許振斌高級工程師

(中海石油(中國)有限公司海南分公司,海南 海口 570100)

0 引言

我國每年油氣消耗量巨大,油氣資源對外依存度高。以2022年為例,我國消耗天然氣3646億m3[1],石油消耗量7.19億t[2];其中天然氣進(jìn)口量占比達(dá)到43%,石油進(jìn)口量占比達(dá)到70%以上。在如此嚴(yán)峻形勢下,開發(fā)海洋油氣資源,是降低我國對外油氣依存度的重要途徑,也對保障我國能源安全具有重大意義。近年來,我國海洋油氣資源深水開發(fā)比例過半,這表明深水開發(fā)已成為海洋油氣開發(fā)的主方向[3]。海洋深水油氣開發(fā)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜且難度大,在深水區(qū)域進(jìn)行油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)施工作業(yè)時存在較大風(fēng)險,因此,如何有效防范深水油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)施工過程中存在的風(fēng)險已成為海洋石油工業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。

已有學(xué)者對海域油氣田生產(chǎn)建設(shè)施工過程中的風(fēng)險進(jìn)行研究。例如,王亮[4]提到,風(fēng)險管理對于油田地面工程建設(shè)有著非常重要的意義,關(guān)系施工進(jìn)度和施工質(zhì)量;高冬霞等[5]對影響油田基建工程的風(fēng)險進(jìn)行分析,建立評價體系并提出評級方案;郝恒等[6]提出深海載人平臺的建設(shè)和使用存在風(fēng)險,必須對其研制和使用過程進(jìn)行風(fēng)險識別和管理。當(dāng)下研究方向主要是針對淺海海域平臺風(fēng)險的研究,或針對深海鉆井作業(yè)單一風(fēng)險因素的分析研究,并未對深海作業(yè)事故發(fā)生的風(fēng)險耦合機(jī)理展開研究,沒有形成深海作業(yè)風(fēng)險管理框架體系[7]。對于深海油氣田平臺建設(shè)只停留在單一風(fēng)險因素的分析研究,而事故是由多個風(fēng)險因素的相互作用導(dǎo)致。

鑒于此,本文將風(fēng)險耦合理論引入深海油氣田平臺建設(shè)風(fēng)險分析評估中,將質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全分為單因素、雙因素和多因素耦合,綜合考慮多風(fēng)險因素的相互作用,利用基于N-K模型的風(fēng)險度量方法計算各風(fēng)險因素耦合值,并對安全事故的4個主要因素分別提出針對性預(yù)防措施,為我國深海油氣作業(yè)風(fēng)險控制和安全生產(chǎn)提供參考。

1 油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險機(jī)理分析

我國油氣開發(fā)裝備技術(shù)在引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新及國產(chǎn)化方面取得長足進(jìn)步。但是油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)中存在的風(fēng)險問題并未得到解決,安全事故頻發(fā),嚴(yán)重影響生產(chǎn)平臺的建設(shè)和發(fā)展。因此,油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)中存在的風(fēng)險不容忽視。

1.1 生產(chǎn)平臺建設(shè)事故多發(fā)

世界海洋事故數(shù)據(jù)庫是一個收集和記錄全球海洋事故相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。它旨在提供全面、可靠的資源,用于研究、分析和了解發(fā)生在海洋領(lǐng)域的各種事故,并從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以改善海洋安全和避免類似事故再次發(fā)生。該數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計了1956年以來的中國海洋工程事故,其中,過去50年中國海洋工程施工安全事故共283起,年平均事故為5.66起。近年來,我國海上石油天然氣開發(fā)技術(shù)獲得迅速發(fā)展,但海上工程施工安全事故數(shù)量卻沒有明顯下降,2012—2022年期間,我國海上工程施工安全事故高達(dá)50起,平均每年5起。因此,建設(shè)深海天然油氣鉆井平臺存在著不可忽視的安全風(fēng)險[8]。

1.2 風(fēng)險因素辨識

風(fēng)險評估是指在風(fēng)險辨識的基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系,對系統(tǒng)存在的風(fēng)險進(jìn)行量化計算,從而確定風(fēng)險等級的過程[9]。根據(jù)《海洋石油工程項(xiàng)目風(fēng)險評估規(guī)范》中關(guān)于風(fēng)險評估方法的要求,并結(jié)合海上建設(shè)工程安全事故案例的調(diào)研和文獻(xiàn)[10]的分析,將質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全4個因素作為主要因素,進(jìn)行系統(tǒng)分析和風(fēng)險評估。由于質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全4個因素存在風(fēng)險耦合關(guān)系,因此需要將以上4個風(fēng)險因素進(jìn)行重點(diǎn)分析。

(1)質(zhì)量風(fēng)險主要包括:工程材料質(zhì)量不合格、施工誤操作、管理和技術(shù)人員缺乏、施工方案缺乏科學(xué)性、建設(shè)過程中惡劣環(huán)境影響等,以上風(fēng)險因素可直接影響油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)質(zhì)量[11]。

