枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故分析及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
作者：謝麗華 張宏 李鶴
評(píng)論： 更新日期：2012年03月29日
摘要：目前世界上76.2%的地下儲(chǔ)氣庫(kù)是利用枯竭油氣藏改建而成的，影響該類(lèi)儲(chǔ)氣庫(kù)安全問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，機(jī)理復(fù)雜。為此，在儲(chǔ)氣庫(kù)事故資料統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，借鑒輸氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，歸納總結(jié)出了枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)存在注采井或套管損壞、注氣過(guò)程中氣體遷移和儲(chǔ)氣庫(kù)地面設(shè)施失效的三類(lèi)主要事故類(lèi)型，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行12大類(lèi)、33小類(lèi)的初步分類(lèi)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素與時(shí)間的關(guān)系將風(fēng)險(xiǎn)分為依賴(lài)時(shí)間、穩(wěn)定不變以及隨機(jī)出現(xiàn)三種類(lèi)型，進(jìn)而采用事故樹(shù)分析的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，排查并分析了造成主要事故類(lèi)型失效的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)主要事故風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了識(shí)別，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)程序，為制訂枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故防范措施和安全管理決策提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：枯竭油氣藏；地下儲(chǔ)氣庫(kù)；事故；分析；分類(lèi)；風(fēng)險(xiǎn)；識(shí)別；事故樹(shù)
??? 枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)能切實(shí)解決天然氣的季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急供氣問(wèn)題[1～2]，但儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)容易受到地質(zhì)災(zāi)害、腐蝕、設(shè)備故障等風(fēng)險(xiǎn)的不良影響，降低其穩(wěn)定性和可靠性。儲(chǔ)氣庫(kù)的安全問(wèn)題至關(guān)重要，然而目前關(guān)于枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)研究未見(jiàn)報(bào)道。為此，以統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，開(kāi)展了枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故分析及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別評(píng)價(jià)研究，有助于切實(shí)維護(hù)儲(chǔ)氣庫(kù)的安全運(yùn)行。
1 枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故統(tǒng)計(jì)
??? 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[3～11]，全球枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)共發(fā)生過(guò)16起事故，如表1所示。
第一起被報(bào)道的枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)人員受傷事故發(fā)生在1997年，而氣體遷移事故自20世紀(jì)40年代起在美國(guó)加利福尼亞州的儲(chǔ)氣庫(kù)就已存在。全球枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的事故發(fā)生率約為3%，且全部發(fā)生在天然氣儲(chǔ)存和注氣環(huán)節(jié)。由表1可知：造成人員受傷或疏散的事故有3起，約占事故總數(shù)的19%。美國(guó)為儲(chǔ)庫(kù)事故高發(fā)區(qū)，共計(jì)14起，約占事故總數(shù)的88%，而發(fā)生在加利福尼亞州的事故高達(dá)11起，占總數(shù)的69%。
表1 枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故概覽表
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儲(chǔ)氣庫(kù)所在地 | 事故發(fā)生時(shí)間 | 事故描述 | 事故注釋 |
美國(guó)科羅拉多州 | 2006年10月 | 氣體泄漏，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行中斷，當(dāng)?shù)?3戶家庭(共計(jì)52人)緊急疏散 | 注采井泄漏，固井質(zhì)量存在問(wèn)題 |
英國(guó)北海南部 | 2006年2月 | 爆炸及火災(zāi)，2人受傷，31人緊急疏散 | 脫水裝置中的冷卻機(jī)組失效，引發(fā)爆炸 |
美國(guó)伊利諾伊州 | 1997年2月 | 爆炸及火災(zāi)，3人受傷 | 油田在儲(chǔ)氣庫(kù)區(qū)勘探鉆井過(guò)程中氣體遷移 |
德國(guó)巴伐利亞 | 2003年 | 注采井井筒環(huán)空壓力升高 | 固井質(zhì)量存在問(wèn)題 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 2003年4月 | 氣體泄漏約25min，并發(fā)生油氣混合 | 壓縮機(jī)組閥門(mén)破裂 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 1975年 | 氣體從氣藏轉(zhuǎn)移至鄰近區(qū)域并泄漏至地表 | 氣體首先遷移至淺表地層，地表橡樹(shù)砍伐后泄漏至地面 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 1950～1986年 | 儲(chǔ)氣庫(kù)氣量損耗 | 儲(chǔ)氣庫(kù)氣體在注氣過(guò)程中發(fā)生遷移，1986年停止注氣，2003年關(guān)停儲(chǔ)庫(kù) |
