Управление промышленной безопасностью эксплуатации морских гидротехнических сооружений шельфа юга вьетнама (на примере месторождения дракон сп вьетсовпетро)

УДК 658.382.3:622.276.5.04

На правах рукописи

АЛЕКСАНЬЯН АРТУР АРАМОВИЧ

Управление промышленной безопасностью эксплуатации морских гидротехнических сооружений шельфа юга Вьетнама

(на примере месторождения «Дракон» СП «Вьетсовпетро»)

Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2011

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель	кандидат технических наук, доцент Велиев Мубариз Мустафа оглы
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Идрисов Роберт Хабибович доктор технических наук Клейменов Андрей Владимирович
Ведущее предприятие	Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Защита диссертации состоится 23 декабря 2011 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 23 ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В увеличении объемов добычи нефти во Вьетнаме основную роль играет освоение морских нефтяных месторождений в связи с тем, что в настоящее время добыча нефти осуществляется в море. Большие перспективы открыты для освоения нефтяных месторождений на шельфе юга Вьетнама, относящемся к бассейну Индийского океана.

При разработке морских нефтяных месторождений необходимо строительство эстакад, площадок под буровые, индивидуальных оснований и других сооружений. Стальные конструкции в морских условиях постоянно подвергаются интенсивной коррозии, что снижает пожарную и промышленную безопасность платформы в целом.

Добыча нефти в море связана с риском возникновения аварийных ситуаций. Крупнейшие природные и техногенные аварии последних лет выявили необходимость углубления исследований в области теории безопасности и катастроф, а также прикладных разработок по обеспечению промышленной и экологической безопасности. Так, авария на нефтедобывающей платформе в Мексиканском заливе в 2010 г. привела к большим материальным потерям. Усугубляют аварийные ситуации и климатические условия региона, когда ливни и наводнения могут препятствовать проведению спасательных операций.

В общей проблеме страхования и обеспечения надежности морских объектов СП «Вьетсовпетро» важное место занимают вопросы оценки степени риска эксплуатации таких уникальных в своем роде сооружений, какими являются морские стационарные платформы (МСП), представляющие собой сложный технологический комплекс бурового и эксплуатационного оборудования для бурения нефтегазовых скважин, сбора и подготовки к транспортировке продукции этих скважин, а также систем жизнеобеспечения.

В настоящее время нефтедобывающие платформы Вьетнама выработали свой нормативный срок эксплуатации. Поэтому происходит процесс их плановой замены. Для повышения стабильности работы вновь вводимых сооружений необходимы анализ факторов, снижающих безопасность их эксплуатации, и разработка мероприятий, повышающих безаварийность функционирования таких систем.

На сегодняшний день во Вьетнаме отсутствуют общепринятые стандарты по контролю за техническим состоянием и обслуживанием металлоконструкций, технологических трубопроводов и оборудования на морских объектах.

Поэтому управление промышленной безопасностью эксплуатируемых объектов морской нефтегазодобычи на основе оценки техногенных рисков является важным и актуальным направлением исследований.

Целью настоящей работы является совершенствование системы управления промышленной безопасностью эксплуатируемых морских гидротехнических сооружений (МГТС) шельфа юга Вьетнама путем оценки риска с разработкой перечня мероприятий по снижению опасностей и рисков до минимальных показателей.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать аварии и происшествия на морских объектах, проанализировать их причины;

2. Определить приемлемые критерии риска эксплуатируемых морских стационарных платформ на основе идентификации опасных производ-ственных объектов;

3. Провести количественный анализ рисков и оценить частоты утечек на морских нефтегазопромысловых сооружениях;

4. Разработать методы моделирования и оценки риска возможных аварий;

5. Предложить мероприятия по снижению риска аварий при эксплуатации морских гидротехнических сооружений.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались с применением современных методов статистического анализа, математического моделирования и методов теории вероятностей.

Научная новизна исследований заключается в разработке концептуального подхода и практических рекомендаций по совершен-ствованию механизма анализа и оценки рисков:

1. Проведен количественный анализ и определены приемлемые критерии риска эксплуатируемых опасных производственных объектов морских гидротехнических сооружений;

2. Предложена формула для расчета частоты утечек на оборудовании морских гидротехнических сооружений;

3. Разработаны методы моделирования и оценки риска возможных аварий на объектах морских гидротехнических сооружений.

Основные защищаемые положения

1. Результаты идентификации опасностей и критерии приемлемого риска.

2. Результаты количественного анализа риска и оценки частоты утечек на морских гидротехнических сооружениях.

3. Моделирование последствий пожара и взрыва углеводородных утечек.

Практическая ценность и реализация результатов работы

В результате выполненных исследований предложены мероприятия по снижению риска при эксплуатации технологических участков и оборудования.

