三高气田井喷致灾机理研究

The consumption of natural gas is increasing more and more among the China primary energy sources, but it is prone to blowout in the process of mining, especially the gas fields with high sulfur content, high pressure, and high production(the three high risks gas field) ,and the blowout will lead to serious casualties as well as huge property damage. Based on the typical blowout accident of three high risks gas field, the reasons of well blowout are analyzed by applying the principle of system safety and mechanics ,then the mode of disaster is discovered; the mathematical model of blowout gas spreading is established and it's parameters is modified by experimental data. This toxicity and explosion criteria are studied, then disaster mechanism of blowout gas in the three high gas field is achieved, finally the results is described by the geographic information system (GIS) . This can provide theoretical basis for well blowout prevention and accident assistant decision-making.

天然气在我国一次能源的消耗中越来越高，但在开采中易发生井喷事故，尤其是三高气田，井喷事故会造成严重人员伤亡和巨大财产损失。本研究基于三高气田井喷事故的典型案例，应用系统安全和力学的原理，分析井喷事故的原因，揭示其成灾模式；应用流体力学理论，建立井喷气体扩散蔓延数学模型，应用数值模拟方法进行扩散后果模拟，并在风洞实验结果的基础上对模型参数进行修改、校正。基于井喷气体的特性，研究气体毒性准则和爆炸准则，得出三高气田井喷气体的致灾机理。基于以上结果，研究以地理信息系统（GIS）为载体的三维可视化井喷气体致灾表现方法，其结果有助于加强对复杂环境下有毒有害气体特殊蔓延行为的直观认识和理解。研究成果为预防井喷事故的发生和事故发生后预案制定、辅助决策提供理论基础。

我国天然气含硫量较高的气井很大一部分是三高气井，这些气井地形复杂，开采难度大，一旦发生井喷事故，有毒气体泄漏很有可能会对周围居民造成严重的伤害和巨大的损失。项目基于三高气井井喷事故和山地地形的特点，应用系统安全、流体力学、数值模拟、GIS的理论和方法,对其致灾机理和事故后果进行了研究。对发生在1970-2009年期间的中石油钻井井喷事故进行了研究，通过分析79件井喷失控事故案例，绘制了钻进过程井喷事故树、起下钻过程井喷事故树、井喷失控事故树三组事故树。从力学的角度得出与三高气田井喷有关的主要因素有：钻井液（气侵）、节流管汇、防喷器、压井管汇、套管（腐蚀）、钻具（氢脆）。用主成分分析法，确定出指标权重：套管（腐蚀）53.79%、防喷器25.05%、节流压井管汇11.51%、钻井液（气侵）5.85%、钻具（氢脆）3.80%。并对得出的各个因素进行深入理论分析；应用模糊线性规划理论进一步阐述了三高气田致灾机理，建立了在套管、防喷器、节流压井管汇、钻井液、钻具氢脆五个因素的力学约束下的致灾模型。. 利用三维空间GIS软件SkylineGlobe，选取位于四川宜宾珙县内一山区地形，以SkylineGlobe中API做为GIS的开发平台，创建了与实际相同的三维模拟场景。建立了毒气扩散数值模型，利用C#编程语言，在Visual Studio 2010集成开发环境（IDE）下，基于Net Framework4.0运行框架，利用GIS系统叠加所创建的三维模拟场景，开发出一套基于GIS的三高气田毒气扩散模拟系统。模拟了不同参数下毒气在真实三维地形中的动态扩散过程和浓度的分布状况及影响规律，研究结果对预防井喷事故的发生和事故发生后应急疏散有重要的指导意义。