張 勇
中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南海口 570100
結(jié)構(gòu)完整性管理系統(tǒng)(SIMS)是專門針對海洋固定平臺進行介紹分析,圍繞國際公認的行業(yè)標準(包括ISO 和API) 發(fā)展起來的行業(yè)最佳管理方法,通過減少健康、安全、環(huán)境方面的風險以提高海洋石油設(shè)施生命周期價值。SIMS 定義了檢驗、維護、監(jiān)測與維修的要求及流程和文件系統(tǒng),保證了海洋固定平臺結(jié)構(gòu)的完整性。此外,SIMS還可以滿足石油公司管理規(guī)定的相關(guān)要求。SIMS 執(zhí)行過程是針對海洋固定平臺上的所有結(jié)構(gòu)組件,如樁腿、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)、上部組塊等;所涉及的技術(shù)要求符合API RP SIM、ISO 1990 和ISO19901- 3 等行業(yè)標準,主要是結(jié)合《海上平臺結(jié)構(gòu)完性管理推薦做法》等相關(guān)規(guī)范、標準。
SIMS 目標是通過是提供可查證的管理程序,保證海上結(jié)構(gòu)的安全性和結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵因素(SCE)持續(xù)的適應(yīng)性。海上結(jié)構(gòu)是指海洋固定平臺上部組塊和導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)部分組件。SCE 主要分為兩類:一類是會導(dǎo)致平臺結(jié)構(gòu)失效的關(guān)鍵因素;另一類是可預(yù)防重大結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生及降低事故發(fā)生后失效后果的關(guān)鍵因素。詳細的結(jié)構(gòu)SCE 由石油公司根據(jù)平臺現(xiàn)狀研究確定,是安全評估、風險評估和SIMS 戰(zhàn)略中的重要因素之一。
SIMS 是通過一套完整的管理程序?qū)嵤┑?,整個管理流程包括數(shù)據(jù)、評估、策略及程序四個環(huán)節(jié)。海洋固定平臺的SEMS 是通過一個持續(xù)的循環(huán)過程,來確保平臺結(jié)構(gòu)在生命周期內(nèi)的安全適用性。在海洋固定平臺的整個生命周期內(nèi),通過定期檢驗,收集由于偶然事件、計劃性改造或平臺維修而產(chǎn)生的新數(shù)據(jù);評估這些數(shù)據(jù)變化對現(xiàn)有設(shè)施的SIMS 戰(zhàn)略將產(chǎn)生的影響,并及時調(diào)整SIMS 戰(zhàn)略、修改檢驗計劃;然后根據(jù)新的檢驗結(jié)果和評估結(jié)果,循環(huán)整個管理流程。
1.2.1 數(shù)據(jù)
對于新的海洋固定平臺,SIMS 數(shù)據(jù)庫需要收集以下數(shù)據(jù):結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙,包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、建造和安裝階段的相關(guān)設(shè)計圖紙;結(jié)構(gòu)規(guī)格書和計算報告,包括平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算報告的分析結(jié)果等;平臺其他設(shè)施(除結(jié)構(gòu))的主要設(shè)計文件及數(shù)據(jù);平臺建造和安裝的現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)等。
