一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法
2023-09-21 10:31:40
專利名稱：一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法
技術領域：
本發明涉及一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，特別涉及一種基於故障樹對穴型天然氣地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法。
背景技術：
目前我國已規劃建設多座鹽穴型天然氣地下儲氣庫，建設中的西氣東輸一線配套工程金壇儲氣庫，已有5個老腔進入注採運行階段，「十二五」期間將達到62個單腔的規模； 西氣東輸二線配套工程河南平頂山、湖北雲應鹽穴儲氣庫等項目也將在「十二五」期間建設。如何採取有效措施，降低各種危害因素對地下儲氣庫安全的影響，避免地下儲氣庫事故發生，有效地對地下儲氣庫進行預防性維護，做到事前預控，已成為我國儲氣庫管理者面臨的重要問題。鹽穴型天然氣地下儲氣庫是目前世界上主要的天然氣儲存方式和手段之一，在天然氣的應急調峰中能夠起到關鍵作用。然而，地下儲氣庫運行過程中可能受腐蝕、設備失效、衝蝕、水合物生成、機械損傷、自然災害、誤操作、鹽巖蠕變等危害因素的不良影響，造成儲氣庫穩定性和安全可靠性降低，甚至引發災難性的事故，如氣體洩漏、溶腔失效和庫區地表沉陷等。據統計鹽穴地下儲氣庫在運行階段已發生多次，對安全及環境產生了巨大災難性影響；事故類型主要包括洩漏和注採能力下降兩類，其中洩漏事故佔比例最大。因此，地下儲氣庫的安全問題不容忽視。如何採取有效措施，降低各種危害因素對地下儲氣庫安全的影響，避免地下儲氣庫事故發生，有效地對地下儲氣庫進行預防性維護，做到事前預控，已成為儲氣庫管理者面臨的重要問題。鹽穴地下儲氣庫風險評估技術是解決該問題的有效技術手段，其目的是系統地識別鹽穴地下儲氣庫運行階段的風險因素，估算風險因素對人員、財產或環境產生不利影響的可能性大小及後果的嚴重程度，並確定鹽穴地下儲氣庫風險水平，以採取有針對性地控制風險，預防事故發生，確保其安全平穩運行。國內外關於鹽穴地下儲氣庫風險評估的研究報導很少，鹽穴地下儲氣庫風險評估尚無據可依。鹽穴地下儲氣庫風險評估是綜合地下儲氣庫失效概率和後果分析的結果，確定其風險水平的過程。鹽穴地下儲氣庫洩漏風險的測定方法是建立鹽穴地下儲氣庫風險評估技術的關鍵點之一，對於預防儲氣庫洩漏事故發生和提升我國地下儲氣庫安全管理水平具有重要意義。因此，研究有效的地下儲氣庫洩漏風險的測定方法尤為迫切和重要。
發明內容
本發明旨在提供一種鹽穴型天然氣地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，用於判斷地下儲氣庫發生洩漏失效可能性，為鹽穴型地下儲氣庫風險評估提供失效概率數據，本發明可解決鹽穴地下儲氣庫風險評估中失效概率計算的問題，為預防鹽穴地下儲氣庫洩漏事故發生提供技術手段，從而確保鹽穴地下儲氣庫安全平穩運行。一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，基於模糊故障樹的方法對地下儲氣庫儲存介質洩漏風險進行測定。具體技術方案由如下步驟實現一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，包括如下步驟A獲取待評價鹽穴地下儲氣庫的數據資料；B基於所述鹽穴地下儲氣庫的數據資料，識別引發儲存介質洩漏的風險因素；C以洩漏到大氣事件作為頂事件、依次確定次級事件、基本事件和引起頂事件的割集，建立故障樹；D確定所述基本事件與所述風險因素的關係；E基於所述鹽穴地下儲氣庫的數據資料和工程評價模型，計算所述風險因素引起相關聯的基本事件發生概率；F確定所述風險因素引起不同洩露模式洩漏到大氣發生的概率分布；G根據所述引起頂事件割集，確定所述引起頂事件割集中引起洩漏到大氣事件發生的主事件；H根據所述基本事件發生概率和所述風險因素洩露概率分布，確定所述主事件的發生概率和所述引起頂事件的割集的發生概率；I根據所述主事件的發生概率和所述故障樹，計算所述頂事件下所述次級事件的發生概率；J根據所述步故障樹和所述次級事件的發生概率，計算所述不同洩露模式下所述頂事件的發生概率。優選地，所述的步驟A中的鹽穴地下儲氣庫信息資料包括鹽穴地下儲氣庫信息、 儲存介質特性參數、鹽穴井幾何形狀參數、運行參數、維護和/或維修歷史數據。