鉆修井平臺風(fēng)險分區(qū)的可視化研究

孫增生高級工程師 甘樹楠工程師 宋仁智工程師 雷小帆工程師 姚利祥高級工程師

(長城鉆探工程有限公司，北京 100101)

0 引言

鉆修井作業(yè)具有多工種、多工況、立體交叉、連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)。在作業(yè)過程中隱藏著多種不安全因素，這些安全風(fēng)險的重疊交互，使得工作人員難以判斷所在位置的風(fēng)險程度，一旦發(fā)生事故，會危害作業(yè)人員的人身安全。

鉆修井作業(yè)現(xiàn)場是石油行業(yè)事故發(fā)生的主要場所[1]，多名學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[2-5]：鉆修井作業(yè)中死亡事故的45%以上發(fā)生在鉆臺上；相比而言鉆進(jìn)過程中發(fā)生死亡事故占比大，占死亡總?cè)藬?shù)的18%；鉆臺作業(yè)人員中，位于井口附近的副司鉆、內(nèi)外鉗工死亡占比最高，超過50%，而同在鉆臺上的司鉆死亡數(shù)要低于前者，占比為10%。從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)不難看出，鉆臺是鉆修井現(xiàn)場的主要危險場所，不同的工種因在鉆臺的工作位置不同，危險因素及程度也不同，井口周圍是鉆臺上危險最大的區(qū)域。

鉆臺上主要是通過有經(jīng)驗人員的言傳身教來傳遞如何規(guī)避鉆臺風(fēng)險的相關(guān)知識，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)學(xué)者對鉆臺進(jìn)行風(fēng)險分區(qū)可視化研究的相關(guān)報告。規(guī)避鉆臺風(fēng)險的知識主要來源于個人經(jīng)驗積累，主觀因素較多，加之操作人員在工作狀態(tài)下精力主要集中于作業(yè)，難以充分分析所處位置的風(fēng)險。鉆臺上的危害因素主要有物體打擊、高溫高壓、化學(xué)腐蝕、有毒有害氣體、放射性損害等。這些危害因素在鉆臺上不同位置因作業(yè)內(nèi)容和種類的不同，分布存在差異，故發(fā)生事故的概率及程度也不同，如：井口附近以物體打擊、中毒等事故為主，而大門、階梯口則以發(fā)生滑跌事故為主。由于危害因素眾多，單憑作業(yè)者經(jīng)驗難以快速準(zhǔn)確判斷所在位置的安全程度。為幫助作業(yè)人員選擇更安全的位置，本文通過對鉆臺不同區(qū)域、不同工況進(jìn)行風(fēng)險識別，繼而對特定工況下不同區(qū)域的風(fēng)險進(jìn)行單獨(dú)評估，而后進(jìn)行疊加計算得出此區(qū)域的風(fēng)險總值，使用數(shù)值和色標(biāo)進(jìn)行直觀顯示，形成風(fēng)險可視化分區(qū)，以期鉆臺工作人員能夠更容易知道自己所處位置的風(fēng)險程度，在非必要情況下可以通過減少在高風(fēng)險區(qū)域內(nèi)停留的時間而減少自身受到傷害的可能，提高安全效益。

1 方法原理

根據(jù)世衛(wèi)組織推行的工作場所危害預(yù)防控制的優(yōu)先等級和策略[6]，風(fēng)險的防范依次為：發(fā)生源控制措施；工程控制措施；工人層面的控制措施。本文所闡述的風(fēng)險可視化分區(qū)則是工人層面的控制措施。

1.1 區(qū)域風(fēng)險評價模型

區(qū)域內(nèi)某一空間地理坐標(biāo)處人員的個體風(fēng)險，與危險發(fā)生的概率及同一區(qū)域某一固定位置人員死亡概率相關(guān)，如式(1)所示[7]：

(1)

