基于事故樹模型的井噴事故原因分析及預防對策

阮存壽

川慶長慶監(jiān)督公司安全環(huán)保監(jiān)測研究所（陜西 西安 710021）

隨著政府強力推進“藍天計劃”等能源發(fā)展新戰(zhàn)略，明確提出將天然氣培育成中國現代能源體系的主體能源，天然氣的勘探開發(fā)明顯提速。同時，經歷重慶開縣“12.23”特大井噴事故之后，社會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)重點關注的問題。以往對井噴事故的分析，局限于對特定場景、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發(fā)過程中很難完全避免井噴事故的再次發(fā)生。運用事故樹分析方法，結合石油天然氣勘探開發(fā)過程中典型的井噴事故案例，科學全面地分析引起井噴事故的各類原因，并制定有效的預防措施，為石油天然氣勘探開發(fā)企業(yè)井噴事故的安全預防提供科學、有效的依據，以避免和預控井噴事故的發(fā)生。

1 天然氣鉆井井噴事故的事故樹分析

1.1 事故樹分析方法簡介

事故樹分析法是從結果到原因找出事故發(fā)生各因素間的因果關系和邏輯關系的系統(tǒng)分析方法，也稱為故障樹分析法。這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的事故與導致事故發(fā)生的各原因間的邏輯關系用事故樹的樹形圖表示，通過對事故樹的定性與定量分析，找出事故發(fā)生的主要原因，為確定對策提供依據，以預測與預防事故的發(fā)生。

1.2 井噴事故樹模型的建立

按照事故樹分析法，把井噴事故作為頂上事件。通過查找相關資料以及收集的典型井噴事故案例，對井噴事故發(fā)生的原因由上至下，一級級找出中間事件和基本事件。通過層層分析，根據基本事件和中間事件找出導致頂上事件發(fā)生的邏輯聯系，建立井噴事故樹，最終確定導致井噴事故發(fā)生的13個中間事件和20個基本事件。井噴事故樹見圖1，中間事件及基本事件描述見表1、表2。

表1 井噴事故中間事件統(tǒng)計

表2 井噴事故基本事件統(tǒng)計

1.3 井噴事故樹的定性分析

對引起井噴事故的基本事件在天然氣鉆井現場事故隱患中所占概率，因未查詢到相關數據，無法對井噴事故樹做定量分析，因此從井噴事故發(fā)生路徑即最小割集、井噴事故防控對策即最小徑集、井噴事故基本事件的結構重要度3個方面對井噴事故樹做定性分析。

1.3.1 最小割集計算與井噴事故發(fā)生路徑分析

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

根據布爾代數化簡展開，共得81組割集，均為最小割集。分別為:

每一個最小割集就是井噴事故發(fā)生的一條路徑，即有81條路徑會導致天然氣鉆井現場井噴事故的發(fā)生。由此可見，在天然氣勘探開發(fā)作業(yè)過程中，預防井噴事故至關重要。由于針對井噴事故發(fā)生路徑進行防控“費時、費力、費錢”，效果不佳，將利用事故樹最小徑集，找出預防頂上事件及井噴事故發(fā)生的最優(yōu)方案。

1.3.2 最小徑集計算與井噴事故預防路徑分析

在事故樹中，使頂上事件不發(fā)生的基本事件的集合稱為徑集，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。

根據布爾代數化簡展開，成功樹的最小割集共有3組，即得到井噴事故樹的最小徑集，分別為：

每一個最小徑集就是井噴事故的一條預防對策，因此有3種方案可有效預防井噴事故的發(fā)生。同時通過比對基本事件的個數、技術上的難易程度、時間和經濟成本，進一步分析井噴事故樹的3個最小徑集，分析結果如下：

最小徑集P2由共9個基本事件組成，其目的是為了達到（即井筒靜液柱壓力不小于地層壓力），技術上可實現，現場鉆井作業(yè)中也可實施，故此條預防路徑可作為井噴事故的預防對策之一。

最小徑集P3由共10個基本事件組成，其目的是為了達到（即發(fā)生井噴時能控制住井口），技術上可實現，現場鉆井作業(yè)中也可實施，故此條預防路徑也可作為井噴事故的預防對策之一。

