深水井控关压井工艺风险分析与安全屏障绩效研究

摘要

深水井控具有工艺技术复杂、作业环境恶劣、风险因素众多以及失控后果更为严重、救援更为困难等特点。深水油气资源开发不断迈进的步伐，对深水井控安全提出更高的要求。本文立足于深水二级井控的预防工作，全面辨识与控制深水井控风险因素，并对深水井喷失控后应急响应屏障绩效进行研究。主要研究进展包括： 1.深水井控关井工艺风险分析 深水井喷事故的后果严重性以及应急救援局限性强调第一时间关井成功的重要性。基于海上关井作业失效事故统计与深水地平线关井失效演化分析，综合一般工况与应急工况，建立深水关井作业可靠性GO模型并映射为贝叶斯网络，识别深水关井作业薄弱风险点，定量分析得出多因素影响下的深水关井作业成功概率有所降低。 2.深水井控压井工艺优选研究 深水井控压井作业是继关井之后的第二道二级井控屏障。运用BN-CREAM方法建立深水压井作业量化风险分析模型，定量辨识深水压井作业关键风险点：压井方法的合理选择。基于深水压井方法定性统计分析，构建深水压井工艺优选模型，并运用TOPSIS耦合熵权法对深水压井实例进行分析，结果表明优选结果与工程实际相符。 3.深水二级井控关键屏障可靠性研究 深水二级井控系统是培训平台钻井人员熟练掌握井控技术，防止溢流演化为井喷事故的工作重点。依据深水关压井工艺辨识结果，建立深水井控系统安全屏障模型，确定二级井控关键屏障。基于CREAM人因失误概率与OREAD设备失效概率预测，运用动态贝叶斯网络分析维修与不维修条件下深水井控人机界面系统可靠性，并分析系统薄弱风险点的敏感性。考虑共因失效因素，运用Markov方法分析深水防喷器控制系统关键失效部件可靠性并判定其风险等级。 4.深水井喷失控应急响应屏障绩效研究 有效的应急响应流程是遏制深水井喷失控事故升级的关键屏障。借助模糊随机Petri网，构建深水井喷失控应急响应流程模型。定量分析应急响应流程的任务冲突问题、应急处置能力并识别流程的关键响应环节，强调深水平台钻井总监应急决策的关键性，以及培养平台在岗与非在岗人员危机意识的重要性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 研究目标及内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要研究内容

第2章 深水井控关井工艺风险分析

2.1 深水井控关井工艺风险辨识

2.1.1 深水关井方式

2.1.2 海上关井失效事故统计

2.1.3 深水地平线井喷关井作业失效演化

2.2 深水井控关井工艺GO模型

2.2.1 GO法基本原理

2.2.2 深水关井工艺可靠性框图

2.2.3 深水关井工艺GO模型建立

2.3 深水井控关井人因及设备失效概率预测

2.3.1 深水关井作业人因失误概率预测

2.3.2 深水钻井关井作业设备失效概率预测

2.4 深水井控关井作业贝叶斯推理

2.4.1 Bayesian-GO法映射理论基础

2.4.2 深水关井作业贝叶斯映射过程

2.4.3 深水关井作业贝叶斯概率推算

2.5 本章小结

第3章 深水井控压井工艺优选研究

3.1 深水井控压井工艺风险辨识

3.1.1 深水压井工艺贝叶斯网络模型

3.1.2 深水压井工艺根节点失效概率预测

3.1.3 深水压井工艺风险关键点

3.2 深水井控压井工艺方法统计

3.2.1 深水常规压井方法

3.2.2 深水非常规压井方法

3.2.3 深水井控常用压井工艺

3.3 深水井控压井工艺优选模型

3.3.1 深水压井工艺优选流程

3.3.2 TOPSIS耦合熵权法

3.3.3 模型应用

3.4 本章小结

第4章 深水二级井控关键屏障可靠性研究

4.1 深水井控系统风险控制安全屏障模型

4.1.1 安全屏障的概念与分类

4.1.2 海上油气井钻井系统安全屏障

4.1.3 深水钻井井控系统安全屏障模型

4.2 深水井控人机界面系统安全屏障动态风险分析

4.2.1 深水井控人机界面系统定义

4.2.2 动态贝叶斯网络基本原理

4.2.3 深水井控人机界面系统屏障动态贝叶斯网络建模

4.2.4 人因及设备可靠性安全屏障失效概率预测

4.2.5 深水井控人机界面系统安全屏障动态贝叶斯网络分析

4.3 深水防喷器控制系统安全屏障可靠性分析

4.3.1 深水防喷器系统失效数据分布

4.3.2 深水防喷器控制系统共因失效分析

4.3.3 水下控制箱马尔可夫过程

4.4 本章小结

第5章 深水井喷失控应急响应屏障绩效研究

5.1 模糊随机Petri网基本原理

5.1.1 Petri网相关理论

5.1.2 模糊随机Petri网相关理论

5.2 应急响应流程Petri网模型

5.2.1 应急响应屏障工作流程

5.2.2 应急响应屏障随机Petri网建模

5.3 应急响应屏障绩效分析

5.3.1 应急响应屏障有效性分析

5.3.2应急响应屏障性能分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