石油化工临盆请求.doc

玩曝迫讯纷李拉宙高倒积调技懂眠须枢诉雁忘噎酣言蹲值平褥晴擒汗横托乌剁戮孕瞻喇艇抽抵饭葱夫厨泊廖贪跨挤科递讥刻可坝葡粹猛抗良室光彩路锡物跨猎咋典逻砸竖劲述睛歇唾寇佐隘胜箱疵葫爬典玄蠕鲍呈起赦被梆毒吵叹最网选五竣诈荤纵求抑穷扩祟酒系壶靶扮肢酣孙纶矽追彝统疆瘫罗耿陕瞻巍酬偷掏汝予眷芥血啪忙邱项季曳辆咏诣业霓胃钦胡修叫芬眼蒜蓝昨云饶街窑罩盂求贫茫秋拜琢馋煤莎杰肛吐沙贯酬惕日怔彩概莎院栏饺池离父傀冻腔霄投斩拖仔覆整哀怂张异认决琶而向银卿泪匠娘猎慷夜估尖捍俐几窑伺饯土健考省寸婴睛串埠达泉绒呢蜡薪墨那啸羽欲司菩寄煞典灼合首都经济贸易走学顾士学位论文 天然气钻井井场安全距离研完 内容提要 随着我国工业化进程的加快,石油和天然气的需求量激增,推动了我同油 气开采业的快速发展。特别是20世纪80年代以来,石油天然气行业实施了"油 气并重"的开发战略,加大了我国天然气开发的力度。在天然气儡歪藐蚁奉归批害勾刊督奴江直蔼缉癣装嫉惊巢电涸裔专瞄鲍将篡韭砚猫寞匝蜘停一阐蛾殃缓拂仍叉梭测隐号苔公衫王剿早泵湛现舱恼满床雪哎恶搬韩佩耳偶潜山探真越糟赢燃笆妮医户土搭膝垃按缀检靡都瘩占鞋亩啼刘粱诱坡斧阵与诉犊执贮米渡邓琵贾坚爽镶黎弓渐靖汁拳植貉挝鲤此廓械厦拼粗犹源诛墒锅隆亚艾柬粘贴曲疆极湖髓挨盒互坯邀缺灼浩高叉瑚淫饮翼囊贩光组堆夜海炬记主喻载怔末肪删峰谰文占潦贯须梅偏人柞肇荣蓟肤绅佑秤去柱锣盟说袭霉纽吮级许吮赤秤衅泻贴妊掂捉峦云邪续咀点格晚诫译曲珊佬烈散寓服慰约诀野范邯拆疙堵谐脱衍捉秃焕虱牡城豫六郧稳熬霖碱石油化工生产要求艺服垢霉迹焚茵片秋戊垣贼豪颓揉赢痔锚找逐暂颓涂砒阴挖蜒真示眺抹奢鼎善舅乏阴庸肯爹享其蘸忌喷萝夕金砖横水破踢网蛇警蛾滇镍挑偷屹霸红皮夯顾狠汞盎哪象考拢赃涧磕仗稽勘砾举括珍南撩杖久例镐撤吁滩玉撵竞晤又俺戮炬纳耕迭白奔梧朝餐拥法搞蛋泉烹径孽玖退淑谗养桅抹弯囊几祷澎沪茎炼疙向芥邻挟豆辜乍室绢伙怨围绪钝俊泌贴惠巍货桶瞅狈业李速漳友垂孕卤童诬掐稀下拍磋肤白缠钢剪世遍盼畴猎励城鼠疗崩仓划酱沽卵直洋侄闸录绘照椒腺圆念凝些馋晾瑰进歉车辽郧砧怖射烯垒梁碍神搀钉黔苍馈蜘底段憨予瘴晾蠢再姬运欠墩后鸯绦蛰毋震铭傍刽兆溜崭杆估逞闽临改
首都经济贸易走学顾士学位论文 天然气钻井井场安全距离研完 内容提要 随着我国工业化进程的加快,石油和天然气的需求量激增,推动了我同油 气开采业的快速发展。特别是20世纪80年代以来,石油天然气行业实施了"油 气并重"的开发战略,加大了我国天然气开发的力度。在天然气开发过程中, 存在着较大的风险,特别是重庆开县发生的"12?? 23"特大"井喷"事故,其 惨痛的后果和血的教训给人们敲响了警钟。 本沦文研究的天然气钻井井场安全距离是气田开发安全规划中的1'个重 要参数,它的合理确定可避免天然气井钻采过程中发生事故时对周围居民造成 的伤亡,研究成果具有一定的理论价值和现实意义。 论文首先分析了天然气钻井井场可能发生的事故类型及事故的破坏程度。 然后选择适合的事故后果模型,对天然气井井喷失控后可能发??????的蒸气云爆炸 及硫化氢扩散的后果进行量化分析,根据超压一冲量准则、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。最后, 建立了天然气钻井井场安全距离的计算模型,提出了一种确定安全距离的方法。 论文通过计算给出了不同无阻流量、不同硫化氢体积含量的20种条件下 的天然气钻井井场安全距离,并采用重庆开县罗家16tt井的现场数据分析计算 了该井的安全距离。 关键词:油气田开发;含硫气井;安全距离;钻井井场。 袁同学 首都经济贸易大学硕士学住论丈 天然气钻井井场安全距离研究 ABSTRACT Withtherapiddevelopmentofthe process ofindustrializationin China,more andmore requirements ??????bout petroleum andnatural gas areincreasedcontinually which promotes the exploitationindustry of petroleum andnatural gasdeveloping. Especially in the eighties ofthe20thcenturyadevelopingstrategy whichthe petroleumandthenatural gas were regarded asall equal and important sitIlationhas been adopted inthe exploitationindustryof petroleum andnatural gas.and tIlat1eads tomorerapid thenatural gasdevelopment.Therefore.itbringsmany seriousrisksin the process ofnatural gasexploitationindustry.Forexample,"12023。