1、研究論文（Articles）含硫氣井定量風險分析方法吳慶善1,2，錢新明1，郭再富3，黃平11.北京理工大學；爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京1000812.中國石油天然氣集團公司安全環保部，北京1000073.中國安全生產科學研究院公共安全研究所，北京100029摘要隨中國經濟對石油天然氣能源依賴程度的加深，大力開發含硫化氫氣田成為重要任務，而定量評價含硫氣井的風險顯得更加必要和迫切。提出了含硫氣井井噴事故硫化氫泄漏擴散過程中個人風險定量計算方法，根據相關統計資料，提出了井噴事故概率的參考值，將該方法應用于川渝地區某含硫氣井，獲取了該井周邊區域個人風險等值線，并與可接受風險水平進行對比分析

2、。結果表明，由于地形條件的影響，在氣井周邊不同方向的個人風險水平差異很大，可接受風險水平上限值等值線距井口的距離在不同方位上相差可達1000m，在對氣井進行定量風險分析時必須充分加以考慮。該方法可為油氣田開發企業、安全監管部門對含硫氣井開發過程實施定量風險評價和管理提供有效技術手段，并為應急計劃區的劃分及邊界確定提供參考。關鍵詞含硫氣井；定量風險分析；井噴事故概率；地形條件中圖分類號TE99文獻標識碼A文章編號1000-7857（2009）22-0072-04QuantitativeRiskAssessmentforNaturalGasWellwithHydrogenSulfideWUQing

3、shan1,2,QIANXinming1,GUOZaifu3,HUANGPing11.StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology;BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China2.DepartmentofHSE,ChinaNationalPetroleumCorporation,Beijing100007,China3.InstituteofPublicSafety,ChinaAcademyofSafetyScienceandTechnology,Beijing100029,Chinath

4、estatisticalanalysisofdatainliterature,theprobabilityofblowoutincidentisbroughtforwardforreference.ThemethodisappliedtoatypicalgaswellinSichuanandChongqingdistrictasapracticalexample.Thecontourcurvesofindividualrisksintheareaaroundthewellareobtained,andcomparedwiththeacceptableleveloftheindividualri

5、sks.Theresultsshowthatthetopographicconditionsofthegaswellgreatlyinfluencethecalculationresultsoftheindividualrisks,thedistancebetweentheupperlimitisolineofacceptableriskandthewellindifferentdirectionscanreach1000m.Soitmustbefullyconsideredwhenperformingthequantitativeriskassessmentofgaswells.Thisme

6、thodoffersaneffectivetechnicalmeasureforadministrationdepartmentsandenterprisestoconductquantitativeriskassessmentsandriskmanagementsduringtheexploitationprocessofnaturalgasfieldswithhydrogensulfide.Themethodcanbeusedindividingemergencyplanningzonesanddecidingtheboundaryfornaturalgaswellswithhydroge

7、nsulfide.AbstractWiththeheavydependenceofdomesticeconomyonoilKeywordsnaturalgaswellwithhydrogensulfide;quantitativeriskassessment;probabilityofblowout;topographicconditionandgas,theexploitationofnaturalgasfieldswithhydrogensulfideisanurgentprojectinChina.Thequantitativeriskassessmentfornaturalgaswel

8、lswithhydrogensulfideisanecessaryandimpendingrequirement.Aquantitativecalculationmethodforanindividualriskforleakageanddispersionprocessofhydrogensulfideinblowoutofgaswellsisproposedinthispaper.Basedon收稿日期：2009-11-03基金項目：“十一五”國家科技支撐計劃項目（2007BAK22B05，2008BAB37B05）0引言隨著中國經濟對石油天然氣能源依賴程度的加深，大規模投入開發含硫化氫天

9、然氣田成為迫切任務。近年來，中國作者簡介：吳慶善（中國科協所屬全國學會個人會員登記號E520000997L），博士研究生，研究方向為油氣田勘探開發安全研究與管理，電子信箱：qswu；錢新明（通信作者，中國科協所屬全國學會個人會員登記號：E520001513L），教授，研究方向為系統安全分析與安全評價技術、危險物質安全性分析與檢測技術，電子信箱：qsemon，研究論文（Articles）含硫氣田勘探開發的安全生產形勢嚴峻，如2003年“12·23”井噴事故造成243人死亡，疏散群眾6萬余人，直接經濟損失·9262.7萬元；2006年“325”井漏事故導致周邊群眾1萬余人疏散。

10、這些事故造成的嚴重后果直接反映出事故前未對含硫天然氣井周邊區域公眾所處風險水平進行定量分析并采取應對措施，而目前國內外在重大危險源定量風險評價的事故概率及后果分析方面取得了很多研究成果1。事故概率分析的方法主要包括統計分析方法、事故樹分析方法，事故后果模擬分析方法也從簡單的經驗模型逐步發展到三維流體力學模型，但具體到含硫氣井井噴事故定量風險分析方面的研究卻并不多見。本研究探討含硫氣井的個人風險定量計算方法，并選取川渝地區的某含硫氣井進行應用。2井噴事故概率分析對井噴事故概率，主要采用數值統計、故障樹分析2種方式分析研究。由于故障樹分析還需要井口不同設備的基礎數據，因此，本研究建議采用數值統計方

