麟石油化工安全环保技术霹
２００８年第２４卷第５期ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳＡＦＥＴＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
井喷失控着火事故后果模拟预测
李占稳１，王其华２，雷文章２，艾志久１
（１．西南石油大学，四川成都６１０５００２．中国石油集团安全环保技术研究院，北京１０００８３）
摘要：以迪那２井为研究对象，运用ＣＦＤ方法模拟预测井喷失控着火事故后果，并根据人和设备所能承受的热辐射通量得出不同伤害等级的伤害半径。
通过模拟不同风力等级下的井喷失控着火得出，在风力等级３～４时造成的伤害范围最大，伤害程度最深。
研究为制定事故现场逃生预案和救援措施以及井场设备的布置提供了有力依据。
关键词：井喷失控；ＣＦＤ；火灾；后果；模拟
井喷失控着火是石油行业的一种非易发
高危险事故，一旦发生将造成惨重的人员伤
亡、巨大的财产损失和重大的设备损坏。
因此
石油行业对井喷失控着火事故后果极其关注。
通过计算流体动力学方法对井喷失控着火事
故后果进行模拟预测，并根据人和设备所能承
受的热辐射通量得出不同伤害等级的伤害半
径。
以迪那２井为研究对象，模拟求解得出不
同伤害等级的伤害距离随风力等级的变化
规律。
１迪那２井基本情况
迪那２井位于塔里木盆地北部库车凹陷的东秋立塔克构造带东段迪那２号构造高点上，设计井深５９００ｍ，日产天然气２１８×１０４１１１３。
２００１年４月２９日钻至井深４８７５．５９Ｉｎ（上第三系吉迪克组）发生溢流（钻井液密度１．８３ｇ／ｃｍ３），关井初步求得地层压力为１０２．４ＭＰａ。
用７００型压裂车正循环压井，在压井施工过程中，套管压力迅速上升到６６ＭＰａ，致使节流管汇与气体分离器连接的软管爆裂，引发大火，火势蔓延至钻台，绞车钢丝绳烧断，大钩游车砸断钻台上压井管线，天然气从钻具内直喷着火，井架从半腰中被烧倒¨ｏ。
如图１所示。
由图１可以看出，井喷失控喷射火焰温度高，热辐射强，井架上部已被完全烧毁，造成及其惨重的后果，但对地面设备影响较小。
２９
图１迪那２井井喷着火现场［２］
２数学模型
控制方程的通用形式：
亟掣＋ｄｉｖ（ＰＭ咖）：ｄｉｖ（ｒｇｒａｄ咖）＋ｓ
式中：西一通用变量；
ｒ一广义扩散系数；
Ｓ一广义源项。
对于特定的方程，击，Ｆ和｜ｓ具有特定的形式，
收稿日期：２００８—０６—１８。
作者简介：李占稳，女，硕士研究生。
主要从事石油矿场机械和油气安全工程方面的科研和教学工作。
基金项目：中国石油天然气集团公司重点科技项目“陆上钻井过程重大安全事故井喷失控着火、爆炸和
有毒有害气体扩散模拟仿真研究”，编号：０６８７１０１
万方数据
诱石油化工安全环保技术２００８年第２４卷第５期
表ｌ给出各个符号与特定方程的对应关系㈨。
表１符号与特定方程的对应关系
＼劳
方≥＼箩击ｒＳ
＼
连续方程１０Ｏ
一—ＯＰ—＋Ｓ．
动量方程ｐ
ＯｘＩ
能量方程ＴＳ。
组分方程Ｃ。
Ｄ。
ＰＳ
ＲＮＧｋ一８湍流模型：
螋Ｏｔ＋半Ｏｘ＝蠹Ｏｘｋ形势ＯｘＧ。
．Ｌ一”‘啊Ｊ
３数值模拟
３．１物理模型和边界条件
根据迪那２井的基本情况建立几何模型，模拟区域为半径Ｒ＝１００ｍ，高度Ｈ＝１００ｍ的圆柱形区域，几何模型如图２所示。
边界条件：
图２中黑色网格所示为风边界，风向沿Ｘ正方向，迪那２井发生井喷失控着火时风速为０级；蓝色网格所示为大气边界，模拟区域内外的物质可以自由通过该边界。
图２几何模型
３．２模拟预测结果及分析
３．２．１迪那２井模拟结果
图３为模拟求解得出的迪那２井失控着火等温线分布图。
图中所示的温度范围是１０２３Ｋ～２０２４Ｋ，火焰高约３０ｍ，由于井喷速度较高喷射流处于紊流状态，火焰等温线呈不规则的波浪形，模拟结果同实际情况比较吻合。
图４为迪那２井失控着火辐射场云图。
图中
３０
图３迪那２井失控着火等温线图
图４迪那２井失控着火热辐射场
所示热辐射场的辐射强度范围是４．０ｋｗ／ｍ２～３．３４Ｘ１０３ｋｗ／ｍ２，在该范围内极易造成设备损坏和人员伤亡。
