對(duì)海上鉆井平臺(tái)安全問(wèn)題的思考

對(duì)海上鉆井平臺(tái)安全問(wèn)題的思考

0海上平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀海上鉆井平臺(tái)主要用于勘探海洋基礎(chǔ)設(shè)施，是海上油氣勘探和開(kāi)發(fā)的不可或缺的手段。海上鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊,可燃材料與電機(jī)設(shè)備眾多,人員密集,再加上遠(yuǎn)離陸地,救援困難,復(fù)雜的海洋地質(zhì)環(huán)境,海上鉆井平臺(tái)的老化或設(shè)計(jì)缺陷,以及管理操控的疏忽,都是防不勝防的危險(xiǎn)源,一旦發(fā)生安全事故,容易連鎖反應(yīng),造成不應(yīng)發(fā)生的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。海上平臺(tái)的安全工作需要周密和謹(jǐn)慎,更有必要做好事前的防范預(yù)警,以在事故萌芽階段發(fā)出警報(bào),提示工作人員采取預(yù)控對(duì)策,以消除事故隱患,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外開(kāi)始在建筑,煤礦等高危行業(yè)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的研究逐漸增多,如羅云的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)研究,張興凱的安全生產(chǎn)危機(jī)預(yù)警初探,周蓉的企業(yè)安全事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系研究,張明麗的基于支持向量機(jī)模型建筑施工安全預(yù)警模型的研究等等,這些研究和探索運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論等先進(jìn)的理論方法建立預(yù)警體系,對(duì)于進(jìn)行一般性企業(yè)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警,對(duì)企業(yè)的安全防范具有積極的作用。但是對(duì)于環(huán)境特殊和作業(yè)程序復(fù)雜的海上鉆井平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警研究的至今還是一片空白。所以加強(qiáng)對(duì)海上鉆井平臺(tái)安全問(wèn)題的研究,應(yīng)用相關(guān)理論來(lái)建立海上鉆井平臺(tái)預(yù)警體系具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)作用。1海洋開(kāi)采平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素1.1主要系統(tǒng)說(shuō)明一個(gè)典型的海上鉆井平臺(tái)大都由導(dǎo)管架和上部組塊兩個(gè)大部分組成。導(dǎo)管架一般是鋼結(jié)構(gòu)物;上部組塊部分包括鉆井設(shè)備、隔水管系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、升降補(bǔ)充、防噴器系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)和動(dòng)力定位系統(tǒng)組成。動(dòng)力模塊、公用模塊和生活模塊等,與之相應(yīng)的系統(tǒng)包括油氣處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和安全消防系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)等。下面重點(diǎn)對(duì)井口采油平臺(tái)系統(tǒng)、油氣主生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、主要輔助系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。井口采油平臺(tái)主要由油氣生產(chǎn)系統(tǒng)、功用系統(tǒng)、儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)、健康衛(wèi)生環(huán)保系統(tǒng)等五個(gè)部分組成。