對于已服役的海洋固定平臺,除了上述新平臺規(guī)定的收集數(shù)據(jù)外,所有歷史資料都應(yīng)盡可能收集,包括服役期間的所有保養(yǎng)檢查、檢驗、監(jiān)測、改造、維修、評估、評價及故障數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)變化的收集主要來源于檢驗和平臺改造工程,并且必須確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)變化管理(MOC)貫穿整個結(jié)構(gòu)完整性管理過程,是SIMS 的一個關(guān)鍵要素。
數(shù)據(jù)庫是SIMS 管理軟件的重要組成部分,目前使用較多的有RBI、FMS 和MATRIXONE 等。
1.2.2 評估
海洋固定平臺的結(jié)構(gòu)評估有助于石油公司識別出平臺的SCE,從而建立、更新公司的SIMS 策略和程序。對海洋平臺結(jié)構(gòu)完整性造成危害的因素包括:極端環(huán)境事件,如颶風、風暴潮和地震等;結(jié)構(gòu)的意外損壞,如火災(zāi)、爆炸、船舶碰撞和墜落物撞擊;結(jié)構(gòu)的磨損或老化,如過度的腐蝕或疲勞破壞;甲板相對水面高度下降,如平臺沉降或者環(huán)境數(shù)據(jù)變化;平臺改造后造成平臺重量變化或者重量分布變化,同時也需要考慮改造引起的環(huán)境載荷變化;平臺改造后引起的平臺失效后果變化,如平臺功能變化,包括無人平臺改造為有人平臺,平臺增加儲油設(shè)施等。
結(jié)構(gòu)評估應(yīng)由有資質(zhì)且熟悉SIMS 整體過程,并具有SIMS 管理經(jīng)驗的專業(yè)公司及結(jié)構(gòu)工程師負責。在海洋平臺結(jié)構(gòu)完整性造成危害的因素產(chǎn)生后,應(yīng)及時收集所有相關(guān)最新數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)評估,從而判平臺的安全性及失效的可能性,并給出結(jié)論和建議。
評估應(yīng)考慮以下三方面對結(jié)構(gòu)完整性的影響:
(1)單獨構(gòu)件完整性——單獨的結(jié)構(gòu)件是否持續(xù)適用,如腐蝕結(jié)構(gòu)件能否滿足繼續(xù)使用的要求;
(2)系統(tǒng)的完整性——平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是否持續(xù)適用,如損壞的架構(gòu)是否影響導(dǎo)管架的完整性,載荷變化是否影響上部組塊結(jié)構(gòu)的完整性;
(3)海洋固定平臺的完整性——操作方法是否需要調(diào)整,以減少船只碰撞平臺的幾率;平臺鉆機模塊鉆井作業(yè)的甲板容許荷載分布是否需要調(diào)整,以滿足平臺綜合作業(yè)的需求等。
評估結(jié)果應(yīng)該確定海洋固定平臺是否可以繼續(xù)安全適用,或是否需要采取補救措施。
1.2.3 策略
檢驗策略主要是確定海洋固定平臺定期檢驗頻率和檢測范圍。對于常規(guī)海洋固定平臺的結(jié)構(gòu)檢驗計劃,建議采用基于風險的檢驗方法。該方法是依據(jù)平臺風險的高低,優(yōu)化檢驗合理配置檢驗資源。通過調(diào)整檢驗的手段與時機,進行殘余風險控制的優(yōu)化,以避免過度檢驗或檢驗不足?;陲L險的檢驗方法特別適用于平臺水下結(jié)構(gòu)檢驗,并可用于制定海洋平臺水下結(jié)構(gòu)的長期檢驗計劃。同時,該方法制定的檢驗周期應(yīng)滿足API RP 2A 及ISO19902 規(guī)定所界定的最大檢驗時間間隔要求?;陲L險的方法也可以用于新型結(jié)構(gòu)的風險評估,以辨識SCE及風險等級。
1.2.4 程序
檢驗程序是為了發(fā)現(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)服役過程中出現(xiàn)的缺陷而采用的具體檢驗方法,海洋固定平臺至少應(yīng)包括如下檢驗程序:年度水上結(jié)構(gòu)檢驗程序;定期水下結(jié)構(gòu)檢驗程序;專項檢驗。
水下結(jié)構(gòu)檢驗往往會受到氣候窗的影響,只有在合適的氣候窗條件下,才可以順利高效進行。同時,水下檢驗還會受到平臺作業(yè)的限制。因此,水下結(jié)構(gòu)檢驗的實施時間需要充分考慮平臺現(xiàn)狀,以確保滿足SIMS 管理程序的要求。
