1、海上钻井平台溢油风险评价和风险管理*刘 保 占1 , 2魏 文 普3段 梦 兰2安 伟1吕 妍1( 1 中海石油环保服务 ( 天 津 ) 有 限公司 , 天津 300452; 2 中国石油大学 ( 北京 ) , 北京 102249;3 中国海洋石油总公司 , 北京 100010)摘要 : 为消除或降低海上钻井平台溢油风险 , 本研究对海上钻井平台溢油风险进行分析 , 介绍了海上钻井平台溢油风险评价方法和溢油风险管理 。从疲劳老化 、自然力破坏 、误操作 、第三方破坏及井控措施失效等几个方面 , 分析和筛选了海上钻井平台溢油风险源 ; 结合对溢油量 、油品特性 、水文动力环境 、应急能力及溢油区
2、域等因素进行分析 , 综合评价海上钻井平台溢油危害后果 , 建立更为全面 、系统的海上钻井平台溢油风险评价指标体系 。关键词 : 海上钻井平台 ; 溢油 ; 风险评价 ; 风险管理ISK ASSESSMENT AND ISK MANAGEMENT OF OIL SPILL FOMOFFSHOE DILLING PLATFOMLiu Baozhan1, 2Wei Wenpu3Duan Menglan2An Wei1Lv Yan1( 1 China Offshore Environmental Services Co , Ltd, Tianjin 300452, China; 2 China Un
3、iversity of Petroleum,Beijing 102249, China; 3 China National Offshore Oil Corporation, Beijing 100010, China)Abstract: In order to eliminate and reduce the oil spill risk, in this study, the oil spill risk of offshore drilling platform wasanalyzed The risk assessment method and risk management from
4、 oil spill was introduced isk source was analyzed andselected based on fatigue aging, natural hazard, wrong operating, the third party and well control failure, meanwhile hazard ofoil spill was investigated from spillage, properties, surrounding environment, location and emergency capability Then mo
5、recomprehensive and systematic indicator system of risk assessment form oil spill was established, which could prevent oil spillfrom source and minimize the influence, and provide a technical support for risk management and prevention from oil spillKeywords: offshore drilling platform; oil spill; ri
6、sk assessment; risk management* 海 洋 公益性行业科研经费专项经费项目 ( 201205012) 。收稿日期 : 2015 03 30随着海洋石油勘探开发的蓬勃发展 , 越 来 越多的钻井平台出现在海洋中 。然而 , 由于碰撞 、腐蚀或操作不当造成的油气井喷 、平台或钻井装置倾覆等事故与日俱增 , 使大量的石油进入水体和沉积物 , 严重威胁着海洋生态平衡 , 给经济和海洋环境带来了巨大损失和严重危害 。2010 年墨西哥湾钻井平台发生爆炸导致溢油事故 , 约 490 万桶原油泄漏入海 , 事故发生后的应急处理和影响警示我们 , 事故防止比事故应急更有意义 1。钻
