YL區(qū)塊某探井淺層氣危害評(píng)估

吳小龍　陳昭日　毛煉　羅衡

1.YL區(qū)塊環(huán)境工況

1.1 地層參數(shù)

水深：2021m;淺層氣儲(chǔ)層位置：2900米;淺層氣面積：16Km2;淺層氣厚度：12m;地層壓力梯度：1.0;井眼尺寸：26in（66cm）;無(wú)隔水導(dǎo)管，26in鉆進(jìn)至3174m。

1.2 海流剖面

表1和圖1為瓊東南海域2010年01月最大海流出現(xiàn)時(shí)刻海流剖面特征。結(jié)果顯示：瓊東南海域表層海流流速最大值可以達(dá)到1.6m/s，該流速與數(shù)值模擬所得到的瓊東南海域表層流速在20年重現(xiàn)期的極值流速十分接近。表層海流主要受季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)和大尺度環(huán)流的影響。海洋內(nèi)波對(duì)次表層海流具有重要影響，中層和深層海流主要受大尺度環(huán)流的影響。

1.3 淺層氣體瞬態(tài)流速

假定淺層氣體由井口泄露，氣體在井口處可達(dá)臨界流，此時(shí)淺層氣在井口的瞬時(shí)泄露速率采用公式

（1）

式中為淺層氣體的速率，Kg/s;D為井眼尺寸，mm;P為地層壓力，kpa;M為介質(zhì)分子量;T為介質(zhì)輸送溫度，

2.氣體可燃性評(píng)估

表2所示的甲烷與空氣混合的爆炸極限為5.3%～14%（GB T 12474-1990）?？扇夹曰旌衔锬軌虬l(fā)生爆炸的最低體積分?jǐn)?shù)和最高體積分?jǐn)?shù)，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時(shí)亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限體積分?jǐn)?shù)時(shí)，既不爆炸，也不著火。這是由于前者的可燃物體積分?jǐn)?shù)不夠，過(guò)量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延;而后者則是空氣不足，導(dǎo)致火焰不能蔓延的緣故。利用流體計(jì)算模型可以計(jì)算出淺層體積在海水中的體積分?jǐn)?shù)，當(dāng)淺層氣產(chǎn)量為50萬(wàn)方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時(shí)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)分別為0、0、1.5%、2.1%;當(dāng)淺層氣產(chǎn)量為100萬(wàn)方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時(shí)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)分別為0、0.9%、2.9%、4.1%;當(dāng)淺層氣產(chǎn)量為150萬(wàn)方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時(shí)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)分別為1.5%、2%、4.3%、6.3%;當(dāng)淺層氣產(chǎn)量為200萬(wàn)方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時(shí)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)分別為1.2%、3.8%、6.7%、10.27%。由可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸界限可知，不考慮海洋風(fēng)載荷的情況下，當(dāng)海洋流速0m/s，淺層氣體產(chǎn)量為150萬(wàn)方/天和200萬(wàn)方/天時(shí)，淺層氣體體積分?jǐn)?shù)超過(guò)了甲烷在空氣中的爆炸界限;當(dāng)海洋流速0.1m/s時(shí)，淺層氣體產(chǎn)量為200 萬(wàn)方/天，淺層氣體體積分?jǐn)?shù)也超過(guò)了甲烷在空氣中的爆炸界限。因此，當(dāng)海洋流速0m/s、0.1m/s時(shí)，淺層氣體產(chǎn)量為200萬(wàn)方/天時(shí)，海洋鉆井平臺(tái)的安全性受到淺層氣體擴(kuò)散的威脅。當(dāng)海洋流速0.1m/s時(shí)，淺層氣體產(chǎn)量為150萬(wàn)方/天時(shí)，海洋鉆井平臺(tái)的安全性受到淺層氣體擴(kuò)散的威脅。

3.氣體擴(kuò)散區(qū)域

由計(jì)算流體模型的計(jì)算結(jié)果可以得到氣體擴(kuò)散穩(wěn)態(tài)階段淺層氣體的擴(kuò)散范圍，如下圖21所示（如圖所示白色分界線表示淺層氣體擴(kuò)散時(shí)，氣體體積分?jǐn)?shù)大于3%的區(qū)域）。圖中200-0、200-0.1、200-0.2和200-0.3分別代表淺層氣體產(chǎn)量200萬(wàn)方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s和0.3m/s時(shí)，淺層氣體的擴(kuò)散范圍;由圖可知，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時(shí)，平臺(tái)附近有一定體積分?jǐn)?shù)的淺層氣體，其體積分?jǐn)?shù)為10.2%和6.3%，均超過(guò)甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺(tái)生產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時(shí)，平臺(tái)中心200m和400m內(nèi)淺層氣氣體體積分?jǐn)?shù)為0，氣體擴(kuò)散不影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。

4.結(jié)論

（1）當(dāng)淺層氣體產(chǎn)量為200萬(wàn)方/天，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時(shí)，平臺(tái)附近有一定體積分?jǐn)?shù)的淺層氣體，其體積分?jǐn)?shù)為10.2%和6.3%，均超過(guò)甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺(tái)生產(chǎn)安全受到威脅;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時(shí)，平臺(tái)中心200m和400m內(nèi)淺層氣氣體體積分?jǐn)?shù)為0，氣體擴(kuò)散不影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。

（2）當(dāng)淺層氣體產(chǎn)量150萬(wàn)方/天，海洋流速0m/s時(shí)，平臺(tái)附近氣體體積分?jǐn)?shù)均超過(guò)甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺(tái)生產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅;淺層氣體產(chǎn)量150萬(wàn)方/天，海洋流速0.1m/s時(shí)，平臺(tái)附近氣體體積分?jǐn)?shù)未超過(guò)甲烷混合空氣的爆炸極限，氣體擴(kuò)散不影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.2 m/s和0.3 m/s時(shí)，平臺(tái)中心100m和600m附近淺層氣氣體體積分?jǐn)?shù)為0，氣體擴(kuò)散不影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。

（3）當(dāng)淺層氣體產(chǎn)量50萬(wàn)方/天，海流速度為0 m/s時(shí)，平臺(tái)附近有一定體積分?jǐn)?shù)的淺層氣體，其體積分?jǐn)?shù)為1.5%;隨著海流速度的繼續(xù)增加至0.1m/s、0.2 m/s和0.3 m/s時(shí)，鉆井平臺(tái)附近氣體體積分?jǐn)?shù)為0。因此，當(dāng)淺層氣體產(chǎn)量50萬(wàn)方/天時(shí)，氣體擴(kuò)散不會(huì)影響平臺(tái)的安全生產(chǎn)。

（5）當(dāng)淺層氣氣體產(chǎn)量50萬(wàn)方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時(shí)，淺層氣氣體上竄至海面的時(shí)間分別為610s、573s、502s和470s;當(dāng)淺層氣氣體產(chǎn)量100萬(wàn)方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時(shí)，淺層氣氣體上竄至海面的時(shí)間分別為327s、286s、243s和216s;當(dāng)淺層氣氣體產(chǎn)量150萬(wàn)方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時(shí)，淺層氣氣體上竄至海面的時(shí)間分別為230s、182s、157s和136s;當(dāng)淺層氣氣體產(chǎn)量200萬(wàn)方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時(shí)，淺層氣氣體上竄至海面的時(shí)間分別為173s、137s、114s和98s。