很多工業(yè)上的工作都帶有一定的危險性，高含硫氣井的井控工作就帶有一定風(fēng)險。但是如果需要開采天然氣，高含硫氣田的共組是必須要做的。那么在硫化氫泄露的時候應(yīng)該如何去處理呢？本文就針對高含硫氣井硫化氫泄露擴(kuò)散模擬和應(yīng)急處置做了一些研究，文章是一篇工業(yè)期刊論文發(fā)表范文。

 　　【摘 要】由于H2S的劇毒性，高含硫氣井的井控工作一直都是鉆井工程風(fēng)險控制的重點(diǎn)。本文應(yīng)用CFD軟件FLUENT對鉆井井噴硫化氫泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬，分別得到在風(fēng)速為0.5m/s和2m/s情況下硫化氫泄漏擴(kuò)散范圍進(jìn)行模擬，得出由于硫化氫安全濃度較低，其危險和致死區(qū)域分布范圍廣。由此提出在高含硫氣井井噴泄漏時應(yīng)做到盡快撤離的意見。

　　【關(guān)鍵詞】硫化氫,FLUENT,泄漏擴(kuò)散,井噴

　　0 引言

　　石油天然氣是我國現(xiàn)階段能源體系的重要組成部分，其中天然氣是新興的清潔能源，其產(chǎn)物為二氧化碳和水，因此在近年受到政府的大力支持和人們的喜愛，天然氣的需要量逐年增加。在天然氣的開采過程中，高含硫氣田的風(fēng)險最大，我國高含硫氣田在總探明儲量的四分之一，主要是分布在四川盆地。硫化氫的具毒性是高含硫氣田的主要風(fēng)險，硫化氫的危險濃度臨界濃度很低，僅為100ppm，因此一旦高含硫發(fā)生井噴事故，大量的硫化會隨著井內(nèi)流體，以高壓向外噴出，在空氣中擴(kuò)散，能造成非常嚴(yán)重的后果。震驚世界的重慶開縣12.23井噴事故造成大量的人員傷亡主要原因就是因?yàn)榫畤姇r伴隨著大量硫化氫的擴(kuò)散。高含硫氣井井噴硫化氫氣體擴(kuò)散有著混合氣體擴(kuò)散、重氣擴(kuò)散等特點(diǎn)，考慮利用計算流體力學(xué)(CFD)的方法，利用FLUENT軟件進(jìn)行模擬，探索其擴(kuò)散的特點(diǎn)，建立應(yīng)急處置機(jī)制，對減輕事故后果有著重要的作用。

　　1 CFD數(shù)值模擬概述

　　CFD數(shù)值主要是以能量守恒方程、質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程等基本守恒方程為計算基礎(chǔ)，再結(jié)合環(huán)境因素、工況因素等初始條件和約束條件，連續(xù)計算出這些守恒方程來描述所研究的流體的流動特點(diǎn)。計算流體力學(xué)方法具有高效、低成本等優(yōu)點(diǎn)，模擬流體的流動特性可以不受環(huán)境的印象，因此廣泛的應(yīng)用在氣體的擴(kuò)散模擬中。

　　FLUENT軟件是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛、理論最貼近實(shí)際的CFD軟件。其最大的優(yōu)勢和亮點(diǎn)是其具有獨(dú)一無二的網(wǎng)格生成技術(shù)，這對氣體擴(kuò)散的模擬有著重要的作用，其生成的網(wǎng)格還具備很強(qiáng)的適應(yīng)性，能做到在一次氣體擴(kuò)散模擬后，對已經(jīng)生成好的網(wǎng)格進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，從而提高可操作性和準(zhǔn)確性，減少對計算機(jī)的要求。FLUENT還具備三維模擬的功能，能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜地形地貌的環(huán)境的氣體擴(kuò)散的模擬。

　　2 數(shù)值模擬和結(jié)果分析

　　2.1 井場井噴條件簡化

　　高含硫氣井井噴氣體擴(kuò)散相關(guān)條件很多，數(shù)值運(yùn)算非常復(fù)雜。為了對高含硫氣井井噴硫化氫泄漏擴(kuò)散的模擬，考慮在盡量減小對模擬結(jié)果影響前提下，對井場環(huán)境條件、工藝條件作出如下假設(shè)：

　　(1)井口橫截面積固定，即在氣井井噴時，硫化氫的泄漏面積不會隨著泄漏時間的變化而變化;

　　(2)硫化氫泄漏擴(kuò)散模擬時所涉及的氣體均可看作理想氣體;

　　(3)井內(nèi)氣體、擴(kuò)散出的氣體和空氣相互間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);

　　(4)泄漏擴(kuò)散過程中，泄漏氣體與外界無熱交換;

