深水浮式生產(chǎn)裝置資產(chǎn)完整性管理技術(shù)研究

郭文敢 呂 勁 易滌非 蔡 鵬

中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司湛江分公司, 廣東 湛江 524057

0 前言

深水浮式生產(chǎn)裝置全生命周期(設(shè)計(jì)、采辦、建造、運(yùn)營(yíng))的各個(gè)階段均存在不同風(fēng)險(xiǎn),如果前一階段的有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)未采取合理的削減措施,往往可能造成生命周期后一階段的風(fēng)險(xiǎn)劇增,每個(gè)階段工作的缺失都會(huì)對(duì)下一階段產(chǎn)生不利影響。因此開展完整性管理,將有效減少全生命周期各個(gè)階段風(fēng)險(xiǎn),降低運(yùn)維期資本投入,達(dá)到全生命周期資產(chǎn)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一的目的[1]。

以往中國(guó)海域浮式生產(chǎn)裝置,最深工作水深400 m,并且還是FPSO形式。而陵水17-2項(xiàng)目是中國(guó)第一個(gè)1 500 m級(jí)深水浮式生產(chǎn)裝置,多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。無(wú)論是船體結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)或是SCR立管,國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何單位有過(guò)類似的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。船體結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)和SCR立管，具有裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度高、所處環(huán)境惡劣、失效后果嚴(yán)重等特點(diǎn),其風(fēng)險(xiǎn)能否被有效控制,直接關(guān)系到深海油氣開采的成敗。深水浮式生產(chǎn)裝置資產(chǎn)完整性管理技術(shù)的研究及應(yīng)用將有助于建立有效的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估、減緩消除的風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng),將極大地提高深水浮式生產(chǎn)裝置全生命周期的完整性管理水平、安全運(yùn)營(yíng)能力[2]。

1 設(shè)計(jì)階段資產(chǎn)完整性管理

英國(guó)海上石油安全案例(UK Safety Case)法規(guī)要求英國(guó)管轄海域內(nèi)油氣設(shè)施,必須基于以往相關(guān)案例開展安全評(píng)估,以確定是否已經(jīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)控制風(fēng)險(xiǎn),安全管理系統(tǒng)是否行之有效[3]。開展基于案例、良好作業(yè)實(shí)踐的風(fēng)險(xiǎn)分析,識(shí)別項(xiàng)目重大事故風(fēng)險(xiǎn)、安全關(guān)鍵要素，制定性能標(biāo)準(zhǔn),在基本設(shè)計(jì)階段提出指導(dǎo)性建議[4]。項(xiàng)目前期開展完整性管理將有效減少后期變更,降低項(xiàng)目全生命周期資本投入[5]。UK Safety Case法規(guī)完整性管理流程,收集并分析以往相關(guān)安全案例,根據(jù)定義的重大事故風(fēng)險(xiǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn),從危險(xiǎn)識(shí)別研究(船體HAZID報(bào)告、安全分析和上部組塊HAZOP報(bào)告)中篩選出危險(xiǎn)情景。安全關(guān)鍵要素被定義為防止、控制或減輕重大事故風(fēng)險(xiǎn)或由于故障可能導(dǎo)致重大事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。因此,基于HAZID和HAZOP報(bào)告的審查確定安全關(guān)鍵要素，為每個(gè)安全關(guān)鍵要素制定性能標(biāo)準(zhǔn)(PS),以確定對(duì)安全關(guān)鍵要素的基本要求,見(jiàn)圖1。

圖1 UK Safety Case法規(guī)完整性管理流程圖Fig.1 UK Safety Case regulatory integrity management chart

針對(duì)陵水17-2項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段,通過(guò)梳理世界范圍內(nèi)相關(guān)案例,采用組織專家頭腦風(fēng)暴的方法,確定項(xiàng)目船體結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)、立管、壓載系統(tǒng)及凝析油儲(chǔ)存四個(gè)方面存在的重大風(fēng)險(xiǎn),后續(xù)階段主要圍繞這四個(gè)方面開展深水浮式生產(chǎn)裝置資產(chǎn)完整性管理技術(shù)研究,見(jiàn)表1。以系泊系統(tǒng)為例,由于陵水17-2項(xiàng)目平臺(tái)為半潛式生產(chǎn)平臺(tái),因此本文未考慮張力腱系泊纜類型。在2001年至2012年期間,共發(fā)生26起有記錄的永久系泊系統(tǒng)故障事件。其中,8個(gè)系泊系統(tǒng)因多條纜繩斷裂(重大事故)而發(fā)生系統(tǒng)故障,其余18起事故多為單纜破斷。研究發(fā)現(xiàn),許多單纜破斷事故往往會(huì)有額外的系泊纜受到損壞,如果其損壞未被發(fā)現(xiàn),也可能會(huì)過(guò)早失效。有些事故會(huì)導(dǎo)致浮式生產(chǎn)裝置短距離漂移,立管破裂,生產(chǎn)關(guān)閉,少量油氣泄漏。需耗費(fèi)較大精力與時(shí)間來(lái)修理或更換損壞的管路。實(shí)際上,幾起單纜破斷事故對(duì)剩余系泊纜造成了一定程度的損害[6]。

