石油天然气开采危险源分析与评价

目录

毕业论文任务书 (Ⅰ)

开题报告 (Ⅲ)

指导教师审查意见 (Ⅹ)

评阅教师评语…………………………………………………………………………….XI

答辩会议记录……………………………………………………………………………XII

中文摘要………………………………………………………………………………..XIII

外文摘要........................................................................... ................................................XIV

1 绪论 (1)

1.1 前言 (1)

1.2 国内外现状 (2)

1.3 发展趋势 (5)

2 方案论证 (7)

3 石油天然气开采风险分析 (9)

3.1 石油天然气开采风险辩识 (9)

3.1.1 石油天然气开采风险识别的特征 (9)

3.1.2 石油天然气开采HSE风险因素的识别方法 (10)

3.1.3 石油天然气开采及相关作业的主要风险 (11)

3.1.4 石油天然气开采中的危害和影响 (16)

3.2 石油天然气开采HSE风险分类 (21)

3.3 钻井作业风险评估 (23)

3.3.1 确定判别准则 (23)

3.3.2 钻井作业HSE风险评价分析过程 (26)

3.3.3安全模糊综合评价方法 (28)

3.3.4 钻井作业风险安全评价 (43)

4 石油天然气开采HSE风险削减措施 (54)

4.1 钻井全过程事故预防 (54)

4.2 石油天然气开采中一般事故的防范与处理措施 (60)

4.3 钻井事故预防措施 (64)

4.3.1 卡钻事故的预防 (64)

4.3.2 钻具和落物事故的预防 (73)

4.3.3 井漏事故的预防 (80)

4.3.4 井塌的预防 (81)

4.3.5 井喷的预防 (82)

5 钻井作业HSE应急反应计划 (84)

5.1 钻井作业HSE应急反应分类 (84)

5.2 钻井作业HSE应急计划内容 (84)

5.3 钻井作业HSE应急反应体系 (86)

5.3.1 钻井作业HSE应急反应组织体系及职责 (86)

5.3.2 应急反应管理 (87)

5.3.3应急器材 (91)

5.4 钻井作业过程中紧急情况下的应急程序 (91)

5.4.1 火灾及爆炸应急程序 (91)

5.4.2 硫化氢防护应急程序 (92)

5.4.3井涌、井喷应急程序 (96)

5.4.4油料、燃料及其他有毒物质泄露应急程序 (99)

5.4.5放射性物质落井的处理应急程序 (99)

5.4.6恶劣天气应急程序 (101)

5.4.7现场医疗急救程序及处理措施 (103)

6 总结 (108)

参考文献 (109)

致谢 (111)

石油天然气开采危险源分析与评价

【摘要】石油钻井工程具有高难度、高风险、高投入的特点，既是一次繁琐复杂的系统工程，又是一项集成技术的特种作业，更是油气工业的生命线和增长点。典型油气生产人员伤亡事故不胜枚举，给人民和社会造成了巨大损失和深重灾难。对钻井作业过程的危险源进行分析评价具有重要的意义，有效的减少事故和职业危害，降低生产作业风险；可以系统地进行安全管理，用最少的投资达到最佳的安全效果。本文采用模糊综合评价方法，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定量的因素定量化，从而对实际的综合评价问题进行评价，其实质上是评价企业投入的合理配置及效用均衡，这种评价结果可以反映企业的安全生产水平。在石油行业中，由于多数安全问题具有多目标、多属性的特点，研究安全经济问题及其效用宜采用多目标分析。而劳动安全模糊综合评价法，应用数学家冯·诺伊曼的新效用理论的概念及性质十分方便，能很好的解决这一类型的安全评价问题。

