基于HAZOP分析法的鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李環(huán) 韓松

(重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院，重慶 401331)

石油埋藏在幾百米、幾千米甚至上萬(wàn)米的背斜或斷層構(gòu)造的地層中，因此，在勘探油氣儲(chǔ)藏和開(kāi)采油氣都必須通過(guò)鉆井工程建立地面和油氣儲(chǔ)層之間的通道。所以，石油鉆井工程是整個(gè)石油工程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。但是由于鉆井過(guò)程涉及到地下復(fù)雜情況、機(jī)械操作、有毒有害氣體、易燃易爆物品的管理等，再加上鉆井工程的周期漫長(zhǎng)，因此鉆井工程是一項(xiàng)十分危險(xiǎn)的工作。

危險(xiǎn)可操作性分析(HAZOP)是目前國(guó)外盛行，國(guó)內(nèi)大力推廣的風(fēng)險(xiǎn)定性方法。它主要是通過(guò)分析裝置元件在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的偏差的原因及可能造成的后果，并提出防治措施的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。因此，將HAZOP分析法應(yīng)用于石油鉆井工程中就可找出所有可能的偏差及其原因，并尋求預(yù)防措施以減少偏差，消除可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，從而保障人員和設(shè)備的安全。

1 危險(xiǎn)可操作性分析(HAZOP)

HAZOP是一項(xiàng)團(tuán)隊(duì)工作，采用頭腦風(fēng)暴法進(jìn)行分析工藝中可能存在的各種情況，因此就需要HAZOP分析小組的成員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，一般為5～7人，其中包括工藝工程師、設(shè)備工程師、儀表工程師、班組長(zhǎng)和安全工程師。進(jìn)行HAZOP分析就需要對(duì)引導(dǎo)詞、工藝參數(shù)、節(jié)點(diǎn)劃分和分析的程序有所了解。

1.1 HAZOP引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)

由于HAZOP分析是建立在參數(shù)偏差的基礎(chǔ)上，為了更好的分析工藝過(guò)程的偏差，HAZOP分析法規(guī)定了一套關(guān)鍵詞，偏差=引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)。常用的HAZOP引導(dǎo)詞及其意義見(jiàn)表1。

表1 HAZOP引導(dǎo)詞及其意義

常見(jiàn)的工藝參數(shù)包括密度、壓力、溫度、PH值、液位、速度、流量等，例如More+Pressure=壓力過(guò)高。通過(guò)這個(gè)引導(dǎo)詞的偏差就可找到工藝過(guò)程中的偏差。

1.2 HAZOP分析節(jié)點(diǎn)的劃分

由于各種生產(chǎn)工藝往往是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，為了簡(jiǎn)化HAZOP研究過(guò)程的復(fù)雜性，可以將工業(yè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)能實(shí)現(xiàn)某些特定功能的節(jié)點(diǎn)。常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)如鍋爐，泵，管線等。

1.3 HAZOP分析流程

HAZOP分析流程見(jiàn)圖1。

圖1 HAZOP分析流程

在工業(yè)節(jié)點(diǎn)劃分之后，小組成員對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行討論，分析其可能的原因、后果以及防治措施［1］。

2 石油鉆井作業(yè)的HAZOP分析

2.1 鉆井作業(yè)簡(jiǎn)介

目前石油鉆井大都是采用旋轉(zhuǎn)鉆井法，而且頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)將逐步取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)。石油鉆井主要是將旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和起身系統(tǒng)直接用于鉆井生產(chǎn)。頂驅(qū)鉆機(jī)及其相關(guān)設(shè)備是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)著井下鉆柱和鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)從而破碎巖石。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由泥漿泵、高壓管匯、水龍帶、震動(dòng)篩、離心機(jī)除泥器、除砂器、除氣器、泥漿池等設(shè)備構(gòu)成。配好的鉆井液通過(guò)水龍帶進(jìn)入鉆桿到地下，再通過(guò)環(huán)形空間返回地面，經(jīng)過(guò)一系列的凈化和調(diào)配再進(jìn)入地下形成循環(huán)。鉆井液的主要作用是平衡地層壓力、攜帶巖屑。起升系統(tǒng)主要是為了起下鉆具、下套管和換鉆頭。它是由絞車(chē)、天車(chē)、游車(chē)、鋼絲繩和井架構(gòu)成。井下的設(shè)備主要是鉆頭和鉆柱，其通過(guò)自身重力對(duì)巖石施加鉆壓，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)破碎巖石，從而達(dá)到鉆井的目的［2］。

2.2 節(jié)點(diǎn)的劃分

根據(jù)上述鉆井機(jī)械系統(tǒng)的獨(dú)立性、各系統(tǒng)之間的聯(lián)系及其實(shí)現(xiàn)的功能的傳輸均以鉆井液循環(huán)為紐帶，將鉆井工藝簡(jiǎn)化為5個(gè)節(jié)點(diǎn)即泥漿泵、頂驅(qū)、鉆柱、鉆頭和泥漿池，如圖2所示。