雖然在最嚴(yán)重的多條系泊纜破斷故障情況下,不會(huì)因系泊系統(tǒng)完全斷裂導(dǎo)致完全自由漂移,也不會(huì)造成重大傷害或生命損失。但由于修復(fù)和更換失效系泊纜所需時(shí)間長(zhǎng),在此期間的任何后續(xù)風(fēng)暴都可能超過(guò)剩余系泊纜的承載能力,導(dǎo)致深水浮式生產(chǎn)裝置完全自由漂移,甚至造成所有立管和臍帶纜斷裂[7]。因此,有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系泊性能,并在系統(tǒng)故障前快速檢測(cè)出每條系泊纜故障,以確保深水浮式生產(chǎn)裝置在使用過(guò)程中的完整性[8]。

表1 設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)清單及建議表

2 采辦階段資產(chǎn)完整性管理

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn),開展關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)分析,對(duì)關(guān)鍵設(shè)備采辦提出指導(dǎo)性建議。采辦階段的完整性管理有助于項(xiàng)目完善采辦技術(shù)資料,提升關(guān)鍵設(shè)備采辦的質(zhì)量與效率[9]。針對(duì)陵水17-2項(xiàng)目,提出了采辦階段資產(chǎn)完整性管理應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn):

1)用于采辦的技術(shù)文件必須建立在市場(chǎng)可供應(yīng)性基礎(chǔ)上,避免市場(chǎng)上沒(méi)有可以完全滿足規(guī)格書要求的供應(yīng)商。

2)對(duì)于行業(yè)內(nèi)尚未被現(xiàn)場(chǎng)使用證明過(guò)的新技術(shù)、新材料、新設(shè)備,不要做第一個(gè)吃螃蟹的人,水下環(huán)境未知數(shù)太多,除非市場(chǎng)上找不到可替代的產(chǎn)品[10]。

3)加強(qiáng)材料、制造、測(cè)試、運(yùn)輸、接收全過(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè),承包商不一定會(huì)嚴(yán)格按照規(guī)格書執(zhí)行合同,質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)就成了質(zhì)量保證的必要手段[11]。

4)在評(píng)價(jià)供應(yīng)商和承包商時(shí),應(yīng)給按時(shí)供貨能力更高的權(quán)重,尤其是那些影響工期的設(shè)備和服務(wù),海上項(xiàng)目的安裝,經(jīng)常是一環(huán)套一環(huán),按期交貨特別重要。

5)采辦界面要合理和清晰,一個(gè)分割合理、定義清晰的界面可以讓合同的執(zhí)行變得容易。

6)采辦策略上盡量減少界面數(shù)目和承包商數(shù)目,需要協(xié)調(diào)的地方越少,管理越容易,產(chǎn)生問(wèn)題的概率也越低。

7)備件的考慮應(yīng)該基于將潛在的安裝船舶等待時(shí)間降到最低,因?yàn)橄噍^于安裝船舶的成本,備件的成本往往便宜很多[12]。

3 建造階段資產(chǎn)完整性管理

基于世界范圍內(nèi)深水設(shè)施資產(chǎn)完整性管理的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),結(jié)合陵水17-2項(xiàng)目實(shí)際情況,提出建造階段資產(chǎn)完整性管理應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn),并對(duì)關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,為項(xiàng)目質(zhì)量控制提供合理化建議,保障項(xiàng)目總體質(zhì)量[13]。符合性驗(yàn)證基于案例、良好作業(yè)實(shí)踐,參照行業(yè)建議性做法和詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)驗(yàn)證對(duì)象進(jìn)行符合性驗(yàn)證,并對(duì)驗(yàn)證過(guò)程提供詳細(xì)的追溯,根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果提出意見(jiàn)和建議,不同于船級(jí)社的入級(jí)檢驗(yàn)[14]。同時(shí)收集裝置基線數(shù)據(jù),為運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段資產(chǎn)完整性管理做好基礎(chǔ)。陵水17-2項(xiàng)目建造階段資產(chǎn)完整性管理的重點(diǎn):

1)船體立柱與浮筒、系泊、外輸設(shè)備等特殊區(qū)域施工工藝符合性驗(yàn)證。

2)船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、高疲勞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域焊縫后處理驗(yàn)證。

3)船體及艙室防腐施涂裝工藝流程符合性驗(yàn)證。

4)船體犧牲陽(yáng)極布置、焊接及電位測(cè)量符合性驗(yàn)證[15]。

5)船體檢修通道符合性驗(yàn)證。

4 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段資產(chǎn)完整性管理

開展基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(Risk Based Inspection,RBI)完整性管理,RBI完整性管理技術(shù)是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理的過(guò)程,重點(diǎn)是由材料弱化機(jī)理引發(fā)的失效模式,可通過(guò)對(duì)設(shè)備、結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和控制[16]。

