天然氣水合物鉆井風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)估淺析
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摘要：水合物鉆井系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制措施實(shí)施經(jīng)驗(yàn)較匱乏，對(duì)鉆井作業(yè)工序及關(guān)鍵設(shè)備開展風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及評(píng)估顯得尤為迫切。該文以“BluewhaleII”半潛式鉆井平臺(tái)為例，概述了平臺(tái)關(guān)鍵系統(tǒng)與設(shè)備，從危險(xiǎn)源的所屬風(fēng)險(xiǎn)類型、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)兩個(gè)角度進(jìn)行危險(xiǎn)源分類，采用頭腦風(fēng)暴法、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、危險(xiǎn)源識(shí)別分析等方法對(duì)鉆井工藝、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，選取風(fēng)險(xiǎn)矩陣法實(shí)現(xiàn)鉆井風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估，從風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施和應(yīng)急控制措施兩方面提出了相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施。結(jié)果表明：水合物鉆井工藝及平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備共辨識(shí)出危險(xiǎn)源1724個(gè)，其中人的方面1081個(gè)、設(shè)備方面373個(gè)、環(huán)境方面259個(gè)、管理方面11個(gè)，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施實(shí)施后共消除風(fēng)險(xiǎn)491條，應(yīng)急控制措施實(shí)施后共降低風(fēng)險(xiǎn)537條，形成了深水水合物鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫。
關(guān)鍵詞：天然氣水合物；鉆井工藝；風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)控制
我國于2017年及2020年分別開展了兩輪水合物試采工作，但試采效果距商業(yè)化開采仍有幾個(gè)數(shù)量級(jí)差距，這與深水水合物開采作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)較高、鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及評(píng)估工作不足息息相關(guān)[1-2]。具體來說，世界范圍內(nèi)水合物試采尚處于初步探索階段[3]，所獲水合物鉆井經(jīng)驗(yàn)少，且鉆井風(fēng)險(xiǎn)缺乏有效理論支撐，這導(dǎo)致鉆井事故具有不可預(yù)知性[4-5]。因此，針對(duì)海洋水合物鉆井特點(diǎn)，亟需開展鉆井風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及評(píng)估等工作，為形成鉆井風(fēng)險(xiǎn)控制措施，保障水合物安全鉆井奠定一定基礎(chǔ)。水合物鉆井風(fēng)險(xiǎn)方面，國際上開展了一些研究工作。相關(guān)研究者通過引入風(fēng)險(xiǎn)矩陣、系統(tǒng)安全分析、故障樹分析、事件樹分析和蝴蝶結(jié)等方法進(jìn)行鉆完井過程屏障失效風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)研究[6-8]。ŞÜKRÜM[9]收集了鉆速、鉆頭重量、扭矩、泥漿記錄等鉆井參數(shù)隨深度的變化，通過對(duì)鉆井參數(shù)的分析評(píng)估指出優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)是降低水合物鉆井風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑。GAOYH等人[10]認(rèn)為鉆井過程中必須保持一定溫壓條件以抑制水合物生成導(dǎo)致的鉆井風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)水合物鉆井風(fēng)險(xiǎn)研究尚處于起步階段，目前中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心開展了鉆井工藝對(duì)儲(chǔ)層水合物分解影響的一系列研究[11-12]。具體來說，主要從裸眼段及套管段井筒兩方面研究了水合物鉆井過程中的井壁穩(wěn)定性，明確了儲(chǔ)層水合物飽和度與穩(wěn)定性的時(shí)空演化規(guī)律，建立了水合物鉆井作業(yè)過程中的井筒失效模型，初步探索了井筒可能存在的失效模式[13]。目前，國際深水水合物開發(fā)尚處于探索階段，未形成水合物鉆井系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和安全保障技術(shù)，其中關(guān)于水合物鉆井工藝風(fēng)險(xiǎn)及關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)與的分析尤為薄弱，預(yù)防和控制鉆井事故的經(jīng)驗(yàn)更是接近于零，因此亟需對(duì)關(guān)鍵設(shè)備以及鉆井作業(yè)工序開展風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和安全評(píng)估[14-15]。鑒于此，該文以“BluewhaleII”半潛式鉆井平臺(tái)[16]為例，概述了平臺(tái)關(guān)鍵系統(tǒng)與設(shè)備，簡要分析了平臺(tái)危險(xiǎn)源與鉆井風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，從危險(xiǎn)源的所屬風(fēng)險(xiǎn)類型、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)兩個(gè)角度進(jìn)行危險(xiǎn)源分類，采用頭腦風(fēng)暴法、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、危險(xiǎn)源識(shí)別分析等方法對(duì)鉆井工藝、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，選取風(fēng)險(xiǎn)矩陣法定量評(píng)估鉆井風(fēng)險(xiǎn)，從風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施和應(yīng)急控制措施兩方面細(xì)化、完善了安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施，落實(shí)了各個(gè)崗位風(fēng)險(xiǎn)控制責(zé)任，這對(duì)深水水合物鉆采提供了技術(shù)支持。
1鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)
1.1鉆井平臺(tái)概況
2020年，我國借助“BluewhaleII”半潛式鉆井平臺(tái)進(jìn)行了為期30天的天然氣水合物第二輪試采（試驗(yàn)性試采）[16]，試采累計(jì)產(chǎn)氣總量為86.14×104m3，日均產(chǎn)氣2.87×104m3，創(chuàng)造了產(chǎn)氣總量、日均產(chǎn)氣量兩項(xiàng)世界紀(jì)錄[16]?！癇luewhaleII”平臺(tái)主要由上部平臺(tái)、下浮體和中間立柱三部分組成，具有自航、定位、鉆井功能，該平臺(tái)關(guān)鍵系統(tǒng)與設(shè)備可如表1所示?！癇luewhaleII”平臺(tái)鉆井工程設(shè)計(jì)采用降壓試采方式，主要工序是采用低密度泥漿鉆井以減小井底壓力。
