油气田压裂(酸化)作业危险性分析.doc

毕业设计（论文）任务书题 目油气田压裂（酸化）作业危险性分析学生姓名XXX学号XXXXX专业班级XXX设计（论文）内容及基本要求1. 查阅资料、阅读教材，了解压裂作业原理、压裂作业过程和压裂作业工艺；2. 查阅资料、阅读教材，了解酸化作业原理、酸化作业过程和酸化作业工艺；3. 查阅资料、阅读教材，详细了解压裂（酸化）作业过程、所使用的主要设备与机具、施工作业组织与安全管理等内容；4. 查阅资料，掌握作业过程危险性分析的原理和方法。 5. 查阅资料，掌握能量意外释放事故致因理论与危险性分析方法。6. 查阅资料，统计分析压裂（酸化）作业过程中的生产事故情况。7. 详细剖析压裂（酸化）作业过程中的危险性要素。8. 针对一般压裂（酸化）作业过程，提出安全技术设计的一般原则。9. 针对某特定井下作业过程（庄161-47井长8层压裂作业），设计安全技术措施。10. 查阅资料，完成设计论文，论文字数不得少于30000。11. 翻译英文资料15000字符以上。设计（论文）起止时间 年 月 日 至 年 月 日设计（论文）地点西安石油大学指导教师签名 年 月 日系（教研室）主任签名 年 月 日学生签名 年 月 日油气田压裂（酸化）作业危险性分析摘 要：我国的低渗透油气资源储量十分丰富占石油资源总储量的比重将近60%，压裂酸化工艺是提高低渗透油气井产量的必要措施。但压裂酸化施工是多工种、多工序、高压状态下的大型油气井作业，在施工过程中存在着许多影响健康、安全、环境的因素。本论文通过多压裂酸化工艺的研究，结合能量意外释放理论，找出了压裂酸化作业过程中第一、二类危险源，并根据作业危险性评价法建立起一套适合压裂酸化作业的安全评价模型。本文从压裂酸化作业的工艺流程进行入手，利用故障树分析法对压裂酸化作业过程中的主要可能发生的事故进行分析；根据能量意外释放理论找出压裂酸化施工过程中的危险源。最后对压裂酸化过程综合分析，在作业条件危险性评价法的基础上结合压裂作业的特点，建立起了适合压裂酸化作业的安全评价模型。这套压裂酸化作业安全评价模型的建立有助于对压裂、酸化施工前对施工的危险性进行预评价。帮助我们检查出施工的各阶段风险大小，以便工作人员及时制定事故防范措施及对策，将事故发生的风险调整至可接受的范围内。关键词：压裂酸化；危险源；评价模型Oil and gas fields Fracturing acidification operating risk analysisAbstract: Chinas reserves of low permeability oil and gas resources is very rich in the proportion of the total reserves of nearly 60 percent, fracturing acidification process is to improve the low-permeability oil and gas wells yield the necessary measures. However, acidification of fracturing is more work, more processes, high-pressure state of the large oil and gas wells operating in the construction process, there are many health, safety, and environmental factors. This paper through a multi-acidification process of fracturing, with the accidental release of energy, find a fracturing operations acidification in the course of the first, second class hazards and risk assessment under the operating method for fracturing establish a set of operating acidification The safety assessment model. This article from the fracturing of the acidification process to start operations, the use of fault tree analysis of the fracturing operations acidification in the process of major accidents that may occur