基于CFD的深水钻井溢油事故定量风险评估

针对深水钻井作业过程中的井喷溢油问题,基于计算流体力学(CFD)方法,通过UDF函数给定海流流剖面、波浪入口边界条件和海水静压分布情况,结合标准k-ε方程,采用VOF模型实现对油、气、水三相自由面的追踪,建立了溢油扩散事故数值仿真模型,评估深水条件下溢油扩散危害区域,研究海流流速、溢油量对原油扩散的影响。结果表明,海流流速和溢油量是原油扩散行为和危害区域分布范围的重要影响因素。     

海底管道泄漏原油扩散漂移规律数值模拟

针对浅海输油管道泄漏原油扩散漂移问题，依据计算流体动力学理论，采用VOF模型和k－ε湍流模型来模拟多相流动，采用速度边界造波法和阻尼消波法来模拟波浪，建立洋流波浪环境下海底管道原油泄漏扩散漂移模型，对不同海洋环境、原油密度和泄漏量工况下的原油扩散漂移行为进行模拟，预测水下原油扩散上升路径、上浮到水面时间、溢油扩散范围以及水面溢油漂移速率等关键数据。研究结果表明:相对于静水、洋流和波浪等单一环境条件，在洋流波浪环境下泄漏原油的水下扩散范围更广、扩散上升速率更小、水面原油漂移速率更大；海洋环境对原油在水面的漂移速率影响较大，泄漏速率对原油的水下上升扩散速率影响较大；原油密度主要影响水下原油上升扩散过程，对水面原油漂移过程影响较小。     

2 000 m超深水水下分离器泄漏油气扩散特性研究

深水水下分离器服役过程中由于腐蚀、地质灾害和环境高压作用,存在失效泄漏风险。针对2 000 m超深水水下分离器可能存在的失效泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立分离器失效泄漏后果数值仿真分析模型,对分离器泄漏场景进行模拟与分析,研究2 000 m水深条件下分离器泄漏油气扩散规律,并考虑不同泄漏位置对油气扩散行为的影响。结果表明:水下分离器泄漏包括压力扩散和自由扩散两个阶段,压力扩散阶段历时极短,自由扩散阶段耗时较长;泄漏口位置对泄漏结果有较为明显的影响,分离器上部泄漏,油气全部溢出,分离器中下部泄漏,大部分油气保留于分离器内部,最终形成分明的油气水界面;分离器内部压力随时间迅速上升,t=0.25 s左右接近于20 MPa,后期在20 MPa左右呈极微小波动,泄漏速率随分离器内部压力增大迅速减小,达到最低点之后,呈微小波动状变化。     

海底管道泄漏油气扩散规律数值仿真与对比分析

为研究海底原油与天然气单相泄漏扩散规律的差异性,合理制定应急响应策略,减小事故损失,针对海底管道失效所致的原油与天然气泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立海底油气管道泄漏事故后果预测与评估模型,对特定事故场景下的海底原油与天然气泄漏扩散过程进行模拟与分析,从泄漏扩散过程、工况因素影响、泄漏后果及应对策略4个方面对比原油与天然气的泄漏扩散特性。结果表明:相同工况下,海底原油与天然气在泄漏速率、扩散时间、扩散形态及水平最大扩散距离方面存在显著差别;与天然气相比,原油泄漏扩散行为对工况因素具有更高的敏感性;原油泄漏会引发严重的环境灾害,天然气泄漏则会影响海上结构物的稳定性及引发火灾爆炸事故,据此需合理制定具有针对性的应对策略。     

