指數(shù)模型法在海洋石油設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

朱可尚

(中國(guó)石化集團(tuán)有限公司安全監(jiān)管部，北京 100728)

0 前言

海洋石油勘探開(kāi)發(fā)受海洋環(huán)境和空間限制，安全管理和應(yīng)急救援難度大，一旦發(fā)生事故，人員和財(cái)產(chǎn)損失會(huì)遠(yuǎn)高于陸地油田，如2010年美國(guó)墨西哥灣發(fā)生的“深水地平線(xiàn)”鉆井平臺(tái)爆炸著火事故，不僅對(duì)當(dāng)?shù)貪O業(yè)、旅游業(yè)造成災(zāi)難性損失，而且對(duì)海洋生態(tài)造成嚴(yán)重的影響。

勝利油田淺海區(qū)域海洋石油開(kāi)發(fā)設(shè)施處于渤海灣淺海區(qū)域和黃河入?？?，水深一般在0～15 m，經(jīng)近30年的勘探開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已建成油水井871口、采油平臺(tái)120座、鉆修井平臺(tái)20座、海底管線(xiàn)162條，海上原油年產(chǎn)量近350×104t，成為我國(guó)淺海區(qū)域最大的油田，是油氣增儲(chǔ)擴(kuò)能主陣地之一。為了全面掌握整體性風(fēng)險(xiǎn)，2020年至2021年開(kāi)展了海洋石油生產(chǎn)整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，主要是采用指數(shù)模型法，結(jié)合采油平臺(tái)、海底管道和修鉆井平臺(tái)狀況建立指數(shù)模型，通過(guò)失效可能性指數(shù)、失效后果指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)綜合分析，得到海上設(shè)施整體風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)一步利用專(zhuān)業(yè)軟件計(jì)算工具，對(duì)典型案例進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析。

1 指數(shù)模型法簡(jiǎn)介

1.1 評(píng)估流程和依據(jù)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定性、半定量、定量方法各有優(yōu)劣[1]，圍繞本次評(píng)估目標(biāo)，充分考慮點(diǎn)多、量大、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不夠完善的實(shí)際情況，選擇了半定量的指數(shù)模型法進(jìn)行評(píng)估。指數(shù)模型法評(píng)估程序的步驟見(jiàn)圖1。

圖1 指數(shù)模型法評(píng)估工作流程

評(píng)估工作所依據(jù)的資料包括：設(shè)施年度檢驗(yàn)報(bào)告、延壽檢測(cè)及評(píng)估報(bào)告、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料、設(shè)備管理臺(tái)賬、隱患治理臺(tái)賬、維修改造臺(tái)賬、專(zhuān)業(yè)設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、壓力容器統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬、壁厚檢測(cè)臺(tái)賬、歷年采油平臺(tái)事故報(bào)告等。開(kāi)展事故、隱患治理情況調(diào)查，梳理現(xiàn)有制度及執(zhí)行情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、訪(fǎng)談、勘查，了解設(shè)施現(xiàn)狀。

1.2 指數(shù)模型構(gòu)建

根據(jù)海底管道、平臺(tái)等設(shè)施的實(shí)際情況，結(jié)合有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)模型[2]，其中：風(fēng)險(xiǎn)值=(100-可能性指數(shù))×失效后果指數(shù)；可能性指數(shù)包括一級(jí)指數(shù)6項(xiàng)，二級(jí)指數(shù)32項(xiàng)，三級(jí)指數(shù)及打分細(xì)則72項(xiàng)；后果指數(shù)包括一級(jí)指數(shù)3項(xiàng)，二級(jí)指數(shù)及賦分細(xì)則7項(xiàng)。構(gòu)建了采油平臺(tái)結(jié)構(gòu)倒塌、火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型，海底管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型，鉆修井平臺(tái)結(jié)構(gòu)倒塌、井噴、火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型等6類(lèi)模型。

a) 平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型?？赡苄灾笖?shù)主要考慮油氣工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合性、管理有效性、系統(tǒng)自身完整性、保護(hù)層等。后果指數(shù)考慮介質(zhì)危險(xiǎn)性、財(cái)產(chǎn)損失、人員傷害、所處區(qū)域環(huán)境等。

