（船舶与海洋工程专业论文）蓬莱193井口平台风险研究.pdf

中文摘要 本论文主要运用初步危险分析法( p h a ) 和危险及可操作性分析法 ( h a z o p ) 对蓬莱1 9 3 井口平台从井下、井口采油树、上部设备、总体布置、 工艺流程、外界影响等多方面进行了风险辩识和评价。论文从泄漏源、消防泵 布置以及外界影响等方面评估了风险产生的原因、导致风险的因素以及应采取 的措施，并对泄漏进行了定量估算。 根据计算分析的结果，提出了控制风险的各种措施，只要在今后的各阶段 工作中，把安全工作贯穿于开发工程的全过程，按照本分析报告中的各种安全 措施严格执行，就能确保蓬莱1 9 3 井口平台生产操作的安全性，防止事故于未 然，即使万一发生事故，也能确保人员安全撤离和设旌受破坏程度降至最低限 度。 本论文主要对蓬莱1 9 3 井口平台进行风险研究，其分析过程中所用的方法 及提出的各种措施同样也适用于渤海湾的其它井口平台，因此本论文也给其它 平台的风险分析及评估提供了参考。 关键词：风险分析风险评价风险控制p h a h a z o p a b 、s t r a c t i nt h i sa r t i c l e ，p r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i s ( p h _ a ) a n dh a z a r d & o p e r a b i l i t ya n a l y s i s ( h a z o p ) a p p r o a c h e s a r ee m p l o y e dt oc a r r yo u tt h e r i s ki d e n t i f i c a t i o na n dr i s ka s s e s s m e n t t o m a n y f a c t o r so fp l l 9 3 w e l l h e a d p l a t f o r m ，i n c l u d i n g u n d e r w e l l ，c h r i s t m a st r e e ，t o p s i d ef a c i l i t i e s ， g e n e r a ll a y o u t ，p r o c e s sf l o ws h e e ta n do u t s i d ei m p a c tf a c t o re t c t h e y a l s op r o v i d et h ew a y t ot h em a n a g e m e n to f c o n t r o l l i n g r i s k sf r o m l e a k a g e s o u r c e ，f i r ew a t e rp u m pl o c a t i o n ，a n do u t s i d ei m p a c t f a c t o r t h i sa r t i c l eh a s p r o v i d e d t h em e a s u r e so fc o n t r o l l i n gr i s k sa c c o r d i n g t ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，i tw i l lb es a f ea sl o n ga sy o up u tt h es a f ew a y i n t oa l lo ft h e p h a s e o fp r o j e c ta n de x e c u t et h e s a f e t y m e t h o d s r e c o m m e n d e d a n di tw i l lb ed e c r e a s e dt ot h el o w e s tl e v e li nc a s eo ft h e a c c i d e n t ，a n de n s u r e t h e p e r s o n s t oe v a c u a t e t h ea r t i c l ea l s oa s s e s s e sr i s ko r i g i n a t i o na n de v o l v e m e n tp r o c e d u r e ， a n dq u a n t i f i c a t i o n a l l yc a l c u l a t e sl e a k a g ei no r d e rt oe f f e c t i v e l yc o n t r o l t h er i s ko fp l l 9 3w e l l h e a dp l a t f o r m ，a n ds i m u l t a n e o u s l yp r o v i d e r e f e r e n c ef o ro t h e rp l a t f o r m sr i s ka n a l y s i sa n da s s e s s m e n t k e y w o r d s ：r i s k a n a l y s i s r i s ke v a l u a t i o ni u s kc o n t r o l p h ah a z o p 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 第l 章总论 随着科学技术的飞速发展，海上油气开采发生了巨大的变化。