文昌某氣田開發項目作業安全風險分析

劉興華

中海油安全技術服務有限公司 湛江分公司（廣東 湛江 524057）

1 工程概況

1.1 安全評估風險范圍與評估目的

文昌某氣田群位于中國南海，是我國第一個自主設計建造的為香港供氣的氣田[1]。海上油氣生產平臺的造價高昂，海域遠景復雜多變，因此風險分析與風險管理在海洋石油行業受到高度重視[2]。為保證海上石油生產安全，有必要對海上生產平臺關鍵作業環節進行風險分析與評估[3]。

文昌氣田群開發工程項目整體實施過程中為重大高風險作業，容易引起可燃氣體的泄漏或造成火災爆炸的危險事故，導致人員傷亡。根據工作人員現場工作經驗與知識積累，辨識出開采過程中海洋平臺的重大風險作業主要有：平臺導管架安裝作業、水下井口施工作業、平臺不停產改造作業、項目涉及的重要設備和設施單機調試作業、工程項目聯合調試作業及試生產作業。

由于氣田所在海區水深一般在130～150 m，平均約140 m，水深較深，海床附近的湍流起伏大，導致海洋平臺面臨著復雜的環境載荷。因此，在海洋平臺建造過程中需要對各施工作業處的危險性與穩定性進行綜合評估，以保證海上平臺開發的施工安全。主要針對施工過程中辨識的危險與有害因素進行評估分級，并提出針對性的預防對策與措施，降低施工、作業期間風險，為海洋平臺作業提供必要的評估依據與預防措施。

1.2 評估方法與風險等級判定

危險源辨識方法（HAZID 法），是一種系統化、覆蓋面廣的風險評估方法，常應用于項目的初步設計階段，用于評估項目的早期風險，評估結果將作為詳細設計的重要依據[4]。這是一種對生產過程中危險根源采用分析與識別方法，按照不同危險屬性對其進行分類，對危險發生的原因、頻率等高風險因素進行定性分析，以對項目當中存在的各種危險源有全面的了解，從而預防控制重大災害事故的發生[5]。危險源辨識分析步驟如圖1所示。

圖1 危險源辨識分析步驟

作業風險評估法（TRA 法），適合于作業任務多、涉及多個工作組、多個承包商單位的復雜作業。本次工程項目涉及到多種作業類型與工作小組交叉作業，采用TRA方法對作業過程進行風險辨識、風險等級確定并采取相應的安全控制措施，使作業風險控制在可接受范圍之內。

風險矩陣法是一種有效的風險評估方法，通過風險等級判定后篩出無關緊要的因素[6]。風險等級判定是在安全管理過程中識別風險重要性的一種結構性方法[7]，用基本的量化手段，對判斷的每一個風險都用一個值表示，并根據這個值來判斷風險是否在可接受的范圍之內。每個識別的危害風險等級由以下公式計算[8]：

風險等級（R）=危害因素導致后果的嚴重程度（S）×產生這種后果的可能性（P）。

其中，危害因素導致后果嚴重程度與產生這種后果的可能性的分值評估結果[9]見表1和表2。

表1 風險等級表

表2 風險程度判別表

2 文昌9-2/9-3/10-3 平臺作業風險分析

2.1 導管架安裝作業

導管架海上安裝過程分為4 個階段，分別是稱重階段、裝船階段、拖航階段、海上安裝階段，以及多項輔助作業如動火作業、電氣作業、吊裝作業等。整個導管架安裝作業過程中涉及面廣、作業數量多[10]。因此需要對此作業進行專門的作業風險評估，其中高風險評估結果見表3。

表3 導管架安裝作業高風險辨識與評估

為了抑制或消除導管架在海上安裝過程中存在的危險因素，建議如下：

1）項目組要求施工方對以上風險等級較高的關鍵因素制定相應的控制措施及檢查表，針對不同的控制措施進行檢查確認，排除隱患。

2）在施工之前要對施工人員進行培訓與宣貫，讓所有參與人員清楚每項作業存在的風險因素，降低風險等級。

2.2 水下井口施工作業

水下井口施工作業對整個鉆井作業的安全及順利施工至關重要，其中出現任何一個問題都會導致水下井口失穩,造成水下井口嚴重偏斜甚至井眼報廢[11]。施工作業事故樹分析步驟：①熟悉水下井口作業流程；②調查系統發生的事故；③確定事故樹頂層事件；④調查所有相關原因事件；⑤事故樹作圖；⑥事故樹分析；⑦制定措施。根據事故樹分析步驟，將海底管道施工泄漏作為事故樹的頂層事件，構建泄漏風險事故樹,如圖2 所示，風險代碼與名稱見表4。

