基于API 17N的水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理

琚選擇，姜瑛，尹漢軍，周美珍

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

基于API 17N的水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理

琚選擇，姜瑛，尹漢軍，周美珍

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行深水油氣田開(kāi)發(fā)，在設(shè)計(jì)、制造、安裝和操作的過(guò)程中，均存在著諸多不確定性的因素，很容易受到技術(shù)和投資上的影響，保證水下生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，得到了國(guó)外各大石油公司的重視。2009年美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)，正式對(duì)外發(fā)布了關(guān)于水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的推薦做法——API RP 17N。該標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)國(guó)際上水下生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)和研究成果的成功總結(jié)。該文對(duì)API RP 17N應(yīng)用的目的和范圍、適用的工程類型、設(shè)備類型及工程階段以及與其它相關(guān)規(guī)范的關(guān)系進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)闡述了API RP 17N所執(zhí)行的水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)；可靠性；技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

海上油氣資源的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)包括了因可靠性而引起的各種風(fēng)險(xiǎn)，如果不能進(jìn)行足夠的管理，將會(huì)導(dǎo)致事故，甚至是難于控制的災(zāi)難[1]。對(duì)于深水油氣開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用的水下生產(chǎn)技術(shù)的所有環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、建造、測(cè)試、安裝和操作，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性降低，都可能影響整個(gè)深水油氣田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)收益，因此，水下開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)設(shè)備的可靠性是對(duì)安全生產(chǎn)、可用性和維修性的成本控制因素之一。為此，美國(guó)石油協(xié)會(huì)吸收借鑒跨國(guó)石油公司在過(guò)去幾十年內(nèi)水下生產(chǎn)技術(shù)的可靠性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的經(jīng)驗(yàn)以及Cranfield大學(xué)的研究成果[2]，編寫(xiě)了水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的推薦做法API RP 17N[3]。該文將對(duì)API RP 17N的應(yīng)用范圍、與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系和技術(shù)原理進(jìn)行介紹分析。

1 API RP 17N的應(yīng)用范圍與應(yīng)用目的

API RP 17N的經(jīng)驗(yàn)推薦目的是為操作者、承包商、供應(yīng)商、水下項(xiàng)目管理者、執(zhí)行者提供在水下工程項(xiàng)目中，可靠性技術(shù)的應(yīng)用指南，因此它可以應(yīng)用于：

(1) 標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備；

(2) 項(xiàng)目的所有階段，從可行性研究到投產(chǎn)操作階段。

通過(guò)在項(xiàng)目中對(duì)API RP 17N經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用，可以對(duì)以下四個(gè)方面獲得更好的理解：

(1) 水下生產(chǎn)系統(tǒng)的未來(lái)性能的保障性方面；

(2) 可靠性要求與操作維修的對(duì)比；

(3) 有效地管理來(lái)自新技術(shù)應(yīng)用或者標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備新應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)；

(4) 在工程進(jìn)度安排方面，有足夠的時(shí)間提交所有的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2 API RP 17N 應(yīng)用的工程類型、設(shè)備類型及工程階段

2.1 API RP 17N的應(yīng)用工程類型

API RP 17N是針對(duì)整個(gè)水下生產(chǎn)技術(shù)，可以應(yīng)用于該領(lǐng)域的所有工程項(xiàng)目涉及的工作范圍，具體包括以下四種類型的工程：

(1) 重復(fù)性的油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，應(yīng)用的是已經(jīng)油田證明或全部是得到資質(zhì)認(rèn)證的硬件設(shè)備；

(2) 水下生產(chǎn)系統(tǒng)的新技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目；

(3) 雖然有些油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目采用了已有技術(shù)，但在該油氣田開(kāi)發(fā)中，技術(shù)操作條件已經(jīng)超出了原有技術(shù)的應(yīng)用范圍；

(4) 涉及新技術(shù)的油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

API RP 17N的原理是根據(jù)水下生產(chǎn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)和源頭，優(yōu)先考慮項(xiàng)目中的可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理。對(duì)于涉及高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目/設(shè)備推薦開(kāi)展更加詳細(xì)的可靠性分析工作。而對(duì)于低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目/設(shè)備(如工程項(xiàng)目中應(yīng)用的技術(shù)與設(shè)備都是得到了油氣田應(yīng)用的證明和認(rèn)證)，只對(duì)在技術(shù)和管理上超出了已有成功經(jīng)驗(yàn)的工作范圍進(jìn)行可靠性分析。

2.2 API RP 17N 應(yīng)用的水下設(shè)備類型

API RP 17N可以應(yīng)用于所有的水下設(shè)備，包括以下四種類型：

(1) 水下設(shè)備和硬件

主要是API RP 17A[4]中所定義的從井下到水上接口的所有設(shè)備與硬件設(shè)施，一般包括：井下和完井設(shè)備、井口系統(tǒng)設(shè)備、水上接口、水下生產(chǎn)控制系統(tǒng)、油氣田內(nèi)部管線和海底管道。

(2) 安裝設(shè)施和工具

與安裝設(shè)施、設(shè)備、工具和程序相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)包括確保對(duì)于永久被安裝于水下的設(shè)備在建造程序上不影響可靠性。

