指数模型法在海洋石油设施风险评估中的应用

朱可尚

(中国石化集团有限公司安全监管部，北京 100728)

0 前言

海洋石油勘探开发受海洋环境和空间限制，安全管理和应急救援难度大，一旦发生事故，人员和财产损失会远高于陆地油田，如2010年美国墨西哥湾发生的“深水地平线”钻井平台爆炸着火事故，不仅对当地渔业、旅游业造成灾难性损失，而且对海洋生态造成严重的影响。

胜利油田浅海区域海洋石油开发设施处于渤海湾浅海区域和黄河入海口，水深一般在0～15 m，经近30年的勘探开发，现已建成油水井871口、采油平台120座、钻修井平台20座、海底管线162条，海上原油年产量近350×104t，成为我国浅海区域最大的油田，是油气增储扩能主阵地之一。为了全面掌握整体性风险，2020年至2021年开展了海洋石油生产整体风险评估工作，主要是采用指数模型法，结合采油平台、海底管道和修钻井平台状况建立指数模型，通过失效可能性指数、失效后果指数、风险指数综合分析，得到海上设施整体风险，并进一步利用专业软件计算工具，对典型案例进行强度、稳定性分析。

1 指数模型法简介

1.1 评估流程和依据

风险评估的定性、半定量、定量方法各有优劣[1]，围绕本次评估目标，充分考虑点多、量大、基础数据不够完善的实际情况，选择了半定量的指数模型法进行评估。指数模型法评估程序的步骤见图1。

图1 指数模型法评估工作流程

评估工作所依据的资料包括：设施年度检验报告、延寿检测及评估报告、生产数据资料、设备管理台账、隐患治理台账、维修改造台账、专业设备检验检测报告、设计图纸、压力容器统计台账、壁厚检测台账、历年采油平台事故报告等。开展事故、隐患治理情况调查，梳理现有制度及执行情况，通过现场调查、访谈、勘查，了解设施现状。

1.2 指数模型构建

根据海底管道、平台等设施的实际情况，结合有关法规、标准构建风险评估指数模型[2]，其中：风险值=(100-可能性指数)×失效后果指数；可能性指数包括一级指数6项，二级指数32项，三级指数及打分细则72项；后果指数包括一级指数3项，二级指数及赋分细则7项。构建了采油平台结构倒塌、火灾爆炸风险指数模型，海底管道泄漏风险指数模型，钻修井平台结构倒塌、井喷、火灾爆炸风险指数模型等6类模型。

a) 平台火灾爆炸风险评估模型。可能性指数主要考虑油气工艺系统设计符合性、管理有效性、系统自身完整性、保护层等。后果指数考虑介质危险性、财产损失、人员伤害、所处区域环境等。

b) 平台倒塌风险评估模型。可能性指数考虑水深变化和冲刷、附着海生物、设计冰厚及抗压强度、并考虑磨蚀区范围内是否有水平构件、甲板高程差、裂纹检出等。后果指数考虑介质危险性、财产损失、人员伤害、所处区域环境等[3]。

c) 钻修井平台倾覆风险模型。可能性指数主要考虑总体系统、结构系统、机械系统、电讯系统、安全设施5个指标。后果指数考虑人员伤害、财产损失和声誉影响等。

d) 钻修井平台井喷风险模型。可能性指数主要考虑总体系统、机械系统、钻修井系统、井控系统、电讯系统、安全设施6个指标。后果指数考虑人员伤害、财产损失和声誉影响等。

e) 钻修井平台火灾爆炸风险模型。可能性指数主要考虑总体系统、结构系统、机械系统、钻修井系统、电讯系统、安全设施6个指标。后果指数考虑人员伤害、财产损失和声誉影响等。

f) 海底管道泄漏指数模型[4]。包括一级指数：第三方破坏、腐蚀、设计、结构、自然环境、误操作6项；二级指数：覆盖厚度、大气腐蚀、疲劳、悬跨、海床稳定性等33项；三级指数：埋深、介质腐蚀性、海底地形、维护制度等55项。后果指数考虑输送介质危害性、泄漏量、影响对象等。

2 典型案例

以某海底管道为例，说明指数模型法的应用过程。

目前国内参考国际石油行业作法[5]，制定了SY/T6891.1—2012《油气管道风险评价方法》第1部分：半定量评价法和GB/T27512—2011《埋地钢质管道风险评估方法》。SY/T6891.1—2012是一种指数模型法，由中石油、中石化管道公司制定，规定了油气管道风险评价方法中半定量法的评价原则、指标体系和评价流程，但仅适用陆上在役油气管道的风险评价工作。GB/T27512—2011是一种适用于工程实际的半定量风险评估方法，从事故可能性和后果两个方面综合评估埋地钢质管道在使用工况和环境下的风险程度，此标准适用于输送原油、成品油、天然气介质的长输管道、集输管道等。综上所述，海底管道风险评价在国内没有相应的标准，因此利用风险评估的基本方法和原则，结合生产实际和有关法规构建“海底管道泄漏指数模型”(图2)进行评估[6]。

图2 海底管道指数模型框架

2.1 基本情况

该海底油气管道总长度9.48 km，分为3段：①平台立管及周边500 m；②海底部分7 000 m；③离登陆点500 m至登陆点。穿越海域长度7 887 m，路由区域水深2.4～12.2 m，整体地形平缓局部凸凹，土壤为黄河沉积物快速堆积形成，地震设防烈度8度，主要危险介质为含水原油。管道为双壁管，铺管方式为拖管法，已运行9年，设计输送最高压力5.0 MPa，实际0.8～1.4 MPa，混输液流量:9 600 m3/d，含水率:50%～64%，内管径×壁厚:457 mm×14.3 mm，外管径×壁厚:559 mm×12.7 mm。检测情况：①2011年12月投产时内管检测；②2012年投产时试压；③2017年复勘。