for analysis, according to the accidental release of energy to find fracturing of acidification in the process of risk sources. Finally, the acidification process of fracturing comprehensive analysis of operating conditions in risk evaluation method on the basis of combining the characteristics of fracturing operations, fracturing acidification has been established for the safety evaluation of operating model. The fracturing acidification operational safety assessment model will help the establishment of fracturing, acidizing construction before the construction of the danger of a pre-evaluation. Help us to check out the various stages of the size of the risk to staff the timely development of accident prevention measures and countermeasures, the risk of incidents will be adjusted to an acceptable range. Key words: acidification；risk of fracturing the source；evaluation model目 录1 绪论11.1 压裂酸化技术在低渗透油气资源中的应用11.2 压裂酸化工艺技术11.2.1压裂11.2.2 酸化51.3 国内外研究现状61.3.1 国内研究现状61.3.2 国外现状71.4 压裂酸化作业中的安全问题及其研究的意义81.5 论文主要内容及结构82 压裂酸化作业事故致因分析102.1 压裂酸化作业中伤害的主要类型102.1.1 机械伤害102.1.2 火灾、爆炸102.1.3 井喷失控102.1.4 毒害、窒息112.1.5 其他危害112.2 压裂酸化作业过程中的机械伤害故障树分析112.3 压裂酸化作业过程中火灾、爆炸故障树分析122.4 压裂酸化作业过程中井喷失控故障树分析142.5 压裂酸化作业过程中毒害窒息故障树分析153 压裂酸化作业的危险源分析及事故对策173.1 能量意外释放理论173.1.1 能量与有害物质173.1.2 能量意外释放173.1.3 用变化的观点来解释能量意外释放183.2 危险源193.2.1 第一类危险源203.2.2 第二类危险源203.2.3 危险源辨识方法203.3 压裂酸化作业过程中的危险源213.3.1 压裂酸化作业过程中的第一类危险源213.3.2 压裂酸化过程中的第二类危险源263.4 压裂酸化施工过程中危险源控制273.5 压裂酸化施工作业过程中的安全管理措施333.5.1 施工准备阶段333.5.2 压裂施工工艺和质量控制333.5.3 压裂中事故预防及处理措施343.5.4 压裂施工操作规程与要求354 压裂酸化作业过程安全评价模型374.1 作业条件危险性评价法简介374.2 建立压裂（酸化）作业条件危险性评价法384.2.1 压裂酸化作业过程中危险危害程度（L）394.2.2 压裂酸化作业中施工人员暴露于危险环境的时间（E）404.2.3 发生事故可能造成的人员伤亡和经济损失（C）404.2.4 压裂酸化施工作业危险等级的划分425 庄161-47井长8层压裂作业安全设计445.1 庄161-47井长8层压裂作业油井基本情况445.2 庄161-47井长8层压裂作业过程危险性评价455.3 庄161-47井长8层压裂作业中的安全措施457 总 结47参考文献48致 谢491 绪论1.1 压裂酸化技术在低渗透油气资源中的应用我国的石油资源总量相对匮乏，目前我国的石油需求量中有60%依赖进口。而我国现已探明的油气矿藏中低渗透油气资源占有很大的比重。截至1996年底已探明低渗透油田（油藏）共285个（不包括原地矿部油田），地质储量约40亿吨，占全部探明储量的24.5%广泛分布于全国勘探开发的21个采油区。其中储量在一亿吨以上的就有11个油区。到目前为止，已探明的陆上已开发地质储量中低渗透油气储量仅占17.5%。但在已探明未动用储量中低渗透储量占60.8%。