大港油田管道風險評價方法研究與應用

鄒曉燕，崔 鵬，王樹好，翟會英，蔡維國

(1.大港油田采油工藝研究院 天津300280；2.大港油田勘探開發研究院 天津300280)

國家新《安全生產法》和《環境保護法》相繼頒布以及油田自身發展提質降本增效的迫切需求，都對油氣田管道安全運行管理提出了更嚴格的要求。油氣集輸管道是油田開發和生產中不可或缺的重要組成部分，它在整個油氣運輸過程中發揮著巨大的作用，具有敷設里程長，穿越地區廣的特點。大港油田集輸管道運行時間長、腐蝕老化嚴重，發生泄露事件呈逐年增多趨勢，特別是管道沿線既經過居民區、廠礦企業等人口密集區，還穿越鹽堿荒地、濕地、河流等環境敏感區以及第三方破壞易發區等，在這些區域一旦發生管道失效事件，將對居民生命財產及周邊環境構成潛在威肋。因此，為提高油田集輸管道本質安全，控制運行風險，有必要對油田在役集輸管道實施風險評價。

1 管道風險評價發展歷程

1.1 國外發展歷程

20世紀30年代，風險評價理論和方法誕生于美國的保險行業，到 50年代，風險評價逐漸發展成為一門學科。20世紀 60年代以來，系統的風險評價理論陸續推廣到航空、航天、石油、化工、核工業等領域，各種評價分析方法也不斷得到發展和完善，相應的法律法規也應運而生。

從20世紀70年代開始，世界主要工業發達國家在第二次世界大戰之后興建的大量油氣輸送管道逐漸進入了老齡期，為延長油氣管道的使用壽命，減少事故的發生頻率，美國部分管道公司開始嘗試用風險評價技術對老管道的風險性進行評估。1985年，美國Battelle Columbus研究院發表了《風險調查指南》，在管道風險分析方面首次應用了評分法。1992年，著名油氣管道專家 W.Kent.Muhlbauer撰寫的《管道風險管理手冊》，首次詳細描述了管道風險評估模型及其評價方法。從20世紀80年代中后期開始，世界上其他工業發達國家也加入了對油氣管道風險評價技術和風險管理技術的開發研究和應用行列，到 90年代初，各種風險管理理論的研究得到了系統化，并形成了較為完善的風險管理體系。

1.2 國內發展歷程

在我國，有關國外的油氣管道風險評價技術方面的介紹最早是由著名的油氣儲運專家潘家華教授提出的，1995年，潘家華教授在《油氣儲運》雜志上發表了“油氣管道的風險分析”一文，詳細介紹了美國著名油氣管道風險管理專家 W.Kent.Muhlbauer提出的管道風險管理評分法，此后風險評價在油氣管道安全性評價中的研究與應用逐漸得到有關科技人員及部分油田企業的重視。2000年，西南石油學院與中國石油西南油氣田分公司共同開發了“輸氣管線風險評價軟件”，并在現場應用中取得了較好的效果。2010年中國石油管道科技研究中心對肯特評分法的評價指標進行了修改和完善，建立了 RiskScore管道風險評分系統，使其更適用于我國油氣管道的風險評價。

2014年，中國石油天然氣集團公司發布了管道風險評價企業標準。該標準中僅有半定量風險評價方法，且方法是采用矩陣風險等級評價方法，存在風險等級評價結果缺乏量化，不便于現場人員操作的欠缺，同時在該標準半定量風險評價中，針對腐蝕因素、第三方破壞、制造與施工缺陷、誤操作、地質災害[1]五要素的權重是按照等比考慮，沒有考慮各要素權重差異。因此，評價出的結果不能客觀真實地反映管道實際風險等級，而且并不適應油氣田領域的管道風險評價。此后根據大港油田自身特點，通過研究適合大港油田原油物性、輸送介質、土壤腐蝕性、地形地貌等需求的管道風險評價實施細則，建立了適合大港油田的管道定性風險評價方法和管道半定量風險評價方法。該方法操作性強，簡單實用，便于現場操作人員實施評價，有效指導生產單位開展在役管道定性和半定量風險評價工作，進而制定有針對性的、切實可行的、有效的風險控制措施和對策[2]，將風險控制在合理、可接受的范圍內，使管道始終處于可控狀態，旨在提高地面管道的本質安全，降低盲目更新改造管道投資，為管道的安全運行和運行維護提供科學合理的技術對策，其研究成果為大港地面管道風險評價工作探索了新的模式。

