对海上钻井平台安全问题的思考

对海上钻井平台安全问题的思考

0海上平台安全风险预警技术研究现状海上钻井平台主要用于勘探海洋基础设施，是海上油气勘探和开发的不可或缺的手段。海上钻井平台结构复杂紧凑,可燃材料与电机设备众多,人员密集,再加上远离陆地,救援困难,复杂的海洋地质环境,海上钻井平台的老化或设计缺陷,以及管理操控的疏忽,都是防不胜防的危险源,一旦发生安全事故,容易连锁反应,造成不应发生的人员伤亡和经济损失。海上平台的安全工作需要周密和谨慎,更有必要做好事前的防范预警,以在事故萌芽阶段发出警报,提示工作人员采取预控对策,以消除事故隐患,实现系统安全。近年来,国内外开始在建筑,煤矿等高危行业对安全风险预警的研究逐渐增多,如罗云的安全风险预警技术研究,张兴凯的安全生产危机预警初探,周蓉的企业安全事故风险预警体系研究,张明丽的基于支持向量机模型建筑施工安全预警模型的研究等等,这些研究和探索运用模糊数学和神经网络理论等先进的理论方法建立预警体系,对于进行一般性企业进行安全风险预警,对企业的安全防范具有积极的作用。但是对于环境特殊和作业程序复杂的海上钻井平台安全风险预警研究的至今还是一片空白。所以加强对海上钻井平台安全问题的研究,应用相关理论来建立海上钻井平台预警体系具有重要的理论意义和现实作用。1海洋开采平台的安全风险因素1.1主要系统说明一个典型的海上钻井平台大都由导管架和上部组块两个大部分组成。导管架一般是钢结构物;上部组块部分包括钻井设备、隔水管系统、张紧系统、升降补充、防喷器系统、锚泊系统和动力定位系统组成。动力模块、公用模块和生活模块等,与之相应的系统包括油气处理系统、污水处理系统、公用系统、生产辅助系统、储运系统和安全消防系统、环境保护系统等。下面重点对井口采油平台系统、油气主生产工艺系统、主要辅助系统进行说明。井口采油平台主要由油气生产系统、功用系统、储存运输系统、安全消防系统、健康卫生环保系统等五个部分组成。从井口平台产出的地层流体,经电潜泵提升到井口平台,经油嘴节流后进入生产和计量管汇,经计量后的单井流体汇入生产液体管汇,通过经井口加热升温后,进入生产分离器进行油、气、水的分离。分离出的伴生气体进入伴生气处理系统,视分离的压力不同可进行升压或减压。分离出的污水进入污水处理系统,处理合格后转注或排海。含水原油再进入下一级进行进一步的处理,直到处理合格,进行储存或外输。在平台上部设置的辅助系统和功用系统主要目的是为主生产处理系统配套和为生产服务的必不可少的系统,其主要的系统包括如下几个:化学药剂系统,开、闭排和火炬放空系统,注水系统,热介质系统,公用和仪表系统,海水和消防系统等。1.2海上钻井平台安全风险的类型石油石化行业主要危害与重大事故集中在火灾、爆炸、中毒、窒息方面。海上钻井平台事故主要有井喷失控,火灾与爆炸,平台遇险(包括平台失控漂移、拖航遇险、被碰撞或者翻沉),飞机事故,船舶海损(包括碰撞、搁浅、触礁、翻沉、断损),油(气)生产设施与管线破损(包括单点系泊、电气管线、海底油气管线等的破损、泄漏、断裂),有毒有害物品和气体泄漏或者遗散,急性中毒,潜水作业事故,大型溢油事故(溢油量大于100吨)和其他造成人员伤亡或者直接经济损失的事故等。根据风险理论中危险源的分类研究,结合海上钻井平台的特殊性,将海上钻井平台安全预警指标体系划分为三类:第一类危险源、第二类危险源和第三类危险源。第一类危险源是指海上钻井平台上存在的、可能发生意外释放的能量(载体)或危险物质,这是事故发生的物质性前提,是事故发生的物质根源,如表1所示。第二类危险源包括物的不安全因素、环境因素、个体人的失误。物的不安全因素包括物的不安全状态(习惯称其为隐患)和物的故障或失效,如设备(设施)缺陷或腐蚀、防护缺陷、作业场所无安全通道或间隔不足、警告标志不完善、工器具缺陷、防护用品缺陷、违反人机工程学的因素(如阀门安装位置不恰当导致强迫体位作业等)以及机械设备(及零部件)性能低下而不能实现预功能等。环境因素包括海水温度、海冰、海风、海浪、海流、噪声和振动等。个体人的失误包括指挥错误(指挥失误、违章指挥等)、操作失误(误动作、违章作业等)、监护失误及其它。第三类危险源是指不符合安全的组织因素,包括组织程序、组织文化、规则、制度等,例如安全文化理念方面缺失、安全培训缺失、安全管理松懈以及人员挑选、考核、配备方面的问题(如未考虑人的职业适合性问题、健康状况异常、负荷超限、心理异常、生理异常、从事禁忌作业、辨识功能异常)等。危险源辨识的首要任务是辨识第一类危险源,在此基础上辨识第二类危险源,进而辨识更深层次的因素——第三类危险源。第二、三类危险源的控制应该在第一类危险源控制的基础上进行。重大危险源的辨识和控制,执行《危险化学品重大危险源》(GB18218-2009)和企业管理文件《危险化学品重大危险源管理制度》。