毕业设计 油气田压裂（酸化）作业危险性分析

1、西安石油大学毕业设计(论文)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

2、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

3、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

4、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: China's reserves of low permeability oil and gas resources is very rich in the proportion of the total reserves of nearly 60 percent, f

5、racturing 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, safet

6、y, 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 s

7、et 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 acci

8、dental 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 ac

9、idification 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 variou

10、s 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.

11、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

12、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

13、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49481

14、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

15、，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”。1.2 压裂酸化工艺技术油气水井由于在钻井、完井、采油过程中造成

16、地层伤害或者地层自身的渗透性低等原因，使得井的产量、注水量达不到要求，这是就需要对井进行增产措施，以提高产量和注水量。常用的增产措施包括水力压裂、酸化、高能气体压裂以及其它解堵措施。 1.2.1 压裂 油层水力压裂，是利用泵注设备，将工作介质（压裂液）以高压注入井内，应用水力传递原理在油层产生人工裂缝，改变近井地带的油层渗透率，提高油井产有能力和注水井吸水能力。这种方法是目前主要的增产增注工艺措施，简称“压裂”。 水力压裂从20世纪40年代末用于油井增产到现在，无论从理论上，工艺上，还是在设备上都有很大的发展。我国的水力压裂工作始于50年代初期，40多年来已经有了很大的发展。现在每年压裂500

17、0井次以上，年增产原油200万吨左右。1） 水力压裂的工艺地下储集原由的岩石具有一定的渗透性，当在地面向井筒高压大排量注入液体时，若排量超过地层的吸水能力，井底压力就会迅速升高。当力达到地层的破裂压力时地层就会产生裂缝，然后在裂缝中加入一定量的支撑剂，使裂缝不再闭合，从而改变近井地带油层的结构状态，大大提高了近井地带油层的渗透能力，达到了增产注产的目的。 2） 压裂液 （1）压裂液的作用 压裂中向井底地层注入的全部液体统称为压裂液，它是水力压压裂的主要工作介质。压裂液的作用是将高压泵注设备产生的压力传到地层中；当地层压开，形成裂缝后，可将支撑剂携带到地缝中去。根据压裂液在压裂过程中不同阶段的作

18、用，可将压裂液分为前置液，写砂液及顶替液三种。 （2） 压裂液的种类。 水基压的液裂 水基压裂液是以水为基本成分，加入各种添加剂配制而成的压裂液。主要包括盐水，活性水压裂液，稠化水压裂液，水包油压裂液，水基凝胶压裂液等。 目前普遍事业的是水基凝胶压裂液。它是最近几年迅速发展起来的一种比较理想的压裂液，具有黏度高、摩阻低及悬砂能力强等优点。其成分除了水以外，主要有以下几中添加剂：增粘剂、交联剂、破胶剂、防腐剂、防腐杀菌剂、防腐乳化剂、表面活性剂、粘土控制剂、PH值控制剂、助排剂等。 油基压裂液 油基压裂液是以为基本成分配置的压裂液。主要包括稠花油压裂液、油包水压裂液、凝胶原油等。 它的优点是粘度

19、高、悬砂能力强、滤失量小、来源方便、对油层无害等，缺点是成本高且粘度随温度升高降低很快，而且油基压裂液的易燃性、危险性也限制了它在实际工作中的应用。 酸基压裂液。 酸基压裂液主要由酸、水和各种添加剂配制而成。 泡沫压裂液。泡沫压裂液体是一种液体、气体、泡沫表面活性剂的 混合液体。压裂液的种类很多，每种压裂液都有一定的适用条件。合理的选用压裂液可以提高压裂液施工的 成功率，增强压裂也效果降低压裂费用。3) 支撑剂 支撑剂是一种用来支撑压裂所形成的人工形成的裂缝，防止压裂裂缝重新闭合的固体颗粒。它的作用是通过在裂缝中沉积排列来支撑裂缝，改善地层原始结构，提高地下流体的流动能力，从而达到增产的目的。

