基于API 17N的水下生产系统可靠性与技术风险管理

琚选择，姜瑛，尹汉军，周美珍

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

基于API 17N的水下生产系统可靠性与技术风险管理

琚选择，姜瑛，尹汉军，周美珍

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

采用水下生产系统进行深水油气田开发，在设计、制造、安装和操作的过程中，均存在着诸多不确定性的因素，很容易受到技术和投资上的影响，保证水下生产系统应用的可靠性，得到了国外各大石油公司的重视。2009年美国石油协会(API)，正式对外发布了关于水下生产系统可靠性与技术风险管理的推荐做法——API RP 17N。该标准是对国际上水下生产系统的可靠性与技术风险管理经验和研究成果的成功总结。该文对API RP 17N应用的目的和范围、适用的工程类型、设备类型及工程阶段以及与其它相关规范的关系进行了介绍，重点阐述了API RP 17N所执行的水下生产系统可靠性与技术风险管理技术。

水下生产系统；可靠性；技术风险

0 引言

海上油气资源的开发与生产包括了因可靠性而引起的各种风险，如果不能进行足够的管理，将会导致事故，甚至是难于控制的灾难[1]。对于深水油气开发中广泛应用的水下生产技术的所有环节，包括设计、建造、测试、安装和操作，只要其中一个环节的可靠性降低，都可能影响整个深水油气田开发的经济收益，因此，水下开发与生产设备的可靠性是对安全生产、可用性和维修性的成本控制因素之一。为此，美国石油协会吸收借鉴跨国石油公司在过去几十年内水下生产技术的可靠性和技术风险管理的经验以及Cranfield大学的研究成果[2]，编写了水下生产系统可靠性与技术风险管理的推荐做法API RP 17N[3]。该文将对API RP 17N的应用范围、与相关标准的关系和技术原理进行介绍分析。

1 API RP 17N的应用范围与应用目的

API RP 17N的经验推荐目的是为操作者、承包商、供应商、水下项目管理者、执行者提供在水下工程项目中，可靠性技术的应用指南，因此它可以应用于：

(1) 标准和非标准的设备；

(2) 项目的所有阶段，从可行性研究到投产操作阶段。

通过在项目中对API RP 17N经验的应用，可以对以下四个方面获得更好的理解：

(1) 水下生产系统的未来性能的保障性方面；

(2) 可靠性要求与操作维修的对比；

(3) 有效地管理来自新技术应用或者标准设备新应用的风险；

(4) 在工程进度安排方面，有足够的时间提交所有的技术风险。

2 API RP 17N 应用的工程类型、设备类型及工程阶段

2.1 API RP 17N的应用工程类型

API RP 17N是针对整个水下生产技术，可以应用于该领域的所有工程项目涉及的工作范围，具体包括以下四种类型的工程：

(1) 重复性的油田开发项目，应用的是已经油田证明或全部是得到资质认证的硬件设备；

(2) 水下生产系统的新技术开发项目；

(3) 虽然有些油田开发项目采用了已有技术，但在该油气田开发中，技术操作条件已经超出了原有技术的应用范围；

(4) 涉及新技术的油气田开发项目。

API RP 17N的原理是根据水下生产技术风险的等级和源头，优先考虑项目中的可靠性与技术风险管理。对于涉及高技术风险的项目/设备推荐开展更加详细的可靠性分析工作。而对于低技术风险的项目/设备(如工程项目中应用的技术与设备都是得到了油气田应用的证明和认证)，只对在技术和管理上超出了已有成功经验的工作范围进行可靠性分析。

2.2 API RP 17N 应用的水下设备类型

API RP 17N可以应用于所有的水下设备，包括以下四种类型：

(1) 水下设备和硬件

主要是API RP 17A[4]中所定义的从井下到水上接口的所有设备与硬件设施，一般包括：井下和完井设备、井口系统设备、水上接口、水下生产控制系统、油气田内部管线和海底管道。