從井口平臺(tái)產(chǎn)出的地層流體,經(jīng)電潛泵提升到井口平臺(tái),經(jīng)油嘴節(jié)流后進(jìn)入生產(chǎn)和計(jì)量管匯,經(jīng)計(jì)量后的單井流體匯入生產(chǎn)液體管匯,通過(guò)經(jīng)井口加熱升溫后,進(jìn)入生產(chǎn)分離器進(jìn)行油、氣、水的分離。分離出的伴生氣體進(jìn)入伴生氣處理系統(tǒng),視分離的壓力不同可進(jìn)行升壓或減壓。分離出的污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng),處理合格后轉(zhuǎn)注或排海。含水原油再進(jìn)入下一級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步的處理,直到處理合格,進(jìn)行儲(chǔ)存或外輸。在平臺(tái)上部設(shè)置的輔助系統(tǒng)和功用系統(tǒng)主要目的是為主生產(chǎn)處理系統(tǒng)配套和為生產(chǎn)服務(wù)的必不可少的系統(tǒng),其主要的系統(tǒng)包括如下幾個(gè):化學(xué)藥劑系統(tǒng),開(kāi)、閉排和火炬放空系統(tǒng),注水系統(tǒng),熱介質(zhì)系統(tǒng),公用和儀表系統(tǒng),海水和消防系統(tǒng)等。1.2海上鉆井平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)的類型石油石化行業(yè)主要危害與重大事故集中在火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息方面。海上鉆井平臺(tái)事故主要有井噴失控,火災(zāi)與爆炸,平臺(tái)遇險(xiǎn)(包括平臺(tái)失控漂移、拖航遇險(xiǎn)、被碰撞或者翻沉),飛機(jī)事故,船舶海損(包括碰撞、擱淺、觸礁、翻沉、斷損),油(氣)生產(chǎn)設(shè)施與管線破損(包括單點(diǎn)系泊、電氣管線、海底油氣管線等的破損、泄漏、斷裂),有毒有害物品和氣體泄漏或者遺散,急性中毒,潛水作業(yè)事故,大型溢油事故(溢油量大于100噸)和其他造成人員傷亡或者直接經(jīng)濟(jì)損失的事故等。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)理論中危險(xiǎn)源的分類研究,結(jié)合海上鉆井平臺(tái)的特殊性,將海上鉆井平臺(tái)安全預(yù)警指標(biāo)體系劃分為三類:第一類危險(xiǎn)源、第二類危險(xiǎn)源和第三類危險(xiǎn)源。第一類危險(xiǎn)源是指海上鉆井平臺(tái)上存在的、可能發(fā)生意外釋放的能量(載體)或危險(xiǎn)物質(zhì),這是事故發(fā)生的物質(zhì)性前提,是事故發(fā)生的物質(zhì)根源,如表1所示。第二類危險(xiǎn)源包括物的不安全因素、環(huán)境因素、個(gè)體人的失誤。物的不安全因素包括物的不安全狀態(tài)(習(xí)慣稱其為隱患)和物的故障或失效,如設(shè)備(設(shè)施)缺陷或腐蝕、防護(hù)缺陷、作業(yè)場(chǎng)所無(wú)安全通道或間隔不足、警告標(biāo)志不完善、工器具缺陷、防護(hù)用品缺陷、違反人機(jī)工程學(xué)的因素(如閥門安裝位置不恰當(dāng)導(dǎo)致強(qiáng)迫體位作業(yè)等)以及機(jī)械設(shè)備(及零部件)性能低下而不能實(shí)現(xiàn)預(yù)功能等。環(huán)境因素包括海水溫度、海冰、海風(fēng)、海浪、海流、噪聲和振動(dòng)等。個(gè)體人的失誤包括指揮錯(cuò)誤(指揮失誤、違章指揮等)、操作失誤(誤動(dòng)作、違章作業(yè)等)、監(jiān)護(hù)失誤及其它。第三類危險(xiǎn)源是指不符合安全的組織因素,包括組織程序、組織文化、規(guī)則、制度等,例如安全文化理念方面缺失、安全培訓(xùn)缺失、安全管理松懈以及人員挑選、考核、配備方面的問(wèn)題(如未考慮人的職業(yè)適合性問(wèn)題、健康狀況異常、負(fù)荷超限、心理異常、生理異常、從事禁忌作業(yè)、辨識(shí)功能異常)等。危險(xiǎn)源辨識(shí)的首要任務(wù)是辨識(shí)第一類危險(xiǎn)源,在此基礎(chǔ)上辨識(shí)第二類危險(xiǎn)源,進(jìn)而辨識(shí)更深層次的因素——第三類危險(xiǎn)源。