近年来，新增的油气储量中低渗透油气储量的比例更大，以中国石油天然气股份公司为例（如表1所示）虽然历年探明储量幅度较大，但低渗透、特低渗透比例也很大，因此对已开发的低渗透油气田如何进一步提高开发效益，对未动用的低渗透油气储量如何尽快有效地投入开发，对保持中国石油工业持续稳定发展有着十分重要的意义。19972001年中国石油天然气股份有限公司探明储量表如下：表1-1 中国石油天然气股份有限公司探明储量表时间探明储量（亿吨）低渗透、特低渗透量所占比例（%）19975.27519984.87019993.76520004.24620014.569注：资料来源于中国石油天然气集团公司 CNPC 信息和经济研究中心“CNPC科技发展战略研究项目论证材料”。图1-1 压裂井场地面布置流程循环：将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。目的是鉴定各种设备性能，检查管线是否畅通。循环线路是液罐车混砂车压裂泵高压管汇液罐车。试压：关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、由壬等憋压检验。试挤：试压合格后，打开总闸门，用12台压裂车将试挤液挤入油层，直到压力稳定为止。目的是检查井下管柱及井下工具是否正常，掌握油层的吸水能力。压裂：在试挤压力与排量稳定后，同时启动全部车辆向井内高速注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂破裂压力时，地层就会形成裂缝。加支撑剂：当地层已被压开裂缝，待压力、排量稳定后即可加入支撑剂。顶替：预计加砂量全部加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂沉积井底形成砂卡。顶替液不可过量，一般顶替量为地面管线和井筒容积的1.5倍。反洗或活动管柱：替挤后应立即反洗井或活动管柱，防止余砂残存在井筒封隔器卡距之间，造成砂卡。活动管柱可加速封隔器胶筒回收。各工序结束后，关井等待压力扩散。压裂施工结束后，井内压裂管柱起出之前，要加深管柱探砂面，然后起出压裂管柱，按设计要求下入完井管柱，安装好井口采油树，连接生产管线，捞出堵塞器，抽油机井要憋掉活堵，调好防冲距试抽，然后交井。1.2.2 酸化 酸化是将按要求配制的酸液从地面竟竟筒注入到地层中，溶解掉井底附近地层中的堵塞物质（如钻井液体堵塞等），使地层恢复原有的渗透率；溶蚀地层岩石中的某些组分，增加地层孔隙，沟通和扩大裂缝的延伸范围，增加油流通道，降低阻力，从而增产。 根据酸液在地层中的不同作用，可以将酸化分为两大类。当注酸压力小于油气层破裂压力，主要利用酸化液的化学溶蚀作用，扩大酸液接触的岩石的孔、缝、洞，这就叫做常规酸化。如用水力先将地层开裂缝，然后再注入酸或注酸时压力超过地层的破裂压力都能起到压裂酸化的双重作用，这叫压裂酸化或酸压。 按酸液类型的不同可分为：普通酸酸化、自生酸酸化、复合酸酸化、缓速酸酸化等。 碳酸盐岩地层的盐酸处理碳酸盐岩地层的重要矿物质成分是方解石（CaCO3）和白云石MgCa CO3 2。盐酸进入地层孔隙或裂缝后，将于岩石发生下列化学反应：2HCl+CaCO3CaCl2+H2O+CO24HCl+MgCa CO3 2CaCl2+MgCl2+2H2O+2CO2反应生成物氯化钙氯化镁等都是能溶于水的盐类，二氧化碳气体在油层条件下，部分溶解于残酸液中，部分呈自有气体状态分散在残酸水中。因此，可用抽汲或自喷的方法将反应后的可容物随残液从油层中排出，从而扩大和疏通油层孔隙和裂缝，提高渗透率，减少流动阻力，达到增产增注的目的。2） 砂岩地层的土酸处理砂岩地层由沙粒及胶结物组成，沙粒主要是时应和长石，胶结物主要是粘土和碳酸盐类，砂岩的油气储集空间和渗流通道就是沙粒与沙粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。用常规酸化处理砂岩地层，只能通过酸液溶解沙粒之间的胶结物和部分沙粒或者溶解孔隙中的钻井液堵塞物以提高恢复近井地带的渗透率。由于地层含泥质较多，含碳酸岩较少，因此砂岩地层酸化处理用土酸才能取得较好的效果。土酸是10%15%的浓盐酸和3%8%的氢氟酸与添加剂所组成的混合溶液。利用土酸中的盐酸能溶解地层中的碳酸盐类和铁、铝化合物，氢氟酸能溶蚀地层中的粘土和硅酸盐类，反应生成物可排出地层，从而增大地层孔隙通道，提高渗透率。盐酸与地层岩石反应式如前所述，氢氟酸与地层岩石的化学反应方程如下：4HF+SiO2SiF4+2H2O16HF+CaAL2Si2O3CaF2+2ALF3+3SiF4+8H2O8HF+Na4SiO4SiF4+4NaF+4H2O2HF+CaCO3CaF2+CO2+H2O上述反应式中的气体、SiF4，溶于水的ALF3以及盐酸与地层反应后的水溶物均可排出地层，因此土酸酸化能溶蚀砂岩地层中的胶结物，解除钻井液和其它污染物的二次堵塞。