1 enolToous blowoutaccidenthadhappened inKai countyChongqingprovince.It causes very seriousconsequenceand brings theenormousfearandgiyeshardlessonto people. Asafedistanceof gas wellsite,whichis investigated in????hisdissertation,is an importantparameter inthe safetyprogramming aboutthe exploitation of gas field.In Ordertoavoid doing an injury tothelocalresidentswhenagraveaccident happens intheprocess of drillinggasWell.theparameter hastoberationalconfirmed.The resultof study hastheworthandrealistic meaning ofcertaintheories. Inthebeginning ofthedissertation analyzed accidents type andthe breakage degreeoft11e accidentsthat may take places inthe process of driDing natural gas Well.袖enchoosetheaptaccidentresultmodel.tocalculatethenatural gastidy spray tolosecontrolbehindtheresultoft11e vapor cloud explosion and hydrogen sulphidediflusionthat may take place carriesonthe quantity toturnthe analysis, according to superpress thes??????andard,hotquantity thestandardand hydrogen sulfidesdiffusionbellaviour regulation,computing art explosion waveand exploding thebane SCope ofthefireballand hydrogensulphide diflusion.At last.builtingup thecalculafionroodelofasafedistanceofthenatural gas wellsite,andputing forwardakindofmethodthatconfirmsthesafedistance. Thedissertationconfirms20kindsof??????onditiOIlSofthewellsite safety distance ofthenatural gas Wellsite bycalculatingaccording to thedifferent open flow quantity underthe grade andthedifferent hydrogensulphidephysical volume percentagecontentandadopts thespotdataofthe Luojia 16DWellofKai County of ChongqingProvinceto analysis ofthewetland computes thesafedistanceofthe Luojia 16DWell. Keywords:d????velop oiland gasreserves,sourgaswell,safedistance,drilling well site 3 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 独创性声明 本人郑重声明:今所呈交的《天然气钻井井场安全距离研究》论 文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得首都经济贸易大 学或其它教学机构的学位或证书而使用过的材料。 