20、 支撑剂的种类很多，根据支撑剂的性能，一般可分为两大类：（1） 硬脆性支撑剂。如石英砂、陶粒、璃球等。（2） 韧性可变形支撑剂。如各种塑料球、核桃壳、铝合金球等。一般在地层岩性松软的浅井和中深井选用韧性可变形支撑剂较好，在坚硬地层的深井中应选用硬脆性支撑剂。4) 压裂施工工序压裂施工是多工种联合作业，一般要经过下列过程。(1） 施工设计压裂施工设计是一口井施工的指导性文件。它能根据油层与设备的条件，选择出经济而有效的压裂方案。压裂设计的内容一般包括： 确定该井进行压裂的目的，地质依据、有关的地层及井况资料； 预计和要求的增产倍数； 施工方案的选择； 施工参数计算及效果预测； 施工劳动组织及施工

21、进度安排； 施工步骤及安全技术措施； 需要的设备及材料计划，成本核算； 施工井场布置图及井下管柱结构图。(2） 施工准备 井况调查：如井场、道路、井架、采油树压井装置等地面设备及设施、井下情况、井内落物、试井情况（包括分层产量、见水位置、含水量、静压、流压、微井径测定）、油层出砂情况、井底沙面高度、压井液水质等。 器材与物资准备：压裂施工并所需要的器材与物资除去一般修井作业所需的设备外，还应包括压裂液、支撑剂、装液容器、井下工具等。 调换管柱：包括清理井筒、下管柱、换装井口、连接管线、布置井场等，井场布置流程图如（11）图所示。 安全设施：全部压裂施工是在高压状态下进行的，必须采取有力的安全措

22、施。全部管线和井口装置要进行耐压实验，高压管汇区严禁非岗位人员接近；使用油类等易燃品做压裂液时，现场严禁明火或吸烟，关闭一切火源，备好消防车，消防砂，灭火机等灭火器材。(3) 压裂施工除特殊情况外，压裂施工程序大都相同，一般分为一下七道工序：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

23、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

24、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

25、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。1） 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

26、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

27、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

28、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：（1） 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。（2） 用活性水洗井（3） 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。（4） 正挤清水。替挤清水用量为地面管线与

29、井内管柱容积的1.2倍。（5） 关井反应。关井反应时间为1小时左右。（6） 放喷排液。（7） 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1.3.1 国内研究现状油层水力压裂工艺自1955年在我国玉门油田首次开展工业性试验以来至今已有53年的历史。经过半个世纪的发展，我国的压裂技术在工艺上有了很大的发展。从50年代后期到70年代初为小规模的试验性和摸索性阶段。到现在压裂工艺已进入完善阶段。在此阶段，压裂液的性能更加完善，压裂设计普遍采用计算机优化设计，压裂数字模型基本上采用二维、拟三维、全三维、以拟三维的模型，压裂管柱配套系统化，压裂设备更新换代，压裂井的选择更加科学化。而

30、且通过以上工艺技术的完善与配套，成功完成了高含水油层的压裂、重复压裂、稠油地层压裂、软地层压裂和整体区块压裂的高难度施工项目。酸化工艺也由当初的低浓度小量酸化应用阶段提高到现在的高浓度大量酸与乳化酸应用阶段。特别是90年代以来，随着勘探开发的需要，酸化研究更加深入，研究领域不断拓宽，酸化技术取得了多项成果，主要有： 适应油层的防膨，放迁移的酸化技术。 适应深部酸化的缓速酸酸化技术，磁处理酸化技术。 适应解除有机质堵塞和乳化堵塞的土酸酸化技术，逆土酸酸化技术。 适应泥质砂岩的低伤害酸酸化技术。 适应解除无机质堵塞的酸化用添加剂。 适应低温油层、稠油油层的热酸酸化技术。 适应低渗、强水敏地层和高凝

