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        井口設(shè)備高壓氣密封現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)事故樹(shù)分析

        2014-06-05 14:35:28翁衛(wèi)東李治堃樊建春李佳玲
        石油礦場(chǎng)機(jī)械 2014年7期
        關(guān)鍵詞:井口氮?dú)?/a>密封

        翁衛(wèi)東,李治堃,樊建春,李佳玲

        (1.中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠,湖北荊州434024;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京),北京102249)①

        井口設(shè)備高壓氣密封現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)事故樹(shù)分析

        翁衛(wèi)東1,李治堃2,樊建春2,李佳玲1

        (1.中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠,湖北荊州434024;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京),北京102249)①

        在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)承受高壓的井口設(shè)備進(jìn)行氣密封試驗(yàn),對(duì)于保障設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性具有十分重要的意義。針對(duì)高壓井口設(shè)備氣密封試驗(yàn)系統(tǒng)的裝備與工藝特點(diǎn),系統(tǒng)分析了試驗(yàn)過(guò)程的危險(xiǎn)及有害因素,建立了井口設(shè)備高壓氣密封試驗(yàn)事故樹(shù),分析了導(dǎo)致爆炸的主要因素,為確定合理的事故防范體系提供了依據(jù)。

        井口設(shè)備;高壓氣密封試驗(yàn);風(fēng)險(xiǎn)分析;事故樹(shù)

        在油氣生產(chǎn)中,采油(氣)井口裝置的密封性,尤其是氣密封性對(duì)生產(chǎn)安全有著至關(guān)重要的影響。近年來(lái)隨著越來(lái)越多的高壓氣井投入生產(chǎn),井口裝置的壓力等級(jí)顯著提高,對(duì)其氣密封性提出了更高的要求,保障井口裝置運(yùn)行安全的難度進(jìn)一步加大,高壓井口裝置的密封失效及泄漏事故時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)安全。

        為確認(rèn)井口裝置的承壓能力,確保其在使用過(guò)程中安全可靠,目前國(guó)內(nèi)外普遍采用在車間或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安裝好的井口裝置進(jìn)行試壓的方法。然而,由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制,國(guó)內(nèi)許多油田主要在車間對(duì)即將安裝于油氣井的井口設(shè)備進(jìn)行整體試壓[1]。通過(guò)試壓的井口設(shè)備拆卸后,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行重新安裝,在現(xiàn)場(chǎng)或只進(jìn)行簡(jiǎn)單的水壓試驗(yàn)或根本不進(jìn)行試壓即投入使用。實(shí)際上,一旦運(yùn)輸過(guò)程保護(hù)不當(dāng)或在現(xiàn)場(chǎng)安裝不正確,極有可能導(dǎo)致井口設(shè)備的密封條件達(dá)不到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致在實(shí)際承壓情況下密封失效,從而引發(fā)生產(chǎn)事故。因此,很有必要開(kāi)發(fā)適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的井口裝置高壓氣密封試驗(yàn)技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于改善井口裝置的安全狀態(tài),降低油氣田因井口泄漏問(wèn)題導(dǎo)致的整改費(fèi)用,消除安全生產(chǎn)隱患,避免安全事故的發(fā)生具有十分重要的意義。

        然而,由于高壓井口裝置的現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)時(shí)采用的最高試驗(yàn)壓力通常為井口裝置額定壓力的1.5倍,壓力極高,試驗(yàn)過(guò)程的危險(xiǎn)性較大,加之國(guó)內(nèi)開(kāi)展井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)的歷史較短,積累的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資料十分有限,使該試驗(yàn)過(guò)程的安全保障面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文結(jié)合高壓井口設(shè)備氣密封試驗(yàn)系統(tǒng)的裝置與工藝特點(diǎn),系統(tǒng)分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程的危險(xiǎn)及有害因素,通過(guò)建立井口設(shè)備高壓氣密封試驗(yàn)事故樹(shù),分析試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)致爆炸的主要因素,為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)制定安全防范技術(shù)措施提供依據(jù)。

