石油天然气生产安全技术和管理新论

马士龙，邹浪，于严龙(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000)

0 引言

现代管理理论及科学技术的发展，在一定程度上提高了石油天然气生产的效率和安全程度，但是依然不能实现对生产安全隐患及质量问题的全部规避。这是因为石油天然气生产应用到的工艺和设备相对较多，不可避免地会增加安全问题的发生概率，严重情况下便会导致安全事故。可见石油天然气企业需要重视石油天然气生产过程中的安全问题，通过先进的生产安全管理理论和技术做到生产安全管理工作，减少安全事故，避免对工作人员及生产设备造成威胁。

1 石油天然气生产特征

1.1 城市发展与生产安全存在矛盾

城市发展需要注重效率和质量，这与石油天然气安全生产存在一定矛盾。具体来讲，随着城市化进程的日渐加快，石油天然气生产现场周边人口密集度在不断提高，生产环境日渐复杂，容易导致生产现场被生产经营单位或公共设施包围、新建工程与生产现场距离较近、生产现场安全间距被侵占等问题，这些都会对石油天然气安全生产造成威胁。石油天然气生产现场被占压形式较多，例如：农业设施、工业设施、矿业设施等，这会进一步侵占生产现场安全间距，并且清理难度较大，不利于石油天然气生产作业安全顺利进行。在建筑工程施工建设中，石油天然气生产项目通常与其他项目交叉或共同进行，如果其他项目建设单位未能保持对石油天然气生产安全的足够重视，可能导致碾压、碰撞、挖掘等第三方生产威胁[1]。

1.2 自动化生产安全管理差异较大

自动化管理对石油天然气生产安全十分重要，但是现阶段石油天然气企业的自动化管理水平差异较大，无法通过先进自动化管理技术全面确保石油天然气生产安全。大型国有企业的自动化管理水平普遍较高，管理设备比较完善，管理规范比较健全，能够实现对石油天然气生产的全过程管理；但是小型企业往往没有资金和条件引进先进自动化管理系统和设备。并且，随着运行时间的增加及管理规范的更新，任何企业都需要对自动化管理体系做出完善，对不符合安全规范的项目及设备进行改造，真正实现对石油天然气生产作业的自动化管理，从而确保生产作业安全程度及管理效果。

2 石油天然气生产安全管理理论分析

2.1 强化石油天然气生产安全管理理念

尽管发达国家石油天然气企业已经形成了较为先进的石油天然气生产安全管理理念，但是由于各个企业之间的运营发展水平不同，国外的安全管理理念尚未在我国石油天然气生产中发挥应有作用，可见石油天然气企业依然需要强化对石油天然气生产安全管理理念的实践应用。

石油天然气企业需要积极引进与我国石油天然气生产安全管理需求、行业进步发展要求相符合的生产安全管理理念和思想，并且结合企业实际情况确定引进和应用程度。考虑到新型生产安全管理理念与传统石油天然气生产管理方式存在一定差异，石油天然气企业需要循序渐进地推广和应用新理念和新思想，切不可操之过急。

为了推动新型生产安全管理理念在石油天然气生产管理中的应用，石油天然气企业可以强化安全文化建设，将新理念和新思想融入到企业文化建设活动中，使得工作人员可以在活动过程中提高对安全生产的重视程度，并且在日常工作中自觉践行安全理念、遵守安全准则。

2.2 构建石油天然气生产安全管理体系

石油天然气企业可以构建石油天然气生产HSE管理体系，此管理体系应用的是健康、安全、环保理念，符合石油天然气生产安全需求，不但可以合理规避安全隐患，还能够有效解决生产过程中出现的空气污染、环境污染问题，在先进管理体系及管理文件约束下能够进行全员范围的生产安全管理工作。具体来说，负责人需要按照二书一表的形式实时记录HSE管理体系相关文件，并且通过领导承诺方式来带动工作人员参与管理工作，切实提高石油天然气生产安全管理水平。石油天然气企业需要设置专门的管理人员，负责对石油天然气生产现场进行安全管理，一旦发现生产安全问题，便需要监督涉事部门和员工进行及时整改，确保一应生产操作都能够达到安全指标。

2.3 优化石油天然气生产和存储环境

为了合理规避石油天然气生产安全隐患，石油天然气企业需要优化石油天然气生产和存储环境，提升石油天然气生产和储存安全系数。现阶段，低压粘补技术、注射剂密封技术等立体堵漏技术的广泛应用，在一定程度上降低了石油天然气泄漏问题的发生概率，因为这些技术能够显著提高石油天然气运输管道和储存空间的密封性能，并且具有操作成本低廉等应用优势，能够避免石油天然气流失及泄漏导致的安全隐患和资源浪费问题。此外，石油天然气企业可以在石油天然气生产和储存现场应用安全检查技术及智能检测设备，检测密封环境中各项游离物质的浓度和密度。例如，电感耦合等离子质谱仪可以检测空气中的游离物质，当检测浓度和密度等数值达到警戒值后，便会自动开展报警系统并且显示具体数值，提示工作人员进行处理。

