MLS安全评价法在固井作业中的应用

何君毅 罗衡

(中海油安全技术服务有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

0 引言

安全评价是指应用系统工程的原理和方法，对被评价事件中存在的可能引发事故或直接经济损失的因素进行识别，判断其发生的频率及造成的严重后果，从而提出事故防范措施，提高安全管理能力，进一步实现被评价事件的整体安全。安全评价方法有事故引发和故障假设分析法、危险指数评价法、定量风险评价和层次分析法等，总结为定性分析和定量分析两大类方法。MLS评价法是经过改进的评价方法，通过明确危险因素的控制和监测措施、风险发生的概率和发生后引起的事故后果严重性来评价风险的大小[1]。通过评价事件危险因素的严重程度，拟定明确的危险控制措施，减少危险因素，保障安全生产。

固井作业过程是钻井过程中风险相对较高的作业项目，需要在短时间内完成所有工序，在固井作业中存在大量的带高压操作过程，是安全风险的高发施工过程。为了降低固井作业的风险，保障固井作业的安全进行，通过MLS安全评价法结合固井操作规程，掌握固井施工过程中主要危险因素，分析主要危险因素存在的原因，制定明确的危险控制措施，达到减少风险的目的。

1 固井危险因素分析

固井过程的主要目的是填充套管和井壁之间的空隙，给井壁和套管提供支撑密封的作用，从而达到封隔不同压力地层的目的。固井施工的安全与否会影响到整个油气井筒的安全以及后续油气开发的安全。通过提高固井工艺技术水平，优化作业关键技术环节，提升施工现场的管理水平，克服不利因素，从而达到在安全施工的同时使水泥环具有较好的封堵效果。固井主要工艺流程包括：施工前准备、管线吹灰试压、接固井水泥头、试运行、注前置液、注水泥浆、压胶塞、替浆、碰压、泄压、候凝等。各个操作步骤中都存在大量可能出现的危险因素，现根据固井操作步骤，以其存在的危险因素为研究对象，对其具体分析。

(1)施工前准备：配制水泥浆时，易腐蚀和有毒有害材料接触人体或者泄漏入海，造成人员伤害或者环境污染。

(2)管线吹灰试压：管线吹灰试压时由于操作工程师违章操作，试压压力过高，管线爆裂，同时未设置危险区域(钻台、车尾、管线试压区)安全警示带，人员在危险区域逗留造成伤害。

(3)接固井水泥头：由于固井操作工程师和钻工配合不当，使工具落井或者工具弹出造成人员伤害。

(4)试运行：试运行时操作工程师违章操作，开错阀门，或者未监控好压力变化，使得管线爆裂，造成人员伤害和水泥浆的泄露。

(5)注前置液：注前置液时操作工倒错阀门，造成胶塞被提前压入套管，造成经济损失，或者未检测好压力变化，造成管线爆裂、人员伤害。

(6)注水泥浆：注水泥浆时操作工倒错阀门，造成胶塞被提前压入套管，造成经济损失，或者未检测好压力变化，使得管线爆裂，造成人员伤害和水泥浆的泄露。

(7)压胶塞：压胶塞时控制胶塞下行的档销未活动，造成顶胶塞未下行，此时仍然未发现并开始向管线替浆，此时会造成水泥浆与替浆的钻井液混合，污染水泥浆使其达不到凝固的条件，同时还会造成没有碰压过程，需要带压侯凝等一系列有风险的后果。

(8)替浆：替浆过程中管线带高压，操作不当会造成人员伤害。

(9)碰压：碰压时对压力监控不到位，造成固井管线憋压，憋爆管线造成人员伤害。

(10)泄压：泄压时泄压过快使得固井泵回流速度过快量过多，一方面使得钻井液飞溅接触人身体，另一方面造成套管内液面亏空，压力不够，造成单流阀压力过大失效，需要带压侯凝，增大风险。

2 固井危险因素评价

2.1 安全评价方法介绍

在运用安全评价方法的过程中，大部分非定量的方法对潜在危险因素的个数以及该危险因素所带来的后果没有充分考虑，并且在计算造成的后果时通常要折中取舍，一定程度上降低了评价方法的精确性，增大了不定因素和决策难度。因此，对所有能够造成事故的潜在危险源均采用全新的安全评价方法即MLS法，该安全评价方法的结果更接近事故的实际情况[1-2]。该评价方法的计算方程为：

式中，R为评价结果，即风险大小；n为所有危险因素的个数；Mi为第i个危险因素的控制与监测措施具有的分值；Li为事故中第i种危险因素发生导致事故的概率；Si1为第i种危险因素发生事故所造成的直接人员伤亡损失；Si2为第i种危险因素导致的事故造成的所有财产损失；Si3为第i种危险因素造成的环境污染及经济损失(此评价适用的S类型仅有3种，即m=3)。