Концептуальный подход к определению опасности и оценке риска эксплуатации технологических систем морских стационарных платформ, а также практические рекомендации по устранению причин аварий и их последствий используются в СП «Вьетсовпетро» как при проектировании и эксплуатации морских стационарных платформ, так и при работе со страховыми компаниями.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

• научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках VIII Российского энергетического форума (г. Уфа, октябрь 2008 г.);
• научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VIII Конгресса нефтегазопромыш-ленников России (г. Уфа, май 2009 г.);
• Девятой Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках IX Российского энергетического форума (г. Уфа, октябрь 2009 г.);
• научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», «Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа» в рамках XVIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии 2010» (г. Уфа, май 2010 г.);
• Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках X Юбилейного российского энергетического форума (г. Уфа, октябрь 2010 г.);
• Международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках Нефтегазового форума и XIX международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии 2011» (г. Уфа, май 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 2 в ведущем рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 128 наименований. Она содержит 148 страниц машинописного текста, 13 рисунков, 44 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, определены объект и предмет исследований, приведена информация о реализации результатов работы, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассматриваются морские гидротехнические сооружения в качестве объекта исследований.

Сложившийся около 50 лет тому назад морской нефтегазовый комплекс превратился в одну из ведущих отраслей мировой экономики и энергетики и обеспечивает сейчас до 30 % общей добычи нефтегазовых углеводородов. Экспансия нефтедобычи на континентальных шельфах, несомненно, будет продолжаться и в XXI веке.

В связи с этим возникает целый ряд проблем, решение которых не требует отлагательства. Особое внимание должно уделяться техногенному риску морских гидротехнических сооружений, т.к. это позволит прогнозировать возможные аварии на объектах МГТС и избежать взрывов, возгораний и разливов углеводородного сырья.

Риском необходимо заниматься, им нужно управлять. Общее, что объединяет риски в природе, техносфере, обществе и экономике, – это единый в своей основе научно-методический аппарат его анализа.

Ключевым этапом управления риском является анализ риска, т.е. исследование влияющих на риск факторов. На основе анализа риска обосновываются и реализуются меры по снижению риска, которые заключаются в целенаправленном воздействии на факторы риска.

При разработке и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений под риском как мерой опасности принято понимать сочетание вероятности неблагоприятного события и последствий этого события:

- образование на поверхности моря облака с высокой концентрацией природного газа;

- возникновение газожидкостного фонтана или газожидкостного пятна на поверхности моря с пониженной плотностью, через которое также выбрасывается облако природного газа;

- возможность возгорания и токсического воздействия при определенной концентрации метана на поверхности.

Управление промышленной безопасностью эксплуатации морских гидротехнических сооружений рассматривается на примере платформы
RP-3 месторождения «Дракон» СП «Вьетсовпетро».

Вторая глава посвящена идентификации опасностей и определению приемлемых критериев риска на примере RP-3 месторождения «Дракон».

Основными объектами обустройства месторождений нефти и газа шельфа Вьетнама являются морские стационарные платформы. Эксплуатация МСП в экстремальных природных условиях актуализирует проблемы надежности, которые связаны, в первую очередь, с обеспечением безопасности персонала и охраной окружающей среды. Поэтому в настоящее время остро стоит вопрос определения требований к проектным решениям, обеспечивающим безопасность морских стационарных платформ на уровне приемлемого риска.

Для морских платформ необходимо принимать эксплуатационные решения, которые должны обеспечить:

- герметичность производственного оборудования и трубопроводных систем;

- предотвращение образования и накопления взрыво-, пожароопасных концентраций горючих углеводородов на участках платформы;

- минимизацию возможностей возгорания горючих смесей;

- предотвращение распространения пожара.

Для решения этих задач должны быть идентифицированы опасности, являющиеся причиной риска, а также пути, по которым эти опасности могут реализовываться.

Дана предварительная оценка значений идентифицированных опасностей на основе результатов анализа последствий и изучения их основных причин.

При проведении идентификации опасностей предложено описание возможных сценариев развития аварий для каждого из рассматриваемых блоков сооружений и технологического процесса.

Основными целями идентификации опасностей являются:

- опознавание всех потенциальных опасностей, связанных с эксплу-атацией платформы;

- оценка всех опознанных опасностей и таким образом определение главных опасностей, подлежащих количественной оценке.

Идентификация опасностей выполнена на основе анализа текущего состояния, пересмотра собранных данных по RP-3 и путём проведения исследования опасности и связанных с ней проблем.

Для удобства при опознавании опасностей пожара и взрыва технологический процесс на RP-3 разделен на 8 частей.

Приводятся результаты выбора критериев приемлемого риска при эксплуатации морских гидротехнических сооружений.

К настоящему времени государственные критерии, связанные с риском для работающего персонала, отсутствуют. Приемлемые критерии риска разработаны на основании информации о нежелательных событиях в СП «Вьетсовпетро» и других международных данных.