【关键词】危险源分析模糊评价多目标分析层次分析

The hazard analysis and evaluation of oil and gas exploitation student:zhangzhenbiao,school of mechanical engineering of yangtze university teacher:wangchangjian, school of mechanical engineering of yangtze universit [Abstract] Oil drilling engineering have the characteristic of high difficulty ,high risk, high investment.Not only is it a complex system engineering,but also a special operation with integration technology, and the lifeline and growth point of oil industry. In the product of oil and gas, many casualties have taken place,causing great loss and disaster. The hazards analysis evaluation of the drilling process has great meaning ,it will reduce accidents and occupational hazards effectively, reduce the risk of production operation,it will make it more systematical in safety management., and achieve the best security effect with the least investment. This paper use the method of fuzzy comprehensive evaluation has make some vague or not easy quantitative factors quantitative, and carry out comprehensive evaluation , using the principle of fuzzy relations. The essence is evaluating the reasonable allocation and equilibrium the company have put in, this kind of evaluation result can reflect the real level of production safety in company. In the oil industry, because the most safety problems have the characteristics of several targets, multiple attribute, to study safe-economic problems and its effective it is better to adopt multi-objective analysis. But labor safety fuzzy comprehensive evaluation method,it is convenient to use the concept and

property of new effective theory of new mathematician von neumann,beacause it can solve such safe evaluation better.

[key word] hazard analysis vague evaluation multi-objective analysis step analysis

1 绪论

1.1 前言

2003年12月23日夜，重庆市开县高桥镇川东石油钻探公司承钻的中国石油天然气集团公司西南油气田分公司川东矿罗家16H井在起钻是突然发生井喷，失控的有毒气体随空气迅速扩散、导致在短时间内发生大面积灾害。事故造成243人死亡，4000多人受伤，疏散转移6万多人，9.3万余人受灾，给国家和人民群众生命财产造成巨大损失，在国内外造成巨大影响，教训十分沉痛。

石油天然气作业是高收入、高风险和高技术水平的特殊工作，存在各种各样的风险。由于钻井工艺和钻井场所的特殊性，在钻井作业的不同阶段和不同环节中，均存在对人员身体健康、人员与设施安全和生态环境等不同程度和不同形式的影响和危害，既存在不同程度、形式各异的风险。石油钻井作业的风险分析和事故预防即是对这些风险进行辩识与评估，对这些风险进行定性或定量分析，得出系统发生风险的可能性及其后果（形式、种类）、参数特征，估计其概率分布大小、风险率的大小、后果程度的大小以确定风险是否可以接受，并根据这些结论制定有效的预防、控制措施和应急预案以寻求最低事故率，最少的损失和最优的安全投资效应。

油气钻井是多专业、多工种配合的野外作业,它经常是在高山、丘陵、森林、草原、农田、沙漠、沼泽、海滩、湖泊、海洋等地面条件差的地区进行,钻井工作条件差,技术要求高,生活艰苦,加之交通、通讯等的限制,增加了作业难度;钻井工程又是一项隐蔽的地下工程,地下有含有高压油、气、水的地层、漏失层、岩盐层、膨胀层、坍塌层等复杂情况,这些都给钻井工程造成困难;钻井工程还是一项耗资巨大的工程, 一般工程费用占整个石油工业勘探开发基建投资的40 %以上。

石油钻井工程具有高难度、高风险、高投入的特点，既是一次繁琐复杂的系统工程，又是一项集成技术的特种作业，更是油气工业的生命线和增长点。典型油气生产人员伤亡事故不胜枚举，给人民和社会造成了巨大损失和深重灾难，全球石油行业近二三十年的实践和经验表明，必须大力强化各石油公司的安全管理。在油气生产企业中，危险伴随整个勘探、开发、生产全过程，不仅是因为油气生产本身的可控因素远

远小于不可控因素，而且地下状况的未知性和不可全知性，直接决定着油气生产企业的安全工作的艰难程度。必须对石油天然气开采危险源进行分析与评价。由于上述特点, 钻井作业隐藏着多种不安全因素, 如不切实防范, 容易发生各类事故,会危害人身安全, 也给国家财产造成巨大的损失。

因此对钻井作业过程的危险源进行分析具有重要的意义，有效的减少事故和职业危害，降低生产作业风险；可以系统地进行安全管理，用最少的投资达到最佳的安全效果；可以改善企业与公众、政府及民间组织的关系，从而为企业的可持续发展创造条件；一个良好的社会形象和工作环境的企业可以有效的吸引人才并使员工发挥出较高的绩效，能提高企业经济效益，增强国际竞争力，促进企业参与国际竞争。