3） 酸液的添加剂酸处理时要在酸液中加入某些化合物质以改进酸液的性能和防止酸液在地层中产生有害的影响，这些化学物质统称为添加剂。常用的添加剂的种类有缓蚀剂、结合剂、稳定剂、表面活性剂等。4） 酸化施工酸化施工工艺过程可分为制定酸化施工方案和施工设计、酸化井准备、酸化现场施工三个过程。对油气井进行全井酸化的施工步骤为：施工准备：包括井场、井口装置、施工装备的准备，压井。起出原井管柱、下入酸化管柱，工作液体及地面流程管线的准备过程。施工准备是压裂酸化施工的基础性工序。用活性水洗井按照施工设计要求将酸液挤入地层。挤酸时先打开套管闸门，由油管打入酸液，预计酸液由油管底部上返到油层射孔顶界后，关闭套管闸门，然后将设计的适量酸液全部挤入井内。正挤清水。替挤清水用量为地面管线与井内管柱容积的1.2倍。关井反应。关井反应时间为1小时左右。放喷排液。对于油井，需要起出酸化管柱，下入生产管柱。1.3 国内外研究现状.2 国外现状1.4 压裂酸化作业中的安全问题及其研究的意义压裂酸化施工是多工种、多工序、高压状态下的大型油气田作业。因此在施工的过程中存在许多影响施工人员健康、生命和周围环境的危害因素。例如，在压裂（酸化）施工中会有多达十几台甚至几十台车辆同时作业，所以在车辆在移动、摆放过程中很可能碰伤或压死井场工作人员或损坏设备。压裂施工中压裂管线中为高压水（高能气），气压力从几十兆帕到上百兆帕，这远远超过人体能承受的极限，一旦压裂管线发生刺漏或控制失灵很可能造成人员伤亡，设备损坏。还有，在酸化过程中，酸化所用的酸液或其挥发物对人员的危害也是相当严重的。施工后放喷是，烃类气体弥漫井场，造成井场火灾；H2S等有害气体溢出，造成群死群伤的灾难性事故。有的油井在进行压裂作业的同时还要进行酸化作业，这就使得其安全情况更为复杂。在压裂酸化施工中上述危险危害因素严重的威胁施工人员的生命安全与周围环境的安全。一旦发生事故，轻则设备损坏，压裂失败；重则，不仅设备报废，压裂失败，油气井报废，更会危及到施工人员的生命、健康！一旦事故发生这不仅给国家财产造成巨大损失，更会给员工心理上造成恐慌，在社会上造成不良影响。因此，我们对压裂酸化作业的过程进行分析和研究，找出其发生事故的各种危险因素，制定防止事故发生的对策、预案，减少或杜绝事故的发生。这对我国的石油工业的健康稳定的发展是十分必要的。1.5 论文主要内容及结构第一章主要介绍了压裂酸化作业在我国低渗透油气藏开发中的意义以及压裂酸化作业的工艺。提出压裂酸化作业中的安全问题，并说明研究安全问题的意义。第二章我们通过对压裂酸化施工中的事故案例进行收集、分析、总结得出了压裂酸化作业中主要的事故类型。通过故障树分析的方法找出导致事故发生的基本事件，并对其进行结构重要度分析。第三章是根据能量意外释放理论，找出压裂酸化作业过程的第一、二类危险源和其危害后果。并制定控制危险源能量意外释放的安全对策。第四章是在参考作业条件危险性评价法的基础上制定了一套适合压裂酸化作业风险评估的评价模型。第五章利用前一章得出的评价模型对庄161-47井长8层压裂作业做出安全评价，并提出安全预防措施。2 压裂酸化作业事故致因分析2.1 压裂酸化作业中伤害的主要类型在压裂酸化施工过程中，由于施工点多，施工面广，涉及到的施工工种也很多。这就使得压裂酸化过程中存在各种各样的危险因素。根据事故统计的资料来看，压裂酸化施工过程中主要存在以下几类伤害类型：2.1.1 机械伤害（1） 压裂车、辅助车辆（砂罐车、消防车）在移动或摆车时将井场工作人员碰伤、压死或损坏设备（2） 在井场布置过程中，由于设备放置不稳，支撑倒塌造成的人员伤亡或设备损坏。（3） 在压裂酸化过程中，由于过压保护设置不当，保护失灵，控制系统失灵以及压力等级不合格等其他原因出现高压管线、井口的破裂和设备的损坏。（4） 在压裂酸化施工前，地面管线试压过程中，由于压力过高，管线不合格以及其他原因造成的地面管线憋坏，井口抬升，照成的人员伤亡，设备损坏（5） 压裂酸化施工中，由于井内钻具（如水力锚、封隔器）失去作用，造成井内管柱上顶，抬升井口、高压管线造成人员伤亡，设备损坏。（6） 压裂酸化后放喷时，由于地面放喷管线的固定问题、压力等级不合格以及布局不合理，造成地面方喷管线破裂、人员伤亡。（7） 在吊装高压管汇时，由于钢丝绳断裂，掉物突然落下，将设备砸坏或将人员砸伤、砸死。（8） 连接高压管线与安装井口保护器，在上下压裂车（混砂车）进行作业时，安全措施不当或人员疏忽，造成人员坠落以及落物引起人员伤害。（9） 连接或拆卸高、低压管线使用榔头时，榔头失控造成施工人员手、脚及头部的伤害。2.1.2 火灾、爆炸（1） 在储油罐的装油时，和在压裂施工过程中储油罐泄露或违章操作而发生火灾爆炸。（2） 施工后放喷时，烃类气体弥漫井场，造成井场火灾。（3） 压裂液配制过程中，增稠剂粉尘造成的人员伤害或者引发粉尘爆炸。