7、 井 过程中最主要的溢油风险来自井喷 , 在钻井作业过程中 , 由于各种原因 , 如底层压力掌握不准 、钻井液密度偏低 、井内钻井液柱高度降低 ; 起钻抽汲压力过大 , 以及操作措施不当等 , 就会造成井喷 。井喷发生会使井下情况复杂化 , 无法进行正常钻井 , 对油气层会造成较大损害 。同时 , 井喷极易导致失控 , 使油气资源受到严重破坏 , 易酿成火灾爆炸 , 设备毁坏 , 造成人员伤亡 。井喷失控是钻井工程中性质严重的灾难性事故 2-4, 因 此 , 有必要对海上钻井平台溢 油进行风险评价 , 为易发地区提早采取措施提供技术支持 。海上钻井平台溢油风险评价关注的重点是 :引起钻井溢油的
8、主要风险因子排查 , 把被动的事后维护变为主动防护 ; 通过定期对钻井各个阶段溢油风险因子进行量化评价 , 定位该时期最为关键的风险因子 , 做出相应举措 , 保证在钻井发生溢油事故之前 , 将风险因素消除或降低到可接受的范围之内 。本文系统探讨了钻井平台的溢油风险指标体系及相应管理措施 , 为我国在役及新建钻井平台溢油风险评价方法的开发和完善积累经验 , 有助于提高我国海上钻井平656环 境 工 程2015 年 第 33 卷 增刊台的风险管理及安全运营水平 。1 海上钻井平台溢油风险评价方法海上石油钻井平台溢油风险评估的主要目的不仅是 使开采 、设施及设备满足规范要求 , 更多是提高钻井平台
9、抵御风险的能力 , 预测溢油的发展趋势 , 识别影响溢油的主要因素 。对于海上石油平台溢油风险评价 , 国外起步较早 , 并且已取得了较好的效果 , 使用的方法一般为随机理论 、逻辑推导 、模糊数学 、数据库理论 、据测专家系统等 。相对于国外研究 , 我国对海上石油平台溢油风险评估领域的研究起步较晚 , 目前 , 国内尚未建立一套适合的溢油风险评价程序和方法 5。但随 着国际交流合作机会增多 , 海上石油平台溢油风险评估领域的研究也逐渐与国际接轨 。图 1 为海上石油平台溢油风险评价分析流程 。对海上石油平台溢油风险评价需从两个方面进行量化分析 , 一是确定平台潜在溢油风险 , 即各溢油风险
10、因子引起溢油事故的可能性 ; 二是对平台溢油后果进行分析 , 当发生溢油事故时 , 评价溢油对当地环境 、经济等造成的损失 。图 1 海 上 石油平台溢油风险评价流程通 过 溢油风险识别 , 分析和筛选出溢油风险源 ,识别目标平台溢油风险因子 , 并且建立层次清晰 、使用性和可操作性强的溢油风险评价体系 , 评价体系的建立是溢油风险评价的关键环节 , 可为海上石油平台管理和操作制定相关事故规范提供依据 。2 海上钻井平台溢油风险评价体系对海上钻井平台溢油风险评价主要是对作业生产各环节溢油风险源进行识别 , 然后依据风险分析原理构建海上钻井平台溢油风险评价指标体系 , 通过安全性来分析研究系统溢
11、油风险 。影响海上钻井平台安全的因素很多 , 对平台溢油风险同样起到决定型的作用 , 因此评价因素要综合反映 。评价海上钻井平台溢油风险等级需从潜在溢油风险和溢油危害后果两方面进行考虑 , 潜在溢油风险即溢油事故发生概率 ,即要考虑平台本身特征 , 也要考虑附近海域气象及水动力环境等 ; 溢油危害后果是发生溢油事故后对环境造成的损害 , 要考虑溢油油品特征及溢油量 , 因此海上钻井平台溢油风险指标体系是多因素 、多层次的复杂体系 , 指标众多且指标之间又存在关联 。根据分析原则 , 系统与层次分析相结合 , 对目标层进行指标确定 , 然后对各个指标进行细化和描述 , 最后建立海上钻井平台溢油风
12、险评价指标体系 。2. 1 潜在溢油风险评价海上钻井工程存在大量的不确定因素 , 具有很大的风险性 。如何在钻井过程中使各类风险减小到最低水平 , 从而获得最大收益 , 是当前急需解决的问题 。对海上钻井过程中各类溢油风险因子进行评价 , 能够提前预知溢油事故的发生状态 , 提高海上作业人员的决策能力 , 进而减少溢油事故的发生 。由于海上钻井工艺和场所的特殊性 , 在钻井的不同操作阶段 、不同环节都存在不同程度和形式的溢油风险 , 因此 , 在对溢油风险单因素进行分析的基础上 , 对钻井溢油风险因素进行综合评价 6。相 比 于陆上钻井 , 海上钻井设备更复杂 , 溢油风险因素更多 。除风暴
