Обеспечение промышленной безопасности сероводородсодержащих объектов нефтегазовых месторождений на основе методов оценки и управления техногенными рисками

УДК 622.692.4

На правах рукописи

КЛЕЙМЕНОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ

И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ РИСКАМИ

Специальность 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
«Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВОЛГОУРАЛНИПИГАЗ»)

Научный консультант	– доктор технических наук, профессор Гендель Григорий Леонидович
Официальные оппоненты:	– доктор технических наук, профессор Идрисов Роберт Хабибович
	– доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустэмович
	доктор технических наук Елохин Андрей Николаевич
Ведущая организация	ООО «Газпром добыча Астрахань»

Защита диссертации состоится ____ ____________ 2009 г. в _____
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном
унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
(ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан _____________ 2009 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Удовлетворение растущих потребностей общества в энергетических и химических ресурсах неразрывно связано с освоением новых нефтяных и газовых месторождений и соответствующим развитием систем добычи, промысловой переработки и трубопроводного транспорта углеводородов.

Этим тенденциям объективно сопутствуют как рост объемов капитальных вложений в производство, так и увеличение возможных ущербов от аварийных ситуаций на нефтегазопромысловых объектах.

Результаты анализа динамики техногенных рисков в нефтяной и газовой промышленности показывают, что только за последние десять лет экономический ущерб от аварий возрос более чем в 2 раза. Согласно опубликованным данным, ежегодно на объектах нефтегазовой промышленности происходит около 20 тысяч крупных аварий, связанных с опасным загрязнением воздуха, природных водоемов и территорий. Основными составляющими ущербов от указанных аварий являются вред, нанесенный здоровью промышленного персонала и населения, а также загрязнение окружающей природной среды и материальные потери, особенно при эксплуатации сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений.

В этих условиях обеспечение безопасности промышленного персонала, населения и защита окружающей природной среды требуют эффективного управления техногенными рисками, основанного на системном анализе причин и условий формирования чрезвычайных ситуаций, достоверном прогнозировании их развития и последствий, а также включающего адекватные организационные и технические мероприятия.

Изучению отрицательного воздействия на окружающую среду опасных производственных объектов, разработке методов оценки риска и уменьшения негативных последствий возможных аварий посвящены работы отечественных ученых: Акимова В.А., Азметова Х.А., Александрова А.А., Бородавкина П.П., Березина В.Л., Брушлинского Н.Н., Генделя Г.Л., Грищенко А.И., Гумерова Р.С., Гумерова К.М., Елохина А.Н., Идрисова Р.Х., Котляревского В.А., Ларионова В.И., Легасова В.А., Лисанова М.В., Махутова Н.А., Нугаева Р.Я., Печоркина А.С., Прусенко Б.Е., Сафонова В.С., Швыряева А.А. и др.

Обеспечение промышленной безопасности объектов сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений требует решения двух взаимосвязанных проблем:

• оценки техногенных рисков, присущих исследуемому объекту;
• обеспечения эффективного управления техногенными рисками.

Актуальность данной работы заключается в решении двух представленных проблем на базе единого научно обоснованного подхода, имеющего в своей основе единые параметры и критерии эффективности, что позволит проводить объективный отбор технических приемов и средств, конструктивных, организационных, экономических решений снижения техногенных рисков для последующей их реализации.

Актуальность работы также подтверждается следующими обстоятельствами.

Первое – в условиях рыночной экономики не реализуются какие-либо действия хозяйствующих субъектов, не имеющие под собой четкого и аргументированного обоснования их эффективности, которое имеет доступные и понятные критерии такой эффективности. Реализация неэффективных мероприятий по обеспечению промышленной и экологической безопасности приводит не только к излишним затратам, но и повышает вероятность и размеры убытков в случае аварии. При этом аварии в нефтегазодобывающей отрасли зачастую приводят к финансовой несостоятельности предприятий, на которых аварии произошли. Особенно значительные потери предприятия несут при ликвидации аварий, связанных с выбросами сероводородсодержащей пластовой продукции.