（4） 污油池内的可燃物质遇到明火引发的井场火灾。2.1.3 井喷失控（1） 压裂液密度低造成井喷失控。（2） 压井液液柱高度降低造成井喷失控。（3） 压裂放喷作业时操作不当造成井喷失控。2.1.4 毒害、窒息（1）潜在的危险化学品在运输、储存、作业中对施工人员的伤害，化学品泄露失控，如酸液配置过程中，酸液及其挥发物对配液人员造成的伤害；（2）液氮，液态二氧化碳造成人员冻伤、窒息；（3）井底喷出的H2S气体等有毒物质造成井场施工人员中毒或死亡；（4）粉尘窒息。2.1.5 其他危害（1） 压裂检测仪表中的放射性密度计发生放射性泄露，造成人员伤亡；（2） 压裂（酸化）设备发出的噪音，对施工人员的听力及神经的影响；（3） 压裂酸化设备在施工期间，产生的腐蚀性残酸、废气或因柴油，机油泄露而对环境造成的污染；（4） 压裂（酸化）施工前后和过程中化学品的挥发、管线的刺漏、残液的排放对环境造成的危害和影响。2.2 压裂酸化作业过程中的机械伤害故障树分析图2-1 压裂酸化作业过程中的机械伤害故障树1） 进行定性分析如上图所示，由于机械伤害故障树或门占据大多数，所以用最小径集进行分析。根据故障树可以做出对应的成功树，由成功树可以计算出共有两个最小径集： P1 X1、X3、X4X12 ；P2 X2、X3、X4X12 I3 I4 I12I1 I2图2-2 压裂酸化作业过程中火灾、爆炸故障树1） 进行定性分析如上图所示，由于火灾爆炸故障树或门占据大多数，所以用最小径集进行分析。根据故障树可以做出对应的成功树，由成功树可以计算出共有四个最小径集：P1 X1、X2X9、X11、X12X16 P2 X1、X2X9、X11、X12、X13、X14、X17 P3 X1、X2X9、X10、X15、X16 P4 X1、X2X9、X10、X17 I9X10 X11 X16 X173） 分析故障树可得到如下结论（1） 发生火灾爆炸事故的主要有储油罐失火、爆炸与井口发生火灾爆炸以及污油池发生火灾三个方面。事故的预防可以从这三方面来采取措施。分析事故的结构可知，逻辑或门的数目远多于逻辑与门；事故发生的可能性很大。（2） 从最小径集来看，储油罐失火、爆炸发生的基本条件有9件，井口发生火灾爆炸的基本条件有5件，污油池发生火灾的基本条件有3件。所以储油罐发生火灾爆炸事故的概率要比其他两种火灾、爆炸事故的概率大。（3） 导致事故发生的基本事件共有17件。其中与设备故障相关的有5件，与人为因素相关的有9件，与其他因素相关有3件。所以预防人的不安全行为的发生是预防事故发生的关键。2.4 压裂酸化作业过程中井喷失控故障树分析图2-3 压裂酸化作业过程中井喷失控故障树1） 进行定性分析如上图所示，由于井喷故障树全为或门，所以用最小径集进行分析。根据故障树可以做出对应的成功树，由成功树可以计算出只有一个最小径集：P X1、X2、X3、X4、X14 2） 分析其结构重要度P的结构重要度为I1 I2 I9 X10 X11 X143） 分析故障树可得到如下结论（1） 发生井喷事故的主要原因有井口防喷器失效、压井液密度降低、井底压裂液柱高度降低、作业不当和其他因素五个方面。事故的预防应该从这五方面来采取措施。分析事故的结构可知，此故障树结构全为或门；所以事故发生的可能性很大。（2） 从故障树的结构重要度来看，井口防喷器失效、压井液密度降低、井底压裂液柱高度降低、作业不当和其他因素这五个方面都可导致井喷事故的发生。而且这几个主要因素发生事故的概率也基本相同。（3） 导致事故发生的基本事件共有14件。其中与工艺技术相关的有10件，与设备故障相关的有2件，与地层压力因素相关有2件。所以工艺技术上的失误是预防井喷事故发生的关键。2.5 压裂酸化作业过程中毒害窒息故障树分析图2-4 压裂酸化作业过程中毒害窒息故障树1） 进行定性分析如上图所示，由于毒害窒息故障树全为或门，所以用最小径集进行分析。根据故障树可以做出对应的成功树，由成功树可以计算出只有一个最小径集：P X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8 2） 分析其结构重要度P的结构重要度为I1 I2 I7 X83） 分析故障树可得到如下结论（1） 发生毒害窒息事故的主要原因有酸液伤害，液氮、二氧化碳窒息和毒气伤害三个方面。事故的预防应该从这三方面来采取措施。分析事故的结构可知，此故障树结构全为或门；所以事故发生的可能性很大。（2） 从故障树的结构重要度来看，发生毒害窒息的14个基本情况其重要度相等，每一种基本事件的发生都有可能导致事故的发生。但是，有4个基本事件会导致酸液伤害的发生，所以酸液伤害发生的可能性最大。（3） 导致事故发生的基本事件共有8件。其中与人的操作失误相关的有6件，与设备损坏相关的有1件，还有就是井底的毒气喷出。所以从导致事故发生的基本事件种类的多少来看，人的失误是导致毒害窒息事故的主要因素。