含h2s天然气井事故与核电厂址适宜性评价

第44卷增刊原子能科学技术Vol.44,Suppl.2010年9月AtomicEnergyScienceandTechnologySep.2010收稿日期：2010-06-30；修回日期：2010-08-30作者简介：谭承军（1963—），男，重庆人，高级工程师，博士，从事核设施环境影响评价工作含H2S天然气井事故与核电厂址适宜性评价谭承军，上官志洪，沙向东（苏州热工研究院有限公司，江苏苏州215004）摘要：为评价含H2S天然气井潜在事故对其附近核电厂主控室可居留性的可能影响，假定了含H2S天然气井潜在的最大可信事故及其源项，保守选取污染气象条件，利用核电厂主控室可居留性毒性极限浓度阈值来初步评价含H2S天然气井外部人为事件对核电厂安全运行的潜在不利影响。工程实例计算结果表明，这种方法可供核电厂选址阶段外部人为事件初步评价参考。关键词：含H2S天然气井；外部人为事件；最大可信事故及源项；主控室可居留性；毒性极限浓度阈值中图分类号：X946文献标志码：A文章编号：1000-6931（2010）S0-0620-06AccidentforNaturalGasWellWithHydrogenSulfideinRelationtoNuclearPowerPlantSitingTANCheng-jun，SHANGGUANZhi-hong，SHAXiang-dong（SuzhouNuclearPowerResearchInstitute,Suzhou215004,China）Abstract:Inordertomakeassessmenttothepotentialimpactfromaccidentofnaturalgaswellswithhydrogensulfideonthehabitabilityofmaincontrolroomofnuclearpowerplant(NPP),severalassumptionssuchassourcetermsofmaximumcredibleaccident,conservativeatmosphericconditionsandreleasecharacteristicswereproposedinthepaper,andtheimpactonthehabitabilityofmaincontrolroomwasevaluatedusingtoxicitythresholdsrecommendedbyforeignauthority.Caseresultsindicatethatthemethodcanprovidethereferenceforthepreliminaryassessmenttoexternalhuman-inducedeventsduringthesitingphraseofNPP.Keywords:naturalgaswellwithhydrogensulfide；externalhuman-inducedevents；maximumcredibleaccidentandsourceterms；habitabilityofmaincontrolroom；toxicitythreshold随着我国核电行业的快速发展，核电建设的前期选址工作迅速铺开，核电厂前期选址工作几乎覆盖了我国中、东部地区和全部的沿海省份。核电选址初期候选厂址的外部人为事件评价也越来越引起业界的广泛关注，近几年就多次遇到核电候选厂址附近范围内存在含H2S天然气藏开发的问题。本文针对含H2S天然气井开发过程中可能的最大可信事故及其源项假定、最大可信事故评价方法、有毒危险气云源泄漏最大可信事故评价准则的选取，举例说明含H2S天然气井外部人为事件评价的资料收集与评价。1最大可信事故及源项假定1.1天然气井开发的潜在事故类型天然气井泄漏事故可能有以下几种情况。增刊谭承军等：含H2S天然气井事故与核电厂址适宜性评价6211）钻井过程中的井喷事故。