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1、2014硕士研究生开题报告,深水井控关压井工艺风险分析 与安全屏障策略研究,学科专业：安全科学与工程 学 号：S14040591 姓 名：陈洁 导 师：陈国明 教授,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及可行性分析,课题创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,1.1 选题依据及意义,必要性： 深水钻井 风险要求,关键性： 深水井控 关压井工艺 关键地位,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,1.1 选题依据及意义
2、,世界对油气资源的需求持续增加，陆上油气资源的逐步下降，各大石油公司加剧向海洋油气勘探与开发的步伐。据统计，海洋油气资源约占全球油气资源总量的34%，其中位于300m以下水域的油气资源约占44%。 有“第二个波斯湾”之称的南海水域，其石油地质储量约为中国油气总量的三分之一，且有70%蕴藏于深海区域。南海深水油气资源作为我国石油工业可持续发展的重要领域，其勘探与开发受到我国的高度重视。,南海深水勘探趋势,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,1.1 选题依据及意义,井控是钻井安全的关键。深水井控与常规水深井控相比，在工艺上有特殊要求。深水钻井作业中，关压井工艺的有效执行是防止溢流演化为井喷的
3、首要安全屏障。,深水井控关压井工艺关键地位,南海深水油气勘探开发是一项投资 大、风险高、工艺技术复杂的作业。南海多变的环境现状、苛刻的地质条件以及不断加大的钻探深度对深水井控工作提出了更高要求。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,1.1 选题依据及意义,1985年10月6日“西部前卫”号气井井喷，钻遇浅层气2小时内发生3次气体井涌的情况，直到第三次井喷才发觉情况严重性，后因未安装BOP，关井无效，造成一人失踪，平台损坏。,深水钻井风险要求,2010年4月20日深水地平线井喷事故，最终因发现井涌征兆过晚，深水防喷器系统全方位失效，无法实现关井，造成井喷失控，导致11人死亡，平台沉没，生态
4、环境遭受严重污染的事故后果。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及可行性分析,课题的创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,2.1 国内外研究现状,国外研究现状,IADC、ISO、API等国际和国家行业协会制定相关的规范；所在国其国家资源开发管理部门、法律部门等对海上石油开发做出规定；目前世界范围各石油公司、服务商还没有颁布专门针对深水钻井井控相关指南，但是在现有井控作业指南中有海上浮式钻井以及针对深水钻井相关内容
5、。,加拿大纪念大学安全与风险工程团队对海上钻井井控作业开展风险分析，并针对不同的风险因素实现一定的动态风险分析。包括先后基于BT图与贝叶斯理论、贝叶斯网络相融合的方法，实现海上钻井作业的动态风险分析；基于FTA、贝叶斯网络法探究海洋钻井作业起下钻操作的失效操作其对井控产生的影响等。,SINTEF安全可靠领域高级工程师Per Holland，针对深水防喷器系统的可靠性研究发表多篇文章。挪威海洋油气工业风险分析最初侧重设计阶段，为决策提供支持，近年转向作业阶段风险分析方法研究。Jon Espen Skogdalen及M.F.St.John等人针对海上人因组织管理因素开展量化风险分析。,深水井控关压
6、井风险分析与安全屏障策略研究,2.1 国内外研究现状,国内研究现状,中国石油大学（华东）刘刚、金业权等对陆上钻井井控风险风险分析与控制有较全面的研究，为深水井控研究提供一定基础。近些年来，运用贝叶斯网络识别深水井控诱因、运用Bow-Tie分析深水固井作业井喷事故等研究。,中国石油大学（北京）樊建春课题组采用多种方法对深水井控进行风险分析。研究内容包括运用运用FMEA、Markov以及数理统计的方法对深水防喷器系统进行可靠性分析；基于瑞士奶酪模型、贝叶斯-LOPA方法对深水钻井作业完整性进行风险分析等。,孙宝江课题组在压井井控工艺方面开展较丰富的仿真模拟。包括从反循环压井工艺特点出发，对高压气井
7、压井井筒温度场预测及影响因素分析；结合动力压井工艺得到深水钻井过程中处理浅气层的工艺技术，指出在动力压井过程中应适时对压井排量进行调整等。,海洋油气装备与安全技术研究中心(COEST)基于流体软件对井喷事故后果进行模拟，并开展深水井喷应急技术研究。包括运用CFD对深水钻井作业井喷事故仿真技术进行研究；基于动态风险平衡建立的事故动力模型有效分析海洋平台事故连锁风险；对深水井喷时可燃气体扩散规律、井喷爆炸危险区域进行研究。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,2.2 存在问题,国内外在深水井控研究方面，多侧重整个钻井作业宏观分析以及井喷事故后果模拟，本课题将根据此点围绕防止溢流演化为井喷的二