1.2 国内外现状

一口井的钻井工艺过程从确定井位到最后试油、投产,要完成许多作业,按其顺序可分为3个阶段,即钻前准备、钻进和完井,而每个阶段又包括许多具体工艺作业。在建立安全评价指标的时候,应充分考虑各个工艺阶段发生危险的可能性,并加以分类分析，建立比较全面的系统化、科学化的油气钻井作业安全评价指标体系。笔者主要考虑的是钻进过程和完井过程 ,这是钻井工艺流程中最重要的阶段。对陆上油气钻井作业过程中,尤其是钻进和完井过程中的不安全因素,人-机-环境的观点出发,以安全系统工程为理论基础,进行危险性辨识，并加以分析归类,采用层次分析法和模糊数学，建立了较为系统、科学的油气钻井作业安全评价模型,并作了实例分析,对模型进行了论证。

从人-机-环境出发,较为全面分析了陆上油气钻井作业过程当中可能出现的危险隐患,把握整体,建立了较为系统的陆上油气钻井作业安全评价指标体系。运用层次分析法确定陆上油气钻井作业安全评价指标的相对权重,避免了以往仅凭专家主观印象给定权值的弊端;但是由于一些主客观原因,对于陆上油气钻井作业安全评价的工作还应该继续研究。陆上油气钻井作业安全评价是一项复杂的系统工程,鉴于整个生产系统的作业特性,涉及因素多而且广泛,从井场自然条件到人的生理条件,从技术因素到人的心理因素,不可能对各种因素面面俱到加以分析考虑,并且在评价指标量化过程中,由于一些指标涉及到钻井公司或作业队的商业机密和工程技术机密, 所以在量

化的时候还需要探求更合适的方法。

根据钻井作业地区环境调查结果和钻井作业活动中易发生事故环节以及日常管理经验,从人的行为、物理状态、环境因素等方面进行分析,对钻井作业项目的全过程进行风险因素识别。可采用危险点源分级挂牌、危害程度分级挂图、环境监测、关联图等定性方法和定量方法进行风险识别。

钻井作业HSE风险识别,通常可采用关联图分析法,它是通过一种假设方法用图表示危害如何产生及如何导致一系列后果的危险分析法。如图所示,将顶级事件 (指不希望发生的事故,如井喷、高空坠落等)用圆圈表示,并置于关联图中心。

根据钻井作业的特点,可在不同施工阶段实施不同的风险和应急准备分析图风险评价总的分析过程。

1.安全个案评估

安全个案评估是分析过程的第一步,目的在于检查和评估安全个案的执行情况, 验证设备是否达到了人员、环境和物质设施可接受的安全水平,而与地点和油井的特定条件无关。

2.环境风险分析

环境风险分析是分析过程的第二步,早期判断和严重井喷失控频率的专门分析,为环境影响后果的专门分析提供依据。

3.区域特定风险和应急准备分析

区域特定风险和应急准备分析目的是为了确定和评估钻井设施作业区域的特定风险(如气候条件等)。

4.活动特定风险评估

活动特定风险评估是分析过程最后和最详细的一步。这一分析以草拟的钻井程序

为基础进行,目的是为当前钻井作业建立一幅油井特定风险简图。

上世纪80年代后期，国际上发生了几次重大事故，如1987年的瑞士SANDEZ大火，1988年英国北海油田的帕玻尔·阿尔法平台事故，以及1989年的EXXON公司VALDEZ泄油等，这些重大事故引起了国际工业界的普遍关注，大家都深深认识到，石油石化作业是高风险的作业，必须采取有效、完善的HSE管理系统才能避免重大事故的发生。1991年，在荷兰海牙召开了第一届油气勘探、开发的健康、安全、环保国际会议，HSE 这一概念逐步为大家所接受。