13、、海浪及海流等恶劣自然条件 ,海洋钻井平台发生溢油最主要的原因是损坏 、损毁事故 , 而且由于海洋特殊的地质环境 , 地质性溢油也是海上钻井发生溢油的风险源 7。除 此 之外 , 钻井平台的疲劳老化 、第三方破坏 、操作人员的误操作及井控措施失效 , 都能够导致钻井过程中发生溢油事故 。其中 , 平台疲劳老化包括管架及锚缆腐蚀 、支撑管架结构牢固性 、焊点材料性能和管件完好程度 ; 第三方破坏主要包括平台附近海域船舶的活动水平 、平台防损坏预防措施和海域标示 ; 误操作主要是从平台作业人员及管理人员角度出发 , 评价操作失误的可能性 ;井控措施失效主要分为一级井控措施失效和二级井控措施失效 ,
14、 其中 , 一级井控措施主要为钻井液 , 二级井控措施是设计目的为关闭环空 ( 防喷器组 ) 或钻杆( 方钻杆阀或类似设备 ) 的机械装置 8。海 上 钻井平台溢油风险评价指标见图 2 所示 。756环 境 工 程2015 年 第 33 卷 增刊图 2 海上钻井平台溢油风险评价指标体系溢油风险量化评价 , 一般可以根据溢油事故 发 生的经验进行评估 , 也可通过理论模型进行详细计算 。对海上钻井平台进行溢油风险评价 , 可将运行期的钻井平台溢油风险等级划分为 5 级 : 溢油风险极高水平( 90 分 ) , 高水平 ( 70 分 ) , 中等水平 ( 50 分 ) , 低水平( 30 分 )
15、, 极低水平 ( 10 分 ) 。2. 2 溢油危害后果评价海上石油钻井平台溢油危害是一个动态变化的过程 。溢油对海洋环境的危害程度受很多因素的影响和制约 , 各因素之间相互关联 、相互作用 。溢油量 、油品特性及溢油区域均影响溢油后果等级大小 , 恶劣的天气和海面状况也同样可导致溢油危害后果的扩大 。溢油量是影响溢油危害程度大小最直接的因素 ,因此 , 要根据溢油可能性评价指标体系 , 确定钻井平台发生溢油事故时的最大溢油量 。油品特性是指油的毒性 、粘度 、易燃性 、持久性等化学性质和物理性质 , 不同烃类其毒性存在很大差异 ( 芳香烃毒性最大 ) , 因此不同油品对海洋环境资源的危害也不
16、同 ;溢油以后油膜的运动速度 、轨迹以及对油的回收效果则是由油品的物理性质决定的 。溢油区域指标需要了解溢油海域敏感资源 , 是否属于自然资源保护区 ,能否使用溢油分散剂或消油剂 , 确定离岸距离及沿岸地区类别等 。应急系统的完善在一定程度上能够控制溢油运动范围 , 减小溢油危害程度 。对海上钻井平台溢油危害影响因素进行分析 , 并参考其他研究成果 9-12, 最终确定一级指标为 溢 油量 、油品特性 、溢油位置 、周边海域环境及溢油应急系统 , 具体指标体系见图 3。图 3 海上钻井平台溢油危害后果评价指标体系2. 3 溢油风险等级确定完成海上钻井平台潜在溢油风险评价和溢油危害后 果 评价后
17、 , 就可对该钻井平台溢油风险等级进行综合评价 。表 1 是根据风险矩阵法得到的钻井平台856环 境 工 程2015 年第 33 卷 增 刊溢油风险等级水平 。表 1 海上钻井平台溢油风险等级矩阵事 件 后 果严重程度分类风险等级 概率 /年 灾难性 重大 严重 轻微 可忽略极高 ( 90 分 ) 102高 高 高 ALAP ALAP高 ( 70) 102103高 高 ALAP ALAP 低中 ( 50) 103104高 ALAP ALAP 低 低低 ( 30) 104105ALAP ALAP 低 低 低极低 ( 10) 105ALAP 低 低 低 低量化的溢油风险等级是否在可接受范围内 ,