2.3 HAZOP偏差實(shí)例分析

以起鉆速度為例進(jìn)行HAZOP分析。起鉆是操作工人通過(guò)控制室操作頂驅(qū)的起升帶動(dòng)鉆柱的上升，再將上部的鉆桿取下，然后再次的下放頂驅(qū)重復(fù)起鉆的過(guò)程，因此起鉆速度是屬于頂驅(qū)和鉆柱共同所屬的節(jié)點(diǎn)。起鉆速度過(guò)慢(less+起鉆速度)只影響鉆井作業(yè)的工作進(jìn)度，對(duì)安全沒(méi)有影響。起鉆速度過(guò)快(more+起鉆速度)會(huì)導(dǎo)致激動(dòng)壓力過(guò)大，從而壓迫鉆井液流向地層引發(fā)井漏;或者產(chǎn)生抽吸效益，使地層流體流向環(huán)形空間產(chǎn)生溢流;也有可能失控導(dǎo)致防噴器、鉆頭等設(shè)備的損壞。導(dǎo)致起鉆速度過(guò)快的原因主要是操作工的操作失誤或者是設(shè)備故障導(dǎo)致的，防治措施主要是加強(qiáng)對(duì)員工的培訓(xùn)，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維修，更換新的設(shè)備，購(gòu)買(mǎi)和安裝鉆柱限位裝置。如果起鉆的速度為零(none+起鉆速度)，則可能是由于出現(xiàn)卡鉆，如果繼續(xù)起升就很有可能導(dǎo)致鉆柱的斷裂，防治措施是一旦出現(xiàn)提不動(dòng)鉆柱的情況立即停止作業(yè)，分析卡鉆的原因和類(lèi)型選擇不同的解卡措施，如活動(dòng)解卡、震擊解卡及酸化解卡等。

圖2 鉆井作業(yè)節(jié)點(diǎn)的劃分

2.4 鉆井作業(yè)的HAZOP分析表

根據(jù)所劃分的節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)關(guān)鍵變量可能的偏差進(jìn)行剖析，分析其原因、后果以及防治措施，然后建立HAZOP分析表如表2所示(不具有風(fēng)險(xiǎn)的偏差省去)。

3 HAZOP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

使用HAZOP分析法分析鉆井作業(yè)中的各種偏差及其可能導(dǎo)致的后果，但還缺少一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)大小的評(píng)估過(guò)程。通常認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是事故發(fā)生的概率和事故的嚴(yán)重度的乘積，根據(jù)這個(gè)理念從而產(chǎn)生了風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析法。

3.1 6×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣

事故往往是由于多種原因?qū)е碌模虼耸鹿实陌l(fā)生概率也是通過(guò)基本事件的概率計(jì)算出來(lái)的，事實(shí)上基本事件的發(fā)生概率往往很難統(tǒng)計(jì)出來(lái)，這樣就導(dǎo)致了風(fēng)險(xiǎn)矩陣法不易操作，因此需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行改進(jìn)。

表2 HAZOP分析表

雖然事故發(fā)生的概率我們無(wú)從得知，但是可以統(tǒng)計(jì)出某個(gè)事故在一定時(shí)間內(nèi)某個(gè)行業(yè)和某個(gè)單位發(fā)生的次數(shù)，這樣就可以判斷出該事故發(fā)生的幾率。這里將事故發(fā)生的幾率分為5個(gè)等級(jí)即:在行業(yè)內(nèi)從未發(fā)生過(guò);在行業(yè)內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過(guò);在單位發(fā)生過(guò);每年單位發(fā)生過(guò)多次;每年單位某個(gè)區(qū)域發(fā)生過(guò)多次。

事故造成后果的嚴(yán)重度比較容易判斷，這里將事故的嚴(yán)重度分為6個(gè)等級(jí):

①不能造成人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境和公眾影響。

②對(duì)人員造成輕微傷害，財(cái)產(chǎn)造成輕微損失，聲譽(yù)和環(huán)境造成輕微的影響。

③對(duì)人員造成較小傷害，財(cái)產(chǎn)造成小損失，聲譽(yù)和環(huán)境造成小影響。

④對(duì)人員造成重大傷害，局部財(cái)產(chǎn)損失，局部的環(huán)境損害，對(duì)聲譽(yù)造成很大的影響。

⑤造成一人死亡，財(cái)產(chǎn)的重大損失，重大環(huán)境影響，全國(guó)范圍內(nèi)的聲譽(yù)影響。

⑥造成多人死亡，財(cái)產(chǎn)特大損失，巨大的環(huán)境影響，國(guó)際上的聲譽(yù)影響。

根據(jù)事故的幾率等級(jí)和事故嚴(yán)重度等級(jí)建立6×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣，如圖3所示，其中None表示風(fēng)險(xiǎn)不需要采取措施，可以通過(guò)加強(qiáng)日常管理來(lái)加以改善;Opt表示應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)削減措施;Immed表示需要立即采取防護(hù)措施，風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的。

圖3 6×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

3.2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣應(yīng)用實(shí)例

井噴失控是鉆井作業(yè)中危害程度十分巨大的事故，可以引發(fā)火災(zāi)爆炸、H2S中毒等群死群傷二次事故，還對(duì)設(shè)備造成重大的損害，甚至整口井的報(bào)廢，因此井噴失控的傷害等級(jí)為⑥。如果某鉆井公司曾經(jīng)發(fā)生過(guò)井噴事故，可將井噴的幾率等級(jí)定為C級(jí)。因此，對(duì)照?qǐng)D3，井噴事故屬于 Immed，屬于不可接受的事故，需要時(shí)刻進(jìn)行井控工作，加強(qiáng)對(duì)員工的培訓(xùn)，注重HAZOP分析中可能導(dǎo)致溢流、井控失效的所有隱患的預(yù)防和消除，做好井噴失控的演練和逃生技巧。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)HAZOP分析法可以將鉆井過(guò)程中所有可能出現(xiàn)的偏差及其原因后果都分析出來(lái)，再結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而判斷是否采取措施，采取何種強(qiáng)度的措施，對(duì)保障鉆井作業(yè)的正常生產(chǎn)具有指導(dǎo)性的意義。

［1］徐剛.HAZOP分析指南［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2008.

［2］陳庭根，管志川.鉆井工程理論和技術(shù)［M］.北京:石油大學(xué)出版社，2006.