(3) 系統(tǒng)接口

硬件設(shè)施形成的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)被考慮，尤其是在項(xiàng)目組中有不同的供應(yīng)商和不同的管理組織實(shí)施的項(xiàng)目之間的接口。

(4) 水下干涉與維修

修井與干涉的方法和工具應(yīng)包含在水下系統(tǒng)的評(píng)估中，因?yàn)樾蘧c干涉的方法和工具對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的維修性和可用性有直接的影響。

2.3 API RP 17N的工程應(yīng)用階段

API RP 17N可涉及水下生產(chǎn)技術(shù)工程項(xiàng)目的所有時(shí)期，從可行性研究到設(shè)計(jì)直至最終的操作，根據(jù)該規(guī)范項(xiàng)目將分為以下五個(gè)階段：

(1) 可行性研究階段；

(2) 概念設(shè)計(jì)階段；

(3) 前端設(shè)計(jì)階段；

(4) 詳細(xì)設(shè)計(jì)與制造階段；

(5) 系統(tǒng)集成測(cè)試、安裝、調(diào)試和操作階段。

3 API RP17N與其它標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

3.1 ISO 20815

ISO 20815[5]是石油、石化及天然氣工業(yè)的生產(chǎn)保障和可靠性管理的指導(dǎo)性規(guī)范，它要求的是生產(chǎn)保障程序(PAP)，圍繞定義、計(jì)劃和更新可靠性與可維修性活動(dòng)，在項(xiàng)目操作的全壽命周期內(nèi)執(zhí)行。

API RP 17N 被指定為在水下生產(chǎn)工程項(xiàng)目中如何執(zhí)行ISO 20815的指南。也就是說(shuō)在水下工程項(xiàng)目滿足API RP 17N的同時(shí)也必須滿足ISO 20815，但是ISO 20815定義的更為底層的細(xì)節(jié)在API RP 17N中被省略。

ISO 20815定義了生產(chǎn)保障程序(PAP)的6個(gè)關(guān)鍵方面，這6個(gè)方面在API RP 17N中也被用于可靠性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理程序的基礎(chǔ)。

3.2 API Q1(ISO/TS 29001)

API Q1(ISO/TS 29001)[6]是水下油氣工業(yè)在產(chǎn)品和服務(wù)方面質(zhì)量實(shí)現(xiàn)的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)。API RP 17N在編寫(xiě)時(shí)考慮了與API Q1要求的一致性。

當(dāng)被要求的質(zhì)量沒(méi)有被提出，在設(shè)計(jì)中可靠性將不被意識(shí)到，可見(jiàn)可靠性的實(shí)現(xiàn)要求注意在設(shè)計(jì)和制造方面的質(zhì)量，然而，高質(zhì)量并不能提高一個(gè)不可靠設(shè)計(jì)的內(nèi)在可靠性。因此，API RP 17N包含了穩(wěn)定性管理方面的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)(如目標(biāo)與要求的設(shè)定、系統(tǒng)RAM分析的執(zhí)行、可靠性試驗(yàn)等)，而不是一般性地包含了傳統(tǒng)的質(zhì)量保障和質(zhì)量控制程序。

3.3 DNV RP A 203和API RP 17Q

DNV RP A203[7]和API RP 17Q[8]推薦的是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，特別是設(shè)備時(shí)效模式被用于作為確定設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)的基礎(chǔ)。這類似于API RP 17N中基于“技術(shù)準(zhǔn)備水平(TRL)”概念的新技術(shù)可靠性分類方法。

圖1 定義、計(jì)劃、執(zhí)行、反饋循環(huán)

用于水下工程項(xiàng)目中的新技術(shù)認(rèn)證是一個(gè)與可靠性緊密相連的話題，并作為一個(gè)關(guān)鍵的流程被驗(yàn)證。

圖2 項(xiàng)目全壽命循環(huán)

4 API RP 17N可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的原理

4.1 API RP 17N的底層結(jié)構(gòu)

API RP 17N的可靠性管理流程的底層原理是基于標(biāo)準(zhǔn)ISO 20815的十二個(gè)關(guān)鍵可靠性流程。然而API RP 17N的關(guān)注點(diǎn)是工程的執(zhí)行，從更為實(shí)用的角度描述了各種綜合了可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的活動(dòng)。這些活動(dòng)已經(jīng)被編排成一個(gè)四步驟的基本循環(huán)(如圖1所示)，該循環(huán)可以應(yīng)用于工程的每個(gè)階段和每一個(gè)具體的可靠性分析工作(如圖2所示)。

隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，在不同的階段可靠性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理所關(guān)注的重點(diǎn)也不盡相同，對(duì)于圖1所確定的定義、計(jì)劃、執(zhí)行和反饋循環(huán)，API RP 17N建議在不同的項(xiàng)目階段分別應(yīng)用表1的方法。