18、是 否需要另外的系统将溢油风险降低到可承受的范围 , 需要根据风险接受准备进行比较 , 一般采用 “最低合理可行 ”原则 ( as low as reasonable practice, ALAP)( 图 4) 。ALAP 原则要求尽可能降低风险 , 并且这么低的风险应该是可以实现的 13。图 4 ALAP 原 则ALAP 原则作为一个准 则 应用于海上钻井平台溢油风险评价 , 可理解为 : 当溢油风险超过容许的上限 ( 如图 4 的个人风险 103) 14, 该钻井平台除特殊情 况 外 , 必须停止运营 ; 当溢油风险低于容许下限( 如图 4 的个人风险 106) 14, 不需要采取任何改进
19、措 施 ; 当 溢油风险处于上下限之间时 , 应尽可能低的降低溢油风险水平 15。风 险 标准 ( 风险水平上限与下限 ) 的确定是相对的 。图 4 中上限与下限是英国 HSE 建议的风险标准 , 该标准是否适用于我国 , 需要进行认真研究 。如果直接采用该标准 , 可能会承受巨大的成本 。另一方面 , 该标准不断变动 , 随着技术的进步 , 原来的成本可能会逐渐降低到可承受范围 , 因而可以接受更严格的风险标准 。3 海上钻井平台溢油风险管理溢油风险管理是指对溢油风险进行预测 、识别 、评估和分析 , 在此基础上有效处置风险 , 以降低成本实现最大溢油风险保障的科学管理办法 16。海 上 钻
20、井平台溢油风险管理 , 可提前预测溢油事故发生状态并将事故降到最低 , 进行决策之前综合各种因素 , 根据溢油情况修正方案 , 以最佳方式处理出现的各种问题 。溢油风险管理对控制溢油污染 、减少污染损失及消除污染等都起到关键性的作用 。降低风险的措施通常可从两方面进行考虑 : 一是降低溢油风险发生概率 ; 二是降低溢油事故后果 , 海上钻井平台溢油风险管理也可从这两方面进行考虑 。3. 1 建立溢油风险管理系统通过全面 、综合分析海上钻井平台存在的溢油风险因素 , 根据分析和评价方法的原理 , 对海上钻井平台进行体系结构的划分 , 建立溢油风险评价指标体系 , 并开发溢油风险管理及软件评估系统
21、 。此系统的建立基于预防为主的原则 , 能够有效地将溢油风险控制在决策者预定的范围内 , 实现以最小投入获得最大安全保障 ; 系统将 “静态管理 ”改为 “动态管理 ”, 在信息持续反馈基础上 , 能够使调控措施更切合实际 , 有效控制溢油事故发生 ; 溢油风险管理系统将 “经验型预防 ”转化为 “科学型预防 ”, 将溢油事故经验理论及技术和方法体系 , 用于事故的预测防范 , 具有良好的系统性和持久性 。3. 1. 1 建立溢油风险源数据库结合国内外统计的海上钻井平台溢油事故 , 对平台可能发生溢油的点源 、作业流程 、溢油原因 、溢油特征等进行统计分类 , 建立海上钻井平台溢油风险源数据库
22、 。溢油风险源数据库的建立 , 通过存储 、管理及分析导致海上钻井平台溢油事故的各种因素 , 确定其在影响钻井平台溢油事故发生过程的重要程度 , 从而有针对性的解决导致溢油的关键问题 , 或对导致事故的最重要因素给予高度重视 , 在某些因素改变的情况下 , 能够对溢油发生定性和定量的分析 , 可有效地防止溢油事故的发生 。3. 1. 2 建立溢油风险评价体系根据建立的溢油风险数据库 , 对溢油风险源进行评价 , 定量描述每个溢油影响因子 , 并建立海上钻井平台溢油风险评价体系 。海上钻井平台溢油风险评价指标体系是描述和评价钻井作业过程中各系统 、结构 、工艺设备及部件 、操作 、管理因素 、环
23、境因素等参数的集合 。通过建立能够全面 、综合反映海上钻井平台溢油风险评价指标体系 , 运用分析方法确定评价指标的权重 , 引入评价方法评判溢油风险等级 , 识别和发现海上钻井作业中的事故隐患 , 并对此制定切实可行的控制措施 , 从而确保海上钻井正常作业和环境安全 。3. 1. 3 建立溢油风险管理系统通过海上钻井平台溢油风险源数据库和溢油风956环 境 工 程2015 年 第 33 卷 增刊险评 价指标体系 , 开发溢油风险管理及软件评估系统 , 对海上钻井平台溢油风险进行定量描述 , 完善溢油风险管理体系 , 为海上溢油风险防范提供针对性数据 。3. 2 加强溢油风险防范措施3. 2.
