５２・ 工业安全与环保 ２０１０年第３６卷第３期 ・ｌｎｄｕｓｔｒｉ＇ａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍａｒｄｌ ２Ｏ１０ 基于安全系统的石油钻井工程危险辨 识＊ 伍颖 王颖 李俊 徐文辉 （中国地质大学（武汉）工程学院武汉４３００７４） 摘要采用安全系统的方法，利用能量意外释放理论与两类危险源理论清晰辨识了石油钻井工程（作业系统）的危险 点源，主要包括重大危险源、最长危险线、最危险作业、关键危险点。与传统的事放系统柏比具有很强的预见性和超前性，为 石油钻井工程的风险管理和ＨＳＥ体系提供了技术支撑。 关键词石油钻井工程安全系统危险辨识 Ｈａｚａｒｄ Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｌｌｇｉｌ ｒｉＩｌｇ Ｂｆｉｓｅｄ ｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＵ Ｙｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ ＬＩ Ｊｕｎ ＸＵ Ｗｅｎｈｕｉ （￣ｉｎｅｅｒｌｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃ胁ⅪＵｎｉｖｅｒｓ ｏｆＧｅｏｓｃ／ｅｎｃｅｓ Ｗｕｈａｎ ４３００７４） Ａｂｓｔｒａａ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｐｐｌｉｅｓ ｓａｆｅｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｓ‘）ｕｒｃｅ ０ｆ ｔｈｅ ｐｅｈ１￣ｌｅｕｍ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｈａｚａｒｄ ｒｃｅｓ ｔｈｅｍｙ．ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍ４ｏｒ ｈａｚａｌ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｌｏｎｇｅｓｔ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｌｉｎｅ， ｔｈｅ＂ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｊｏｂ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｉｔｉａｌ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｐｏｉｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ ｉｓ ｍｏｌｅ ｐｒｅｄｉｃｔａｂｌｅ ａｎｄ ｆｏｒｅｓｅ￣ｎｇ・ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｅｄＩ’ ｎｉｅａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｉｓｋ ｍａｎｇｅｍｏｎｔ ａｎｄ ＨＳＥ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｎｇｅｍｅｎｔ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｈｅｚａ￣ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ 石油钻井工程具有高难度、高风险和高投入的特点，既 子系统之间的物质、能量和信息的输入与输出，清晰辨识石 是一项繁琐复杂的系统工程，又是一项集成技术的特种作 油钻井工程的危险源、危险面、危险线和危险点。 业，更是油气工业的生命线和增长点…。综合国内外ＨＳＥ ２危险辨识单元 体系和风险管理的发展动态，大趋势表现在：风险管理活动 危险辨识单元根据石油钻井工程系统的界定及其不同的 集中体现在ＨＳＥ体系管理，ＨＳＥ体系的核心和关键是风险 组成、原理和功能等，一般可以分为系统安全单元和安全系统单 辨识与控制［２Ｊ。论文采用安全系统的方法清晰辨识石油钻 元２大类，但是这种分类是相对的【３】。图２为石油钻井系统及 井工程（作业系统）的危险点源，主要包括重大危险源、最长 所对应危险辨识单元。系统安全单元是显性的，并可以增加一 危险线、最危险作业、关键危险点。 个作业单元。安全系统单元包括物质单元、能量单元、信息单 １危险辨识方法 元，可以增加一个监控单元，安全系统单元是隐性的。 安全科学涉及２个系统对象：事故系统和安全系统 ｊ。 事故系统的要素是人、机、环、管。安全系统的要素是物质、 能量、信息。认识事故系统要素，对指导我们建立风险控制 １【系统、保障人类安全具有现实意义。但是从某种意义上说， ｆ 网 这种认识是事后型的，比较被动、滞后，难以周全和控制；而 从安全系统的角度出发，则具有超前和预防的意义，才能真 正实现周全和控制。 Ｊ 本文主要根据能量意外释放理论和两大危险源理论（其 图２钻井系统危险辨识单元框图 模型见图１），用安全系统的方法，辨识钻井工程作业系统的 ３系统的生命特征 匝 圈— ／——一 ７ ／———一 圈 ３．１系统组成 系统的物质流动、能量转换和信息传递是维持系统生命 匝 亘 一睡受亟卜咂圜 ／ ｆ ＼ 的关健。