井控装备失效导致井喷事故的事故树分析_郭红.pdf

2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT井控装备失效导致井喷事故的事故树分析井控装备失效导致井喷事故的事故树分析郭红天津北海油人力资源咨询服务有限公司天津 300450摘要:海上油气田一旦发生井喷事故,将可能造成井眼报废、人员伤亡、平台损坏等严重后果,而井控装备是防止井喷、有效控制井筒流体的重要屏障。采用事故树方法构建了井控设备事故树分析模型,进行事故树定性和定量分析,结合数据库井控设备失效概率、现场设备检查结果及修正准则,进行事故树定量分析,得出某平台修井机井控装备导致井喷失控的概率为 1.3 10-3,概率等级为高。研究结果可为后续修井安全管理以及井控装备改造提供参考。关键词:事故树分析;修井机;井控装备作者简介:郭红,女,硕士研究生,注册安全工程师,主要从事海上采油平台作业及陆地终端油气开采处理设施的职业卫生与安全的咨询服务工作。随着海上平台修井机服役年限的增加,井控装备趋于老化,同时缺乏相关报废标准,井控装备的安全状况日益困扰井下作业的安全管理。刘涛1讨论了人为因素在井喷事故中的重要性;邵彬哲2介绍了井控设备常见故障、处理检测方法以及常用的保养维护措施;曹式敬3利用冗余方法对海洋石油 981 超深水钻井装置的防喷器系统进行了可靠性分析;葛伟凤4利用权重分析方法对海上井控设备进行风险分级;袁征5利用模糊数学对海上修井机井控装备进行了风险评估。井控设备的评估已有部分研究文献,其中关于井控装备的风险量化评估成为一个研究趋势。本文采用事故树方法,构建了井控设备评估模型,进行事故树分析,对某平台修井机井控装备进行了风险评估。1事故树分析流程事故树分析技术通过分析造成顶事件的各种可能因素及其因果关系,有助于透彻地了解系统,找出系统薄弱环节,并针对其采取有效措施来避免或削减损失。事故树分析技术是系统工程风险分析的主要方法之一6。采用事故树对井控装备失效进行分析7-10,主要步骤如下:(1)熟悉所分析的系统;(2)调查系统发生的事故;(3)选取事故树的顶事件;(4)调查所有相关原因事件;(5)事故树作图;(6)事故树定性分析;(7)事故树定量分析。2事故树分析模型建立在石油工业发生的各类事故中,井喷事故的数量和造成的损失都排在前列。井控的目的就是防止井喷事故出现,而影响井控是否成功的关键因素就是井控设备。在熟悉修井机井控设备相关标准的基础上,归纳梳理了修井机应配备的井控设备,并结合井控系统的工作原理以及日常设备维保操作过程中容易出现的设备故障类型,仅考虑井控装备对井喷的影响,绘制了以“井控装备导致井喷失效”为顶上事件的事故树,见图 1。如图 1 所示,井涌监测失效、压井失败及关井失败,任意一个事件发生,均可能导致井喷失控。以此类推,根据逻辑关系,用逻辑门将上下层事件连接起来,经过层层分析,直到所有的原因事件都是基本事件为止。井喷失控事故树的基本事件共 27 个,详见表 1。3事故树定性分析3.1求取最小割集最小割集统计有 62 个,其中 4 事件割集有 40个,5 事件割集有 12 个,6 事件割集有 5 个,7 事件割集有 5 个。该事故树“或门”多于“与门”,表明井控设备系统较为复杂,影响系统安全的因素较多。3.2求取最小径集最小径集统计有 28 个,含有 2 个 1 事件最小径集,分别为:(1)(X1),X1:泥浆液面检测失效;(2)(X2),X2:计量系统失效。说明作业过程中提早发现溢流或者井涌至关21 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT重要,可以为后来的压井和关井赢得宝贵时间,降低井喷失控的风险。