Второе – в настоящее время при планировании деятельности предприятий, эксплуатирующих опасные производственные объекты, в том числе и при финансовом анализе инвестиционных проектов, практически не используются количественные показатели техногенного риска для объективной оценки экономических параметров, что существенно искажает показатели инвестиционной привлекательности таких проектов и формирует завышенные ожидания инвесторов.

Предприятиям, эксплуатирующим опасные производственные объекты, оценка эффективности необходима для объективного обоснования целесообразности внедрения на опасном производственном объекте дополнительных и более совершенных мер по повышению безопасности его эксплуатации.

Основная научная направленность работы заключается в совершенствовании методологии оценки и управления техногенными рисками, которая включает в себя формулировку параметра эффективности разноплановых мероприятий, критерии эффективности мероприятий управления техногенными рисками (или их комплексов) для типовых нефтегазовых объектов, алгоритм расчета параметра эффективности и принятия решения о реализации наиболее эффективных решений.

Цель диссертационной работы – повышение безопасности сероводородсодержащих объектов нефтегазовых месторождений на основе комплексного метода оценки эффективности практических способов управления техногенными рисками.

Основные задачи исследования:

анализ мероприятий, обеспечивающих повышение уровня промышленной безопасности при авариях на объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений, и методов оценки их эффективности;

научное обоснование рекомендуемых методик оценки риска техногенных аварий на нефтегазодобывающих производственных объектах;

разработка комплексного метода оценки риска, основанного на величине математического ожидания ущерба и потерь от аварий;

выбор научно обоснованных методов оценки и снижения техногенного риска на эксплуатируемых нефтегазодобывающих объектах;

разработка алгоритма и критерия оценки эффективности мероприятий, повышающих уровень промышленной безопасности нефтегазовых объектов;

разработка методики расчета эффективности мероприятий, направленных на обеспечение промышленной безопасности нефтегазовых производств, и программного комплекса для ее реализации;

разработка технических средств и технологии, обеспечивающих снижение техногенного риска возможных аварий и отрицательного воздействия на окружающую природную среду.

Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач были использованы современные методы сбора и обработки информации: ее анализ и синтез, выявление закономерностей и противоречий, описание и обобщение, математическое моделирование процессов формирования техногенных опасностей, их экспериментальная проверка.

Научная новизна работы

1. Предложена усовершенствованная научно обоснованная методология оценки риска опасных нефтегазовых производственных объектов, отличающаяся тем, что в качестве единого экономического показателя используется величина математического ожидания ущерба и потерь от аварии.
2. Разработаны метод и алгоритм выбора мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых производств, отличающиеся от ранее известных тем, что позволяют сравнивать эффективность мероприятий, технических средств и технологий, имеющих различную физико-химическую основу, конструктивные, организационные и экономические параметры, с учетом рисков возможных аварий.
3. Впервые научно обоснован единый количественный критерий эффективности мероприятий на основе необходимых затрат и математического ожидания ущерба и потерь, характеризующих данные мероприятия.
4. Разработаны научно обоснованная методика расчета параметра эффективности мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых объектов, и программный комплекс для ее реализации.
5. Разработан программный комплекс на основе совершенствования методики «ТОКСИ-3», отличающийся от ранее известных тем, что позволяет адекватно оценить последствия выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

• комплексный метод оценки риска, основанный на величине математического ожидания ущерба и потерь от аварий;
• методика расчета параметра эффективности и алгоритм выбора мероприятий, направленных на обеспечение промышленной безопасности нефтегазовых объектов;
• программный комплекс оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе совершенствования методики «ТОКСИ-3»;
• экспериментальный метод определения параметров пожаров разлитий и устройство для его реализации;
• методы и средства снижения негативных последствий аварий на нефтегазовых объектах;
• способ дистанционного обнаружения участка повреждения трубопровода и нарушения охранной зоны трубопровода.

