基于N-K模型的深海油气田生产平台建设风险分析

2023-12-27许振斌高级工程师

安全 2023年12期

许振斌高级工程师

(中海石油(中国)有限公司海南分公司,海南海口 570100)

0 引言

我国每年油气消耗量巨大,油气资源对外依存度高。以2022年为例,我国消耗天然气3646亿m3[1],石油消耗量7.19亿t[2];其中天然气进口量占比达到43%,石油进口量占比达到70%以上。在如此严峻形势下,开发海洋油气资源,是降低我国对外油气依存度的重要途径,也对保障我国能源安全具有重大意义。近年来,我国海洋油气资源深水开发比例过半,这表明深水开发已成为海洋油气开发的主方向[3]。海洋深水油气开发作业环境复杂且难度大,在深水区域进行油气田生产平台建设施工作业时存在较大风险,因此,如何有效防范深水油气田生产平台建设施工过程中存在的风险已成为海洋石油工业关注的焦点问题之一。

已有学者对海域油气田生产建设施工过程中的风险进行研究。例如,王亮[4]提到,风险管理对于油田地面工程建设有着非常重要的意义,关系施工进度和施工质量;高冬霞等[5]对影响油田基建工程的风险进行分析,建立评价体系并提出评级方案;郝恒等[6]提出深海载人平台的建设和使用存在风险,必须对其研制和使用过程进行风险识别和管理。当下研究方向主要是针对浅海海域平台风险的研究,或针对深海钻井作业单一风险因素的分析研究,并未对深海作业事故发生的风险耦合机理展开研究,没有形成深海作业风险管理框架体系[7]。对于深海油气田平台建设只停留在单一风险因素的分析研究,而事故是由多个风险因素的相互作用导致。

鉴于此,本文将风险耦合理论引入深海油气田平台建设风险分析评估中,将质量、进度、技术和安全分为单因素、双因素和多因素耦合,综合考虑多风险因素的相互作用,利用基于N-K模型的风险度量方法计算各风险因素耦合值,并对安全事故的4个主要因素分别提出针对性预防措施,为我国深海油气作业风险控制和安全生产提供参考。

1 油气田生产平台建设风险机理分析

我国油气开发装备技术在引进、消化、吸收、再创新及国产化方面取得长足进步。但是油气田生产平台建设中存在的风险问题并未得到解决,安全事故频发,严重影响生产平台的建设和发展。因此,油气田生产平台建设中存在的风险不容忽视。

1.1 生产平台建设事故多发

世界海洋事故数据库是一个收集和记录全球海洋事故相关信息的数据库。它旨在提供全面、可靠的资源,用于研究、分析和了解发生在海洋领域的各种事故,并从中总结经验教训以改善海洋安全和避免类似事故再次发生。该数据库统计了1956年以来的中国海洋工程事故,其中,过去50年中国海洋工程施工安全事故共283起,年平均事故为5.66起。近年来,我国海上石油天然气开发技术获得迅速发展,但海上工程施工安全事故数量却没有明显下降,2012—2022年期间,我国海上工程施工安全事故高达50起,平均每年5起。因此,建设深海天然油气钻井平台存在着不可忽视的安全风险[8]。

1.2 风险因素辨识

风险评估是指在风险辨识的基础上,根据系统中各因素之间的关系,对系统存在的风险进行量化计算,从而确定风险等级的过程[9]。根据《海洋石油工程项目风险评估规范》中关于风险评估方法的要求,并结合海上建设工程安全事故案例的调研和文献[10]的分析,将质量、进度、技术和安全4个因素作为主要因素,进行系统分析和风险评估。由于质量、进度、技术和安全4个因素存在风险耦合关系,因此需要将以上4个风险因素进行重点分析。

(1)质量风险主要包括:工程材料质量不合格、施工误操作、管理和技术人员缺乏、施工方案缺乏科学性、建设过程中恶劣环境影响等,以上风险因素可直接影响油气田生产平台建设质量[11]。

(2)进度风险主要包括:设计方案频繁变更、文件审批手续繁琐、施工现场管控力度不足、项目进度过紧等,以上风险因素可直接影响项目整体施工进度,如施工现场管控力度不足,施工人员、施工设备、施工材料和施工环境等缺乏有效管理,施工交叉作业问题严重等,将直接导致施工周期延长。

(3)技术风险具体是指井控设备、作业平台操作偏移预期的风险,包括设备固井质量、技术完备程度、设备故障等。

(4)安全风险是指工程施工阶段发生危险事件或有害物质暴露的可能性,与随之引发的人身伤害或财产损失等危害后果的组合。油气田生产平台建设过程中由于较高风险导致的事故包括高处坠落、施工坍塌、物体打击、起重伤害、机具伤害等,另外火灾、触电等安全事故也由施工过程中的高风险事件导致[12]。