2 在役管道定性風險評價研究

在役管道定性風險評價[3]的目的是識別對管道安全運行有不良影響的危險因素，評價設施失效發生的可能性和后果，綜合得到在役管道定性風險等級，并提出相應風險控制措施[4-6]的分析過程。

2.1 在役管道失效可能性定性評價研究

在役管道失效可能性[7-8]定性評價，是根據大港油田的生產特點、地域環境和土壤性質，管道失效可能性主要考慮腐蝕和第三方破壞2大類因素，在股份公司油田集輸管道檢測評價及修復技術導則(下面簡稱股份公司技術導則)的基礎上，增加了輸送介質含水率(含水率以 25%為界限)、管道外防腐工藝(增加環氧酚醛、內襯 PE、復合管等)、管道內防腐工藝(增加 H87、環氧酚醛、內襯 PE、不銹鋼、高溫環氧粉末等)、管道外防腐層等級所占比例、管道是否進行修復等多項評價指標，使評價指標更貼近油田生產實際，滿足了評價的目的(表1)。

評價指標分為3個等級，根據風險失效可能性指標確定每項等級。將失效可能性各項指標等級之和除以評價項數后向上圓整，即得到失效可能性等級，計算公式如下：

表1 失效可能性指標等級表Tab.1 Failure probability index grade table

2.2 在役管道失效后果定性評價研究

股份公司技術導則在管道失效后果[9-10]定性評價上只考慮5項評價指標，結合油田的地域特點和輸送介質進行優化調整，增加了自然保護區、生態用地區、海域、河流、鹽池、蝦池、排水渠等 8項評價指標，從而使評價指標更加科學合理(表2)。

在役管道失效后果定性評價指標分別分為 3個等級，將失效后果各項指標等級之和除以評價項數后向上圓整，即得到失效后果等級，計算公式如下：

2.3 風險等級劃分

根據事故發生的失效可能性等級和失效后果等級，采用風險矩陣法，將風險等級分為 3級：低、中、高，如表3所示。

風險等級與風險消減措施要求見表4。

表2 管道失效后果等級表Tab.2 Pipe failure consequence grade table

表3 風險等級標準Tab.3 Risk grade standards

表4 風險等級劃分Tab.4 Risk classification

3 在役管道半定量風險評價方法研究

在役管道半定量風險評價[11]是指識別對管道安全運行有不良影響的危害因素，評價失效可能性半定量和失效后果半定量的大小，綜合得到在役管道的風險值，并提出相應風險控制措施的分析過程。

3.1 風險值的計算

按照半定量風險評價方法，采用專家打分法對管道失效可能性和失效后果進行評分，利用分值表示管道風險的相對大小，風險值計算公式如下：

其中：R為風險值，P為失效可能性分值，C為失效后果分值。

3.2 在役管道失效可能性半定量評價

3.2.1 失效可能性半定量指標等級

股份公司技術導則在失效可能性半定量指標上主要考慮管道運行年限、穿孔次數、陰極保護 3個因素，但結合油田現場應用情況，在管道腐蝕上增加了管道內外防腐工藝、輸送介質含水率、溫度、氯離子含量、土壤電阻率等12個因素(表5)；在第三方破壞主要考慮管道巡線頻率、周邊有無施工和占壓等6個因素(表6)。失效可能性半定量評價指標分為5個等級，根據不同評價項目賦予不同等級，能夠較為客觀真實地評價管道失效風險等級。

3.2.2 失效可能性因素權重

結合大港油田實際，確定腐蝕與第三方破壞因素的權重系數(表7)。

表5 管道腐蝕失效可能性指標等級表Tab.5 Index grade of pipeline corrosion failure

表6 第三方破壞失效可能性指標等級表Tab.6 Third party failure probability index grade table

表7 失效可能性因素權重系數Tab.7 Weight coefficients of failure probability factors

3.2.3 失效可能性計算

在役管道失效可能性分值P是腐蝕各項指標等級之和與其權重的乘積加上第三方破壞各項指標等級之和與其權重的乘積。計算公式如下：

3.3 在役管道失效后果半定量評價

3.3.1 失效后果指標等級

失效后果考慮輸送介質、運行壓力、敷設方式等因素，根據油田地處環境，在敷設方式和埋設地類增加了瀕臨或穿越海域、河流、鹽田、鹵池、養蝦池等評價因素，根據管道基本參數及所處的環境，結合評價項目賦予不同等級，使評價結果更加客觀可行。