(2)進(jìn)度風(fēng)險主要包括:設(shè)計方案頻繁變更、文件審批手續(xù)繁瑣、施工現(xiàn)場管控力度不足、項(xiàng)目進(jìn)度過緊等,以上風(fēng)險因素可直接影響項(xiàng)目整體施工進(jìn)度,如施工現(xiàn)場管控力度不足,施工人員、施工設(shè)備、施工材料和施工環(huán)境等缺乏有效管理,施工交叉作業(yè)問題嚴(yán)重等,將直接導(dǎo)致施工周期延長。

(3)技術(shù)風(fēng)險具體是指井控設(shè)備、作業(yè)平臺操作偏移預(yù)期的風(fēng)險,包括設(shè)備固井質(zhì)量、技術(shù)完備程度、設(shè)備故障等。

(4)安全風(fēng)險是指工程施工階段發(fā)生危險事件或有害物質(zhì)暴露的可能性,與隨之引發(fā)的人身傷害或財產(chǎn)損失等危害后果的組合。油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中由于較高風(fēng)險導(dǎo)致的事故包括高處墜落、施工坍塌、物體打擊、起重傷害、機(jī)具傷害等,另外火災(zāi)、觸電等安全事故也由施工過程中的高風(fēng)險事件導(dǎo)致[12]。

1.3 生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中風(fēng)險耦合的特點(diǎn)

油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中存在的風(fēng)險耦合是指質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全4種風(fēng)險發(fā)生交互時所引起的不同風(fēng)險的演化蔓延,并影響各風(fēng)險因素值,當(dāng)風(fēng)險值超過設(shè)定閾值后,最終造成安全事故[13]。油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險耦合具有突發(fā)性、隨機(jī)性和不可逆性。其中,突發(fā)性是指多個風(fēng)險因素之間發(fā)生耦合,待能量積攢達(dá)到閾值后突然爆發(fā),進(jìn)而引發(fā)安全事故;隨機(jī)性是指油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中,施工操作不當(dāng)引發(fā)的安全事故;不可逆性是指4種風(fēng)險因素發(fā)生耦合后,生產(chǎn)平臺建設(shè)工作狀態(tài)發(fā)生改變,產(chǎn)生新的風(fēng)險或者進(jìn)一步增加生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險。

2 耦合風(fēng)險分析方法

2.1 耦合風(fēng)險類型劃分

根據(jù)油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險因素類型,可將其劃分為單因素耦合風(fēng)險、雙因素耦合風(fēng)險和多因素耦合風(fēng)險。

(1)單因素耦合風(fēng)險是指相同屬性風(fēng)險因素所產(chǎn)生的多個風(fēng)險因子,如質(zhì)量風(fēng)險因素因子包括施工方案不完善、操作失誤等。由油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險辨識結(jié)果可知單因素耦合風(fēng)險為質(zhì)量T11(a)、進(jìn)度T12(b)、技術(shù)T13(c)和安全T14(d)4個因素[14]。

(2)雙因素耦合風(fēng)險是指2個單因素風(fēng)險之間發(fā)生耦合引起的安全事故,包括質(zhì)量和進(jìn)度T21(a,b)、質(zhì)量和技術(shù)T22(a,c)、質(zhì)量和安全T23(a,d)、進(jìn)度和技術(shù)T24(b,c)、進(jìn)度和安全T25(b,d)、技術(shù)和安全T26(c,d)。

(3)多因素耦合風(fēng)險是指3個及以上的單因素風(fēng)險發(fā)生耦合引起的安全事故,包括質(zhì)量→進(jìn)度→技術(shù)T31(a,b,c)、質(zhì)量→進(jìn)度→安全T32(a,b,d)、質(zhì)量→技術(shù)→安全T33(a,c,d)、進(jìn)度→技術(shù)→安全T34(b,c,d)、質(zhì)量→進(jìn)度→技術(shù)→安全T4(a,b,c,d)。

2.2 基于N-K模型的耦合風(fēng)險度量

N-K模型建立在數(shù)理統(tǒng)計的基礎(chǔ)上,利用客觀的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)來度量各要素間的耦合,避免主觀因素的干擾,因而具有較強(qiáng)的客觀性與精確性。N-K模型中N為元素數(shù)量,K為相互耦合元素數(shù)量,每個元素狀態(tài)為n種,因此耦合方式共有m種,K最大值為N-1,最小值為0。

通常情況下,油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中某種耦合方式出現(xiàn)頻率越高,其耦合值T越大,表明該耦合方式風(fēng)險越高,4個風(fēng)險因素耦合風(fēng)險值計算公式如下:

P.i..P..j.P...g)]

(1)

式中:

a、b、c、d—質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全4個風(fēng)險因素編號;

H、I、J、G—質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全4個風(fēng)險因素狀態(tài)數(shù)量,個;

h、i、j、g—質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全風(fēng)險狀態(tài);

Phijg—安全事故風(fēng)險耦合頻率;

Ph...—質(zhì)量風(fēng)險因素狀態(tài)事故頻率;

P.i..—進(jìn)度風(fēng)險狀態(tài)事故頻率;

P..j.—技術(shù)風(fēng)險狀態(tài)事故頻率;

P...g—安全風(fēng)險狀態(tài)事故頻率。

根據(jù)3種風(fēng)險因素耦合因素之間的信息交互程度確定耦合風(fēng)險,以質(zhì)量、進(jìn)度和技術(shù)為例,其耦合值T31(a,b,c)計算公式如下:

P..j.)]