24、1 钻井阶段防范措施海上钻井阶段防止溢油事故发生 , 具体可以采取如下措施 : 熟练掌握地层因素的属性和钻井参数 , 如压力 、储层孔隙度 、渗透率 、厚度及温度等 , 钻井液的密度 、粘度 、泵排量及起下钻速度等 ; 井控安全屏蔽装置应由机械或液压控制组成 ; 选择优质封隔器 ; 配备安全有效的防喷装置和良好的压井 、井控设备 ; 保证钻井 、压井和修井等设备的良好运转 , 起下管柱 、候凝 、射孔时需人员坐岗 , 监测固井注水泥 、替泥浆 、倒泥浆罐时井筒内流体泵入量和返出量 ; 配备灵敏的灭火系统 , 配备全面的火气探测设备 , 如热 、烟 、可燃气体探测器 、手动报警站等 ; 钻井 、
25、完井作业中配备足够的钻井液材料 , 以便及时 、妥善处理遇到的溢油事故 ;严格实施钻井操作规程 , 防止违章作业 ; 采用雷达监视系统和无线电呼叫 , 以警示过往船只 ; 设置平台防撞系统 ; 为避免溢油事故的发生 , 建议恶劣天气 、导航助航系统失效时禁止进行钻井作业 。3. 2. 2 加强海上钻井平台管理和防护对策海上钻井作业中安全操作和管理对于防范溢油事故起到至关重要的作用 。因此 , 必须严格执行企业HSE 管理体系 , 对海上作业人员每年进行各项专业培训 , 同时提高人员心理素质及应急反应能力 ; 明确人员岗位责任意识 、操作流程及防护对策 , 提高个人安全环保意识 , 加强教育和监
26、督 。按照预定目标定期对平台进行维护及检修 , 应加强节点 、焊点 、安全阀等关键部位进行风险排查 , 确保设备不存在安全隐患 , 然后记录存档 , 并及时更新管理系统中数据 ; 定期对平台所在水域进行巡查 , 及时找出隐患点 , 对平台结构进行腐蚀度及完整性检测 ,并定期核定平台在极端天气下的应力载荷 , 加强恶劣天气下平台溢油应急管理 ; 平台周边海域设置安全标志 , 降低过往船舶与平台碰撞概率 ; 平台维护应及时 ,对巡查中发现的问题 , 应及时解决 , 保持钻井平台处于较好运营状态 。3. 2. 3 提高溢油应急响应能力根据海上钻井平台作业的特点 , 这个过程中的设备 、人员 、自然地
27、理环境等因素都可能导致重大溢油事故 , 因此 , 应提前做出一套实际有效的应急响应预案 。首先 , 需要制定针对性较强的溢油应急响应计划 , 确保平台发生溢油事故后 , 能够及时地设计出有效的策略方案 ; 其次 , 准备应急计划是 , 应对关联损害进行假设 , 并且设计出应对方案 。提高海上溢油事故处置技术水平 , 加强海上石油钻井平台溢油应急设备配置 , 为平台配置适合的溢油应急人员 , 定期对人员进行专业培训和应急事故演习 , 提高处理溢油应急事件的能力 。针对具有重大危险源的海上钻井平台要完善应急救援物资的储备和建设 , 在原有配置应急设备的基础上 , 增加必备的装备 ; 不断加强专业应
28、急人员 、队伍和企业的装备配置 , 同时增加事故应急时个人防护设备 ; 建立健全设备维护保养机制 , 完善应急资源储备体系 , 提高应急反应和处理能力 。4 结 语加强海上钻井平台溢油风险评价和管理是防止海上溢油事故发生的重要手段 。通过溢油风险源的筛选和分析 , 对溢油可能性风险和危险后果分析 , 建立海上钻井平台溢油风险评价指标体系 , 对溢油风险进行尽早识别 、分析 、评估 , 并采取相应的预防措施 ,为海洋溢油风险管理提供重要依据 ; 同时制定相应的应急计划 , 加强溢油应急设备配置和应急人员 , 提高溢油应急防控技术和能力 , 从源头防止海上钻井平台溢油事故的发生 , 将溢油事故造成
