YL區塊某探井淺層氣危害評估

吳小龍　陳昭日　毛煉　羅衡

1.YL區塊環境工況

1.1 地層參數

水深：2021m;淺層氣儲層位置：2900米;淺層氣面積：16Km2;淺層氣厚度：12m;地層壓力梯度：1.0;井眼尺寸：26in（66cm）;無隔水導管，26in鉆進至3174m。

1.2 海流剖面

表1和圖1為瓊東南海域2010年01月最大海流出現時刻海流剖面特征。結果顯示：瓊東南海域表層海流流速最大值可以達到1.6m/s，該流速與數值模擬所得到的瓊東南海域表層流速在20年重現期的極值流速十分接近。表層海流主要受季風、臺風和大尺度環流的影響。海洋內波對次表層海流具有重要影響，中層和深層海流主要受大尺度環流的影響。

1.3 淺層氣體瞬態流速

假定淺層氣體由井口泄露，氣體在井口處可達臨界流，此時淺層氣在井口的瞬時泄露速率采用公式

（1）

式中為淺層氣體的速率，Kg/s;D為井眼尺寸，mm;P為地層壓力，kpa;M為介質分子量;T為介質輸送溫度，

2.氣體可燃性評估

表2所示的甲烷與空氣混合的爆炸極限為5.3%～14%（GB T 12474-1990）?？扇夹曰旌衔锬軌虬l生爆炸的最低體積分數和最高體積分數，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限體積分數時，既不爆炸，也不著火。這是由于前者的可燃物體積分數不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延;而后者則是空氣不足，導致火焰不能蔓延的緣故。利用流體計算模型可以計算出淺層體積在海水中的體積分數，當淺層氣產量為50萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數分別為0、0、1.5%、2.1%;當淺層氣產量為100萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數分別為0、0.9%、2.9%、4.1%;當淺層氣產量為150萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數分別為1.5%、2%、4.3%、6.3%;當淺層氣產量為200萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s時，甲烷的體積分數分別為1.2%、3.8%、6.7%、10.27%。由可燃氣體在空氣中的爆炸界限可知，不考慮海洋風載荷的情況下，當海洋流速0m/s，淺層氣體產量為150萬方/天和200萬方/天時，淺層氣體體積分數超過了甲烷在空氣中的爆炸界限;當海洋流速0.1m/s時，淺層氣體產量為200 萬方/天，淺層氣體體積分數也超過了甲烷在空氣中的爆炸界限。因此，當海洋流速0m/s、0.1m/s時，淺層氣體產量為200萬方/天時，海洋鉆井平臺的安全性受到淺層氣體擴散的威脅。當海洋流速0.1m/s時，淺層氣體產量為150萬方/天時，海洋鉆井平臺的安全性受到淺層氣體擴散的威脅。

3.氣體擴散區域

由計算流體模型的計算結果可以得到氣體擴散穩態階段淺層氣體的擴散范圍，如下圖21所示（如圖所示白色分界線表示淺層氣體擴散時，氣體體積分數大于3%的區域）。圖中200-0、200-0.1、200-0.2和200-0.3分別代表淺層氣體產量200萬方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s和0.3m/s時，淺層氣體的擴散范圍;由圖可知，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時，平臺附近有一定體積分數的淺層氣體，其體積分數為10.2%和6.3%，均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產安全受到嚴重威脅;隨著海流速度的繼續增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心200m和400m內淺層氣氣體體積分數為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產。

4.結論

（1）當淺層氣體產量為200萬方/天，海流速度為0 m/s和0.1 m/s時，平臺附近有一定體積分數的淺層氣體，其體積分數為10.2%和6.3%，均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產安全受到威脅;隨著海流速度的繼續增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心200m和400m內淺層氣氣體體積分數為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產。

（2）當淺層氣體產量150萬方/天，海洋流速0m/s時，平臺附近氣體體積分數均超過甲烷混合空氣的爆炸極限，平臺生產安全受到嚴重威脅;淺層氣體產量150萬方/天，海洋流速0.1m/s時，平臺附近氣體體積分數未超過甲烷混合空氣的爆炸極限，氣體擴散不影響平臺的安全生產。隨著海流速度的繼續增加至0.2 m/s和0.3 m/s時，平臺中心100m和600m附近淺層氣氣體體積分數為0，氣體擴散不影響平臺的安全生產。

（3）當淺層氣體產量50萬方/天，海流速度為0 m/s時，平臺附近有一定體積分數的淺層氣體，其體積分數為1.5%;隨著海流速度的繼續增加至0.1m/s、0.2 m/s和0.3 m/s時，鉆井平臺附近氣體體積分數為0。因此，當淺層氣體產量50萬方/天時，氣體擴散不會影響平臺的安全生產。

（5）當淺層氣氣體產量50萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為610s、573s、502s和470s;當淺層氣氣體產量100萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為327s、286s、243s和216s;當淺層氣氣體產量150萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為230s、182s、157s和136s;當淺層氣氣體產量200萬方/天，海洋流速分別為0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s時，淺層氣氣體上竄至海面的時間分別為173s、137s、114s和98s。