深水油气开采安全保障与应急技术

22021-8-8录32021-8-8

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COEST研究团队研究中心主任陈国明教授 享受国务院政府特殊津贴专家，全国五一劳动奖章获 得者，“新世纪百千万人才工程〞国家级人选。 中国石油大学(华东)二级教授、博士生导师，机械工 程、平安科学与工程学科带头人，机电工程学院教授 委员会主任。 石油机械工程山东省高校重点实验室主任 ?PetroleumScience?、?中国石油大学学报?(自 然科学版)、?石油矿场机械?等杂志编委现有教授4名，副教授5名，讲师4名。博士、硕士研究生共计50多名，形成了团结协作、结构合理的科研团队。62021-8-81

引言2021年墨西哥湾深水地平线井喷事故2021年北海埃尔金平台天然气泄漏事故72021-8-8

2深水油气风险管理与控制深水钻井作业风险管理体系海洋油气连锁事故风险评价深水表层钻井风险分析深水海底泥浆举升钻井系统风险评价生产平台油气处理系统风险分析及控制海底管道未确知平安评价FPSO可燃气体泄漏定量风险分析82021-8-8

风险预警

2.1

深水钻井作业风险管理体系风险控制

风险辨识深水钻井作业 风险管理体系 风险接受准那么风险监测 风险评估92021-8-8

事故动力评价法深水地平线事故应用

2.2

海洋油气连锁事故风险评价

针对海洋油气开发特点，率先提出基于图论的海洋油气连锁事故风险评价方法。102021-8-8

深水表层钻井HAZOP分析流程HAZOP引导词和风险评判矩阵偏差原因风险概率

等级偏差后果风险后果

等级

深水表层钻井作业偏差

确定作业偏差的风险度等级预防及应对措施/落实负责人

完成HAZOP分析10%15%1%高风险作业单元(步骤)16个

中风险作业单元(步骤)124个

低风险作业单元(步骤)25个

极低风险作业单元(步骤)1个

74%深水表层钻井试验过程风险等级划分2.3

深水表层钻井风险分析

深水表层钻井资料及事故统计

HAZOP分析节点112021-8-8

2.4深水海底泥浆举升钻井系统风险评价 采用故障树(FTA)、故障类型及影响分析(FMEA)对SMD深水钻井的环境、装备及工艺风险进行定性分析，利用层次分析法(AHP)进行定量风险评价。采用ABAQUS建立1500m/500m水深泥浆返回管线模型，进行力学分析和涡激振动疲劳分析，计算证明返回管线平安性。 深水海底泥浆举 升钻井系统Radiation/(kw/m

)2122021-8-8

2.5

生产平台油气处理系统风险分析及控制050100150200250322824201612

8

4

0Time/s四个脱险梯道处的热辐

射强度曲线

RadSW

RadSE

RadNW

RadNE平台甲板2m高度处的温度分布132021-8-8

2.6海底管道未确知平安评价 从自然条件要素、第三方影 响要素、设计要素和平安管理要 素出发，开展海底管道未确知评 价，并根据置信度准那么定量识别 管道平安级别，同时利用雷达图 图形化显示管道平安评价结果， 合理且直观地反映了海底管道安 全程度，为管道部门开展风险决 策和采取防范措施提供科学依据。海底管道未确知平安评价流程142021-8-8

2.7FPSO可燃气体泄漏定量风险分析 建立FPSO数字模型，进行作业条件下FPSO结构外表附近风场计算；引入泄漏源与风场进行耦合分析，模拟可燃气体的泄漏扩散过程，定量确定泄漏风险。152021-8-8