表4 海底管道泄漏風險代碼與名稱

圖2 泄漏風險事故樹

在事故樹中，各個底層事件的發生可能導致頂層事件的發生[12]，在作業過程中均需要重點關注。建議如下：

1）作業前須對作業人員進行技能培訓，做好技術交底、明確作業方案，作業過程中嚴格按照既定的安裝程序進行并保持良好溝通。

2）機械三通、三明治閥安裝完畢之后，應進行試壓測試，確保密封條件達到作業要求。

2.3 不停產改造作業

為了滿足文昌氣田凝析油和水混合外輸至某平臺，需要對平臺進行相應改造作業,主要的改造作業內容為增加立管及清管球收球筒。平臺不停產工程改造工作在當前降本增效的大背景下，既能滿足新建裝置的投產需求，又盡可能在施工期間不影響當前正常生產，達到產值最大化的工程改造目標[13]。本次改造作業風險分析主要從平臺改造風險、改造期間停產風險以及改造作業過程中的輔助作業風險3方面分析。

2.3.1 平臺工程改造風險分析

平臺工程改造期間容易出現不停產狀態下火災、爆炸等惡性事故的發生。通過故障樹分析法對平臺改造期間產生火災與爆炸的原因進行分析，從而為平臺安全設計與技術制定提供相應依據，達到提高平臺安全使用壽命的目的。

如圖3 所示，根據頂事件確定原則，以“平臺發生爆炸”作為頂上事件，再以“火災發生爆炸”和“超壓發生爆炸”作為子頂上事件繼續分析產生事故原因，以此類推對整個故障樹進行分析，并用邏輯門符號鏈接相關原因事件。本故障樹中共有34 個底層子事件，圖中各符號所代表的事件名稱見表5。

表5 平臺爆炸風險代碼與名稱

圖3 平臺發生爆炸事故樹

通過事故樹分析，得出了3個一階最小割集、78個三階最小割集，55個四階最小割集，7個五階最小割集。事故樹中存在的3 個一階最小割集與78 個三階最小割集是對平臺影響最直接的風險，因此需要安全技術人員加強對這些風險的管理，提升平臺系統的安全系數。

對事故樹的進一步分析可以發現，平臺發生火災與爆炸等事故的原因可以歸結于油氣泄漏、動火作業等火源和油氣管線、罐體安全附件的失效，應加強對引起這些原因的底事件管理，以預防平臺事故的發生。

2.3.2 工程改造期間停產的風險

由于平臺海上不停產工程改造過程中，平臺原有設備仍處于通電運轉，管線內存在有高壓介質及燃油、潤滑油等物質[14]，而改造施工也同步進行，各工種都在進行施工作業，特別是在危險區域的熱工作業，改造過程中，稍有疏忽，就會造成原生產系統停產、作業人員傷亡和設備損壞[15]。為了確保工程改造過程中原生產系統能正常生產，以原生產系統停產為目標事件，運用事故樹原理進行分析，找出導致停產的主要因素并進行相應的風險分析。

根據頂事件確定原則，以“停產”作為頂上事件，再以“手動關閥導致關停”和“儀表系統控制關停”作為子頂上事件繼續分析產生事故原因，以此類推對整個故障樹進行分析，并用邏輯門符號鏈接相關原因事件。本故障樹中共有19個底層子事件，如圖4所示，圖中各符號所代表的事件名稱見表6。

表6 平臺停產風險代碼與名稱

圖4 平臺發生停產事故樹

通過事故樹分析，得出了19 個一階最小割集。通過最小割集定性分析，確定了平臺發生爆炸事故的薄弱環節。通過進一步分析，確定了引起平臺發生停產的主要關鍵因素，即是人為關停、儀表控制系統改造和由于動火作業導致火氣系統的關停，應在此基礎上加強對人員管理的控制以預防事故的發生。

2.3.3 改造過程中輔助作業的風險分析

在平臺工程改造作業，主要的改造作業內容為增加立管及清管球收球筒。因此主要的作業包括動火作業、電氣作業、吊裝作業、高空舷外作業、靠船作業、交叉作業等。這些輔助作業在調試過程中使用頻率高、風險較大[16]，主要是專業技術人員作業時出現的問題。應對作業人員的作業資質進行嚴格檢查，重點崗位人員應具有相關作業經驗。此外，建議做好安全教育培訓工作。