许多大石油公司非常关注HSE管理体系的建立。如壳牌公司，1985年，首次在石油勘探开发领域提出了强化安全管理（Enhance Safety Management）的构想和方法。1986年，在强化安全管理的基础上，形成安全管理手册，HSE管理体系初现端倪。在1990年制定了自己的安全管理体系（SMS）；1991年，颁布了健康、安全与环境（HSE）方针指南；1992年，正式出版安全管理体系标准EP92－01100；1994年，正式颁布健康、安全与环境管理体系导则。

?1994年油气开发的安全、环保国际会议在印度尼西亚的雅加达召开，由于这次会议由SPE发起，并得到IPICA（国际石油工业保护协会）和AAPG的支持，影响面很大，全球各大石油公司和服务厂商积极参与，HSE的活动在全球范围内迅速展开。

?1996年1月，ISO/TC67的SC6分委会发布ISO/CD14690《石油和天然气工业健康、安全与环境管理体系》，成为HSE管理体系在国际石油业普遍推行的里程碑，HSE 管理体系在全球范围内进入了一个蓬勃发展时期。

当今市场竞争日趋激烈,实施健康、安全与环境管理已成为大的趋势,也是社会发展和市场竞争的必然选择。无疑, 实施健康、安全与环境管理的钻井队将大大增强市场竞争能力。目前,国际石油、天然气勘探、开发以及各工程建设市场对进入市场的各国石油企业提出了HSE管理方面的要求,未制定和执行HSE标准的企业将限制在市场之外。因此,实施HSE管理,促进我国油天然气钻井企业的健康、安全与环境管理与国际接轨,并使我国的钻井队伍能在竞争中顺利进入国际钻井市场。在钻井作业中实施健康、安全与环境风险管理,一方面可以通过提高HSE的管理质量,改善企业的形象;

另一方面,通过减少和预防事故的产生,降低和预防HSE风险提高经济效益,增强市场竞争力,使经济效益、社会效益和环境效益有机的结合在一起,为保护人类生存和发展做出应有的贡献。

1.3 发展趋势

风险管理是对系统存在的危险性进行定性和定量分析,得出系统发生危险的可能性及其后果严重程度的评价。根据评价结果,对危害尤其是重大危害因素制定风险削减措施,编制应急反应计划,以实现对风险及其影响的管理。风险管理充分体现了对事故危害及影响以预防为主、突出控制和削减风险的管理思想。

减少钻井作业中各种事故的发生,特别是杜绝重大恶性事故的发生,降低钻井作业风险是实施HSE风险管理的根本宗旨。通过在钻井作业中贯彻执行石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系,增强员工对安全事故和环境污染事故预防意识,尽最大努力避免事故的发生。另一方面,当事故发生时,通过有组织、有序的控制和处理,将影响和损失降低到最低限度。

钻井行业是高投入的行业,一旦发生重大事故,如发生井喷失控着火,会造成人员伤亡、钻机设备毁坏、环境污染,其损失和影响是无法估量的。HSE 管理体系摒弃了传统的事后管理与处理的方式,采取积极的预防措施,将健康、安全与环境管理体系纳入钻井企业总的管理体系之中,对钻井生产运行实行全面的整体控制。这样可以大量节约用于排污处理和安全事故处理的资金与技术设备,节约了能源,降低了钻井作业的成本,从而提高了经济效益。

推行健康、安全与环境风险管理体系,可以帮助钻井队(平台)规范管理体系,加健康、安全与环境方面的培训,提高重视程度。通过引进新的监测、监督、规划、评价等管理技术,加强审核和评审,健全管理机制,提高管理质量和管理水平。

当今市场竞争日趋激烈,实施健康、安全与环境管理已成为大的趋势,也是社会发展和市场竞争的必然选择。无疑,实施健康、安全与环境管理的钻井队将大大增强市场竞争能力。目前,国际石油、天然气勘探、开发以及各工程建设市场对进入市场的各国石油企业提出了HSE管理方面的要求,未制定和执行 HSE 标准的企业将限制在

