深水油氣開采安全保障與應急技術課件

1、深水油氣開采安全保障與應急技術22012-8-8錄目1 引言2 深水油氣風險管理與控制3 深水油氣開采作業(yè)應急技術4 深水油氣裝備完整性技術5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術32012-8-8 COEST主要研究方向海洋結構強度及可靠性評估海洋平臺及管道完整性技術老齡結構物安全延壽技術深水隔水管及井口技術油氣安全監(jiān)測與預警海洋油氣風險控制及應急深水鉆井裝備技術42012-8-8 COEST近期進展承擔海洋油氣裝備及安全技術相關課題60余項，其中包括國家重大科技專項、863計劃、國家自然科學基金課題15項。發(fā)表學術論文300余篇，出版專著教材4部。獲國家科技進步二等獎1項、省部級科技進步獎8項。

2、獲國家發(fā)明專利5項、國家軟件版權4項。培養(yǎng)博士、碩士研究生36+75名,其中26名研究生已獲工學博士學位。52012-8-8 COEST研究團隊研究中心主任陳國明教授享受國務院政府特殊津貼專家，全國五一勞動獎章獲得者，“新世紀百千萬人才工程”國家級人選。中國石油大學(華東)二級教授、博士生導師，機械工程、安全科學與工程學科帶頭人，機電工程學院教授委員會主任。石油機械工程山東省高校重點實驗室主任Petroleum Science、中國石油大學學報(自然科學版)、石油礦場機械等雜志編委現(xiàn)有教授4名，副教授5名，講師4名。博士、碩士研究生共計50多名，形成了團結協(xié)作、結構合理的科研團隊。62012-

3、8-81 引言2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故2012年北海埃爾金平臺天然氣泄漏事故深水油氣開采事故不僅會帶來巨大的人員傷亡和財產損失，還會引發(fā)環(huán)境災難和聲譽危機。開展深水油氣開采安全保障與應急技術研究，對于我國深水油氣安全開發(fā)具有重要價值。72012-8-8 2 深水油氣風險管理與控制深水鉆井作業(yè)風險管理體系海洋油氣連鎖事故風險評價深水表層鉆井風險分析深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)風險評價生產平臺油氣處理系統(tǒng)風險分析及控制海底管道未確知安全評價FPSO可燃氣體泄漏定量風險分析82012-8-8 風險預警2.1 深水鉆井作業(yè)風險管理體系風險控制風險辨識深水鉆井作業(yè)風險管理體系風險接受準則風險監(jiān)測

4、風險評估92012-8-8 事故動力評價法深水地平線事故應用2.2 海洋油氣連鎖事故風險評價針對海洋油氣開發(fā)特點，率先提出基于圖論的海洋油氣連鎖事故風險評價方法。102012-8-8 深水表層鉆井HAZOP分析流程HAZOP引導詞和風險評判矩陣偏差原因風險概率等級偏差后果風險后果等級深水表層鉆井作業(yè)偏差確定作業(yè)偏差的風險度等級預防及應對措施/落實負責人完成HAZOP分析10%15%1%高風險作業(yè)單元(步驟)16個中風險作業(yè)單元(步驟)124個低風險作業(yè)單元(步驟)25個極低風險作業(yè)單元(步驟)1個74%深水表層鉆井試驗過程風險等級劃分2.3 深水表層鉆井風險分析深水表層鉆井資料及事故統(tǒng)計HAZ

5、OP分析節(jié)點112012-8-8 2.4 深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)風險評價采用故障樹(FTA)、故障類型及影響分析(FMEA) 對SMD深水鉆井的環(huán)境、裝備及工藝風險進行定性分析，利用層次分析法(AHP)進行定量風險評價。采用ABAQUS建立1500m/500m水深泥漿返回管線模型，進行力學分析和渦激振動疲勞分析，計算證明返回管線安全性。深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)Radiation/(kw/m )2122012-8-8 2.5 生產平臺油氣處理系統(tǒng)風險分析及控制050100150200250322824201612840Time/s四個脫險梯道處的熱輻射強度曲線RadSWRadSERadNWRa

6、dNE平臺甲板2m高度處的溫度分布132012-8-8 2.6 海底管道未確知安全評價從自然條件要素、第三方影響要素、設計要素和安全管理要素出發(fā)，開展海底管道未確知評價，并根據(jù)置信度準則定量識別管道安全級別，同時利用雷達圖圖形化顯示管道安全評價結果，合理且直觀地反映了海底管道安全程度，為管道部門開展風險決策和采取防范措施提供科學依據(jù)。海底管道未確知安全評價流程142012-8-8 2.7 FPSO可燃氣體泄漏定量風險分析建立FPSO 數(shù)字模型，進行作業(yè)條件下FPSO結構表面附近風場計算；引入泄漏源與風場進行耦合分析，模擬可燃氣體的泄漏擴散過程，定量確定泄漏風險。152012-8-8 3 深水油