第二、三類危險(xiǎn)源的控制應(yīng)該在第一類危險(xiǎn)源控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行。重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)和控制,執(zhí)行《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源》(GB18218-2009)和企業(yè)管理文件《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源管理制度》。2鉆平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型2.1警代動(dòng)力學(xué)指標(biāo)警情指標(biāo)的確定:海上石油鉆井平臺(tái)安全的警情是對(duì)平臺(tái)安全狀態(tài)的客觀描述,是平臺(tái)安全的基本指標(biāo)。要確定警情,就必須借助于一些指標(biāo)來(lái)描述。警情指標(biāo)是反映鉆井平臺(tái)安全與否的指標(biāo)。警兆指標(biāo)的確定:對(duì)于鉆井平臺(tái)安全來(lái)說(shuō),警兆指標(biāo)是與石油鉆井平臺(tái)安全相關(guān)的先兆性指標(biāo),它預(yù)示著海上鉆井平臺(tái)安全警情指標(biāo)的發(fā)展?fàn)顩r和未來(lái)趨勢(shì)。海上鉆井平臺(tái)安全與否的警兆指標(biāo)并非獨(dú)立于警源和警情指標(biāo)之外,它是警源和警情指標(biāo)中更具有敏感性,能夠預(yù)示海上鉆井平臺(tái)安全走勢(shì)和導(dǎo)致平臺(tái)安全狀況發(fā)生明顯變化的指標(biāo)。根據(jù)以上的分析和調(diào)查,本文選取人員安全指標(biāo)、設(shè)備安全指標(biāo)、管理安全指標(biāo)、工程地質(zhì)指標(biāo)和環(huán)境安全指標(biāo)5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和5個(gè)一級(jí)指標(biāo)包含的25個(gè)二級(jí)指標(biāo)指標(biāo)體系共同構(gòu)成海上鉆井平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系,如表2所示。2.2建立報(bào)警模型的步驟2.2.1權(quán)重的確定步驟本文利用層次分析法確定預(yù)警指標(biāo)體系指標(biāo)的權(quán)重,但是傳統(tǒng)層次分析法中1-9標(biāo)度存在部分缺陷,容易導(dǎo)致評(píng)定結(jié)果出現(xiàn)逆序、判斷矩陣一致性與思維一致性相脫節(jié)等問(wèn)題比例標(biāo)度值設(shè)置不能完全反映真實(shí)情況,比如,按照“稍微重要”標(biāo)度值為3,如元素A比B稍微重要,元素B比C稍微重要,則會(huì)出現(xiàn)元素A比C極端重要(因?yàn)?×3=9),其結(jié)果就是比A稍微重要2倍的元素最終成為極端重要元素,這與實(shí)際不相符。為了更準(zhǔn)確反映實(shí)際情況,本文采用了改進(jìn)的AHP法,對(duì)比例標(biāo)度進(jìn)行了完善。如表3所示。權(quán)重的確定步驟為:(1)構(gòu)造判斷矩陣。以A表示目標(biāo),ui、uj(i,j=1,2,…,n)表示因素。uij表示ui對(duì)uj的相對(duì)重要性數(shù)值。并由uij組成A-U判斷矩陣P。P=??????u11u21...un1u12u22...un2............u1nu2n...unn??????(1)Ρ=[u11u12...u1nu21u22...u2n............un1un2...unn](1)(2)計(jì)算重要性排序。根據(jù)判斷矩陣,求出其最大特征根λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量w。方程如下:所求特征向量w經(jīng)歸一化,即為各評(píng)價(jià)因素的重要性排序,也就是權(quán)重分配。(3)一致性檢驗(yàn)。以上得到的權(quán)重分配是否合理,還需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)使用公式:式中,CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率;CI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)。