海底油氣管道穩定性風險評估技術研究

周子鵬，孫國民，何 寧

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

海底油氣管道穩定性風險評估技術研究

周子鵬，孫國民，何 寧

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

為了保證海底油氣管道安全運營，實現海底油氣田安全生產和可持續發展，需要對海底油氣管道進行風險評估。根據國外標準規范和工程經驗，闡述了評估海底油氣管道穩定性風險的技術思路，就危險辨識、后果評估、頻率分析和風險矩陣等4個因素探討了管道風險的評估方法，重點研究了影響海底油氣管道穩定性的風險情況和相應的評估準則。最后結合海底管道的特點總結了影響海底油氣管道穩定性的危險因素，使用半定量評估法和定性評估法對海底油氣管道穩定性風險進行了評估，給出了穩定性風險評估的主要項目和相應的推薦權重值。研究結果對推進我國海底油氣管道風險評估技術進步具有一定的參考意義。

海底管道；油氣管道；風險評估；風險矩陣；評估權重

0 引 言

海底管道是通過密閉的管道在海底連續地輸送大量油氣的管道，是海上油氣田開發生產系統的主要組成部分[1]。海底管道運行風險大，一旦失效將產生惡劣影響。這主要與其工作環境條件惡劣密切相關。在各種海洋環境因素和人為因素中，由于海底管道對海床有直接的依附關系，因此海床對管道的影響最為直接。

海床的性質、演變及海床與海洋管道的相互作用都對管道的穩定性和安全性產生重要的影響。由于海床不平整，會引起海底管道在波流作用下的穩定性問題：一種是當海底管道懸空時卡爾曼渦流震動與管線產生共振現象，引起關系失穩；另一種是海底管道支撐海床的穩定性問題，海底管道從凹凸不平的海床上通過時，將在管道中引起懸空和彎曲應力，導致管線產生過大的集中應力而損壞。由于海床的地質特點，在沙坡、沙脊等地形中的海底管道更容易產生懸空從而導致管線受損破壞。

長期以來由于海底管道的特殊性和專業性，國內對于其完整性管理的專業評估技術較為缺乏，主要集中在海底管道工程設計及操作運行期的完整性管理，如海管穩定性工程計算、海管通球風險評估和海管腐蝕檢測評估等，而針對海底管道工程建設中最重要的穩定性風險并未形成系統的評估方法[2-9]。因此，從海底管道穩定性的專業角度進行風險狀況研究是非常必要的。

1 海管穩定性風險及風險評估方法概述

評估管道系統的風險狀況即是對管道系統進行危險辨識和風險評估，評估范圍應包括管道及管道附屬件整個壽命期。其中管道的穩定性風險評估可使用定性、半定量或定量的方法進行。設計數據和管道運行數據應作為評估的基礎數據。

風險評估是進行檢測、監控和完整性管理的基礎。因此，對管道系統穩定性進行風險等級劃分可建立在對管道穩定性進行風險狀況評估的基礎上。換言之，在完成運行期管道穩定性風險狀況評估后，給出一個風險劃分的標準，把風險狀況不同的管道進行歸類，完成對管道系統的風險劃分[10-11]。

2 風險分析方法

2.1 危險辨識

危險辨識即是對海底油氣管道在運行期間存在的潛在危險進行分析。根據國內外經驗，海底油氣管道穩定性的危險主要來自于海底波流沖刷作用和海床運動。

2.2 后果評估

后果的估計應該根據研究目標和研究范圍確定。通常，后果表述為人員受傷亡的數量和介質泄漏的程度。這些估計要考慮到地理和人口分布狀況，以及可能的減輕后果的因素。一般情況下，簡單的考慮介質泄漏可以作為評估決策的標準。

風險對管道造成的潛在的破壞后果需要從經濟損失、人員安全和環境影響三個方面考慮。主要的后果形式與介質的關系如表1所示。

表1 海底管道介質與后果Table 1 Consequences of medium leakage in subsea pipeline

2.2.1 經濟損失

管道破壞引起的直接或間接的經濟損失均可考慮成對管道生產延誤造成的經濟損失。管道運行期間，穩定性風險事故發生后，經濟損失后果的嚴重程度可按表2進行分類。

表2 海底管道破壞引起的經濟損失后果Table 2 Economic loss caused by damage in subsea pipeline

2.2.2 人員安全

在海底管道運行過程中，管道附近人員活動較少。根據海底油氣管道運行情況的統計，當氣體管道發生重大的泄漏時會危及人員安全。平臺附近的泄漏氣體被點燃后，可能引起火災或爆炸，因此對人員傷害較大。根據挪威船級社相關規范中的規定,人員安全傷害后果的嚴重程度可按表3進行分類。

2.2.3 環境影響

環境影響后果評估通常可采用恢復受影響人口或地區所需時間來表示。但是環境影響后果很難定量評估。另外一種較通用的方法是，只考慮事故總泄漏量和年允許泄漏量進行評估。表4可作為指導性原則進行環境影響評估。

表3 人員安全傷害后果Table 3 Classification o f personal security damage

表4 環境影響后果Table 4 Description of environmental damage

綜合經濟損失、環境影響和人員安全三個方面對后果進行分類，是一般性的指導原則，可根據具體情況作適當調整。表5可作為指導性原則用于后果評估。

2.3 頻率分析

事故發生的頻率通常可根據已發生事故的歷史記錄來進行估計，也可以通過理論模型進行詳細的計算。可根據相關資料和文獻[11]，對失效頻率按表6進行半定量評估。表中給出的失效頻率是對于整個管道而言，管道長度不影響失效頻率。