2钻平台风险预警模型2.1警代动力学指标警情指标的确定:海上石油钻井平台安全的警情是对平台安全状态的客观描述,是平台安全的基本指标。要确定警情,就必须借助于一些指标来描述。警情指标是反映钻井平台安全与否的指标。警兆指标的确定:对于钻井平台安全来说,警兆指标是与石油钻井平台安全相关的先兆性指标,它预示着海上钻井平台安全警情指标的发展状况和未来趋势。海上钻井平台安全与否的警兆指标并非独立于警源和警情指标之外,它是警源和警情指标中更具有敏感性,能够预示海上钻井平台安全走势和导致平台安全状况发生明显变化的指标。根据以上的分析和调查,本文选取人员安全指标、设备安全指标、管理安全指标、工程地质指标和环境安全指标5个一级指标和5个一级指标包含的25个二级指标指标体系共同构成海上钻井平台安全风险预警指标体系,如表2所示。2.2建立报警模型的步骤2.2.1权重的确定步骤本文利用层次分析法确定预警指标体系指标的权重,但是传统层次分析法中1-9标度存在部分缺陷,容易导致评定结果出现逆序、判断矩阵一致性与思维一致性相脱节等问题比例标度值设置不能完全反映真实情况,比如,按照“稍微重要”标度值为3,如元素A比B稍微重要,元素B比C稍微重要,则会出现元素A比C极端重要(因为3×3=9),其结果就是比A稍微重要2倍的元素最终成为极端重要元素,这与实际不相符。为了更准确反映实际情况,本文采用了改进的AHP法,对比例标度进行了完善。如表3所示。权重的确定步骤为:(1)构造判断矩阵。以A表示目标,ui、uj(i,j=1,2,…,n)表示因素。uij表示ui对uj的相对重要性数值。并由uij组成A-U判断矩阵P。P=⎡⎣⎢⎢⎢⎢u11u21...un1u12u22...un2............u1nu2n...unn⎤⎦⎥⎥⎥⎥(1)Ρ=[u11u12...u1nu21u22...u2n............un1un2...unn](1)(2)计算重要性排序。根据判断矩阵,求出其最大特征根λmax所对应的特征向量w。方程如下:所求特征向量w经归一化,即为各评价因素的重要性排序,也就是权重分配。(3)一致性检验。以上得到的权重分配是否合理,还需要对判断矩阵进行一致性检验。检验使用公式:式中,CR为判断矩阵的随机一致性比率;CI为判断矩阵的一般一致性指标。它由下式给出:RI为判断矩阵的平均随机一致性指标,1-9阶的判断矩阵的RI值参见表4。当判断矩阵P的CR<0.1时或λmax=n,CI=0时,认为P具有满意的一致性,否则需调整P中的元素值以使其具有满意的一致性。聘请研究海洋石油安全和从事海洋平台安全工作的专家,其中大学教授5名,高级工程师5名,采用上述改进的AHP方法求的预警指标的权重,求出权重的平均值,最终求出权重结果见表5。2.2.2绿、蓝、橙、红、红、红、红、红、红、红、红、红五种警色根据实际安全预警的需求,在征求专家经验和查阅参考文献的基础上,把预警体系的一级指标,二级指标分别划分为五个等级无警、轻警、中警、重警、巨警,这五种等级对应的分别对应绿、蓝、黄、橙、红五种警色。一级指标和总预警警限值分别为(0,1.8]、(1.8,2.6]、(2.6,3.4]、(3.4,4.2]、(4.2,5.0],二级指标不设警限,只有对应与五度预警的预警值1、2、3、4、5。2.2.3不同警限区间的预警值分布二级指标的预警结果直接由实际调查得出,一级指标的预警结果由二级指标的预警值乘以该指标的权重得出该指标的预警值,其预警值位于哪个警限区间,即属于哪个警级。总的预警值为一级指标的预警值乘以该指标的权重得出总预警值,根据预警值所处的警限区间,得到预警等级。3确认研究3.1调查结果及分析以渤海某海洋石油钻井平台为例,对其以上数据进行调查,调查结果如表7所示。经计算得到总的预警值为2.1777,说明钻井平台总的安全警度为2级蓝色预警,这与现实情况基本一致,也说明了这种预警模式的有效性。3.2平台安全管理现状通过以上的预警结果总体看来,平台处于轻警状态,人员素质指标和工程地质指标都处在无警状态,设施设备和海上环境指标为微警,需要给予关注,安全管理指标处于中警状态,需要给予治理。从二级指标可以发现该钻井平台安全管理的执行和监督为巨警,需要重点治理;安全文化的开展和平台老化维修问题为重警,需要加强治理,对气温给予持续监测。对其他轻警和无警指标要继续保持良好的状态。从分析可以看出,钻井平台对安全管理情况重视不够,有些平台设施设备老化、多年失修。近来天气气温炎热,海浪时高,所以应加强安全管理工作,营造安全文化,对平台钻井设备进行检查,老化的及时进行维修。关注海上天气状况,不断改进平台的安全状况。4确定安全风险的警度和预警值本文通过分析海上钻井平台的人员、设备、安全管理、