基于Fluent的埋地原油管道泄漏事故后果分析

埋地输油管道一旦发生泄漏,一方面会造成土壤污染,另一方面当原油泄漏量过多时会上渗到地面形成油池,进而引发池火灾,对人员、环境、设备均会造成危害。为了研究埋地输油管道泄漏事故的后果,为事故救援及处理提供参考,提出了一种针对此类事故的土壤污染、池火灾后果定量分析方法。方法以Fluent软件为工具模拟原油被点燃前的泄漏扩散情况,分析原油在土壤及地面上的扩散规律及范围,并结合危害模型得到池火灾造成的热辐射危害范围。利用该方法对不同管道压力和泄漏孔径的6种工况下的事故进行了分析,结果表明,原油管道泄漏时的压力及泄漏孔径对原油扩散速度影响较大,进而影响避免事故的难易程度。     

水深对海底管道泄漏水下气体扩散行为的影响研究

针对海底输气管道泄漏气体扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立海底输气管道泄漏水下气体扩散模型,重点考虑水深的影响,对不同水深条件下的气体扩散行为进行模拟与分析,预测水下气体扩散路径、上浮时间、海面溢出点位置及溢出区域范围等关键参数,通过数值仿真与数据拟合,建立海底输气管道泄漏水下气体扩散参数快速计算模型。研究结果表明:海底输气管道泄漏水下气体扩散至海面时,形成不规则的倾斜倒锥形羽流结构;水深对气体扩散过程中羽流的倾斜角度和气泡分散程度具有重要影响;随着水深增加,气体扩散至海面的时间增长,溢出区域范围增大;不同水深条件下,气体羽流水平和垂向参数整体变化规律基本一致。     

氯气储罐泄漏扩散范围的主要影响因素

本文使用PHAST软件,模拟了氯气泄漏的事故后果,分析了液氯储罐泄漏孔径、泄漏时间、气象条件等不同状况下对事故后果的影响。通过泄漏事故后果模拟结果可以看出,设定的典型泄漏场景下,泄漏孔径和气象条件对半致死浓度最大扩散范围影响较大。研究结果可为安全生产应急救援提供数据和参考。     

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。     

基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

埋地原油管道油品泄漏扩散三维数值模拟

为了评估埋地原油管道泄漏的危害范围,以原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学等理论知识,建立了埋地输油管道三维泄漏扩散过程的物理模型和数学模型,确定了泄漏前稳态的初始条件和泄漏后非稳态的边界条件;利用FLUENT软件进行了数值模拟,计算出了不同时刻油品在土壤中的扩散范围。计算结果表明,管道泄漏后原油扩散范围与泄漏时间保持一定变化规律,在无法检测扩散深度的情况下可根据扩散宽度进行粗略估算,大体确定事故泄漏扩散范围,可以为事故处置提供参考,提高事故的应急控制能力。     

海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟

采用有限容积法建立海底饱和含水淤泥多孔介质的流固耦合传热模型。利用FLUENT软件数值模拟了海底埋地输油管道输送过程中海泥温度场变化及原油在海泥中的分布规律。分析了原油泄漏后在海水中的分布规律。对泄漏后海泥温度场的模拟表明:管道泄漏后,一定时间内管道周围海泥温度波动比较剧烈,由于受海底温度的影响,泄漏前锋原油温降较快,热影响区范围变化逐渐趋于平稳。且随泄漏位置的不同,海泥温度场变化及海泥原油分布差异较大。当原油从海底海泥介质中到达海水底层后,在海水浮力的作用下流向海面,流动过程受到海水流动速度海平面风速等因素的影响。为以温度传输为基础的海底埋地管道泄漏检测提供了一定的理论基础。     

无人机在山区河流溢油事故溢油寻踪中的应用

针对山区跨越河流输油管道发生原油溢油事故后的不易发现性以及河流溢油事故可能产生的恶劣影响,提出1种通过无人机上装载的高清晰摄像头拍摄识别溢油区域的无人机溢油油头“影迹”寻踪法。该方法对无人机巡线路径进行算法编程,控制无人机的沿河寻油路径,通过无人机识别的溢油区域图片分析溢油油头位置,对溢油量进行大致计算并且能对溢油情况进行初步判断,从而为即将到来的溢油回收环节提供理论数据支撑;能够提高收油效率,大幅度减少山区跨越河流输油管道发生溢油事故后造成污染以及潜在危害的可能性,为油气管道的安全运行提供了一定的保障。     