新技术的开发， 优快钻井技术的应用使海上采油从勘探开发、工程建造的速度大幅度提高，因此海 上采油平台的数量逐年增加。目前世界各海湾己相继建立起一大批海上采油平台， 形式从极其简单的一个井口的单井平台到几十个井口的综合平台，从无人居住到上百 人居住，规模不等，如何保证海上平台安全有效地生产是海洋石油界关心的焦点。特 别是自英国北海平台的爆炸、巴西石油公司p 一3 6 海上半潜式采油平台发生的爆炸 倒塌重大安全事故后，人们更加认识到加强海上油田安全管理，尽量避免重大突发 性安全事故的重要性。 海上采油属于高风险、高科技、高效率的作业，识别风险、降低风险、控制风 险是保证安全生产的前提。自六十年代以来，人们已经应用各种风险分析方法对研 究对象进行风险控制，取得了良好效果，如今工程安全风险分析越来越受到世界各 国的重视，风险评估逐步兴起并且得到日益发展，同时系统论、控制论、信息论的 发展和应用促进了安全系统分析和安全技术的发展。因此，近几年来各种风险辨识， 风险分析的方法应运而生，应用风险分析方法对海上采油平台进行风险分析，正是 本论文研究的目的，它为海上采油平台的安全性提供了良好的保证。 1 1 风险分析基本理论 1 1 1 定义 1 ) 风险( r i s k ) ： “风险，一词在字典中的定义是：“生命与财产损失或损伤的可能性”。有的作 者定义风险为：“用事故可能性与损失或损伤的幅度来表达的经济损失与人员伤害 的度量”。比较通用与严格的定义如下：风险r 是事故发生概率p 与事故造成的后 果c 的乘积，即 风险r 爿事故发生概率】p 【事故造成的后果】c 它是综合考虑危险源导致事故可能产生的后果及其出现频率。 2 ) 风险分析( r i s ka n a l y s i s ) ： 风险分柝：对给定系统进行危险辩识、概率计算、后果估计的全过程。 危险辩识：对特定系统的危险进行定义，并寻找全部危险事件。 1 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 频率分析：分析特定系统危险发生的频率或概率 后果分析：特定危险在特定环境下，可能导致的各种事故后果及其可能造成的 损失，包括情景分析和损失分析。 3 ) 风险评价( m s k e v a l u a t i o n ) ： 在风险分析的基础上，确定相应的风险标准，判断该系统是否可被接受，是否 需要采取进一步的安全措施。风险评价从评价范围分三个等级，即微观风险评价， 系统风险评价和宏观风险评价，所谓微观风险评价是指对某个设施进行风险评价， 所谓系统风险评价即整个项目中所包括的相关联的各个设施进行风险评价，它可以 包含项目中的不同设施，涉及不同活动( 如：设计、建造、安装、运行、拆除等) 包含不同的风险种类。本论文主要是讨论前两种，微观和系统风险评价。 4 ) 风险评估( r i s ke s t i m a t e ) ： 风险评估就是指风险分析与风险评估的全过程。 5 ) 风险控制( r i s kc o n t r 0 1 ) ： 在风险评价和分析的基础上，提出措旌和对策，降低风险的过程称为风险控制， 主要方法有：风险回避、损失控制、损失预防、风险转移和风险自留。 1 1 2 风险分析基本理论 1 ) 模糊数学方法原理 现代数学和计算机技术的迅速发展为风险研究提供了大量的模型技术。在1 9 9 2 年英国r e a d i n g 大学一位教授进行了一项风险分析模型技术应用方面的调查。结果表 明一些传统的技术仍是风险分析的主要工具，如对照表法、蒙特卡罗模拟、计划评 审技术和敏感性分析等。这些技术的特点是方法简单、易于理解、数据采集较容易， 而且有比较成熟的计算机软件支持，其它一些相对较高的技术不如传统方法应用广 泛，但新方法数学抽象能力强，对一些复杂的项目系统具有很强的描述能力，而且 有的模型还可以给管理者提供直接的决策支持。这些新的模型技术也开始取得应用 成果，主要包括如下：综合应急评审与响应技术、风险评审技术、影响图技术和应 用模糊数学。尤其是模糊数学的应用更具有其独特的优点：在风险分析过程中，许 多风险因素是不确定的，很难用经典数学进行运算，如社会的影响、人的行为、人 的素质等因素，如何准确地描述这些因素对系统的风险值的影响强度及范围，这是 风险评估中的关键问题，运用模糊数学方法进行计算，可以较准确地得出其精确结 2 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 果。 2 ) 系统可靠性原理 近2 0 年来随着科学技术发展的需要，而兴起的- - i 1 综合性应用科学即可靠性 又逐步应用到这个领域。一个工程项目设计和制造完毕，它的可靠性如何? 单凭技 术人员的主观经验，只能给出一个初步的估计，但是不能作为系统质量可靠性评价 和验收的标准，尤其是复杂系统，专家们的主观审定已愈来愈多的受到限制。因此， 系统的可靠性必须保证工程项目在方案设计、制造、安装、试验和运行的整个过程 都要达到要求的可靠性。从设计一开始，设法使系统在特定的使用条件下，特定的 时间周期内，完成规定的任务，是可靠性的重要任务。