高含硫天然氣藏同步鉆采交叉作業(yè)風(fēng)險識別與評估

冉文付，李丁川，丁華，劉艷

中國石油西南油氣田分公司川東北作業(yè)分公司（四川 成都 610021）

0 引言

能源安全事關(guān)國家經(jīng)濟社會發(fā)展，是國家安全的重要組成部分。天然氣作為能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，持續(xù)加大天然氣勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)刻不容緩。但隨著天然氣田的持續(xù)開發(fā)，面臨著氣藏儲量動用不均、地層壓力下降較快、穩(wěn)產(chǎn)難度較大等問題[1]。

以某高含硫氣藏為例，為進一步改善氣藏開發(fā)效果，實現(xiàn)儲量均衡動用，經(jīng)論證擬計劃建設(shè)補充井進行產(chǎn)能接替。該氣藏所處區(qū)域地面以山地、丘陵為主，地理環(huán)境惡劣、居民分布零散，新鉆井只能依托目前已建場站，井場布置受限，新鉆井周圍有3口生產(chǎn)井，距離較近，最小距離只有64 m。為了滿足生產(chǎn)保供需求，必須在井場已有采氣井正常生產(chǎn)情況下開展鉆井作業(yè)。在同步鉆采交叉作業(yè)過程中，存在新井的搬遷、鉆井、完井、測試等對生產(chǎn)井的影響，同時也存在生產(chǎn)井硫化氫泄漏對鉆井作業(yè)的干擾.所以本文就同步鉆采交叉作業(yè)風(fēng)險進行識別和評估，確保井場作業(yè)在安全可控的條件下進行，同時也為相關(guān)行業(yè)交叉作業(yè)風(fēng)險管理提供一定的借鑒[2]。

1 風(fēng)險識別評估方法建立

常用于施工作業(yè)風(fēng)險識別評估的方法有工作安全分析（JSA）、作業(yè)條件危險性分析（LEC）、安全檢查表（SCL）和預(yù)先危險性分析（PHA）等。

工作安全分析（JSA）是用于分析一項工作任務(wù)及其相關(guān)危害和緩解措施的書面工具。工作前由工作人員針對如何安全地開展工作進行討論，列出工作任務(wù)的關(guān)鍵步驟、每個步驟的具體危害和緩解措施或保護措施。李勁松等采用JSA法對深水無隔水管鉆井作業(yè)開展風(fēng)險評估，得到深水無隔水管鉆井階段風(fēng)險最大，重點關(guān)注作業(yè)步驟和危害因素，采取風(fēng)險控制措施降低風(fēng)險[3]。

作業(yè)條件危險性分析（LEC）利用與系統(tǒng)風(fēng)險率相關(guān)的3種因素指標(biāo)值之積（D=L×E×C，其中D為危險性，L 為事故發(fā)生可能性，E為人員暴露危險環(huán)境頻率，C 為事故后果），評價系統(tǒng)人員傷亡風(fēng)險大小，是一種半定量風(fēng)險識別方法。該方法常與JSA結(jié)合使用，先使用JSA 分析作業(yè)存在的風(fēng)險，再用LEC 結(jié)合風(fēng)險矩陣評價風(fēng)險，提出安全防控措施。劉天佳等將LEC法用于鉆井作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險評價，得出觸電和物體打擊屬于高度危險的事故，采取排除和控制措施[4]。

安全檢查表（SCL）由專業(yè)人員事先對分析對象進行分析討論，列出檢查單元、檢查項目、賦分標(biāo)準、評定系統(tǒng)安全等級標(biāo)準等內(nèi)容的表格，是一種定性風(fēng)險識別方法。張樹麗等應(yīng)用安全檢查表評估海洋石油生產(chǎn)設(shè)施，指導(dǎo)海洋石油生產(chǎn)設(shè)施安全運行[5]。