7、氣開采作業(yè)應急技術應對深水井噴的簡易防噴器技術應對深水井噴的管中管技術海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應急技術深水水下分離器運行應急技術海洋平臺避臺撤離分析162012-8-8 開展簡易防噴器作業(yè)風險分析、力學分析、確定組合類型和配置方案流程，進行深水地平線事故井和南海深水某井實例分析。偏移量頂張力海流鉆井船隔水管海底泥線井口導管海面關井橫向土反力壓力 豎向摩擦力y撓性接頭簡易防噴器法蘭轉換短管防噴器組x導管最大等效應力對比簡易防噴器示意圖3.1 應對深水井噴的簡易防噴器技術壓力/MPa172012-8-8 管中管技術示意圖-100-500501001502002503003500-1502溫度/成區(qū)域3

8、.2 應對深水井噴的管中管技術開展RITT技術氮氣誘導收油技術研究，得到氮氣注入量與收油量之間關系。利用HYSYS 開展RITT技術的水合物預防研究，得到甲醇注入量與收油量的關系。12泡點線露點線水合物形成曲線10864水合物形182012-8-8 級分級關斷方案。SMD應急裝備與物資保障3.3 海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應急技術建立SMD事故響應及應急體系框架，建立了井涌/井漏事故下的SMD系統(tǒng)參數(shù)模型，建立SMD井涌的BP神經網(wǎng)絡預警模型并進行預警，提出一種SMD緊急關斷及快速釋放系統(tǒng)，針對SMD系統(tǒng)提出4192012-8-8 3.4 深水水下分離器運行應急技術建立水下分離器失效事故樹，結合有限

9、元分析，提出深水水下分離器事故響應策略與應急裝備。深水水下分離器應急技術上撓性接頭轉角(deg)202012-8-8 0.20.40.60.811.21.41.61.8005平臺航速(m/s)90135180不同航向上部撓性接頭轉角隨平臺航速的變化關系10年一遇海流懸掛撤離作業(yè)窗口3.5 海洋平臺避臺撤離分析海洋平臺避臺撤離分析從保證系統(tǒng)安全角度出發(fā)，推薦合理的平臺航速和航向，建立不同海流下的撤離作業(yè)窗口，并優(yōu)化撤離時隔水管的懸掛長度。25201510045開展簡易防噴器作業(yè)風險分析、案流程，進行深水地平線事故井和海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應急技術引入泄漏源與風場進行耦合分析，模擬可燃氣體的泄漏擴散

10、過程，最優(yōu)化方法制定檢測與維修決策，最2012年北海埃爾金平臺天然氣泄漏事故疲勞分析，計算證明返回管線安全性。角隨平臺航速的變化關系發(fā)表學術論文300余篇，出版專著教材4部。深水油氣開采事故不僅會帶來巨大的人員傷亡和財產損失，還會2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故井口壓力安全儀表保護系統(tǒng)深水水下分離器事故響應策略5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術平臺甲板2m高度處的溫預防及應對措施/落實負責人價，并根據(jù)置信度準則定量識別隔水管鉆井預警界限產生顯著影響 。生產平臺油氣處理系統(tǒng)風險分析及控制響分析(FMEA) 對SMD深水鉆井的環(huán)境、響分析(FMEA) 對SMD深水鉆井的環(huán)境、得者，“新世紀百千

11、萬人才工程”國家級人選。承擔海洋油氣裝備及安全技術相關課題60余項，隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結構優(yōu)化研究海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應急技術研究并形成不同渦激抑制設備的數(shù)值模擬方法，定量研究各種減震頭時允許的撓性接頭最大轉角為涌/井漏事故下的SMD系統(tǒng)極低風險作業(yè)單元(步驟)1個其中包括國家重大科技專項、863計劃、國家自然212012-8-8 4 深水油氣裝備完整性技術平臺損傷及缺陷分析評估深水表層鉆井關鍵裝備可靠性分析深水海洋安全儀表完整性評估臺風條件下鉆井平臺生存能力評定海洋平臺結構完整性管理222012-8-8 4.1 平臺損傷及缺陷分析評估損傷及缺陷的存在對整體結構服役安全性能的影響評