钻开气层目的层或其它气层时，由于钻开的气层原始地层压力高于钻井泥浆净水柱压力，使天然气由气层涌出，通过钻孔喷出，若未及时处理会导致井喷事故的发生。2）气井测试过程中的井喷事故。气井在产能测试过程中，可能发生井喷事故。3）气井生产过程中的泄漏事故。气井生产过程中，由于油管或套管破损或井口装置失封，会导致气层天然气从油管、套管破损处或井口装置失封处泄漏而进入大气。4）气井生产过程中单井地面流程的泄漏事故。单井计量流程或管线由于破损造成的天然气泄漏事故。1.2天然气井开发潜在的最大可信事故假定通常，生产井泄漏事故为天然气井井身结构设计缺陷或生产井年久失修造成的油管、套管破损以及井口法兰、管线老化导致的泄漏，这种泄漏事故释放源项要比钻井或试井过程中的井喷事故释放源项小得多。根据核安全导则《核电厂厂址选择的外部人为事件》（HAD101/04）的相关规定，为保守评价含H2S天然气井外部人为事件对其附近核电厂安全运行的潜在不利影响，含H2S天然气井泄漏的最大可信事故宜取井喷事故。1.3天然气井井喷事故源项假定1）天然气井井喷产量的估算含H2S天然气井井喷事故期间的井喷产量可考虑取天然气生产井的绝对无阻流量qAOF（绝对无阻流量是假设天然气生产井井底压力为1个工程大气压时的气井产量）。天然气井的绝对无阻流量因井别（直井、斜井或定向井、水平井）和计算方法（二项式绝对无阻流量、指数式绝对无阻流量）的不同而不尽相同。由于核电厂选址初期宜采取保守的源项计算模式以尽早排除核电候选厂址的颠覆性因素，并考虑到核电厂寿期内水平井在天然气藏开发过程中所占的比重日趋增大，本文选取天然气藏水平气井二项式绝对无阻流量和指数式绝对无阻流量的最大值作为天然气井井喷事故源项的井喷产量输入。（1）水平气井的二项式绝对无阻流量[1]水平气井的二项式绝对无阻流量关系式为：222eAOF40.1012ABPAqB−＋（）－＝ehwhhh[ln]774.6TZrrSAKhμ+（）＝h774.6ZTDBKhμ＝ghv18w2.19110rKKDhrβμ−×＝（2）水平气井的指数式绝对无阻流量[1]水平气井的指数式绝对无阻流量关系式为：22AOFe0.101nqCP−＝（）式中：C为气井系统试井实际资料，按lgqg和lg（Pe2－Pwf2）整理后所得直线的截距；n为系统试井实际资料，按lgqg和lg（Pe2－Pwf2）整理后所得直线的斜率（其余符号见收资要求）。2）H2S含量的取值由于同一个天然气藏的不同生产井，或同一个生产井的不同气层，其天然气中的H2S含量不尽相同，在进行核电厂候选厂址附近天然气井开发的外部人为事件评价过程中，宜考虑选取天然气藏目前获得的H2S含量最高值进行最大可信事故源项估算。3）井喷事故持续时间的假定通常含H2S天然气井井喷事故持续时间可取24h（可能的井喷事故持续时间或许大于24h，但考虑到井喷事故发生到一定程度后可以在现场对天然气井井口防喷管线处实施点火措施，把H2S泄漏事故转变为危害相对较轻的SO2释放事故）。4）井喷事故H2S释放量的估算含H2S天然气井井喷事故期间释放的H2S总量P取决于天然气井绝对无阻流量qAOF（104m3/d）、天然气井的H2S含量2HSC（g/m3）和井喷事故持续时间t（h），即：2AOFHSPqCt＝622原子能科学技术第44卷2井喷事故评价的大气弥散模式的选取和评价边界条件的假定2.1井喷事故H2S释放模型假定含H2S天然气井井喷事故期间的H2S释放模型可作以下保守假定：1）释放方式，瞬时释放（比连续释放保守，对于连续释放，美国环保署EPA认为10min和1h的平均释放时间的计算结果相同，模型假定的瞬时释放时间极短，最多为10～15min）；2）释放类型，中等浮升介质（H2S和携带气体的平衡悬浮混合物）假定下的纯H2S低速释放（相对于高速释放的、以轻气体为H2S携带气的混合物释放类型而言要保守）。