而风险评价的重要任务之一 是确定系统过程中所有可能发生的一切事故序列的频率，找出最关键的影响因素( 风 险源) ，然后针对其特点，采取一定的风险管理措施，以防止事故的发生。 3 ) 类推原理 7 1 类推是人们经常运用的一种逻辑方法，是风险评价的的一个重要原理。它是根 据两个或两类对象在某些属性相同或相似，从而推出它们的其他属性也相同或相似 的一种原理。若两个或两类事物类似( 几许多属性相同或相似) 。当其中一个或一类 事物产生一种事件时( 先导事件) ，那么另一个或另一类事物也有可能产生相同或相 似的事件( 迟生事件) 。两个或两类对象的属性愈相同或愈相似，则从先导事件来类 推迟生事件的可能性越大，迟生事件与先导事件越雷同。 4 ) 概率推断原理 7 1 在一个系统中，由于危险因素以及其他各种变量是呈随机形式变化，而随机变 化的不确定性给风险评价工作带来了困难。为此需要应用概率论和数理统计的方法 求出随机事件出现各种状态的规律，然后根据概率判断准则去推测评价对象的未来 状态。 1 2 风险分析基本方法 风险分析方法的种类很多，目前国内、国外开发并应用的风险分析方法大约有 2 0 种，按是否运用数学方法对危险性进行量化分析，分为定量和定性两种方法，按 逻辑分析方法分为归纳法和演绎法，按分析对象分为危险性预分析( p h a ) 法、危 险和可操作性研究( h a z o p ) 法、故障树法、物质系数法和系统危险性法等。不论使 3 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 用哪种方法，其分析研究过程大致是相同的。具体过程如下： 在进行风险识别之前，首先应该明确进行分析的系统和系统界定，再将复杂的 系统分解成比较简单的容易认识的事物，然后就可以根据收集的资料和分析人员的 判断，采取一定的方法对系统进行风险辨识，找出风险影响因素，具体步骤的描述 如图1 所示。 1 2 1 确定系统 明确所分析的系统，界定系统的功能和分析范围。本论文所涉及的风险识别范 围界定为蓬莱1 9 3 项目详细设计，所涉及的系统包括如下几个系统即：原油及天然 气生产系统、生产污水处理系统、贮存运输系统、相关的公用工程和生产辅助系统、 安全消防系统、健康环保系统等的风险分析作为界定的条件，在这几个系统中主要 是针对油气系统，当油气发生泄漏时，发生的工艺烃类物质火灾爆炸，及此类物质 对人员、设施和环境带来的风险。 1 2 2 调查收集资料 风险识别是风险评价的基础，为进行风险评价，必须收集包括项目资料和环境 资料及相关资料在内的所有基础数据输入资料。调查生产目的、工艺过程、操作条 件和周围环境。收集设计说明书，本单位的生产经验，国内外事故及有关标准、规 范、规程及各种基本数据库信息等资料。 1 2 3 系统功能分解 对于平台上部的安全风险识别是非常复杂和困难的，需要进行简化。将确定范 围内的评价对象为一个系统，然后按照一定的分解方法分解若干子系统，每个子系 统具备一定的功能，最小的系统为单元设备或管道。 1 2 4 选择分析方法 4 1j 一确定系统 一 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 适于危险辨识的方法很多，象危险性预分析( p h a ) 法、危险和可操作性研究 ( h a z o p ) 法、德尔菲法、智暴法、结构系统可靠性原理、事故树法、事件时序树法、 模糊数学方法等，这些方法各有所长，分析者应根据自已对各种方法的熟悉程度和 具体的分析对象选择适合的分析方法。蓬莱1 9 3 井口平台风险研究采用了( p h a ) 法和( h a z o p l 法。 1 2 5 分析识别危险性 确定危险类型、危险来源、初始伤害及其造成的风险性，对潜在的危险点要仔 细判定。 1 2 6 识别风险影响因素 在分析、识别危险性的基础上，找出具体的危险因素，即风险影响因素，区别 主次，从而建立合理的风险评价指标体系。 本论文主要针对蓬莱1 9 3 井口平台进行风险分析和风险控制，旨在找出一种切 实可行的适合渤海湾地区的井口平台的风险分析方法。 第2 章蓬莱1 9 - 3 井口平台概述 蓬莱1 9 3 油田位于我国渤海湾，一期工程由1 座6 腿的井口平台，一艘浮式生 产储油装置( f p s o ) ，一座单点系泊( s p m ) ，1 条从f p s o 至井口平台的海底电缆， 1 条1 2 ”井口平台到f p s o 的海底集输管线，1 条8 ”从f p s o 至井口平台的海底注水 管线组成，预计投产后，油田的产能为每天4 万桶其井口平台的位置在东经：1 2 0 度6 0 2 3 2 1 ”，北纬3 8 度2 2 4 2 3 0 1 ”，本论文主要对井口平台进行潜在危险识别、风险 评价和风险控制。 2 1 井口平台设计所采用的基础数据 油减基础数据 油层深度：1 5 0 0 m 井口流压：2 1 7m p a a 并口温度：3 7 8 c 采油方式：电潜泵 1 二程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 注水压力：1 0 4m p a a 生产年限：2 5 年 井数 蓬莱1 9 - 3 井口平台共有2 4 口井，包括1 9 口油井，3 口注水井，2 口观察井。 原油性质 原油密度：9 1 6 9 5 9k g m 3 ( 1 5 6 。c ) 9 3 8 5k g m 3 ( 5 0 。