表1 水下項(xiàng)目執(zhí)行的不同階段可靠性分析方法

4.2 可靠性關(guān)鍵流程

由于風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)是普遍性和多樣性，建立整體的風(fēng)險(xiǎn)管理范圍是非常困難的。API RP 17N同ISO 20815以及BP公司[6]內(nèi)部可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理文件在策略上是一致的，鼓勵(lì)項(xiàng)目管理人員和工程師在思考項(xiàng)目問(wèn)題時(shí)根據(jù)十二個(gè)關(guān)鍵可靠性流程進(jìn)行分析。API RP 17N中給出的十二個(gè)關(guān)鍵可靠性流程如下，它的名稱與ISO 20815稍微有一些不同，這是因?yàn)镮SO 20815基于的是“生產(chǎn)保障”而不是API RP 17N所倡導(dǎo)的“可用性”。

(1) 可用性要求和目標(biāo)的定義——KP-1；

(2) 對(duì)可用性的組織和計(jì)劃——KP-2；

(3) 對(duì)可用性的設(shè)計(jì)和制造——KP-3；

(4) 可靠性保障——KP-4；

(5) 風(fēng)險(xiǎn)與可用性分析——KP-5；

(6) 可靠性質(zhì)量與測(cè)試——KP-6；

(7) 校核與驗(yàn)證——KP-7；

(8) 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理——KP-8；

(9) 性能追蹤與數(shù)據(jù)管理——KP-9；

(10) 供貨鏈管理——KP-10；

(11) 變更管理——KP-11；

(12) 組織學(xué)習(xí)——KP-12。

十二個(gè)可靠性關(guān)鍵流程與定義、計(jì)劃、執(zhí)行和反饋循環(huán)的相互作用如圖3所示。

圖3 可靠性關(guān)鍵流程與定義、計(jì)劃、執(zhí)行和反饋循環(huán)的相互作用

一個(gè)給定的項(xiàng)目首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)水平的歸類，不同的項(xiàng)目可靠性和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的工作量也不相同，所涉及的關(guān)鍵可靠性流程也不相同，表2是API RP 17N中給出的一個(gè)總體性的指導(dǎo)。

表2 不同的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)水平與執(zhí)行階段需要考慮的關(guān)鍵可靠性流程

5 結(jié)論

(1)介紹了API RP17N的應(yīng)用范圍與目的，應(yīng)用的工程類型、設(shè)備類型及工程階段；

(2)API RP 17N 是基于ISO 20815編制的, 可以說(shuō)它是在水下開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中如何執(zhí)行規(guī)范ISO 20815的指南，同時(shí)API RP 17N還考慮了與API Q1的一致性；

(3)API RP 17N的可靠性與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的底層結(jié)構(gòu)是基于定義、計(jì)劃、執(zhí)行和反饋的循環(huán)，在執(zhí)行策略上推薦依據(jù)十二個(gè)關(guān)鍵可靠性流程進(jìn)行分析；

(4)API RP 17N對(duì)不同的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)水平與執(zhí)行階段需要考慮的關(guān)鍵可靠性流程做出了定性定義。

[1] Bai Yong，Bai Qiang. Subsea Engineering Handbook [M]. Amsterdam: ELSEVIER, 2010, 238-242.

[2] Duell C，F(xiàn)leming R，Strutt J. Implementing Deepwater Subsea Reliability Strategy [C] .OTC 12898, 30 April-3 May 2001.

[3] API RECOMMENDED PRACTICE 17N.Recommended Practice for Subsea Production System Reliability and Technical Risk Management [S].2009.

[4] API RECOMMENDED PRACTICE 17A, Design and Operation of Subsea Production Systems-General Requirements and Recommendations [S].2006.

[5] ISO 20815. Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries-Production Assurance And Reliability Management [S].2008.

[6] ANSI/API SPECIFICATION Q1, Specification for Quality Programs for the Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industry [S].2010.

[7] API Recommended Practice 17Q. Subsea Equipment Qualification [S].2010.

[8] DNV-RP-A203. Qualification Procedures for New Technology [S].2001.

Subsea Production System Reliability & Technical RiskManagement Based on API 17N

JU Xuan-ze, JIANG Ying, YIN Han-jun, ZHOU Mei-zhen

(Offshore Oil Engineering Co, Ltd., Tianjin 300451， China)

As we know, there are many uncertainty factors in subsea production system used in deepwater oil and gas field development, from basic design, engineering, manufacture, installation to operation, which are easily influenced by technology and investment. To ensure the reliability of subsea production system, major oil companies have been focused on it and recognize in the oil & gas industry. The American Petroleum Institute Recommended Practice 17N had been formally issued in March, 2009, in order to support the subsea industry in its implementation of reliability management systems for subsea projects. In this paper, the aims, scope, project types, equipment types, and project stages related to the application of API RP 17N will be introduced, meanwhile, the relationship between API RP 17N and other relevant standards such as ISO 20815, API Q1, DNV RP A203, etc, also will be described. In the rest of this paper, principles of subsea production system reliability & technical risk management based on the API RP 17N treated as a key topic will be mainly expounded.

subsea production system； reliability； technical risk

2013-07-15

工業(yè)信息化部海洋工程裝備科研項(xiàng)目(NO.E-0813C003)：水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。

琚選擇(1979-)，男，工程師。

1001-4500(2014)03-0035-05

TE54

B