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枯竭油气藏型地下储气库事故分析及风险识别70504083

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枯竭 油气藏 地下 储气库 事故 分析 风险 识别 70504083
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天然气工业 2009年竭油气藏型地下储气库事故分析及风险识别 谢丽华 张宏 李鹤林 (中国工程院院士) 1.中国石油大学(北京)机电工程学院 2.中国石油天然气集团公司管材研究所 谢丽华等.枯竭油气藏型地下储气库事故分析及风险识别.天然气工业,2009,29(n):116—119. 摘 要 目前世界上76.2%的地下储气库是利用枯竭油气藏改建而成的,影响该类储气库安全问题的风险因 素很多,机理复杂。为此,在储气库事故资料统计分析的基础上,借鉴输气管道风险评价方法,归纳总结出了枯竭 油气藏型地下储气库存在注采井或套管损坏、注气过程中气体迁移和储气库地面设施失效的三类主要事故类型, 对储气库系统中的潜在风险因素进行12大类、33小类的初步分类,并根据风险因素与时间的关系将风险分为依赖 时间、稳定不变以及随机出现三种类型,进而采用事故树分析的风险评价方法,排查并分析了造成主要事故类型失 效的风险因素,对主要事故风险因素进行了识别,提出了相应的风险评价程序,为制订枯竭油气藏型地下储气库事 故防范措施和安全管理决策提供了依据。 关键词 枯竭油气藏 地下储气库 事故 分析 分类 风险 识别 事故树 0.3787/j.000—0976.2009.1 1.034 枯竭油气藏型地下储气库能切实解决天然气的 季节调峰和应急供气问题[1 ],但储气库系统容易受 到地质灾害、腐蚀、设备故障等风险的不良影响,降 低其稳定性和可靠性。储气库的安全问题至关重 要,然而目前关于枯竭油气藏型地下储气库的风险 研究未见报道。为此,以统计资料为基础,开展了枯 竭油气藏型地下储气库事故分析及风险识别评价研 究,有助于切实维护储气库的安全运行。 1枯竭油气藏型地下储气库事故统计 根据文献报道_3。 ,全球枯竭油气藏型地下储气 库共发生过16起事故,如表1所示。 第一起被报道的枯竭油气藏型地下储气库人员 受伤事故发生在1997年,而气体迁移事故自20世 纪40年代起在美国加利福尼亚州的储气库就已存 在。全球枯竭油气藏型地下储气库的事故发生率约 为3 ,且全部发生在天然气储存和注气环节。由表 1可知:造成人员受伤或疏散的事故有3起,约占事 故总数的19 。美国为储库事故高发区,共计14 起,约占事故总数的88 ,而发生在加利福尼亚州的 事故高达总数的69 。 美国加利福尼亚州地下储气库事故频繁发生, 与其地理位置及历史有着密不可分的关系。自19 世纪后半叶至20世纪早期,该地区油气勘探开发活 动密集,仅洛杉矶盆地就有7且大多 数油井井位紧密相邻。以建 而成的地下储气库距洛杉矶盆地大约64 间 遍布数百口油井。如今大多数油井已废弃,但未经 妥善处理,位置亦难以探明,从而为储气库气体迁移 提供了有利条件,埋下安全隐患。油田进行新井开 发或二次开采时提高了该区块的地层压力(或者储 气库运行压力过高时)迫使地下储气库气体迁移离 开储层,沿着固井不良或套管锈蚀的老井上升,最终 泄漏到地表。这些老井周边大多新建了住宅,因此 气体迁移事故极易造成人身伤亡或财产损失等严重 后果。此外,加利福尼亚州正处于地震活动期,该区 域承受板块构造引起的挤压力,其大小通常与构造 作用力有关。在此过程形成的背斜使得大片地层发 生断裂。众多断层为地下储气库气体提供了良好的 泄漏通道,是除了废弃老井之外,造成气体迁移事故 的另一主因。 