2.2 指数赋值

海底管道泄漏可能性因素指数：简称可能性指数。按照失效类型及原因，一级指数分为6类，该管道的赋值情况如下。

a) 因覆盖厚度不足，水运交通频繁，第1、3管段距离海岸较近，第3管段靠近码头，第2管段存在抛锚区，第三方破坏导致失效可能性分值(满分35)为7.1。

b) 因海床土壤类型松散、处于强冲刷区域，悬空管道涡激振动易引发疲劳破坏，且海流及波浪影响较大、冬季受海冰影响、夏季受风暴潮影响，自然环境因素导致失效可能性分值(满分15)为9.0。

c) 因第1、3管段(立管)长期暴露在潮湿的海洋气候环境，大气腐蚀较严重，超过设计使用年限，且根据历史检测记录发现阴极保护效果较差导致局部腐蚀，腐蚀导致失效可能性分值(满分30)为15。

d) 因近5年未作内检测，管道内部风险未知，设计原因导致失效可能性分值(满分10)为3.0，管道结构导致失效可能性分值(满分5)为1.3。

e) 因人员操作过程中机械失误防护措施不完善等问题，导致误操作失效可能性分值(满分5)为0.8。

海底管道泄漏失效后果影响因素指数简称为后果指数。介质危险性指数、介质泄漏量指数、受体影响指数(环境影响+财务影响+人身安全运行)以及泄漏检测修正指数、应急响应修正指数，这5个指数之积为失效后果指数。后果指数越小，风险越低。该管道输送介质危险性较大、管线3 km范围内有自然保护区，泄漏后对周边人口、环境、高价值区影响较大，因此3个管段的泄漏失效后果影响因素指数最终计算结果分别为：432，345.6，432。

运用指数模型法计算管道最终风险值。管线失效可能性分值分别为：7.1+9.0+15+3.0+1.3+0.8=36.2，失效后果指数取3个管段的最大值为：432。最终评价出风险相对值为：(100-36.2)×432=27 561.6，处于较大风险区。

2.3 措施建议

a) 针对强冲刷区域海管，每年开展水下外检测、立管探摸调查、路由复测，及时对裸露悬空管道进行治理。

b) 针对立管外腐蚀，每年开展输送介质成分检测和立管壁厚等无损检测。

c) 针对第三方活动破坏，增加工艺自动化监控、视频监控、泄漏监测等实时监控系统，加强平台和登陆点海管立管巡检和对周围海域瞭望。

d) 对管道内部开展通球内检测，进行完整性评估，增加泄漏监控系统与紧急切断阀连锁。

3 风险评估整体情况

运用指数模型法对20座钻修井平台、120座采油平台和162条海底管道进行评估，整体评估认为海洋石油设施基本满足常规条件下安全管控要求，总体风险可控。

3.1 整体风险情况

a) 采油平台风险。主要风险为平台结构倒塌和火灾爆炸。利用指数模型，对120座采油平台进行评估赋值，13座为一般风险，107座为低风险，整体风险可控。其中水深增大、服役寿命长、主结构疲劳、抗冰能力不足等是造成风险等级升高的主要因素。

b) 海底管道风险。主要风险为海底管道泄漏风险。利用海底管道泄漏指数模型，对162条管道进行赋值，评估出较大风险9条、一般风险35条、低风险118条。其中管道腐蚀、悬跨、管龄、埋深、第三方活动影响(如施工、外来船舶、第三方破坏等)是风险等级升高的主要因素。

c) 钻修井平台风险。主要风险为倾覆、井喷和火灾爆炸风险。利用倾覆、井喷和火灾爆炸指数模型，对20座平台进行赋值，评估出一般风险10座、低风险10座。其中平台役龄长，钻井及井控系统局部老化，地质环境复杂是造成风险等级升高的主要因素。

d) 海洋地质环境。通过收集胜利油田海上建设以来的实测海洋环境数据，分析海洋环境的要素特征、衍变规律及对安全生产的影响，提出应对海洋环境条件变化的建议。

3.2 建议措施

a) 海上采油平台。加快超设计使用年限平台的延寿评估改造，对抗冰能力不足的CB11F等3座平台进行加固治理，对水深增加的平台开展定期检测和结构应力(应变)、倾斜监测。加快中心三号段塞流捕集器建设，开展增加事故罐的可行性论证项目的立项工作。编制《海冰环境条件与荷载技术规范》，建立关键设备、设施的强制更换机制。

b) 海底管道。对海底输油(气)管道每5年开展一次全面内检，检测费用纳入年度预算。建立海底管道裸露、悬空的“随产随治”动态治理机制。

c) 钻修井平台。对胜利九号等4座平台进行升级改造，建立老龄平台的强制退出制度。对新老井位平台插桩情况开展地质调查分析，解决插桩不到位的问题。新建或租用防砂、酸化压裂专用船舶。

d) 海洋环境。在埕岛油田7～8 m水深处和新北油田各新建1座水文监测站。修订《海上油田勘探开发海洋环境》设计标准。

4 结语

通过分析海洋石油设施安全影响因素，构建了科学的指数模型法，系统分析了平台、管道等设施的风险等级和分布情况，针对存在问题提出科学合理的建议，为海洋石油安全管理提供了理论支持和方法依据。指数模型构建过程中，广泛征求专家意见，评估结论与企业上报的风险清单及台账符合性较好，能够反映企业安全生产真实情况。

海洋石油生产企业设施数量多、类型全、管理难度大，将其分解为生产平台、海底管线、钻修井平台、海洋地质等专业领域分别建立评估模型，破解了海洋石油整体风险评估的难题，对保证海洋石油增储扩能具有积极的指导意义。