市场之外。因此,实施HSE管理,促进我国油天然气钻井企业的健康、安全与环境管理与国际接轨,并使我国的钻井队伍能在竞争中顺利进入国际钻井市场。在钻井作业中实施健康、安全与环境风险管理,一方面可以通过提高HSE的管理质量,改善企业的形象;另一方面,通过减少和预防事故的产生,降低和预防HSE风险提高经济效益,增强市场竞争力,使经济效益、社会效益和环境效益有机的结合在一起,为保护人类生存和发展做出应有的贡献。

总之,在钻井作业中实施健康、安全与环境风险管理,一方面可以通过提高HSE 的管理质量,改善企业的形象;另一方面,通过减少和预防事故的产生,降低和预防HSE风险提高经济效益,增强市场竞争力,使经济效益、社会效益和环境效益有机的结合在一起,为保护人类生存和发展做出应有的贡献。

2 方案论证

风险是发生几率和后果严重程度的函数,即风险水平是用事故可能发生的几率和可能导致危害的严重程度两个因素表示的:

风险 = 发生几率×后果严重程度

进行风险评估时,无论采用何种评价技术,都需要考虑其发生的几率和潜在的事故后果严重程度。风险表述通常用定性和定量两种方法,如高、中、低和预期年损失或预期死亡率等。

1.定性风险评价

常用的定性风险评价方法有:

(1) 风险矩阵;

(2) 检查表;

(3) 安全工作分析;

(4) 错误模式及影响分析;

(5) 类比分析、预危险分析和危险度评价等。

2.定量风险评价

(1) 危害和可操作性研究

(2) 事故树或故障树分析

(3) 环境影响评价

(4) 定量风险评价等。

风险矩阵是一种以几率(暴露、频率及类似项)与后果的迭加来表示的风险图表, 可直观地看出风险的高低及后果的严重程度,在定性风险评价和风险划分准则的图示中有着广泛的用途,在钻井作业风险的评价中常采用此种方法。

模糊综合评价就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定量的因素定量化，从而对实际的综合评价问题进行评价的一种方法。其实质上是评价企业投入的合理配置及效用均衡，这种评价结果可以反映企业的安全生产水平。劳动安全评价受多种因素的影响，模糊理论为解决这种因素影响的复杂问题，提供了一种有效的数学途径。

在石油行业中，由于多数安全问题具有多目标、多属性的特点，研究安全经济问题及其效用宜采用多目标分析。而劳动安全模糊综合评价法，应用数学家冯·诺伊曼的新效用理论的概念及性质十分方便，能很好的解决这一类型的安全评价问题。

模糊综合评价法适用范围广，适合油田各类在建项目、生产操作安全评价、工艺技术评价等不同系统。但由于模糊综合评价法本身是以模糊数学为基础，因此需要对评价人有一定模糊数学基础，对评价对象相当了解，具有丰富的实践经验。只有这样才能很好的建立判断矩阵和模糊关系矩阵。矩阵建立越符合实际，评价结果也可靠。

3 石油天然气开采风险分析

3.1 石油天然气开采风险辩识

钻井是高风险的行业，在整个钻井作业活动中，都可能潜在对健康、安全与环境危害的影响因素。分辨并识别出钻井作业中潜在的HSE风险与危害的影响因素，是有效控制和削减钻井过程中给健康、安全与环境带来的危害及影响的重要基础。

3.1.1 石油天然气开采风险识别的特征

由于钻井作业的特殊性，在识别钻井活动过程中存在的对健康、安全与环境的危害时应掌握有以下主要特征。

1.差异性

根据钻井工艺的特点，钻井作业大致分为钻前、钻井和完井施工活动几个阶段。不同施工阶段以及采用不同的钻井工艺对健康、安全与环境的影响不同，存在的危害和风险因素不同。此外，因钻井作业场所的流动性，不同地域（如海上和陆地钻井）的环境、气候条件不同，其危害和风险的影响因素也不尽相同。

2.严重性

因人为操作或工艺措施不当以及设备处于不安全运行状态等诸多因素所导致的事故造成的危害极大，如井控失效可能造成井毁人亡的恶性事故，产生的后果甚至是灾难性的。

3.多样性

钻井活动中不仅存在常规的着火、爆炸、电击、运输事故、有害材料、化学试剂、工作环境（如滑倒、噪声、振动）等对健康、安全与环境的危害因素，而且还存在设备伤害（如水压和气压、旋转机械）、污水和钻井液以及硫化氢等对健康、安全与环境的影响，其危害是多种多样的。