2枯竭油气藏型地下储气库事故类型 文献报道的16起事故中,除1起事故原因不明 *本文受到中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目的资助。 作者简介:谢丽华,女,1980年生,博士研究生;主要研究方向为油气储运系统安全。地址:(102249)北京市昌平区府学路 18号中国石油大学246信箱。电话:15210040154。E—26. 116 · 第29卷第11期 天然气工业 外,按照失效机理,枯竭油气藏型地下储气库事故类 型可分为3大类,如下所述。 2.1注采井或套管损坏 此类事故共计5起,约占事故总数的31 。事 故发生地分别在美国加利福尼亚(3起),美国科罗拉 多(1起)以及德国巴伐利亚(1起)。美国加利福尼 亚2起事故是套管维修环节操作失误导致注采井损 坏,另一起则是地震导致注采井变形损坏。补救措 施均是采取水泥塞封堵损坏井段,而后定向钻井绕 开该段,联通下部井段。美国科罗拉多发生的事故 是储气库26号注采井井下1 600 体泄漏至地下含水层并沿周边水井上升至地表。储 气库紧急关停1周后恢复运行,然而补救措施并未 报道。德国巴伐利亚发生的事故是储气库21号注 采井出现压力异常,表明发生气体泄漏。通过采用 光纤温度测量手段确定具体泄漏点位于井下586 m 处,由注采井管柱接头损坏所致。随后及时采取补 救措施,通过更换密封进行泄漏修复,由于处理得 当,该事故并未酿成严重后果。 2.2注气过程中气体迁移 造成此类事故的主要原因有注气量超负荷、储 层存在废弃老井或断层等。此类事故所占比例最大 (约43.8 ),且大多发生在美国加利福尼亚。注气量 超负荷为工作人员操作失误所致,属于管理问题;而 储层存在废弃老井或断层等则属于地质构造原因。 2.3储气库地面设施失效 此类事故共计3起,约占事故总数的18.8 。 气体脱水处理装置失效爆炸导致的事故有2起,均 造成了严重后果。1993年1亚的事故爆炸波及范围达1.6 成车、船等 财产损失5万美元,储气库损失近200万美元;而 2006年2月发生在英国北海南部的事故导致2名员 工烧伤,储库被迫暂时关停。压缩机组失效导致的 事故有1起,2003年4月发生在美国加利福尼亚,阀 门破裂致使天然气急剧喷出长达25 柱高达 30 m,并与油混合形成棕色雾云,对当地环境造成污 染,所幸未起火造成人员伤亡。 3储气库风险因素识别及其评价 国际管道技术委员会(将输气管道风 险因素分为9个大类、22个小类。借鉴此分类方法, 结合储气库自身特点和事故资料统计分析,将枯竭 · 1 1 7 · 天然气工业 2009年气藏型地下储气库风险因素划分为’12个大类、33 个小类,并根据风险因素与时间的关系列表(表2)。 表2枯竭油气藏型地下储气库的风险因素分类表 类别与时间关系风险因素名称 小类名称 羚蘸 藏嗷 内腐蚀 内腐蚀一 依赖时间 细菌腐蚀 细菌腐蚀 应力腐蚀 应力腐蚀 机械疲劳、振动压力波动金属疲劳 管体缺陷 制造缺陷 管焊缝缺陷 井口装置缺陷 环焊缝缺陷 焊接、舡缺陷篓裹 缺陷 管内壁皱褶变形 稳定不变 失效 固井水泥、封隔器或套管失效 设备缺陷 密封失效 气体脱水处理装置换热器失效 气体脱水处理装置冷却器失效 压缩机组失效 地质构造缺陷 误操作 } 与时间无关 ’ 断层 废弃井 注气量超负荷 运行压力超高 维护操作失误 第三3材的延滞失效 人为故意破坏 极端温度(如寒流 狂风(裹挟岩属) 一 气候、外力作尉暴雨、洪水 雷电 大地运动、地震 在对枯竭油气藏型地下储气库风险因素初步分 类的基础上,可采用事故树分析的风险评价方法,排 查并分析造成事故类型失效的风险因素,此过程称 之为风险识别。对一项工程进行风险评价,首要工 作即是识别其风险因素。 如前所述,枯竭油气藏型地下储气库的事故类 型主要为注采井或套管损坏、注气过程中气体迁移 和储气库地面设施失效3种。