（安全技术及工程专业论文）油气钻井起升系统作业安全分析与安全综合评价方法研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t d u et ot h ec o m p l e x i t yo fo i l g a sd r i l l i n gp r o c e s s ，p e t r o l e u mc o m p a n y m a n a g e r s p a ym u c ha t t e n t i o nt ot h es a f e t yo fo i l g a sd r i l l i n gp r o c e s s ，a n ds a f e t yi st h em o s t i m p o r t a n tm i s s i o no ft h ep e t r o l e u me n t e r p r i s e s a i m i n ga ts o m ep r o b l e m so fo i l g a s d r i l l i n gs a f e t ya s s e s s m e n tm e t h o d s ，s u c ha sb a dc o o p e r a t i o n ，n o ts c i e n t i f i co fg e n e r a l j u d g m e n t ，n o tc o m p r e h e n s i v eo re x a c to ft h ei n d e xc o n t e n t sa n ds oo n , c o n s i d e r i n gt h e w i d em e a n i n g ，c o m p l e x ，h i g hc h i a s m aa n df a i n t n e s so fo i l g a sd r i l l i n gp r o c e s ss a f e t y a s s e s s m e n ti n d e xa n dt h e c o m p l e x i t yo ft h ea s s e s s m e n ts y s t e m i t s e l fa n dt h e p a r t i c u l a r i t yo fh o i s t i n gs y s t e m ，t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e so ns a f e t ya s s e s s m e n ti n d e x e s s y s t e ma n t is h f e t ya s s e s s m e n tm e t h o do fo i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s t h i sp a p e rd i s s e r t a t e so i l g a sd r i l l i n gp r o c e s sa n de i g h tp r o d u c t i o ns y s t e m so fo i l g a sd r i l l i n gp r o c e s s - - h o i s t i n gs y s t e m ，c i r c u l a t i o ns y s t e m 、t r a n s m i s s i o ns y s t e m 、 m o t i v i t ys y s t e m 、c o n t r o li n s p e c ts y s t e m 、a s s i s t a n ts y s t e m 、r o t a r ys y s t e ma n dp e d e s t a l t h ee i i g h ts y s t e m sa r ej u s tt h ee i g h ta s s e s s m e n tc e l lo fo i l g a sd r i l l i n gp r o c e s ss a f e t y a s s e s s m e n ts y s t e m m a k es u r et h ee s t a b l i s h i n gp r i n c i p l eo fo i l g a sd r i l l i n gs a f e t y a s s e s s m e n ts y s t e ma n da n a l y z ea 1 1f a c t o r si nd e t a i l a i m i n ga ts o m ep r o b l e m so fs a f e t ya s s e s s m e n ta n di n f l u e n c ef a c t o ro fo i l g a s d r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s t h et h e s i sa n a l y s e so i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e