RBI完整性管理技術(shù)是一種科學(xué)的、先進(jìn)的制定檢測(cè)策略的方法和手段,以設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)分析和相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分布為基礎(chǔ),制定合理的檢測(cè)計(jì)劃,延長(zhǎng)低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備的檢驗(yàn)周期,在保證設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟(jì)效益,可作為船級(jí)社定期檢驗(yàn)的替代方法[17]。針對(duì)深水浮式生產(chǎn)裝置船體結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)、立管系統(tǒng)及靜設(shè)備開展基線數(shù)據(jù)收集,依據(jù)強(qiáng)度分析與疲勞分析的結(jié)果,組織相關(guān)專家對(duì)船體結(jié)構(gòu)、系泊系統(tǒng)、立管進(jìn)行定性評(píng)價(jià),以識(shí)別結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力、低疲勞壽命區(qū)域、主要連接部位,同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)物的弱化機(jī)理進(jìn)行量化分析研究,弱化機(jī)理包括腐蝕、磨損、疲勞、斷裂等。靜設(shè)備可通過(guò)采用風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù),運(yùn)用工業(yè)軟件,對(duì)所有靜設(shè)備進(jìn)行定性、定量風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)進(jìn)行研究。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果制定科學(xué)的檢驗(yàn)策略實(shí)現(xiàn)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行重點(diǎn)檢驗(yàn),低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施放寬檢驗(yàn)周期,以達(dá)到在保證設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上顯著降低檢驗(yàn)成本的目的,見(jiàn)圖2。

圖2 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段RBI完整性管理技術(shù)方法圖Fig.2 Technical method chart of RBI integrity managementduring operation and maintenance period

目前,國(guó)際上已有不少RBI軟件,比如挪威船級(jí)社(DNV)的ORBIT ONSHORE和法國(guó)船級(jí)社(BV)的RB-EYE軟件,中國(guó)還沒(méi)有自主產(chǎn)權(quán)的相關(guān)軟件。現(xiàn)有國(guó)外軟件根據(jù)國(guó)外設(shè)備的制造水平、使用環(huán)境、企業(yè)管理模式等研發(fā)的,不一定完全適合中國(guó)現(xiàn)狀。開發(fā)中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RBI技術(shù)和軟件勢(shì)在必行[18]。

為此,針對(duì)深水浮式生產(chǎn)裝置開發(fā)了基于RBI完整性管理軟件,程序功能包含:三維模型的導(dǎo)入及顯示,三維模型上能顯示各區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),能通過(guò)在模型上選取區(qū)域調(diào)出基線數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)結(jié)果、腐蝕情況、維修情況等,另外還能自動(dòng)提醒檢驗(yàn),自動(dòng)生成檢驗(yàn)方案報(bào)告等[19]。軟件的成功應(yīng)用將對(duì)陵水17-2項(xiàng)目的安全運(yùn)營(yíng)起到積極作用,并將為后續(xù)深水浮式生產(chǎn)裝置的運(yùn)維提供借鑒意義。

5 全生命周期資產(chǎn)完整性管理

深水浮式生產(chǎn)裝置全生命周期資產(chǎn)完整性管理重點(diǎn)在于構(gòu)建事故案例、良好作業(yè)實(shí)踐數(shù)據(jù)庫(kù),借助于大數(shù)據(jù)、智能化手段不斷完善和擴(kuò)容數(shù)據(jù)庫(kù),結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果及裝置特點(diǎn)制定有針對(duì)性的性能標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)在基本設(shè)計(jì)階段提出具有指導(dǎo)性、建設(shè)性建議[20]。

在工程建設(shè)階段針對(duì)關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性的驗(yàn)證,為項(xiàng)目質(zhì)量控制提供合理化建議,保障項(xiàng)目總體質(zhì)量。收集基線數(shù)據(jù)應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段RBI完整性管理,借助RBI完整性管理軟件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序,并制定科學(xué)合理的檢維修策略,見(jiàn)圖3。

圖3 深水浮式生產(chǎn)裝置全生命周期資產(chǎn)完整性管理技術(shù)方法示意圖Fig.3 Technical method chart of life cycle asset integritymanagement for deepwater floating production unit

6 結(jié)論

本文采用了UK Safety Case、RBI等完整性管理技術(shù),提出了深水浮式生產(chǎn)裝置全生命周期資產(chǎn)完整性管理技術(shù),包含設(shè)計(jì)、采辦、建造及運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段的具有針對(duì)性的技術(shù)手段,將有效提高深水浮式生產(chǎn)裝置資產(chǎn)安全、高效地執(zhí)行核心功能的能力。通過(guò)持續(xù)改進(jìn),以及事故案例、良好作業(yè)實(shí)踐數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷積累,將為中國(guó)深水油氣田的開發(fā)提供助力,不斷提高深水油氣田資產(chǎn)完整性管理水平,達(dá)到安全性與經(jīng)濟(jì)性的有效統(tǒng)一。