图 1井控装备失效导致井喷失控的事故树(M1:井控装备导致井喷失控,M2:井涌监测失效,M3:压井失败,M4:关井失败,M5:节流阀失效,M6:节流液控阀失效,M7:BOP 组失效,M8:节流管汇失效,M9:防喷器失效,M10:控制系统失效,M11:闸板防喷器失效,M12:泵组失效,M13:主控台失效,M14:司钻远程控制台失效,M15:气动泵失效,M16:电动泵失效,M17:电源失效,M18:节流管线失效,M19:放喷管线失效;X 代表基本事件详细内容见表 1)表 1事故树基本事件编号基本事件编号基本事件X1泥浆液面检测失效X15储能器失效X2计量系统失效X16气泵失效X3压井泵失效X17气源不足X4压井管线失效X18电泵失效X5压井一侧液控阀失效X19主电源失效X6脱气机构失效X20应急电源失效X7节流手动阀失效X21安全阀失效X8阀位变送器失效X22三位四通阀失效X9节流控制箱失效X23备用气源失效X10环形防喷器失效X24备用电源失效X11剪切闸板失效X25放喷一侧液控阀失效X12上半封/可变闸板失效X26主放喷管线失效X13下半封闸板失效X27辅助喷管线失效X14液控管线失效3.3结构重要度分析结构重要度分析是从事故树结构上入手分析各基本事件的重要程度。本文运用最小径集排列法进行结构重要度分析,得结构重要度为:I(X2)=I(X1)I(X6)=I(X5)=I(X4)=I(X3)I(X7)I(X9)=I(X8)I(X23)=I(X22)=I(X21)=I(X15)=I(X14)=I(X13)=I(X12)=I(X11)=I(X10)I(X18)I(X27)=I(X26)=I(X25)=I(X24)I(X20)=I(X19)=I(X17)=I(X16)。从结构重要度分析也可看到,及时做好液面监测,并且正确判断溢流与井涌现象,结合完好的压井设备,可以有效防止井喷失控的发生。4事故树定量分析本部分没有计算过程,是通过查询数据库得到的概率并修正,修正规则已在本 段 文 字(1)(2)(3)进行了描述。以某海上修井机为例,按照事故树基本事件中的井控故障类型,对现场井控装备进行检查,检查判定结果分为完好、退化或未验证及失效 3 种。根据检查结果对各设备失效概率进行了相应的修正,修正规则为:(1)完好状态:按照要求进行了设计、建造、验证和监控,不存在任何问题,则其失效概率取相关数据库的统计失效概率;(2)退化或未验证状态:设备没有进行验证或定期测试,则其失效概率在统计失效概率和 1 之间,修正后的设备失效概率取相关数据库失效概率的10 倍;(3)失效状态:设备不符合设计要求,超过了可接受准则,或完全失效,则其修正后的失效概率取 1。井控设备失效概率及修正的井控设备失效概率,详见表 2。根据表 2 中修正后的井控设备失效概率,可计算出该修井机井控装备导致井喷失控的概率为1.3 10-3。石油行业井控装置失效事件发生的可能性分类见表 311。按照表 3,相对应的井控装备导致井喷失控概率等级为 4 级(高),需采取控制措施降低风险。31 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT表 2井控设备失效概率及修正的井控设备失效概率编号设备名称设备失效概率数据来源设备现状检查判定结果修正后的设备失效概率1泥浆液面检测系统3.2 10-3OREDA声光报警故障失效12计量系统1.3 10-3OREDA良好完好1.3 10-33压井泵1.3 10-3OREDA良好完好1.3 10-34压井管线1.3 10-7OREDA良好完好1.3 10-75压井一侧液控阀5.93 10-4SINTEF液控阀故障失效16脱气机构4.7 10-3OREDA良好完好4.7 10-37节流手动阀1.4 10-3OREDA良好完好1.4 10-38阀位变送器1.4 10-3OREDA良好完好1.4 10-39节流控制箱3.25 10-3SINTEF控制箱气源压力已报警,打压时未到 0.4 MPa失效110环形防喷器1.61 