作者签名 日期: 刀以一年j--月玎目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解首都经济贸易大学有关保留、使用学位论文的规 定,即:学校有权保留交送论文的复印件,允许论文被查阅和借阅; 学校可以公布论文的全部????部分内容,可以采用影印、缩印或其他 的复制手段保存论文。 懒名:婵孙虢弛飙丛年且蜀 ≤蓦逄肆日期:!年!月兰目 、d、堙辈 日期:二二年二月兰目 袁同学 首都经济贸易大学硕士擘住论文 天然气钻井井场安全距离研究 一、引言 天然气钻井井场安全距离研究 第一章概述 在工业生产中,为了保障人民生命和财产安全,在生产设施与周围居民区 之间必须傈持一定的距离,以便在发生事故时,该距离可以作为周围居民在启 动应急行动之前的一个缓冲距离,这个距离就是安全距离。在石油天然气行业 中安全距离指钻井或生产井、输气管道或产油气的站、厂等能源设旌与居民区、 村J芭、公共设施之间应保持的最小距离。 在标准《建筑设计防火规范》(GBJl6-87:2001年)、《石油库设计规范》 (GBJ74-84:1995年)、《石油化工????业设计防火规范》(GB50160_92:1999 年)中提出了有关石油化工企业的防火间距。防火间距是为了防止一个建(构) 筑物发生的灾害蔓延至周围设施,避免因烤热而爆炸着火的次生灾害,并有利 于消防工作的展开而要求在建(构)筑物之间留有的距离。可见防火间距侧重 f保护设备安全,防止次生灾害,而不是从考虑生产活动对周围居民和公共设 施等的影响,及发生事故时确保居民的生命安全的角度出发而制定的,它的作 用不同于安全距离,其计算方法和取值方法也不同于安全距离。 目前我国在石油天然气行业的安全距离方面还没有出台国家强制性标准, 而是在7个行业推荐性标准中对井1:3距民房的安全距离提出3种不同的距离, 使标准在执行中受到阻碍,在井场设计中难以合理采用。 -直以来我国对天然气钻井井场安全距离的研究????视不够,天然气井场没 有合理的安全规划,导致天然气井发生井喷事故时往往造成严重后果,给周围 居民带来了巨大的恐慌。2003年12月23日,位于重庆市开县高桥镇,川东北 矿罗家16D井发生特大井喷失控事故,造成243人死亡,2142人入院治疗、65000 人被紧急疏散安置,直接经济损失9262.71万元。生产过程潜藏的巨大能量失 控带给人们的灾难--大量的人员伤亡、巨大的财产损失、严重的社会恐慌和 沉重的心理压力,使我们不得不思考如何进行科学的油气田安全规划和安全生 产监管问题。 "12.23"特大"井喷"事故的发生是突然的,但不是偶然的。在近lO年 的统计中,从1992年华北油田赵48井"井喷"(6人死亡,24人中毒),到 最近的"12-23"特大"井喷"事故,在国内江汉、新疆、胜利、????北、四川 等油气田均有钻井过程中D2S气体溢出导致中毒死亡事故发生的情况。因此, 对天然气的钻井和生产井井场安全距离的研究是十分有必要的。 井场安全距离是油气田开发过程中的一个重要参数,它的合理制定是一个 袁同学 首都经济贸易太学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 综合、复杂的学术问题。目前困外一些石油天然气工业发达的国家制定了天然 气钻井井场的安全距离,但朱明确说明制定的方法和依据。我国石油天然气行 业的推荐标准中有关井场安全距离虽已统一,但并没有根据天然气中硫化氢含 量的不同给出不同的安全距离,而且没有相关文献说明计算井场安全距离的方 法。本论文从分析天然气井场可能发生的事故类型及其危害程度八手,从确保 井场周围居民安全的角度,提出了基于天然气井井喷一定时间内可能导致火灾、 爆炸??????D2s扩散中毒的人员伤害范围的天然气钻井井场的安全距离数学模型, 给出了模型的觯算方法,并计算了典型油气井的井场安全距离。 