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地下储气库地面设施风险评估及注采井安全性评价

作者:陈俊 阳小平  
评论: 更新日期:2010年10月13日

引言

  地下储气库天然气注采系统地面装置属于高压处理装置(夏季注气期系统承压高达25MPa以上,冬季采气期采气系统承压6~10MPa),目前长期运行时系统的安全性保障只能通过执行程序文件来完成,但整个处理装置系统的安全性评价尚没有进行、风险预测尚不能实现。

  地下储气库的注采井有着与常规天然气开发生产井显著不同的特点,储气库地层压力按年度呈周期性地变化,每年均可以恢复甚至超过原始地层压力,因此库区任何一口井在特定条件下都有可能成为高压气井。在反复的注采气过程中,地下储气井的套管、水泥环、井壁岩石和储气地层都受到高压注气、循环载荷、地应力不均匀及腐蚀环境等多种因素作用,井筒的承载能力和安全使用寿命周期还是很难把握,直接影响井筒的安全可靠性及储气层的吞吐能力,需要进行专门研究,以防患于未然。

  风险评估RBI技术是近三十年来国际上新兴的一门工程风险学学科,其基本思路是采用系统论的原理和方法,对系统中固有的或潜在的危险及其程度进行定量性分析和评估,找出薄弱环节,优化检验的效率和频率,降低日常检验及维修的费用,维持原有的安全裕度,提出安全技术建议及对策。

  为保障地下储气库地面设备系统和库区注采井的安全生产,有必要采用风险评估RBI技术实现对储气库地面采气系统进行RBI风险评估,和注采井井筒安全可靠性的评估。通过提高评价,可提供优化的检验策略,通过识别可能的潜在高风险概率的设备,采用针对性的检验技术来进行检测,编制与风险相适应的检验规程,达到系统风险降低和设备“延寿”的目的。

  一、开展储气库风险评估的必要性

  我公司自1999年建设我国第一座商业用大中型储气库(大张坨储气库)以来,已相继建设并投用了四座储气库,第五、第六座储气库已通过了设计审查,正在准备建设过程中。地下储气库群是陕京管线输储配气系统的重要组成部分,肩负着京津地区千百万市民安全过冬的光荣使命和特殊情况下的应急供气重任,是首都人民的“生命线”。目前陕京输气管线虽不再是“单气源、单管线”输气,但保证北京及天津等重要地区安全用气的风险依然巨大,经不得任何闪失。随着京津地区天然气用量的发展以及陕京二线工程的投用,储气库在季节调峰和应急供气以及战略储备方面也将起到越来越重要的作用,储气库的这些重要性决定了开展其风险评估的必要性。

  全世界石油化工装置的事故会越来越严重的经济和社会影响,天然气处理厂和储气库系统的情况也一样。采用现有传统的定期对装置中设备进行检验的方法并不能有效地降低设备事故的发生频率和由此带来的经济损失和社会影响。有文献统计,1962~1991年期间全球石化必威体育官方网站 重大事故的发生次数与造成的经济损失呈大幅度上升的趋势,其中170次重大事故中,有近一半的事故是由于机械失效引起的,有超过20%的事故是由于错误操作造成的。另一方面,随着市场经济的驱动,降低生产成本、提高经济效益需要合理的检验计划和检验规程,避免不必要的例行检验,同时要判断装置对你安全水平,定义其风险大小、性质及实施消除风险的手段和验收准则。

  基于以上安全和经济方面的要求,储气库地面和井下系统需要寻求和开发更安全、更能降低成本并预控消除风险的新方法意义重大。

  二、国内外的现状及发展趋势

  世界上储气库建设已有近百年的历史,储气库安全运行管理等已有丰富的经验,其储气体类型齐全,完钻井数量众多,在储气库井的井喷及井喷着火预防与应急处理、以及气藏管理等方面均积累了丰富的经验,已形成了规范的管理体系,其中以欧美等国家的储气库运行、管理水平最为突出。

  风险评估RBI技术是近三十年来国际上新兴的一门工程风险学学科,其基本思路是:采用系统论的原理和方法,对设备系统中固有的或潜在的危险及其程度进行定性分析和评估,找出薄弱环节,优化检验的效率和频率,降低日常检验及维修的费用,维持原有的安全裕度,提出安全技术建议及对策。

  传统的检验维修规程是基于保守的安全考虑,未将经济性和安全性以及可能存在的失效风险有机地结合起来,检验的频率、程度和受检设备的风险级别极不相称,常规检验不是系统化的针对高风险设备。随着诊断技术的发展和设备多年的运行经验,新型的风险检验理念被引进国际上大中型石化能源工业,用于提高设备运行的可靠性并降低检验成本,已经过实践检验被证明为是一种高效的风险分析工具。

  风险评估RBI技术在全球石油石化必威体育官方网站 已有广泛的应用,已有大量的定性、定量RBI案例。国内重要设施在建设前均要进行定性的安全评价和环境评价,其中中石化茂名炼油化工股份有限公司、中石化天津石油化工公司以及中海油海洋钻采平台装置等已进行过定量的风险评估RBI技术的应用。

  据调研,风险评估RBI技术在储气库系统中的应用案例尚比较少(其中,挪威船级社(DNV)—国际知名的RBI资质公司,曾进行过储气库的风险评估RBI案例),但在天然气处理厂的应用案例比较多。天然气处理厂的地面工艺与储气库系统地面工艺尽管各有特点,但也有较大的相似性,这对风险评估RBI技术在储气库系统中的应用很有借鉴作用。储气库注采井的安全性评价尚未见案例的文献报道。

  在西方国家,风险评估RBI技术的应用已取得了显著的效益和安全预控效果,我国部分必威体育官方网站 正在引进、试行和掌握这一新技术。储气库作为我国的一个“新生事物”,但其作用不可替代、意义重大且深远。开展风险评估RBI技术在储气库系统的应用将和石化必威体育官方网站 一样,是一必然的发展趋势。

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