m h a z a r da n da c c i d e n ts t y l e f r o mh u m a n - m a c h i n e e n v i r o n m e n tv i e w p o i n ta n da c c o r d i n g t ot h ee s t a b l i s h i n gp r i n c i p l eo fs a f e t ya s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m ，s e tu po i l g a sd r i l l i n g h o i s t i n gs a f e t ya s s e s s m e n ts y s t e m t h i ss y s t e mi n c l u d e se q u i p m e n tf a c t o r ，p e r s o n a l s a f e t ym a n a g e m e n tf a c t o r , s a f e t ym a n a g e m e n ts y s t e m ，e m e r g e n c yp r e p a r a t i o na n d r e s p o n s ef a c t o ra n de n v i r o n m e n tf a c t o r a h pa n df u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o da r ei n t r o d u c e dt o s t u d y o nt h e c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm e t h o do fo i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s t h i s p a p e rc o n f i r m si n d e xw e i g h to ft h es a f e t ya s s e s s m e n tf a c t o r s ，e s t a b l i s h e sf u z z y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm o d e lo fo i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s i t e s t a b l i s h e st h et h e o r yb a s i sf o rt h es a f e t yi n t e g r a t i o na s s e s s m e n tm e t h o do fo i l g a s d r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s b a s e do na b o v e ，c o m b i n i n gt h ea c t u a le x a m p l eo fa i lo i l g a sd r i l l i n gt r o o p ，i t a n a l y s e st h ec o m p r e h e n s i v ef u z z ya s s e s s m e n to fo i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e m i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 q u a n t i t i v e l y ，a n dc o n f i r m st h es a f e t yg r a d eo ft h es y s t e m t h i ss t u d yw i l lb ean e w e x p l o r a t i o nt ot h eo i l g a sd r i l l i n gs a f e t ya s s e s s m e n t k e y w o r d s ：o i l g a sd r i l l i n gp r o c e s s ，o i l g a sd r i l l i n gh o i s t i n gs y s t e mp r o c e s s ，s a f e t y i n t e g r a t i o na s s e s s m e n t ，a s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m ，a h pm e t h o d ，f u z z y c o m p r e h e n s i v em e t h o d i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：乒。