鄒曉燕 崔鵬 霍夙彥 王建偉（大港油田采油工藝研究院）

隨著國(guó)家新《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護(hù)法》相繼頒布，以及油田自身發(fā)展提質(zhì)降本增效的迫切需求，這些都對(duì)油氣田管道安全運(yùn)行管理提出了更嚴(yán)格的要求。而油氣集輸管道是油田開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中不可或缺的重要組成部分，它在整個(gè)油氣運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用，具有敷設(shè)里程長(zhǎng)，穿越地區(qū)廣的特點(diǎn)。大港油田集輸管道運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、腐蝕老化嚴(yán)重，發(fā)生泄露事件呈逐年增多趨勢(shì)，管道沿線經(jīng)過(guò)居民區(qū)、廠礦企業(yè)等人口密集區(qū)，鹽堿荒地、濕地、河流等環(huán)境敏感區(qū)以及第三方破壞易發(fā)區(qū)等，這些區(qū)域一旦發(fā)生管道失效事件，將對(duì)居民生命財(cái)產(chǎn)及周邊環(huán)境構(gòu)成潛在威肋。因此，為提高油田集輸管道本質(zhì)安全，控制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)油田在役集輸管道實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)展歷程

1.1 國(guó)外發(fā)展歷程

20世紀(jì)30年代，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和方法誕生于美國(guó)的保險(xiǎn)行業(yè)，到50年代，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)逐漸發(fā)展成為一門(mén)學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論陸續(xù)推廣到航空、航天、石油、化工、核工業(yè)等領(lǐng)域，各種評(píng)價(jià)分析方法也不斷得到發(fā)展和完善，隨后相應(yīng)的法律法規(guī)也應(yīng)運(yùn)而生。

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在第二次世界大戰(zhàn)之后興建的大量輸油氣管道逐漸進(jìn)入了老齡期，為延長(zhǎng)油氣管道的使用壽命，減少事故的發(fā)生頻率，美國(guó)部分管道公司便開(kāi)始嘗試用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)老輸油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估。1985年，美國(guó)Battelle Columbus研究院發(fā)表了《風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查指南》，在管道風(fēng)險(xiǎn)分析方面首次應(yīng)用了評(píng)分法。1992年，著名油氣管道專家W.Kent.Muhlbaue撰寫(xiě)的《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》，首次詳細(xì)的描述了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型及其評(píng)價(jià)方法。從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，世界上其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也加入了對(duì)油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究和應(yīng)用行列，到90年代初，各種風(fēng)險(xiǎn)管理理論的研究得到了系統(tǒng)化，并形成了較為系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

在我國(guó)，有關(guān)國(guó)外的油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方面的介紹最早是由著名的油氣儲(chǔ)運(yùn)專家潘家華教授提出的，1995年，潘家華教授在《油氣儲(chǔ)運(yùn)》雜志上發(fā)表了《油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)分析》一文，詳細(xì)介紹了美國(guó)著名油氣管道風(fēng)險(xiǎn)管理專家W.Kent.Muhlbauer先生提出的管道風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)分法，此后，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在油氣管道安全性評(píng)價(jià)中的研究與應(yīng)用才逐漸得到有關(guān)科技人員及部分油田企業(yè)的重視。2000年，西南石油學(xué)院與中國(guó)石油西南油氣田分公司共同開(kāi)發(fā)了“輸氣管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件”，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了較好的效果。2010年中國(guó)石油管道科技研究中心也對(duì)肯特評(píng)分法的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了修改和完善，建立了RiskScore管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分系統(tǒng)，使其更適用于我國(guó)油氣管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2014年，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司發(fā)布了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中僅有半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，且方法是采用矩陣風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法，存在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果缺乏量化，不便于現(xiàn)場(chǎng)人員操作，同時(shí)在該標(biāo)準(zhǔn)半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，針對(duì)腐蝕因素、第三方破壞、制造與施工缺陷、誤操作、地質(zhì)災(zāi)害等[1]五要素的權(quán)重是按照等比考慮，沒(méi)有考慮各要素權(quán)重差異，因此評(píng)價(jià)出的結(jié)果不能客觀真實(shí)地反映管道實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而且并不適應(yīng)油氣田領(lǐng)域的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。為此根據(jù)大港油田自身特點(diǎn)，研究建立適合大港油田原油物性、輸送介質(zhì)、土壤腐蝕性、地形地貌等需求的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)施細(xì)則，建立了適合大港油田的管道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，該方法操作性強(qiáng)，簡(jiǎn)單實(shí)用，便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員實(shí)施評(píng)價(jià)，有效指導(dǎo)生產(chǎn)單位開(kāi)展在役管道定性和半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，制定了有針對(duì)性的、切實(shí)可行的、有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和對(duì)策[2]，將風(fēng)險(xiǎn)控制在合理、可接受的范圍內(nèi)，使管道始終處于可控狀態(tài)，旨在提高地面管道的本質(zhì)安全，降低盲目更新改造管道投資，為管道的安全運(yùn)行和運(yùn)行維護(hù)提供科學(xué)合理的技術(shù)對(duì)策，其研究成果將為大港地面管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作探索了新的模式。

