王贤斯单正锋王存芳
(中石油海洋工程公司钻井事业部北京100028)
歼-8t
摘要：水合物钻井系统风险辨识、风险评估和风险控制措施实施经验较匮乏，对钻井作业工序及关键设备开展风险辨识及评估显得尤为迫切。该文以“Bluewhale II”半潜式钻井平台为例，概述了平台关键系统与设备，从危险源的所属风险类型、风险等级两个角度进行危险源分类，采用头脑风暴法、作业风险评估、危险源识别分析等方法对钻井工艺、关键设备进行风险辨识，选取风险矩阵法实现钻井风险的定量评估，从风险预防措施和应急控制措施两方面提出了相应风险控制措施。结果表明：水合物钻井工艺及平台关键设备共辨识出危险源1724个，其中人的方面1081个、设备方面373个、环境方面259个、管理方面11个，风险预防措施实施后共消除风险491条，应急控制措施实施后共降低风险537条，形成了深水水合物钻井作业风险数据库和设备风险数据库。
关键词：天然气水合物钻井工艺风险辨识风险评估风险控制
中图分类号：TE28文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)08(a)-0079-04 Gas Hydrate Drilling Risk
Identification and Assessment
WANG Xiansi SHAN Zhengfeng WANG Cunfang
(CNPC Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing,100028China)
Abstract:The lack of experience in risk identification,risk assessment and risk control measures in hydrate drilling system makes it particularly urgent to carry out risk identification and assessment for drilling process and key equip‐ment.Taking the"Blue whale II"semi submersible drilling platform as an example,this paper summarizes the key systems and equipment of the platform,classifies the hazard sources from the perspective of the risk types and risk levels of the hazard sources,identifies the risks of the drilling process and key equipment by means of brainstorming, operational risk assessment and hazard identification analysis,and selects the risk matrix method to realize the quan‐titative assessment of drilling risks.The corresponding risk control measures are put forward from two aspects of risk prevention measures and emergency control measures.The results show that1724hazard sources have been iden‐tified by the hydrate drilling process and key equipment of the platform,including1081in terms of human,373in terms of equipment,259in terms of environment and11in terms of management.After the implementation of risk prevention measures,491risks have b
een eliminated,and537risks have been reduced after the implementation of emergency control measures.A risk database and equipment risk database for deep water hydrate drilling operations have been formed.
Key Words:Natural gas hydrate;Drilling technology;Risk identification;Risk assessment;Risk Management