2.2 固井作业安全评估

2.2.1 评价参数取值的确定

(1)潜在危险因素个数n。按照中海石油(中国)有限公司湛江分公司Q/HS 14004—2016《海洋固井设计与作业要求》和《钻完井健康安全环境管理体系(2002-DL-01-06-01)》，以及对固井作业全过程的分解，已将固井过程中的危险因素个数划分为10类(见下文)。

(2)危险因素发生频率L。经不完全统计，上述危险因素在固井作业中均有发生，不过统计样本较少，用简单的概率公式计算不具有代表性。现将每个危险因素的施工时长、操作的难易程度结合起来，综合确定每个危险因素发生的频率(见表1)(将作业时长从短到长分为5个等级、作业难度从易到难分为5个等级，两项乘积为该项的频率分值)。

表1 危险因素发生频率

续表1

(3)危险因素可监测与可控制状态M。危险因素的可监测与可控制状态如下表2所示。

表2 危险因素可监测与可控制状态及其分值

(4)危险因素后果严重度S。Si1为第i种危险因素发生事故所造成的直接人员伤亡损失，根据受伤严重程度换算成的直接经济损失将其分为3个档次，死亡系数为5，重伤系数为3，轻伤系数为1；Si2根据设备的贵重程度以及损坏程度将其分为3个等级，分别赋值1～3；Si3为污染及经济损失，水泥浆材料泄露入海的环境经济损失赋系数为2(此评价适用的S类型仅有3种，即m=3)。

2.2.2 危险因素等级的确定

根据MLS的计算原理以及对各个参数取值进行确定，对潜在危险因素进行定量评价，确定其评价结果(如表3)。

表3 MLS评价结果

通过计算结果对各种潜在危险进行分级：注前置液和注水泥浆为一级危险因素，压胶塞、替水泥浆和施工前准备为二级危险因素，管线吹灰试压和接固井水泥头为三级危险因素，试运行、碰压和泄压为四级危险因素。

3 固井危险因素控制措施

通过前文对固井作业中的危险因素进行分析，同时结合事故致因的轨迹交叉理论模型[3-4](图1)，对所有可能引起事故发生的原因深入解剖，明确造成事故发生的根本原因，从本质上找出解决措施，从而消除其发生的可能性。

3.1 固井危险因素产生原因

轨迹交叉理论将事故的发生过程描述为：管理欠缺导致物的不安全状态或者是人的不安全行为，两者同时出现就会造成伤害。从物的不安全状态的角度和人的不安全行为的角度两方面确定事故的发生轨迹，从而分析事故原因。

图1 轨迹交叉理论模型

该模型主要强调的是由于管理因素的欠缺所导致人的不安全行为和物的不安全状态是事故发生的最主要的原因。结合固井作业现场的实际情况，所有的物(包括固井设备和钻井设备)以及物的工艺流程均是非常成熟并且完备的，极小的几率会出现物的不安全状态。因此，大部分固井作业事故均是由人的不安全行为或者人的不安全行为导致物的不安全状态所产生的。所以，现场加强管理因素以及规范人的不安全行为成为解决现场固井事故最主要的最本质因素。

3.2 固井危险因素控制措施

现场危险因素的产生包括管理因素和个人因素，通过加强现场管理、完善固井实际操作和具体施工过程，结合危险因素风险评价等级，制定该施工过程危险因素控制措施(见表4)。

(1)制定严格的组织规章制度，现场操作严格按照有关健康安全环境管理体系执行，违者必罚。

(2)针对相应岗位的操作人员进行专业操作技能和安全基础知识的培训。

(3)安全监督严格履行自己监督职责，一级、二级危险因素需全程参与监督。

(4)作业期间班组长需全程参与，检查劳保穿戴、指导作业操作。

针对一级危险因素的注前置液和注水泥浆过程和二级危险因素的施工前准备、压胶塞和替浆过程，危险因素控制除了上述4条，还应增加：①扣分制度，分数直接与效益挂钩，情节严重和影响恶劣的直接拉入 “作业黑名单”。②一级危险因素和二级危险因素的主要操作岗严禁一年以内岗位经验的员工操作。

表4 不同危险因素控制措施和控制结果

4 结论

(1)明确固井主要施工过程中(施工前准备、管线吹灰试压、连接固井水泥头、试运行、注前置液、注水泥浆、压胶塞、替浆、碰压、泄压、候凝等)存在的危险因素。

(2)MLS评价方法能够对多个不同危险因素以及不同的危险因素所带来的不同危害后果进行综合评价，更适用于固井作业风险评价。

(3)通过对各种危险因素进行分类，明确注前置液和注水泥浆为一级危险因素，压胶塞、替浆和施工前准备为二级危险因素，管线吹灰试压和接固井水泥头为三级危险因素，试运行、碰压和泄压为四级危险因素。

(4)运用事故致因理论的轨迹交叉理论模型，明确危险因素的存在是人的不安全行为所导致，通过制定严格组织规章制度、开展技能和安全培训、行使安全监督和班组长的职责、增加扣分制和明确特殊岗位的操作工的工作年限等，所有不同危险等级的危险因素均能够消除。