每座海洋固定平臺應(yīng)制定專門的檢驗程序,包括詳細的工作范圍,工作范圍必須與檢驗策略一致,并且明確每項檢驗活動需要使用的檢驗技術(shù)和檢驗工具。檢驗技術(shù)是指外觀檢查、無損探傷等方法。檢驗程序還應(yīng)明確按數(shù)據(jù)收集的規(guī)則要求;進行各項檢驗數(shù)據(jù)記錄,尤其對受損桿件應(yīng)盡可能詳細記錄。
SIMS 典型的循環(huán)工作周期是每個自然年度,也就是從每年的1 月1 日開始,至12 月31 日結(jié)束一個循環(huán)周期。年度循環(huán)周期中制定的各項活動應(yīng)按規(guī)定時間同步進行,下一年度的計劃應(yīng)在第三、四季度制定并確認。大多數(shù)SIMS 活動是按年度周期制定的,但一些SIMS 活動是一個伴隨平臺生命周期的持續(xù)性過程。如平臺重量控制、下水結(jié)構(gòu)檢等,這些作為長期計劃和規(guī)則應(yīng)在SIMS管理系周期中得到體現(xiàn)。
需要建立石油公司與參與SIMS 活動的關(guān)鍵承包商及專業(yè)公司之間的分工界面,明確各自的職責。通過參考國外石油公司的機構(gòu)設(shè)置,結(jié)合國內(nèi)石油公司現(xiàn)狀,為保證SIMS 順利有效執(zhí)行,參與SIMS 的機構(gòu)設(shè)置和職責劃分參考如圖1 所示。
圖1 SIMS 的功能和界面
結(jié)構(gòu)完整性管理部門一般由石油公司組建,其主要職責如下:
(1)負責SIMS 各方管理和協(xié)調(diào),包括運維服務(wù)承包商、檢驗服務(wù)承包商等;
(2)確保平臺現(xiàn)狀的安全性,包括通過采取緩解措施把平臺風險降低到可以接受的范圍;
(3)保持與結(jié)構(gòu)技術(shù)權(quán)威機構(gòu)和結(jié)構(gòu)完整性工程師的有效溝通,確保所有的結(jié)構(gòu)完整性信息及風險都被結(jié)構(gòu)完整性工程師獲知并被有效處理;
(4)批準SIMS 策略和程序,監(jiān)督SIMS 流程的執(zhí)行,特別是策略和程序的維護、更新及執(zhí)行情況;
(5)批準平臺年度綜述報告。
結(jié)構(gòu)技術(shù)權(quán)威機構(gòu)通常由提供SIMS 服務(wù)的專業(yè)公司提供,也可以由石油公司聘請獨立第三方權(quán)威機構(gòu)擔任。其主要負責向石油公司運營的海上固定式平臺結(jié)構(gòu)完整性提供技術(shù)保障,并為結(jié)構(gòu)完整性工程師提供技術(shù)支持,具體職責如下:
(1)審查結(jié)構(gòu)完整性工程師編制的SIMS 及相關(guān)文件;
(2)審查并批準結(jié)構(gòu)完整性工程師編制的平臺年度綜述報告;
(3)確定最低的年度SIMS 活動標準;
(4)獲知平臺結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響或潛在影響時,進行及時評估,確認平臺SIMS 策略和程序是否需要調(diào)整,并及時通告結(jié)構(gòu)完整性工程師。
結(jié)構(gòu)完整性工程師通常由提供SIMS 服務(wù)的專業(yè)公司提供,主在負責制定和維護SIMS,具體職責如下:
(1)制定、維護并定期審查SIMS 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的基線信息及平臺狀態(tài)的完整信息;
(2)保存和維護關(guān)鍵SIMS 文件;
(3)制定導(dǎo)管架檢驗策略,該策略必須滿足基于風險的水下檢驗準則;
(4)制定水上結(jié)構(gòu)檢驗策略;
(5)審查和批準檢驗服務(wù)承包商編制的檢驗程序和方案,并監(jiān)督SIMS 數(shù)據(jù)庫管理員錄入相關(guān)信息;
(6)評估檢驗服務(wù)完工報告;
(7)決定是否需要進行平臺結(jié)構(gòu)評估,如需要則進行相關(guān)評估;
(8)編制平臺維護計劃;
(9)監(jiān)控平臺重量變化信息;