c ) 粘度：6 2 8 c p ( 2 1 ，1 0 1 3 2 5 k p a ) 7 0 c p ( 5 5 ，1 0 1 3 2 5 k p a ) 5 0 c p ( 6 2 ，1 0 1 3 2 5 k p a ) 凝固点： 一2 3 6 蜡含量：4 5 4 c o 。含量：4 0 残炭：8 酸值： 2 5 8 4 m gk o h g 2 2 工艺系统和公用系统描述 油、气生产系统从井口平台产出的地层流体，经电潜泵提升到井口平台，经油 嘴节流后通过经井口加热器升温，进入海底管线。若某口井需要计量时，将该口井 的生产流体导入计量分离器中进行单井油、气、水计量，经计量后的单井流体汇入 生产流体中一并进入海管，输往f p s o 。在f p s o 上，来自井口平台的生产流体将进 入生产流程进行处理。 6 丁程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 7 圃 脞 蠖 相 h 卅 一 曲 圈 鸦铂相朝骢朝鹞弱q； 0；拍菲 绸捆豹鞫舅“翱髂。 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 注水系统 为了提高原油采收率和维持稳定的产量，蓬莱1 9 3 井口平台将进行注水开发。 全油田的最高注水量是6 3 6 0 m a d ，注水泵的出口压力为1 3 7 9 0 m p a ，注水井口的最大 压力为l o 4m p a 。来自f p s o 上处理合格后的污水通过s p m 经海底输水管道输送至 井口平台，经过注水泵注入地层。 羁 |【雪 竭 匏 - _ 胡 8 螺 _ l l 苌 趟 砷 n 匦 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 公用系统 公用系统包括：柴油系统、开闭式排放系统、冷放空系统、公用及仪表气系统、 化学药剂系统、淡水系统等。 9 螺 1 j s 州 疆 n n 固 黝嗣自目刊羽翊00 。弱嚣椎， 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 蜗 弱 1 0 螺 1 龋 辎 拣 懈 匠 敝 叶 n 匦 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 i 2 明 u 一卜一j i i 薤裴 肄 谢 t 誊紫 髑 t 丌 目r 一一 1 i l ，一 嗣l ： | ； 一舀! l l 目 【一一i 簧 型i t ! l 。一毒 i l ：女h l! e ： z。一 一 i l 甲 。 ! i 滴 i 垛 一 蛸 联 凝 扑 s i n 匦 一：。审上甲0；lllf甲 i；一 工程硕士学位论文蓬莱1 9 - 3 井口平台风险研究 1 2 蠕 懈 扩 懈 g 魁 旺 盘 岬 n 匝 ；弱靼；驰判鹑鹁嗣。雏弱翡 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 1 3 螺 惴 是 鲽 叶 n 匝 羁明豁鞫；蝴貊1 0胡弱0； ；驵强 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 2 3 井口平台的总体布置 蓬莱1 9 - 3 井口平台主要由四层甲板组成，即 直升飞机甲板 钻井甲板， 井口甲板 排放甲板。 直升飞机甲板标高为3 8 3m ( 以海平面为基点) 尺寸为：2 0 mx2 1 8 m ，并设有 1 5m 宽的安全网，直升飞机甲板区域属于安全区。直升飞机甲板布置在最顶层， 主要用来使接送操作人员的直升飞机起降。 在直升飞机甲板的下层为钻井甲板，标高为2 2 4 m ，甲板尺寸4 0 3 2 m x 2 4 5m ( 最大尺寸) ，其上布置有吊机、修井装置、电气房间和井场，平台吊机的最大起重 能力为3 5 t 。电气房间的尺寸为1 8 9 1 r e x l 2 5 m x 5 o m ，另外在电气房间顶上( 标高为 2 8 3 m ) 布置有空调机、通讯天线，在这些设备顶部为临时住房( 标高为3 2 3 m ) ( 集 装箱式) 。这一层甲板在正常操作时为安全区，只有在修井作业进行时为危险区。 井口甲板：井口甲板标高为1 3 5 m ，甲板尺寸4 3 9 m x 2 6 5 m ( 最大尺寸) ，井 口甲板布置有采油树、井口管汇、计量加热器、计量分离器、化学药剂注入撬、注 水泵、柴油输送泵、消防泵房间、控制间、8 人间、蓄电池间、储存间、f m 2 0 0 撬、 应急机、空气压缩机组、救生艇、气体洗涤器、井口注入管汇、c o ：灭火撬等，其中 气体洗涤器、井口注入管汇、c 0 。灭火撬布置在夹层上( 称为中层甲板，标高为1 7 9 5 m ， 尺寸为6 5mx 1 8 7 2 m ) 。本层甲板的井口l - 5 米范围内为一类危险区，生产区域 为二类危险区。井口区域和生产区域用防火墙隔开，中间布置两个房间，用来放置 两台柴油机消防泵。 排放甲板：排放甲板标高为1 0 m 。尺寸为8 9 7 6mx 3 。5 m ，布置在井口甲板下 的3 轴和a 轴间的一个区域内。它是用来保证平台的正常排放，因此布置在最下层， 其区域为二类危险区。 总体布置图见附页 1 4 上程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 。”