162021-8-8

开展简易防喷器作业风险分析、力学分析、确定组合类型和配置方案流程，进行深水地平线事故井和南海深水某井实例分析。偏移量顶张力海流

钻井船隔水管海底泥线井口导管海面关井横向土反力压力

竖向摩擦力

y挠性接头简易防喷器法兰转换短管防喷器组x导管最大等效应力比照简易防喷器示意图压力/MPa172021-8-8

-100-50050100150200250300350

0-1502温度/℃成区域182021-8-8

级分级关断方案。SMD应急装备与物资保障192021-8-8

上挠性接头转角(deg)202021-8-8

0.20.40.60.811.21.41.61.80

05平台航速(m/s)90°135°180°不同航向上部挠性接头转角随平台航速的变化关系10年一遇海流悬挂撤离

作业窗口 3.5海洋平台避台撤离分析 海洋平台避台撤离分析从保证系统平安角度出发，推荐合理的平台航速和航向，建立不同海流下的撤离作业窗口，并优化撤离时隔水管的悬挂长度。 25 20 15 10 0° 45°212021-8-8

222021-8-8

4.1平台损伤及缺陷分析评估损伤及缺陷的存在对整体结构服役平安性能的影响评估存在缺陷的局部部位平安性评估 裂纹类缺陷评估 构件凹陷评估 腐蚀评估 海生物附着影响评估232021-8-8

4.2

深水表层钻井关键装备可靠性分析防喷器风险分析8.5%0.9%

10.3%

9.4%

11.1%51.3%

1.7%6.8%连接器环形防喷器节流/压井阀主控制系统挠性接头闸板防喷器节流/压井管汇其他242021-8-8

4.3深水海洋平安仪表完整性评估井口压力平安仪表保护系统事故树防喷器平安仪表系统HIPPS

阀HIV1HIV2HSEM

A

生产管线电子信号线

液压管线来自井口

到

ESD

逻辑HSEM

B液压供给HIPPS

控制模块3××3井口压力平安仪表保护系统 最终执行元件子系 统危险失效 G4

HIVDUE

HIVDUU输出通道

CC

DUEG20DCVADUEDCVADUU输出通道

DD输出通道

DUEDCVCC

DCVCC

DUE

DUU

A

DCV

失效

G21DCVBDUEDCVBDUU输出通道

DD输出通道

DUE输出通道

CC

DD

B

DCV

失效

G22检测元件司钻控制台远程控制台辅助控制台操作员水下电子模块电磁阀防喷器执行局部HPUUPS辅助局部控制局部252021-8-8

4.4

台风条件下钻井平台生存能力评定平台周围风速场平台外表压力场262021-8-8

4.5

海洋平台结构完整性管理收集的数据主要包括平台结构数据、环境载荷数据和结构检测数据，以风险为平台结构完整性评价指标，采用最优化方法制定检测与维修决策，最后依据制定的决策进行检测与维修。272021-8-8

隔水管作业平安可靠性评价体系 ……213282021-8-8

5.1

深水隔水管系统静、动态强度及涡激振动分析

形成深水隔水管静力、动力分析方法，建立随机波浪与钻井船运动边界条件下隔水管动力分析流程；研究并形成基于CFD软件的隔水管涡激振动数值模拟方法

隔

水

管

分

析

力

学

模

型292021-8-8

确定潜在弱点及相应失效荷载

隔水管与井口系统强度分析修改系统配置否判断弱点位置

弱点位置

是否合理

是

弱点分析结束弱点分析流程图DFGACB

CEE

BOPF

井口头G

导管泥面水面钻井平台

潜在弱点

A

张紧器/伸缩节

B

隔水管

C

球铰

D

LMRP系统潜在弱点位置

5.2

隔水管-井口系统弱点分析

隔水管与

井口系统配置弱点分析的目的是设计和确定钻井船极限漂移条件下隔水管柱的断点。302021-8-8

5.3

深水隔水管VIV抑制装置结构优化

研究并形成不同涡激抑制设备的数值模拟方法，定量研究各种减震设备的设计参数对涡激振动和疲劳损伤的影响并进行优化设计。312021-8-8

钻井作业预警界限

钻井过程中波浪的动力效应会对隔水管钻井预警界限产生显著影响

。

考虑波浪影响的钻井预警界限

完井作业预警界限

送入工具进入上、下挠性接头时允许的挠性接头最大转角为完井管串下放的限制条件。

完井管串下放作业预警界限5.4

作业预警界限分析322021-8-8

5.5

基于FAHP的深水钻井