(2) 安装设施和工具

与安装设施、设备、工具和程序相关的风险应包括确保对于永久被安装于水下的设备在建造程序上不影响可靠性。

(3) 系统接口

硬件设施形成的风险应被考虑，尤其是在项目组中有不同的供应商和不同的管理组织实施的项目之间的接口。

(4) 水下干涉与维修

修井与干涉的方法和工具应包含在水下系统的评估中，因为修井与干涉的方法和工具对水下生产系统的维修性和可用性有直接的影响。

2.3 API RP 17N的工程应用阶段

API RP 17N可涉及水下生产技术工程项目的所有时期，从可行性研究到设计直至最终的操作，根据该规范项目将分为以下五个阶段：

(1) 可行性研究阶段；

(2) 概念设计阶段；

(3) 前端设计阶段；

(4) 详细设计与制造阶段；

(5) 系统集成测试、安装、调试和操作阶段。

3 API RP17N与其它标准的关系

3.1 ISO 20815

ISO 20815[5]是石油、石化及天然气工业的生产保障和可靠性管理的指导性规范，它要求的是生产保障程序(PAP)，围绕定义、计划和更新可靠性与可维修性活动，在项目操作的全寿命周期内执行。

API RP 17N 被指定为在水下生产工程项目中如何执行ISO 20815的指南。也就是说在水下工程项目满足API RP 17N的同时也必须满足ISO 20815，但是ISO 20815定义的更为底层的细节在API RP 17N中被省略。

ISO 20815定义了生产保障程序(PAP)的6个关键方面，这6个方面在API RP 17N中也被用于可靠性和技术风险管理程序的基础。

3.2 API Q1(ISO/TS 29001)

API Q1(ISO/TS 29001)[6]是水下油气工业在产品和服务方面质量实现的一个通用标准。API RP 17N在编写时考虑了与API Q1要求的一致性。

当被要求的质量没有被提出，在设计中可靠性将不被意识到，可见可靠性的实现要求注意在设计和制造方面的质量，然而，高质量并不能提高一个不可靠设计的内在可靠性。因此，API RP 17N包含了稳定性管理方面的优秀经验(如目标与要求的设定、系统RAM分析的执行、可靠性试验等)，而不是一般性地包含了传统的质量保障和质量控制程序。

3.3 DNV RP A 203和API RP 17Q

DNV RP A203[7]和API RP 17Q[8]推荐的是技术风险识别，特别是设备时效模式被用于作为确定设备质量状态的基础。这类似于API RP 17N中基于“技术准备水平(TRL)”概念的新技术可靠性分类方法。

图1 定义、计划、执行、反馈循环

用于水下工程项目中的新技术认证是一个与可靠性紧密相连的话题，并作为一个关键的流程被验证。

图2 项目全寿命循环

4 API RP 17N可靠性与技术风险管理的原理

4.1 API RP 17N的底层结构

API RP 17N的可靠性管理流程的底层原理是基于标准ISO 20815的十二个关键可靠性流程。然而API RP 17N的关注点是工程的执行，从更为实用的角度描述了各种综合了可靠性与技术风险管理的活动。这些活动已经被编排成一个四步骤的基本循环(如图1所示)，该循环可以应用于工程的每个阶段和每一个具体的可靠性分析工作(如图2所示)。

随着项目的进展，在不同的阶段可靠性和技术风险管理所关注的重点也不尽相同，对于图1所确定的定义、计划、执行和反馈循环，API RP 17N建议在不同的项目阶段分别应用表1的方法。

表1 水下项目执行的不同阶段可靠性分析方法

4.2 可靠性关键流程

由于风险的特点是普遍性和多样性，建立整体的风险管理范围是非常困难的。API RP 17N同ISO 20815以及BP公司[6]内部可靠性与技术风险管理文件在策略上是一致的，鼓励项目管理人员和工程师在思考项目问题时根据十二个关键可靠性流程进行分析。API RP 17N中给出的十二个关键可靠性流程如下，它的名称与ISO 20815稍微有一些不同，这是因为ISO 20815基于的是“生产保障”而不是API RP 17N所倡导的“可用性”。