2.4 提高石油天然气生产人员专业水平

现阶段，被应用于石油天然气生产中的技术和设备越来越多，尽管提高了生产质量和效率，但是也增加了生产安全隐患，为此，石油天然气企业需要提高石油天然气生产人员专业水平。石油天然气企业需要提高工作人员对石油天然气生产设备操作方式及技巧掌握的熟练程度，全面了解各项设备的运行原理及实际功能，明确各项设备的维修及养护措施，从而丰富工作人员的从业经验和设备操作经验，确保工作人员能够及时分析各项安全事故的发生原因，并且自觉采取相应解决措施，不断强化工作能力。石油天然气企业需要鼓励工作人员积极考取各项从业证书，并且组织工作人员参加安全培训，为培训成绩合格的工作人员颁发合格证书，要求工作人员实现持证上岗。

2.5 强化石油天然气生产风险评估管理

石油天然气生产属于特殊性较强的作业，需要通过一定生产风险评估才能够明确风险等级，从而采取针对性生产风险防范策略及生产安全管理策略，实现对各级安全事故的合理规避，可见石油天然气企业需要强化石油天然气生产风险评估管理[2]。

石油天然气企业需要建立风险评估机制，形成对不同类型安全隐患的准确分级，实现对各个风险点的准确控制，确定可以将各项生产安全隐患全部排除，在此基础上开展的石油天然气生产工作自然能够得到较大安全保障。石油天然气企业需要做好对石油天然气生产安全隐患的排查工作，并且及时记录排查数据，对已经通过风险防范措施和安全管理措施规避的安全隐患，同样需要做好数据纪录。石油天然气企业需要明确安全风险源，针对风险源制定相应的安全管理方案和紧急预案，并且就紧急预案进行定期演练，确保每位工作人员都能够掌握不同类型安全事故的处理方式，这样在发生安全事故后才能够第一时间启动紧急预案，尽量将安全事故的不良影响及各项损失降到最低。

3 石油天然气生产安全技术应用分析

3.1 采取石油天然气管道维修技术

为了确保石油天然气管道运行及生产安全，石油天然气企业可以采取石油天然气管道维修技术，具体包括如下7种：

（1）更换管道。能够一次性解决全部石油天然气管道问题；但是维修成本较高，并且维修期间需要停止管道运行，会对石油天然气生产作业造成一定影响。

（2）焊接盖帽。在石油天然气管道缺陷位置处焊接盖帽，等同于在管道处增加了1个支管连接。

（3）堆焊或补焊。属于一种比较简单的石油天然气管道维修方式，维修效率较高，适合应用在面积较小的单一缺陷维修；但是焊接作业存在一定安全风险，例如：管壁氢脆、爆裂、烧穿、裂纹等，因此极为重视石油天然气生产安全的欧美国家禁止应用此方式。

（4）带压开孔。在石油天然气管道处连接一旁通管道，使得管道内的介质可以从一旁通管道通过，随后再更换缺陷位置的管道，可以配合第1种维修技术共同应用。

（5）复合材料修复。在石油天然气管道缺陷位置处涂抹复合修复材料，材料与强力胶可以共同形成复合维修层，从而承担管道的部分应力，使得缺陷位置管道承载应力处于安全范围，从而保障管道安全运行。修复工艺流程大致为：清洗管道、清除污垢、处理管道表面、设置保护层、固化处理、性能检测。

（6）环氧套简。在石油天然气管道缺陷位置处覆盖两个连接在一起的、管径超过维修管道的钢壳，令环氧套筒完全覆盖在缺陷管道表面，将两端密封，并且向其中注入环氧树脂，令环氧树脂填满环氧套筒与维修管道的缝隙，适合应用在缺陷位置较长、存在大面积腐蚀问题的管道维修中。

（7）夹具修补。通过机械夹具恢复石油天然气管道原本功能和性能，由于不需要在管道上直接进行焊接，可以避免堆焊或补焊作业安全风险；但是管道维修成本较高，维修工艺技术水平较高，对于维修人员的专业能力要求较高。

3.2 构建石油天然气生产监控系统

石油天然气企业可以构建石油天然气生产监控系统，从而实现对石油天然气生产作业的全过程、动态化监督管理，及时发现和解决安全隐患及质量问题。

石油天然气企业可以构建如图1所示的石油天然气生产监控系统，实现对石油天然气开采油田的智能监控及管理。在图1石油天然气生产监控系统中，每个油田设有若干个采油区及油井，在每个油井位置处都布置了1个监控终端，其中的油井参数采集模块负责对油井设备运行参数(井口位置、运行压力、运行温度、抽油机电机电流和电压、抽油机光杆位移和载荷等)、环境信息、模拟信号进行实时采集，并且对其进行数字化处理，以便能够进行远程传输；具备串行输入数字接口，可以接受数字信号；具备数据存储空间，可以储存24 h之内的数据。控制模块负责向油田远程监控中心发送采集到的数据，执行远程监控中心发出的命令；通过模拟量、开关量输出实现对各个模块工作的协调处理及控制管理，同时开启、关停抽油机电机。无线收发模块负责接收远程监控中心发出的命令，通过4G网络、WiFi实现监控终端与远程监控中心的远程无线通信；自动注册参数采集模块，并且显示注册信息，便于远程监控中心发现参数采集模块。