10-3SINTEF良好完好1.61 10-311剪切闸板1.0 10-5SINTEF良好完好1.0 10-512上半封/可变闸板2.5 10-5SINTEF良好完好2.5 10-513下半封闸板6.79 10-4SINTEF良好完好6.79 10-414液控管线1.25 10-3SINTEF一条液压管线外壳破裂退化1.25 10-215储能器7.0 10-6OREDA2 个储能器气瓶压力不足退化7.0 10-516气泵4.7 10-3OREDA气动泵单独打压到设定压力超过 15 min失效117气源3.0 10-3OREDA良好完好3.0 10-318电泵3.0 10-3OREDA良好完好3.0 10-319主电源2.9 10-3OREDA良好完好2.9 10-320应急电源3.0 10-3OREDA良好完好3.0 10-321安全阀2.7 10-5OREDA安全阀未见检验标识退化2.7 10-422三位四通阀1.6 10-4OREDA良好完好1.6 10-423备用气源1.7 10-5OREDA良好完好1.7 10-524备用电源1.0 10-3Eng.judegment良好完好1.0 10-325放喷一侧液控阀5.9 10-4SINTEF液控阀故障失效126主放喷管线5.8 10-6OREDA锈蚀严重退化5.8 10-527辅助喷管线5.8 10-6OREDA锈蚀严重退化5.8 10-5表 3石油行业井控装置失效事件发生可能性分类可能性大小分级定量描述非常高(5)每年发生概率(10-2)高(4)每年发生概率(10-3 10-2)中等(3)每年发生概率(10-4 10-3)低(2)每年发生概率(10-4)非常低(1)每年发生概率(10-5)在日常生产中要做到井控设备档案清晰、可用,按照装置耐用性及失效可能带来的风险,制定合理、经济、可操作性强的维护检修制度,并严格落实;定期采用超声技术等对装置内部腐蚀情况进行检测评估;采用监测设备,对各种数据参数进行实时化、动态化和持续性的监测;工作人员应加强技能培训,及时接收预警信息,并做出有效应对。5结论(1)基于井控系统工作原理以及设备故障类型,构建了井控设备事故树模型,进行事故树定性分析,得出泥浆液面检测系统相对重要,提早发现溢流或者井涌是防止井喷的一个关键因素。(2)以某海上修井机为例,根据现场井控设备检查结果及修正准则,对井控设备失效概率进行修正,进行事故树定量分析,得出该修井机井控装备导致井喷失控的概率为 1.3 10-3,概率等级为高。(3)通过事故树井控设备模型,可为后续修井机井控装备进行风险分级管控及设备隐患治理提供参考。参考文献1 刘涛,井喷事故与人机可靠性探讨 J.安全技术,2007,7(12):21-23.2 邵彬哲.井控设备常见问题及维修保养方法分析 J.中国石油和化工标准与质量.2013,33(6):236.3 曹式敬.海洋石油 981 超深水钻井装置防喷器系统可靠性分析 J.中国海上油气,2013,25(1):46-48.4 葛伟凤.基于权重分析的海上井控设备风险分级方J.石油矿场机械,2017,46(5):80-83.5 袁征,李航,罗衡,等.基于模糊数学的海上修井机井控装备风险评估 J.石油矿场机械,2017,46(4):5-8.7 刘刚,贾国玉,杨锡亮.风险树分析在钻井工程事故中的应用 J.断块油气田,2006,13(3):69-71.8 高永海,孙宝江,曹式敬,等.应用事故树法对深水井控进行风险评估 J.石油钻采工艺,2008,4(30):23-27.9 金业权,方传新,纪永强.石油钻井井控风险诱因专家调查分析 J.中国安全生产科学技术,2012,8(8):74.10刘怀增,熊亮,伍东.海洋石油作业现场安全管理探讨 J.中国安全生产科学技术,2012,8(5):129.11Q/HS 140312017 海上油气井完整性要求 S.41