式中：

R(x，y)—該危險源在位置(x，y)處產(chǎn)生的個人風(fēng)險；

fs—第s個事故發(fā)生的概率；

vs(x，y)—第s個事故在位置(x，y)處引起個體死亡的概率；

N—事故情景(累計)個數(shù)。

其中，fs可以通過事件樹分析得到；vs(x，y)通過事故后果模型及相應(yīng)的函數(shù)轉(zhuǎn)化為引起個體死亡的概率。

1.2 LEC危險性評價法

在ISO 31000中風(fēng)險(Risk)的含義與中文“不確定性對目標(biāo)的影響”相對應(yīng)。風(fēng)險是指某一特定危險情況發(fā)生的可能性和后果的組合[8]?；谏鲜隼碚?，傳統(tǒng)的風(fēng)險評價方法是把風(fēng)險的發(fā)生嚴(yán)重程度(事件發(fā)生的結(jié)果)和頻率(事件發(fā)生的可能性)作為量化風(fēng)險事件的2個變量[9]。美國學(xué)者GRAHAM和KINNEY[10]在1980年提出“LEC危險性評價法”，增加“暴露危險環(huán)境的頻率”這一變量，認(rèn)為操作人員傷亡風(fēng)險大小可以用與系統(tǒng)風(fēng)險有關(guān)的3個因素指標(biāo)值的乘積來評價，該方法更加簡明易操作。

LEC危險性評價法又被稱為“作業(yè)條件危險性評價方法”，是一種潛在危險性作業(yè)環(huán)境評價方法，既可以評價整體的風(fēng)險程度，也可以對某一具體的工作場所、某一系統(tǒng)或特定的設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險評價，是一種較好的作業(yè)條件分析評價方法，在現(xiàn)場得到較廣泛的應(yīng)用[11-14]。

其相關(guān)3個因素指標(biāo)如式(2)所示：

D=LEC

(2)

式中：

D—作業(yè)條件危險性；

L—事故發(fā)生的可能性；

E—人員暴露于危險環(huán)境的頻繁程度；

C—事故發(fā)生可能造成的后果[15]。

L、E、C各自賦予相應(yīng)數(shù)值，再按D值確定作業(yè)條件的危險等級。

綜上可知，鉆臺上不同位置風(fēng)險是不同的，人員受到傷害的概率與L、E、C相關(guān)聯(lián)，當(dāng)能夠確定某一特定位置L和C，減少其暴露于危險環(huán)境的時間，就可以減少人員受到傷害的概率。

2 構(gòu)建風(fēng)險可視化分區(qū)

第一步，創(chuàng)建坐標(biāo)系，對評價區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險分區(qū)，如以井口為原點(diǎn)，縱、橫坐標(biāo)單位為1m，建立平面坐標(biāo)系，將鉆臺劃分為若干區(qū)域。

第二步，分別對不同工況下每個區(qū)域中存在的每一種風(fēng)險進(jìn)行單獨(dú)評估賦值。把每個風(fēng)險分區(qū)里面每一種風(fēng)險的賦值進(jìn)行疊加，讓不同的色標(biāo)和風(fēng)險數(shù)值顯示在Excel構(gòu)建的示意圖內(nèi)，直觀顯示出此工況下本區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險狀況，形成可視化分區(qū)，風(fēng)險等級由低到高用不同的顏色顯示。具體流程，如圖1。鉆臺分區(qū)風(fēng)險矩陣評分標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 鉆臺風(fēng)險分區(qū)矩陣評分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The scoring criteria matrix for the risk zone of the drilling platform

圖1 建立鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)流程圖Fig.1 The flowchart for establishing the visualized zone of the drilling platform

通過對各種工況下不同分區(qū)內(nèi)的風(fēng)險進(jìn)行評分，得到各個分區(qū)內(nèi)各種風(fēng)險的風(fēng)險值并疊加。分區(qū)內(nèi)的風(fēng)險值，如式(3)所示：

(3)

