MLS安全評價法在固井作業中的應用

何君毅 羅衡

(中海油安全技術服務有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

0 引言

安全評價是指應用系統工程的原理和方法，對被評價事件中存在的可能引發事故或直接經濟損失的因素進行識別，判斷其發生的頻率及造成的嚴重后果，從而提出事故防范措施，提高安全管理能力，進一步實現被評價事件的整體安全。安全評價方法有事故引發和故障假設分析法、危險指數評價法、定量風險評價和層次分析法等，總結為定性分析和定量分析兩大類方法。MLS評價法是經過改進的評價方法，通過明確危險因素的控制和監測措施、風險發生的概率和發生后引起的事故后果嚴重性來評價風險的大小[1]。通過評價事件危險因素的嚴重程度，擬定明確的危險控制措施，減少危險因素，保障安全生產。

固井作業過程是鉆井過程中風險相對較高的作業項目，需要在短時間內完成所有工序，在固井作業中存在大量的帶高壓操作過程，是安全風險的高發施工過程。為了降低固井作業的風險，保障固井作業的安全進行，通過MLS安全評價法結合固井操作規程，掌握固井施工過程中主要危險因素，分析主要危險因素存在的原因，制定明確的危險控制措施，達到減少風險的目的。

1 固井危險因素分析

固井過程的主要目的是填充套管和井壁之間的空隙，給井壁和套管提供支撐密封的作用，從而達到封隔不同壓力地層的目的。固井施工的安全與否會影響到整個油氣井筒的安全以及后續油氣開發的安全。通過提高固井工藝技術水平，優化作業關鍵技術環節，提升施工現場的管理水平，克服不利因素，從而達到在安全施工的同時使水泥環具有較好的封堵效果。固井主要工藝流程包括：施工前準備、管線吹灰試壓、接固井水泥頭、試運行、注前置液、注水泥漿、壓膠塞、替漿、碰壓、泄壓、候凝等。各個操作步驟中都存在大量可能出現的危險因素，現根據固井操作步驟，以其存在的危險因素為研究對象，對其具體分析。

(1)施工前準備：配制水泥漿時，易腐蝕和有毒有害材料接觸人體或者泄漏入海，造成人員傷害或者環境污染。

(2)管線吹灰試壓：管線吹灰試壓時由于操作工程師違章操作，試壓壓力過高，管線爆裂，同時未設置危險區域(鉆臺、車尾、管線試壓區)安全警示帶，人員在危險區域逗留造成傷害。

(3)接固井水泥頭：由于固井操作工程師和鉆工配合不當，使工具落井或者工具彈出造成人員傷害。

(4)試運行：試運行時操作工程師違章操作，開錯閥門，或者未監控好壓力變化，使得管線爆裂，造成人員傷害和水泥漿的泄露。

(5)注前置液：注前置液時操作工倒錯閥門，造成膠塞被提前壓入套管，造成經濟損失，或者未檢測好壓力變化，造成管線爆裂、人員傷害。

(6)注水泥漿：注水泥漿時操作工倒錯閥門，造成膠塞被提前壓入套管，造成經濟損失，或者未檢測好壓力變化，使得管線爆裂，造成人員傷害和水泥漿的泄露。

(7)壓膠塞：壓膠塞時控制膠塞下行的檔銷未活動，造成頂膠塞未下行，此時仍然未發現并開始向管線替漿，此時會造成水泥漿與替漿的鉆井液混合，污染水泥漿使其達不到凝固的條件，同時還會造成沒有碰壓過程，需要帶壓侯凝等一系列有風險的后果。

(8)替漿：替漿過程中管線帶高壓，操作不當會造成人員傷害。

(9)碰壓：碰壓時對壓力監控不到位，造成固井管線憋壓，憋爆管線造成人員傷害。

(10)泄壓：泄壓時泄壓過快使得固井泵回流速度過快量過多，一方面使得鉆井液飛濺接觸人身體，另一方面造成套管內液面虧空，壓力不夠，造成單流閥壓力過大失效，需要帶壓侯凝，增大風險。

2 固井危險因素評價

2.1 安全評價方法介紹

在運用安全評價方法的過程中，大部分非定量的方法對潛在危險因素的個數以及該危險因素所帶來的后果沒有充分考慮，并且在計算造成的后果時通常要折中取舍，一定程度上降低了評價方法的精確性，增大了不定因素和決策難度。因此，對所有能夠造成事故的潛在危險源均采用全新的安全評價方法即MLS法，該安全評價方法的結果更接近事故的實際情況[1-2]。該評價方法的計算方程為：

式中，R為評價結果，即風險大小；n為所有危險因素的個數；Mi為第i個危險因素的控制與監測措施具有的分值；Li為事故中第i種危險因素發生導致事故的概率；Si1為第i種危險因素發生事故所造成的直接人員傷亡損失；Si2為第i種危險因素導致的事故造成的所有財產損失；Si3為第i種危險因素造成的環境污染及經濟損失(此評價適用的S類型僅有3種，即m=3)。