　　(5)井噴發(fā)生時，氣候環(huán)境和井場環(huán)境穩(wěn)定，風(fēng)速、風(fēng)向恒定，不受地點(diǎn)、高度的影響。

　　2.2 硫化氫泄漏擴(kuò)散守恒方程

　　計算流體力學(xué)硫化氫泄漏擴(kuò)散數(shù)值模擬主要以三大基本守恒方程為基礎(chǔ)，其表達(dá)形式如下：

　　2.3 區(qū)域模型確定

　　利用FLUENT軟件對四川元壩氣田某高含硫氣井進(jìn)行現(xiàn)場區(qū)域建模，計算區(qū)域?yàn)橐跃�口為圓點(diǎn)的400m范圍內(nèi)，網(wǎng)格的劃分對計算結(jié)果影響很大，由于網(wǎng)格劃分越均勻就越有利于計算結(jié)果的收斂，因此本文采用均勻的網(wǎng)格劃分對井場及周邊進(jìn)行幾何建模。網(wǎng)格劃分越細(xì)就越有利于結(jié)果的準(zhǔn)確的，但是這就增加了計算機(jī)的負(fù)荷，因此本文劃分的網(wǎng)格為

　　2.4 邊界條件和初始條件的設(shè)定

　　通過對元壩氣體某高含硫氣井現(xiàn)場調(diào)研，統(tǒng)計相鄰氣井的地質(zhì)資料得出硫化氫含量最高是在長興組儲層其中甲烷體積分?jǐn)?shù)為85.13%，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)約為1.09%，硫化氫體積分?jǐn)?shù)為13.78%，在實(shí)際模擬中只考慮甲烷和天然氣這兩種氣體進(jìn)行模擬。該氣井鉆到設(shè)計井深時的地層孔隙壓力為73.48MPa，井垂深6680m，斜深7791m。因此可以計算出井噴時流體速度為18m%。

　　根據(jù)氣井井噴氣體擴(kuò)散模擬的5個基本假設(shè)可以設(shè)定泄漏擴(kuò)散模擬的初始條件：

　　(1)自由邊界的設(shè)定：除了流入面以外的其他面，因?yàn)榄h(huán)境溫度始終保持恒定，因此可以將氣體假設(shè)為理想氣體，即向無窮遠(yuǎn)處自由擴(kuò)散的條件下，按自由邊界處理，法相速度為0;

　　(2)井口邊界條件：氣井井噴時的井口即為泄漏點(diǎn)，由于設(shè)定了自由邊界，因此將井口設(shè)為壓力入口;

　　(3)速度和壓力修正：計算工程中可以通過計算結(jié)果的收斂性來判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　2.5 模擬結(jié)果和分析

　　由于元壩地區(qū)常年風(fēng)速為0.5m/s，該風(fēng)速下硫化氫泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬，分別得出在井噴后600s時的模擬結(jié)果，如圖1所示。

　　圖1 0.5m/s下600s時的H2S泄漏擴(kuò)散范圍

　　可以看出在微風(fēng)情況下，當(dāng)井噴持續(xù)發(fā)生，硫化氫會在低洼處聚集，而且在空氣中擴(kuò)散非常緩慢。由于硫化氫致死(下轉(zhuǎn)第121頁)(上接第72頁)濃度在375mg/m3時就可能導(dǎo)致人員的死亡，圖中有亮點(diǎn)的區(qū)域均為致死區(qū)域。

　　該地域常年最大風(fēng)速約為2m/s，該風(fēng)速下硫化氫泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬，分別得出在井噴后600s時的模擬結(jié)果，如圖所示(圖2)。

　　圖2 2m/s下600s時H2S泄漏擴(kuò)散范圍

　　從圖2可以看出風(fēng)速的增加有利于硫化氫的擴(kuò)散，硫化氫在空間擴(kuò)散的范圍更廣，只要井噴持續(xù)，硫化氫的危害范圍甚至分布在空間的上部。通過對這兩種風(fēng)速情況下硫化氫泄漏擴(kuò)散模擬發(fā)現(xiàn)高含硫氣井硫化氫泄漏擴(kuò)散可能造成的風(fēng)險巨大。

　　3 高含硫氣井井噴應(yīng)急建議

　　由于硫化氫安全臨界濃度非常低(30mg/m3)，在井噴發(fā)生很短時間內(nèi)就可能對周邊產(chǎn)生巨大的危害，因此鉆井隊(duì)和相關(guān)但對應(yīng)當(dāng)更加重視一級井控、二級井控，防止發(fā)生井噴。在正常生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)實(shí)施監(jiān)控井口和泥漿池的硫化氫含量，一旦發(fā)現(xiàn)有硫化氫，應(yīng)當(dāng)及時報警，并采取措施。井場配備具有多的空氣呼吸器等應(yīng)急物資，一旦發(fā)生井噴失控，立即向政府報告，并組織周邊居民疏散，井場除搶險人員外，其他員工和相關(guān)人員應(yīng)同生活區(qū)有關(guān)人員立即組織撤離。搶險人員必須佩帶空氣呼吸器。建議在日常工作中加強(qiáng)對井隊(duì)人員和相關(guān)方人員進(jìn)行應(yīng)急，提高應(yīng)急撤離速度，組織周邊居民進(jìn)行疏散演練，做到在最短時間內(nèi)撤離。

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