点火因素对于重大井喷事故的影响分析

本文主要分析了高含硫气井点火时间的影响.首先分析国内某重大高含硫井喷事故的调查结果[1],其次采用大涡模拟方法对井喷气体扩散进行模拟,并将计算结果与现场实际调查结果进行对比.通过计算不同点火时间在事故中造成的灾难后果,得出点火时间对于灾难的影响.通过计算不同的气象条件下的扩散距离,提出15min的点火时间标准.     

基于光电子能谱的高含水输油管道内壁腐蚀减薄试验分析

鄂尔多斯盆地高含水输油管道内壁腐蚀减薄现象普遍,腐蚀穿孔频次逐年上升,管道安全防护管理成为难题。为了识别输油管道内壁腐蚀减薄原因,作者在分析含水率、地层水水型、溶解氧对管道内腐蚀影响的基础上选择特征试验管段,基于X射线光电子能谱技术开展管道内壁厚度变化、金相组织、腐蚀产物特性、边缘腐蚀状态研究。结果表明:高含水输油管道内壁腐蚀减薄类型为Cl+O2+H2O环境下的垢下腐蚀,以溶解氧（O2）腐蚀为主,氯离子（Cl－）腐蚀为辅;内壁腐蚀减薄原因为原油含水率过高、水中氯离子含量过高、水中含有溶解氧和介质流速偏低。     

基于云模型的海上船舶溢油应急管理能力评估方法

为更好地解决海上船舶溢油应急管理能力评估过程中的不确定性问题，提出1种基于区间二型模糊层次分析法的云模型综合评估方法。针对评估体系的局部性，借鉴PPRR应急管理过程理论，对影响船舶溢油应急管理能力的因素进行分级和分类，构建全局评估指标体系；分别运用区间二型模糊层次分析法和逆向云发生器确定各指标权重和云模型参数；通过浮动云和综合云算法获得最终评估结果。结果表明:将5个评估等级和评估结果进行仿真得出评估云的“云滴”图可显示出评估结果的能力等级以及评估结果的可信度和稳定性。计算某海区船舶溢油应急管理能力的评估等级为“较好”，即管辖该海区的海事管理部门能较好地解决海上船舶溢油突发事故，验证了所提方法的可行性和有效性。     

作业条件危险性评价法在深水钻完井作业评价中的应用研究

深水钻完井作业长期暴露于危险环境中,被普遍认为是高危作业。同时深水事故的发生给人类带来深刻的教训,例如墨西哥漏油事件造成恶劣的海洋环境污染,有必要提高钻完井作业的安全性。由于深水钻完井作业复杂,其危险性复杂多样,需从作业单元入手详细分析其危险性。本文采用作业条件危险性评价法（LEC）对深水钻完井作业进行危险性评价。首先,辨识危险有害因素;其次,在对作业条件危险性评价法进行改进的基础上分析深水油气田钻完井作业火灾爆炸危险性。分析结果表明改进后的作业条件危险性评价法能够更准确地确定危险等级,为对深水钻完井作业其它危险因素评价提供了参考。     

随钻压力波在用于早期气侵检测时的扰动传播特性研究*

为了研究随钻测量装置（Measurement While Drilling,MWD）压力波信号在用于早期气侵检测时的扰动传播特性,基于油气井多相流流动理论,建立随钻压力波在环空气液两相流中的扰动传播模型,对多参数影响下的压力波传播与衰减特性进行模拟,并对压力波检测技术的现场应用效果进行分析。结果表明:含气率、角频率、系统压力、虚拟质量力、拖曳力和壁面剪切力的变化都会对压力波在环空气液两相流中的传播与衰减特性造成不同程度的影响;相比于常规的全烃量检测技术,压力波检测技术可以更早地检测到气侵的发生,可进一步提高油气井建井的安全性。