優選地，所述的步驟A中的鹽穴地下儲氣庫信息包括儲氣庫名稱、儲氣庫類型評價鹽穴井編號、鹽穴井設計壽命和鹽穴井服役時間。優選地，所述的步驟A中的儲存介質特性參數包括儲存介質類型、氣體常量、天然氣分子量、天然氣相對密度和天然氣的動態黏度。優選地，所述的步驟A中的鹽穴井幾何形狀參數包括鹽穴體積、庫容量、工作氣量、墊氣量和管柱尺寸。優選地，所述的步驟A中的運行參數包括井口最大運行壓力、井口最小運行壓力、 鹽穴最大設計壓力、鹽穴最小設計壓力、鹽穴溫度、注入氣體溫度和最大生產率。優選地，所述的步驟A中的維護和/或維修歷史包括已發生的洩漏事件、已發生的鹽穴失穩事件和維修歷史。優選地，所述步驟B中的風險因素歸類為腐蝕、衝蝕、設備失效、運行相關、機械損傷以及自然力六類。優選地，所述的步驟C中通過井口設施洩漏和通過地下洩漏到地面為所述次級事件。優選地，所述通過井口設施洩漏包括緊急關閉閥洩漏、油管掛上面井口洩漏、封隔器洩漏、油管洩漏和油管掛下面井口洩漏。優選地，所述通過地下洩漏到地面包括封隔器洩漏、到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏、蓋層洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。
優選地，步驟C中所述基本事件為緊急關閉閥洩漏、油管掛上面井口洩漏、封隔器洩漏、油管洩漏、油管掛下面井口洩漏、到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏、蓋層洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。優選地，步驟C中所述引起頂事件的割集包括6個割集，依次為割集1為緊急關閉閥洩漏，割集2為油管掛上面井口洩漏，割集3為封隔器洩漏、油管洩漏和油管掛下面井口洩漏，割集4為到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏和蓋層洩漏，割集5為封隔器洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏，割集6為通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。優選地，步驟E中所述工程評價模型包括衝蝕失效概率計算模型、套管腐蝕失效概率計算模型、鹽穴閉合導致套管洩漏和鹽穴頂板洩漏概率計算模型和地震對鹽穴井失效概率計算模型。優選地，所述衝蝕失效概率計算模型如式(1)所示
權利要求
1.一種地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，其特徵在於，基於的方法對地下儲氣庫儲存介質洩漏風險進行測定。
2.根據權利要求1所述的測定方法，其特徵在於，包括如下步驟A獲取待評價鹽穴地下儲氣庫的數據資料；B基於所述鹽穴地下儲氣庫的數據資料，識別引發儲存介質洩漏的風險因素；C以洩漏到大氣事件作為頂事件、依次確定次級事件、基本事件和引起頂事件的割集， 建立故障樹；D確定所述基本事件與所述風險因素的關係；E基於所述鹽穴地下儲氣庫的數據資料和工程評價模型，計算所述風險因素引起相關聯的基本事件發生概率；F確定所述風險因素引起不同洩露模式洩漏到大氣發生的概率分布；G根據所述引起頂事件割集，確定所述引起頂事件割集中引起洩漏到大氣事件發生的主事件；H根據所述基本事件發生概率和所述風險因素洩露概率分布，確定所述主事件的發生概率和所述引起頂事件的割集的發生概率；I根據所述主事件的發生概率和所述故障樹，計算所述頂事件下所述次級事件的發生概率；J根據所述步故障樹和所述次級事件的發生概率，計算不同洩露模式下所述頂事件的發生概率。
3.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述鹽穴地下儲氣庫信息資料包括鹽穴地下儲氣庫信息、儲存介質特性參數、鹽穴井幾何形狀參數、運行參數、維護和/ 或維修歷史數據。
4.根據權利要求3所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述鹽穴地下儲氣庫信息包括儲氣庫名稱、儲氣庫類型評價鹽穴井編號、鹽穴井設計壽命和鹽穴井服役時間。
5.根據權利要求3所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述儲存介質特性參數包括儲存介質類型、氣體常量、天然氣分子量、天然氣相對密度和天然氣的動態黏度。