b) 平臺(tái)倒塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型?？赡苄灾笖?shù)考慮水深變化和沖刷、附著海生物、設(shè)計(jì)冰厚及抗壓強(qiáng)度、并考慮磨蝕區(qū)范圍內(nèi)是否有水平構(gòu)件、甲板高程差、裂紋檢出等。后果指數(shù)考慮介質(zhì)危險(xiǎn)性、財(cái)產(chǎn)損失、人員傷害、所處區(qū)域環(huán)境等[3]。

c) 鉆修井平臺(tái)傾覆風(fēng)險(xiǎn)模型?？赡苄灾笖?shù)主要考慮總體系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電訊系統(tǒng)、安全設(shè)施5個(gè)指標(biāo)。后果指數(shù)考慮人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失和聲譽(yù)影響等。

d) 鉆修井平臺(tái)井噴風(fēng)險(xiǎn)模型。可能性指數(shù)主要考慮總體系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、鉆修井系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、電訊系統(tǒng)、安全設(shè)施6個(gè)指標(biāo)。后果指數(shù)考慮人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失和聲譽(yù)影響等。

e) 鉆修井平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)模型?？赡苄灾笖?shù)主要考慮總體系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、鉆修井系統(tǒng)、電訊系統(tǒng)、安全設(shè)施6個(gè)指標(biāo)。后果指數(shù)考慮人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失和聲譽(yù)影響等。

f) 海底管道泄漏指數(shù)模型[4]。包括一級(jí)指數(shù)：第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境、誤操作6項(xiàng)；二級(jí)指數(shù)：覆蓋厚度、大氣腐蝕、疲勞、懸跨、海床穩(wěn)定性等33項(xiàng)；三級(jí)指數(shù)：埋深、介質(zhì)腐蝕性、海底地形、維護(hù)制度等55項(xiàng)。后果指數(shù)考慮輸送介質(zhì)危害性、泄漏量、影響對(duì)象等。

2 典型案例

以某海底管道為例，說(shuō)明指數(shù)模型法的應(yīng)用過(guò)程。

目前國(guó)內(nèi)參考國(guó)際石油行業(yè)作法[5]，制定了SY/T6891.1—2012《油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法》第1部分：半定量評(píng)價(jià)法和GB/T27512—2011《埋地鋼質(zhì)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法》。SY/T6891.1—2012是一種指數(shù)模型法，由中石油、中石化管道公司制定，規(guī)定了油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法中半定量法的評(píng)價(jià)原則、指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)流程，但僅適用陸上在役油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。GB/T27512—2011是一種適用于工程實(shí)際的半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，從事故可能性和后果兩個(gè)方面綜合評(píng)估埋地鋼質(zhì)管道在使用工況和環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)程度，此標(biāo)準(zhǔn)適用于輸送原油、成品油、天然氣介質(zhì)的長(zhǎng)輸管道、集輸管道等。綜上所述，海底管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本方法和原則，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和有關(guān)法規(guī)構(gòu)建“海底管道泄漏指數(shù)模型”(圖2)進(jìn)行評(píng)估[6]。

圖2 海底管道指數(shù)模型框架

2.1 基本情況

該海底油氣管道總長(zhǎng)度9.48 km，分為3段：①平臺(tái)立管及周邊500 m；②海底部分7 000 m；③離登陸點(diǎn)500 m至登陸點(diǎn)。穿越海域長(zhǎng)度7 887 m，路由區(qū)域水深2.4～12.2 m，整體地形平緩局部凸凹，土壤為黃河沉積物快速堆積形成，地震設(shè)防烈度8度，主要危險(xiǎn)介質(zhì)為含水原油。管道為雙壁管，鋪管方式為拖管法，已運(yùn)行9年，設(shè)計(jì)輸送最高壓力5.0 MPa，實(shí)際0.8～1.4 MPa，混輸液流量:9 600 m3/d，含水率:50%～64%，內(nèi)管徑×壁厚:457 mm×14.3 mm，外管徑×壁厚:559 mm×12.7 mm。檢測(cè)情況：①2011年12月投產(chǎn)時(shí)內(nèi)管檢測(cè)；②2012年投產(chǎn)時(shí)試壓；③2017年復(fù)勘。