签字日期：口胛年，月z 舌日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重送太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庭太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：声1 习 签字日期：弘矽年f 月7 徊 导师签名： 易。引匆 签字日期：加彤年，月二日 重庆大学硕士学位论文i 绪论 1 绪论 1 1 引言 石油是一种不可再生资源，其最基本的特征就是稀缺性。石油是现代经济的 血液”，是当今最重要的能源之一。它与人们的衣食住行密切相关，它是衡量一个 国家综合实力的标准，它能够影响一个国家或地区的发展，直接影响到国民经济 的稳定，更能导致一个国家或地区政治经济的安定。正因为如此，石油引起了很 多战争，给人们带来了诸多的不幸，由此可见，石油对全人类是多么的重要。 我国既是一个石油资源大国，又是个石油生产和消费大国。我国原油储量 列第1 0 位，天然气储量列于第2 0 位【”。石油( 含天然气) 钻井为石油工业最重要的 工程，是经地球物理勘探，主要是地震勘探获得9 0 0 0m 深以内、不同地层声波反 射速度不同的地震波图，经过复杂的计算获得第手准确的资料【2 】。对井位、油气 储量、埋藏深度来进行确定。目前我国和其他国家都利用先进的钻井设备和钻并 技术来获得石油、天然气的。石油钻井工程是一个复杂的工序作业。即：首先， 对油气井提出一个完整地质，钻并技术环境的综合性设计；然后进行钻前工程， 布置井场，运输和安装钻井设备；进行钻井作业；下套管、取芯、下油管；完井 测试，大型酸化作业0 1 。 近年来，据中石油对钻井事故统计分析得出的主要的事故类型有：重大人员 伤亡事故、井下复杂事故、钻井中的环境污染事故 4 1 。在上述事故中，人员伤害事 故占相当大的比例，其原因主要有：人的不安全行为；严重违反操作规程，操作 技能较低：在交叉作业时，配合不到位自身的站位不正确；设备工具本身存在的 缺陷；现场工作环境差。井下事故发生的主要原因有：地层复杂造成井下垮塌、 井漏、井喷；工程技术人员对井下的分析判断失误；在处理事故过程中，操作者 的失误导致事故更加复杂：地质资料不准确、钻井设计不合理等。机械伤人事故 的主要原因有：设备本身的缺陷：违章操作；操作者不熟悉设备的技术性能；交 叉作业的配合不当等。钻井作业中的环境污染事故的主要原因有：处理钻井废液 的设备不齐；人为工作失误造成，重大井喷事故。 在油气层钻井生产过程中存在的主要风险有井喷，井喷失控，井喷着火，硫 化氢中毒、卡钻、掉钻具、顿钻。机械伤害、高空坠落物体打击触电高空 落物、井架倾倒等。含硫高产井，工艺井区域探井等重点井，在油气层钻井作 业时，除派驻井控，安全监督外，还需派工作组驻井把关【5 】。驻井工作组包括领导 ，钻井工程师、泥浆技术人员、装备管理人员等。钻进过程应严格按工程设计选 择钻井液类型和密度值，当发现设计与实际不相符合时，应按审批程序及时申报， 重庆大学硕士学位论文1 绪论 经批准后才能修改。若遇紧急情况，钻井队可先处理，再及时上报。 安全生产是世界性的永恒课题，是石油工业的主题，也是企业赖以生存和发 展的基础和保障。石油、天然气的开采首先要做到安全生产。安全是一个永恒的 话题，是我们追求的目标。我们需要对钻井作业中的每一个环节进行风险识别和 安全评价，力争把风险降到最低。人们依靠各种钻井技术装备和施工工艺，结合 不同领域丰富知识和经验，组织完成了一系列钻井工程项目，并且能对钻井过程 时时判断和有效控制。然而，由于受到地质条件、装备能力、技术水平、管理规 范、施工经验以及现场作业者熟练程度等因素的限制。加上钻井管理体制和钻井 运行机制等因索的制约，钻井过程中不可避免地会发生各种各样的事故，造成重 大的人力、物力、财力损失，甚至导致全井报废，从而延缓勘探、开发迸程。可 见，钻井工程事故是钻井施工过程的大敌，减少或杜绝钻井工程事故的发生，始 终是钻井科技工作者主要工作目标。 石油钻井工程是一个高风险、多工种的配合作业。该作业潜在的风险如井漏、 井下垮塌、井喷的事故及地面设备设施不齐、设备老化、安全防护设备的投入不 到位、人为管理的失误等都存在巨大的风险。为了降低风险，减少事故发生的机 率。首先，要利用科学的钻井技术，完善设备的缺陷。其次，加强管理对操作人 员及管理人员进行技能培训，科学的管理，对任何一次钻井作业进行安全风险评 价。树立一切事故都是可以避免的理念。最后，对新建、改建的工程，必须根据 三同时的原则，即对安全设备要同时设计、同时施工、同时投入生产，才能有效 的降低风险。 1 2 企业安全评价研究现状 安全评价，也称风险评价，是根据建设项目可行性研究报告的内容，分析和 预测该建设项目可能存在的危险、有害因素的种类和程度，提出合理可行的安全 对策及建议。安全评价是以实现系统安全为目的，应用安全系统工程的原理和方 法，对系统中存在的危险因素、有害因素进行辨识和分析，判断系统发生事故和 职业危害的可能性及其严重程度，为制定防范措施和管理决策提供科学依据【6 l 。 1 。2 。l 国外企业安全评价研究现状 安全评价技术起源于2 0 世纪3 0 年代，最早起源于保险业【6 】。2 0 世纪5 0 年代 末发展起来的系统安全工程又大大推动了安全评价技术的发展。6 0 年代以来，国 际上发生过多起触目惊心的大型恶性事故，引起了广泛的关注。因此，一些国家 和企业研究了对工艺过程和生产装置的危险程度的评价方法。