一ui【 耳f 暖再礓可国礓i 翮哥口 l 一 灿删士嘲 一1 一 自 r *目1 研 女 i 辫 l 厂 ln ；笋 厂_ 且j i l 鑫 i ) 【，。一一j 一 一 i e 犷 = ： 萨叫l 酽j b 面矿一4 壤雪甄： 皇 t | 也一、。埋 “i 一 竺幽霎尸竺鉴坚= 二! b 幽 删 怡 蛙 蹈 蟮 嚣 _ 0 0 匝 杳 啪 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 删恬堆蹿鞲求括n曲匝 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 r 浮麟蟊k ! l i 【吼一“ 1 尚“蛹“8 w5 l一k f f 1 m 1 l - i b 慨l 翥熊剖 趋藤 脑飘瓣 隐；罩 一扑 目雕蠼斛壁 ll 三匡副划。擘。，旧凶一。8 l 目 。i b 型 ；面司m 宰 鞠 礴 熏戮匪l 点磊甬| _ l截缱 雾瀚4 蓐 巳 臻盯 产h 3 r m t 7 l 百m 一- w 一一一- - - 融 甲 雠 。 壶i 目 ：辨神档单砷神舶埠帕4 辩， 量 l e 兰一川川川川“川4 嚣导 翊 _ 董i ! ? i ? 呷一。：竺兰当! 。竺譬 6 驴i i 鹱型赶整鲎蚶 傅爷窜窜尊睾窜膪 ! 1 3 一 赣瓠专素奉交。拳瞒 珂蕊蘸蘸簸塞d 器巾 l j 【： 镧壤 船 意i + j 鬻器藜行 篙【扩 雏蔽莉 罐 尹q 耱 l _ 一黼m目 懒 繁 i - 一m ，ir ，绷 1 7 删 据 世 蹰 辎 鞍 。 1 n 固 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 第3 章生产设施生存及作业条件 3 1 生产设施设计生存条件 、 蓬莱1 9 3 井口平台生产设施设计生存条件如下： 3 1 1 设计年限 蓬莱1 9 3 井口平台井口平台生产设施设计年限为2 5 年。 3 1 2 设计环境条件 现场环境条件如下： 1 1 风速与相应的波高： 1 0 0 年一遇5 0 年一遇1 年一遇 最大波高( m ) 8 4 17 7 73 6 6 最大波周期( s )1 0 8 71 0 3 96 8 2 有效波高( m )4 9 34 5 22 0 4 3 秒钟阵风( m s ) 4 44 33 6 主风向为s s w ，强风向为n n w 。 2 )空气湿度 年平均最大湿度9 0 年平均最小湿度 6 0 0 , 4 3 ) 海水温度： 年平均最高水温 2 4 。c 年平均最低水温0 。c 4 ) 5 0 年一遇海冰：平整冰厚4 5 c m 5 ) 地震：5 0 年一遇超越概率为1 0 的地震水平加速度为0 1 1 5 9 。 3 2生产设施作业条件 3 2 1 完井和修井的作业条件 完井和修井的作业条件：最大风速小于8 级风。 1 8 工程硕士学位论文蓬莱1 9 - 3 井口平台风险研究 3 2 2 正常生产的条件 正常生产的条件：一般情况下不停止生产。 3 2 3 弃平台 弃平台： 按中华人民共和国原石油工业部“海洋石油作业安全管理规定”1 9 8 6 年1 2 月2 4 日，第2 1 条规定： 第二十一条：作业者或承包者应在石油作业过程中始终按安全应急计划保持 应急准备状态，当发生事故或出现可能引起事故的险情时，作业者和承包者应严格按 安全应急计划所规定的步骤与措施控制事态，尽力减少危害与损失。若出现安全应急 计划中未预料到的紧急情况时，由在现场的最高负责人负责判断和处置。 第4 章蓬莱1 9 - 3 井口平台潜在风险识别 对于一个工程项目来说，只有准确地识别其风险性，才能进行正确的风险分析。 识别蓬莱1 9 3 井口平台的潜在危险主要采用初步危险分析法、h a z o p 方法和事故树 方法等来发现潜在的事故类型、事故起因和事故后果，才能对下步方案优化细化、 系统设计、建造、作业人员培训、平台安全管理、操作维修原则、工作许可制度、 应急计划等提出指导性建议和推荐作法。 风险分析要达到的目标是保护人员生命和设备安全，保护环境不受污染。对于蓬 莱1 9 3 井口平台来说，存在着修井和生产同时进行的作业过程。因此本安全分析将 对修井工艺、生产处理流程、油气处理工艺等的潜在危险性进行识别。 4 1 初步危险分析( p h a ) 研究方法 初步危险分析( p h a ) 是一种审查技术，利用它可对蓬莱1 9 3 井1 3 平台开发工程潜 在危险因素进行分析。其分析研究方法如下： 发现潜在危险，分析其对人员、环境及井口平台设施所具有的破坏作用： 主观评价事故发生的可能性及后果； 1 9 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 针对潜在的危险因素提出进一步的分析及应采取的措施； 根据分析，我们认为蓬莱1 9 3 井口平台所存在的潜在风险因素主要包括下面四 个方面： 不同作业方式产生的风险因素； 人为因素产生的风险因素； 技术可靠性产生的风险因素； 外部力量产生的风险因素： 而可能出现并导致危害的潜在泄漏溢出情况( 包括泄漏溢出设施设备) 如下： 生产油气物流成份； 工艺流程和设备； 井口平台总体布置； 压力安全阀( p s v ) 的设计和位置： 减压和清扫方法： 生产处理容器破裂： 可燃液体( 气体) 泄漏： 生产处理容器超压放空： 流冰造成的海床位移和设备损害： 供应( 值班) 船只与平台设施碰撞： 海底管线破裂或泄漏： 吊机所吊重物坠落： 修井作业发生的泄放( 包括井喷) ； 直升飞机事故； 地震； 柴油储罐及燃料气储瓶周围起火； 排放物挥发的可燃蒸汽； 开闭式排放污油罐溢流： 清管发球和收球装置发生事故； 另外，关联作业方式也会给工程带来不同的风险因素，蓬莱1 9 3 井口平台关联 作业方式主要考虑修井与生产同时作业，下面将分析其造成的主要风险。 