YL區(qū)塊某探井淺層氣危害評估

吳小龍　陳昭日　毛煉　羅衡

1.YL區(qū)塊環(huán)境工況

1.1 地層參數(shù)

水深：2021m;淺層氣儲層位置：2900米;淺層氣面積：16Km2;淺層氣厚度：12m;地層壓力梯度：1.0;井眼尺寸：26in（66cm）;無隔水導管，26in鉆進至3174m。

1.2 海流剖面

表1和圖1為瓊東南海域2010年01月最大海流出現(xiàn)時刻海流剖面特征。結果顯示：瓊東南海域表層海流流速最大值可以達到1.6m/s，該流速與數(shù)值模擬所得到的瓊東南海域表層流速在20年重現(xiàn)期的極值流速十分接近。表層海流主要受季風、臺風和大尺度環(huán)流的影響。海洋內波對次表層海流具有重要影響，中層和深層海流主要受大尺度環(huán)流的影響。

1.3 淺層氣體瞬態(tài)流速

假定淺層氣體由井口泄露，氣體在井口處可達臨界流，此時淺層氣在井口的瞬時泄露速率采用公式

（1）

式中為淺層氣體的速率，Kg/s;D為井眼尺寸，mm;P為地層壓力，kpa;M為介質分子量;T為介質輸送溫度，

2.氣體可燃性評估

表2所示的甲烷與空氣混合的爆炸極限為5.3%～14%（GB T 12474-1990）?？扇夹曰旌衔锬軌虬l(fā)生爆炸的最低體積分數(shù)和最高體積分數(shù)，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限體積分數(shù)時，既不爆炸，也不著火。這是由于前者的可燃物體積分數(shù)不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延;而后者則是空氣不足，導致火焰不能蔓延的緣故。利用流體計算模型可以計算出淺層體積在海水中的體積分數(shù)，當淺層氣產(chǎn)量為50萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數(shù)分別為0、0、1.5%、2.1%;當淺層氣產(chǎn)量為100萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數(shù)分別為0、0.9%、2.9%、4.1%;當淺層氣產(chǎn)量為150萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數(shù)分別為1.5%、2%、4.3%、6.3%;當淺層氣產(chǎn)量為200萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數(shù)分別為1.2%、3.8%、6.7%、10.27%。由可燃氣體在空氣中的爆炸界限可知，不考慮海洋風載荷的情況下，當海洋流速0m/s，淺層氣體產(chǎn)量為150萬方/天和200萬方/天時，淺層氣體體積分數(shù)超過了甲烷在空氣中的爆炸界限;當海洋流速0.1m/s時，淺層氣體產(chǎn)量為200 萬方/天，淺層氣體體積分數(shù)也超過了甲烷在空氣中的爆炸界限。因此，當海洋流速0m/s、0.1m/s時，淺層氣體產(chǎn)量為200萬方/天時，海洋鉆井平臺的安全性受到淺層氣體擴散的威脅。當海洋流速0.1m/s時，淺層氣體產(chǎn)量為150萬方/天時，海洋鉆井平臺的安全性受到淺層氣體擴散的威脅。

3.氣體擴散區(qū)域

由計算流體模型的計算結果可以得到氣體擴散穩(wěn)態(tài)階段淺層氣體的擴散范圍，如下圖21所示（如圖所示白色分界線表示淺層氣體擴散時，氣體體積分數(shù)大于3%的區(qū)域）。圖中200-0、200-0.1、200-0.2和200-0.3分別代表淺層氣體產(chǎn)量200萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s和0.3m/s時，淺層氣體的擴散范圍;由圖可知，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時，平臺附近有一定體積分數(shù)的淺層氣體，其體積分數(shù)為10.2%和6.3%，均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產(chǎn)安全受到嚴重威脅;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心200m和400m內淺層氣氣體體積分數(shù)為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產(chǎn)。

4.結論

（1）當淺層氣體產(chǎn)量為200萬方/天，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時，平臺附近有一定體積分數(shù)的淺層氣體，其體積分數(shù)為10.2%和6.3%，均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產(chǎn)安全受到威脅;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心200m和400m內淺層氣氣體體積分數(shù)為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產(chǎn)。

（2）當淺層氣體產(chǎn)量150萬方/天，海洋流速0m/s時，平臺附近氣體體積分數(shù)均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產(chǎn)安全受到嚴重威脅;淺層氣體產(chǎn)量150萬方/天，海洋流速0.1m/s時，平臺附近氣體體積分數(shù)未超過甲烷混合空氣的爆炸極限，氣體擴散不影響平臺的安全生產(chǎn)。隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心100m和600m附近淺層氣氣體體積分數(shù)為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產(chǎn)。

（3）當淺層氣體產(chǎn)量50萬方/天，海流速度為0 m/s時，平臺附近有一定體積分數(shù)的淺層氣體，其體積分數(shù)為1.5%;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.1m/s、0.2 m/s和0.3 m/s時，鉆井平臺附近氣體體積分數(shù)為0。因此，當淺層氣體產(chǎn)量50萬方/天時，氣體擴散不會影響平臺的安全生產(chǎn)。

（5）當淺層氣氣體產(chǎn)量50萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為610s、573s、502s和470s;當淺層氣氣體產(chǎn)量100萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為327s、286s、243s和216s;當淺層氣氣體產(chǎn)量150萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為230s、182s、157s和136s;當淺層氣氣體產(chǎn)量200萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為173s、137s、114s和98s。