并根据各自的特点， 提出了不同的方法。 1 9 6 4 年，美国发表了道化学公司内部使用的、对化工工艺过程和生产装备的 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 火灾及爆炸危险的评价方法，1 9 6 6 年经过修改定为第二版，1 9 7 3 年美国化学工程 协会沿用道化学公司的方法，编写了教科书，于是形成了内容更为成熟的第三版( 或 称a l c h e 方法) ，后来修订为第四版。最后，出现了美国保险协会( a l a ) 的方法【- 1 0 j 。 1 9 7 4 年英国帝国化学公司( i c i ) 蒙德( m o n d ) 部在道化学公司评价方法的基础上 引进了毒性概念，并发展了菜些补偿系数，提出了“蒙德火灾、爆炸、毒性指标评 价法”；1 9 7 5 年1 2 月，日本劳动省发表了“化工安全评价指南”。它简单易行，易 于掌据，有许多可取之处。它要求在呈报新建或改建化工厂时，进行危险程度评 价。日本改府还专门设立常设机构，如在劳动省设立“安全评价委员会”，以行政力 量推行安全评价工作。1 9 8 2 年5 月，颁发了“隧道工程安全评价指南”，相应地设 立了“隧道工程安全评议委员会”等。此外还有联合企业防灾体系开发调查委员会提 出的方法等等。日本引进风险管理及系统安全工程的方法虽然较晚，但发展很快， 己在电子、宇航、航空、铁路、公路、原子能、汽车、化工、冶金等工业领域大 力开展了研究与应用【7 。2 j 。 目前，已开发出数十种不同特点、适用范围和应用条件的安全评价方法，技 其特性可分为定性安全评价和定量安全评价。应用较多的定性安全评价方法主要 有“安全检查表( s c l ) ”、“事故树分析( f t a ) ”、“事件树分析( e t a ) ”、“危险度评价法”、 “预先危险性分析( p h a ) ”、“故障类型和影响分析( f m e a ) ”、“危险可操作研究 ( h a z o p ) ”、“如果怎么办( w h a t i f ) ”、“人的失误( h e ) 分析等分析评价方 法，w 1 3 , 1 4 j 。 定量分析方法主要有两种类型：一种是以可靠性、安全性为基础，先查明系 统中的隐患并求出其损失率、有害因素的种类极其危害程度，然后再与国家规定 的有关标准进行比较、量化。常用的方法有“事件树分析( e t a ) ”、“事故树分析 ( f t a ) ”、“模糊数学综合评价法”、“层次分析法”、“格雷厄姆金尼法”、“机械 工厂固有危险性评价方法”、“原因结果( c c ) 分析法”等；另外一种定量分析方 法是以物质系数为基础，采取综合评价的危险度分级方法，常用的方法有；美国 道化学公司( d o wc h e m i c a lc o 】的“火灾、爆炸危险指数评价法”、英国帝国化学公 司蒙德部的“i c u m o n d 火灾、爆炸、毒性指标法”、日本劳动省的“六阶段法”、“单 元危险指数快递排序法”等【1 5 - 1 9 1 。 1 9 9 1 年以来，美国石油工程师学会( s p e ) 已分别在荷兰、印度尼西亚、美国召 开了三次石油天然气勘探开发健康、安全与环境的讨论会，促进了石油工业h s e 管理的标准化过程。国际标准化组织( i s o ) 的t c 6 7 技术委员会也随之在一些成员 国的推动下，着手从事这项工作。i s o t c 6 7 是负责石油天然气工业材料、设备和 海上结构标准化的技术委员会，其秘书处设在美国石油学会，中国是该委员会的 成员国。1 9 9 6 年1 月，i s o t c 6 7 的s c 6 分委会发布了i s o c d l 4 6 9 0 石油和天然 3 重庆大学硕士学位论文i 绪论 气工业健康、安全与环境管理体系( 标准草案) ，目前这一标准尚未经国际标准化 组织批准正式公布，但由于杜邦、壳牌等多家大的石油化工公司的成功应用，取 得了举世公认的优良业绩，因此此标准得到了世界上主要石油公司的普遍认可， 成为石油和天然气工业各种公司进入国际市场的入场券。这表明i s o c d l 4 6 9 0 石 油和天然气工业健康、安全与环境管理体系虽然处于草案的运行阶段，但国外 在h s e 管理体系的研究和应用方面已经形成了较为完善的运行体系，尤其在实现 对h s e 计算机管理的研究和应用的领域仍在继续不断扩大，日臻完善 2 0 - 2 4 1 。 1 2 2 国内企业安全评价研究现状 2 0 世纪8 0 年代初期，安全系统工程引入我国，受到许多大中型企业和行业管 理部门的高度重视，系统安全分析、评价方法得到了大量的应用。通过吸收、消 化国外安全检查表和安全分析方法，机械、冶金、化工、航空、航天等行业的有 关企业开始应用安全分析评价方法，如安全检查表( s c l ) ，事故树分析( f t a ) 、故 障类型和影响分析( f m e a ) 、事件树分析( e t a ) 、预先危险性分析( p h a ) 、危险可操 作研究( h a z o p ) 、作业条件危险性评价( l e c ) 等澄j 。此外，一些石油、化工易燃、 易爆危险性较大的企业，应用道化学公司开发的“火灾、爆炸危险指数评价法”进行 了安全评价，许多行业和地方政府有关部f - j $ ! j 定了安全检查表和安全评价标准。 