12、估存在缺陷的局部部位安全性評估裂紋類缺陷評估構件凹陷評估腐蝕評估海生物附著影響評估232012-8-8 4.2 深水表層鉆井關鍵裝備可靠性分析防噴器風險分析8.5%0.9%10.3%9.4%11.1%51.3%1.7%6.8%連接器環(huán)形防噴器節(jié)流/壓井閥主控制系統(tǒng)撓性接頭閘板防噴器節(jié)流/壓井管匯其他242012-8-8 4.3 深水海洋安全儀表完整性評估井口壓力安全儀表保護系統(tǒng)事故樹防噴器安全儀表系統(tǒng)HIPPS 閥HIV1HIV2HSEMA生產管線電子信號線液壓管線來自井口到 ESD 邏輯HSEMB液壓供應HIPPS 控制模塊33井口壓力安全儀表保護系統(tǒng)最終執(zhí)行元件子系統(tǒng)危險失效G4HIVDU

13、EHIVDUU輸出通道 CCDUEG20DCVADUEDCVADUU輸出通道 DD輸出通道 DUEDCVCC DCVCCDUE DUUA DCV 失效G21DCVBDUEDCVBDUU輸出通道 DD輸出通道 DUE輸出通道 CCDDB DCV 失效G22檢測元件司鉆控制臺遠程控制臺輔助控制臺操作員水下電子模塊電磁閥防噴器執(zhí)行部分HPUUPS輔助部分控制部分252012-8-8 4.4 臺風條件下鉆井平臺生存能力評定平臺周圍風速場平臺表面壓力場262012-8-8 4.5 海洋平臺結構完整性管理收集的數(shù)據(jù)主要包括平臺結構數(shù)據(jù)、環(huán)境載荷數(shù)據(jù)和結構檢測數(shù)據(jù)，以風險為平臺結構完整性評價指標，采用最優(yōu)化

14、方法制定檢測與維修決策，最后依據(jù)制定的決策進行檢測與維修。272012-8-8 隔水管作業(yè)安全可靠性評價體系2135 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術隔水管關鍵作業(yè)失效風險評估隔水管系統(tǒng)避臺撤離分析隔水管-井口系統(tǒng)弱點分析隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結構優(yōu)化研究隔水管脫離預警界限分析隔水管防回彈控制技術深水動力定位平臺漂移評價與控制方法隔水管現(xiàn)場快速檢測裝置開發(fā)282012-8-8 5.1 深水隔水管系統(tǒng)靜、動態(tài)強度及渦激振動分析形成深水隔水管靜力、動力分析方法，建立隨機波浪與鉆井船運動邊界條件下隔水管動力分析流程；研究并形成基于CFD軟件的隔水管渦激振動數(shù)值模擬方法隔水管分析力學模型2920

15、12-8-8 確定潛在弱點及相應失效荷載隔水管與井口系統(tǒng)強度分析修改系統(tǒng)配置否判斷弱點位置弱點位置是否合理是弱點分析結束弱點分析流程圖DFGACBCEE BOPF 井口頭G 導管泥面水面鉆井平臺潛在弱點A 張緊器/伸縮節(jié)B 隔水管C 球鉸D LMRP系統(tǒng)潛在弱點位置5.2 隔水管-井口系統(tǒng)弱點分析隔水管與井口系統(tǒng)配置弱點分析的目的是設計和確定鉆井船極限漂移條件下隔水管柱的斷點。深水表層鉆井HAZOP分析流程響分析(FMEA) 對SMD深水鉆井的環(huán)境、2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故引發(fā)環(huán)境災難和聲譽危機。完成HAZOP分析隔水管關鍵作業(yè)失效風險評估深水水下分離器事故響應策略COEST研究團

16、隊隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結構優(yōu)化研究隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結構優(yōu)化研究管道安全級別，同時利用雷達圖平臺損傷及缺陷分析評估力學分析、確定組合類型和配置方深水油氣開采事故不僅會帶來巨大的人員傷亡和財產損失，還會完井作業(yè)預警界限Radiation/(kw/m )5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術隔水管作業(yè)安全可靠性評價體系頭時允許的撓性接頭最大轉角為深水表層鉆井試驗過程風險等級劃分302012-8-8 5.3 深水隔水管VIV抑制裝置結構優(yōu)化研究并形成不同渦激抑制設備的數(shù)值模擬方法，定量研究各種減震設備的設計參數(shù)對渦激振動和疲勞損傷的影響并進行優(yōu)化設計。312012-8-8 鉆井作業(yè)預警界限鉆井過程中波浪的動力效應會對隔水管鉆井預警界限產生顯著影響 ?？紤]波浪影響的鉆井預警界限完井