油田远程监控中心负责接收、选择性显示、储存、分析、处理、编辑、检索、查询监控终端采集到的数据，结合数据绘制抽油机电机运行图、温度曲线，如果发现数据存在异常，表示油井设备运行参数及运行环境存在异常，便向监控终端发出命令，并且在监控中心界面上发出报警信息；通过逻辑通信链路远程调整监控终端运行参数，与参数采集模块功能相对应；接受监控终端自动注册请求。

在每个油井位置还布置了1个无线路由器，这样油田范围内便能够形成无线覆盖网络，使得每个油井的监控终端都能够自动接入，并且连接监控终端与油田远程监控中心。

3.3 通过气体检测方法检测气体浓度

石油天然气开采及生产过程中会出现各种类型的气体，其中不乏有害有毒气体，气体检测方法则能够检测各种气体的浓度，从而确保石油天然气生产安全。按照传感机理，可以将气体检测方法划分为光学检测法、非光学检测法两种。

3.3.1 光学检测法

渐逝场型光纤气体传感器检测法，渐逝场区域在吸收部分检测气体时，其中的全反射光会出现衰减，通过全反射光衰减程度便能够获取检测气体相关信息。渐逝场能量与总能量的比例决定了渐逝场型光纤气体传感器的检测灵敏度，即比例越高，检测灵敏度越高。此外，检测气体会与裸露芯纤相互作用，如果检测气体与裸露芯纤折射率差异较大，渐逝场区域在实际检测中只能够吸收一部分能量，也就无法获得较高的检测灵敏度。为了解决上述问题，可以在裸露芯纤表面添加多孔物质(多孔硅、氟化碳等)，多孔物质能够引导渐逝场区域吸收更多能量，从而提高检测灵敏度。此检测法传感距离较长，适合应用在远距离、分布式石油天然气生产场所气体检测中。

染料指示剂型光纤气体传感器检测法，检测气体会与传感器燃料发生化学反应，从而产生光学性质变化，通过光学性质变化便能够获取检测气体相关信息。例如，在pH值型传感器检测过程中，石蕊或酚红指示剂会与检测气体发生化学反应，从而产生颜色变化，通过颜色变化便可以获取检测气体相关信息。此检测法检测成本较低，但是不能作为确定检测气体浓度的唯一标准。

折射率变化型光纤气体传感器，检测气体会与传感器某些材料发生化学反应，这些材料对检测气体的敏感度往往较高，能够产生材料体积变化、折射率变化、光纤波导参数(双折射、损耗等)变化，通过光纤波导参数变化便能够获取检测气体相关信息。此检测法检测成本较低且操作简单。

光纤荧光型气体传感器，检测气体会与荧光辐射物质发生相互作用，从而产生寿命或强度变化，通过这一变化便能够获取检测气体相关信息。荧光物质在吸收到一定波长的光照之后，其荧光寿命便会缩短、强度便会降低，应用频率较高的是荧光强度，因为荧光寿命变化检测难度较高。

3.3.2 非光学检测法

电化学类传感器检测法，通过电解液、常用电极检测气体，检测气体会与电解液发生化学反应，从而产生化学电位差(电信号)，化学电位差与检测气体浓度成正比，通过化学电位差便能够获取检测气体相关信息。电解液分为电流型电解液、电位型电解液，电流型电解液通过毛细孔扩散、簿层透气膜等限流措施，获得理想的传质条件，产生低于检测气体浓度的极限扩散电流，从而获取检测气体相关信息；电位型电解液通过电极电势与检测气体浓度关系获取检测气体相关信息。

气相色谱检测法，通过检测气体经过色谱柱时的速度获取检测气体相关信息，因为不同气体的物理性质和化学性质不同，会在流动相、固体相中产生不同的溶解度(分配系数)，在两相进行相对运动时，气体会跟着两相做出移动，并且在两相中实现多次反复分配，从而将存在细微差异的气体分离开来。

高分子气敏敏感材料检测法，检测气体会与高分子气敏材料发生化学反应，从而产生物理特性变化(电阻、介电常数、声波传播频率等)，通过物理特性变化便能够获取检测气体相关信息。

4 结语

综上，考虑到城市发展与石油天然气生产安全存在矛盾、自动化生产安全管理差异较大，为了确保石油天然气生产作业的安全程度，石油天然气企业可以采取强化石油天然气生产安全管理理念、构建石油天然气生产安全管理体系等生产安全管理理论，以及构建石油天然气生产监控系统、通过气体检测方法检测气体浓度等生产安全技术。通过上述管理理论及安全技术，石油天然气生产安全问题可以得到全面解决，有利于推动石油天然气行业稳定健康发展。