3.3.2 失效后果因素權重

按照安全、環境第一，兼顧生產的原則，根據油田地域條件和生產現狀，土壤介質對管道使用壽命影響最大，其次是管道輸送介質、敷設方式和管道類別，因此確定各后果因子權重系數(表8)。

表8 失效后果因素權重系數Tab.8 Weight coefficient of failure consequence factors

3.3.3 失效后果計算

管道失效后果分值C是將敷設方式、埋設地類、管道規格、管道類別所得后果分值與各自權重系數相乘然后求和得到，計算公式如下：

3.4 風險等級劃分

根據風險分布的特征規律，以風險值從高到低的區間為依據，將風險區間的前 10%、10%～20%對應的風險值作為各等級風險界限，分為高、中、低 3個風險等級。

4 現場應用效果

例如板橋油田某原油外輸管道于 2003年投產，規格為Ф159×6，全長 16.3km，管道防腐采用環氧煤瀝青、硅酸鹽保溫。2016年對該管道進行部分更新改造，管道規格 DN150，更新管道 10.89km，管道防腐采用三層PE，聚氨酯泡沫塑料保溫。由于管道是由不同投產年限的管道組成，對該管道不同投產時期的管段分別進行半定量風險評價。

該管道失效可能性從管道腐蝕可能性和第三方破壞可能性2方面進行打分評價，則老管道腐蝕可能性得 32分，第三方破壞失效可能性得 16分；新管道腐蝕可能性得22分，第三方破壞失效可能性得12分。老管道、新管道失效可能性得分具體如下：

老管道失效可能性＝

32×80%+16×20%＝28.8

新管道失效可能性＝

22×80%+12×20%＝20

管道失效后果從敷設方式、埋設地類、管道規格、管道類別 4個方面分別打分評價，則老管道、新管道失效后果得分具體如下：

老管道失效后果＝24×20%+

26×35%+2×20%+4×25%＝15.3

新管道失效后果＝24×20%+

32×35%+2×20%+4×25%＝17.4

則老管道風險值＝老管道失效可能性×

老管道失效后果＝28.8×15.3＝440.6

新管道風險值＝新管道失效可能性×

新管道失效后果＝20×17.4＝348

根據管道風險評價結果，板橋油田某外輸管道老管道屬于高風險管道，新管道屬于中等風險管道，經過分析對比，識別出的高風險管道運行年限達到16年，平均土壤電阻率 3.9Ω·m，管道周邊存在第三方施工情況，同時這些管道大多埋設在城鎮居民區、樓區或瀕臨、穿越河流等區域。因此，管道風險評價方法較好地反映了管道的真實風險狀況。

目前，研究成果已在大港油田全面推廣應用，共計完成 2635km管道的風險評價，識別出高風險管道 187km。通過風險評價工作，明確了管道管理重點，僅對高風險管道采取進一步措施，實施有針對性的檢測評價，與全部管道均開展檢測評價相比，節省運行成本 980萬元。同時開展管道風險評價，為管道的更新改造提供科學客觀的技術依據，大幅降低了地面管道改造資金，年可降低工程改造資金 2000萬元以上，節約污染賠償費用 500萬元，具有良好的經濟和社會效益。

5 結 論

研究建立了適應于大港油田管道輸送介質、復雜地表環境的定性和半定量管道風險評價方法，解決了制約管道風險評價技術在油氣田領域的應用瓶頸，并形成了《大港油田油氣生產管道風險評價實施細則》，填補了油田在管道風險評價方面的技術空白。該成果已在大港油田全面推廣應用，能夠快速判定管道的風險程度和等級，評價結果較好地反映了管道的真實風險狀況，為管道的維護和更新改造提供科學依據，并大幅降低地面管道更新改造投資，有效指導了現場工程的實施。