由辐射场模拟结果可以得出，在无风或风速较小的情况下，井喷失控喷射火在地面的伤害较小，但对设备影响较大，极易烧塌井架等井场设备。
这同迪那２井事故后果（如图１）也比较吻合。
由于迪那２井失控着火事故对设备造成的损坏较大，因此本文着重模拟分析迪那２井在空间（地面至５５１ＴＩ高度之间）的伤害半径。
根据表２不同伤害等级对应的辐射强度对迪那２井失控着火进行伤害分区划分，得出不同伤害等级所对应
的伤害范围如图５所示。
万方数据
２塑！主箜丝鲞笠ｉ塑皇奎星塑箜：羞煎叁蕉羞鉴圭丝星墨壅垫亟型登
表２热辐射的不同入射通量所造成的损失‘４１＼入射通量／ｆＫｗ．ｍ一２）对设备的损害对人的伤害
２０ｓ以上感觉一级伤害４．０≤Ｉ≤１２．５
疼痛，未必起泡
有火焰时，木材
ｌ度烧伤／ｌＯ
二级伤害１２．５≤Ｉ≤２５燃烧，塑料熔化
１％死亡／Ｉｒａｉｎ
的最低能量
在无火焰、长时
重大烧伤／１０
三级伤害２５≤Ｉ≤３７．５间辐射下，木材
１００％死亡／１ｍｉｎ
燃烧的最小能量
操作设备１％死］三／ｌＯ
四级伤害３７．５≤Ｉ
全部损坏１００％死亡／１ｍｉｎ图５迪那２井不同伤害等级分布伤害区对应伤害半径达到峰值，即在风力等级３—４时失控着火造成的伤害范围和伤害程度最大。
这是由于随着风速的增大，燃料和空气的混合程度增强，使反应速度加快，同时随风速增大热量散失也加快；风力０～３级时前者的增加速度大于后者，因此伤害半径呈现增大趋势；风力３～４级时两者处于平衡状态，使伤害半径达到一个峰值；随着风速的继续增大，热量散失越来越快，导致伤害半径又从峰值逐渐减小。
３．２．３伤害半径随日产量的变化规律研究由以上分析结果看出，风力３～４时级失控着火造成的伤害范围和伤害程度最大，因此以风力３和４级为例，改变天然气日产量进行模拟求解得出伤害半径随天然气日产量的变化曲线如图７和图８。
图５中坐标原点表示井口位置，ａ区到ｄ区依
次表示四级伤害区、三级伤害区、二级伤害区和一
级伤害区。
由图中可以看出三级伤害区所占面积
最小，一级伤害区所占面积最大。
迪那２井失控着
火后井架在ａ区（即四级伤害区）内，由表１不同
伤害等级所对应的伤害程度得出井架在ａ区内将图７３级风时伤害半径随天然气日产量的变化曲线被全部烧毁，同实际事故后果相吻合。
３．２．２伤害半径随风力等级的变化规律研究
模拟不同风力等级时迪那２井的失控着火现
场，根据表２提取四种伤害等级对应的伤害半径，
得出伤害半径随风力等级的变化规律如图６所示。
图６伤害半径随风力等级的关系曲线
由图６可以看出风力等级为４时一级伤害区对应伤害半径达到峰值，风力等级为３时二到四级
３１
图８４级风时伤害半径随天然气日产量的变化曲线
由图７和图８可以看出随着日产量的增加伤害半径基本上呈线性增大的趋势，其中一级伤害区伤害半径增大最快，依次为二、三、四级伤害区，三级和四级伤害区伤害程度比较严重，伤害半径随日产量的增大相对缓慢。
即随着天然气日产量
（下转第４１页） 万方数据
万方数据
井喷失控着火事故后果模拟预测
作者：李占稳， 王其华， 雷文章， 艾志久， Li Zhanwen， Wang Qihua， Lei Wenzhang， Ai Zhijiu
作者单位：李占稳,艾志久,Li Zhanwen,Ai Zhijiu(西南石油大学,四川,成都,610500)， 王其华,雷文章,Wang Qihua,Lei Wenzhang(中国石油集团安全环保技术研究院,北京,100083)
刊名：
石油化工安全环保技术
英文刊名：PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
年，卷(期)：2008,24(5)
1.祝峰火灾、爆炸、泄露场所定量安全评价方法及事故后果分析[学位论文] 2005
2.王福军计算流体动力学 2004
3.中国石油天然气集团公司工程技术与市场部井喷事故案例汇编 2006
4.安文华;杨忠锋;程德祥;张保书迪那2井三次井控技术[期刊论文]-石油钻采工艺 2002(01)
本文链接：/Periodical_syhgaqjs200805009.aspx。