1.3.3 井噴事故樹基本事件的結構重要度分析

事故樹中各基本事件對頂上事件影響程度不同。從事故樹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)生對頂上事件發(fā)生的影響程度，叫結構重要度，一般采用近似判別式計算基本事件結構重要度，計算公式如下：

式中I（i）表示第i 個基本事件的結構重要度系數；nj-1為第i 個基本事件所在Kj的基本事件總數減1。

據此，計算出井噴事故基本事件的結構重要度：

由以上計算結果可以看出，若不考慮基本事件發(fā)生的概率，僅從基本事件在事故樹結構中所占的地位來分析，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。在針對基本事件進行措施改進時，可按照結構重要度的重要程度順序，逐一改進。

圖1 井噴事故樹圖

2 天然氣鉆井現場井噴事故的防控措施

天然氣鉆井現場井噴事故的發(fā)生是人的不安全行為、井控裝備的不安全狀態(tài)、現場井控管理缺陷及自然地質條件不良等方面共同作用的結果。因此，基于上述的事故樹分析，分別從井控裝備管理、井控能力培訓提升、井控問題整改銷項等方面提出預防天然氣現場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)推行井控設備設施的完整性管理，堅持井控設備到期報廢制度，杜絕超期使用。

2)強化井控裝備的檢維修工作，抓好井控裝備的檢測工作，確保出廠合格率達到100%。

3)抓好井控車間現場巡檢服務制度的落實，及時發(fā)現和解決現場井控裝備存在的問題。

4)嚴格執(zhí)行井控裝備安裝維護和試壓標準，加強現場的日常檢查、維護、保養(yǎng)與正確使用，嚴禁井控裝備“帶病”運行。

5)強化井控坐崗制度的落實，加強現場溢流檢測裝備的日常維護保養(yǎng)、調校，充分發(fā)揮其功效。

2.2 井控能力培訓提升方面的防控措施

1）結合工藝技術改進、井控風險變化，提高井控培訓的針對性、實用性、有效性。對隊長、技術員、安全監(jiān)督等井控管理人員及司鉆、坐崗工等關鍵崗位人員實施分級培訓，使其掌握井控裝備安裝維護、溢流發(fā)現、井控應急等方面的知識技能。

2)強化作業(yè)現場的井控演習演練，提高崗位、班組、隊伍“黃金三分鐘”控制井口的執(zhí)行能力、實戰(zhàn)能力。

2.3 井控問題整改銷項方面的防控措施

1)以發(fā)現的井控問題為導向，查找井控過程管理中存在的短板，追溯問題發(fā)生的深層次原因，制定整改銷項措施，不斷改進井控管理工作。

2)嚴格井控問題的整改閉環(huán)，對監(jiān)督巡查、井控檢查發(fā)現的問題要舉一反三，分析原因，制定糾正預防措施，消除井控問題屢查屢改屢犯的頑疾。

3)定期開展井控重復問題（如井控裝備功能性失效）、重點問題（如員工不會坐崗）的專項治理，進一步補強現場井控的薄弱環(huán)節(jié)，提高鉆井現場井控防范能力。

3 結論

1）通過建立天然氣鉆井井噴事故樹模型，運用事故樹分析法，從最小割集、最小徑集、基本事件的結構重要度3方面對井噴事故樹作定性分析。通過定性分析得知，井噴事故樹的最小割集有81組，即有81條路徑會導致天然氣鉆井現場井噴事故的發(fā)生；最小徑集3組，即有3種方案可有效預防井噴事故的發(fā)生。進一步分析得出天然氣鉆井現場有兩條預防路徑可有效預防井噴事故的發(fā)生；通過基本事件的結構重要度排序，指出現場針對基本事件進行改進措施時，可按照重要程度順序，逐一改進。

2）基于事故樹分析，分別從井控裝備管理和井控能力培訓提升、井控問題整改銷項等3方面提出預防天然氣現場井噴事故的事故防控措施，為現場的鉆井作業(yè)風險管控及安全管理工作提供有效的依據。