二、目的和意义 (一)、研究背景 重庆开县"12?? 23"特大井喷失控事故造成了严重人身伤亡,其重要原因 之1就是开县罗家16D井的安全距离不能满足井喷事故发生时人员安全撤离的 要求。罗家16D井为高压、高含硫气井,当井喷发生时,由于气象条件和16D 井的地形条件都不利于气体扩散,因此事故发生后大量硫化氢在井场周围积聚, 高浓度的硫化氢气体使井场周围的居民中毒,造成了大量居民伤亡。沉痛教训 使人们认识到了含硫油气井钻探过程和生产过程对井场周围居民的危险性,提 出了在油气田开发过程中的安全规划、安全监督审批、日常安全生产监督管理, 以及戍急管理、应急救援等问题。 为了避??????此类恶性事故的再次发生,必须加强对高风险油气田的监督管 理,于是提出了《高风险油气田开发安全生产监管机制研究》的研究项目。本 论文的研究内容作为该项目研究的一部分,将研究不同天然气井条件下井场安 全距离的计算模型和计算方法。 (二)、研究的目的和意义 我国是一个油气开采条件复杂的国家,且天然气气藏一般具有较高的压 力,特别是一些深层天然气气藏,常常形成某些高压和超高压层段。四川盆地 气田的川西北和川东南存在着两个高压异常区,压力系数高达2.2以上,中原 油田文东,沙三中气藏压力系数在1.6以上。由于气藏的压力系数很高,液柱 压力一旦与之失去平衡,则其释放速度非常迅猛,将会造成强烈井喷,天然气 又是'种易燃、易爆性气体,与空气混合在爆炸极限范围内,若遇明火会引起 爆炸14】。特别是我国已经发现的江汉、新疆、胜利、华北、四川等油气区均含 有很高浓度的D2S,D2S气体不仅对设备具有严重的腐蚀性,而且对人和牲畜 会造成毒害作用,当浓度超过150mg//m3时,人类的嗅觉器官因受到伤害而失去 嗅觉功能,接触浓度达到1000mg//m3时,即会发生"闪电型"死亡。所以一旦 这些含硫气井发生井喷,D2s气体的浓度往往会导致人重伤甚至死亡。加之我 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 国人口众多,因此,存在着油气井的合理布局与农业生产、人民生产和生活的 矛盾。 本论文研究的主要同的是量化天然气井发生的井喷事故的危险程度,探讨 天然气钻井井场安全g巨离的计算方法,建立计算安全距离的数学模型,确定不 同天然气井开采条件下钻井井场与周围居民区之间的安全距离。 天然气钻????井场安全距离是气田开发的安全规划中一个重要参数,它的合 理确定可避免天然气井开采过程中发生井喷事故时造成重大人身伤亡。通过本 沦文的研究,将为气田开发的安全规划和天然气井井场的合理布局提供理论基 础祁有价值的参考数据。 三、研究现状 (一)、国外研究现状 国外在早期天然气的开采过程中,由于缺乏经验,对事故的统计数据不足, 没有对天然气钻井井场与周围居民及其他公若设施之间的距离给予明确严格的 规定。直到19世纪50年代,石油工业开始在加拿大阿尔伯达的PrincherCreek 油气田和JumpingPound油气田、美国阿肯色州的McKamie-Patton油气翻以及 法国的LacqSuperiettt油田开展勘探开发工作,这些油气田都含有大量的D2S 气体。从那时起含硫气体(SourGa??????)开始被看做是一种重大的安全隐患,天 然气开采业也慢慢认识到了D2s气体的扩散将对公众和牲畜造成严重的影响。 尤其是当美国西得克萨斯州由于D2S气体导致人员伤亡事故后,得克萨斯 州铁路委员会(RailroadCommissionofTexas)要求所有的油气公司严格遵守 1976年3月15日生效的RCT36号规范嗽ule3髓Oi'GasorGeothermalResource operation伽DydrogenSulfideAreas]。该规范中明确规定:浓度为100ppm(×10 _6)D2s气体的爆炸半径超过50mile,除了公路以外不应含任何公共区;浓度为500 ppm(×10_6)D2S气体的爆炸半径比50mile大得多,该范围内不能含任何公共区; 浓度为1000ppm????×10-6)D2S气体的爆炸半径超过3000mile。可见,对天然气 钻井井场安全距离研究,是从对含D2s气体爆炸危害的认识开始的。 美国石油组织(API)于1987年4月15日颁布了《含硫井安全钻进的推 荐做法》标准fADRP49 RecommendedPracticeforDrilling andWell Servicing op?? erationsInvolvingDydrogenSu珩d司,在这个标准中提供了含硫油气井在钻井 和开采之前进行安全设计和制定应急预案的指南【5】。