YL区块某探井浅层气危害评估

吴小龙　陈昭日　毛炼　罗衡

1.YL区块环境工况

1.1 地层参数

水深：2021m;浅层气储层位置：2900米;浅层气面积：16Km²;浅层气厚度：12m;地层压力梯度：1.0;井眼尺寸：26in（66cm）;无隔水导管，26in钻进至3174m。

1.2 海流剖面

表1和图1为琼东南海域2010年01月最大海流出现时刻海流剖面特征。结果显示：琼东南海域表层海流流速最大值可以达到1.6m/s，该流速与数值模拟所得到的琼东南海域表层流速在20年重现期的极值流速十分接近。表层海流主要受季风、台风和大尺度环流的影响。海洋内波对次表层海流具有重要影响，中层和深层海流主要受大尺度环流的影响。

1.3 浅层气体瞬态流速

假定浅层气体由井口泄露，气体在井口处可达临界流，此时浅层气在井口的瞬时泄露速率采用公式

（1）

式中为浅层气体的速率，Kg/s;D为井眼尺寸，mm;P为地层压力，kpa;M为介质分子量;T为介质输送温度，

2.气体可燃性评估

表2所示的甲烷与空气混合的爆炸极限为5.3%～14%（GB T 12474-1990）。可燃性混合物能够发生爆炸的最低体积分数和最高体积分数，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限体积分数时，既不爆炸，也不着火。这是由于前者的可燃物体积分数不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延;而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。利用流体计算模型可以计算出浅层体积在海水中的体积分数，当浅层气产量为50万方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s时，甲烷的体积分数分别为0、0、1.5%、2.1%;当浅层气产量为100万方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s时，甲烷的体积分数分别为0、0.9%、2.9%、4.1%;当浅层气产量为150万方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s时，甲烷的体积分数分别为1.5%、2%、4.3%、6.3%;当浅层气产量为200万方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s时，甲烷的体积分数分别为1.2%、3.8%、6.7%、10.27%。由可燃气体在空气中的爆炸界限可知，不考虑海洋风载荷的情况下，当海洋流速0m/s，浅层气体产量为150万方/天和200万方/天时，浅层气体体积分数超过了甲烷在空气中的爆炸界限;当海洋流速0.1m/s时，浅层气体产量为200 万方/天，浅层气体体积分数也超过了甲烷在空气中的爆炸界限。因此，当海洋流速0m/s、0.1m/s时，浅层气体产量为200万方/天时，海洋钻井平台的安全性受到浅层气体扩散的威胁。当海洋流速0.1m/s时，浅层气体产量为150万方/天时，海洋钻井平台的安全性受到浅层气体扩散的威胁。

3.气体扩散区域

由计算流体模型的计算结果可以得到气体扩散稳态阶段浅层气体的扩散范围，如下图21所示（如图所示白色分界线表示浅层气体扩散时，气体体积分数大于3%的区域）。图中200-0、200-0.1、200-0.2和200-0.3分别代表浅层气体产量200万方/天，海流速度0m/s、0.1m/s、0.2m/s和0.3m/s时，浅层气体的扩散范围;由图可知，海流速度为0 m/s和0.1 m/s时，平台附近有一定体积分数的浅层气体，其体积分数为10.2%和6.3%，均超过甲烷混合空气的爆炸极限，平台生产安全受到严重威胁;随着海流速度的继续增加至0.2 m/s和0.3 m/s时，平台中心200m和400m内浅层气气体体积分数为0，气体扩散不影响平台的安全生产。

4.结论

（1）当浅层气体产量为200万方/天，海流速度为0 m/s和0.1 m/s时，平台附近有一定体积分数的浅层气体，其体积分数为10.2%和6.3%，均超过甲烷混合空气的爆炸极限，平台生产安全受到威胁;随着海流速度的继续增加至0.2 m/s和0.3 m/s时，平台中心200m和400m内浅层气气体体积分数为0，气体扩散不影响平台的安全生产。

（2）当浅层气体产量150万方/天，海洋流速0m/s时，平台附近气体体积分数均超过甲烷混合空气的爆炸极限，平台生产安全受到严重威胁;浅层气体产量150万方/天，海洋流速0.1m/s时，平台附近气体体积分数未超过甲烷混合空气的爆炸极限，气体扩散不影响平台的安全生产。随着海流速度的继续增加至0.2 m/s和0.3 m/s时，平台中心100m和600m附近浅层气气体体积分数为0，气体扩散不影响平台的安全生產。

（3）当浅层气体产量50万方/天，海流速度为0 m/s时，平台附近有一定体积分数的浅层气体，其体积分数为1.5%;随着海流速度的继续增加至0.1m/s、0.2 m/s和0.3 m/s时，钻井平台附近气体体积分数为0。因此，当浅层气体产量50万方/天时，气体扩散不会影响平台的安全生产。

（5）当浅层气气体产量50万方/天，海洋流速分别为0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s时，浅层气气体上窜至海面的时间分别为610s、573s、502s和470s;当浅层气气体产量100万方/天，海洋流速分别为0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s时，浅层气气体上窜至海面的时间分别为327s、286s、243s和216s;当浅层气气体产量150万方/天，海洋流速分别为0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s时，浅层气气体上窜至海面的时间分别为230s、182s、157s和136s;当浅层气气体产量200万方/天，海洋流速分别为0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s和0m/s时，浅层气气体上窜至海面的时间分别为173s、137s、114s和98s。