石油天然氣生產(chǎn)安全技術(shù)和管理新論

馬士龍，鄒浪，于嚴(yán)龍(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

現(xiàn)代管理理論及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上提高了石油天然氣生產(chǎn)的效率和安全程度，但是依然不能實現(xiàn)對生產(chǎn)安全隱患及質(zhì)量問題的全部規(guī)避。這是因為石油天然氣生產(chǎn)應(yīng)用到的工藝和設(shè)備相對較多，不可避免地會增加安全問題的發(fā)生概率，嚴(yán)重情況下便會導(dǎo)致安全事故?？梢娛吞烊粴馄髽I(yè)需要重視石油天然氣生產(chǎn)過程中的安全問題，通過先進(jìn)的生產(chǎn)安全管理理論和技術(shù)做到生產(chǎn)安全管理工作，減少安全事故，避免對工作人員及生產(chǎn)設(shè)備造成威脅。

1 石油天然氣生產(chǎn)特征

1.1 城市發(fā)展與生產(chǎn)安全存在矛盾

城市發(fā)展需要注重效率和質(zhì)量，這與石油天然氣安全生產(chǎn)存在一定矛盾。具體來講，隨著城市化進(jìn)程的日漸加快，石油天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場周邊人口密集度在不斷提高，生產(chǎn)環(huán)境日漸復(fù)雜，容易導(dǎo)致生產(chǎn)現(xiàn)場被生產(chǎn)經(jīng)營單位或公共設(shè)施包圍、新建工程與生產(chǎn)現(xiàn)場距離較近、生產(chǎn)現(xiàn)場安全間距被侵占等問題，這些都會對石油天然氣安全生產(chǎn)造成威脅。石油天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場被占壓形式較多，例如：農(nóng)業(yè)設(shè)施、工業(yè)設(shè)施、礦業(yè)設(shè)施等，這會進(jìn)一步侵占生產(chǎn)現(xiàn)場安全間距，并且清理難度較大，不利于石油天然氣生產(chǎn)作業(yè)安全順利進(jìn)行。在建筑工程施工建設(shè)中，石油天然氣生產(chǎn)項目通常與其他項目交叉或共同進(jìn)行，如果其他項目建設(shè)單位未能保持對石油天然氣生產(chǎn)安全的足夠重視，可能導(dǎo)致碾壓、碰撞、挖掘等第三方生產(chǎn)威脅[1]。

1.2 自動化生產(chǎn)安全管理差異較大

自動化管理對石油天然氣生產(chǎn)安全十分重要，但是現(xiàn)階段石油天然氣企業(yè)的自動化管理水平差異較大，無法通過先進(jìn)自動化管理技術(shù)全面確保石油天然氣生產(chǎn)安全。大型國有企業(yè)的自動化管理水平普遍較高，管理設(shè)備比較完善，管理規(guī)范比較健全，能夠?qū)崿F(xiàn)對石油天然氣生產(chǎn)的全過程管理；但是小型企業(yè)往往沒有資金和條件引進(jìn)先進(jìn)自動化管理系統(tǒng)和設(shè)備。并且，隨著運行時間的增加及管理規(guī)范的更新，任何企業(yè)都需要對自動化管理體系做出完善，對不符合安全規(guī)范的項目及設(shè)備進(jìn)行改造，真正實現(xiàn)對石油天然氣生產(chǎn)作業(yè)的自動化管理，從而確保生產(chǎn)作業(yè)安全程度及管理效果。

2 石油天然氣生產(chǎn)安全管理理論分析

2.1 強化石油天然氣生產(chǎn)安全管理理念

盡管發(fā)達(dá)國家石油天然氣企業(yè)已經(jīng)形成了較為先進(jìn)的石油天然氣生產(chǎn)安全管理理念，但是由于各個企業(yè)之間的運營發(fā)展水平不同，國外的安全管理理念尚未在我國石油天然氣生產(chǎn)中發(fā)揮應(yīng)有作用，可見石油天然氣企業(yè)依然需要強化對石油天然氣生產(chǎn)安全管理理念的實踐應(yīng)用。

石油天然氣企業(yè)需要積極引進(jìn)與我國石油天然氣生產(chǎn)安全管理需求、行業(yè)進(jìn)步發(fā)展要求相符合的生產(chǎn)安全管理理念和思想，并且結(jié)合企業(yè)實際情況確定引進(jìn)和應(yīng)用程度?？紤]到新型生產(chǎn)安全管理理念與傳統(tǒng)石油天然氣生產(chǎn)管理方式存在一定差異，石油天然氣企業(yè)需要循序漸進(jìn)地推廣和應(yīng)用新理念和新思想，切不可操之過急。

為了推動新型生產(chǎn)安全管理理念在石油天然氣生產(chǎn)管理中的應(yīng)用，石油天然氣企業(yè)可以強化安全文化建設(shè)，將新理念和新思想融入到企業(yè)文化建設(shè)活動中，使得工作人員可以在活動過程中提高對安全生產(chǎn)的重視程度，并且在日常工作中自覺踐行安全理念、遵守安全準(zhǔn)則。

2.2 構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)安全管理體系

石油天然氣企業(yè)可以構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)HSE管理體系，此管理體系應(yīng)用的是健康、安全、環(huán)保理念，符合石油天然氣生產(chǎn)安全需求，不但可以合理規(guī)避安全隱患，還能夠有效解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的空氣污染、環(huán)境污染問題，在先進(jìn)管理體系及管理文件約束下能夠進(jìn)行全員范圍的生產(chǎn)安全管理工作。具體來說，負(fù)責(zé)人需要按照二書一表的形式實時記錄HSE管理體系相關(guān)文件，并且通過領(lǐng)導(dǎo)承諾方式來帶動工作人員參與管理工作，切實提高石油天然氣生產(chǎn)安全管理水平。石油天然氣企業(yè)需要設(shè)置專門的管理人員，負(fù)責(zé)對石油天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行安全管理，一旦發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)安全問題，便需要監(jiān)督涉事部門和員工進(jìn)行及時整改，確保一應(yīng)生產(chǎn)操作都能夠達(dá)到安全指標(biāo)。

2.3 優(yōu)化石油天然氣生產(chǎn)和存儲環(huán)境

為了合理規(guī)避石油天然氣生產(chǎn)安全隱患，石油天然氣企業(yè)需要優(yōu)化石油天然氣生產(chǎn)和存儲環(huán)境，提升石油天然氣生產(chǎn)和儲存安全系數(shù)?，F(xiàn)階段，低壓粘補技術(shù)、注射劑密封技術(shù)等立體堵漏技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在一定程度上降低了石油天然氣泄漏問題的發(fā)生概率，因為這些技術(shù)能夠顯著提高石油天然氣運輸管道和儲存空間的密封性能，并且具有操作成本低廉等應(yīng)用優(yōu)勢，能夠避免石油天然氣流失及泄漏導(dǎo)致的安全隱患和資源浪費問題。此外，石油天然氣企業(yè)可以在石油天然氣生產(chǎn)和儲存現(xiàn)場應(yīng)用安全檢查技術(shù)及智能檢測設(shè)備，檢測密封環(huán)境中各項游離物質(zhì)的濃度和密度。例如，電感耦合等離子質(zhì)譜儀可以檢測空氣中的游離物質(zhì)，當(dāng)檢測濃度和密度等數(shù)值達(dá)到警戒值后，便會自動開展報警系統(tǒng)并且顯示具體數(shù)值，提示工作人員進(jìn)行處理。

2.4 提高石油天然氣生產(chǎn)人員專業(yè)水平

現(xiàn)階段，被應(yīng)用于石油天然氣生產(chǎn)中的技術(shù)和設(shè)備越來越多，盡管提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率，但是也增加了生產(chǎn)安全隱患，為此，石油天然氣企業(yè)需要提高石油天然氣生產(chǎn)人員專業(yè)水平。石油天然氣企業(yè)需要提高工作人員對石油天然氣生產(chǎn)設(shè)備操作方式及技巧掌握的熟練程度，全面了解各項設(shè)備的運行原理及實際功能，明確各項設(shè)備的維修及養(yǎng)護措施，從而豐富工作人員的從業(yè)經(jīng)驗和設(shè)備操作經(jīng)驗，確保工作人員能夠及時分析各項安全事故的發(fā)生原因，并且自覺采取相應(yīng)解決措施，不斷強化工作能力。石油天然氣企業(yè)需要鼓勵工作人員積極考取各項從業(yè)證書，并且組織工作人員參加安全培訓(xùn)，為培訓(xùn)成績合格的工作人員頒發(fā)合格證書，要求工作人員實現(xiàn)持證上崗。

2.5 強化石油天然氣生產(chǎn)風(fēng)險評估管理

石油天然氣生產(chǎn)屬于特殊性較強的作業(yè)，需要通過一定生產(chǎn)風(fēng)險評估才能夠明確風(fēng)險等級，從而采取針對性生產(chǎn)風(fēng)險防范策略及生產(chǎn)安全管理策略，實現(xiàn)對各級安全事故的合理規(guī)避，可見石油天然氣企業(yè)需要強化石油天然氣生產(chǎn)風(fēng)險評估管理[2]。

石油天然氣企業(yè)需要建立風(fēng)險評估機制，形成對不同類型安全隱患的準(zhǔn)確分級，實現(xiàn)對各個風(fēng)險點的準(zhǔn)確控制，確定可以將各項生產(chǎn)安全隱患全部排除，在此基礎(chǔ)上開展的石油天然氣生產(chǎn)工作自然能夠得到較大安全保障。石油天然氣企業(yè)需要做好對石油天然氣生產(chǎn)安全隱患的排查工作，并且及時記錄排查數(shù)據(jù)，對已經(jīng)通過風(fēng)險防范措施和安全管理措施規(guī)避的安全隱患，同樣需要做好數(shù)據(jù)紀(jì)錄。石油天然氣企業(yè)需要明確安全風(fēng)險源，針對風(fēng)險源制定相應(yīng)的安全管理方案和緊急預(yù)案，并且就緊急預(yù)案進(jìn)行定期演練，確保每位工作人員都能夠掌握不同類型安全事故的處理方式，這樣在發(fā)生安全事故后才能夠第一時間啟動緊急預(yù)案，盡量將安全事故的不良影響及各項損失降到最低。

3 石油天然氣生產(chǎn)安全技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 采取石油天然氣管道維修技術(shù)

為了確保石油天然氣管道運行及生產(chǎn)安全，石油天然氣企業(yè)可以采取石油天然氣管道維修技術(shù)，具體包括如下7種：

（1）更換管道。能夠一次性解決全部石油天然氣管道問題；但是維修成本較高，并且維修期間需要停止管道運行，會對石油天然氣生產(chǎn)作業(yè)造成一定影響。

（2）焊接蓋帽。在石油天然氣管道缺陷位置處焊接蓋帽，等同于在管道處增加了1個支管連接。

（3）堆焊或補焊。屬于一種比較簡單的石油天然氣管道維修方式，維修效率較高，適合應(yīng)用在面積較小的單一缺陷維修；但是焊接作業(yè)存在一定安全風(fēng)險，例如：管壁氫脆、爆裂、燒穿、裂紋等，因此極為重視石油天然氣生產(chǎn)安全的歐美國家禁止應(yīng)用此方式。

（4）帶壓開孔。在石油天然氣管道處連接一旁通管道，使得管道內(nèi)的介質(zhì)可以從一旁通管道通過，隨后再更換缺陷位置的管道，可以配合第1種維修技術(shù)共同應(yīng)用。

（5）復(fù)合材料修復(fù)。在石油天然氣管道缺陷位置處涂抹復(fù)合修復(fù)材料，材料與強力膠可以共同形成復(fù)合維修層，從而承擔(dān)管道的部分應(yīng)力，使得缺陷位置管道承載應(yīng)力處于安全范圍，從而保障管道安全運行。修復(fù)工藝流程大致為：清洗管道、清除污垢、處理管道表面、設(shè)置保護層、固化處理、性能檢測。

（6）環(huán)氧套簡。在石油天然氣管道缺陷位置處覆蓋兩個連接在一起的、管徑超過維修管道的鋼殼，令環(huán)氧套筒完全覆蓋在缺陷管道表面，將兩端密封，并且向其中注入環(huán)氧樹脂，令環(huán)氧樹脂填滿環(huán)氧套筒與維修管道的縫隙，適合應(yīng)用在缺陷位置較長、存在大面積腐蝕問題的管道維修中。

（7）夾具修補。通過機械夾具恢復(fù)石油天然氣管道原本功能和性能，由于不需要在管道上直接進(jìn)行焊接，可以避免堆焊或補焊作業(yè)安全風(fēng)險；但是管道維修成本較高，維修工藝技術(shù)水平較高，對于維修人員的專業(yè)能力要求較高。

3.2 構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

石油天然氣企業(yè)可以構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對石油天然氣生產(chǎn)作業(yè)的全過程、動態(tài)化監(jiān)督管理，及時發(fā)現(xiàn)和解決安全隱患及質(zhì)量問題。

石油天然氣企業(yè)可以構(gòu)建如圖1所示的石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對石油天然氣開采油田的智能監(jiān)控及管理。在圖1石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中，每個油田設(shè)有若干個采油區(qū)及油井，在每個油井位置處都布置了1個監(jiān)控終端，其中的油井參數(shù)采集模塊負(fù)責(zé)對油井設(shè)備運行參數(shù)(井口位置、運行壓力、運行溫度、抽油機電機電流和電壓、抽油機光桿位移和載荷等)、環(huán)境信息、模擬信號進(jìn)行實時采集，并且對其進(jìn)行數(shù)字化處理，以便能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；具備串行輸入數(shù)字接口，可以接受數(shù)字信號；具備數(shù)據(jù)存儲空間，可以儲存24 h之內(nèi)的數(shù)據(jù)?？刂颇K負(fù)責(zé)向油田遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)出的命令；通過模擬量、開關(guān)量輸出實現(xiàn)對各個模塊工作的協(xié)調(diào)處理及控制管理，同時開啟、關(guān)停抽油機電機。無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)出的命令，通過4G網(wǎng)絡(luò)、WiFi實現(xiàn)監(jiān)控終端與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程無線通信；自動注冊參數(shù)采集模塊，并且顯示注冊信息，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)參數(shù)采集模塊。

油田遠(yuǎn)程監(jiān)控中心負(fù)責(zé)接收、選擇性顯示、儲存、分析、處理、編輯、檢索、查詢監(jiān)控終端采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)繪制抽油機電機運行圖、溫度曲線，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異常，表示油井設(shè)備運行參數(shù)及運行環(huán)境存在異常，便向監(jiān)控終端發(fā)出命令，并且在監(jiān)控中心界面上發(fā)出報警信息；通過邏輯通信鏈路遠(yuǎn)程調(diào)整監(jiān)控終端運行參數(shù)，與參數(shù)采集模塊功能相對應(yīng)；接受監(jiān)控終端自動注冊請求。

在每個油井位置還布置了1個無線路由器，這樣油田范圍內(nèi)便能夠形成無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)，使得每個油井的監(jiān)控終端都能夠自動接入，并且連接監(jiān)控終端與油田遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

3.3 通過氣體檢測方法檢測氣體濃度

石油天然氣開采及生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)各種類型的氣體，其中不乏有害有毒氣體，氣體檢測方法則能夠檢測各種氣體的濃度，從而確保石油天然氣生產(chǎn)安全。按照傳感機理，可以將氣體檢測方法劃分為光學(xué)檢測法、非光學(xué)檢測法兩種。

3.3.1 光學(xué)檢測法

漸逝場型光纖氣體傳感器檢測法，漸逝場區(qū)域在吸收部分檢測氣體時，其中的全反射光會出現(xiàn)衰減，通過全反射光衰減程度便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。漸逝場能量與總能量的比例決定了漸逝場型光纖氣體傳感器的檢測靈敏度，即比例越高，檢測靈敏度越高。此外，檢測氣體會與裸露芯纖相互作用，如果檢測氣體與裸露芯纖折射率差異較大，漸逝場區(qū)域在實際檢測中只能夠吸收一部分能量，也就無法獲得較高的檢測靈敏度。為了解決上述問題，可以在裸露芯纖表面添加多孔物質(zhì)(多孔硅、氟化碳等)，多孔物質(zhì)能夠引導(dǎo)漸逝場區(qū)域吸收更多能量，從而提高檢測靈敏度。此檢測法傳感距離較長，適合應(yīng)用在遠(yuǎn)距離、分布式石油天然氣生產(chǎn)場所氣體檢測中。

染料指示劑型光纖氣體傳感器檢測法，檢測氣體會與傳感器燃料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生光學(xué)性質(zhì)變化，通過光學(xué)性質(zhì)變化便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。例如，在pH值型傳感器檢測過程中，石蕊或酚紅指示劑會與檢測氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生顏色變化，通過顏色變化便可以獲取檢測氣體相關(guān)信息。此檢測法檢測成本較低，但是不能作為確定檢測氣體濃度的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

折射率變化型光纖氣體傳感器，檢測氣體會與傳感器某些材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些材料對檢測氣體的敏感度往往較高，能夠產(chǎn)生材料體積變化、折射率變化、光纖波導(dǎo)參數(shù)(雙折射、損耗等)變化，通過光纖波導(dǎo)參數(shù)變化便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。此檢測法檢測成本較低且操作簡單。

光纖熒光型氣體傳感器，檢測氣體會與熒光輻射物質(zhì)發(fā)生相互作用，從而產(chǎn)生壽命或強度變化，通過這一變化便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。熒光物質(zhì)在吸收到一定波長的光照之后，其熒光壽命便會縮短、強度便會降低，應(yīng)用頻率較高的是熒光強度，因為熒光壽命變化檢測難度較高。

3.3.2 非光學(xué)檢測法

電化學(xué)類傳感器檢測法，通過電解液、常用電極檢測氣體，檢測氣體會與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生化學(xué)電位差(電信號)，化學(xué)電位差與檢測氣體濃度成正比，通過化學(xué)電位差便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。電解液分為電流型電解液、電位型電解液，電流型電解液通過毛細(xì)孔擴散、簿層透氣膜等限流措施，獲得理想的傳質(zhì)條件，產(chǎn)生低于檢測氣體濃度的極限擴散電流，從而獲取檢測氣體相關(guān)信息；電位型電解液通過電極電勢與檢測氣體濃度關(guān)系獲取檢測氣體相關(guān)信息。

氣相色譜檢測法，通過檢測氣體經(jīng)過色譜柱時的速度獲取檢測氣體相關(guān)信息，因為不同氣體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不同，會在流動相、固體相中產(chǎn)生不同的溶解度(分配系數(shù))，在兩相進(jìn)行相對運動時，氣體會跟著兩相做出移動，并且在兩相中實現(xiàn)多次反復(fù)分配，從而將存在細(xì)微差異的氣體分離開來。

高分子氣敏敏感材料檢測法，檢測氣體會與高分子氣敏材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生物理特性變化(電阻、介電常數(shù)、聲波傳播頻率等)，通過物理特性變化便能夠獲取檢測氣體相關(guān)信息。

4 結(jié)語

綜上，考慮到城市發(fā)展與石油天然氣生產(chǎn)安全存在矛盾、自動化生產(chǎn)安全管理差異較大，為了確保石油天然氣生產(chǎn)作業(yè)的安全程度，石油天然氣企業(yè)可以采取強化石油天然氣生產(chǎn)安全管理理念、構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)安全管理體系等生產(chǎn)安全管理理論，以及構(gòu)建石油天然氣生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、通過氣體檢測方法檢測氣體濃度等生產(chǎn)安全技術(shù)。通過上述管理理論及安全技術(shù)，石油天然氣生產(chǎn)安全問題可以得到全面解決，有利于推動石油天然氣行業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展。