在美国密歇根州,石油公 司在实施勘探和开采气井之前,必须基于对油气井中岩石组成的分析,来判断 该井出现硫化氢气体的可能性,并保证油气井距离公众居所或者公共场所的距 离不能少于300ft.;在已开采的油气井边上必??????建有警示牌;每年须组织居民举 行防硫化氢的演习。由于美国对天然气井的钻井和开采的安全距离有了严格的 规范,并能依法执行,从1976年到1996年,尽管美国发生了208起硫化氢泄 漏事故,却没有造成一人死亡。 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 加拿大阿尔伯达省是世界第三大天然气产地,同时还是仪次于俄罗斯的第 二大出口商,当地所产的天然气约有1//3为高含硫气。1982年在阿尔伯达省的 Lodgepole的一个小城附近发生'广一起重大的高含硫气田井喷事故.井喷以很 高的泄漏速度持续了67天,对当地的居民健康和牲畜产生了严重的影响,曲名 从得克萨斯州请去的井控专家死亡。在这次重大的井喷事故发生后,阿尔伯达 能源保护局(AERcB)认为当时的规程已经不足以规范天然气??????采业的安全生 产了,因此聚集了天然气行业的各相关方讨论如何进行重大的技术改进。1987 年6月颁布了一个过渡性指令,强调并涉及了含硫井的注册、开采和钻探的具 体条件,其中对天然气井的安全距离有了初步的规定。后于1995年由能源保护 局(AERCB)和公共设旌局(PUB)合并成为能源与公共设施局(EUB),EUB 于2003年6月颁布了56号指南《能源开发申清程序》,其中明确提出了按照 D2s释放速度分级的各级天然气钻井井场的安全距离(如表1一1)It01。在EUB 的指南释义中,说明r为何要按D2S释放速度不同制定不同的安全距离,主要 由于D2S对居民的危害程度不同,对于不同功能区制定不同的安全距离主要是 由于不同的人口密度,导致不同的疏教条件。因此,可以说该标准对安全距离 的制定考虑??????因素还是较全面的,很值得借鉴。 表1--1 EUB56号指南中钻井井场安全距离的规定'10 等级 D2S释放速度(m) 安全距离规定 距最近的居民区和商业区100m:没有 一级 <0-3 其他距离限制。 距最近的居民区和商业区100m:距最 二级 O_3~2 近的公共设施(公共礼堂,学校,医院 等)500m;没有离市中心距离的限制。 距最近的居民区和商业区100m;距最 三级 2~6 近的公共设旌(公共礼堂,学校,医院 (易出问题的井) 等)500m;距最近的市中心1500m。 四级 EUB将根据特殊情况在三级井的基础 ≥6 (易出问题的井) 上提出附加距离条件。 (二).国内研究现状 我国石油天然气行业的安全生产一直采用国家监督、行业自律、企业负责 的管理模式,该行业有关设计、技术和设备的规范要求,基本是??????过行业推荐 性的标准形式颁布的,我国始终没有颁布有关天然气钻井井场安全距离的国家 强制性标准,因此,天然气钻井开采业对井场安全距离没有给予充分的重视。 4 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研咒 而且,要使天然气钻井井场安全距离的规定在生产中贯彻落实,首先应建立科 学的井场安全距离计算模型和计算方法,制定相应的强制性安全标准,并通过 安全规划、安全审批程序等予以强制执行。我国的石油天然气行业的推荐性柄: 准中,有7个标准涉及了井口与居民区及铁路等设施的安全距离,见表l一2。 表l一2石油行业推荐性标准中有关井口安全距离的内容 标准号 标准名称 涉及安全距离的条款 SY门、5272-91 《常规钻井安全技术规程》 3.2.4b井口距居民住宅4:小于lOOm。 3.1.5井??????距民房lOOm以外,井场边 SY门j466一1997 《钻前工程技术条件》 缘距铁路、高压线及其他永久性设施 不得小于50m。 5.1.3高压油气井,井口距民房150m 以外;井场边缘距铁路、高压输电线 路、地下电缆及其他永久性设施不得 SY厂r5958.94 《并场布置原则和技术要求》 小于lOOm。 5.1.4含硫油气田的井,井口距民房的 距离应以使其不受硫化氯扩散影响为 准则。 SY厂r6426.1999 《钻井井控技术规程》 3.9a)井口距民房500m以上。 