Смертельный риск обычно выражается в виде количества смертельных случаев при аварии (FAR) и определяется как число смертей за 108 часов пребывания на рабочем месте. Часы пребывания на рабочем месте являются часами, отработанными на платформе.

или

,

где NS – несчастный случай со смертельным исходом;

Тm – число человекочасов в море;

TR – общее рабочее время в году.

RI определяется следующим образом:

,

где Nf – общее количество смертей за период;

Km – количество работников на платформе за период.

Для оценки риска стационарной платформы RP-3 месторождения «Дракон» рассчитано значение 7,410-4/год в качестве среднего критерия индивидуального риска.

Считается, что уровень риска 10-3/год является самым высоким приемлемым риском для операторов на морских платформах, например UK HSE, Shell, BP, JVPC. Это соответствует величине FAR, равной 11,4.

В настоящее время критерии приемлемого риска выражаются в форме ALARP (As Low As Reasonable Practical) «Столь низко, насколько это разумно и реально». Критерии риска ALARP могут быть представлены в виде треугольника (рисунок 1). Нижняя линия представляет приемлемый уровень риска, а верхняя линия – неприемлемый уровень риска. Соответственно области треугольника от узкой до широкой показывают уровень риска от низкого до высокого. Верхняя часть треугольника соответствует высокому риску, а нижняя часть низкому риску.

Рисунок 1 – Критерии приемлемого риска ALARP

Определено, что если риск находится ниже приемлемого уровня, то не требуется никакого дальнейшего улучшения за исключением выполнения операций в соответствии с принятой промышленной практикой. С другой стороны, если риск выше этого уровня, предлагается рассмотреть меры по уменьшению риска. Если риски находятся в неприемлемой области, то они не допустимы в любых случаях, кроме как при экстраординарных обстоятельствах, и мероприятия по уменьшению риска являются необходимыми. Таким образом, мероприятия по уменьшению риска должны быть осуществлены, чтобы уменьшить риск до приемлемого уровня, в противном случае необходимо остановить технологический процесс.

Определены несколько существенных характеристик безопасности установок, которые должны поддерживаться в случае аварии. В случае аварии функции безопасности должны сохраняться в течение достаточного времени, чтобы позволить людям эвакуироваться из опасной зоны и благополучно покинуть установку. Это наличие следующих функций безопасности:

- путей эвакуации;

- временных убежищ;

- спасательных плотов;

- цельности металлических конструкций опорных блоков платформы.

Под неприемлемыми значениями функций безопасности понимается, что они либо не способны достичь своей цели, либо не могут быть использованы в аварийных случаях в пределах требуемого периода времени действия функций безопасности после инициирования аварии. Требуется, чтобы критерии ухудшения и периоды времени были четко определены.

Ухудшение в течение 30 минут любой функции безопасности не должно превышать 1,010-3/год для каждого вида аварии.

В третьей главе диссертации приведены результаты количественного анализа рисков и анализа частоты утечек при эксплуатации морских гидротехнических сооружений.

Проведение анализа риска сводится к решению следующих задач: определению частоты нежелательных событий (аварий) на рассматриваемом опасном объекте, оценке последствий аварий и обобщению оценок риска.

В расчетах по определению основных показателей риска необходимо знать ожидаемую частоту аварий на нефтепромысловом оборудовании и подводных трубопроводах и вероятность реализации того или иного сценария аварии. Такие данные можно получить только посредством сбора данных по авариям на оборудовании, трубопроводах и их обработки.

Главные этапы количественной оценки риска следующие:

- сбор данных и информации;

- определение опасностей;

- частотная оценка;

- моделирование последствий;

- оценка риска;

- сравнение с приемлемыми критериями и выдача соответствующих рекомендаций.

Приведены результаты анализа частоты утечек для технологических участков и оборудования.

В главе описываются общие данные о частоте событий, на основании которых сделан выбор данных о частотах для платформы RP-3 месторождения «Дракон». Главные источники общих данных о частоте событий следующие:

- сводная таблица количественных данных оценки риска;

- база данных по утечкам углеводородов и возникновению пожара;

- база данных по HSE (здоровье, безопасность и охрана окружающей среды);

- основные данные по количественному анализу риска.

Из этих данных отобраны и применены для технологической системы частоты утечек. Частоты событий для стояков и выбросов продукции скважин также включены в данный анализ.

Частоты утечек для технологического оборудования определены в соответствии с API 581 следующим образом:

,

где частота общая;

коэффициент модификации оборудования;

коэффициент оценки системы управления.

Однако платформа RP-3 спроектирована не в полном соответствии со стандартами API, поэтому коэффициент модификации оборудования предложено удвоить.

Все размеры утечек в технологической системе разделены на три категории:

малая 0,2…2,0 кг/с;

средняя 2,0…10,0 кг/с;

большая > 10,0 кг/с.