系统的生命特征体现在系统与环境、系统与系统之 ｛ ： 间的物质、能量和信息的流动、转换和传递。石油钻井工程 的系统主要指石油钻井工程的作业系统，不仅包括作业设 备，还包括相关作业场所与作业人员。 圈１能量释放论与危险源理论模型 “环境”相对“系统”而言，主要指石油钻井工程作业系统 安全。即界定现场钻井系统与环境之间以及钻井系统内部各 相关范围内的居民区、工厂区和大气层、地表层、地下层。环 ＊项目来源于中石化渤海钻井公司石油钻井工程项目“石油钻井工程的风险控制研究与推广”。 ・ ５３ ・ 境包括地下岩砂土层、油气水层和地面井场边界以及地空大 气液管线是最长危险线之二。由于气压和液压动力便 气、雷雨等。 于传输控制，气液压动力也是石油钻井工程中广泛采用的能 “边界”为“系统”与“环境”的假象界限。 量，屏蔽气液压动力的管线及其元件也为最长危险线。 ３．２物质流动 钢丝绳系是最长危险线之三。钢丝绳系在石油钻井工 环境对系统的输人物质：燃油类、物料类、机械设备、地 程中承担传递能量的重任，其受力大小与外力有关，并且储 下油气；人员车辆等生产物质以及食品与用品等生活物质。 存有大量弹性势能，这种力或能量分布在钢丝绳系所有工作 环境对系统的影响：天气类有雨雪雷光风，大气类有污染有 段，显然也是最长危险线。需要强调的是，钢丝绳系包括起 毒物。系统对环境的输出物质：油气、生产“三废”、生活“垃 吊的重物以及反力支点。 圾”。其相互关系如图３。 ４．３最危险作业 钻井工程的实质是机械运动，表现为动能和势能的变 化。由于石油钻井作业的机械化程度较高，而自动化和智能 化程度较低，并且需要人工的大量高强度体力劳动。显然， 起吊作业、高空作业、临边作业和钻井作业中机械能变化不 定，且不易控制，属最危险作业。 ｌ塑 ：生兰兰堕：生竖苎墨Ｉ 需要强调的是，安装阶段的起吊井架以及钻井过程的处 理井内事故，均会造成摔井架的重大事故。 图３系统与环境相互关系 ４．４最频危险面 ３．３能量转换 最危险作业的综合体现就是钻井作业，包括了起吊作 燃油燃烧后通过柴油发电机组将其化学能转换成便于 业、高空作业、临边作业等特殊作业。 传输的电能（热能），电能通过电机转换成机械能和气液压 ４．５关键危险点 能。机械能包括动能和势能。另外还有地层岩土破碎阻力 控制元件是关键危险点之一。石油钻井工程七大系统 （油气）、自然灾害、风、火、雷、电、雨等其他能量的输入。 可以分解为各种设备或装置，这些设备或装置的功能实现是 ３．４信息传递 通过各种相应的控制元件及其操作。控制元件的失效以及 物质或能量的表征参量有：电能（电压、电流）、动能（质 控制动作的失误直接影响其正常功能及相应工程流程。 量、速度）、势能（质量、高度差、变形量）、气液压力、其他（风 监测仪表是关键危险点之二。设备或装置的性能特征参 力、围岩应力、渗透率、瓦斯含量）等。 数或运行状态参数一般设计有监测仪表，以便正常操作和使用。 物质或能量的控制参量有：低压高流（安全电压）、控制 安全装置是关键危险点之三。本质安全要求安全设计 平动或转动体速度、控制升降物体的有效高度（如安全带）、 中必须有应对设备或装置的失效以及人为失误的安全保护 防灾减灾等。防止能量的聚积（如钢丝绳起吊时弹性势能）。 或防护装置，以减小或控制设备损坏和人员伤亡。 ４主要危险点源 ５结论 ４．１重大危险源 安全系统的要素为物质、能量与信息，采用安全系统的 井喷是石油钻井工程的重大危险源之一。引起井喷的原 方法有利于风险辨识与控制。石油钻井工程的重大危险源 因有多种：地层压力掌握不准、泥浆密度偏低、井内泥浆液柱 为井喷、燃油和井架。石油钻井工程的最长危险线为输电管 高度降低以及起钻抽吸等其他不当措施。井喷是石油或石油 线、气液管线和钢丝绳系。石油钻井工程的最危险作业为钻 气开采中非常忌讳的意外事故，即使有的井喷是正常现象，但 井作业，最频危险面为钻井面。石油钻井工程的关键危险点 出现井喷事故，往往伴随着有毒气体的摩擦燃烧，造成对环境 为控制元件、监测仪表和安全装置。 和人的较大危害，因此非常危险。常见的抢险方法是将密度 参考文献 大的重晶石粉灌到井里，以增加压力，止住井喷继续发生。 ［１］刘文秀．长城公司钻井项目中的安全风险以及ＨＳＥ体系应用研 燃油是石油钻井工程的重大危险源之二。石油钻井工 究：［学位论文］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００７． 程的动力系统多采用柴油发电机组，需要储存大量的动力燃 ［２］崔文彩．钻Ｊｔ：Ｔ．程ｌｔＳＥ危害识别与风险评价模式研究：［学位论 油，一般备有２个储油罐，容量各为２０ ｔ左右。综合燃油的 文］．武汉：中国地质大学，２００８． 性质及其储量，显然，燃油罐也是石油钻井工程的一个重大 ［３］刘立新．风险管理．北京：北京大学出版社，２０ｏ６．３—５１． 危险源。 ［４］刘菊梅．陆上汕气钻井作业安全评价方法研究：［学位论文］．重 井喷失控和燃烧爆炸均有可能造成重大事故。另外摔 庆：重庆大学。２００５． 井架也可能造成重大事故。从某种程度上说，井架具有很大 ［５］李海宏．钻井风险评价方法与模型建立．石油钻探技术，２００３，３１ （６）：６６—６８． 重力势能和经济价值，也可作为一个重大危险源。 作者简介伍颖，男。１９６８年生，博士后学历、副教授，主要从事安全 ４．２最长危险线 工程的教学和科研工作，主要研究方向为失效分析和风险控制。 输电管线是最长危险线之一。输电管线包括从发电机 组起至各电气设备之间的所有输电线路。由于钻井现场多 （收稿日期：２００９—０６—３０） 为动力强电，易造成触电伤亡事故。