6.根據權利要求3所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述鹽穴井幾何形狀參數包括鹽穴體積、庫容量、工作氣量、墊氣量和管柱尺寸。
7.根據權利要求3所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述運行參數包括井口最大運行壓力、井口最小運行壓力、鹽穴最大設計壓力、鹽穴最小設計壓力、鹽穴溫度、注入氣體溫度和最大生產率。
8.根據權利要求3所述的測定方法，其特徵在於，步驟A中所述維護和/或維修歷史包括已發生的洩漏事件、已發生的鹽穴失穩事件和維修歷史。
9.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟B中所述風險因素歸類為腐蝕、 衝蝕、設備失效、運行相關、機械損傷以及自然力六類。
10.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟C中所述通過井口設施洩漏和通過地下洩漏到地面為所述次級事件。
11.根據權利要求10所述的測定方法，其特徵在於，所述通過井口設施洩漏包括緊急關閉閥洩漏、油管掛上面井口洩漏、封隔器洩漏、油管洩漏和油管掛下面井口洩漏。
12.根據權利要求10所述的測定方法，其特徵在於，所述通過地下洩漏到地面包括封隔器洩漏、到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏、蓋層洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。
13.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟C中所述基本事件為緊急關閉閥洩漏、油管掛上面井口洩漏、封隔器洩漏、油管洩漏、油管掛下面井口洩漏、到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏、蓋層洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。
14.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟C中所述引起頂事件的割集包括6個割集，依次為割集1為緊急關閉閥洩漏，割集2為油管掛上面井口洩漏，割集3為封隔器洩漏、油管洩漏和油管掛下面井口洩漏，割集4為到地面的洩漏途徑、鹽穴頂板洩漏和蓋層洩漏，割集5為封隔器洩漏、套管洩漏、通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏，割集6為通過生產套管水泥環洩漏和通過表層套管水泥環洩漏。
15.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟E中所述工程評價模型包括衝蝕失效概率計算模型、套管腐蝕失效概率計算模型、鹽穴閉合導致套管洩漏和鹽穴頂板洩漏概率計算模型和地震對鹽穴井失效概率計算模型。
16.根據權利要求15所述的測定方法，其特徵在於，所述衝蝕失效概率計算模型如式 (1)所示f F , /、Pferosion =^xratio = 2.572xl0"3χ ratioJ(1)其中&為衝蝕速率(次/年)，W為沙子流速(Kg/day)，V為流動速率(m/s)，D為管道直徑(mm)，Sk為幾何形狀參數，Pferosion為衝蝕導致設備失效的概率(次/年)；t為設備壁厚(mm) ；ratio為儲氣庫以最大日生產速率運行佔一年的時間比例。
17.根據權利要求15所述的測定方法，其特徵在於，所述套管腐蝕失效概率計算模型是基於應力-強度幹涉理論確定的腐蝕缺陷增長致剩餘管壁爆裂的失效概率計算模型，如式(2)所示Pfburst = J .. J f(d, L,t,D, SMTS, P)dddLdtdDd{STTS)dPLSFburst O ；LSF = O和LSF < O分別代表安全、極限和失效狀態；
18.根據權利要求15所述的測定方法，其特徵在於，所述鹽穴閉合導致套管洩漏和鹽穴頂板洩漏概率計算模型中，與鹽穴閉合相關的事件包括套管洩漏和鹽穴頂板洩漏，假定鹽穴閉合引起套管洩漏和鹽穴頂板洩漏的概率均等，建立式(7)所示的模型計算鹽穴閉合導致套管洩漏和鹽穴頂板洩漏的概率