1.3 生产平台建设过程中风险耦合的特点

油气田生产平台建设过程中存在的风险耦合是指质量、进度、技术和安全4种风险发生交互时所引起的不同风险的演化蔓延,并影响各风险因素值,当风险值超过设定阈值后,最终造成安全事故[13]。油气田生产平台建设风险耦合具有突发性、随机性和不可逆性。其中,突发性是指多个风险因素之间发生耦合,待能量积攒达到阈值后突然爆发,进而引发安全事故;随机性是指油气田生产平台建设过程中,施工操作不当引发的安全事故;不可逆性是指4种风险因素发生耦合后,生产平台建设工作状态发生改变,产生新的风险或者进一步增加生产平台建设风险。

2 耦合风险分析方法

2.1 耦合风险类型划分

根据油气田生产平台建设风险因素类型,可将其划分为单因素耦合风险、双因素耦合风险和多因素耦合风险。

(1)单因素耦合风险是指相同属性风险因素所产生的多个风险因子,如质量风险因素因子包括施工方案不完善、操作失误等。由油气田生产平台建设风险辨识结果可知单因素耦合风险为质量T11(a)、进度T12(b)、技术T13(c)和安全T14(d)4个因素[14]。

(2)双因素耦合风险是指2个单因素风险之间发生耦合引起的安全事故,包括质量和进度T21(a,b)、质量和技术T22(a,c)、质量和安全T23(a,d)、进度和技术T24(b,c)、进度和安全T25(b,d)、技术和安全T26(c,d)。

(3)多因素耦合风险是指3个及以上的单因素风险发生耦合引起的安全事故,包括质量→进度→技术T31(a,b,c)、质量→进度→安全T32(a,b,d)、质量→技术→安全T33(a,c,d)、进度→技术→安全T34(b,c,d)、质量→进度→技术→安全T4(a,b,c,d)。

2.2 基于N-K模型的耦合风险度量

N-K模型建立在数理统计的基础上,利用客观的事故统计数据来度量各要素间的耦合,避免主观因素的干扰,因而具有较强的客观性与精确性。N-K模型中N为元素数量,K为相互耦合元素数量,每个元素状态为n种,因此耦合方式共有m种,K最大值为N-1,最小值为0。

通常情况下,油气田生产平台建设过程中某种耦合方式出现频率越高,其耦合值T越大,表明该耦合方式风险越高,4个风险因素耦合风险值计算公式如下:

P.i..P..j.P...g)]

(1)

式中:

a、b、c、d—质量、进度、技术和安全4个风险因素编号;

H、I、J、G—质量、进度、技术和安全4个风险因素状态数量,个;

h、i、j、g—质量、进度、技术和安全风险状态;

Phijg—安全事故风险耦合频率;

Ph...—质量风险因素状态事故频率;

P.i..—进度风险状态事故频率;

P..j.—技术风险状态事故频率;

P...g—安全风险状态事故频率。

根据3种风险因素耦合因素之间的信息交互程度确定耦合风险,以质量、进度和技术为例,其耦合值T31(a,b,c)计算公式如下:

P..j.)]

(2)

式中:

Phij.—考虑质量、进度和技术3种风险因素时安全事故耦合发生频率。

根据式(2)可计算出3种因素的耦合值。

在双因素耦合风险情况下,质量和进度耦合风险值T21(a,b)计算公式如下:

(3)

式中:

Phi..—考虑质量和进度双风险因素时安全事故耦合发生频率。

根据式(3)可计算出其他双因素耦合值。

2.3 耦合风险度量方法应用注意事项

(1)耦合风险度量方法是针对耦合风险产生原因和影响机理提出的,应与实际情况结合应用,不能简单套用,否则可能会导致风险误判。

(2)在进行风险度量时,应根据实际情况确定合适的系数,通常系数取值应尽可能小,以确保测量结果的准确性[15]。

(3)在进行风险度量时,应结合相关法律法规、标准规范要求和风险耦合机理分析风险之间的影响关系,在确保安全的基础上尽量降低风险耦合程度。

(4)在进行耦合风险度量时,应明确量化不同风险因素之间的影响关系和作用程度,并结合相关安全标准要求和风险管理实际情况进行综合分析。

3 实例分析

根据我国环境执法局公布的2000—2021年深海油气田生产平台建设安全事故中选取259起数据进行统计,统计结果,见表1。表1中以质量、进度、技术和安全的顺序进行排序,Y表示存在风险耦合,N表示没有风险耦合,如“NYNN”表示由进度风险因素引发的安全事故共4起。