1.2危險(xiǎn)源與鉆井風(fēng)險(xiǎn)
鉆井風(fēng)險(xiǎn)是鉆井過程中危險(xiǎn)源可能導(dǎo)致?lián)p失及其他不利影響可能性和后果的綜合表征，其與某個(gè)危險(xiǎn)源和特定事件相聯(lián)系，鉆井風(fēng)險(xiǎn)大小常由危險(xiǎn)源的失效可能性（概率表示）和危險(xiǎn)源失效后的影響后果（嚴(yán)重度表示）所構(gòu)成。鉆井過程中危險(xiǎn)源分類是制定和實(shí)現(xiàn)鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析目標(biāo)的前提。該文基于《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》，將鉆井過程中危險(xiǎn)源所屬鉆井風(fēng)險(xiǎn)類型劃分為人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境因素以及管理缺陷四類，把危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值劃分為Ⅰ級(jí)可接受風(fēng)險(xiǎn)、Ⅱ級(jí)中度風(fēng)險(xiǎn)、Ⅲ級(jí)高度風(fēng)險(xiǎn)、Ⅳ級(jí)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)四大類，其中特別重大風(fēng)險(xiǎn)、重大風(fēng)險(xiǎn)及中等風(fēng)險(xiǎn)是需要重點(diǎn)考慮的對(duì)象。
2鉆井風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及評(píng)估
2.1風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及評(píng)估方法
鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析的第一步是對(duì)鉆井過程中的所有危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)。基于水合物鉆井作業(yè)工序特點(diǎn)，利用頭腦風(fēng)暴法、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（TRA）、危險(xiǎn)源識(shí)別分析（HAZID）等方法對(duì)鉆井工藝、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為定性評(píng)價(jià)、定量評(píng)價(jià)兩類方法，根據(jù)“BluewhaleII”平臺(tái)的實(shí)際鉆進(jìn)工況并保證評(píng)價(jià)的簡便快捷、強(qiáng)可操作性，選取風(fēng)險(xiǎn)矩陣法實(shí)現(xiàn)鉆井風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估，它根據(jù)危險(xiǎn)源導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性與造成后果嚴(yán)重度的乘積得出風(fēng)險(xiǎn)值，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖對(duì)風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)以衡量風(fēng)險(xiǎn)大小，具體見表2。
2.2鉆井及關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估
通過普查水合物鉆井工藝及平臺(tái)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，共識(shí)別關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)86個(gè)，辨識(shí)出危險(xiǎn)源1724個(gè)，其中人的方面1081個(gè)、設(shè)備方面373個(gè)，環(huán)境方面259個(gè)，管理方面11個(gè)。由于鉆井作業(yè)工藝紛繁復(fù)雜，該文以“BluewhaleII”平臺(tái)航行過程為例對(duì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)控制措施進(jìn)行說明，借助專家打分及風(fēng)險(xiǎn)矩陣，各鉆井危害源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)控制措施實(shí)施后鉆井危害源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)被給出（見表3），最終形成深水水合物鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫。
3結(jié)論
（1）“BluewhaleII”平臺(tái)鉆井關(guān)鍵系統(tǒng)主要有提升與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、升沉補(bǔ)償系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、固井系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、航行與錨泊系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)。鉆井作業(yè)劃分為拖航/自航、就位、鉆前準(zhǔn)備、起下鉆、起下防噴器/隔水管、鉆進(jìn)、下套管、固井、棄井、打撈等工序。（2）鉆井風(fēng)險(xiǎn)大小常由危險(xiǎn)源的失效可能性（概率表示）和危險(xiǎn)源失效后的影響后果（嚴(yán)重度表示）所構(gòu)成。鉆井過程中危險(xiǎn)源所屬鉆井風(fēng)險(xiǎn)類型可劃分為人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境因素以及管理缺陷四類，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值大小，危險(xiǎn)源可劃分為Ⅰ級(jí)可接受風(fēng)險(xiǎn)、Ⅱ級(jí)中度風(fēng)險(xiǎn)、Ⅲ級(jí)高度風(fēng)險(xiǎn)、Ⅳ級(jí)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)四大類。（3）采用頭腦風(fēng)暴法、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、危險(xiǎn)源識(shí)別分析等方法對(duì)鉆井工藝、關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，選取風(fēng)險(xiǎn)矩陣法進(jìn)行鉆井風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估，從風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施和應(yīng)急控制措施兩方面提出了相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施。（4）水合物鉆井工藝及平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備共辨識(shí)出危險(xiǎn)源1724個(gè)，其中人的方面1081個(gè)、設(shè)備方面373個(gè)，環(huán)境方面259個(gè)，管理方面11個(gè)，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施實(shí)施后共消除風(fēng)險(xiǎn)491條，應(yīng)急控制措施實(shí)施后共降低風(fēng)險(xiǎn)537條，形成了深水水合物鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫。
作者:王賢斯 單正鋒 王存芳 單位:中石油海洋工程公司鉆井事業(yè)部