式中：

R—事故發(fā)生的風(fēng)險總和；

Li—第i個失效事件發(fā)生的概率；

Ci—第i個失效事件發(fā)生引起的后果[16]。

不同的風(fēng)險值對應(yīng)的色標(biāo)，見表2。

表2 鉆臺分區(qū)風(fēng)險值與色標(biāo)對應(yīng)關(guān)系Tab.2 The correlation between risk value and color code of the drilling platform zone

3 建立風(fēng)險可視化分區(qū)的實例

本文以某項目陸地鉆修井現(xiàn)場為例，建立鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)，供鉆臺工作人員識別此工況下各區(qū)域的風(fēng)險狀態(tài)，方便選擇風(fēng)險相對低的區(qū)域站位。

3.1 修井平臺

本例中修井機(jī)為國產(chǎn)650型，主要提供修井服務(wù)。此修井機(jī)工況包括：起鉆、下鉆、起下電潛泵、打撈作業(yè)等17種類型，均有人員在鉆臺上作業(yè)。鉆臺上有可能對作業(yè)人員造成傷害的危害因素有：高空落物、擠壓、滑跌、高壓、有毒有害氣體、化學(xué)腐蝕等6種，修井工況及危害因素清單，見表3。

鉆臺約為6m×6m大小，使用Excel制作鉆臺示意圖，以井口為中心，以1m為單位對鉆臺進(jìn)行分區(qū)。初步制作的示意圖，如圖2。

圖2 未評估的鉆臺分區(qū)Fig.2 Unassessed drilling platform zone

由平臺經(jīng)理、帶班隊長、作業(yè)、裝備、HSE的相關(guān)人員組成評估小組，根據(jù)既往事故的統(tǒng)計分析，按表3所列修井工況及危害因素清單，對所列工況中每一分區(qū)內(nèi)的危害因素采取風(fēng)險矩陣法進(jìn)行單獨(dú)評估賦值，使用表1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分。得出該工況高空落物單一風(fēng)險在各分區(qū)內(nèi)的分布，如圖3。從圖3中可以看出，以井口為中心，周邊4m是落物的高風(fēng)險區(qū)，1m之外則高空落物的風(fēng)險大幅降低。

圖3 起鉆時鉆臺高空落物風(fēng)險值與色標(biāo)Fig.3 Risk values and color code of drops on the drilling platform under POOH

與此同時，在起鉆的工況下，由表3修井工況及危害因素清單可知：鉆臺作業(yè)人員可能存在被機(jī)械擠壓、滑倒跌傷、有毒有害氣體等傷害的風(fēng)險。同理，對其他危害因素進(jìn)行評估賦值。圖4所示為該工況下機(jī)械擠壓傷害單一風(fēng)險在各分區(qū)內(nèi)的分布；圖5為滑跌單一風(fēng)險在各分區(qū)內(nèi)的分布；圖6為有毒有害氣體單一風(fēng)險在各分區(qū)內(nèi)的分布；此外還有高壓危險等風(fēng)險，此處略。把每個獨(dú)立分區(qū)內(nèi)的所有危害因素賦值進(jìn)行疊加，得到此種工況下每個獨(dú)立分區(qū)內(nèi)多種危害因素的風(fēng)險總值，根據(jù)其分值高低，轉(zhuǎn)化為不同的色標(biāo)即可得出每個獨(dú)立分區(qū)內(nèi)的多種危害因素的疊加風(fēng)險值，即風(fēng)險可視化分區(qū)，如圖7。

圖4 起鉆時鉆臺機(jī)械擠壓風(fēng)險值與色標(biāo)Fig.4 Risk values and color code of mechanical crush on the drilling platform under POOH

圖5 起鉆時鉆臺滑跌風(fēng)險值與色標(biāo)Fig.5 Risk values and color code of slip falls on the drilling platform under POOH

圖6 起鉆時鉆臺有害氣體風(fēng)險值與色標(biāo)Fig.6 Risk values and color code of the harmful gas on the drilling platform under POOH