为推动和促进安全评价方法在我国企业安全管理中的实践和应用，1 9 8 6 年原劳动 人事部分别向有关科研单位下达的机械工厂危险程度分级、化工厂危险程度分级、 冶金工厂危险程度分级等科研项目。1 9 8 7 年原机械电子部首先提出了在机械行业 内开展机械工厂安全评价，并于1 9 8 8 年1 月1 日颁布了第一个部颁安全评价标准 机械工厂安全性评价标准，1 9 9 7 年进行了修订，颁布了修订版。原化工部劳动 保护研究所在道化学公司的“吸收火灾、爆炸危险指数评价法 基础上提出了化工厂 危险程度分级方法。此外，我国有关部门还颁布了石化企业安全性综合评价方 法、电子企业安全性评价标准、航空航天工业工厂安全评价规程、兵器工 业机械工厂安全性评价方法和标准、医药工业企业安全性评价通则等。1 9 9 1 年国家“八五 科技攻关课题中，安全评价方法研究列为重点攻关项目。由原劳动部 劳动保护科学研究所等单位完成的“易燃、易爆、有毒重大危险源辩识、评价技术 研究”，填补了我国跨行业重大危险源评价方法的空白，在事故严重度评价中建立 了伤害模型库。采用了定量的计算方法，使我国安全评价方法的研究从定性阶段 进入了定量评价阶段。 2 0 0 2 年6 月2 9 日中华人民共和国第7 0 号主席令颁布了中华人民共和国安 全生产法，规定生产经营单位的建设项目必须实施三同时”，同时还规定矿山建 设项目和用于生产、储存危险物品的建设项目应进行安全条件论证和安全评价。 中华人民共和国安全生产法，将进一步推动安全评价工作向更深、更广的方向 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 发展。 在石油( 天然气) 开采和开发中采用的安全评价方法主要有：安全检查表( s c l ) 、 工程类比法( p e t ) 、专家评议法、作业条件危险性评价方法( l e c ) 、预先危险性分 析、事故树分析( f t a ) 、事件树分析( e t a ) 、工程岩体稳定性分析方法、火灾、爆 炸危险指数评价、帝国化学危险度评价方法、日本危险度评价方法、故障类型和 影响分析( f m e a ) 等阱】。 中国石油天然气集团公司于1 9 9 7 年，参考国际标准化组织刚出台的 i s o c d l 4 6 9 0 石油天然气工业健康、安全与环境管理体系( 草案) ，制定并发布了 我国石油天然气行业标准石油天然气工业健康、安全与环境管理体系 ( s y t 6 2 7 6 1 9 9 7 ) 和石油地震队健康、安全与环境管理规范、石油钻井队健康、 安全与环境管理体系指南等实施标准1 2 6 】。从此，开始了建立和实施h s e 管理体 系的系统工程。 目前，我国的石油行业正处在以s y t 6 2 7 6 1 9 9 7 标准【2 7 1 为基准，理论研究和 具体实践相结合，针对各类不同性质的石油企业边试行、边探索、边完善，边提 高，并通过实践运行的检验进行不断的校正。因此，h s e 管理体系在我国石油行 业的系统研究和实际应用都只是刚刚开始，尚处于摸索尝试、试点运行乃至逐步 修订完善的初期发展阶段，尤其是现在尚没有完全实现利用计算机技术对油田中 h s e 问题的动态监控和管理，只是通过阶段性的委派专门人员到现场了解h s e 问 题的状况，因而浪费了许多人力和物力资源，降低了h s e 整体管理水平和效率。 但是，我们可以肯定的是：h s e 管理体系在我国的推广应用前景是广阔的、光明 的，而且通过计算机技术实现h s e 的动态管理和提高h s e 整体管理水平势在必行。 定期进行员工健康、安全与环境的知识教育，严格执行现场和营地管理制度， 创建无害区，给员工和周围居民创造一个良好的工作和生活环境，确保员工和周 围居民的身心健康，不断增强员工健康、安全和环境意识，h s e 培训合格率达 1 0 0 。 严格执行安全管理制度，不断增强井控意识，杜绝井喷、火灾、爆炸、人员 中毒事故，杜绝死亡、重伤事故和其他重大事故，确保人身、设备、井下项目工 程的安全，向零目标迈进。 尽可能减少环境污染，保护生态环境，把环境影响降低到最小程度。废水治 理率、达标率达到9 0 以上，外排达标率达到9 8 以上，残酸、废水治理率达到 1 0 0 ，合格率达到1 0 0 。杜绝重大环境污染事故。 1 3 综合评价方法分析 多指标综合评价的方法很多，如常规多指标综合评价方法、灰色关联度评价方 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 法、模糊综合评价方法以及多元统计的综合评价法。简单介绍如下【2 s 】： ( 1 ) 常规多指标综合评价法 将不同量纲、不同等级的指标实际值通过无量纲化处理转为指标评价值，再 通过一定的合成计算方法加以综合，对事物的整体性进行评价的方法。这种方法 既没有考虑用模糊方法来处理多指标的综合评价，也没有考虑如何在评价变换中 消除指标间相关的重复信息。无量纲化是很重要的一个步骤。 ( 2 ) 模糊综合评价法 模糊综合评价法是应用模糊关系合成的原理，从多个因素对评判事物隶属等级 状况进行综合性评价的一种方法。在模糊综合评判中，指标的可综合性问题是在模 糊综合评判过程中自然解决的。不需要专门的指标无量纲化处理该方法实用性较 强，既可用于主观指标的综合评判，又可用于客观指标的综合评判。