表5 風險后果嚴重程度描述Table 5 Summary of consequences of risks

表6 事故發生頻率等級Table 6 Classification of accident frequency

2.4 風險矩陣

在完成系統的危險辨識、頻率分析和相關的后果評估后，即可對事件的風險進行評價。根據采用方法的不同，可得到定性或定量的結果。通過對事件的頻率和后果進行分類，使用風險矩陣方法(見表7)，可得到事件的等級水平。

表7 風險矩陣Table 7 Risk matrix

風險等級中存在一個區域，在這個區域內可以降低風險。但如果降低風險措施產生的成本比造成的經濟損失高，則不應該采取這種措施來降低風險。這個區域通常稱為 “最低合理可行”(簡稱ALARP)區域。比這個區域低的部分，認為風險是可接受的。

ALARP原則的意義是：任何工業系統都是存在風險的，不可能通過預防措施來徹底消除風險；而且，當系統的風險水平越低時，要進一步降低就越困難，為此所花費的成本往往呈指數曲線上升。也可以說，安全風險改進措施投資的邊際效益遞減，然后趨于零，最終為負值。因此，必須在工業系統的風險水平和成本之間做出一個折衷。

3 海底油氣管道穩定性風險評估方法

3.1 半定量評估法

根據渤海灣的海底管道失效經驗教訓，海底油氣管道穩定性的風險因素主要源于波流沖刷和海床變化。按照第2節中的方法進行風險評估分析，評估結果見表8。

表8 海底油氣管道穩定性風險半定量評估結果及推薦權重Table 8 Semiguantitative evaluation results and recommended weights for stability risks of subsea oil and gas pipeline

將風險矩陣等級與事件的權重相乘即可得到該事件的風險指數。表8中所有權重值總和為1，所有事件的風險指數和為管道的風險指數。管道的風險劃分即可按照風險指數大小來進行排序。風險指數大則風險值高，反之則小。風險指數只能半定量地、相對地體現風險值。

3.2 定性評估法

在缺少足夠數據時，也可使用定性的風險評價方法，即客觀優先級的方法。由風險評估小組對潛在的風險進行辨識，并對每個風險基于預估的風險，進行優先級分類。

根據國內外的風險評估經驗和風險辨識情況，一般來講，影響管道穩定性的主要風險詳見表9。其中的推薦權重值可根據具體項目情況進行調整。

表9 海底油氣管道穩定性風險定性評估結果及推薦權重Table 9 Qualitative evaluation results and recommended weights for stability risks of subsea oil and gas pipeline

4 結 語

本文建立了海底油氣管道穩定性風險評估質量評價方法，從危險辨識、后果評估、頻率分析和風險矩陣等4個方面探討了影響油氣管道風險評估質量的客觀外因,為改善管道風險評估指標體系的構建方法提供了基本思路。針對海底油氣管道的特殊性，從管道穩定性這一管道重要指標的專業角度，結合工程經驗總結了影響海底油氣管道穩定性的風險因素，并通過半定量評估法和定性評估法給出了推薦的評估權重值。該風險評估技術具有較強的操作實用性，可為推進我國海底油氣管道風險評估技術的發展提供參考。

[1] 馬良.海底油氣管道工程[M]．北京：海洋出版社，1987.

[2] 黃維和.油氣管道風險管理技術的研究及應用[J].油氣儲運， 2001(10): 1.

[3] 黃志潛.管道完整性及其管理[J].焊管,2004(3): 1.

[4] 稅碧垣,艾慕陽,馮慶善.油氣站場完整性管理技術思路[J].油氣儲運,2009(7): 11.

[5] 董紹華,楊祖佩.全球油氣管道完整性技術與管理的最新進展——中國管道完整性管理的發展對策[J].油氣儲運,2007(2): 1.

[6] 姚安林,趙忠剛,李又綠,等.油氣管道完整性管理技術的發展趨勢[J].天然氣工業,2009(8): 97.

[7] 高進東,馮長根,吳宗之.風險分析的質量評價研究[J].中國安全科學學報,11(2): 65.

[8] 趙忠剛,姚安林,趙學芬.油氣管道風險分析的質量評價研究[J].安全與環境學報,2005(5): 28.

[9] 趙忠剛,馬榮毅,曹曉燕.質量評價技術在管道風險評估上的創新應用[J].石油工業技術監督,2011(9): 39.

[10] 楊筱蘅,嚴大凡.逐步實施我國油氣管道的完整性管理[J].天然氣工業,2004(11): 120.

[11] 王弢,帥健.管道完整性管理標準及其支持體系[J].天然氣工業，2006(11): 126.

RiskEvaluationResearchofSubseaOilandGasPipelineStability

ZHOU Zi-peng,SUN Guo-min,HE Ning

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China)

Pipeline stability is an important parameter of subsea pipeline service.In order to ensure the safe operation of the subsea oil and gas pipeline,so as to a chieve the safe production and sustainable development of subsea oil and gas field,risk evaluation of the subsea pipeline is required.research the technical methodology of subsea pipeline stability risk evaluation based on the worldwide standard and engineering experience.Firstly,four objects are described regarding to the risk evaluation,i.e.,risk recognition,result evaluation,frequency analysis and risk matrix.Then the risk condition and evaluation methodology of subsea oil and gas pipeline stability are researched.Finally,the risk factors of subsea oil and gas pipeline stability are summarized based on the particularity of subsea pipeline.The semiquantitative evaluation method and qualitative evaluation method are used for subsea oil and gas pipeline stability risk evaluation.The results can be used for improving the accuracy of oil and gas pipeline risk assessment and promoting the related technical progress in.

subsea pipeline; oil and gas pipeline; risk evaluation; risk matrix; evaluation weight

TE973.92

A

2095-7297(2014)03-0195-05

2014-08-29

周子鵬(1983—)，男，碩士，工程師，主要從事海底管道工程設計方面的研究。