基于事故樹(shù)模型的井噴事故原因分析及預(yù)防對(duì)策

阮存壽

川慶長(zhǎng)慶監(jiān)督公司安全環(huán)保監(jiān)測(cè)研究所（陜西 西安 710021）

隨著政府強(qiáng)力推進(jìn)“藍(lán)天計(jì)劃”等能源發(fā)展新戰(zhàn)略，明確提出將天然氣培育成中國(guó)現(xiàn)代能源體系的主體能源，天然氣的勘探開(kāi)發(fā)明顯提速。同時(shí)，經(jīng)歷重慶開(kāi)縣“12.23”特大井噴事故之后，社會(huì)各方與各大油氣鉆探企業(yè)都非常重視天然氣鉆井的井控工作，尤其是高含硫氣井的鉆井，其井控事故的管控更是大型油氣鉆探企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。以往對(duì)井噴事故的分析，局限于對(duì)特定場(chǎng)景、特定情況下井噴事故的分析，缺少輻射性，這樣一般只能解決局部、單一的問(wèn)題，不能完整分析井噴事故發(fā)生的全部致因，從而在石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中很難完全避免井噴事故的再次發(fā)生。運(yùn)用事故樹(shù)分析方法，結(jié)合石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中典型的井噴事故案例，科學(xué)全面地分析引起井噴事故的各類(lèi)原因，并制定有效的預(yù)防措施，為石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)企業(yè)井噴事故的安全預(yù)防提供科學(xué)、有效的依據(jù)，以避免和預(yù)控井噴事故的發(fā)生。

1 天然氣鉆井井噴事故的事故樹(shù)分析

1.1 事故樹(shù)分析方法簡(jiǎn)介

事故樹(shù)分析法是從結(jié)果到原因找出事故發(fā)生各因素間的因果關(guān)系和邏輯關(guān)系的系統(tǒng)分析方法，也稱(chēng)為故障樹(shù)分析法。這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的事故與導(dǎo)致事故發(fā)生的各原因間的邏輯關(guān)系用事故樹(shù)的樹(shù)形圖表示，通過(guò)對(duì)事故樹(shù)的定性與定量分析，找出事故發(fā)生的主要原因，為確定對(duì)策提供依據(jù)，以預(yù)測(cè)與預(yù)防事故的發(fā)生。

1.2 井噴事故樹(shù)模型的建立

按照事故樹(shù)分析法，把井噴事故作為頂上事件。通過(guò)查找相關(guān)資料以及收集的典型井噴事故案例，對(duì)井噴事故發(fā)生的原因由上至下，一級(jí)級(jí)找出中間事件和基本事件。通過(guò)層層分析，根據(jù)基本事件和中間事件找出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的邏輯聯(lián)系，建立井噴事故樹(shù)，最終確定導(dǎo)致井噴事故發(fā)生的13個(gè)中間事件和20個(gè)基本事件。井噴事故樹(shù)見(jiàn)圖1，中間事件及基本事件描述見(jiàn)表1、表2。

表1 井噴事故中間事件統(tǒng)計(jì)

表2 井噴事故基本事件統(tǒng)計(jì)

1.3 井噴事故樹(shù)的定性分析

對(duì)引起井噴事故的基本事件在天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)事故隱患中所占概率，因未查詢(xún)到相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)井噴事故樹(shù)做定量分析，因此從井噴事故發(fā)生路徑即最小割集、井噴事故防控對(duì)策即最小徑集、井噴事故基本事件的結(jié)構(gòu)重要度3個(gè)方面對(duì)井噴事故樹(shù)做定性分析。

1.3.1 最小割集計(jì)算與井噴事故發(fā)生路徑分析

由井噴事故樹(shù)圖（圖1）可知，造成井噴事故發(fā)生的中間事件有13個(gè)、基本事件有20個(gè)，分別用M1，M2，…，M12，M13，X1，X2，…，X19，X20表示。按照井噴事故樹(shù)圖（圖1），運(yùn)用事故樹(shù)中的布爾代數(shù)列式計(jì)算，即可求出井噴事故的最小割集：