2.2 指數(shù)賦值

海底管道泄漏可能性因素指數(shù)：簡(jiǎn)稱(chēng)可能性指數(shù)。按照失效類(lèi)型及原因，一級(jí)指數(shù)分為6類(lèi)，該管道的賦值情況如下。

a) 因覆蓋厚度不足，水運(yùn)交通頻繁，第1、3管段距離海岸較近，第3管段靠近碼頭，第2管段存在拋錨區(qū)，第三方破壞導(dǎo)致失效可能性分值(滿(mǎn)分35)為7.1。

b) 因海床土壤類(lèi)型松散、處于強(qiáng)沖刷區(qū)域，懸空管道渦激振動(dòng)易引發(fā)疲勞破壞，且海流及波浪影響較大、冬季受海冰影響、夏季受風(fēng)暴潮影響，自然環(huán)境因素導(dǎo)致失效可能性分值(滿(mǎn)分15)為9.0。

c) 因第1、3管段(立管)長(zhǎng)期暴露在潮濕的海洋氣候環(huán)境，大氣腐蝕較嚴(yán)重，超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，且根據(jù)歷史檢測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)效果較差導(dǎo)致局部腐蝕，腐蝕導(dǎo)致失效可能性分值(滿(mǎn)分30)為15。

d) 因近5年未作內(nèi)檢測(cè)，管道內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)未知，設(shè)計(jì)原因?qū)е率Э赡苄苑种?滿(mǎn)分10)為3.0，管道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致失效可能性分值(滿(mǎn)分5)為1.3。

e) 因人員操作過(guò)程中機(jī)械失誤防護(hù)措施不完善等問(wèn)題，導(dǎo)致誤操作失效可能性分值(滿(mǎn)分5)為0.8。

海底管道泄漏失效后果影響因素指數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)為后果指數(shù)。介質(zhì)危險(xiǎn)性指數(shù)、介質(zhì)泄漏量指數(shù)、受體影響指數(shù)(環(huán)境影響+財(cái)務(wù)影響+人身安全運(yùn)行)以及泄漏檢測(cè)修正指數(shù)、應(yīng)急響應(yīng)修正指數(shù)，這5個(gè)指數(shù)之積為失效后果指數(shù)。后果指數(shù)越小，風(fēng)險(xiǎn)越低。該管道輸送介質(zhì)危險(xiǎn)性較大、管線(xiàn)3 km范圍內(nèi)有自然保護(hù)區(qū)，泄漏后對(duì)周邊人口、環(huán)境、高價(jià)值區(qū)影響較大，因此3個(gè)管段的泄漏失效后果影響因素指數(shù)最終計(jì)算結(jié)果分別為：432，345.6，432。

運(yùn)用指數(shù)模型法計(jì)算管道最終風(fēng)險(xiǎn)值。管線(xiàn)失效可能性分值分別為：7.1+9.0+15+3.0+1.3+0.8=36.2，失效后果指數(shù)取3個(gè)管段的最大值為：432。最終評(píng)價(jià)出風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)值為：(100-36.2)×432=27 561.6，處于較大風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.3 措施建議

a) 針對(duì)強(qiáng)沖刷區(qū)域海管，每年開(kāi)展水下外檢測(cè)、立管探摸調(diào)查、路由復(fù)測(cè)，及時(shí)對(duì)裸露懸空管道進(jìn)行治理。

b) 針對(duì)立管外腐蝕，每年開(kāi)展輸送介質(zhì)成分檢測(cè)和立管壁厚等無(wú)損檢測(cè)。

c) 針對(duì)第三方活動(dòng)破壞，增加工藝自動(dòng)化監(jiān)控、視頻監(jiān)控、泄漏監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)平臺(tái)和登陸點(diǎn)海管立管巡檢和對(duì)周?chē)Ｓ虿t望。

d) 對(duì)管道內(nèi)部開(kāi)展通球內(nèi)檢測(cè)，進(jìn)行完整性評(píng)估，增加泄漏監(jiān)控系統(tǒng)與緊急切斷閥連鎖。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估整體情況

運(yùn)用指數(shù)模型法對(duì)20座鉆修井平臺(tái)、120座采油平臺(tái)和162條海底管道進(jìn)行評(píng)估，整體評(píng)估認(rèn)為海洋石油設(shè)施基本滿(mǎn)足常規(guī)條件下安全管控要求，總體風(fēng)險(xiǎn)可控。

3.1 整體風(fēng)險(xiǎn)情況

a) 采油平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)。主要風(fēng)險(xiǎn)為平臺(tái)結(jié)構(gòu)倒塌和火災(zāi)爆炸。利用指數(shù)模型，對(duì)120座采油平臺(tái)進(jìn)行評(píng)估賦值，13座為一般風(fēng)險(xiǎn)，107座為低風(fēng)險(xiǎn)，整體風(fēng)險(xiǎn)可控。其中水深增大、服役壽命長(zhǎng)、主結(jié)構(gòu)疲勞、抗冰能力不足等是造成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高的主要因素。

b) 海底管道風(fēng)險(xiǎn)。主要風(fēng)險(xiǎn)為海底管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)。利用海底管道泄漏指數(shù)模型，對(duì)162條管道進(jìn)行賦值，評(píng)估出較大風(fēng)險(xiǎn)9條、一般風(fēng)險(xiǎn)35條、低風(fēng)險(xiǎn)118條。其中管道腐蝕、懸跨、管齡、埋深、第三方活動(dòng)影響(如施工、外來(lái)船舶、第三方破壞等)是風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高的主要因素。

c) 鉆修井平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)。主要風(fēng)險(xiǎn)為傾覆、井噴和火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。利用傾覆、井噴和火災(zāi)爆炸指數(shù)模型，對(duì)20座平臺(tái)進(jìn)行賦值，評(píng)估出一般風(fēng)險(xiǎn)10座、低風(fēng)險(xiǎn)10座。其中平臺(tái)役齡長(zhǎng)，鉆井及井控系統(tǒng)局部老化，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜是造成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高的主要因素。

d) 海洋地質(zhì)環(huán)境。通過(guò)收集勝利油田海上建設(shè)以來(lái)的實(shí)測(cè)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，分析海洋環(huán)境的要素特征、衍變規(guī)律及對(duì)安全生產(chǎn)的影響，提出應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境條件變化的建議。

3.2 建議措施

a) 海上采油平臺(tái)。加快超設(shè)計(jì)使用年限平臺(tái)的延壽評(píng)估改造，對(duì)抗冰能力不足的CB11F等3座平臺(tái)進(jìn)行加固治理，對(duì)水深增加的平臺(tái)開(kāi)展定期檢測(cè)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力(應(yīng)變)、傾斜監(jiān)測(cè)。加快中心三號(hào)段塞流捕集器建設(shè)，開(kāi)展增加事故罐的可行性論證項(xiàng)目的立項(xiàng)工作。編制《海冰環(huán)境條件與荷載技術(shù)規(guī)范》，建立關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)施的強(qiáng)制更換機(jī)制。

b) 海底管道。對(duì)海底輸油(氣)管道每5年開(kāi)展一次全面內(nèi)檢，檢測(cè)費(fèi)用納入年度預(yù)算。建立海底管道裸露、懸空的“隨產(chǎn)隨治”動(dòng)態(tài)治理機(jī)制。

c) 鉆修井平臺(tái)。對(duì)勝利九號(hào)等4座平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)改造，建立老齡平臺(tái)的強(qiáng)制退出制度。對(duì)新老井位平臺(tái)插樁情況開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查分析，解決插樁不到位的問(wèn)題。新建或租用防砂、酸化壓裂專(zhuān)用船舶。

d) 海洋環(huán)境。在埕島油田7～8 m水深處和新北油田各新建1座水文監(jiān)測(cè)站。修訂《海上油田勘探開(kāi)發(fā)海洋環(huán)境》設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析海洋石油設(shè)施安全影響因素，構(gòu)建了科學(xué)的指數(shù)模型法，系統(tǒng)分析了平臺(tái)、管道等設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和分布情況，針對(duì)存在問(wèn)題提出科學(xué)合理的建議，為海洋石油安全管理提供了理論支持和方法依據(jù)。指數(shù)模型構(gòu)建過(guò)程中，廣泛征求專(zhuān)家意見(jiàn)，評(píng)估結(jié)論與企業(yè)上報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)清單及臺(tái)賬符合性較好，能夠反映企業(yè)安全生產(chǎn)真實(shí)情況。

海洋石油生產(chǎn)企業(yè)設(shè)施數(shù)量多、類(lèi)型全、管理難度大，將其分解為生產(chǎn)平臺(tái)、海底管線(xiàn)、鉆修井平臺(tái)、海洋地質(zhì)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域分別建立評(píng)估模型，破解了海洋石油整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的難題，對(duì)保證海洋石油增儲(chǔ)擴(kuò)能具有積極的指導(dǎo)意義。