31、、高稠严重堵塞油层的集成酸酸化技术。 从安全的角度讲，我国石油行业安全管理及技术措施起步较晚。50年代到90年代初，石油行业所采取的安全措施绝大多数是在施工过程中人为的检查。这种检查很大程度上靠检查人员的经验与责任心，而且很难从根本上防止安全事故发生。1997年中国石油天然气集团（CNPC）开始推行HSE管理体系。HSE管理体系的重要内容就是进行发生事故前的风险评估及风险削减措施，将事故消灭在萌芽状态。在中石油实行HSE管理体系以来，通过与以前的行之有效的规章制度进行整合，扬其优势，摒其弊端，在结合中实践，发展中创新。开拓出中国石油健康、环境和安全的新时代。 在压裂酸化施工安全管理方面，中国石

32、油根据HSE管理原则，分析确定了压裂酸化中的危险源，并制定了诸如摆车要求，酸化常见事故及处理，酸化施工工艺和质量控制及压裂中事故的预防与处理的方法。这些管理措施在很大程度上能减少事故的发生，保障压裂酸化施工中的安全。 2000年3月31日国家石油和化学工业局颁布了中华人民共和国石油天然气行业标准压裂酸化作业安全规定（SY64432000）。该标准规定陆上压裂酸化施工作业前后以及施工作业中对人员、设备、设施、现场的安全要求。其中包括：施工设计的安全要求，施工作业前的安全要求，施工作业中的安全要求，施工作业后的安全要求。1.3.2 国外现状国外对压裂后人工裂缝对油藏动态影响的研究比较早。方法主要是

33、实验和数值模拟。从研究方法上可以很明显的分为两个阶段和两种类型。20世纪60年代以前主要用电解模型实验方法，通过测定电位值，确定渗流场的变化，再计算扫油效率。60年代后随着计算机技术的发展，多采用数值模拟的方法。在安全方面，国外的石油行业安全理论起步较早，管理措施与标准也比较完善。在1989年壳牌公司委员会颁布了健康、安全和环境（SHE）方针指南。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这一标准逐渐为大家所接受。目前它已成为国际石油、石化大公司普遍认同的管理模式。在压裂酸化作业中，国外也是普遍遵循HSE管理体系来进行管理的。国外石油企业首先注重职工的安全意

34、识。他们把安全意识作为事故预防中最为有效的因素。鼓励工人们学安全，讲安全，在安全方面维护自己权利。让员工都有“我要安全”的意识。而且国外公司在员工的劳动保护方面也作的比较到位。这些都是国内企业所不足或要学习的地方。通过分析国内外的压裂酸化施工安全现状不难看出：国外通过提高员工自身素质预防事故发生；国内通过严格管理预防事故发生。但他们都是侧重于管理方面，从安全管理角度进行研究的比较多，但从安全系统论的角度研究的比较少。而且在查阅资料的时候没有见压裂酸化施工方面安全评价的资料，也未见相关报道。所以本论文将对压裂酸化施工作业过程从系统论的角度进行分析，查找施工过程中的危险源，找出一种安全评价方法。1

35、.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，

36、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

37、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

38、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

39、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

40、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

41、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

42、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、X4X122） 分析其结构重要度分析P的结构重要度为I3=I4=I12I1=I23） 分析故障树可得到如下结论：（1） 发生机械伤害的主要原因有车辆伤害与设备伤害。事故的预防可以从这两方面来采取措施。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，设备伤害与车辆伤害发生的途径有两条，但设备伤害发生危险因素要比车辆伤害发生的危险因素要多。说明设备伤害发生的概率要比车辆伤害的概率要大。

43、（3） 导致事故发生的基本事件共有12件。其中与设备故障相关的有8件，与人为因素相关的有3件，与天气因素相关有1件。所以预防设备故障的发生是预防事故发生的关键。2.3 压裂酸化作业过程中火灾、爆炸故障树分析图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、X12X16P2=X1、X2X9、X11、X12、X13、X14、X17P3=X1、X2X9、X10、X15、X16P4=X1、X2X9、X10、X172） 分析其

44、结构重要度P的结构重要度为 I1=I2=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

45、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、X142） 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

46、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

47、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、X82） 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

48、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

49、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。

50、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

51、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

52、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

53、。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

54、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

55、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。3.2.1 第一类危险源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