根據(jù)布爾代數(shù)化簡(jiǎn)展開(kāi)，共得81組割集，均為最小割集。分別為:

每一個(gè)最小割集就是井噴事故發(fā)生的一條路徑，即有81條路徑會(huì)導(dǎo)致天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的發(fā)生。由此可見(jiàn)，在天然氣勘探開(kāi)發(fā)作業(yè)過(guò)程中，預(yù)防井噴事故至關(guān)重要。由于針對(duì)井噴事故發(fā)生路徑進(jìn)行防控“費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)”，效果不佳，將利用事故樹(shù)最小徑集，找出預(yù)防頂上事件及井噴事故發(fā)生的最優(yōu)方案。

1.3.2 最小徑集計(jì)算與井噴事故預(yù)防路徑分析

在事故樹(shù)中，使頂上事件不發(fā)生的基本事件的集合稱(chēng)為徑集，不引起頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合稱(chēng)為最小徑集，最小徑集是保證頂事件不發(fā)生的充分必要條件。

根據(jù)布爾代數(shù)化簡(jiǎn)展開(kāi)，成功樹(shù)的最小割集共有3組，即得到井噴事故樹(shù)的最小徑集，分別為：

每一個(gè)最小徑集就是井噴事故的一條預(yù)防對(duì)策，因此有3種方案可有效預(yù)防井噴事故的發(fā)生。同時(shí)通過(guò)比對(duì)基本事件的個(gè)數(shù)、技術(shù)上的難易程度、時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，進(jìn)一步分析井噴事故樹(shù)的3個(gè)最小徑集，分析結(jié)果如下：

最小徑集P2由共9個(gè)基本事件組成，其目的是為了達(dá)到（即井筒靜液柱壓力不小于地層壓力），技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)中也可實(shí)施，故此條預(yù)防路徑可作為井噴事故的預(yù)防對(duì)策之一。

最小徑集P3由共10個(gè)基本事件組成，其目的是為了達(dá)到（即發(fā)生井噴時(shí)能控制住井口），技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)鉆井作業(yè)中也可實(shí)施，故此條預(yù)防路徑也可作為井噴事故的預(yù)防對(duì)策之一。

1.3.3 井噴事故樹(shù)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析

事故樹(shù)中各基本事件對(duì)頂上事件影響程度不同。從事故樹(shù)分析各基本事件的重要度，或假定各基本事件發(fā)生概率相等的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件發(fā)生的影響程度，叫結(jié)構(gòu)重要度，一般采用近似判別式計(jì)算基本事件結(jié)構(gòu)重要度，計(jì)算公式如下：

式中I（i）表示第i 個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；nj-1為第i 個(gè)基本事件所在Kj的基本事件總數(shù)減1。

據(jù)此，計(jì)算出井噴事故基本事件的結(jié)構(gòu)重要度：

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，若不考慮基本事件發(fā)生的概率，僅從基本事件在事故樹(shù)結(jié)構(gòu)中所占的地位來(lái)分析，基本事件X1最重要;其次是基本事件X4；次之是基本事件X2、X3、X5、X6、X8、X9、X10、X11、X12、X15、X16、X17、X18、X19、X20；再次是基本事件X7；然后是基本事件X13；最不重要的是基本事件X14。在針對(duì)基本事件進(jìn)行措施改進(jìn)時(shí)，可按照結(jié)構(gòu)重要度的重要程度順序，逐一改進(jìn)。

圖1 井噴事故樹(shù)圖

2 天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的防控措施

天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的發(fā)生是人的不安全行為、井控裝備的不安全狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)井控管理缺陷及自然地質(zhì)條件不良等方面共同作用的結(jié)果。因此，基于上述的事故樹(shù)分析，分別從井控裝備管理、井控能力培訓(xùn)提升、井控問(wèn)題整改銷(xiāo)項(xiàng)等方面提出預(yù)防天然氣現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的事故防控措施。

