随着全球石油需求量增长及环境保护迫切需求,石油行业逐渐将目光转向清洁能源领域,作为重要清洁能源的天然气工业持续保持高速发展趋势。由于陆上石油年产量逐渐降低同时开采成本逐年上升,油气资源储量巨大的南海将成为我国未来石油行业重要发展地区。鉴于天然气易燃易爆特性与海洋地层条件复杂性,深水天然气钻采作业相对困难且风险较大,开展深水天然气钻井井喷连锁风险评估与应急控制研究,为深水天然气钻井作业提供安全保障与技术参考。在调研常规及非常规井控方法基础上,结合深水天然气特殊性及目前技术发展阶段,从关井时间、压井循环时间、压井操作难度及失效概率四个方面对比优缺点,确定深水天然气发生井涌时采用硬关井方式及司钻法压井。明确深水天然气司钻法工艺具体流程,利用OLGA多相流瞬态模拟软件建立压井循环流程模型。通过常规事故树建模定性分析井控失败影响因素,引入工艺安全时间概念,结合深水天然气井控工艺OLGA模型对事故树分析结果开展动态风险评估。针对深水天然气井控过程中重要风险之一水合物堵塞开展进一步研究。基于深水天然气井控OLGA多相流瞬态模型,研究关井时间、泥浆排量及泥浆入口温度对井控循环管线(井筒环空及节流管线)水合物生成质量及范围影响,为现场井控工艺参数确定提供参考。若深水天然气井控失败,天然气溢流将迅速喷至钻井平台。针对井喷事故进行事件树分析,设置关防喷器、防火措施、消防设施、紧急脱开及疏散逃生为安全屏障研究井喷事故发展路径。应用Gexcon FLACS燃爆软件研究分析在不同风向及风速条件下可燃气云覆盖区域及体积。基于FLACS天然气扩散结果,进一步研究火灾发展的四个阶段:初期、发展期、鼎盛期和稳定期,评估不同风向时平台温度场及热辐射场对下风向主要设备损害程度。结合前述分析结果确定井喷事故初始事件、触发事件及中间事件,建立深水天然气井喷多米诺连锁演化路径,研究水合物堵塞及火灾等主要事故触发事件控制措施以切断事故连锁演化路径。从水合物抑制剂机理出发,优选水合物抑制剂种类,并确定循环管线中不生成水合物时最小抑制剂浓度。从前期安全管理、火气监测报警及后期消防水系统灭火三个阶段提出火灾具体控制措施。