2 吣 蓬莱1 93 井口平台风险研究 4 1 1 修井与生产同时作业的风险因素 修井作业会出现井喷、碳氢化合物泄漏、点火源三方面风险因素，蓬莱1 9 3 井 口平台上一直存在修井作业与生产作业同时进行的情况，修井与生产同时作业的风险 因素也就是两个作业过程中产生的风险因素迭加，下面将对作业过程中的风险因素进 行分析。 4 1 1 1 井喷 修井井喷是修井作业过程中的一种工作事故。引起修井井喷的原因主要为： 多数油井中有高压层和漏失层。修井作业时，井筒内压井液受油、气层高压 流体的影响，其比重逐步降低，以及漏失层的严重损失，造成井筒液柱压力小于地 层压力，致使液柱与地层压力失去平衡，又无及时补救措施，而引起井喷； 井口装置、井身结构、油层套管、技术套管等内在质量问题，完井固井质量 问题，以及受海床、地下流体的侵蚀和长期生产维护不及时等诸多因素影响，造成 设备损坏破裂渗漏，也会引起井喷； 井下工具、封隔器胶皮等失灵、解封不开，起钻时造成抽吸油层，同样会引 起井喷； 修井作业中进行补射孔时，也最易发生井喷； 人为误开、误关阀或误开启或关停设备引起井喷； 落物掉入井底砸坏井底管件引起井喷或碰撞造成井口设备损坏引起井喷； 4 1 1 2 碳氢化合物的泄漏 碳氢化合物的泄漏是导致井口平台等设施发生潜在危险的最主要因素，它将可能 给井口平台、设备及人员等造成灾难性的后果。它可能引起火灾爆炸，或原油泄漏 造成溢油着火或天然气扩散及油污染等事故。 修井作业中碳氢化合物的泄漏源主要存在于井口系统、泥浆净化处理系统、柴 油系统以及阀门、法兰泄漏和管线损坏的区域。引起碳氢化合物泄漏原因很多，不 同区域泄漏原因不同。 2 1 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 井口区碳氢化合物的泄漏原因主要为： 当地层压力大于井筒内液柱压力时，逐步出现井涌而产生泄漏； 当地层漏失时，井筒内液面下降造成压力不平衡，引起井漏而产生泄漏； 上提管柱时，井筒内液柱对井底压力降低，引起管柱自动上移造成泄漏或井 喷； 替喷、抽汲、诱喷时出现泄漏； 油管连接处出现裂纹而泄漏； 套管连接松动或由于腐蚀出现裂纹造成环形空间泄漏： 套管挤扁损坏、断裂而造成泄漏或气体释放； 人为误操作下放或上提钻具突然开井、引起套管丝扣脱扣造成泄漏； 钢丝绳作业故障产生泄漏； 补射孔故障产生泄漏； 在敞开井口或高压密闭的情况下进行修井，随时可能喷出或泄漏； 作业中井口装置损坏； 落物、碰撞造成设备损坏引起泄漏或气体释放； 泥浆净化处理区碳氢化合物的泄漏原因主要包括： 含油、气泥浆流至敞开式振动筛； 泥浆气体分离器损坏； 含气泥浆返回到泥浆池中气体挥发； 、 泥浆池泥浆罐损坏： 人为误开、误关阀门； 泥浆泵元件损坏造成泄漏； 柴油系统中碳氢化合物的泄漏原因主要包括： 由于腐蚀、焊接质量造成罐体损坏； 柴油储罐上安装的仪表接口、阀门接口损坏； 柴油储罐上安装的阀门、法兰密封不严； 柴油储罐设计、材料选择、制造安装等不合理； 人为误开、误关阀门； 啊晕硕十学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 落物和碰撞造成柴油系统设备和管件损坏； 在修井作业碳氢化合物泄漏的同时，生产过程出现碳氢化合物泄漏或点火源， 这将使作业的危险性增加，发生事故的可能性增多，是两种作业过程中风险因素的 迭加。 4 1 1 3 修井与生产同时作业的点火源 修井作业过程中，点火源主要为： 重新安装井口装置时与井口管汇的连接、焊接或切割进行的明火作业； 进行其它焊接与切割的明火作业： 操作中设备、工具之间机械碰撞产生的火花； 运放管柱时相互撞击产生的火花； 静电引起的火花； 补射孔使用的工具管理不善出现爆炸。 上述点火源在生产过程中出现井喷和碳氢化合物泄漏时将造成火灾及爆炸，在 其它生产区也可能由于其它原因产生的点火源而导致火灾或爆炸。 4 1 2 生产作业的风险因素 碳氢化合物泄漏、点火源是生产作业的主要风险因素，起火或爆炸是由于泄漏 的天然气与空气混合后点火发生的。 ( 1 1 天然气泄漏可能由于以下两方面原因造成，第一：部件故障；第二：误操作。其中 部件故障包括： 工艺设备因下落物砸坏或由于其它外部的原因 材料本身缺陷 设备有故障或磨损 建造( 施工) 过程故障( 焊接缺陷等) 管线腐蚀 管线疲劳 连续维修 蓬莱1 9 3 井口甲台风险研究 控制系统失灵 安全阀失效 以上各项的部分或全部组合 误操作包括： 不正确的排放、放空，取样连接到带压元件 维修实验后阀门处在错误的位置 加料或过压引起溢流或超量放空 人员误丌、关阀门 控制系统操作错误 锁开阀门未锁 安全阀维修后复位不f 确 天然气窜入安全区 天然气回流 压力过高 流量过高 ( 2 ) 点火由下述原因引起： 动明火( 如焊接和打开带电的电控制屏) 电器设备故障 油、气喷出 机械碰撞 4 1 3 蓬莱1 9 3 井口平台可能发生的工程事故及防范措施明细表( p h a 方法) 以上是针对蓬莱1 9 3 井口平台每个工程环节及同时关联作业时潜在风险因素 的分析，下面以列表( 表4 - i ) 形式对蓬莱1 9 3 井口平台可能发生的工程事故原因、 导致事故的因素以及事故产生的后果和推荐处理措施加以仔细分析。 