2 在役管道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

在役管道定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[3]的目的是識(shí)別對(duì)管道安全運(yùn)行有不良影響的危險(xiǎn)因素，從而評(píng)價(jià)設(shè)施失效發(fā)生的可能性和后果，綜合得到在役管道定性風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并提出相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施[4-6]的分析過(guò)程。

2.1 在役管道失效可能性定性評(píng)價(jià)研究

在役管道失效可能性[7-8]定性評(píng)價(jià)，根據(jù)大港油田的生產(chǎn)特點(diǎn)、地域環(huán)境和土壤性質(zhì)，管道失效可能性主要考慮腐蝕和第三方破壞兩大類因素，在股份公司油田集輸管道檢測(cè)評(píng)價(jià)及修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則（下面簡(jiǎn)稱股份公司技術(shù)導(dǎo)則）的基礎(chǔ)上，增加了輸送介質(zhì)含水率（含水率以25%為界限）、管道外防腐工藝（增加環(huán)氧酚醛、內(nèi)襯PE、復(fù)合管等）、管道內(nèi)防腐工藝（增加H87、環(huán)氧酚醛、內(nèi)襯PE、不銹鋼、高溫環(huán)氧粉末等）、管道外防腐層等級(jí)所占比例、管道是否進(jìn)行修復(fù)等多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，使評(píng)價(jià)指標(biāo)更貼近油田生產(chǎn)實(shí)際，滿足了評(píng)價(jià)的目的（表1）。

表1 失效可能性指標(biāo)等級(jí)

評(píng)價(jià)指標(biāo)分為三個(gè)等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)失效可能性指標(biāo)確定每項(xiàng)等級(jí)。將失效可能性各項(xiàng)指標(biāo)等級(jí)之和除以評(píng)價(jià)項(xiàng)數(shù)后向上圓整，即得到失效可能性等級(jí)。

2.2 在役管道失效后果定性評(píng)價(jià)研究

股份公司技術(shù)導(dǎo)則在管道失效后果[9-10]定性評(píng)價(jià)上考慮是5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此結(jié)合油田的地域特點(diǎn)和輸送介質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，增加了自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)用地區(qū)、海域、河流、鹽池、蝦池、排水渠等8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而使評(píng)價(jià)指標(biāo)更科學(xué)合理。具體見(jiàn)表2。

表2 管道失效后果等級(jí)

在役管道失效后果定性評(píng)價(jià)指標(biāo)分別分為3個(gè)等級(jí)，將失效后果各項(xiàng)指標(biāo)等級(jí)之和除以評(píng)價(jià)項(xiàng)數(shù)后向上圓整，即得到失效后果等級(jí)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)事故發(fā)生的失效可能性等級(jí)和失效后果等級(jí)，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為低、中、高，三個(gè)等級(jí)（表3）。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)消減措施要求見(jiàn)表4。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3 在役管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

在役管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[11]是指識(shí)別對(duì)管道安全運(yùn)行有不良影響的危害因素，評(píng)價(jià)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(fēng)險(xiǎn)值，并提出相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施的分析過(guò)程。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算

按照半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，采用專家打分法對(duì)管道失效可能性和失效后果進(jìn)行評(píng)分，利用分值表示管道風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小，風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算公式如下：

式中：R為風(fēng)險(xiǎn)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(píng)價(jià)

3.2.1 失效可能性半定量指標(biāo)等級(jí)

股份公司技術(shù)導(dǎo)則在失效可能性半定量指標(biāo)上主要考慮管道運(yùn)行年限、穿孔次數(shù)、陰極保護(hù)等3個(gè)因素，但結(jié)合油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，在管道腐蝕上主要增加了管道內(nèi)外防腐工藝、輸送介質(zhì)含水率、溫度、氯離子含量、土壤電阻率等12個(gè)因素；在第三方破壞主要考慮管道巡線頻率、周邊有無(wú)施工和占?jí)旱?個(gè)因素。失效可能性半定量評(píng)價(jià)指標(biāo)分別分為5個(gè)等級(jí)，根據(jù)不同評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦予不同等級(jí)，能夠較為客觀真實(shí)地評(píng)價(jià)管道失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表5）。

3.2.2 失效可能性因素權(quán)重

結(jié)合大港油田實(shí)際，確定腐蝕與第三方破壞因素的權(quán)重系數(shù)（表6）。

3.2.3 失效可能性計(jì)算

在役管道失效可能性分值P是腐蝕各項(xiàng)指標(biāo)等級(jí)之和與其權(quán)重的乘積加上第三方破壞各項(xiàng)指標(biāo)等級(jí)之和與其權(quán)重的乘積。計(jì)算公式如下：

表5 管道腐蝕失效可能性指標(biāo)等級(jí)

表6 失效可能性因素權(quán)重系數(shù)