3 压裂酸化作业的危险源分析及事故对策在第二章我们用故障树分析法找出压裂酸化作业过程中已发生事故的直接或间接原因。这样做的好处是可以对已发生事故进行总结，找出导致事故发生的原因所在，为我们以后在事故的预防提供建议。在这一章我们将寻找压裂酸化施工过程中的第一、二类危险源，分析其危险性和导致事故发生的可能性，并作出事故预防对策。3.1 能量意外释放理论3.1.1 能量与有害物质能量与有害物质是危险危害因素产生的根源，也是最根本的危险危害因素。一般来说，系统具有的能量越大，存在的有害物质数量越多，其潜在危险性和危害性就越大。另一方面，只要进行生产活动，就需要相应的能量和物质（包括有害物质），因此危险危害因素是客观存在的。一切生产、供给能量的能源和能量的载体在一定的条件下，都可能是危险危害因素。例如锅炉、压力容器爆炸物爆炸时产生的冲击波和压力能，高处作业（或吊起的重物等）的势能。带电导体上的电能，行驶车辆（或各类机械运动部件、工件等）的动能，噪声的声能，激光的光能，高温作业和热反应装置的热能以及各类辐射能等，在一定条件下都能造成各类事故；静止的物体棱角、毛刺、地面等之所以能伤害人体，也是人体运动、摔倒时的动能、势能造成的。这些都是由于能量意外释放形成的危险因素。有害物质在一定条件下能损伤人体的生理机能和正常代谢功能，破坏设备和物品的效能，也是危险危害因素。例如，作业或储存场所中存在有毒物质、腐蚀性物质、有害粉尘、窒息性气体等有害物质，当他们直接或间接与人体、物体发生接触时，会导致人员的伤亡、职业病、财产损失或环境破坏等。3.1.2 能量意外释放在生产实践中，能量与危险物质在受控的条件下，按照人们的意志在系统中流动、转换，进行生产。如果发生失控（没有控制、屏蔽措施或控制措施失效）就会发生能量与有害物质的意外释放和泄露，造成人员伤亡和财产损失。这就是能量意外释放理论。由此可见，失控也是一类危险危害因素，主要体现在故障（或缺陷）、人的失误和管理缺陷、环境因素等方面，并且这几个方面可相互影响。伤亡事故调查分析的结果表明，能量或危险物质失控都是由于人的不安全行为或物的不安全状态造成的。根据能量意外释放理论提出的事故因果模型如图：图3-1 事故因果模型人的不安全行为和物的不安全状态是导致能量意外释放的直接原因，是管理缺陷控制不力、缺乏知识、对存在的危险估计错误或其他个人因素等基本原因的反映。3.1.3 用变化的观点来解释能量意外释放约翰逊（WG.Johnson）很早就注意到变化在事故发生、发展过程中的作用。他把事故定义为一起不希望的或意外的能量释放，其发生是由于管理者的计划错误或操作者的行为失误，没有适应生产过程中物的因素或人的因素的变化，从而导致了不安全行为或不安全状态，破坏了对能量的屏蔽或控制，在生产过程中造成危险，中断或影响生产进行，甚至造成人员伤亡或财产损失。图（）为约翰逊建立的事故因果联系模型图3-2 约翰逊的事故因果联系模型该模型把变化作为事故的基本原因。由于人们不能适应变化而发生失误，进而导致不安全行为或不安全状态。所以在系统安全研究中，人们可以把变化看做是一种潜在的事故致因，应该尽早的发现并采取相应的措施。3.2 危险源危险源是指一个系统中具有潜在能量和物质释放危险的、可造成人员伤害、财产损失或环境破坏的、在一定的触发因素作用下可转化为事故的部位、区域、场所、空间、岗位、设备及其位置。它的实质是具有潜在危险的源点或部位，是爆发事故的源头，是能量、危险物质集中的核心，是能量从那里传出来或爆发的地方。危险源存在于确定的系统中，不同的系统范围，危险源的区域也不同。例如，从全国范围来说，对于危险行业（如石油、化工等）具体的一个企业（如炼油厂）就是一个危险源。而从一个企业系统来说，可能是某个车间、仓库就是危险源，一个车间系统可能是某台设备是危险源；因此，分析危险源应按系统的不同层次来进行。一般来说，危险源可能存在事故隐患，也可能不存在事故隐患，对于存在事故隐患的危险源一定要及时加以整改，否则随时都可能导致事故。实际中，对事故隐患的控制管理总是与一定的危险源联系在一起，因为没有危险的隐患也就谈不上要去控制它；而对危险源的控制，实际就是消除其存在的事故隐患或防止其出现事故隐患。所以，在实际中有时不加区别也使用这两个概念。根据上述对危险源的定义，危险源应由三个要素构成：潜在危险性、存在条件和触发因素。危险源的潜在危险性是指一旦触发事故，可能带来的危害程度或损失大小，或者说危险源可能释放的能量强度或危险物质量的大小。危险源的存在条件是指危险源所处的物理、化学状态和约束条件状态。例如，物质的压力、温度、化学稳定性，盛装压力容器的坚固性，周围环境障碍物等情况。触发因素虽然不属于危险源的固有属性，但它是危险源转化为事故的外因，而且每一类型的危险源都有相应的敏感触发因素。如易燃、易爆物质，热能是其敏感的触发因素，又如压力容器，压力升高是其敏感触发因素。因此，一定的危险源总是与相应的触发因素相关联。