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 蓬莱1 9 3 井口平台可能发生的工程事故及防范措施明细表表4 一l 序号事故原因导致事故的因素后果推荐措施 l套管断裂 修井操作不套管内压力小于套管外压力井喷、毁提高修井技术。 当，造成套井 管挤扁 z 油管丝扣脱修井作业下井喷、碳操作中注意作业方式和技 扣提或上提钻氢化合物术。 具时误操作泄漏 3修井作业补准各工作不( 1 ) 井筒内未灌满压井液；井喷充分做好补射孔各项准备工 射孔故障充分，未按作( 2 ) 防喷装置安装好后未进行试压；作。 业程序进行( 3 ) 未打开放喷闸门； 施二( 4 ) 朱检查机具配件是否清洁，灵活； ( 5 ) 射孔后未及时下入生产管柱。 4 井口应急关井下安全阀( 1 ) 磨损：生产井井( 1 ) 尽量减少不必要的井下 断系统失效失效，不能( 2 ) 腐蚀：喷安全阀启动，并在关闭井下 关闭：井口( 3 ) 受压后变形：安全阀前先关闭翼阀和总 损坏；采油( 4 ) 落物砸坏。阀； 树损坏( 2 ) 及时更换损坏元件。 5 拆装采油树控制及压井井喷或压 提高井控或压并技术。 时故障技术不过死井 关，造成压 不住井，无 法控井 6 采油树损坏密封件损坏：( 1 ) 落物或撞击： 碳氢化合( 1 ) 合理设计、安装； 设备元件损( 2 ) 腐蚀#物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件； 坏 ( 3 ) 设计、安装不合理。( 3 ) 按时检查和维修。 7 高压管1 汇损管线刺漏( 1 ) 腐蚀；碳氢化合( 1 ) 合理设计、安装； 坏 ( 2 ) 落物或撞击；物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件： ( 3 ) 焊接不合理；( 3 ) 按时检查和维修。 ( 4 ) 设计、安装不合理。 8连接件的损管子或螺纹( 1 ) 腐蚀；碳氢化合( 1 ) 合理设计、安装； 坏 丝扣损坏( 2 ) 撞击i物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件； ( 3 ) 安装、设计不合理。( 3 ) 按时检查和维修。 工程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 序号事故原因导致事故的因素后果推荐措施 9 分离器系统容器损坏：进：1 ) 腐蚀；碳氢化台( 1 ) 合理设计、安装； 故障口管线、阀2 ) 过压； 物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件； 损坏泄漏；：3 ) 撞击；( 3 ) 按时检查和维修。 法兰损坏泄( 4 ) 焊接不合格。 漏 1 0清管发球装容器严重损( 1 ) 过压：碳氢化台( i ) 合理设计、安装； 置故障坏；管线、( 2 ) 庭蚀：物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件； 阀、法兰损( 3 ) 撞击和外力；( 3 ) 按时检查和维修。 坏泄漏( 4 ) 环境荷载； ( 5 ) 设计、安装、焊接不合理。 i i冷放空系统气体未能放 ( i ) 腐蚀：碳氢化合( 1 ) 定期检查维修： 故障空，管线损( 2 ) 撞击，落物等外力。物泄漏( 2 ) 合理设计安装。 坏、阀或法 兰损坏：连 接件损坏； 仪表损坏 1 2柴油系统故管线、泵、( i ) 腐蚀：碳氢化合( 1 ) 合理设计、安装； 障储罐罐体损( z ) 撞击、落物等外力：物泄漏( 2 ) 及时更换损坏件； 坏；过滤器、( 3 ) 安装、设计不合理：( 3 ) 按时检查和维修。 阀或法兰、( 4 ) 焊接不台理。 仅表损坏 1 3开闭式 放开闭式排放漏失到海在罐下安装油滴收集盘。 罐泄漏罐漏失原油中造成污 染 1 4 电潜泵变压电潜泵变压漏失到海确定变压器是干式的还是湿 器故障器漏油中造成污式的。如果是湿式的，在下 染面安装油滴收集器。 1 5起重机重物重物从起重潜在的火布置设各时考虑这个问题。 掉落机上落到主灾爆炸， 甲板上设备受损 1 6设备工作时人员误操作人员伤亡操作过程中严格执行操作程 误开阀财产损序。 失，火灾 爆炸 j 二程硕士学位论文蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 序号事故原因导致事故的因素后果推荐措施 1 7 化学药剂泄罐体泄漏；i ) 腐蚀： 、 人员伤亡1 ) 定期检查和维修； 漏管线损坏；( 2 ) 撞击、外力等：龟害环境( 2 ) 更换损坏件； 阀或法兰损( 3 ) 焊接不合格：( 3 ) 合理设计、安装； 坏；连接件( 4 ) 设计不合理。( 4 ) 为人员设化学物品冲洗 损坏 站。 1 8生产设施破系统设计压人员伤紧急关断，高压报警及关 裂力过低亡，财产断。 损失 1 9 热幅射工艺系统干扰或全量放空。人员伤亡及火炬设计应满足规范的要 设备受损求。 2 0天然气应急主要管线或设备受损，海底管线入海火灾和爆检查平台设各、生产井和油 释放应急关断阀失效。 