要为井场存在的点火源和后续抢救工作时带入的点火源;井场点火源主要分为明火、电火花、撞击火花和静电火花,通过井喷爆炸事故统计分析,电火花和撞击火花同样应该引起重视。     

海上钻井平台井喷天然气爆燃特性研究

针对海上钻井平台井喷事故特点,基于计算流体动力学(CFD)理论,建立了海上钻井平台井喷天然气爆炸事故的风险预测与评估模型,对不同风况、不同场景条件下的井喷天然气爆燃特性进行模拟和分析,探讨爆燃超压和爆燃火焰的发展规律,并评估其危害程度和影响范围。结果表明:钻台区域最大超压值为6.1 kPa,对平台结构及设备不会造成明显破坏,对作业人员有轻微伤害;悬臂梁内部最大超压值达到10.4 kPa,会造成平台结构、设备轻微损坏,对作业人员伤害严重;分析了不同场景条件下爆燃火焰的发展规律;高温燃烧火焰会严重影响平台结构、设备等钢材性能,导致设备损坏、结构失效甚至坍塌,对附近作业人员会有致命伤害。     

基于模糊数学钻井井喷概率计算模型研究

针对目前钻井井喷风险主要是单因素定量分析或者多因素的事故树定性分析,不够全面,定量性差等问题,基于层次分析法和模糊综合评价法,建立了钻井井喷的多因素定性定量分析方法.通过层次分析法对影响钻井井喷的地质、井型井别、钻井参数和人员资质等因素进行分析,根据各因素在钻井井喷中作用大小,采用“1-9”标度法确定各因素的权重.基于模糊数学理论,采用不同的隶属度函数确定方法,建立了适合不同因素的隶属度函数,在此基础上形成了钻井井喷概率计算方法.通过实例计算表明,此模型可以预测钻井井喷的概率,符合现场实际情况,对钻井过程中预防井喷具有一定的指导借鉴作用.     

天然气钻井井口安全距离研究分析

分析天然气钻井井场可能发生的事故类型及事故的破坏程度,选择适合的事故后果模型,对天然气井井喷失控后可能发生的蒸气云爆炸及硫化氢扩散的后果进行量化分析,根据超压-冲量准则、热剂量准则和硫化氢扩散行为规律,计算出爆炸波、爆炸火球及硫化氢扩散的危害范围。笔者建立了天然气钻井井口安全距离的计算模型,并提出一种确定安全距离的方法。通过计算给出不同无阻流量、不同硫化氢体积含量的20种条件下的天然气钻井井口安全距离,并应用该模型对某含硫气井井口安全距离进行了计算。实例表明,该方法具备实用性,值得在天然气井选址规划中推广和使用。     

基于DEMATEL/ISM的深水井喷风险影响因素研究*

为提高深水井喷事故风险管理水平，提出研究深水井喷风险影响因素的分析方法。从技术、人员、环境和管理4个方面，识别深水井喷事故风险致因因素，建立深水井喷事故风险评价指标体系；运用矩阵决策实验室分析法（DEMATEL），研究风险因素之间的相互影响关系，计算不同风险因素的中心度和原因度，确定关键风险因素；进一步基于解释结构模型（ISM）划分不同影响因素的层次结构，分析风险因素之间的综合影响关系，建立深水井喷事故风险影响因素模型。结果表明:层级1为近邻致因，可直接导致井喷事故的发生；层级2~7为过渡致因，在风险传递过程中起到桥梁作用，对井喷事故的直接影响较小；而层级8则为本质致因，重视本质致因的改善有利于从根源上降低井喷事故的风险。研究结果可为深水井喷事故风险的预防和控制提供理论依据。     