2.2大气弥散模式选取根据《建设项目环境影响评价技术导则》（HJ/T169—2004），在危险气云大气扩散事故后评价中，常采用如下的烟团模式来计算泄漏源下风向任意点的最大落地浓度[2]：222000222202πexpexpexp222xyzxyzQCxyxxyyzσσσσσσ⋅⎡⎤⎡⎤⎛⎞−−−⎢⎥⎜⎟⎢⎥⎢⎥⎝⎠⎣⎦⎣⎦32　　（，，）＝（）（）（）式中：C（x，y，0）为危险气云源下风向地面（x，y）坐标处的空气中有毒气体最大落地浓度浓度（g/m3）；（x0，y0，z0）为危险气云泄漏烟团初始中心坐标；Q为危险气云泄漏飘移事故期间危险气体烟团的排放量（g）；σx、σy、σz分别为x、y、z方向上的大气扩散参数（m）（常取σx＝σy）。2.3评价边界条件假定1）污染气象条件假定根据《核电厂厂址选择的外部人为事件》（HAD101/04）附录Ⅲ，计算含H2S天然气井井喷事故期间H2S在泄漏源下风向的最大落地浓度宜采用最保守的大气污染气象条件，即污染气象条件取值如下：（1）大气稳定度，取改进帕斯奎尔稳定度F类；（2）年平均风速，取1m/s；（3）风向，事故期间风向由泄漏源指向核电候选厂址。2）地形条件假定在评价含H2S天然气井井喷事故对其附近核电厂安全运行是否存在潜在不利影响时，含H2S天然气井与核电厂候选厂址周围的地形通常简化为平坦、开敞的假想平板模型（在工程实例中，宜根据具体应用条件进行评价，以决定是否需要使用条件更为苛刻的模拟技术和地形条件假定）。3含H2S天然气井外部人为事件评价资料的收集与整理为初步判断含H2S天然气藏的开发是否对其附近的核电厂安全运行存在潜在不利影响，所收集的资料应该满足以下评价目的和要求。1）天然气藏的未来发展或变化情况含H2S天然气藏在核电厂寿期内（如未来60年）的可能发展情况，以了解现有天然气藏是否会扩边（尤其是向核电候选厂址一侧的扩边）；是否可能随着天然气勘探区块物探资料的增多（尤其是高分辨三维地震资料采集、处理、解释精度的提高）而发现新的天然气藏（尤其是靠近核电候选厂址一侧发现新天然气藏的可能性）。为此，应了解以下资料：（1）天然气藏所在油气田勘探区块登记的探矿权和采矿权权属范围，在探矿权和采矿权权属范围内是否存在其它靠近核电候选厂址一侧的勘探靶区；（2）目前已投入开发的天然气藏生产井布井方案或滚动勘探开发井布井方案（尤其是为扩大战果、新增天然气储量而部署一定数量的滚动勘探开发井探边，若这类探边井向核电候选厂址一侧调整，就需要对泄漏源与核电候选厂址间的距离进行适当调整）；（3）天然气藏未来可能的开放战略规划，以了解核电候选厂址附近（现有目的层上下层位或同一目的层周边部位）发现新层位（已开发目的层上下层位）或新气藏（同一目的层的不同圈闭）的可能性（即是否存在其它勘探目的层）。2）天然气藏现有基础资料天然气藏的开发是否对候选厂址核电厂安全运行存在潜在影响，即天然气开发潜在的外部人为事件对核电厂建设、安全运行以及应急撤离计划制定与实施的影响。由此，需要收集如下资料或数据：（1）已开发天然气藏、未开发已探明天然气藏和可能发现的新天然气藏与候选厂址的最近距离（这个距离可能比现有天增刊谭承军等：含H2S天然气井事故与核电厂址适宜性评价623然气生产井与候选厂址的距离要近）（这个距离指天然气井井口与核电候选厂址中心的最小直线距离，不包括井口单井集输管线等地面装置与核电候选厂址的最近距离）；（2）天然气井（直井、定向井或水平井）最大绝对无阻流量（若无现成数据，必须利用基础数据估算）；（3）天然气藏单井H2S含量。若需利用天然气藏基础数据估算天然气井的最大绝对无阻流量，则需进一步收集以下数据：（1）压力，原始地层压力pi或气井试井得出的外推地层压力pe，气井井底流压pwf（MPa）；（2）产量数据，水平气井产量qg（104m3/d）；（3）气层数据，气层温度T（K），气层厚度h（m），气层水平渗透率Kh（10－3μm2），气层垂直渗透率（10－3μm2），气层各向异性比β（无量纲）；（4）气井数据，水平气井泄气半径reh（m），水平气井有效