炸气海管的应急关断阀的设 计。 2 l海底管道破腐蚀、外力、内压。碳氢化合管道上设置低压、高压和超 裂物溢流，压保护：管材、焊接和施工 污染环应保证质量；定期清管和检 境，遇明测海管壁厚；设计足够的腐 火发生火蚀余量并添加缓蚀剂；加强 灾爆炸对应急关断阀的维护保养。 2 2消防泵布置布置受限气体易积 在危险区中聚，消防 间井口区泵受影响 加挡风墙 2 3地震地壳运动。平台结构平台设计时要考虑地震影响 倒塌因素选择合适的安全系数。 2 4 平台移动流冰冲击平台导管架。平台结构应根据结构应力分析，合理 倒塌设计，保证平台能抗流冰冲 击。 2 5流冰流冰撞击平冰期及严重冰情。平台受结构设计应严格按规范要求 台导管架结损，人员进行；当冰期来临时，平台 构，损坏外伤亡，原各项作业应做好各自应急防 输立管，原油泄漏造止事故准备。 油泄漏成污染 2 7 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 4 2 h a z o p 分析方法 h a z o p 分析是另一种对工程进往风险分析的方法，h a z o p 分析主要使用相关的 p & i d 图来识别每个单元系统所有存在的潜在危险。h a z o p 方法首先需要定义危险 源，列出该危险源可能造成的后果，针对每一事故找出其原因、结果，根据结果的 影响程度提出保护、控制或减缓措施，以此防止危险事故发生，或者减少事故造成 的损失。 h a z o p 分析由一组人员来完成。人员组成包括一位先导，一位记录员及其他 相关的工程师、操作者等。在分析时，我们需要对分析的p & i d 进行分段，( 专业术 语为s e c t i o n ) ，对于每个不同的s e c t i o n ，由l e a d e r 提出关键词，现场的组员对 关键词进行讨论，分析造成该关键词的原因，得出此关键词可能造成的结果，进而提 出安全措施及推荐作法。 4 。2 1h a z o p 分析的作用 h a z o p 是进行定量风险分析的最基本部分，用来识别所有的灾害。 建立在h a z o p 分析的基础上，将h a z o p 分析的危险源以关键词+ 工艺参数一 一造成偏差用表格形式打印出来，如工艺系统包括的偏差( d e 灯1 0 n ) 有： 没有流量( n of l o w ) 过高流量( m o r ef l o w ) 过低流量( l e s sf l o w ) 回流( r e s e r v ef l o w ) 过低压力( l d wp r e s s u r e ) 过高压力( h i g hp r e s s u 通) 过低温度( l o wt 唧e ra = r i 珉e ) 过高温度( h i g ht e m p e r a = r i m e ) 组分( c o m p o s i t i o n ) 有了偏差后，根据c a u s e b y - c a u s e 方法进行分析，将分析的结果用c a u s e ； c o n s e q u e n c e s ；s a f e g u a r d ；r e c o m m m d a t i o n 这四项来表示。在软件内 需要对每一项输入、编辑、修改，最后得出一一对应的原因一一结果一一推荐作法。 这些内容均是h a z o p 分析的结果，要研究h a z o p 分析的结果就需要对每一个原 工程硕士学位论文 蓬莱1 9 3 井1 ：3 平台风险研究 因进行风险分析，定义此原因的风险范围。根据经验设置了5 x 5 的风险矩阵，首先 需要定义事故发生的可能性，即发生事故的频率： 1 )1 0 0 0 年发生一次 2 11 0 0 到1 0 0 0 年发生一次 3 11 0 到1 0 0 年发生一次 4 )1 到1 0 年发生一次 5 )每年发生一次 接着需要定义每次发生事故所造成的后果： 1 )没有损坏 2 1较小损坏 3 )严重损坏 4 1较严重损坏 5 1灾难性损坏 发生事故的可能性和事故造成的后果的乘积定义为风险。如果要对h a z o p 的 结果进行分析研究，就需要根据风险进行判断。 4 2 2h a z o p 分析步骤 h a z o p 分析步骤主要包括确定分析对象，即选择所要讨论工程的一部分，然 后描述其工艺流程，技术性能等，选择关键词，用关键词进行分析研究，详细步骤 见下图。 确 调 定查 选 分收 择 析集 关 对资 键 象料 词 确 定 状 态 量 偏 差 法 研 究 偏 提 差 出 造 防 成 范 的 措 结 施 果 图4 - 1h a z o p 分析步骤 4 2 3 进行h a z o p 分析的工作框图 工程硕七学位论文 蓬莱1 9 3 井口平台风险研究 用h a z o p 分析方法对蓬莱1 9 3 p d 进行了风险辩识，其主要内容如下：表4 - 2 阀门关闭后。泵继续造成系统过压，采油树压力等级为3 0 0 0p s l g 保证泵和地层压力不能超过3 0 0 0 h z 一1 压力过高 p s 岣运行下游管线压力级别为2 。l o op s i g 化学药剂注入一个 研究解决办法，以避免采油树和 h 2 | - 2 压力过高系统压力过高 关闭的生产并下游管线过压 h z - 3 压力过低管汇上游管线泄漏低压信导将关闭井口，可能造成回流考虑避免回流的方法 最高地层温度不确定，当管线应 h z 4温度过高地层油温高于1 4 0 f可