从表1中可以看出,油气田生产平台建设过程中,由质量因素风险参与耦合导致的安全事故发生频率为:Ph...=0.4517;由质量和进度因素参与耦合所引发的安全事故频率为:Phi...=0.1274;由质量、进度、技术因素参与耦合所引发的安全事故频率为:Phij.=0.0772。

将表1中的数据带入公式(1)-(3)可得各项风险因素耦合值,如图1。

表1 油气田生产平台建设安全事故风险耦合次数和频率Tab.1 Number and frequency of the safety accident risk coupling in the production platform construction of the oil and gas field

图1 不同风险因素耦合值Fig.1 Coupling values of different risk factors

从图1可以看出,整体上,4因素耦合风险值最高,其次为质量和技术双因素耦合风险值;多因素耦合风险中,各项风险耦合值由大至小依次排序为T4>T33>T34>T32>T31,表明由质量、技术、安全和进度因素共同参与耦合所引发的安全事故率最高,其次为质量、技术、安全3因素耦合风险;双因素耦合风险中,质量和技术因素耦合风险值最高,进度和安全因素耦合风险值最低。

从统计结果可以看出,质量因素在导致安全事故方面扮演了最重要的角色,其风险参与耦合值最高。这意味着质量问题在安全事故中起到了关键作用,需要特别的关注和管理。其次,质量和进度因素的耦合也显著,这表明了项目进度延误或加速可能会对质量问题产生重大影响,这需要项目管理人员的密切关注。

多因素耦合风险中,由质量、技术、安全和进度因素共同参与耦合所引发的安全事故率最高,这表明4个因素之间的相互影响对安全具有重要意义。此外,质量和技术因素的耦合风险在双因素耦合中占据主导地位,这意味着在管理策略中应特别注意这2个因素的相互作用。

4 预防措施

油气田生产平台建设过程中,质量、安全、技术和进度等因素引发的安全事故,给建设工程带来巨大的经济损失[16]。根据以上分析可知,质量、安全、技术和进度4个因素是引发油气田生产平台建设安全事故的主要因素,为预防安全事故发生,需要从以上4方面着手制定管理措施,以此来推动油气田生产平台建设工作的健康发展[17-19]。

4.1 建设质量风险控制措施

为保证油气田生产平台建设质量,施工单位需要在施工阶段和验收阶段加大施工质量管理和验收:做好施工材料验收和抽检、施工设备运行测试、施工质量测量验收等工作,保证施工材料、设备质量符合施工建设要求;加强油气田生产平台建设过程中的管理和监督,对施工作业进行全过程管理,及时纠正施工人员错误操作行为,减少违章指挥、违规操作等行为,保证施工质量。

除此之外,还需要加强施工现场作业人员质量意识教育和技术培训,加强对现场人员的监管,完善施工现场作业管理制度。建立施工质量验收制度和检验制度:对重要工序、关键节点进行控制,采取旁站监理等方式进行检查,确保施工过程中按照标准进行施工;加强对重要材料、重要设备、重要外购件及特殊材料的采购管理;建立安全生产责任制,提高安全意识,规范安全行为。

4.2 建设进度风险控制措施

施工过程中每日对施工进度进行汇总,以此来及时掌握每日施工情况,确保施工进度与预期计划相符。对于施工进度较慢的问题,施工单位需要明确影响施工进度的原因,并及时进行整改。另外,施工单位需要不定期对施工现场进行监督和管理,保证施工计划的落实。

4.3 建设安全风险控制措施

施工单位需加强施工建设全周期风险分析和管理,以标准化施工组织为依据,分析施工安全风险因素;要求各施工单位编制施工安全风险表,并汇编成册,然后以此为依据制定风险管理标准化方案,为油气田生产平台建设安全风险管理奠定基础;加强作业现场管理,加强对危险源、重点部位和关键工序的安全管控,强化施工现场安全巡查检查制度及应急预案落实等;严格执行风险分级及隐患排查制度,落实风险分级管控措施和隐患排查治理制度;在确保工程质量的基础上加强对安全生产工作的管理力度;对现场作业人员进行安全教育培训,对违章操作行为进行严厉处罚;制定应急预案并定期演练等。

4.4 建设技术风险控制措施

应明确施工技术管理目标、技术要求、施工特点等,完善技术交底的流程和内容;开展施工作业前召开技术交底会,使参与施工的人员熟悉和了解所承担施工项目的特点、设计意图、质量技术要求、施工技术和应注意的问题、主要技术指标、技术管理计划要求等;对于重点工程、特殊工程、新工艺、新技术、新材料、新产品等还应举办相应的短期集中学习培训班及单项技术交底;加强对施工过程中设备、工具、材料、工艺等方面的管理,落实标准操作规程并严格执行;建立完善的施工工艺标准制度、风险管理制度和事故应急预案等;强化对机械设备、起重设备、施工工具等方面的维护保养工作。