Личный вклад автора заключается в:

постановке задач, выборе методов и направлений исследования;

анализе существующих методов, способов и средств снижения техногенных рисков нефтегазодобывающих производств;

разработке принципов и основных подходов к определению эффективности технических, технологических и организационных мероприятий, снижающих риск техногенных аварий на нефтегазодобывающих производственных объектах;

разработке алгоритма расчета параметра эффективности мероприятий, повышающих уровень промышленной безопасности нефтегазодобывающих объектов;

разработке критерия эффективности организационно-технических мероприятий, повышающих безопасность эксплуатируемых нефтегазодобывающих объектов;

разработке и внедрении в производственную деятельность программного комплекса расчета критериев эффективности мероприятий, повышающих безопасность типовых нефтегазопромысловых объектов;

разработке в соавторстве программного комплекса оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе методики «ТОКСИ-3»;

разработке и внедрении экспериментального метода определения параметров пожаров разлитий и устройства для его реализации, способа дистанционного обнаружения участка повреждения трубопровода и охранной зоны трубопровода, методов и средств снижения негативных последствий аварий на нефтегазовых объектах.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты исследования практически использованы в 2000-2008 годах при проведении анализа риска нефтегазовых производственных объектов Оренбургского и Астраханского газоконденсатных месторождений, при реализации инвестиционных проектов ОАО «Газпром», нефтяных компаний в Российской Федерации и Республике Узбекистан, формировании проектных решений при освоении нефтяных и газовых месторождений Поволжья, Восточной и Западной Сибири.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы неоднократно доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к применению на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах, включая: Межрегиональное научно-практическое совещание «Оренспас-97» (г. Оренбург, 1997 г.); Всероссийскую научно-практическую конференцию с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (г. Санкт-Петербург, 16-18 июня 1999 г.); Симпозиум «Экология: технологии, право и бизнес» (г. Оренбург, 2000 г.);
4-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященную 300-летию инженерного образования в России (г. Москва, РГУНГ, 25-26 января 2001 г.); научно-техническую конференцию «Новые технологии – на службу экономики области» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 2001 г.); Международную конференцию «Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработки и утилизации нефтешламов» (г. Москва, 10-11 декабря 2001 г.); Международную научно-практическую конференцию «Проблемы регионального управления рисками на объектах агропромышленного комплекса» (г. Оренбург, 17-18 октября 2002 г.); 4-ую международную научно-техническую конференцию «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (г. Оренбург, 18-22 ноября 2002 г.); научно-техническую конференцию «Обеспечение конкурентоспособности предприятий – основа роста экономики области» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 10 декабря 2002 г.); 5-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 23-24 января 2003 г.);
3-ю научно-техническую конференцию «Союз науки с производством – основа длительного успеха в рыночных условиях» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 10 декабря 2003 г.);
6-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 26-27 января 2005 г.); III конференцию с международным участием «Экология и рациональное природопользование» (г. Хургада, Египет, 21-28 февраля 2005 г.); Юбилейную конференцию РАЕ с международным участием «Современные проблемы науки и образования» (г. Москва, 5-6 декабря 2005 г.); научную конференцию с международным участием Российской академии естествознания «Рациональное использование природных биологических ресурсов» (г. Сусс, Тунис,
12-19 июня 2005 г.); Международную конференцию «Управление рисками и устойчивое развитие единой системы газоснабжения России» (г. Москва, ВНИИГАЗ, 1-2 февраля 2006 г.); 1-ую научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов» (г. Оренбург, 17-22 февраля 2006 г.), III научную конференцию с международным участием «Современные проблемы науки и образования» (Хорватия, 25 июня 2 июля 2006 г.); 7-ую Всероссийскую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 29-30 января 2007 г.);
2-ую научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов»
(г. Оренбург, 15-16 февраля 2007 г.); Международную научно-техническую конференцию «Разработка месторождений природных газов, содержащих неуглеводородные компоненты» (г. Оренбург, 21-25 мая 2007 г.); научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения»
(г. Оренбург, 28 сентября 2007 г.); 3-ю научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов» (г. Оренбург, 3-4 апреля 2008 г.); 2-ую научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения»
(г. Оренбург, 26-27 июня 2008 г.); 3-ю научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 21-22 мая 2009 г.).