井口天然气泄漏扩散危险区域的分析

2 泄漏气体扩散规律分析

浮油回收机井口泄漏天然气主要成分为甲烷，其体积分数为99.6%，井口温度为26℃，大气温度为27℃，空气相对湿度为60%。分析5.5m/s 风速、SE 和NE 方向来风条件下的天然气喷射扩散情况。根据天然气试采设计预测，试采天然气量1000～10000m 3/d (0.7～7m 3/min)。参考该试采作业产气量及邻近区域气井产量，选取7m 3/min 、70m 3/min 、350m 3/min 、700m 3/min 四个不同等级井口泄漏天然气流量来分析泄漏天然气在该钻井平台的扩散过程。

2.1 天然气扩散过程分析

以700m 3/min 井口泄漏天然气流量为例进行分析。井口泄漏后天然气从井口高速喷出，在来风作用下与周围空气逐渐混合，慢慢向大气中扩散，最终形成稳定的气体喷射流。将可燃气体探测器一级报警值(可燃气体爆炸下限20%)天然气1%浓度等值面定义为气体的空间范围。受井口高压力影响，井口泄漏

开始后天然气迅速向钻台上部发展，0～40s ，天然气扩散范围随时间迅速增大。井口泄漏初期，高速流出的天然气受井口影响大于风速影响，天然气向下风向偏斜不大。随着距离井口增大，天然气扩散速度

下降，来风对天然气影响越来越大，天然气在船体横向方向扩散距离和向下风向的偏斜角度不断增大。受井架等结构影响，主甲板区域形成不同程度的回旋涡流区。但由于天然气高速喷出向上部方向发展，主甲板上部大部分模块

0 引言

可燃气体泄漏形成的可燃气云燃爆由于破坏性大，容易造成悲剧性后果，受到国内外学者的广泛关注。多数学者对井喷事故后果研究集中于浅海常规油气田的开采[1-4]，我国深海油气钻井的装备和技术不断发展，分析预测天然气钻采过程中井喷泄漏后天然气可燃气云扩散规律及危险区域分布，可为优化平台设备布局和优化可燃气体探测器布置提供参考。

1 钻井平台数值仿真模型

1.1 钻井平台建立及网格划分

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以某钻井平台的基本外形尺寸为基础进行三维平台外形几何模型的建立，建立的钻井平台三维模型如图1所示，平台总长117m ，船宽92.7m ，主甲板高36.3m 。三维建模时，只建立平台主要结构和设备，包括钻井平台主甲板、钻台、生活区、吊车、直升机甲板等。用Gambit 进行前处理时，采用较大的模拟计算空间X400m 、Y200m 、Z300m 。由于平台外形结构复杂，网格划分时采用三角形网格，

连接扣件并对泄漏口附近进行网格加密，计算区域外轮廓采用四边形网格，整个内部空间采用四面体网格。最终划分出的非结构体网格如图2所示，网格数

5×106。

图1 “CIMC Bluewhale I”钻井平台模型对照物

1.2 模型边界条件设置

数值求解时，假设通过计算域顶部和两侧边界的流体变量梯度为零，计算域顶部和两侧边界采用对称边界条件；井口采用质量入口边界条件。

井口天然气泄漏扩散危险区域的分析

张志华1 肖军诗2 李修峰2(1.中海石油(中国)有限公司蓬勃作业公司，天津 300459；

2.中海油安全技术服务有限公司，天津 300450)

摘要：以承担天然气试采作业的“蓝鲸一号”钻井平台为对象，建立平台简化模型和井口气体喷射仿真理论模型，模拟南海神狐海域环境下，天然气从井口泄漏扩散过程，分析平台天然气扩散危险区域分布。结果表明，在5.5m/s 风速时，风速随高度增加呈现层状分布，水平方向受平台设备影响风场分布复杂多变，设备密集处形成低风速涡流区及回旋涡流区。泄漏气体易于此类区域聚集，布置可燃气体探头时应着重考虑此类区域；以井口天然气泄漏量700m 3/min 为例分析井口泄漏天然气扩散过程，泄漏天然气形成的可燃气云主要分布在井口上方井架附近，水平方向最远扩散距离为23.43m ，在此半径范围内，可重点布置可燃气体探测器。

布卫生巾滑水鞋关键词：“蓝鲸一号”钻井平台；天然气；井喷；天然气扩散；危险区域

中图分类号：P75 文献标志码：A

图2 计算域网格模型

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