11、法來分析井噴事故概率。數值統計的方法通常建立在泊松分布、二項式分布等分布假設規律上，通過歷史事故數據的回歸分析，從回歸方程可得某年的井噴失控事故概率。中國報道和研究井噴的總體數據較少，收集到的井噴文獻資料往往也只是基于某個單井的數據，總體數據尚不清楚。國外20世紀后期井噴統計數據較多，而近年公開發表的數據較少，Rezaei等3提出針對所研究的酸氣井，垂直敞噴發生的概率是4.9×10-4次/a，加拿大阿爾伯塔省能源資源保護委員會（ERCB）鉆井事故統計數據及能源與公用事業局（EUB）井噴統計資料等2見表1和表2。綜合以上研究成果，在國內數據暫缺的情況下，本研究建議的井噴事故概率參考值為

12、1含硫氣井個人風險計算方法定量風險分析方法采用個人風險值、社會風險值等定量化風險值，對系統的危險性進行描述，本研究主要探討個人風險的計算方法。個人風險是指在某一特定位置長期生活的、未采取任何防護措施的人員遭受特定危害的頻率，是社會可接受風險的最小單元。針對含硫氣田，個人風險是指不同危險源在區域內某一固定位置人員發生個體死亡的概率，也即單位時間內（通常為年）的死亡率。個人風險體現為區域地理圖上的風險等值線。個人風險是空間位置坐標的函數，在區域的地圖上，將個人風險值相等的點連接起來，就構成不同水平個人風險值的等值線。個人風險值給出了給定條件下位置的風險信息，而不考慮此處是否存在人員。因此，個人風險

13、不是針對具體人員，而是針對裝置/設施以外某一被計算的具體位置。個人風險關注的是點，結合不同水平的個人風險等值線和不同功能區（如工業區、商業區、居民區、醫院等）的風險承受標準進行風險決策，通常針對某一需要保護的具體目標。個人風險的計算方法為個人風險=頻率×事故后果對于含硫氣井井噴時的個人風險而言，通常采用RWDI工程咨詢公司研究提出的公式，個人風險由事故概率、點火概率、氣象條件概率、風角度概率、受體暴露概率、某位置受體致死概率等決定2：4.5×10-4次/a。表1加拿大ERCB鉆井事故統計Table1StatisticsofdrillingincidentsbyERCBofC

14、anada事故類型溢流井涌井噴事故數/鉆井數3.48×10-21.07×10-34.53×10-4表2加拿大EUB鉆井事故統計Table2StatisticsofdrillingincidentsbyEUBofCanada年份鉆井數溢流事故數井噴事故數事故數/鉆井數19961997199810396132127094215184995294.8×10-41.5×10-412.7×10-43可接受風險水平個人風險可接受水平是針對需要保護的具體目標而提RI(x,y)=FHPIPMPlm(x,y)PRPL(x,y)ijkliilijklii

15、l（1）出的。通常依據最低合理可行原則（AsLowAsReasonable式中，FH為井噴事故概率，PI為點火概率，PM為氣象條件概率，Plm(x,y)為風角度概率，PR為受體暴露概率，PL(x,y)為某ijklPracticable，ALARP）給出可容許風險的上限和下限值4，ALARP原則將風險分為不可接受區、合理可行的最低限度區、廣泛接受區3個區域（圖1）。若風險評估值在不可接受區，必須采取強制性措施減少風險。在廣泛接受區，風險處于很低的水平，完全可以接受，可不采用任何風險減少措施。在合理可行的最低限度區，則需要在可能的情況下盡量減少風險，即對各種風險處理措施方案進行成本效益分析等，以決

16、定是否采取這些措施。ALARP原則包含可接受風險水平線、可忽略風險水平線2個風險分界線。國外根據自身實際情況對這兩條風險線進行了研究，提出了不同的風險容許標準，位置受體致死概率。本研究中假設井噴失控后15min點火且人員充分暴露在大氣環境中，因此將點火概率及某位置受體暴露概率均設為1。氣象條件概率和風角度概率根據當地實際氣象資料確定，而井噴事故概率和受體致死概率需進一步分析。需說明的是，研究中主要考慮硫化氫擴散對公眾造成的大范圍毒性危害，不考慮火災、爆炸等影響范圍較小的事故后果。2009，27（22）73研究論文（Articles）國外一般事件的平均個體風險統計資料表明5，如相對于汽車等意外事