8、级井控屏障展开研究，并模拟溢流事故场景,从风险评估角度出发研究深水压井作业较少，且大部分内容仅做定性描述，本课题将运用风险评估理论实现深水压井工艺量化风险分析,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及可行性分析,课题创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,3.1 研究目标,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,3.1 研究目标,融合设备共因失效及人因可靠性理论实现深水关井作业及应急封井风险分析,建立井喷风险控制屏障
9、模型，以期提高深水钻井二级井控屏障可靠性,建立深水钻井压井工艺层次模型，从风险评估角度实现深水钻井压井工艺优选,1,2,3,4,运用三级井控软件模拟分析溢流场景下溢流参数变化，为溢流响应时间提供依据,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,3.2 研究内容,统计分析海上井喷失控事故，建立深水地平线井喷事故场景关井作业失效演化图，辨识关井作业关键风险因素。基于人因可靠性理论实现关井作业人因失误概率预测，基于共因失效实现应急设备可靠性分析，选取高频关井失效事故场景为研究背景，引入人因及设备因素，最终实现深水硬关井作业及应急封井风险分析。,深水钻井关井工艺风险分析,深水钻井压井工艺优选研究,利用贝
10、叶斯网络的逆向分析和共因失效分析能力，识别深水压井工艺主要风险诱因。调研深水常规压井与非常规压井方法，开展深水钻井压井方法优选研究。依照深水压井方法选择依据，建立深水压井优选层次模型，定量实现各风险因素对压井方案的权重。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,3.2 研究内容,初步辨识深水钻井溢流风险因素。统计溢流路径，运用三级井控模拟软件，模拟各溢流参数随时间的变化趋势以及不同工况下溢流到达海底与海面的时间，为溢流响应时间提供依据。,深水钻井溢流事故场景风险分析,深水钻井井控系统安全屏障策略研究,基于安全屏障技术，建立二级井控失效引起井喷的风险控制屏障图，包括运用神经网络方法实现的井涌监
11、测预警屏障，基于动态贝叶斯网络方法实现量化分析的组织管理安全屏障以及建立深水BOP系统全生命周期的安全屏障，以期提高二级井控屏障可靠性。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,3.3 拟解决关键问题,深水钻井压井方法优选研究,基于Petri网深水应急控制系统可靠性分析（考虑共因失效）,深水钻井二级井控屏障的建立及量化风险分析,运用三级井控模拟软件模拟分析溢流事故场景,1,2,3,4,5,引入人因的深水硬关 井GO法-贝叶斯风险 分析,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及
12、可行性分析,课题创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,4.1 研究方法与技术路线,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,4.2 可行性研究,SINTEF、WORD、NAF等井喷数据库为深水井控风险分析数据的真实性与可靠性提供依据,可行性研究,理论支持,研究支持,软件支持,数据支持,国内外围绕井喷发生机理、后果影响程度等已进行大量的研究,目前可靠性理论、风险评估方法的发展相对成熟，为开展深水井控系统风险分析提供先进的理论基础,中心拥有ANSYS有限元软件、OLGA全动态多相流软件与MATLAB科学计算软件等，并具有对以上软件多年的
13、使用经验,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及可行性分析,课题创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,5 课题创新性,建立深水压井优选层次模型，实现深水压井方法优选研究。,首次将人因引入GO模型，首次将GO模型应用于深水关井程序化作业。,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,目 录,选题依据及意义,国内外研究现状及存在问题,研究目标、研究内容和拟解决的关键问题,拟采取的研究方法、技术路线及可行性分析,课题创新性,年度 研究计划进展和成果,1,2,3,5,4,6,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,6.1 年度研究计划进展,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,6.2 研究成果,预期研究成果,实现引入人因的GO法-贝叶斯网络深水关井作业风险分析,溢流场景下溢流参数的时间变化趋势,建立深水钻井二级井控安全屏障模型,实现深水钻井压井方法的优选,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,谢 谢！,敬请各位老师批评指正！,深水井控关压井风险分析与安全屏障策略研究,