美國(guó)加利福尼亞州 | 1940年至今 | 儲(chǔ)氣庫(kù)氣體遷移 | 地質(zhì)構(gòu)造存在斷層，導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)氣體遷移至鄰近地區(qū) |
美國(guó)加利福尼亞州 | 1993年10月 | 爆炸，造成200萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失 | 氣體托說(shuō)處理裝置發(fā)生爆炸 |
美國(guó)路易斯安那州 | 1980～1999年 | 注氣量超負(fù)荷，注入氣體發(fā)生遷移 | 儲(chǔ)氣庫(kù)氣體在注氣過(guò)程遷移，儲(chǔ)庫(kù)仍維持運(yùn)行 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 1974年 | 爆炸，火災(zāi)持續(xù)16d，氣量損耗 | 事故原因未明 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 20世紀(jì)70年代 | 注氣量超負(fù)荷，氣體在注氣過(guò)程遷移 | 注入氣歸屬其他公司，2003年關(guān)停儲(chǔ)庫(kù) |
美國(guó)加利福尼亞州 | 20世紀(jì)70年代 | 氣體遷移 | 氣體由儲(chǔ)氣庫(kù)遷移至地表，已關(guān)停儲(chǔ)庫(kù) |
美國(guó)加利福尼亞州 | 不詳 | 注采井損毀 | 地震導(dǎo)致注采井損毀 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 不詳 | 套管鞋泄漏，注采井損壞 | 套管鞋泄漏修復(fù)過(guò)程中注采井不慎損壞 |
美國(guó)加利福尼亞州 | 不詳 | 套管腐蝕，注采井損壞 | 腐蝕套管修復(fù)過(guò)程中注采井不慎損壞 |
??? 美國(guó)加利福尼亞州地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故頻繁發(fā)生，與其地理位置及歷史有著密不可分的關(guān)系。自19世紀(jì)后半葉至20世紀(jì)早期，該地區(qū)油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)密集，僅洛杉磯盆地就有70余個(gè)油田，并且大多數(shù)油井井位緊密相鄰。以PDR枯竭油田為例，改建而成的地下儲(chǔ)氣庫(kù)距洛杉磯盆地大約64km，其間遍布數(shù)百口油井。如今大多數(shù)油井已廢棄，但未經(jīng)妥善處理，位置亦難以探明，從而為儲(chǔ)氣庫(kù)氣體遷移提供了有利條件，埋下安全隱患。油田進(jìn)行新井開(kāi)發(fā)或二次開(kāi)采時(shí)提高了該區(qū)塊的地層壓力(或者儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行壓力過(guò)高時(shí))迫使地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣體遷移離開(kāi)儲(chǔ)層，沿著固井不良或套管銹蝕的老井上升，最終泄漏到地表。這些老井周邊大多新建了住宅，因此氣體遷移事故極易造成人身傷亡或財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果。此外，加利福尼亞州正處于地震活動(dòng)期，該區(qū)域承受板塊構(gòu)造引起的擠壓力，其大小通常與構(gòu)造作用力有關(guān)。在此過(guò)程形成的背斜使得大片地層發(fā)生斷裂。眾多斷層為地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣體提供了良好的泄漏通道，是除了廢棄老井之外，造成氣體遷移事故的另一主因。
2 枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故類(lèi)型
??? 文獻(xiàn)報(bào)道的16起事故中，除1起事故原因不明外，按照失效機(jī)理，枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故類(lèi)型可分為3大類(lèi)，如下所述。
2.1 注采井或套管損壞
??? 此類(lèi)事故共計(jì)5起，約占事故總數(shù)的31%。事故發(fā)生地分別在美國(guó)加利福尼亞(3起)，美國(guó)科羅拉多(1起)以及德國(guó)巴伐利亞(1起)。美國(guó)加利福尼亞2起事故是套管維修環(huán)節(jié)操作失誤導(dǎo)致注采井損壞，另一起則是地震導(dǎo)致注采井變形損壞。補(bǔ)救措施均是采取水泥塞封堵?lián)p壞井段，而后定向鉆井繞開(kāi)該段，聯(lián)通下部井段。美國(guó)科羅拉多發(fā)生的事故是儲(chǔ)氣庫(kù)26號(hào)注采井井下1600m處套管破裂，氣體泄漏至地下含水層并沿周邊水井上升至地表。儲(chǔ)氣庫(kù)緊急關(guān)停1周后恢復(fù)運(yùn)行，然而補(bǔ)救措施并未報(bào)道。德國(guó)巴伐利亞發(fā)生的事故是儲(chǔ)氣庫(kù)21號(hào)注采井出現(xiàn)壓力異常，表明發(fā)生氣體泄漏。通過(guò)采用光纖溫度測(cè)量手段確定具體泄漏點(diǎn)位于井下586m處，由注采井管柱接頭損壞所致。隨后及時(shí)采取補(bǔ)救措施，通過(guò)更換密封進(jìn)行泄漏修復(fù)，由于處理得當(dāng)，該事故并未釀成嚴(yán)重后果。
2.2 注氣過(guò)程中氣體遷移
??? 造成此類(lèi)事故的主要原因有注氣量超負(fù)荷、儲(chǔ)層存在廢棄老井或斷層等。此類(lèi)事故所占比例最大(約43.8%)，且大多發(fā)生在美國(guó)加利福尼亞。注氣量超負(fù)荷為工作人員操作失誤所致，屬于管理問(wèn)題；而儲(chǔ)層存在廢棄老井或斷層等則屬于地質(zhì)構(gòu)造原因。
2.3 儲(chǔ)氣庫(kù)地面設(shè)施失效
??? 此類(lèi)事故共計(jì)3起，約占事故總數(shù)的18.8%。氣體脫水處理裝置失效爆炸導(dǎo)致的事故有2起，均造成了嚴(yán)重后果。1993年10月發(fā)生在美國(guó)加利福尼亞的事故爆炸波及范圍達(dá)1.6km，造成車(chē)、船等財(cái)產(chǎn)損失5萬(wàn)美元，儲(chǔ)氣庫(kù)損失近200萬(wàn)美元；而2006年2月發(fā)生在英國(guó)北海南部的事故導(dǎo)致2名員工燒傷，儲(chǔ)庫(kù)被迫暫時(shí)關(guān)停。壓縮機(jī)組失效導(dǎo)致的事故有1起，2003年4月發(fā)生在美國(guó)加利福尼亞，閥門(mén)破裂致使天然氣急劇噴出長(zhǎng)達(dá)25min，氣柱高達(dá)30m，并與油混合形成棕色霧云，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成污染，所幸未起火造成人員傷亡。