它由下式給出:RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo),1-9階的判斷矩陣的RI值參見(jiàn)表4。當(dāng)判斷矩陣P的CR<0.1時(shí)或λmax=n,CI=0時(shí),認(rèn)為P具有滿意的一致性,否則需調(diào)整P中的元素值以使其具有滿意的一致性。聘請(qǐng)研究海洋石油安全和從事海洋平臺(tái)安全工作的專家,其中大學(xué)教授5名,高級(jí)工程師5名,采用上述改進(jìn)的AHP方法求的預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重,求出權(quán)重的平均值,最終求出權(quán)重結(jié)果見(jiàn)表5。2.2.2綠、藍(lán)、橙、紅、紅、紅、紅、紅、紅、紅、紅、紅五種警色根據(jù)實(shí)際安全預(yù)警的需求,在征求專家經(jīng)驗(yàn)和查閱參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,把預(yù)警體系的一級(jí)指標(biāo),二級(jí)指標(biāo)分別劃分為五個(gè)等級(jí)無(wú)警、輕警、中警、重警、巨警,這五種等級(jí)對(duì)應(yīng)的分別對(duì)應(yīng)綠、藍(lán)、黃、橙、紅五種警色。一級(jí)指標(biāo)和總預(yù)警警限值分別為(0,1.8]、(1.8,2.6]、(2.6,3.4]、(3.4,4.2]、(4.2,5.0],二級(jí)指標(biāo)不設(shè)警限,只有對(duì)應(yīng)與五度預(yù)警的預(yù)警值1、2、3、4、5。2.2.3不同警限區(qū)間的預(yù)警值分布二級(jí)指標(biāo)的預(yù)警結(jié)果直接由實(shí)際調(diào)查得出,一級(jí)指標(biāo)的預(yù)警結(jié)果由二級(jí)指標(biāo)的預(yù)警值乘以該指標(biāo)的權(quán)重得出該指標(biāo)的預(yù)警值,其預(yù)警值位于哪個(gè)警限區(qū)間,即屬于哪個(gè)警級(jí)?？偟念A(yù)警值為一級(jí)指標(biāo)的預(yù)警值乘以該指標(biāo)的權(quán)重得出總預(yù)警值,根據(jù)預(yù)警值所處的警限區(qū)間,得到預(yù)警等級(jí)。3確認(rèn)研究3.1調(diào)查結(jié)果及分析以渤海某海洋石油鉆井平臺(tái)為例,對(duì)其以上數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查結(jié)果如表7所示。經(jīng)計(jì)算得到總的預(yù)警值為2.1777,說(shuō)明鉆井平臺(tái)總的安全警度為2級(jí)藍(lán)色預(yù)警,這與現(xiàn)實(shí)情況基本一致,也說(shuō)明了這種預(yù)警模式的有效性。3.2平臺(tái)安全管理現(xiàn)狀通過(guò)以上的預(yù)警結(jié)果總體看來(lái),平臺(tái)處于輕警狀態(tài),人員素質(zhì)指標(biāo)和工程地質(zhì)指標(biāo)都處在無(wú)警狀態(tài),設(shè)施設(shè)備和海上環(huán)境指標(biāo)為微警,需要給予關(guān)注,安全管理指標(biāo)處于中警狀態(tài),需要給予治理。從二級(jí)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)該鉆井平臺(tái)安全管理的執(zhí)行和監(jiān)督為巨警,需要重點(diǎn)治理;安全文化的開(kāi)展和平臺(tái)老化維修問(wèn)題為重警,需要加強(qiáng)治理,對(duì)氣溫給予持續(xù)監(jiān)測(cè)。對(duì)其他輕警和無(wú)警指標(biāo)要繼續(xù)保持良好的狀態(tài)。從分析可以看出,鉆井平臺(tái)對(duì)安全管理情況重視不夠,有些平臺(tái)設(shè)施設(shè)備老化、多年失修。近來(lái)天氣氣溫炎熱,海浪時(shí)高,所以應(yīng)加強(qiáng)安全管理工作,營(yíng)造安全文化,對(duì)平臺(tái)鉆井設(shè)備進(jìn)行檢查,老化的及時(shí)進(jìn)行維修。關(guān)注海上天氣狀況,不斷改進(jìn)平臺(tái)的安全狀況。4確定安全風(fēng)險(xiǎn)的警度和預(yù)警值本文通過(guò)分析海上鉆井平臺(tái)的人員、設(shè)備、安全管理、