在触发因素的作用下，危险源转化为危险状态，继而转化为事故。根据能量意外释放论，事故是能量或危险物质的意外释放，作用于人体的过量的能量或干扰人体与外界能量交换的危险物质是造成人员伤害的直接原因。于是，把系统中存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质称做第一类危险源。一般地，能量被解释为物体做功的本领。做功的本领是无形的，只有在做功时才显现出来。因此，实际工作中往往把产生能量的能量源或拥有能量的能量载体看做第一类危险源来处理。例如，带电的导体、奔驰的车辆等。常见的第一类危险源如下： （1） 产生、供给能量的装置、设备；（2） 使人体或物体具有较高势能的装置、设备、场所；（3） 能量载体； （4） 一旦失控可能产生能量蓄积或突然释放的装置、设备、场所，如各种压力容器等；（5） 一旦失控可能产生巨大能量的装置、设备、场所，如强烈放热反应的化工装置等；（6） 危险物质，如各种有毒、有害、可燃烧爆炸的物质等；（7） 生产、加工、储存危险物质的装置、设备、场所；（8） 人体一旦与之接触将导致人体能量意外释放的物体。导致能量或危险物质约束或限制措施破坏或失效的各种因素称作第二类危险源。第二类危险源主要包括物的故障、人的失误和环境因素。W-1500型压裂车为例。基本技术参数见表4-12。表3-2 W-1500型压裂车基本参数传动器挡位1234567泵排量，m3/min0.3750.5210.6380.7930.8851.1051.403最大工作压力，MPa103.4103.4103.484.075.660.747.7卡车底盘型号K184驱动方式8*4发动机型号CAT34068型发动机功率，kW261缸数6缸V型排量，L14.6燃油箱容量，L1514额定载荷，kN前桥：106.8 后桥：204.6 总载荷：311.4结构特点：该车使用肯沃斯公司生产的K184卡车作为运载汽车，车上使用卡特皮勒公司生产的CAT3512型柴油机为动力，经过阿里逊CLT988型变矩器（ 液力传动箱）传给OPT-1800压裂泵。用途：该车排量和水功率较高，具有较大的工作能力，适用于大型高压压裂和酸化作业。 混砂车常见混砂车性能表表3-3 混砂车性能参数表型号项目FBRC 100ARC型混砂车607-T型混砂车E-230型混砂车SS70型混砂车型号FBRC 100ARC607-TE-230SS70制造公司美国哈里伯顿公司美国B.F公司法国斯伦贝谢公司美国SS公司额定排除压力，kPa830431345345最大排量，m3/min15.99.5411.9211.13最大输砂能力，m3/min10909（Kg/min）1.421.741.70吸入管口径，mm102100100100排出管口径，mm102100100100吸入接头数12个，带蝶阀8个，带蝶阀20个，带蝶阀14个，带蝶阀排出接头数12个，带蝶阀8个，带蝶阀20个，带蝶阀8个，带蝶阀外形尺寸（长宽高），mmm112.54.012.492.543.412.122.713.89.502.543.5总载荷，kN240.5146191.4170.72） 井架 在压裂过程中井架的用途是装置天车，支撑整个提升设备，以便悬吊井下设备、工具和进行各种起下作业。常用井架技术规格如下表所示：表3-4 常用井架的技术规格井架型号配套天车井架高度m额定负荷kN最大负荷kN支脚距mm自重tBJ1-18TC-5018.2840060015303.035TC1-505007003.625BJ2-18TC-3018.2830045015303.42BJ-18TC3-5018.2850070015303.42BJ-29TC1-5028.950070021305.8TC3-505.347JJ-80-18T3-2-118.3800100015304.5JJ-80-21T3-2-121.3800100015305.162JJ-80/29-WT3-2-129800100015206.403TC-8021206.873） 钢丝绳钢丝绳的主要用途是通过天车把绞车、游动滑车连在一起组成游动系统，从而把绞车的旋转运动变为游动滑车的升降运动，达到起下作业的目的。