3.3 在役管道失效后果半定量評(píng)價(jià)

3.3.1 失效后果指標(biāo)等級(jí)

失效后果考慮輸送介質(zhì)、運(yùn)行壓力、敷設(shè)方式等因素，根據(jù)油田地處環(huán)境，在敷設(shè)方式和埋設(shè)地類增加了瀕臨或穿越海域、河流、鹽田、鹵池、蝦池等評(píng)價(jià)因素，根據(jù)管道基本參數(shù)及所處的環(huán)境，結(jié)合評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦予不同等級(jí)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀可行。

3.3.2 失效后果因素權(quán)重

按照安全、環(huán)境第一，兼顧生產(chǎn)的原則，根據(jù)油田地域條件和生產(chǎn)現(xiàn)狀，土壤介質(zhì)對(duì)管道使用壽命影響最大，其次是管道輸送介質(zhì)、敷設(shè)方式和管道類別，因此確定各后果因子權(quán)重系數(shù)見(jiàn)表7。

3.3.3 失效后果計(jì)算

管道失效后果分值C是將敷設(shè)方式、埋設(shè)地類、管道規(guī)格、管道類別所得后果分值與各自權(quán)重系數(shù)相乘然后求和得到，計(jì)算公式如下：

C=敷設(shè)方式×20%+埋設(shè)地類×35%+管道規(guī)格×20%+管道類別×25%

表7 失效后果因素權(quán)重系數(shù)

3.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分布的特征規(guī)律，以風(fēng)險(xiǎn)值從高到低的區(qū)間為依據(jù)，將風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間的前10%、10%～20%對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值作為各等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)界限，分為高、中、低三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

例如板橋油田某原油外輸管道于2003年投產(chǎn)，規(guī)格為φ159×6，全長(zhǎng)16.3 km，管道防腐采用環(huán)氧煤瀝青、硅酸鹽保溫。2016年對(duì)該管道進(jìn)行部分更新改造，管道規(guī)格DN150，更新管道10.89 km，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(chǎn)年限的管道組成，因此對(duì)該管道不同投產(chǎn)時(shí)期的管段分別進(jìn)行半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

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兩方面進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，則老管道腐蝕可能性得分32分，第三方破壞失效可能性得分16分；新管道腐蝕可能性得分22分，第三方破壞失效可能性得分12分，則老管道、新管道失效可能性得分具體如下：老管道失效可能性28.8；新管道失效可能性為20。

管道失效后果從敷設(shè)方式、埋設(shè)地類、管道規(guī)格、管道類別四個(gè)方面分別打分評(píng)價(jià)，則老管道、新管道失效后果得分具體如下：老管道失效后果為15.3；新管道失效后果為17.4，則老管道風(fēng)險(xiǎn)值為440.6；新管道風(fēng)險(xiǎn)值為348。

根據(jù)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，板橋油田某外輸管道老管道屬于高風(fēng)險(xiǎn)管道，新管道屬于中等風(fēng)險(xiǎn)管道，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，識(shí)別出的高風(fēng)險(xiǎn)管道運(yùn)行年限達(dá)到16年，平均土壤電阻率3.9 Ω·m，管道周邊存在第三方施工情況，同時(shí)這些管道大多埋設(shè)在城鎮(zhèn)居民區(qū)、樓區(qū)或?yàn)l臨、穿越河流等區(qū)域。因此，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法較好的反映了管道的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)狀況。

目前，研究成果已在大港油田全面推廣應(yīng)用，目前共計(jì)完成2 635 km管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，識(shí)別出高風(fēng)險(xiǎn)管道187 km。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，明確了管道管理重點(diǎn)，僅對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)管道采取進(jìn)一步措施，實(shí)施有針對(duì)性的檢測(cè)評(píng)價(jià)，與全部管道均開(kāi)展檢測(cè)評(píng)價(jià)相比，節(jié)省運(yùn)行成本980萬(wàn)元。同時(shí)開(kāi)展管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為管道的更新改造提供科學(xué)客觀的技術(shù)依據(jù)，大幅降低了地面管道改造資金，年可降低工程改造資金2 000萬(wàn)元以上，節(jié)約污染賠償費(fèi)用500萬(wàn)元，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

研究建立了適應(yīng)于大港油田管道輸送介質(zhì)、復(fù)雜地表環(huán)境的定性和半定量管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，解決了制約管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)在油氣田領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸，并形成了《大港油田油氣生產(chǎn)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)施細(xì)則》，填補(bǔ)了油田在管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的技術(shù)空白。該成果已在大港油田全面推廣應(yīng)用，能夠快速判定管道的風(fēng)險(xiǎn)程度和等級(jí)，評(píng)價(jià)方法較好地反映了管道的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)狀況，為管道的維護(hù)和更新改造提供科學(xué)依據(jù)，并大幅降低地面管道更新改造投資，有效指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模實(shí)施。

遼河油田特油公司曙一區(qū)污水深度處理站