(10)掌握平臺最新現(xiàn)狀的結(jié)構(gòu)分析報告及記錄;
(11)編制平臺年度綜述報告。
SIMS 數(shù)據(jù)庫是SIMS 中最基礎(chǔ)的部分,也是系統(tǒng)最重要的組成部分之一。SIMS 數(shù)據(jù)庫管理員通常由提供SIMS 服務(wù)的專業(yè)公司提供,主要職責是錄入和維護數(shù)據(jù)庫,確保提供最新和最有效的平臺數(shù)據(jù)信息。其應(yīng)在結(jié)構(gòu)完整性工程師指導(dǎo)下工作,并保持有效的聯(lián)絡(luò)和溝通。
SIMS 計劃工程師通常由石油公司工作人員擔任,負責規(guī)劃和安排SIMS 相關(guān)活動,確保相關(guān)活動安全、及時和有效進行。SIMS 計劃工程師需要和負責管理實施計劃的部門保持有效聯(lián)絡(luò)和溝通。
在SIMS 中,運維服務(wù)承包商主要負責下列事項:
(1)按照結(jié)構(gòu)完整性工程師的技術(shù)要求進行全面維修和維護;
(2)組織和管理其他的相關(guān)專業(yè)維修和維護承包商;
(3)當維修和維護對平臺結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響或潛在影響時,提供詳細的相關(guān)信息,并與結(jié)構(gòu)技術(shù)權(quán)威機構(gòu)保持聯(lián)絡(luò)和溝通。
檢驗服務(wù)承包商可以分為水上檢驗服務(wù)承包商和水下檢驗服務(wù)承包商。其主要職責如下:
(1)編制檢驗程序和方案,并報結(jié)構(gòu)完整性管理工程師批準;
(2)進行結(jié)構(gòu)檢驗服務(wù)及相關(guān)服務(wù);
(3)按照結(jié)構(gòu)完整性管理工程師提供的SIMS 數(shù)據(jù)記錄表格提供檢驗服務(wù)報告。
海洋固定式平臺SIMS 是從信息完整性出發(fā),對平臺建造、投產(chǎn)、運行、廢棄等全生命周期內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行規(guī)范有效管理,評估和確定其在服役期間和延壽期間的結(jié)構(gòu)安全風險,并提出風險控制的檢驗策略,從而形成合理系統(tǒng),便于實現(xiàn)海洋固定平臺結(jié)構(gòu)科學(xué)管理的解決方案,有效保障海洋固定式平臺結(jié)構(gòu)的安全。
(1)識別海洋固定式平臺結(jié)構(gòu)安全風險,保證海洋平臺安全服役。SIMS 是通過對關(guān)鍵構(gòu)件進行風險識別與評估,明確結(jié)構(gòu)風險的來源、等級和失效機理,確定有效的檢驗方法和頻率,合理分配檢驗維修資源,提供對應(yīng)的檢驗策略,將平臺結(jié)構(gòu)保持在適合的風險水平,從而確保海洋固定平臺在全生命期內(nèi)的安全可靠性;
(2)通過SIMS 管理軟件,可以實現(xiàn)海洋固定式平臺生命周期內(nèi)的全過程數(shù)據(jù)管理。SIMS 可在管理環(huán)節(jié)上建立一套系統(tǒng)的面對海洋固定式平臺全生命周期的過程數(shù)據(jù)管理,為從生產(chǎn)作業(yè)層面直至公司管理決策層面的有效決策提供支持;
(3)SIMS 可以優(yōu)化平臺設(shè)計、建造,并為維護管理提供有效支持。SIMS 可通過對現(xiàn)有海洋固定式平臺在全生命周期中的相關(guān)數(shù)據(jù)總結(jié),建立一套有效機制,使未來更多平臺在設(shè)計建造期間就可借鑒已有平臺建造運營維護經(jīng)驗,實現(xiàn)新平臺設(shè)計建造的最優(yōu)化。
基于SIMS 的上述優(yōu)勢,國外大型石油公司如美孚、道達爾、BP、康菲石油等已逐步建立和推行SIMS 管理。SIMS 作為資產(chǎn)完整性管理的重要組成之一,如何結(jié)合國情開展應(yīng)用是一個需要進一步探討和摸索的過程。今后,還需進一步結(jié)合實際情況進行研究,以切實保證SIMS發(fā)揮應(yīng)有的作用,為海洋石油平臺安全生產(chǎn)保駕護航。