井下作业常用钢丝绳性能如下表所示：表3-5 井下作业常用钢丝绳性能钢丝绳直径mm钢丝直径mm全部钢丝断面积mm2每百米钢丝绳重量kg破断拉力，kN抗拉强度为1500MPa时抗拉强度为1600MPa时抗拉强度为1700MPa时抗拉强度为1800MPa时全部钢丝总和整个钢丝绳全部钢丝总和整个钢丝绳全部钢丝总和整个钢丝绳全部钢丝总和整个钢丝绳9.20.632.0028.0048.040.751.343.654.446.257.649.012.50.857.2753.4385.973.091.677.697.382.7103.082.915.51.089.4984.8134.0114.0143.0121.5152.0129.0161.0136.518.51.2128.87122.0193.0164.0206.0175.0219.0186.0231.5197.02201.4175.40166.3163.0223.5280.5238.5298.0253.0315.5268.02501.6229.10217.1343.0292.0366.5311.5389.0331.0412.0350.52801.8189.95274.3434.5369.5463.5394.0492.5418.5512.5443.54） 酸液在酸化作业或酸化压裂作业时常用的酸液体系是土酸。其优点在于溶蚀能力强，缺点是反应块，酸液有效作用距离有限，腐蚀严重，易发生二次伤害。 土酸的配制方案： 9%12%HCl+0.5%0.6%HF+2%3%缓蚀剂+0.5%1%表面活性剂+1%2%铁离子稳定剂+1%2%粘土稳定剂。盐酸的相对分子质量为36.46.工业盐酸的密度1194Kg/m3 -85.8 m3 40%质量百分比 。表3-7 氢氟酸工业标准品质氟化氢含量铁含量硫酸含量氟硅酸含量质量分数%400.010.0225） 地层中的有毒气体（H2S）硫化氢是地层中含有的一种剧毒气体。它常常伴随着井喷喷出地面，弥漫井场，造成大面积人员伤亡。硫化氢具有强烈的臭蛋味的气体，其主要性质见表（）。硫化氢本身为可燃气体，爆炸下限很低，极易形成危险爆炸混合物。表3-8 硫化氢（H2S）的主要性质物质沸点/熔点/自燃点/爆炸极限（体积分数）爆炸极限（mgl-1）下限/%下限/%上限下限H2S-60-842604.34561640硫化氢有很强的毒性，人长时间接触硫化氢，对他的气味会失去感觉。硫化氢具有毒害细胞的作用，对人体细胞有很大的影响。硫化氢的含量对人体的影响见下表： 表3-9 H2S浓度及吸入时间对人体的影响H2S含量/%对人体的影响0.010.015经几小时，有轻弱中毒现象0.02经58min，强烈刺激眼镜、鼻子和器官0.050.07经1h，严重中毒0.10.3致死此外，在压裂酸化施工过程中还存在的第一类危险源有：高压液体（气体）、供油罐、密度计、压裂液以及动态地层压力等。6） 压裂（酸化）作业过程中的第一类危险源如下表所示： 表3-10 压裂酸化过程中的第一类危险源序号危险源危害后果1现场工作车辆车辆冲撞人员或使设备损坏2井架倒塌或高处坠落物体3作业钢丝提升力由于钢丝突然抖动引起人员伤亡4作业机（高压泵）触电、高压能量泄露造成人员伤亡5高压管汇接口断裂，刺漏造成人员伤亡6高压液体（气体）气体泄露，人员伤亡7压裂车组机械伤害，9供油罐火灾10酸液人员暴露在潜在的危险化学品中，化学品泄露失控，或燃烧造成环境污染11密度计放射性伤害12压裂液配制粉尘伤害13底层中的有毒气体（H2S）中毒，人员伤亡14动态地层压力井喷15噪声损害听力3.3.2 压裂酸化过程中的第二类危险源第二类危险源主要包括物的故障、人的失误和环境因素。3-12 压裂酸化过程中其他主要的第二类危险源序号危险源危害后果1施工车辆失控压裂车失控压力过高，管线爆裂刹车失控卡车撞人或装设备2驾驶员技术不过关卡车撞人或装设备3恶劣的天气人员操作失误引发事故4设备固定不牢靠设备倒塌5作业钢丝绳断裂由于钢丝突然抖动引起人员伤亡6酸液外溅灼伤人体、腐蚀设备7液氮、二氧化碳泄露人员冻伤、窒息8井底有毒气体溢出大面积人员中毒，环境污染9防喷器失效井喷10压裂液设计失误压裂失败或造成井喷11地层压力变化压裂失败或造成井喷12储油罐失效井场火灾或爆炸13井场的明火井场火灾或爆炸14人体静电井场火灾或爆炸15人员违章操作造成人员死亡，设备损坏3.4 压裂酸化施工过程中危险源控制我们知道第一类危险源是客观存在的，一切生产、供给能量的能源和能量的载体在一定的条件下，都可能是危险危害因素。如果我们进行压裂酸化施工就不可能避免第一类危险源，而我们要避免事故的发生只能从第二类危险源入手。当我们阻止了第二类危险源的发生也就阻止了第一类危险源的能量的意外释放。从而避免事故的发生。第二类危险源的控制我们应当从人、机、料、法、环这五个方面入手。第一，从人员方面来说，我们可以加强对人员的培训，提高操作人员的能力、意识。第二，从机的方面来说，工作人员要对作业设备定期检查、定期维护，作业前应进行实验性运行，保证设备的可靠性。减少约束失效的可能性。第三，法就是工艺方法，在压裂酸化作业过程中，要合理设计压裂方案，压井液密度必须计算准确，否则会引发井喷事故。第四，在料和环两方面，我们要加强压裂液、酸化液的管理，保证“人不见酸，酸不见天”。另外在恶劣的天气应当停止施工。 所以我从下面就针对压裂酸化施工各个阶段的第二类危险源制订了防范措施，将其危险降低到最低程度。操作阶段：酸化、压裂准备与测试压力序号作业（操作、事件、任务）危险（潜在事故）危害事故（谁或什么会受伤害、环境影响）风险