石油钻井安全论文：石油井下作业井喷风险预警分级模型研究

石油钻井安全论文：石油井下作业井喷风险预警分级模型研

究

【摘要】：结合石油井下历史事故资料和井下高危作业风险辨识资料,依据SMART原则,从企业应用角度,建立井喷风险预警分级评价指标体系,评价指标包括固有风险频率、事故严重度、监控与监测措施3方面;对各指标给出相应的权重和分值,并在风险原理的基础上设计风险评价分级数学模型,建立石油井下作业井喷风险预警分级标准。根据分级模型得到的风险分级结果可以对石油井下作业井喷风险进行有针对性的防范和控制,避免井喷事故的发生。

【关键词】：井喷; 风险; 指标体系; 预警模式; 预警分级

0 引言

井喷是一种地层中流体喷出地面或流入井内其他地层的现象,大多发生在开采石油天然气的现场。石油天然气开采过程中一旦发生井喷,往往伴随着H2S等有毒气体的泄漏,威胁人民生命财产安全,破坏生态环境的,在极端条件下甚至产生极其恶劣的影响。因此,如何控制井喷事故的发生成为石油天然气开采中急需解决的一个问题。

对石油井下作业进行风险预警预控可以有效地控制井喷事故的发生。风险预警预控是一种过程管理,是在事故发生前,根据实时的风险状况预测、风险状态预报或历史报警记录统计分析,利用评价标准,判别其产生风险级别,对风险状态、趋势的预先警示及警告,继而针对预警预告信息作出风险预先性防控措施,最后削弱和消除风险[1]。

风险预警分级是实现井喷事故有效预警、预控的基础。企业根据预警分级理论预测出风险大小,继而采取有效措施控制风险。对于生产作业中的井喷高风险,需要针对其建立专项的预警分级方法,并根据生产实际情况确定动态的分级评价标准,实现重点风险的重点管理。

笔者主要针对石油井下作业中的井喷高风险作业进行风险分级方法研究。目前,在井下作业管理中还没有对井喷风险预警分级方法有更深入的研究,多利用经验或单一指标进行粗略的评估,没有形成实用、科学的预警分级方法及标准体系。

1 石油井下作业井喷风险预警分级模型的建立

石油井下作业涉及修井、作业、压裂三大作业板块,作业风险大,井喷事故易发。目前,对于井喷的风险预警分级多根据单一指标和风险定义两种方法。单一指标评估方法,简单易行。例如:

依照地层压力系数指标,过高就将其定义为高风险井。但是,由于评价指标过于单一,就会忽视整个系统的复杂性、统一性和多因素性。在这种情况下,由一个指标或两个指标简单判断风险等级往往会导致高估或低估事故风险[2]。利用风险定义的评价方法,也就是利用事故发生频率和事故严重程度的乘积来判断风险的大小,这种方法同样存在着一定的局限性。第一,由于井喷事故的频率和严重度没有赋予严格的定量分级,在主观的评估下会产生误差;第二,对井喷风险的最终结果也没有一个公认的风险评估等级标准。

笔者所提出的分级方法可以弥补原有分级方法的不足。首先,井喷风险预警分级模型具有13个指标,避免了由于指标因素单一而影响分级结果的准确性;其次,对每个指标都制定了相应的评价标准,使评价有据可依、有理可循,是现场得以应用的有利保障;再次,风险预警等级标准的确定使最终的结果避免了主观臆断。

1.1 风险预警分级指标体系的建立

石油井下井喷风险预警分级指标体系的建立主要遵循SMART 原则,其实用性和可操作性是模式推广应用的必要保证[3-4]。在设计指标体系过程中利用安全系统工程学的原理,系统、科学地

选择评价指标,使其遵循特定的、可测量的、可得到的、相关的和可跟踪的SMART原则,不求指标的多而全,力求少而精。

笔者对某油田井下作业修井、压裂、作业(典型高危作业板块)三大板块进行风险辨识的数据,结合历史数据资料和地质、安全人员的工作经验,参考《水力压裂安全技术要求》、《中深井压裂设计施工作法》、《常规修井作业规程》等相关标准,进行对比研究,最终得到井喷风险预警分级指标体系。辨识中得到:修井板块总计辨识出1 195个单因素风险,作业板块总计辨识出327个单因素风险,压裂板块总计辨识出416个单因素风险,总共1 938个单因素风险。利用风险的定义(风险为事故严重度和事故发生频率的乘积)粗估风险等级。其中,Ⅰ级风险因素28个,Ⅱ级风险因素276个,Ⅲ级风险因素928个,Ⅳ级风险因素706个。最后,提取对井喷风险影响因子最高的指标,即对风险影响最多的因素或风险等级最高的因素。

在实际现场作业中,引起井喷的原因有多种:地层压力掌握不准、泥浆密度偏低、井内泥浆液柱高度降低、起钻抽吸,以及其他不当措施等。由于笔者所提出的预警分级方法主要对油井或气井作业之前进行评价,所以考虑的指标剔除了人因因素和实际施工过程中的风险因素,从机、环、地质等固有风险的角度来考

虑。为了使模型得到更有效、广泛的应用,指标数目尽可能少而精,方便现场工作人员应用。

最后,基于上面的分析,从风险概念出发,考虑实用性和经济性得到13个评估指标,包括事故频率指标7个,事故严重度指标4个,另外,为了考察企业的控制风险能力以及减少事故损失的能力,单独考虑了监测与控制措施,具体指标见表1。

井喷风险评价标准体系的建立至关重要,它直接决定了最后风险预警分级的效果。在井喷的评价标准体系中,需要确定采用什么样的标准来判断系统各个具体因素的好坏程度。它可以是具体的量化指标,也可以是基于模糊语言的等级评价指标[2, 5]在每个指标评估中,都应有详细的安全状况判别标准。评价人员可根据标准进行判别,可以打分。同时,针对风险评价结果,参考评价标准可提出相应的整改措施。

在这部分设计中,笔者通过文献研究、企业实际调查、比较

分析、历史分析等方法,通过统计数据针对每一个指标制定了评估标准,力求准确,可操作性强[6-8]。考虑到为了更准确直观地表现测评结果,笔者对每个指标进行了量化处理。评价指标的量化就是对每个具体的评价因素分配分值和权重,这是进行评价结果量化的基础。针对指标和权重的选择,主要根据现场专家意见来确定。13个指标的内容分值和指标权重见表2—表4。

1.2 数学模型的建立

根据风险评价分级原理,风险评价分级分为数学模型分级和标准分级两种。数学模型分级主要适用于多因素评价变量的风险定量半定量分析[9-11]。文中井喷评价数学模型的建立要考虑到系统的多因素性,依据风险评价分级原理,得出符合井喷风险特性的数学评价模型。

井喷风险预警分级数学模型的建立主要依据风险定义R=P×L。最终模型如式(1)所示。

R =∑wiPi×∑wiLi×(M1+M2) (1)