29、的影响降到最低 。参 考 文献1 安 伟 , 李 广茹 , 赵宇鹏 , 等 海上石油设施溢油风险评估及防范对策研究 C / /第十五届中国海洋 ( 岸 ) 工程学术讨论会论文集 北京 : 海洋出版社 , 2011: 566-569.2 陈庭根 , 管志川 修井工程理论与技术 M 东营 : 中国石油大学出版社 , 2006: 5-10.3 Grace D Blowout and well control handbook M USA: Gulfprofessional publishing, 2003: 15-18.4 任美鹏 , 李相方 , 尹邦堂 , 等 基于模糊数学钻井井喷概率计算模型研究
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31、.( 下 转 第 823 页 )066环 境 工 程2015 年 第 33 卷 增刊入的 热量按式 ( 3) 计算 :Q = mI ( 3)可得 Q入=205 764. 7 kJ, 假 设 蒸汽热量 80%被空气吸收 , 查 0. 15 MPa 饱和蒸汽焓值为 I蒸汽=2 699. 27 kJ/kg, 则消耗蒸汽质量由式 ( 4) 可 得 :M =QI( 4)M蒸 汽=95. 29 kg。改 装 后 : 为保证干燥强度 , 干燥机内热风进口截面风速保持不变 , 风机出口面积 A 不变 , 新风进风量变为原来的 10/18, 对应新风速 V =4. 97 m/s。由公式 ( 1) 、式 ( 3)
32、 、式 ( 4) 可得改装后通入的热空气质量m入=841. 21 kg, Q=114 265. 34 kJ, Q出=94 164. 7 kJ,M蒸 汽=52. 91 kg则 改装后直接节省的蒸汽量为 M节= M蒸 汽M蒸 汽=42. 38 kg, 除 此 之外 , 还能把干燥的高温尾气回收利用 , 由之前计算可知 , 尾气所含热量 Q预=Q出=94 164. 7 kJ, 假 设 尾气回收利用率为 50%, 若折合成 0. 15 MPa 饱和蒸汽量 :M节=Q预I蒸 汽 = 174 kg改装后总的蒸汽节省量为 : M总=M节+M节=59. 78 kg。通 过理论计算分析 , 在相同干燥物料处理量
33、 不变情况下 , 改进后的干燥工艺流程相比于改进之前的工艺流程 , 18 min 内可节省 59. 78 kg 蒸汽 , 即每小时节省 199 kg 蒸汽 。若按 200 元 /t 蒸汽成本计算 , 则每小时可节省蒸汽费用 39. 8 元 。按每年生产时间为350 d, 每天生产时间为 10 h, 那么一年之内可节约蒸汽费用约为 13. 9 万元 。4 结 论1) 干燥设备在是一种在工业生产中广泛使用的设备 , 干燥是消耗热量很大的化工单元装置 , 热效率不高会产生增加能源损耗和引起产品质量波动等负面影响 。根据生产经验和计算分析 , 提出了一种基于振动流化干燥床尾气余热利用的新干燥工艺 。2
34、) 通过设计计算和经济分析 , 在工艺参数不变的前提下 , 改进后的干燥工艺流程相比于改进之前的工艺流程 , 每小时减少蒸汽消耗量 199 kg, 大幅降低了干燥过程中能量的消耗 , 提高了干燥过程的热效率 。3) 本文通过理论上的设计分析计算 , 说明了干燥过程高温尾气回收循环使用方法的可行性 , 但在实践中还存在一些问题 , 比如说两个干燥室之间的窜气问题 , 有待进一步的研究 。参 考 文献1 朱 文 学 中药材干燥原理与技术 M 北京 : 化学工业出版社 , 2007: 3-5.2 潘永康 , 王喜忠 , 刘相东 现代干燥技术 M 北京 : 化学工业出版社 , 2006. 121-12
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