預(yù)先危險性分析（PHA）是在項目作業(yè)前，對系統(tǒng)存在的各種危險因素、發(fā)生條件、事故可能造成的后果進行宏觀分析的系統(tǒng)安全分析方法，是一種定性風(fēng)險識別方法。該方法可以早期發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的潛在危害因素，分析已有的安全措施，確定風(fēng)險等級，提出補充安全措施的建議，最終將風(fēng)險降低到要求的界限以下。預(yù)先危險性分析（PHA）方法包括危險與可操作性分析（HAZOP）、故障假設(shè)法（What-if）等，HAZOP 方法一般用于可能有嚴重后果的復(fù)雜設(shè)施或者設(shè)施重大變更，故障假設(shè)法一般用于有較大后果的設(shè)施或者項目。HAZOP 方法是使用一系列的“參數(shù)”和“引導(dǎo)詞”搭配，設(shè)想工藝過程偏離正常工況的各種情形，并分析造成這些非正常工況的原因，對應(yīng)的后果及當(dāng)前的安全保障措施，必要時提出消除或控制危害的改進措施。姜清兆等應(yīng)用HAZOP 方法分析深水表層鉆井的風(fēng)險，重點針對鉆進階段采取預(yù)防和應(yīng)對措施[6]。故障假設(shè)法是一種對系統(tǒng)工藝過程或操作過程的分析方法，該方法簡單實用，利用評估人的經(jīng)驗和知識，能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)危險場景進行評估，一般用于較簡單的生產(chǎn)工藝流程。故障假設(shè)法是頭腦風(fēng)暴活動，分析人員用What-if 開頭，提出可能出現(xiàn)的事故場景，討論各種事故場景出現(xiàn)時的后果，確定防護措施，估計事故發(fā)生可能性，評估風(fēng)險，必要時提出建議措施。孫龍彬等應(yīng)用故障假設(shè)法分析變更管理中的風(fēng)險，達到了控制一般變更的風(fēng)險目的[7]。

根據(jù)以上各種風(fēng)險評估方法的特點，結(jié)合項目實際，選擇故障假設(shè)法（What-if）來對鉆井與生產(chǎn)交叉作業(yè)開展風(fēng)險評估。故障假設(shè)法的分析步驟如圖1所示。

圖1 故障假設(shè)法分析步驟

2 風(fēng)險識別與評估實施過程

2.1 組織評估小組

根據(jù)鉆井與采氣生產(chǎn)交叉作業(yè)的影響范圍，選擇鉆井、地質(zhì)、測井、采輸、機械、HSE、安保等專業(yè)工程師組成的評估小組。

2.2 收集資料

分析小組收集了鉆井工程設(shè)計、井場平面圖、疏散和緊急集合點分布圖、采氣工藝流程圖、火氣系統(tǒng)布置圖、施工作業(yè)計劃等資料，并在評估前進行熟悉掌握。

2.3 風(fēng)險評估矩陣

各公司根據(jù)自身的實際情況和風(fēng)險接受程度制定了風(fēng)險評估矩陣，該項目的風(fēng)險評估矩陣見表1。

表1 風(fēng)險評估矩陣

2.4 節(jié)點劃分

根據(jù)鉆井作業(yè)的各個階段，劃分了搬遷安裝、產(chǎn)層前鉆進、產(chǎn)層鉆進、完井作業(yè)、拆卸和退場、地面測試等6個節(jié)點，節(jié)點描述見表2。

表2 節(jié)點描述

2.5 開展風(fēng)險評估

組織分析小組，首先討論高含硫天然氣藏主要特點及危害，然后以頭腦風(fēng)暴形式討論鉆井各節(jié)點與生產(chǎn)交叉作業(yè)的故障假設(shè)情景，列出導(dǎo)致“故障假設(shè)”情景的潛在原因，識別最嚴重的后果并評級，識別、評估防護措施，評估假設(shè)原因發(fā)展成最嚴重后果的可能性，風(fēng)險評級，提出風(fēng)險削減建議。

