井喷事故原因分析、气体扩散模拟及应急对策研究

论文摘要

目前国内外正积极开发油气田,由于高浓度H2S的存在导致气侵,使得钻井液密度下降,直接造成井内静液柱压力降低,如不及时采取正确有效措施,很容易发生井喷事故。井喷事故的发生,会造成人员伤亡、环境破坏和财产损失等恶劣的影响。井喷发生时,因不能准确掌握实际情况中,有毒有害气体的扩散规律,必定无法得知安全位置,及时制定正确的人员疏散方向和方式,从而延误疏散,错失良机,造成巨大损失。因此,研究井喷原因,特别是研究实际情况中井喷发生时有毒有害气体的扩散规律,具有重要的现实意义。在本文中,对井喷事故分析了原因、危害,进行了数值模拟,制定了井喷事故预防及应急预案。通过研究得出了如下结论:（1）通过对油气田井喷事故的研究,总结了井喷发生的内部原因及危害;以“12.23”井喷事故为例,其事故发生的内因是硫化氢的气侵,导致地层压力大于井底压力即钻井液压力为负值;主要危害为有毒气体硫化氢和易燃气体甲烷的扩散。（2）根据流体力学及其他相关理论,针对“12.23”井喷事故进行数值模拟时,确定了喷流物的流动为紊流,紊流模型为标准k-ε模型,求解模型采用非耦合求解方法。（3）对“12.23”井喷事故在无约束条件下进行数值模拟,验证了所计算该井喷的体积流量和出口流速的正确,在此基础上,考虑在风速和大气稳定性的作用,模拟硫化氢和甲烷各自的扩散范围和浓度分布情况。（4）根据模拟结果,确定了甲烷和硫化氢安全点火时间及形成稳定爆炸云的时间（一般控制在15时间内）;安全点火位置为顺风区、各爆炸极限的下界区域,最后模拟点火燃烧过程。（5）根据“12.23”井喷事故分析和数值模拟结果,提出了井喷事故预防及应急预案,为以后油气田井喷事故的预防和处理提供很好的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 课题意义及研究背景
• 1.2 国内外研究现状及水平
• 1.2.1 天然气井开发的现状
• 1.2.2 井喷事故的研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 井喷原因及气体扩散类型分析
• 2.1 井喷事故原因与危害分析
• 2.1.1 井喷的原因分析
• 2.1.2 井喷的危害分析
• 2.1.3 “12、23”重庆开县井喷的原因和危害
• 2.2 气体扩散类型分析
• 2.2.1 气云扩散的分类
• 2.2.2 气云扩散的影响因素分析
• 2.2.3 “12、23”井喷喷流气云扩散类型及影响因素分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 “12.23”重庆开县井喷气体扩散模拟
• 3.1 软件介绍
• 3.2 气体扩散模型的确定
• 3.2.1 井喷现场环境条件的简化
• 3.2.2 扩散模型基本方程的确定
• 3.2.3 扩散模拟对象的确定
• 3.2.4 扩散模型的选择
• 3.3 简化约束条件下的扩散模拟
• 3.3.1 几何模型的设定
• 3.3.2 初始条件及边界条件的设定
• 3.3.3 流场迭代计算
• 3.3.4 模拟结果分析
• 3.4 风力作用下气体扩散浓度分布模拟
• 3.4.1 硫化氢的浓度分布
• 3.4.2 甲烷的浓度分布
• 3.5 本章小结
• 第4章 井喷后安全点火时间位置的确定及点火燃烧模拟
• 4.1 安全点火时间、位置的确定
• 4.1.1 点火时间的确定
• 4.1.2 点火位置的确定
• 4.2 点火模拟
• 4.2.1 燃烧数值模拟的机理
• 4.2.2 爆炸气云团点火模拟
• 4.3 本章小结
• 第5章 井喷事故预防及应急预案研究
• 5.1 预防井喷事故及危害的措施
• 5.1.1 井控设备的特殊设定
• 5.1.2 环境安全距离的确定
• 5.1.3 工作人员的要求
• 5.2 井喷事故的应急预案
• 5.2.1 应急管理基本原则
• 5.2.2 应急响应程序
• 5.2.3 油气井点火程序
• 5.3 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