19.根據權利要求15所述的測定方法，其特徵在於，所述的步驟E中地震引起鹽穴井失效概率計算模型具體步驟包括El根據Gutenberg-Richter法則確定地震幅度與頻率的關係；Ε2根據Gutenberg-Richter法則確定地面峰值加速度和地震幅度的關係；Ε3基於所述地震幅度與頻率的關係和所述地面峰值加速度和地震幅度的關係，確定所述鹽穴井區域的地震頻率和地面峰值加速度的關係；Ε4確定地震引起井失效的所述地面峰值加速度門檻值；Ε5根據所述鹽穴井區域的地震頻率和地面峰值加速度的關係和所述地面峰值加速度門檻值，確定斷層與鹽穴井之間的距離和每年因地震導致鹽穴井失效的頻率之間的關係；Ε6根據所述每年因地震導致鹽穴井失效的頻率之間的關係和待評價鹽穴井與斷層之間的距離，確定地震引起鹽穴井失效概率。
20.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟F中的所述不同洩露模式包括小洩漏、大洩漏和破裂三種模式，其中注採管直徑的為小洩露，注採管直徑的10%為大洩露，注採管直徑的100%為破裂。
21.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟F中的所述風險因素引起相關聯的基本事件發生概率按下表1所示洩漏尺寸腐蝕衝蝕設備失效運行相關機械損傷自然力
22.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟G中所述的主事件是指對於兩個或兩個以上所述基本事件共同發生才能導致洩漏發生的情況，洩漏途徑中控制洩漏尺寸大小的基本事件。
23.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟H中所述主事件的發生概率是指，根據式(8)計算確定不同洩漏模式下的主事件的發生概率，並將其記為對應割集的發生概率。Pfij = 1- Π (I-PfjkAki) (8)其中Pfu為主事件j的洩漏模式為i的發生概率； Pfjk為主事件j在風險因素k影響下的發生概率； Aik為風險因素k引起洩漏模式i發生的概率； i為洩漏模式1為小洩漏，2為大洩漏，3為破裂；j為主事件編號；k為風險因素，從1-6分別代表腐蝕、衝蝕、設備失效、運行相關、機械損傷以及自然力。
24.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟I中所述次級事件的發生概率是指按步驟H中的所述引起頂事件的割集的發生概率代入式(9)計算Pfil = I- Π (I-Pfim)(9)其中Pfil為次級事件1的洩漏模式為i的發生概率； Pfiffl為割集為m和洩漏模式為i時的發生概率；i為洩漏模式1為小洩漏，2為大洩漏，3為破裂；1為次級事件編號；m為次級事件對應的割集編號。
25.根據權利要求2所述的測定方法，其特徵在於，步驟J中不同洩漏模式下，所述頂事件發生概率根據步驟C中邏輯圖，包括以下兩種情況第一種為所述次級事件之間的邏輯關係為與門關係，所述不同洩漏模式的所述頂事件按式(10)計算 Pfi =n Pfil(10)第二種為所述次級事件之間的邏輯關係為或門關係，所述不同洩漏模式的所述頂事件按式(11)計算Pfi = 1-Π (I-Pfil) (11)其中Pfi為鹽穴井洩漏到大氣的洩漏模式i的發生概率，i為洩漏模式，1為次級事件編號。
全文摘要
本發明公開提供一種鹽穴型天然氣地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法，基於模糊故障樹的方法對地下儲氣庫儲存介質洩漏風險進行測定，用於判斷地下儲氣庫發生洩漏失效可能性，本發明建立了鹽穴地下儲氣庫儲存介質洩漏到外界大氣環境的故障樹，採用歷史數據統計方法和建立的工程評價模型，確定了引起儲存介質洩漏到外界大氣環境的基本事件發生概率，並以修正係數的形式將各類風險因素對基本事件發生概率的影響作用引入基本事件概率計算中，同時根據主事件控制洩漏模式的原則和故障樹邏輯，建立了小洩漏、大洩漏和破裂模式的鹽穴型天然氣地下儲氣庫儲存介質洩漏風險的測定方法。
文檔編號G06F17/50GK102495935SQ20111042110
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者仝珂, 張華 , 張廣利, 李麗鋒, 羅金恆, 趙新偉 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所