我国于2017年及2020年分别开展了两轮水合物试采工作，但试采效果距商业化开采仍有几个数量级差距，这与深水水合物开采作业危险系数较高、钻井安全风险辨识及评估工作不足息息相关[1-2]。具体来说，世界范围内水合物试采尚处于初步探索阶段[3]，所获水合物钻井经验少，且钻井风险缺乏有效理论支撑，这导致钻井事故具有不可预知性[4-5]。因此，针对海洋水合物钻井特点，亟需开展钻井风险辨识及评估等工作，
DOI：10.16661/jki.1672-3791.2201-5042-2102
作者简介：王贤斯（1983—），男，本科，高级工程师，研究方向为深水钻完井工程。
为形成钻井风险控制措施，保障水合物安全钻井奠定一定基础。
水合物钻井风险方面，国际上开展了一些研究工作。相关研究者通过引入风险矩阵、系统安全分析、故障树分析、事件树分析和蝴蝶结等方法进行钻完井过程屏障失效风险的评价研究[6-8]。ŞÜKRÜM[9]收集了钻速、钻头重量、扭矩、泥浆记录等钻井参数随深度的变化，通过对钻井参数的分析评估指出优化钻孔设计是降低水合物钻井风险的有效途径。GAO Y H等人[10]认为钻井过程中必须保持一定温压条件以抑制水合物生成导致的钻井风险。国内水合物钻井风险研究尚处于起步阶段，目前中国石油集团海洋工程有限公司海洋油气装备与安全技术研究中心开展了钻井工艺对储层水合物分解影响的一系列研究[11-12]。具体来说，主要从裸眼段及套管段井筒两方面研究了水合物钻井过程中的井壁稳定性，明确了储层水合物饱和度与稳定性的时空演化规律，建立了水合物钻井作业过程中的井筒失效模型，初步探索了井筒可能存在的失效模式[13]。
目前，国际深水水合物开发尚处于探索阶段，未形成水合物钻井系统的风险辨识、风险评估方法和安全保障技术，其中关于水合物钻井工艺风险及关键设备风险与的分析尤为薄弱，预防和控制钻井事故的经验更是接近于零，因此亟需对关键设备以及钻井作业工序开展风险辨识和安全评估[14-15]。鉴于此，该文以“Bluewhale II”半潜式钻井平台[16]为例，概述了平台关键系统与设备，简要分析了平台危险源与钻井风险的关系，从危险源的所属风险类型、风险等级两个角度进行危险源分类，采用头脑风暴法、作业风险评估、危险源识别分析等方法对钻井工艺、关键设备进行风险辨识，选取风险矩阵法定量评估钻井风险，从风险预防措施和应急控制措施两方面细化、完善了安全风险控制措施，落实了各个岗位风险控制责任，这对深水水合物钻采提供了技术支持。
1钻井风险分析基础
1.1钻井平台概况
2020年，我国借助“Bluewhale II”半潜式钻井平台
表1关键系统与设备
系统名称
提升与旋转系统升沉补偿系统
液压系统
循环系统
吹灰系统
固井系统
井控系统
晏子春秋内篇谏上
动力系统
电气系统
航行与锚泊系统动力定位系统
压载系统
设备名称
井架与底座、天车、游车、顶驱、缓冲装置、智能防碰天车系统、转盘、猫道机等补偿器远程监控装置、补偿器本地控制撬块、钢丝绳、液压缸等增压泵、主电机和循环泵电机、液压动力单元、液压管路、液压介质等泥浆泵、振动筛、泥浆池、泥浆混合撬块、立管和高压软件等
灰罐及灰尘收集罐、吹灰管线及阀门、灰罐控制设备、空气压缩机、管线及阀门等贮灰罐、恒压罐、缓冲罐、输灰管线、称重器、自动混浆装置、供水管线等
防喷器组、防喷器控制装置、压井节流管汇、液气分离器、隔水管装备、隔水管张力器
主柴油机组、应急发电机、压风机等
发电机、变压器、配电柜、中压配电板、推进器电机、UPS等
应急锚链张力释放装置、锚机、锚缆/锚、拖拽设备等
动力定位控制设备、推进器、电力系统、
压载泵、阀门、水位探测器、压载控制站等
表2风险辨识与风险评估方法
风险辨识方法
头脑风暴法
成立头脑风暴小组直观分析、评价系统危险性和危害性，优点是简便、易行，但受人员知识、经验和占有资料限制，可能会出现遗漏
TRA分析法
根据《海域天然气水合物试
采工程项目钻井部分基本
设计》和《深水作业风险分
析良好实践》分析水合物试
开采作业流程，明确哪步作
业、哪个环节会出现问题并
列出相应危险源
HAZID分析法
组建分析小组，确定水合物
钻井关键工序引导词，通过
引导词研究温度、压力、流
量、密度、浓度、风速等参数
引起的故障原因、存在危险
及采取对策，采用专家讨论
方式具体实施
风险评估方法
风险矩阵法
一种半定量的风险评估
方法，通过建立风险等
级划分及事故发生概率
确立标准，形成钻井风
险矩阵图来实现风险的
量化
进行了为期30天的天然气水合物第二轮试采（试验性试采）[16]，试采累计产气总量为86.14×104m3，日均产气2.87×104m3，创造了产气总量、日均产气量两项世界纪录[16]。“Bluewhale II”平台主要由上部平台、下浮体和中间立柱三部分组成，具有自航、定位、钻井功能，该平台关键系统与设备可如表1所示。“Bluewhale II”平台钻井工程设计采用降压试采方式，主要工序是采用低密度泥浆钻井以减小井底压力。
1.2危险源与钻井风险