17、故的死亡風險而言，1×10-51×10-6次/a的基準是合理的可接受風險。國際上常見的廠界外個人風險可接受水平如表3所示。為流體動力學計算過程中通常采用的接近靜風條件的最小風速。泄漏流量選取該井無阻流量最大的層位進行計算6，即最不利情況下單井最大井噴流量為438.5×104m3/d。泄漏時間為井噴發生后15min，為標準中規定的含硫氣井失控井口點火時間7，即認為點火后井口泄漏出的硫化氫氣體不再參與擴散過程。4.2計算結果圖2為該井距地面1m高處8個風向的硫化氫擴散濃度場瞬時分布典型結果。圖1ALARP原則Fig.1PrincipleofALARP表3廠界外個人風險

18、標準Table3Criteriaofindividualriskforoutsideoffactory最大容許風險/a-1可忽視風險/a-1機構和應用荷蘭（新建設施）荷蘭（已建設施或結合新建設施）英國（已建危險工業）英國（新建核能發電廠）英國（新建危險性物品運輸）英國（靠近已建設施的新民宅）中國香港（新建和已建設施）新加坡（新建和已建設施）馬來西亞（新建和已建設施）文萊（已建設施）文萊（新建設施）澳大利亞西部（新建設施）美國加利福尼亞（新建設施）1×10-61×10-51×10-41×10-51×10-43×10-61×10

19、-55×10-51×10-51×10-41×10-51×10-61×10-51×10-81×10-81×10-61×10-61×10-63×10-7圖2硫化氫濃度場計算結果（風速1.0m/s、30min）Fig.2Calculatedconcentrationfieldofhydrogensulfide(windspeed1.0m/s,30min)受體致死概率的詳細分析見文獻8，綜合井噴事故概率、受體致死概率及風向概率的計算分析結果，求得該氣井周邊區域的個人風險等值線（圖3）

20、。可以看出，由于地形條件的影響，在氣井周邊不同方向的風險水平差異很大，10-5等值線范圍距井口最遠處約1.5km，最近處約550m，相差可達1×10-61×10-61×10-61×10-71000m，應采用此方法確定風險分布后對氣井周邊區域進行有針對性的安全規劃及應急準備。參考國外通常采用的個人風險允許標準，設定個人風險可接受水平的上限值為10-5次/a，下限值為10-7次/a。圖3中1×10-744.1定量風險計算實例工況選取計算選取的川渝地區某含硫氣井位于半山腰處，背靠海拔1230m的山峰，山頂和山谷的最大落差為876m。通過追蹤該井地形等

21、高線的軌跡，得出地形矢量圖并進行不規則網格處理，通過差值計算，可以得到數字高程模型用于數值模擬。氣象條件主要根據當地氣象統計數據選取8個風向，風速條件分別為0.5、1.0和3.0m/s，大氣穩定度F。其中3m/s為計算的最大風速，若大于此風速，則計算過程中應考慮的大氣逆溫層將不存在；1.0m/s為當地常年平均風速，0.5m/s圖3個人風險等值線Fig.3Contourcurvesofindividualrisk，研究論文（Articles）10-5等值線范圍內必須采取技術及管理措施，如點火、疏散、避難、個體防護、警報等，以降低風險，保護公眾安全；10-510-7等值線范圍內應盡量采取技術及管理

22、措施保護公眾安全。environmentimpactassessmentforonshoresourgaswellsC.SPEAnnualTechnicalConferenceandExhibition,NewOrleans,Louisiana,30September-3October2001:71439-MS.4丁厚成,萬成略.風險評價標準值初探J.工業安全與環保,2004,30(10):45-47.DingHoucheng,WanChenglue.IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection,2004,30(10):45-47.5高建明,王喜奎,曾明

23、榮.個人風險和社會風險可接受標準研究進展及啟示J.中國安全生產科學技術,2007,3(3):29-34.5結論提出了含硫氣井井噴事故硫化氫泄漏擴散過程個人風險定量計算方法，分析了井噴事故概率等關鍵參數，并針對川渝地區某含硫氣井進行了應用。結果表明，中國含硫氣井通常所處的山區地形條件對硫化氫濃度場及定量風險計算結果影響很大，在對氣井進行安全規劃及應急準備前應加以考慮。參考文獻（References）1中國安全生產科學研究院.“十五”國家科技攻關計劃“城市重大工業危險源評價與監測關鍵技術研究”專題總結報告R.北京:中國安全生產科學研究院，2006.GaoJianming,WangXikui,Zen

24、gMingrong.JournalofSafetyScienceandTechnology,2007,3(3):29-34.6CanadaAlbertaEnergyandUtilitiesBoard.Directive071:Emergencypreparednessandresponserequirementsfortheupstreampetroleumindustry(formerlyGuide71)EB/OL.http:/www.ercb.ca/docs/documents/directives/Directive071_2005.pdf,2003.7張興凱,鄧云峰,曹登泉,等.AQ2016-2008含硫化氫天然氣井失控井口點火時間規定S.北京: