某采油平臺(tái)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)投用溢油風(fēng)險(xiǎn)分析

盧旭東 范光偉 付曉雨 胡凱

（中海石油（中國(guó)）有限公司 天津分公司，天津 300450）

0 引言

某海上新投產(chǎn)油田準(zhǔn)備投運(yùn)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，其工作流程如下：原油系統(tǒng)分離出的生產(chǎn)水依次進(jìn)入斜板除油器、氣浮機(jī)、生產(chǎn)水緩沖罐、核桃殼給料泵、核桃殼過濾器、雙介質(zhì)過濾器進(jìn)行處理，處理合格的生產(chǎn)水進(jìn)入注水緩沖罐緩沖后，由注水泵注入地層；核桃殼過濾器和雙介質(zhì)過濾器需要定期進(jìn)行反洗，反洗水由反洗水泵從注水緩沖罐供給，清洗產(chǎn)生的污水進(jìn)入污水罐，通過污水泵輸送到斜板除油器進(jìn)行處理。

在生產(chǎn)水系統(tǒng)投運(yùn)及試生產(chǎn)的過程中，生產(chǎn)水處理系統(tǒng)的設(shè)備、管道、閥門、法蘭接口等可能會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)與實(shí)際的不相符、設(shè)備質(zhì)量的可靠性不足、外力破壞、操作不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е乱缬褪鹿?。另外，該油田為依托老平臺(tái)開發(fā)模式，建造工期緊、人員學(xué)習(xí)時(shí)間短，同時(shí)涉及新老兩個(gè)平臺(tái)間的流程融合、人員融合、操作模式融合，因此相較于其他新投產(chǎn)油田風(fēng)險(xiǎn)更大。油田發(fā)生溢油事故將造成環(huán)境污染、生產(chǎn)關(guān)停，使企業(yè)聲譽(yù)受到損害。因此，對(duì)該油田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)投運(yùn)及試生產(chǎn)期間進(jìn)行溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為溢油事故提出建議，為降低該油田的生產(chǎn)水系統(tǒng)投用的溢油風(fēng)險(xiǎn)提供理論指導(dǎo)，具有重要的工程意義。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)海上采油平臺(tái)的溢油風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，其中部分學(xué)者對(duì)FPSO溢油風(fēng)險(xiǎn)，尤其是FPSO外輸過程中的溢油風(fēng)險(xiǎn)展開了研究，建立了FPSO溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系［1-4］；部分學(xué)者總結(jié)了海上油氣田投產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析了常見的問題，提出了相關(guān)的解決方案［5-6］；也有相關(guān)學(xué)者針對(duì)陸地油氣田長(zhǎng)輸管道的投產(chǎn)試運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析［7-9］，此外還有部分學(xué)者運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、BN-Bow-tie模型等方法對(duì)運(yùn)行中的海上采油平臺(tái)進(jìn)行了溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［10-11］。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中針對(duì)新建平臺(tái)投產(chǎn)過程中的溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)較少，而專注于新建平臺(tái)生產(chǎn)水處理系統(tǒng)投運(yùn)及試生產(chǎn)的溢油風(fēng)險(xiǎn)分析及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方面的研究更鮮有涉及。本文以某新建平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)投運(yùn)及試生產(chǎn)為例，通過分析引發(fā)溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)源，建立該油田的溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，通過模糊理論方法評(píng)價(jià)溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為降低該油田的生產(chǎn)水系統(tǒng)投運(yùn)及試運(yùn)行期間的溢油風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)步驟

通過梳理對(duì)該油田的生產(chǎn)水系統(tǒng)各設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)與操作參數(shù)、ESD關(guān)斷邏輯、相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的管理規(guī)程、操作手冊(cè)、人員管理等信息，按照風(fēng)險(xiǎn)因子的識(shí)別、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立、評(píng)估方法的選擇、評(píng)估等級(jí)的確定來建立評(píng)價(jià)流程［12-14］。

2 生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

對(duì)于即將投產(chǎn)的海上采油平臺(tái)，由于發(fā)生溢油事故潛在影響因子多、隨機(jī)性強(qiáng)，各影響因子間關(guān)聯(lián)交叉復(fù)雜度高，難以確定優(yōu)先等級(jí)［3，15-16］。根據(jù)調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、參考其他溢油風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)果，結(jié)合本平臺(tái)特點(diǎn)，采用層次分析法對(duì)關(guān)鍵因子進(jìn)行歸納，建立了該平臺(tái)的生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 某平臺(tái)生產(chǎn)水系統(tǒng)投用及試運(yùn)行溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

3.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)層次分析法理論［17-19］，以一級(jí)指標(biāo)為例，采用1—9標(biāo)度法得到判斷矩陣為：

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

3.3 一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)，如式（1）所示。

式中，n為矩陣的階數(shù)。根據(jù)判斷矩陣的階數(shù)確定對(duì)應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI［20-21］，取值如表1所示。

表1 RI取值

隨機(jī)一致性比率記為CR，當(dāng)CR<0.1時(shí)，則可以認(rèn)定該判斷矩陣具有滿意的一致性，公式為：

矩陣M的階數(shù)n=5，RI=0.901，根據(jù)式（2）可計(jì)算出矩陣M的隨機(jī)一致性比率CR=0.016 54<0.1，滿足一致性要求，則特征向量W=（0.315 1，0.087 3，0.058 8，0.1892，0.349 6）為一級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量。同理可求得各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量，最終得到該油田生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重如表2所示。

表2 生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

利用專家調(diào)查的方法［22］，咨詢10位現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，按照“小”“較小”“一般”“較高”“高”5個(gè)等級(jí)對(duì)各子因素進(jìn)行評(píng)估，利用概率統(tǒng)計(jì)方法得到各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的隸屬度如表3所示。

表3 生產(chǎn)水系統(tǒng)投用及試生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度

5 模糊綜合評(píng)價(jià)

以一級(jí)指標(biāo)中的人員能力U1為例，可計(jì)算該指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣為：

按照以上相同的方法，計(jì)算其他一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣，整理了可得到綜合模糊評(píng)價(jià)矩陣：

根據(jù)以上結(jié)果計(jì)算，可得到模糊綜合評(píng)價(jià)向量為：

該評(píng)價(jià)結(jié)果中最大值為0.254 2，根據(jù)最大隸屬度原則，該油田在生產(chǎn)水系統(tǒng)投用及試運(yùn)行期間溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較小”。

6 評(píng)價(jià)結(jié)果分析及驗(yàn)證

從模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果來看，該油田在生產(chǎn)水系統(tǒng)投用及試運(yùn)行期間的溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較小”，但是其模糊系數(shù)0.254 2與“一般”等級(jí)系數(shù)0.243 1相差很小，說明該油田的在生產(chǎn)水系統(tǒng)投運(yùn)及試運(yùn)行期間的溢油風(fēng)險(xiǎn)有從“較小”向“一般”轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。同時(shí)，其模糊系數(shù)0.254 2與“小”等級(jí)系數(shù)0.221 4相差也不大，說明該油田的生產(chǎn)水系統(tǒng)投用及試運(yùn)行期間的溢油風(fēng)險(xiǎn)也存在由“較小”向“小”提升的潛力。

從單個(gè)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果來看，管理水平與環(huán)境因素的模糊系數(shù)分別為0.334與0.415，其隸屬度等級(jí)處于“小”；人員能力與儀控設(shè)備的模糊系數(shù)分別為0.321與0.274，其隸屬度等級(jí)處于“較小”；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模糊系數(shù)為0.288，其隸屬度等級(jí)處于“一般”。可見，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溢油風(fēng)險(xiǎn)較高，需要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理，盡量從本質(zhì)上降低現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溢油風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)需要提高現(xiàn)場(chǎng)人員的操作水平，提升儀控設(shè)備的可靠性。

為了驗(yàn)證模糊評(píng)價(jià)的可靠性，邀請(qǐng)平臺(tái)相關(guān)技術(shù)人員15人對(duì)人員能力（U1）、管理水平（U2）、環(huán)境因素（U3）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（U4）、儀控設(shè)備（U5）、生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)（U）等級(jí)進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)果如表4所示。

表4 生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)主觀評(píng)價(jià)投票結(jié)果

通過分析投票結(jié)果的得票率并與模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比得出，人員能力（U1）、儀控設(shè)備（U5）、生產(chǎn)水系統(tǒng)溢油風(fēng)險(xiǎn)（U）等級(jí)為“較小”的得票率均超過80%，管理水平（U2）、環(huán)境因素（U3）溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“小”的得票率均超過70%，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（U4）溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“一般”的得票率超過70%。現(xiàn)場(chǎng)人員的主觀評(píng)價(jià)與模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果具有較好的一致性，因此采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)該油田的溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是合理可行的。

基于溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，為了降低該油田的生產(chǎn)水系統(tǒng)投產(chǎn)及試運(yùn)行的溢油風(fēng)險(xiǎn)，筆者認(rèn)為需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：

1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)空口的專項(xiàng)管理。該油田生產(chǎn)水系統(tǒng)中常壓容器頂部有對(duì)空的壓力泄放點(diǎn)，一旦常壓容器異常滿罐，極有可能從此處發(fā)生溢油事故。在投運(yùn)及試生產(chǎn)的過程中，注意保持流程的穩(wěn)定，減小壓力、液位、流量的波動(dòng)，另外做好信號(hào)旁通管理，確保緊急關(guān)斷系統(tǒng)時(shí)刻處于正常狀態(tài)。

2）由于污油罐、生產(chǎn)水緩沖罐容積較小，在生產(chǎn)水系統(tǒng)試生產(chǎn)的過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注兩罐的液位。針對(duì)污油罐建議在流程初期投用時(shí)，各設(shè)備收油均采取手動(dòng)收油模式，并且長(zhǎng)期將污油罐液位控制在600 mm左右。生產(chǎn)水緩沖罐的下游設(shè)備為核桃殼輸送泵，該泵的排量較大，一旦該泵異常停機(jī)，需要及時(shí)切斷生產(chǎn)水系統(tǒng)的進(jìn)液入口，避免該罐頂部溢油。

3）加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線高、低排放點(diǎn)的管理，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)所有的高、低點(diǎn)均有絲堵。

4）時(shí)刻關(guān)注儀控設(shè)備的狀態(tài)，投運(yùn)前根據(jù)實(shí)際情況逐一分析中控系統(tǒng)各參數(shù)設(shè)定的合理性，在投運(yùn)及試生產(chǎn)的過程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)與中控的參數(shù)對(duì)比，防止出現(xiàn)假液位等情況造成溢油事故。

5）由于新建平臺(tái)工期短，人員學(xué)習(xí)時(shí)間少，新員工多，需要加強(qiáng)員工對(duì)流程、設(shè)備、應(yīng)急等知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高操作水平，增強(qiáng)責(zé)任心。

7 結(jié)語

本文針對(duì)該油田的生產(chǎn)特點(diǎn)，建立了生產(chǎn)水系統(tǒng)投用溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，評(píng)價(jià)該油田生產(chǎn)水系統(tǒng)投用溢油風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較小”，與主觀調(diào)查法的結(jié)果有較好的一致性。同時(shí)，本文針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果為降低該油田生產(chǎn)水系統(tǒng)投產(chǎn)及試運(yùn)行的溢油風(fēng)險(xiǎn)提出了相關(guān)建議。