钻井风险是钻井过程中危险源可能导致损失及其他不利影响可能性和后果的综合表征，其与某个危险源和特定事件相联系，钻井风险大小常由危险源的失效可能性（概率表示）和危险源失效后的影响后果（严重度表示）所构成。钻井过程中危险源分类是制定和实现钻井风险分析目标的前提。该文基于《生产过程危险和有害因素分类与代码》《生产安全事故报告和调查处理条例》，将钻井过程中危险源所属钻井风险类型划分为人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素以及管理缺陷四类，把危险源的风险值划分为Ⅰ级可接受风险、Ⅱ级中度风险、Ⅲ级高度风险、Ⅳ级严重风险四大类，其中特别重大风险、重大风险及中等风险是需要重点考虑的对象。
表3航行工序下危险源的风险辨识及评估情况
作业工序
航行过程
危害源
描述
航行过程
中，燃油、水
消耗造成船
体失衡
固定不牢使
物品失控，
来回撞击或
落海
航行状态灯
不亮造成船
舶碰撞
水密门、舱
盖水密性不
良，风浪过
大舱室进水
危害源
分类
1202操作
错误1203
监护失误
1202操作
错误1203
监护失误
2101设
备、设施、
工具、附
件缺陷
210104密
封不良
存在
风险
平台
倾斜
设备
损坏
财产
损失
船舶
碰撞
平台
倾斜
风险评估
概率
3
2
1
3
严重度
2
2
5
5
风险
等级
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
风险控制措施
预防控制措施
（1）通过燃油、水
调舱等操作进行
调平
（2）实时监测油水
消耗，及时调整
（1）航行前将所有
活动物体固定牢
固，符合拖航要求
（2）人员加强巡
检，发现物品固定
松动及时紧固
（1）航行前确认拖
航状态灯工作正
常
（2）航行过程中专
人定时检查其工
作状态
（1）航行前对水密
门或舱盖进行水
密性检查
（2）检查排水系
统、舱底泵等设备
是否完好
（3）航行过程中保
持水密门关闭
（4）气象预报员随
船预报气象、海况
应急控制
措施
通过燃
油、水调
舱等操作
进行调平
重新绑扎
加固活动
物品
（1）检查
船体受损
情况
（2）根据
受损情况
堵漏或修
补船体
（1）组织
舱室应急
排水
（2）平台
调平
（3）及时
检修水密
门、舱盖
风险评估
概率
1
1
1
1
严重度
2
2
2
pss
4
风险
等级
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
2钻井风险辨识及评估
2.1风险辨识及评估方法
钻井风险分析的第一步是对钻井过程中的所有危险源进行辨识。基于水合物钻井作业工序特点，利用头脑风暴法、作业风险评估（TRA）、危险源识别分析（HAZID）等方法对钻井工艺、关键设备进行风险辨识。钻井风险评价分为定性评价、定量评价两类方法，根据“Bluewhale II”平台的实际钻进工况并保证评价的简便快捷、强可操作性，选取风险矩阵法实现钻井风险的定量评估，它根据危险源导致事故发生的可能性与造成后果严重度的乘积得出风险值，依据风险矩阵图对风险划分等级以衡量风险大小，具体见表2。
2.2钻井及关键设备风险分析与评估
通过普查水合物钻井工艺及平台运行的关键设备，共识别关键作业点86个，辨识出危险源1724个，其中人的方面1081个、设备方面373个，环境方面259个，管理方面11个。由于钻井作业工艺纷繁复杂，该文以“Bluewhale II”平台航行过程为例对风险辨识、风险评估及风险控制措施进行说明，借助专家打分及风险矩阵，各钻井危害源的风险等级及风险控制措施实施后钻井危害源的风险等级被给出（见表3），最终形成深水水合物钻井作业风险数据库和设备风险数据库。
3结论
（1）“Bluewhale II”平台钻井关键系统主要有提升与旋转系统、升沉补偿系统、液压系统、循环系统、吹灰系统、固井系统、井控系统、动力系统、电气系统、航行与锚泊系统、动力定位系统、压载系统。钻井作业划分为拖航/自航、就位、钻前准备、起下钻、起下防喷器/隔水管、钻进、下套管、固井、弃井、打捞等工序。
（2）钻井风险大小常由危险源的失效可能性（概率表示）和危险源失效后的影响后果（严重度表示）所构成。钻井过程中危险源所属钻井风险类型可划分为人的不安全行为、物的不安全状态、环境因素以及管理缺陷四类，根据风险值大小，危险源可划分为Ⅰ级可接受风险、Ⅱ级中度风险、Ⅲ级高度风险、Ⅳ级严重风险四大类。
（3）采用头脑风暴法、作业风险评估、危险源识别分析等方法对钻井工艺、关键设备进行风险辨识，选取风险矩阵法进行钻井风险的定量评估，从风险预防措施和应急控制措施两方面提出了相应风险控制措施。
（4）水合物钻井工艺及平台关键设备共辨识出危险源1724个，其中人的方面1081个、设备方面373个，环境方面259个，管理方面11个，风险预防措施实施后共消除风险491条，应急控制措施实施后共降低风险537条，形成了深水水合物钻井作业风险数据库和设备风险数据库。
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