高含硫天然氣藏鉆采過程最主要的危害因素是高含硫化氫天然氣泄漏，造成人員中毒，甚至火災(zāi)爆炸。硫化氫是一種無色、劇毒的神經(jīng)毒劑，當(dāng)人員暴露于0.01%硫化氫環(huán)境會造成健康受損，0.1%時會立即死亡。該高含硫天然氣藏硫化氫體積含量超9%，為防止硫化氫泄漏造成嚴重后果，該項目建立了硫化氫泄漏預(yù)防性防護措施和減緩性防護措施。預(yù)防性防護措施包括基本過程控制系統(tǒng)、關(guān)鍵報警和人員干預(yù)、安全儀表功能與物理保護。減緩性防護措施包括釋放后的物理保護、廠區(qū)應(yīng)急響應(yīng)、社區(qū)應(yīng)急響應(yīng)。

鉆井與生產(chǎn)交叉作業(yè)主要危害識別和風(fēng)險評估見表3[8-12]。

表3 鉆井與生產(chǎn)交叉作業(yè)主要風(fēng)險評估表

2.6 風(fēng)險評估結(jié)論

經(jīng)過風(fēng)險評估，識別出風(fēng)險級別及數(shù)量見表4。

表4 識別出的風(fēng)險級別及數(shù)量

風(fēng)險評估小組識別到風(fēng)險較高的場景主要包括：①重型車輛運輸鉆井設(shè)備時，司機誤操作或車輛故障碰撞到生產(chǎn)設(shè)施；②鉆機設(shè)備吊裝時，吊物撞擊或掉落砸到生產(chǎn)設(shè)施；③起、放井架時井架傾倒砸到生產(chǎn)設(shè)施；④產(chǎn)層鉆進過程中發(fā)生井噴或井噴受控；⑤生產(chǎn)裝置發(fā)生天然氣泄漏時，鉆井現(xiàn)場存在熱工作業(yè)；⑥鉆井軌跡與生產(chǎn)井相碰等。

以上高風(fēng)險場景均可能造成火災(zāi)爆炸、人員中毒等嚴重后果，針對高風(fēng)險場景，為進一步削減風(fēng)險，分析小組提出了43項風(fēng)險削減建議措施。主要有：①鉆井團隊和生產(chǎn)團隊聯(lián)合制定交叉作業(yè)計劃和矩陣，建立交叉作業(yè)溝通機制；②對可能受到鉆井影響的生產(chǎn)設(shè)施，周圍設(shè)置隔離圍欄，上方設(shè)置防護罩等保護措施；③制定高風(fēng)險吊裝作業(yè)方案，嚴禁吊物從生產(chǎn)設(shè)施上方通過；④制定車輛指揮和控制程序，控制進入井場的車輛，對司機進行酒精測試、防御性培訓(xùn)等；⑤制定起、放井架方案，嚴格按照方案執(zhí)行；⑥鉆井區(qū)域設(shè)置動火區(qū)域，劃分防爆區(qū)域等級，評估明火作業(yè)對生產(chǎn)的影響；⑦產(chǎn)層鉆進安排在生產(chǎn)設(shè)施停產(chǎn)檢修期間進行；⑧識別井控關(guān)鍵崗位人員，強化人員培訓(xùn)，并對能力進行核實驗證等。

3 結(jié)束語

基于高含硫天然氣藏同步鉆采交叉作業(yè)的風(fēng)險，采用故障假設(shè)法，對鉆井全過程各階段劃分節(jié)點，分析每個節(jié)點存在的交叉作業(yè)風(fēng)險，結(jié)合防護措施進行風(fēng)險評級。認為鉆井搬遷車輛撞擊、吊物墜落、起放井架傾倒破壞生產(chǎn)設(shè)施造成含硫天然氣泄漏，鉆井時發(fā)生井噴事故等交叉作業(yè)風(fēng)險最高。對風(fēng)險較高的提出風(fēng)險削減建議，將建議措施轉(zhuǎn)化為行動項實施，實現(xiàn)了安全高效鉆完井，新井測試獲日產(chǎn)206×104m3、無阻流量1 183×104m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流。