        1 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)簡(jiǎn)介

        井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖1所示。試驗(yàn)采用不易發(fā)生體積變化和化學(xué)反應(yīng)的氮?dú)庾鳛樵噳簹怏w。試驗(yàn)原理為:首先由空壓機(jī)產(chǎn)生低壓空氣,低壓空氣經(jīng)過(guò)干燥、凈化后進(jìn)入制氮系統(tǒng),用于制氮系統(tǒng)產(chǎn)生試驗(yàn)用的低壓氮?dú)猓蝗缓?,制氮系統(tǒng)產(chǎn)生的低壓氮?dú)饨?jīng)過(guò)中壓增壓系統(tǒng)增壓,經(jīng)增壓后的氮?dú)饨?jīng)過(guò)中壓氮?dú)馄康木彌_,進(jìn)入高壓氮?dú)庠鰤合到y(tǒng),經(jīng)其增壓后提供試驗(yàn)所需的高壓氮?dú)?;最后,利用高壓氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)產(chǎn)生的高壓氮?dú)鈱?duì)采油(氣)樹(shù)進(jìn)行氣密封試驗(yàn),同時(shí)運(yùn)用查漏設(shè)備對(duì)試驗(yàn)的井口裝置進(jìn)行氣體泄漏監(jiān)測(cè)。

        圖1 現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)原理

        井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)主要包括布置、檢查、安裝、系統(tǒng)調(diào)試、水壓檢測(cè)、氣密封試驗(yàn)等幾個(gè)環(huán)節(jié)[2]。其試驗(yàn)過(guò)程是:布置好設(shè)備并檢查完畢后,利用試壓管線將氣密封試驗(yàn)系統(tǒng)和待試壓工件連接好;待系統(tǒng)調(diào)試好,水壓檢測(cè)合格后,開(kāi)始?xì)饷芊庠囼?yàn);當(dāng)氣密封試驗(yàn)壓力達(dá)到設(shè)定值后,穩(wěn)壓查漏;穩(wěn)壓完成后,泄壓結(jié)束氣密封試驗(yàn)。井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)流程如圖2所示。井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)最高的試驗(yàn)壓力可高達(dá)210 MPa,危險(xiǎn)性極高,因此在進(jìn)行試驗(yàn)前有必要先進(jìn)行水壓檢測(cè),水壓檢測(cè)合格后才可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)。

        圖2 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)流程

        2 現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)危險(xiǎn)及有害因素分析

        井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)中存在的主要危險(xiǎn)源為高壓井口裝置、高壓氮?dú)庠鰤貉b置、中壓氮?dú)怃撈?、中壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饩彌_罐、空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐。這些危險(xiǎn)源潛在的危險(xiǎn)性主要表現(xiàn)在,一旦這些設(shè)備發(fā)生物理爆炸將可能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。導(dǎo)致爆炸發(fā)生的主要因素有超壓、設(shè)備缺陷、泄放裝置失效、操作人員操作失誤、監(jiān)控系統(tǒng)失靈等。主要危險(xiǎn)源及其危險(xiǎn)等級(jí)如表1所示。其中A級(jí)為特別危險(xiǎn),B級(jí)為高度危險(xiǎn),C級(jí)為一般危險(xiǎn)。特別危險(xiǎn)是指爆炸后會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的危險(xiǎn)。高度危險(xiǎn)是指爆炸后會(huì)造成較為嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的危險(xiǎn)。一般危險(xiǎn)是指爆炸后會(huì)造成較小危害的危險(xiǎn)[3]。危險(xiǎn)等級(jí)劃分所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為《爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所安全規(guī)定》。其規(guī)定了操作壓力大于100 MPa為A級(jí),操作壓力大于10 MPa小于100 MPa為B級(jí),操作壓力大于2.5 MPa小于10 MPa為C級(jí)。

        表1 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)危險(xiǎn)源等級(jí)劃分

        井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)中存在的主要危險(xiǎn)及危害因素如下:

        1) 物理爆炸傷害 由于井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)最高試驗(yàn)壓力可達(dá)到210 MPa的超高壓,所以試驗(yàn)過(guò)程極度危險(xiǎn),有可能因?yàn)樵O(shè)備缺陷、系統(tǒng)故障、操作失誤、泄壓裝置失靈等原因造成井口裝置超壓爆炸,從而威脅到人員和設(shè)備的安全。試驗(yàn)中潛在的主要物理爆炸危險(xiǎn)因素有:井口裝置爆炸、中壓氮?dú)怃撈拷M爆炸、儲(chǔ)氣罐爆炸、氮?dú)饩彌_罐爆炸。

        2) 觸電傷害 由于試驗(yàn)所面臨的實(shí)際井場(chǎng)條件千差萬(wàn)別,有些老井場(chǎng)布滿了各種高壓電線,在氣密封試驗(yàn)過(guò)程中,與帶電體距離過(guò)近或者觸碰到高壓電線,都可能導(dǎo)致觸電傷亡事故的發(fā)生。因此在試驗(yàn)過(guò)程中,要避免與帶電體接觸過(guò)近或觸碰高壓電線,尤其吊裝作業(yè)更要格外注意。