2.2 固井作業安全評估

2.2.1 評價參數取值的確定

(1)潛在危險因素個數n。按照中海石油(中國)有限公司湛江分公司Q/HS 14004—2016《海洋固井設計與作業要求》和《鉆完井健康安全環境管理體系(2002-DL-01-06-01)》，以及對固井作業全過程的分解，已將固井過程中的危險因素個數劃分為10類(見下文)。

(2)危險因素發生頻率L。經不完全統計，上述危險因素在固井作業中均有發生，不過統計樣本較少，用簡單的概率公式計算不具有代表性。現將每個危險因素的施工時長、操作的難易程度結合起來，綜合確定每個危險因素發生的頻率(見表1)(將作業時長從短到長分為5個等級、作業難度從易到難分為5個等級，兩項乘積為該項的頻率分值)。

表1 危險因素發生頻率

續表1

(3)危險因素可監測與可控制狀態M。危險因素的可監測與可控制狀態如下表2所示。

表2 危險因素可監測與可控制狀態及其分值

(4)危險因素后果嚴重度S。Si1為第i種危險因素發生事故所造成的直接人員傷亡損失，根據受傷嚴重程度換算成的直接經濟損失將其分為3個檔次，死亡系數為5，重傷系數為3，輕傷系數為1；Si2根據設備的貴重程度以及損壞程度將其分為3個等級，分別賦值1～3；Si3為污染及經濟損失，水泥漿材料泄露入海的環境經濟損失賦系數為2(此評價適用的S類型僅有3種，即m=3)。

2.2.2 危險因素等級的確定

根據MLS的計算原理以及對各個參數取值進行確定，對潛在危險因素進行定量評價，確定其評價結果(如表3)。

表3 MLS評價結果

通過計算結果對各種潛在危險進行分級：注前置液和注水泥漿為一級危險因素，壓膠塞、替水泥漿和施工前準備為二級危險因素，管線吹灰試壓和接固井水泥頭為三級危險因素，試運行、碰壓和泄壓為四級危險因素。

3 固井危險因素控制措施

通過前文對固井作業中的危險因素進行分析，同時結合事故致因的軌跡交叉理論模型[3-4](圖1)，對所有可能引起事故發生的原因深入解剖，明確造成事故發生的根本原因，從本質上找出解決措施，從而消除其發生的可能性。

3.1 固井危險因素產生原因

軌跡交叉理論將事故的發生過程描述為：管理欠缺導致物的不安全狀態或者是人的不安全行為，兩者同時出現就會造成傷害。從物的不安全狀態的角度和人的不安全行為的角度兩方面確定事故的發生軌跡，從而分析事故原因。

圖1 軌跡交叉理論模型

該模型主要強調的是由于管理因素的欠缺所導致人的不安全行為和物的不安全狀態是事故發生的最主要的原因。結合固井作業現場的實際情況，所有的物(包括固井設備和鉆井設備)以及物的工藝流程均是非常成熟并且完備的，極小的幾率會出現物的不安全狀態。因此，大部分固井作業事故均是由人的不安全行為或者人的不安全行為導致物的不安全狀態所產生的。所以，現場加強管理因素以及規范人的不安全行為成為解決現場固井事故最主要的最本質因素。

3.2 固井危險因素控制措施

現場危險因素的產生包括管理因素和個人因素，通過加強現場管理、完善固井實際操作和具體施工過程，結合危險因素風險評價等級，制定該施工過程危險因素控制措施(見表4)。

(1)制定嚴格的組織規章制度，現場操作嚴格按照有關健康安全環境管理體系執行，違者必罰。

(2)針對相應崗位的操作人員進行專業操作技能和安全基礎知識的培訓。

(3)安全監督嚴格履行自己監督職責，一級、二級危險因素需全程參與監督。

(4)作業期間班組長需全程參與，檢查勞保穿戴、指導作業操作。

針對一級危險因素的注前置液和注水泥漿過程和二級危險因素的施工前準備、壓膠塞和替漿過程，危險因素控制除了上述4條，還應增加：①扣分制度，分數直接與效益掛鉤，情節嚴重和影響惡劣的直接拉入 “作業黑名單”。②一級危險因素和二級危險因素的主要操作崗嚴禁一年以內崗位經驗的員工操作。

表4 不同危險因素控制措施和控制結果

4 結論

(1)明確固井主要施工過程中(施工前準備、管線吹灰試壓、連接固井水泥頭、試運行、注前置液、注水泥漿、壓膠塞、替漿、碰壓、泄壓、候凝等)存在的危險因素。

(2)MLS評價方法能夠對多個不同危險因素以及不同的危險因素所帶來的不同危害后果進行綜合評價，更適用于固井作業風險評價。

(3)通過對各種危險因素進行分類，明確注前置液和注水泥漿為一級危險因素，壓膠塞、替漿和施工前準備為二級危險因素，管線吹灰試壓和接固井水泥頭為三級危險因素，試運行、碰壓和泄壓為四級危險因素。

(4)運用事故致因理論的軌跡交叉理論模型，明確危險因素的存在是人的不安全行為所導致，通過制定嚴格組織規章制度、開展技能和安全培訓、行使安全監督和班組長的職責、增加扣分制和明確特殊崗位的操作工的工作年限等，所有不同危險等級的危險因素均能夠消除。