(1) 可用性要求和目标的定义——KP-1；

(2) 对可用性的组织和计划——KP-2；

(3) 对可用性的设计和制造——KP-3；

(4) 可靠性保障——KP-4；

(5) 风险与可用性分析——KP-5；

(6) 可靠性质量与测试——KP-6；

(7) 校核与验证——KP-7；

(8) 项目风险管理——KP-8；

(9) 性能追踪与数据管理——KP-9；

(10) 供货链管理——KP-10；

(11) 变更管理——KP-11；

(12) 组织学习——KP-12。

十二个可靠性关键流程与定义、计划、执行和反馈循环的相互作用如图3所示。

图3 可靠性关键流程与定义、计划、执行和反馈循环的相互作用

一个给定的项目首先应对其进行风险水平的归类，不同的项目可靠性和技术风险管理的工作量也不相同，所涉及的关键可靠性流程也不相同，表2是API RP 17N中给出的一个总体性的指导。

表2 不同的项目风险水平与执行阶段需要考虑的关键可靠性流程

5 结论

(1)介绍了API RP17N的应用范围与目的，应用的工程类型、设备类型及工程阶段；

(2)API RP 17N 是基于ISO 20815编制的, 可以说它是在水下开发项目中如何执行规范ISO 20815的指南，同时API RP 17N还考虑了与API Q1的一致性；

(3)API RP 17N的可靠性与技术风险管理的底层结构是基于定义、计划、执行和反馈的循环，在执行策略上推荐依据十二个关键可靠性流程进行分析；

(4)API RP 17N对不同的项目风险水平与执行阶段需要考虑的关键可靠性流程做出了定性定义。

[1] Bai Yong，Bai Qiang. Subsea Engineering Handbook [M]. Amsterdam: ELSEVIER, 2010, 238-242.

[2] Duell C，Fleming R，Strutt J. Implementing Deepwater Subsea Reliability Strategy [C] .OTC 12898, 30 April-3 May 2001.

[3] API RECOMMENDED PRACTICE 17N.Recommended Practice for Subsea Production System Reliability and Technical Risk Management [S].2009.

[4] API RECOMMENDED PRACTICE 17A, Design and Operation of Subsea Production Systems-General Requirements and Recommendations [S].2006.

[5] ISO 20815. Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries-Production Assurance And Reliability Management [S].2008.

[6] ANSI/API SPECIFICATION Q1, Specification for Quality Programs for the Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industry [S].2010.

[7] API Recommended Practice 17Q. Subsea Equipment Qualification [S].2010.

[8] DNV-RP-A203. Qualification Procedures for New Technology [S].2001.

Subsea Production System Reliability & Technical RiskManagement Based on API 17N

JU Xuan-ze, JIANG Ying, YIN Han-jun, ZHOU Mei-zhen

(Offshore Oil Engineering Co, Ltd., Tianjin 300451， China)

As we know, there are many uncertainty factors in subsea production system used in deepwater oil and gas field development, from basic design, engineering, manufacture, installation to operation, which are easily influenced by technology and investment. To ensure the reliability of subsea production system, major oil companies have been focused on it and recognize in the oil & gas industry. The American Petroleum Institute Recommended Practice 17N had been formally issued in March, 2009, in order to support the subsea industry in its implementation of reliability management systems for subsea projects. In this paper, the aims, scope, project types, equipment types, and project stages related to the application of API RP 17N will be introduced, meanwhile, the relationship between API RP 17N and other relevant standards such as ISO 20815, API Q1, DNV RP A203, etc, also will be described. In the rest of this paper, principles of subsea production system reliability & technical risk management based on the API RP 17N treated as a key topic will be mainly expounded.

subsea production system； reliability； technical risk

2013-07-15

工业信息化部海洋工程装备科研项目(NO.E-0813C003)：水下生产系统设计及关键设备研发。

琚选择(1979-)，男，工程师。

1001-4500(2014)03-0035-05

TE54

B