2.1 井控裝備管理方面的防控措施

1)推行井控設(shè)備設(shè)施的完整性管理，堅(jiān)持井控設(shè)備到期報(bào)廢制度，杜絕超期使用。

2)強(qiáng)化井控裝備的檢維修工作，抓好井控裝備的檢測(cè)工作，確保出廠合格率達(dá)到100%。

3)抓好井控車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)巡檢服務(wù)制度的落實(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場(chǎng)井控裝備存在的問(wèn)題。

4)嚴(yán)格執(zhí)行井控裝備安裝維護(hù)和試壓標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的日常檢查、維護(hù)、保養(yǎng)與正確使用，嚴(yán)禁井控裝備“帶病”運(yùn)行。

5)強(qiáng)化井控坐崗制度的落實(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)溢流檢測(cè)裝備的日常維護(hù)保養(yǎng)、調(diào)校，充分發(fā)揮其功效。

2.2 井控能力培訓(xùn)提升方面的防控措施

1）結(jié)合工藝技術(shù)改進(jìn)、井控風(fēng)險(xiǎn)變化，提高井控培訓(xùn)的針對(duì)性、實(shí)用性、有效性。對(duì)隊(duì)長(zhǎng)、技術(shù)員、安全監(jiān)督等井控管理人員及司鉆、坐崗工等關(guān)鍵崗位人員實(shí)施分級(jí)培訓(xùn)，使其掌握井控裝備安裝維護(hù)、溢流發(fā)現(xiàn)、井控應(yīng)急等方面的知識(shí)技能。

2)強(qiáng)化作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的井控演習(xí)演練，提高崗位、班組、隊(duì)伍“黃金三分鐘”控制井口的執(zhí)行能力、實(shí)戰(zhàn)能力。

2.3 井控問(wèn)題整改銷(xiāo)項(xiàng)方面的防控措施

1)以發(fā)現(xiàn)的井控問(wèn)題為導(dǎo)向，查找井控過(guò)程管理中存在的短板，追溯問(wèn)題發(fā)生的深層次原因，制定整改銷(xiāo)項(xiàng)措施，不斷改進(jìn)井控管理工作。

2)嚴(yán)格井控問(wèn)題的整改閉環(huán)，對(duì)監(jiān)督巡查、井控檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要舉一反三，分析原因，制定糾正預(yù)防措施，消除井控問(wèn)題屢查屢改屢犯的頑疾。

3)定期開(kāi)展井控重復(fù)問(wèn)題（如井控裝備功能性失效）、重點(diǎn)問(wèn)題（如員工不會(huì)坐崗）的專(zhuān)項(xiàng)治理，進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)井控的薄弱環(huán)節(jié)，提高鉆井現(xiàn)場(chǎng)井控防范能力。

3 結(jié)論

1）通過(guò)建立天然氣鉆井井噴事故樹(shù)模型，運(yùn)用事故樹(shù)分析法，從最小割集、最小徑集、基本事件的結(jié)構(gòu)重要度3方面對(duì)井噴事故樹(shù)作定性分析。通過(guò)定性分析得知，井噴事故樹(shù)的最小割集有81組，即有81條路徑會(huì)導(dǎo)致天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的發(fā)生；最小徑集3組，即有3種方案可有效預(yù)防井噴事故的發(fā)生。進(jìn)一步分析得出天然氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)有兩條預(yù)防路徑可有效預(yù)防井噴事故的發(fā)生；通過(guò)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序，指出現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)基本事件進(jìn)行改進(jìn)措施時(shí)，可按照重要程度順序，逐一改進(jìn)。

2）基于事故樹(shù)分析，分別從井控裝備管理和井控能力培訓(xùn)提升、井控問(wèn)題整改銷(xiāo)項(xiàng)等3方面提出預(yù)防天然氣現(xiàn)場(chǎng)井噴事故的事故防控措施，為現(xiàn)場(chǎng)的鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控及安全管理工作提供有效的依據(jù)。