由于现实生活中 中介过渡情况大量存在，所以该方法的应用范围较广泛，特别是在主观指标的综合 评判中，模糊综合评判可以发挥模糊方法的独特作用，评价效果优于其他方法。 ( 3 ) 多元统计综合评价法 多元统计方法主要有主成分分析法，因子分析法。主成分分析是通过适当的数 学变换，使新变量成为原变量的先行组合，并寻求主成分量来分析事物的一种方法， 它是把多个指标化为少数几个典型指标的一种统计分析方法，在简化数据结构，消 除指标问相关性，选择指标子集合等方面有着重要的作用和明显的效果，是一种很 有实用价值的统计分析方法。因子分析也是一种较为实用的多元统计方法，它是在 主成份的基础上发展起来的，因子分析的重心就是要从有关变量交互相关的数据中。 找出其中潜藏的起决定作用的若干基本因子，从而得到对事物更深刻的认识。 ( 4 ) 灰色关联度分析法 灰色关联度分析法是基于动态的观点，从发展的态势考察不同的比较母数列对 参考数列的影响，打破了传统的静态分析方法，并以量化结果的大小来客观地反映 比较因素对参考因素的影响程度，为多因素系统分析提供了行之有效的手段。 ( 5 ) 本文采用模糊综合评价法 油气钻井起升系统作业安全综合评价指标体系是个复杂而有层次结构的体 系，它包含多个层次，而每一层又包含多个评价因素，采用模糊综合评价方法， 从多个因素对评判目标隶属等级状况进行综合性评价。在油气钻井起升系统作业 安全综合评判中，模糊综合评判可以发挥模糊方法的独特作用，评价效果优于其他 方法。 1 4 现有油气钻井作业安全评价的合理性分析 1 4 1 现有企业安全评价存在的问题 企业安全评价的技术已经得到了迅猛的发展，从单的安全检查表法、指数 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 法到人工智能、神经网络等方法。与此同时，企业安全评价在发展的过程中也存 在一些不足，特别是对大型的复杂工业系统。 ( 1 ) 偏离安全评价技术的应用性 就安全评价技术在现场的应用来说，应该是一种在时间维度上的状态识别， 也就是说，对现在或将来的菜一时期之内，某一个特定的系统在运行过程中的危 险程度如何进行识别，判断是否在人们可以接受的范围之内，而不应该片面的追 求评价方法的更新。如某些文献中的数值模拟、人工智能和神经网络方法等，虽 然是评价过程的新方法和新技术，就目前的条件，这类评价方法仍然是以指数法、 概率风险评价和模糊综合评价方法等为主体，在安全性评价的系统理论和原理上 并没有本质上的突破。另外，作为现场的应用技术而言，这类评价方法过于复杂 化，应简便而易操作，使企业的管理者获得安全信息，及时改进。 ( 2 ) 指标体系的跨度大，模糊性强 研究表明：在造成职业灾害或伤害的众多原因中，有8 8 是人的不安全行为， 1 0 是不安全环境，2 是其他不可抗拒的因素 2 8 - 3 3 】。研究也表明：事故和职业病 的发生，虽然涉及的因素很多，但很少是随机事件。直接的原因可能是人的不安 全行为、物的不安全状态、不卫生的环境因素和不协调的组织管理因素等，但这 些因素的形成常常是管理失误造成的。分析危险因素时，涉及到人、机、环境和 管理四大要素，这一点己得到众多安全专家的共识，虽然如此，这四大要素的有 机组合却是企业的整体，在建立安全评价指标体系时，直接采用安全管理、人的 可靠性、物的可靠性等指标构建指标体系评价企业安全，模糊性太强。就人的可 靠性这一指标来说，涉及企业中的所有的人，跨度较大，因此，对合理评价的下 一级指标确定造成了困难，就第二层次的平均培训时间这一评价指标来说，由于 工人自身所处的部门及其技术岗位不同，其受培训的时间难以有明确的概念，从 而影响安全综合评价的质量。 ( 3 ) 安全评价的对象错位 安全评价的根本目的，无非是确保企业的安全生产。因此，其评价的主要对 象应是企业的基层。而目前对安全评价的研究评比性色彩较强，要么对各油、气 井进行横向评价，要么对各油、气井的不同年度作纵向评价，而面向企业自身安 全评价的研究不足。由此建立的评价指标体系难以对具体的生产系统作出系统的、 合理的评价，也难以使企业的高层管理者对企业自身的某一方面( 如，管理缺陷、 员工培训不足等1 存在的不足有一个明确的概念。 ( 4 ) 评价指标不全 现有安全评价指标体系除去在评价指标设置的跨度较大、模糊性较强以外， 通常还采用一些存在不合理性的指标，在这方面己有文献叙述。而安全生产法 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 明确规定的，应急响应的考核却没有设置。 由以上分析可以看出，目前应用的安全评价体系的系统性差，结构不明确， 评价的深度难以满足安全生产的需求。 1 4 2 油气钻井作业安全评价存在的问题 针对油气钻井作业，国内外关于安全评价理论、方法和应用的研究存在着如 下问题： ( 1 ) 在油气钻井风险评价中，目前采用的一般是定性分析的方法，只能对系统 安全性做出大致性评价2 8 4 6 】。 ( 2 ) 由于风险的复杂性和随机性，度量其风险确实存在很大的困难，所以，在 国内外刊物上偶尔有单因素油气钻井风险安全评价的介绍，而对多因素油气钻井 作业风险安全综合评价，鲜少报道 3 3 - 3 7 】。 ( 3 ) 在确定油气钻井作业风险因素指标权重的时候，往往很大程度上取决于评 价人员的个人经验，不同经历的人员会评价出不同结果，有时评价结果甚至会大 相径庭。 ( 4 ) 对于油气钻井作业风险评价，目前国内外主要的研究内容是对钻井技术风 险和投资风险、成本预算进行评价，很少有从安全系统的理念出发，综合考虑人、 机、环境因素进行安全综合评判 3 3 - 3 7 】。 1 5 本文研究的目的、内容、方法和技术路线 1 5 1 本文研究的目的、内容和方法 本论文将以安全系统工程、安全人机工程及安全管理工程为理论基础，结合 健康、安全和环境管理体系的系统化思想，对油气钻井作业的安全综合评价因素 进行了分析。 针对油气钻井起升系统作业这一环节，进行危险源识别和潜在的不安全因素 分析，建立油气钻井起升系统作业的安全综合评价指标体系。 利用层次分析法和模糊综合评判法对影响油气钻井起升系统作业的诸多非线 性、离散及动态因素进行量化分析，对油气钻井起升系统作业进行安全综合评价。 1 5 2 本文研究的技术路线 根据研究内容和要求，本文采用的技术路线如图1 1 所示： 8 重庆大学硕士学位论文1 绪论 检索国内外相关文献资料、现场调研、h s e 体系的理解 上 提出问题 工 结合h s e 管理体系，对油气钻井作业安全评价体系进行因素分析 上 油气钻井起升系统作业安全评价体系 j 安全综合评价方法 工 结合某一口井的起升系统，进行实例分析 油气钻井起升系统的危险源及风险识别 0 得出评价结果，分析结果，提出措施，持续改进 上 油气钻井起升系统作业安全分析与安全综合评价方法研究 图1 1 本文研究的技术路线 f i 9 1 1 t h et e c h n i c a lr o u t i n eo f t h es t u d y 9 重庆大学硕士学位论文 2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 2 1 油气钻井作业的生产过程 在石油钻井中，尽管钻并的目的不同，并的深浅各异，目前都是用旋转方法 钻井，包括转盘旋转钻、井下动力旋转钻及顶部驱动旋转钻。 一口井的建井过程从确定井位到最后试油、投产，要完成许多作业，按其顺 序可分为三个阶段，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f 3 8 1 。图2 1 描述了油气钻井作业的整个工艺流程。 ( 1 ) 钻前准备 在确定井位、完成井的设计后，钻前工程是钻井施工中的第一道工序，它主 要包括：修公路、井场及设备基础准备、钻井设备搬运及安装以及井口设备准备。 ( 2 ) 钻进 钻进是以一定压力作用在钻头上，并带动钻头旋转使之破碎井底地层岩石， 井底岩石被破碎后所产生的岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来，这一过程称 为洗井。加在钻头上的压力是利用部分钻柱( 钻铤) 的重力来完成的，钻头的旋转是 由转盘或顶驱动力水龙头带动钻柱及钻头旋转来实现的，在使用井下动力钻具时， 钻柱不旋转。在钻进过程中，只要钻具在井内，就应不断循环钻井液以免造成井 下事故。 在钻进中，钻头不断破碎岩石，井眼逐渐加深，则钻柱也需要接长，因而需 要不断加接钻杆( 接单根) 。 由于钻头在井底破碎岩石，钻头会逐渐磨损，机械钻速下降，当磨损到一定 程度则需要更换新钻头。为此，需将全部钻柱从井内起出( 起钻) ，更换新钻头后再 将新钻头及全部钻柱下入井内( 下钻) ，这过程称为起下钻。有时为了处理事故、 测井等也需要进行起下钻作业。 在钻井过程中，井眼不断加深，所形成井眼的井壁应当稳定，不发生复杂情 况以保证继续钻进。在钻进中要钻穿各种地层，而各地层的特点不同，其岩石强 度有高有低，有的地层含高压水、油、气等流体，有的含有盐、石膏、芒硝等成 分，这些对钴并液都有不良影响。强度低的地层会发生坍塌，或被密度大的钻井 液压裂等复杂情况妨碍继续钻进，这需要下入套管并注入水泥予以封固，然后用 较小的钻头继续钻出新的井段。每改变一次钻头尺寸( 井眼尺寸) ，开始钻新的井段 的工艺叫开钻。一般情况下，一口井的钻进过程中应有几次开钻，井深和地层情 况不同，则开钻次数也不同。其基本工艺过程有： 第一次开钻( 一开) ：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管。 1 0 重庆大学硕士学位论文2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 第二次开钻( 二开) ：从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进，若地层不复杂， 则可直接钻到目的层后下油层套管完井。如果地层复杂，很难用钻井液控制时， 则要下技术套管。 第三次开钻( t m 开) ：从技术套管内、再用小一点的钻头往下钻进。根据情况， 或可一直钻达预定并深，或再下第二层，第三层技术套管。在进行第四次、第五 次开钻，直到最后钻到目的地层深度，下油层套管，进行固井、完井作业。 ( 3 ) 固井和完井 固井是在已钻成的井眼内下套管，然后在套管与井壁之间的环形空间内注入 水泥浆将套管和地层固结在一起的工艺过程，它可以防止复杂情况以保证安全继 续钻进下一段井眼或保证顺利开采生产层中的油、气。完井工程包括：钻开生产 层，确定油、气层和井眼的连通方式即完井井底结构，确定完井的井口装置和有 关技术措施。 ( 4 ) 其他作业 在油气井的开发过程( 建井过程) 中，还须根据实际情况进行岩屑录井、电测、 气测等录井工作，必要时要取心。 重庆大学硕士学位论文2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 1 2 聃3i置i。磐mli兰口叼墨伽iioko葛【口誊。写li一 匝矗i爆相h爿擎寐姆圹粤=匝 _ 1 z 暑匿 重庆大学硕士学位论文 2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 2 2 油气钻井作业安全评价指标体系建立的原则 ( 1 ) 系统性原则 指标体系的建立应遵循系统性原则。油气钻井作业是一个大型的复杂系统工 程，指标体系的建立，应将其作为一个有机的整体，充分考虑该系统的特点，反 映油气钻井作业的安全情况。为此，该指标体系将从入、机、环境以及安全管理 制度的角度来建立，以符合安全人机工程的原理。 ( 2 ) 简明科学性原则 评价指标体系应简单明了，便于收集资料、数据及分析，同时又能反映钻进 作业的真实情况。指标体系大小要适宜，体系过小，层次太少，可能造成指标过 粗，因而不能反映油气钻进作业的实际安全程度。体系过大，层次过多，指标过 细，则可能造成因小失大 ( 3 ) 充分利用指标信息的原则 某些指标属于定量指标，可用具体数值表示，进行处理方便，人们也习惯应 用定量指标。但油气钻井作业安全评价指标体系的许多指标是定性的，如安全管 理、负责人安全意识、工人素质等，对此必须建立一套合适的量化方法，将这些 信息转化为数值，方能客观反映钻井作业安全状况。 ( 4 ) 稳定可比性原则 所有指标均应进行量化处理，便于比较。指标体系适合各类陆上油气井钻井 作业，且评价标准一致，以保证安全评价的真实性、客观性、合理性和一致性。 ( 5 ) 针对性原则 通常情况下，不同的系统其危险性评价指标体系不同，尽管它们具有相似性， 且某些子指标体系可能完全相同，但很多方面具体细节仍存在差别。因此，在建 立评价指标体系时，必须针对具体问题作具体分析。 ( 6 ) 灵活可操作性原则 评价指标体系应具有清晰的层次结构，每一个子指标体系相对独立，以便于 使用者可根据其不同的评价目的生成相应的子指标体系。 2 3 油气钻井作业安全评价单元划分 油气钻井作业过程是一个多工种，多工序、立体交叉、连续作业的系统工程， 也是隐蔽性很强的地下工程。根据安全评价单元划分与合成原则和钻井作业生产 活动的过程，将钻井作业划分为地面旋转、循环、起升，动力、传动、控制与检 测、辅助等几个主要评价单元，如图2 2 所示。 重庆大学硕士学位论文 2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 图2 2 油气钻井作业评价单元 f i 9 2 2 t h ea s s e s s m e n tu n i to f o i l g a sd r i l l i n gp r o c e s s 在油气钻井作业过程中，存在大量的危险源，作业过程主要单元的划分，有 利于作业的安全性分析及安全管理职责的分配和安全绩效的监督和测量，以便于 管理。 2 4 油气钻井作业安全评价因素分析 2 4 1 生产系统的危害识别与评价 安全评价的目的在于识别生产过程中的危害因素，并进行控制，以达到安全 生产的目的，从而改善组织的职业安全健康绩效。因而，全面识别危害因素、进 行风险评价成为企业安全管理体系建立与保持的基础，也是企业开展安全管理并 持续改进的核心。中华人民共和国安全生产法规定：“生产经营单位对重大危险 源应当登记建档，进行定期检测、评估、监控”。因此，生产系统的危害识别评价 是油气钻井安全评价体系中不可或缺的因素。油气钻井作业过程中的危害识别不 同于其它行业，有其特殊性，它没有原材料的输入，直接面向的对象是地下贮存 的石油、天然气。由于开采条件的不同及生产过程的特殊性，钻井作业过程的危 害识别应紧密结合生产过程来进行，针对每一个生产环节展开。 2 4 2 设备设施因素 油气钻井设备的先进性和安全可靠性直接影响到钻并施工作业和职工的生命 安全，设备在安全运行以后，在一定程度上，其安全运行的能力已确定( 应是安全 的才可投入使用1 ，但随着时间的推移，零部件的磨损使安全性能降低，因此，仅 仅依靠技术来保证运行过程的可靠性是不现实的，必须依靠维修保养才可使得设 备安全运行。设备设施的安全评价主要从以下四个方面进行。 ( 1 ) 各安全保护装置完整性、配备齐全程度是保证设备安全运行的前提，钻井 1 4 重庆大学硕士学位论文 2 油气钻井作业安全评价体系构建原则及因素分析 设备都应具备要求的安全保护装置。油气钻井作业过程中的大量事故证明，事故 的发生是因为安全保护装置的配备不全或不起作用。因此，设备的完整性是考核 油气钻井作业安全运行的一个重要指标； ( 2 ) 采用技术先进的设备设施，有利于设备的安全运行，如钢丝绳张力测试的 测试装置、制动装置等： ( 3 ) 在钻井设备中，各保护装置的动作可靠性是设备安全运行的有力保障，如 安全制动装置的动作可靠性、过速保护、限压保护、过卷开关动作的可靠性等和 易磨损、损坏的罐耳、摩擦衬垫等； ( 4 ) 设备的日常维护是保证设备安全运行的基础，加强设备的日常维护，制定 完善的日常维护计划并实施是必要的。该评价指标主要从在一定时期内对设备日 常维护进行的程度如何进行评价。除去设备的日常