4.时间性

钻井活动中造成的对健康、安全与环境的危害有的是突发性的，影响时间较短暂，而有的影响时间较长（如噪声危害贯穿整个钻井活动过程），而有的影响则可能是永久性的（如钻井中井漏造成的对地下水源的污染）。

5.隐蔽性

钻井安全事故的发生受人为因素、设备状况因素、施工作业措施因素以及外界等因素的影响，并且存在诸多不确定的影响因素，有较强的隐蔽性。其危害和影响的发生及程度有时难以预料。

6.变化性

钻井作业中的风险具有多边性，往往会因措施或处理不当，可能会由一般事故升级为严重事故甚至恶性事故。如钻井过程中发生井漏，若同时存在高压层，处理井漏措施不当，就可能因井漏液柱压力降低而发生井喷或井喷失控事故。从而由一般事故演变成严重事故甚至恶性事故[4]。

3.1.2 石油天然气开采HSE风险因素的识别方法

根据钻井作业地区环境调查结果和钻井作业活动中易发生事故环节以及日常管理经验，从人的行为、物理状态、环境因素等方面进行分析、对钻井作业项目的全过程进行风险因素识别。可采用危险点源分级挂牌、危害程度分级挂图、环境监测、关联图等定性方法和定量方法进行风险识别。

钻井作业HSE风险识别，通常可采用关联图分析法，它是通过一种假设方法用图表示危害如何产生及如何导致一系列后果危险分析法。如图3―1所示，将顶级事件（指不希望发生的事故，如井喷、高空坠落等）用圆圈表示，并置于关联图中心。

图3–1 关联图

1.隐患识别

在顶级事件确定后，应对引起顶级事件的原因进行分析。如钻井作业中地层有碳氢化合物溢出，引起井喷失控，分析时应尽可能从人的行为、设备故障、地层条件等方面找出原因。图3―2为井喷失控的隐患识别树状图。

图3–2 隐患识别树状图

2.事故识别

引起顶级事件发生的原因除一次原因外，还可能有失效事件因素。这种事件因素在顶级事件发生的各种途径中，是预防顶级事件发生的制约因素，但由于失效而引起顶级事件的发生。所以应将这些原因分析出来，加入到关联图中，用黑长方形表示，构成一个完整的顶级事件发生原因树状图（参见图3―3）。

3.屏障设置

在对顶级事件及原因进行分析后，应采取相应的措施限制和预防顶级事件的发生，即设置屏障，削减和控制风险。在屏障设置树状图中，用黑长方形表示设置的屏障（参见图3―4），通常屏障包括安全教育、安全管理、应急计划、员工培训和硬件措施等[1]。

3.1.3 石油天然气开采及相关作业的主要风险

钻井作业过程中，存在相关承包方的技术服务作业，产生的HSE风险会影响整个全局。因此，在进行风险识别时，不但要识别出共同风险，也要识别出相关作业风险。

1.共同作业风险

（1）井喷及井喷失控可能造成地层碳氢化合物的溢出；

（2）火灾及爆炸：地层碳氢化合物的溢出，特别是轻质油、硫化氢等可燃（剧毒）气体溢出，汽油及柴油、润滑油、机油等泄漏造成火灾爆炸危险事故；

（3）营房火灾；

点：井场

事

不准确抽汲分析

不准确灌注钻井液

现钻进突变

（钻具放空）

人员交叉检查

图3–3 事故识别树状图

（4）电气火灾；

（5）现场易燃纤维或其他物品着火；

（6）高空作业人员坠落；

（7）高空物品坠落（如大钩、游动滑车、天车、井架及井架附件、二层台附件）；

（8）起吊重物坠落；

（9）人员施工操作（如操作大钳）过程中造成物体打击危险；

（10）机械伤害；

（11）触电伤害；

（12）食物中毒；