深水井喷事故灾变演化与后果评估研究

作     者：刘长鑫 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：陈国明

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：深水井喷事故 灾变演化 火灾爆炸模拟 正交试验设计 安全屏障 

摘      要：随着国内外油气资源开发持续推进,蕴藏丰富油气资源的海洋深水区已然成为重要探索区,逐步成为世界范围内油气资源开发的战略制高点。深水油气开发作业由于自身暴露在脆弱环境且油气风险隐患较多,深水钻采作业等开发过程具有明显的高风险、高伤害性等特点,开展深水钻采作业重大事故风险防控研究具有重要意义。本文结合国家工信部专项“第七代超深水钻井平台自主创新工程和国家重点研发计划“海洋（深水）油气开采重大事故连锁风险演化研究项目,系统开展深水井喷事故致因体系、事故灾变演化路径、井喷泄漏火灾燃爆后果评估、井喷事故全过程安全屏障等研究,为深水钻井作业的事故防控减灾提供参考。主要研究如下:1.深水井喷事故致因风险分析调研深水油气开发中井喷等重大事故,统计事故特征和事故发生的主要原因;结合井喷事故的基本过程、潜在征兆等,从人因失误、工艺设备、物料危险、环境因素和管理缺陷等方面分析深水井喷事故风险因素,构建事故层次结构体系;根据安全流变-突变理论和事故发展实际过程划分事故阶段,应用发展事故树法完善井喷事故致因指标体系。2.深水井喷事故灾变演化分析针对深水井喷事故致因指标体系,结合事故演化场景的分析步骤,辨识深水井喷事故场景演化节点;分析典型井喷事故的发展脉络图,结合连锁图理论确定井喷事故演化节点的属性和风险传递关系,构建深水井喷致因演化连锁模型;进行无权有向连锁演化分析,分析连锁演化网络中节点重要度和系统聚集程度;进行带权有向连锁演化分析,根据专家评议前驱节点对后继节点的影响程度确定事件传递的边权值,通过Dijkstra算法求取不同初始事件出发至结果事件的最短演化路径,评估初始因素引发井喷系统崩溃的风险失效性。3.深水井喷火灾爆炸事故后果评估结合井喷后重大衍生事故的场景分析,建立基于CFD的井喷火灾燃爆连锁事故后果评估流程;调研事故场景影响因素分析方法,确定解决事故场景多因素指标影响效应最优化问题的方法;基于第七代超深水钻井平台,建立三维仿真模型以及搭建缩尺试验系统,研究井喷泄漏扩散规律;基于泄漏扩散结果构建井喷火灾与燃爆场景条件,研究不同因素对火灾、燃爆事故后果的影响程度;针对井喷泄漏扩散、火灾、燃爆的不同影响因素设计正交试验,分析不同事故场景中各影响因素对后果的影响主次程度,为井喷火灾燃爆事故的防控提供参考。4.深水井喷事故防控方法研究针对深水井喷事故致因、演化和后果分析,基于FTA、ETA和蝴蝶结模型建立深水井喷事故发展全过程的风险控制理论,总结事故诱发原因与主要事故后果形式,多角度构建预防性安全屏障和减缓性安全屏障,直观描述事故发展全过程与相应控制措施,为井喷失控事故防控和应急提供指导作用。