气田井喷硫化氢风洞模拟试验研究

为研究高含硫气田发生井喷事故后硫化氢的扩散运动规律,以重庆开县"12·23"井喷事故为研究对象,利用北京大学的2号环境风洞,制作了1∶2000的比例模型,利用乙烯和丙烯的混合气为示踪气体,采用长采样管方法测量浓度,首次在国内进行了井喷事故后硫化氢扩散的风洞试验,获得了低风速下(源处10m高风速为0.5m/s)N,NE,E,SE,S,SW,W,NW8个风向情况下的硫化氢浓度分布随时间的演化动画,定量地给出了各风向情况下硫化氢的最大浓度分布和各点的浓度时间序列,认为在低风速下,最大硫化氢浓度区域在撞山爬坡时出现,而爬过山坡后在背风区的硫化氢浓度会迅速降低。研究成果将为气田的井喷风险分级以及井喷事故后的应急处理提供参考。     

基于状态监测的井喷风险动态安全评价

井喷是钻井作业引发的最严重事故之一.通过分析钻井作业过程各个环节,确定钻井过程的风险因素和指标因素,实时监测钻井作业各参数变化,利用模糊综合层次评价法计算出钻井过程井喷风险概率,实现井喷事故动态风险评价.给出了模糊综合评价法的具体步骤,基于该方法还开发了井喷动态安全评价软件,为钻井过程中钻井液参数和钻井工程参数的优选、调整提供理论依据,同时也为钻井过程的安全生产和管理提供了参考依据.     

基于系统动力学的井喷事故仿真研究

为动态预测井喷事故发展过程,在分析导致井喷事故主要因素的基础上,结合系统动力学的相关原理,构建井喷事故系统仿真流图,并运用系统动力学仿真软件Vensim对井喷事故的整体流程进行仿真,实现了对油气井安全水平的动态监测和预警。结果表明:井喷事故的发生是由人为因素、管理因素、环境因素、设备因素和法律法规因素四大子系统的交叉耦合作用而导致整个油气井系统的安全水平低于井喷事故的安全临界点所造成的。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

Risk analysis of deepwater drilling operations using Bayesian network

Deepwater drilling is one of the high-risk operations in the oil and gas sector due to large uncertainties and extreme operating conditions. In the last few decades Managed Pressure Drilling Operations (MPD) and Underbalanced Drilling (UBD) have become increasingly used as alternatives to conventional drilling operations such as Overbalanced Drilling (OVD) technology. These newer techniques provide several advantages however the blowout risk during these operations is still not fully understood. Blowout is regarded as one of the most catastrophic events in offshore drilling operations; therefore implementation and maintenance of safety measures is essential to maintain risk below the acceptance criteria. This study is aimed at applying the Bayesian Network (BN) to conduct a dynamic safety analysis of deepwater MPD and UBD operations. It investigates different risk factors associated with MPD and UBD technologies, which could lead to a blowout accident. Blowout accident scenarios are investigated and the BNs are developed for MPD and UBD technologies in order to predict the probability of blowout occurrence. The main objective of this paper is to understand MPD and UBD technologies, to identify hazardous events during MPD and UBD operations, to perform failure analysis (modelling) of blowout events and to evaluate plus compare risk. Importance factor analysis in drilling operations is performed to assess contribution of each root cause to the potential accident; the results show that UBD has a higher occurrence probability of kick and blowout compared to MPD technology. The Rotating Control Devices (RCD) failure in MPD technology and increase in flow-through annulus in UBD technology are the most critical situations for kick and blowout.     

基于马尔可夫方法的水下防喷器可靠性研究

水下防喷器是保障海上钻井安全的关键设备,对其可靠性进行定量评价对井控作业有重要的指导意义.为了弥补现有水下防喷器可靠性评价方法的不足,将水下防喷器的工作状态分为四种,包括无故障可用、关井、井控关键失效及关井时失效.利用Markov方法建立了水下防喷器的Markov模型.通过水下防喷器系统的状态转换图找出了各工作状态的转换关系.通过分析墨西哥湾83口深水井水下防喷器的失效数据,定义了影响水下防喷器可靠性的井控关键失效,并对深水钻井水下防喷器防喷功能的可靠性进行了定量计算.将计算结果与不考虑关井期间的井控关键失效相比较发现,防喷器的防喷失效概率增加了65％.因此传统的定量评价方法可能会得出相对乐观的结论,应在实际生产中给予重视.