针对这3种事故类 型,储气库的风险因素共有11种,整个系统的事故 树如图1所示。 对于各种不同的风险因素,可在风险识别的基 础上开展定量风险评价研究,建立相关事故模型,进 而判断其失效概率、计算失效后果,最终确定主要风 险及其控制措施。风险评价程序见图2。 . · 】】8 · 图1 枯竭油气藏型地下储气库事故树图 图2枯竭油气藏型地下储气库风险评价程序图 4 结论 枯竭油气藏型地下储气库的安全问题至关重 要,其风险是多方面的,与储气库的规划、设计、施 工、运营、维护以及检修的各过程密切相关。因此必 须从系统安全的角度出发,在储气库事故资料统计 分析的基础上,借鉴输气管道风险评价方法,结合储 气库特点对系统中潜在风险因素进行初步分类,将 其划分为12大类、33小类,并建立事故树进行主要 风险因素识别,进一步利用事故模型判断系统发生 事故的可能性及其危害程度,确定其风险大小,建立 相应的风险评价程序,为制订风险防范措施和安全 管理决策提供科学依据。 参 考 文 献 [1]谭羽非.天然气地下储气库技术及数值模拟[M].北京: 石油工业出版社,2007:15. [2]丁国生,谢萍.中国地下储气库现状与发展展望[J].天然 第29卷第然气工业 气工业,2006,26(6):111—113. 起京,张余,张利亚.赴美储气库调研及其启示天 然气工业,2006,26(8):[4]il .S.998—2005[L].[2006—10]. .in ].990,5(4):327—335. of 9,2004 [L].[2004—08—19]. 9of B/0I ].[2008—02—13].∥uk/,0et in 008,38 (8):1038—1048. et in a ~.007,1(2):247—252. [113 K, G.of e— I.an 73 E, I ,j O ].JR.et as 007,22(3):293—302. ].993,9(3):223—238. (收稿日期2009—02—04编辑何明) [8] J.An of j ·; 嗡 ; 石 ; ; ! = ; } 0 ; 写 、! = e ;\ ; 着大量低产、低渗区块的发现及油气勘探难度的增加,井下复杂情况增多,常规钻井方式难以取得突破。未来钻井技术发展中有着广阔的前景。 随着工具的进一步改进,全过程基于到快速发展;③算结果将更切合实际;④随钻井底压力、地层压力测量技术将迅速发展; ⑤与套管钻井相结合的空气钻井、泡沫钻井、雾化钻井等技术将广泛推广和应用。未来的将进一步朝着安全、简便和适用的方向发展。这对于发现低孔低渗储层油气、保护油气层、提高钻井速度等都具有重要意 义,该技术将广泛用于低压低渗油气田和老油气田。 以在短时间内获得较高的油气流,提高油气开发的可采储量, 而且 易接受的突破性技术。目前,在我国对该技术的引进与吸收还不够,但随着油气勘探难度 的增加,井下复杂情况会增多、钻井费用剧增,人们将越来越深入地认识理解应用这一先进的井控设备和方法 实现钻井技术最优化,解决石油工业上最困难、最昂贵的井下难题,达到提高钻井经济效益、减少非生产时间、降低钻井成本 的目的。如果应用继续钻进时实现更精确的压力控制从而减少4O 的非生产时间,那么,或许多达10 ~ 15 的“边际”钻井勘探,可以在批准预算内获得良好的经济效益。保险公司代理商于这项 安全钻井技术,从而影响和促进整个钻井行业的发展伴随着油气田的勘探开发进入中后期,“三低”油气田的经济有效的开发 变得尤为重要——低压、低渗、低产油气藏,特别是衰竭油气藏,使用达到提高单井产量、提高钻井效率、降低钻 井成本的效果。目前存在的主要问题是许多公司不想去承担试验新技术带来的风险,但经过一段时间,术一样,变成一种公认的方法并用于常规钻井作业中。 (谭蓉蓉摘编)
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