2.4 重要設備和設施單機調試作業

根據作業風險評估（TRA）方法要求和重要設備和設施單機調試步驟，將整個單機調試作業劃分為以下階段：單機調試前準備階段、單機調試階段、單機調試結束階段。且在設施單機調試過程中，可能涉及到多項輔助作業，如動火作業、電氣作業、吊裝作業、交叉作業。這些作業風險性較高，在風險辨識過程中皆需考慮。調試過程中出現的高風險因素見表7。

表7 單機調試高危風險評估表

對識別的高危風險采取措施如下：

1）所有作業人員必須進行相關資質證書檢查，并在調試作業前，組織專題單機調試作業風險分析，使所有參與該作業人員清楚其中風險及預防措施，使調試作業團隊分工明確，工作步驟和責任落實到具體的人。

2）使用專業人員對調試的設備、設施進行全面檢查，排查、消除存在的故障或缺陷，對調試所需材料、能源介質準備情況等進行檢查核實，加強對能源介質輸送管道、電纜線路的巡查，確認其滿足調試使用要求。

2.5 聯合調試作業

聯合調試作業是對生產準備的實踐檢驗，需要在投產方案及調試大綱的指導下嚴格進行[17]。在滿足系統完整性的條件下，通過聯合調試作業發現并解決在各個工程部分的遺留問題，以保證設備的正常運行[18]。只有調試工作順利完成，項目才具備向生產準備組交接的條件。平臺需要進行調試的設備主要有：應急柴油發電機、空壓機、泵類、柴油吊機、過程控制系統等。

首先根據聯調施工方案及相關經驗，進行了聯調作業過程中的危險有害因素辨識，并根據危險源類型，將危險源分為自然環境、調試過程風險、輔助作業風險和管理風險4個類別。其次根據聯合調試作業過程風險，著重對停產事件進行事故樹分析，將聯合調試停產事件作為事故樹的頂層事件，構建泄漏風險事故樹，同時關注每個底層事件，建議如下：

1）調試作業前需對作業人員進行技能培訓，建立調試組織機構，做好技術交底、明確調試方案；調試過程中嚴格按照既定的調試程序進行并保持良好溝通，在調試過程中為防止意外應制定緊急情況下的預防措施和應急措施。

2）對需調試的設備、設施進行全面檢查，排查、消除存在的故障或缺陷，確認所有設備技術參數、性能等符合調試要求。

3）設備調試中的開、停機檢修排故作業必須嚴格執行“掛牌”制度。調試人員必須到調試現場對電源、氣（汽）源、中高壓水、油類、消防聯鎖、電閘等的開關、閥門、閘刀、操作手柄等處進行“掛牌”確認。盲板抽堵也要實行“掛牌”。

2.6 試生產作業

海上試生產作業是對整體海上設備聯合運轉情況進行檢驗，是否滿足生產需求，并且各施工環節遺留的問題都會暴露出來。只有試生產工作順利，項目才具備由生產準備組移交作業公司的交接條件。海上試生產作業的主要內容包括：工藝系統氣密試驗、工藝系統水壓試驗、開井、海底管線通球、ESD 關斷測試、系統惰化、海管試壓、模擬運轉、管線吹掃，其中高風險因素見表8。針對以上內容進行危險源辨識，分析得出危險因素主要分為自然環境因素、調試過程危險因素、試生產輔助作業風險因素、管理因素4種。

表8 試生產作業高風險因素評估表

3 結論

采用危險源辨識法、風險矩陣法、作業風險評估法對文昌9-2/9-3/10-3 氣田群開發工程重大作業進行風險辨識、風險評估，定性、定量分析得到以下結論：

1）采用多種方法相結合，對不同重大項目采用不同方法評估，改變了單一方法評估的局限性，確定了風險因素類別與重要程度，并提出相應的解決辦法，為文昌9-2/9-3/10-3 氣田群開發的施工安全評價與安全管理提供了依據。

2）導管架安裝作業、水下井口施工作業、重要設備和單機調試作業產生高風險主要原因是工作人員的經驗不足或設備故障；平臺工程改造時產生的平臺爆炸主要是火源和安全附件失效所引起的，停產的主要原因是人為關停、儀表系統改造與動火作業；聯合調試作業除了人員培訓與設備故障問題外，還需對檢修作業實行嚴格的“掛牌”機制；試生產作業的高風險主要由于開井與工藝系統氣密性測試時未按照正確流程方案實施。

因此，在實行重大作業的高風險作業施工前必須要對專業人員做好培訓，技術交底，明確作業方案，做好溝通交流，嚴格按照規程實施一系列的操作；并做好應急管理工作及信息化施工，防患于未然。