        3) 車輛傷害 在試驗(yàn)過(guò)程中,試驗(yàn)井場(chǎng)有多種車輛的活動(dòng)。由于受井場(chǎng)的地形條件、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)時(shí)的氣候條件以及人的心理狀態(tài)等多種因素的影響,容易發(fā)生車輛翻倒、碰撞、碾壓、撞人等事故。

        4) 噪聲危害 在氣密封試驗(yàn)過(guò)程中,由于空壓機(jī)、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)庠鰤貉b置等運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生噪聲,可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員造成噪聲傷害。

        井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)中,危險(xiǎn)、危害因素及其產(chǎn)生的原因、后果和采取的控制措施如表2所示。

        表2 危險(xiǎn)和危害因素分析

        續(xù)表2

        3 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)分析

        導(dǎo)致爆炸事故的各相關(guān)事件符號(hào)如表3。通過(guò)分析建立的井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)如圖3所示。

        表3 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)符號(hào)含義

        圖3 井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)

        依據(jù)所建立的事故樹(shù),采用布爾代數(shù)可建立事故樹(shù)各事件之間的邏輯關(guān)系,即

        由此,可得井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)的最小割集為

        顯然,井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)有27個(gè)“最小割集”,含15個(gè)基本分析單元。根據(jù)事故樹(shù)原理,表明井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸有27種可能途徑,只要任何一個(gè)最小割集中的基本事件全部發(fā)生,就會(huì)導(dǎo)致井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸?;臼录i的危險(xiǎn)割集總數(shù)計(jì)算公式為

        結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的計(jì)算公式為

        由此可計(jì)算出井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為

        顯然,X5(增壓控制系統(tǒng)故障)、X6(壓力傳感器故障)、X7(未及時(shí)正確地停止增壓)、X8(未注意到超壓)的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)最大,是導(dǎo)致井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸的最重要條件;X12(缺陷探測(cè)設(shè)備故障)、X13(自動(dòng)泄壓設(shè)備故障)、X14(操作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常)、X15(操作人員未及時(shí)啟動(dòng)泄放裝置)的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)位于第二。

        4 結(jié)論

        1) 井口設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)高壓氣密封試驗(yàn)的主要危險(xiǎn)源為高壓井口裝置、高壓氮?dú)庠鰤貉b置、中壓氮?dú)怃撈?、中壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)饩彌_罐和儲(chǔ)氣罐等,是試驗(yàn)過(guò)程中防止物理爆炸的重點(diǎn)防護(hù)部位。

        2) 系統(tǒng)分析表明:井口設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)高壓氣密封試驗(yàn)過(guò)程的主要危險(xiǎn)有害因素有物理爆炸、觸電、車輛事故和噪聲傷害等。本文分析了導(dǎo)致對(duì)應(yīng)事故的原因,提出了危險(xiǎn)因素的控制措施。

        3) 建立了井口設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)高壓氣密封試驗(yàn)爆炸事故樹(shù),得出了最小割集;對(duì)事故樹(shù)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析表明:增壓控制系統(tǒng)故障、壓力傳感器故障、未及時(shí)正確地停止增壓和未注意到超壓,是導(dǎo)致井口裝置現(xiàn)場(chǎng)氣密封試驗(yàn)爆炸的最重要條件,為試驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)防范的內(nèi)容。

        [1] 楊小平,張建成,尤蔚,等.采氣井口裝置自動(dòng)化氣密封試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(5):109-112.

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        Fault Tree Analysis of High Pressure Seal Field Test for Wellhead Equipment

        WENG Wei-dong1,LI Zhi-kun2,F(xiàn)AN Jian-chun2,LI Jia-ling1
        (1.SJ Petroleum Machinery Co.,Jingzhou 434024,China;2.China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,China)

        Carrying out the high pressure gas seal field?test for wellhead equipment is of great significance for the safety of equipment operations.According to the devices and process characteristics of the wellhead equipment high pressure seal test system,the wellhead equipment high pressure seal test fault tree was established based on analyzing the hazard factors of the whole test process systematically.The main affecting factors inducing explosion was also analyzed.The above work laid a foundation for providing reasonable prevention system.

        wellhead equipment;high pressure gas seal test;risk analysis;fault tree

        TE931.1

        A

        10.3969/j.issn.1001-3842.2014.07.013

        1001-3482(2014)07-0050-05

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