圖7 起鉆時鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)Fig.7 The visualized risk zone on the drilling platform under POOH

表3 修井工況及危害因素表Tab.3 List of operation conditions and hazard factors of the drilling platform

以同樣的方法可以制作其他不同工況下的風(fēng)險可視化分區(qū)。酸洗時鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)，如圖8。

圖8 酸洗時鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)Fig.8 The visualized risk zone on the drilling platform under acidizing operation

3.2 鉆井平臺

本例中鉆機(jī)為國產(chǎn)50D型，主要提供鉆井服務(wù)。此鉆機(jī)工況包括：起鉆、下鉆、打撈作業(yè)等11種類型，每種工況下都有人員在鉆臺上作業(yè)。鉆臺上可能對作業(yè)人員造成傷害的危害因素與修井作業(yè)大致相同，也為上述6種。鉆井工況及危害因素清單，見表4。

表4 鉆井工況及危害因素清單Tab.4 List of drilling conditions and hazard factors

鉆井平臺約12m×17m大小，風(fēng)險可視化分區(qū)制作過程同修井機(jī)平臺。圖9為正常鉆進(jìn)時鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)。

圖9 鉆進(jìn)時鉆臺風(fēng)險可視化分區(qū)Fig.9 The visualized risk zone on the drilling platform under drilling operation

4 結(jié)論

(1)風(fēng)險矩陣是評估作業(yè)風(fēng)險的常用方法，鉆井平臺等作業(yè)環(huán)境具有多種風(fēng)險同時存在的特點(diǎn)，難以用傳統(tǒng)的風(fēng)險矩陣對其進(jìn)行綜合評估。本文對各種工況下不同分區(qū)內(nèi)的風(fēng)險進(jìn)行評分，得到各個分區(qū)內(nèi)的各種風(fēng)險的風(fēng)險值并疊加，此方法是對傳統(tǒng)風(fēng)險矩陣評估方法的拓展應(yīng)用。

(2)本文提出的風(fēng)險分區(qū)可視化已在多個鉆修井隊予以試行，證明該方法簡便、易行。生成的風(fēng)險分區(qū)可視化量表可在班前會或者工具箱會議上使用，以便讓鉆臺作業(yè)人員對當(dāng)下作業(yè)各個區(qū)域的風(fēng)險一目了然，提前加以防范；同時將此表張貼于鉆臺醒目位置，供鉆臺作業(yè)人員隨時查看，以便直觀迅速地判斷每一工況下各個分區(qū)的風(fēng)險程度，選擇更為安全的位置進(jìn)行作業(yè)和停留，以降低作業(yè)風(fēng)險。

(3)本方法成本低廉，可操作性強(qiáng)，通過長時間視覺強(qiáng)化，可使工作人員對安全位置了然于心，從而進(jìn)一步提高作業(yè)安全性。

(4)本研究尚存在以下問題：風(fēng)險矩陣的賦值受評價人員的主觀意識影響較大，會出現(xiàn)風(fēng)險識別不到位的情況。雖然本方法是通過成立評估小組，并以近年事故統(tǒng)計為參考，對所有工況和所有危害因素進(jìn)行獨(dú)立風(fēng)險評價，一定程度上減少了單個評價人員評估的主觀性偏差，但使用更客觀的風(fēng)險評估方法更有利于提高風(fēng)險評估結(jié)果的可信度。

(5)這種多風(fēng)險疊加可視化量表的方法目前未見文獻(xiàn)報道。該種方法具有一定的通用性，可應(yīng)用于許多作業(yè)場所的風(fēng)險管控中，即可根據(jù)不同作業(yè)特點(diǎn)以此方法制訂出相對應(yīng)的風(fēng)險可視化量表。

致謝：本研究及文章撰寫過程中得到唐德釗總工程師、盧云云女士的諸多指導(dǎo)和幫助。