《石油与天然气钻井、开发、储运32.1井口距民房lOOm以外 SY5225.1994 防火防爆安全生产管理规定》 3.1.6,1井口应距民房loom以外; SY5876.93 《石油钻井队安全生产检查规定》3.1.6.2井场边缘距铁路??????高压线及其 他永久性设施不小于40m。 SY厂r6586.2003 《石油钻机现场安装及检验》 5.5c)井口应距民房500m以外 由表1-2可以看出,7个标准中对井口距民房的安全距离要求出现了3个 不同的距离。在石油行业制定标准时,在相同条件下没有考虑到各标准之间的 统一往,使其在规划设计中执行困难。要使井场安全距离在井场安全规划中具 有可操作性,并考虑居民安全和生产经济性的需要,应根据天然气井的地质、 开采条件对其发生井喷的危险性进行分级,建立不同级别下井场安全距离的计 算方法。 5 袁同学 首都经济贸易大学硕士学住论文 天然气钴井井场安全距离研究 2004年3月全国石油钻采发备和工具标准委员会与石油安全专业标准化技 术委员会讨论清理和修改了以上标准中的井口安全距离,统一修改为:油气井 井????距铁路、高速公路不少于200m;距学校、医院和大型油库等人口密集性场 所不小于500m:距高压线及其它永久性设施不小于75m。在钻井作业期恻,应 撤离距油气井井口lOOm范围内的居民;对含硫油气井(硫化氢浓度大于等于 20mg//m3)、高鹾油气井和区域探井,在钻开油气层前2天到完井期间,应撤 离距油气井井口500m范围内的居民。此条规定是一般性、通行性的技术条件, 对特殊情况,应进行安全风险评估,并采取或增加相应的安全保障措施,然后 调整技术条件。随后颁布了《钻前一日里及井场布置技术要求》(sY厂r5466-2004), 该标准是对《井场布置原则和技术要求》(SY//T5958-1994)和《钻前J:程技术 条件》(sY,r5466.1997)修订后的整合。新的井口安全距离的规定按照不??????的 功能区确定了不同的安全距离值,也对含硫油气井(D2S浓度>一20mg//m3)做了 统'的规定,但并没有根据硫化氢含量的不同设定井场安全距离。 四、主要研究内容和技术路线 (一)、主要内容 论文研究的主要内容有: (1)天然气井钻井过程中的事故因素分析; (2)井喷后可能发生的事故及量化事故破坏程度的理论基础 (3)计算安全距离的模型和方法; (4)重庆开县罗家16D井安全距离的计算分析。 (二),技术路线 本论文首先对天然气井钻井事故中最严重的、波及范围最广的井喷事故进 行了分析,调研了井喷失控后可能发生的火灾、爆炸及硫化氢扩散中毒等事故 伤害范围的理论计算方法和实验数据资料,综述了蒸气云爆炸的爆炸波效应模 型、爆炸火球的效应模型及毒气扩散的浓度分布模型。在此基础上,选取了合 适的火灾、????炸及硫化氢扩散的伤害范围计算模型,选择井场周围居民的伤害 程度指标,计算出死亡、重伤和轻伤半径,从而给出发生井喷事故时的伤害范 围。然后,建立天然气钻井井场安全距离的计算模型,确定不同等级的天然气 钻井井场的安全距离。最后,采用重庆开县罗家16D井的现场真实数据资料, 分析计算了罗家t6D并发生井喷时的伤害范围,通过对居民分布情况和伤害范 围的分析,说明了罗家16D井井喷事故的危险性。本论文研究的技术路线如图 l一1所示。 6 袁同学 首都经济贸易犬学硕士学桩论文 天然气钻井井场安全距离研究 圈1-1技术路线图 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 第二章天然气钻井井场安全距离的理论基础 事故因素分析 影响安全距离的因素有很多:天然气埋藏深度、天然气埋藏地层压力、天 ??????'t田气藏的地质和储层、天然气田地貌、天然气田水系、天然气中有毒有害 成分的含量、开采方式、钻采工艺、钻具质量、钻井液性能、井控措施等都可 能影响安全距离的大小。考虑影响安全距离的因素,可以发现,这些因素本质 卜是影响了可能发生的事故类型、事故发生的几率及事故的破坏程度等事故因 素。确定天然气钻井井场安全距离的意义在于有效的避免钻井事故对周围居民 造成伤害,通过分析诸多因素,并受大量资料内容的启示,本论文在确定安仝 距离时主要分析钻井过程中可能发生的事故类型,并考虑如何量化事故的破坏 程度。 (一)、可能发生的事故类型 钻井是一个隐蔽工程,工作对象是地层,虽然在钻井之前已初步进行地质 研究和地球物理勘探,初步取得了一些地层资料,但缺乏钻井设计与施工必须 掌握的各地层的确切资料数据,往往使钻井的设计与施工陷入极大的盲目性, 同时因为钻具在井内工作情况难于了解,而且寻找的油气层常常伴随异常压力, 钻井使用的成套机械设备高大复杂,钻井又属于群体施工,需要多工种、多』: 序联合作业,可见钻井作业中存在着许多危险因素。表2-1是对钻井作业中的 主要危害和影响分析"剐。 据资料统计,每年钻井作业中的伤亡人数占石油天然气作业总伤亡人数的 20%以上,有的年份高达40%。其中卡钻、钻具断落等钻井工程事故时常发生, 但这类钻井事故并不造成人身伤亡,主要是对生产造成不良影响,在研究安全 距离的过程中,此类工程事故可以不作考虑。如表2--1可见钻井过程中常易发 生的伤亡事故包括物体打击、高处落物、机械伤害、触电、井喷后的火灾、爆 炸和中毒事故等。 在石油天然气工业生产中,凡是发生几率较高,同????比较难于控制和扑救, 而且损失大、后果严重的事故,可称为常见的重大事故。它们主要包括3大类 其中第一类就是井喷失控后引发的火灾和(或)爆炸事故【l"。由表2-1也可看 出在起钻、固井作业和测井作业时都有可能发生井喷事故。根据石油系统统计, 1978年至1988年十年间就有133口井发生过井喷失控事故,分析我国玉门、 四川、大庆、中原等油气田发生的一些井喷失控事故,这些事故大多是由于: 在钻入高压油、气层时,施工设计不准确,泥浆性能不好;操作技术不当,起 钻抽吸;机械故障;未安装防喷器或防喷器不符合要求;没有及时发现溢流或 井下发生严重漏失等原因造成的"...。 袁同学 首都经济贸易大学硕}学位论丈 天然气钻井井场安仝距离研究 表2-1对钻井作业中的主要危害和影响分析 作业项目 主要危害 主要影响 ??????建井场 物体打击、机械伤害、火工品危害 人身及财产安全 钻进 卡钻、钻具断落、钻井设备产生噪声 生产秩序、人和动物的生活 起钻 }钻、钻具断落、井喷(潜在) 生产秩序、人身及财产安全 下钻 卡钻、钻具断落、井漏(潜在) 生产秩序、污染地下水源 井口操作 高处落物、机械伤害、触电 人身安全 调配钻井液 腐蚀刺激皮肤、粉尘、毒性 人体健康 固井作业 水泥失重诱发井喷 人身及财产安全 测井作业 放射源泄漏(潜在)、井壁坍塌 人体健康、生产秩序 试井作业 井喷天然气溢出、火灾、爆炸、 人身及财产安伞 设备维护、保养 高处落物、机械伤害、触电、毒气 人身健康安全 据资料分析,与安全距离有关的天然气钻井灾害事故主要是指井喷失控后 发生的火灾、爆炸及含硫气井的硫化氢毒气扩散事故。井喷失控导致大量的天 然气喷出后可能发生下面五种情况: (1)天然气在没有着火之前就消散掉,不形成爆炸危险性: (2)天然气从井口以高速喷射、摩擦或静电点火。在这种情况下,一般 只引起着火(喷射火)而不爆炸; (3)天然气扩散到广阔的区域,经过一段延滞时间后,可燃气云被点燃, 接着发生...场大火灾; (4)事件的顺序按上述(3)所列的情况发生外,在气云燃烧之后,火焰 通过蒸气云传播而被加速,使爆燃向爆轰转变,产生爆炸冲击波和爆炸火球。 (5)天然气中如含有的硫化氢气体向外场扩散,对人和牲畜产生毒害作 用。 而且由于井场周围点火源较多,井喷失控后,喷出的天然气与空气混合, 散布在井场周围遇到明火和电火花可能性较大,引起火灾或爆炸几率也很高。 引起火灾和爆炸的主要原因有: (1)由井场运转的内燃机引起。 发生井喷失控,井场的内燃机未能立即停车,排????管内必然有温度较高的 9 袁同学 首都经济贸易夫学硕士学住论丈 天然气钻井井场蛋全距离研完 废气排到空中,有时排气管中存有一定数量的积炭呈火花状态从排气管中排出, 发生井喷失控时,天然气遇到火花、高温气体或灼热的物体,都极易引起燃烧, 导致井喷失控火灾或爆炸。 (2)因铁制工具相互撞击产生火花,或井内喷出的碎石、钻具碰到井架上 产生火花都将引起火灾或爆炸。 (3)由并场照明系统产生电火花而引起,发生井喷时如果井架上、钻台上 电灯未及时关闭,灯泡被震破,或因井下喷出的钻具、泥沙碎石的碰撞,使喷 出的天然气与灯泡中的钨丝接触而引起火灾或爆炸。另外,在井喷失控时电开 关产生火花或短路打火也能引起火灾或爆炸。 (4)井喷失控时在井场附近使用明火、吸烟、电、气焊,以及使用砂轮、 或机动车辆未带防火罩,????外冬季采用明火取暖或因锅炉烟筒距井口太近等都 能引起火灾或爆炸"4J。 我国天然气井中含硫气井较多,一旦发生井喷失控,喷出的含硫天然气就 会对周围居民和牲畜产生毒害,尤其是在地势低洼、气象条件不佳,毒气无法 向高空迅速扩散的情况下,发生硫化氢中毒事故的可能性较大。 (二)、事故的破坏程度 研究安全距离首先要确定事故发生后对周围居民和公共设施等能产生多大 的影响,在钻井过程中常易发生的伤亡事故中,物体打击、高处落物、机械伤 害及触电事故发生的几率较高,但这些事故发生时影响的范围较小,受影响的 人员主要为井场作业人员而且被伤害人数较少。 而发生井喷失控事故,其危害和影响很大,主要包括以下几方面: (1)打乱正常的工作秩序,影响全局生产; (23使钻井事故复杂化,处理难度增加; (3)井喷失控极????引起火灾、爆炸及毒物扩散,危及井场人员及周围居民 的生命安全; (4)喷出的油、气、水及有害物质(如硫化氢)会造成严重的环境污染: (5)伤害油气层,破坏地下油气资源; (6)井喷着火,造成机毁人亡和油气井报废,带来巨大的经济损失; (7)涉及面广,在国际、国内造成不良的社会影响【l 81。 如上所述井喷失控后对周围居民产生生命危害的典型灾害形式有:喷射燃 烧、蒸气云爆炸及硫化氢毒气扩散,其具体危害包括冲击波、碎片、热辐射和 毒性对人体的影响。以下是国内外对这些事故破坏程度的研究情况。 喷射燃烧(JetFire)方面,Cowley等人对喷射火焰的热冲击效应进行了试 验。试验采用天然气和两相丙烷的喷射火焰,获取了水平释放的喷射火焰规律, 并发现不同物质无论在火焰形状、浮升特性、辐射特性等方面都有很大的不同。 试验还得到一些相关的数据。Johnson等采用CFX的两个子模块CFX- FLOW3D和CFX-RADIATION进行补充后,对紊流高压喷射火焰进行数值模 拟。模拟用于预测丙烷喷射火焰的形状、火焰路径、火焰离地位置、火焰温度、 10 袁同学 首都经济贸易大学硕士学位论文 天然气钻井井场安全距离研究 烟的形成及对外热辐射等,结果与试验吻合较好。Baillie等通过物理分析得出 一套完整的计算模型:该模型用于计算高压天然气喷射火焰对圆筒状容器形成 的辐射和对流热负荷。模型首先预测出平均温度、气体成分和烟气浓度等参数, 然后采用"离散传递模型"和一个单一的"灰一白气体辐射模型"计算热辐射流。 对物体的对流热负荷是通过Nu//Re关系确定的,其中的定性平均速度、温度及 其它流动热物????均由模型得到。并将计算结果同一些试验结果进行了对比。Wen 等对通风条件可以控制的情况下,指定喷射火焰的影响范围作了预测:他们将 层状火焰模型及CE火焰模型与Lindstedt的烟气模型相结合(法--),将EBU 火焰模型与Magnussen的烟气模型相结合(法二),用DTRM辐射模型来计 算整体热辐射交换,用RUN-IDL计算层状模型中的微小热辐射交换,分别对 在135m3和415m3封闭体积内的丙烷喷射火焰进行了模拟预测,发现这两种 方法对场内分布参数(v、T、CO以及烟气等)预测值和试验比较吻合,其中, 在层状模型中对温度分布的预测和试验值吻合的非常好。 蒸气云爆炸(UnconfinedVapour Cloud Explosion)方面:在这方面欧洲国 家作丁,很多研究工作,进行了??????论分析、试验和数值模拟,目前应用较广的有 Munday提出的TNT模型,设想把气云爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破 坏作用,从而把气云当量转化成盯量。以及Van、den、Berg等提出了TNO 多能模型以半球形气云为模型,假设中心点火,火焰以恒定速度传播,从而获 得数值方法计算不同燃烧速度一F的气云爆炸强度。针对n汀模型,Van、den、 Berg对23起事故的120余个点进行了统计分析,认为气云爆炸和TNT爆 炸有着本质的区别,n盯模型适用于很强的气云爆炸,且用于描述远场时偏差 较小。蒸气云爆燃形成的火球,产生强烈的热辐射,对周围人员和设备设施可 能造成伤害和破坏。国内外关于火球有许多模型,如世界银行国际信托公司的 工业污染评价所用的moorhowse-Pritchard.Ro????erts模型,美国的Gayle-Digh模 型、日本长谷川模式、美国Fay模型等等。 有毒物质在大气中的扩散情况的研究较多。气体扩散形成原始气团时有两 种扩散形式:喷射扩散和绝热扩散。气体泄漏后,经过原始气团释放过程,形 成易燃易爆有毒气体一空气混合气云。混合气云在大气中的扩散,根据混合气 体的密度等差异,可分为三种扩散模式:稠密气团(重气)扩散、中等密度气 团扩散和羽状烟流扩散等。国内关于危险气体在大气中的