(2)

式中:

Phij.—考慮質(zhì)量、進(jìn)度和技術(shù)3種風(fēng)險因素時安全事故耦合發(fā)生頻率。

根據(jù)式(2)可計算出3種因素的耦合值。

在雙因素耦合風(fēng)險情況下,質(zhì)量和進(jìn)度耦合風(fēng)險值T21(a,b)計算公式如下:

(3)

式中:

Phi..—考慮質(zhì)量和進(jìn)度雙風(fēng)險因素時安全事故耦合發(fā)生頻率。

根據(jù)式(3)可計算出其他雙因素耦合值。

2.3 耦合風(fēng)險度量方法應(yīng)用注意事項(xiàng)

(1)耦合風(fēng)險度量方法是針對耦合風(fēng)險產(chǎn)生原因和影響機(jī)理提出的,應(yīng)與實(shí)際情況結(jié)合應(yīng)用,不能簡單套用,否則可能會導(dǎo)致風(fēng)險誤判。

(2)在進(jìn)行風(fēng)險度量時,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定合適的系數(shù),通常系數(shù)取值應(yīng)盡可能小,以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[15]。

(3)在進(jìn)行風(fēng)險度量時,應(yīng)結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求和風(fēng)險耦合機(jī)理分析風(fēng)險之間的影響關(guān)系,在確保安全的基礎(chǔ)上盡量降低風(fēng)險耦合程度。

(4)在進(jìn)行耦合風(fēng)險度量時,應(yīng)明確量化不同風(fēng)險因素之間的影響關(guān)系和作用程度,并結(jié)合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)要求和風(fēng)險管理實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析。

3 實(shí)例分析

根據(jù)我國環(huán)境執(zhí)法局公布的2000—2021年深海油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)安全事故中選取259起數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計,統(tǒng)計結(jié)果,見表1。表1中以質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)和安全的順序進(jìn)行排序,Y表示存在風(fēng)險耦合,N表示沒有風(fēng)險耦合,如“NYNN”表示由進(jìn)度風(fēng)險因素引發(fā)的安全事故共4起。

從表1中可以看出,油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中,由質(zhì)量因素風(fēng)險參與耦合導(dǎo)致的安全事故發(fā)生頻率為:Ph...=0.4517;由質(zhì)量和進(jìn)度因素參與耦合所引發(fā)的安全事故頻率為:Phi...=0.1274;由質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)因素參與耦合所引發(fā)的安全事故頻率為:Phij.=0.0772。

將表1中的數(shù)據(jù)帶入公式(1)-(3)可得各項(xiàng)風(fēng)險因素耦合值,如圖1。

表1 油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)安全事故風(fēng)險耦合次數(shù)和頻率Tab.1 Number and frequency of the safety accident risk coupling in the production platform construction of the oil and gas field

圖1 不同風(fēng)險因素耦合值Fig.1 Coupling values of different risk factors

從圖1可以看出,整體上,4因素耦合風(fēng)險值最高,其次為質(zhì)量和技術(shù)雙因素耦合風(fēng)險值;多因素耦合風(fēng)險中,各項(xiàng)風(fēng)險耦合值由大至小依次排序?yàn)門4>T33>T34>T32>T31,表明由質(zhì)量、技術(shù)、安全和進(jìn)度因素共同參與耦合所引發(fā)的安全事故率最高,其次為質(zhì)量、技術(shù)、安全3因素耦合風(fēng)險;雙因素耦合風(fēng)險中,質(zhì)量和技術(shù)因素耦合風(fēng)險值最高,進(jìn)度和安全因素耦合風(fēng)險值最低。

從統(tǒng)計結(jié)果可以看出,質(zhì)量因素在導(dǎo)致安全事故方面扮演了最重要的角色,其風(fēng)險參與耦合值最高。這意味著質(zhì)量問題在安全事故中起到了關(guān)鍵作用,需要特別的關(guān)注和管理。其次,質(zhì)量和進(jìn)度因素的耦合也顯著,這表明了項(xiàng)目進(jìn)度延誤或加速可能會對質(zhì)量問題產(chǎn)生重大影響,這需要項(xiàng)目管理人員的密切關(guān)注。

多因素耦合風(fēng)險中,由質(zhì)量、技術(shù)、安全和進(jìn)度因素共同參與耦合所引發(fā)的安全事故率最高,這表明4個因素之間的相互影響對安全具有重要意義。此外,質(zhì)量和技術(shù)因素的耦合風(fēng)險在雙因素耦合中占據(jù)主導(dǎo)地位,這意味著在管理策略中應(yīng)特別注意這2個因素的相互作用。

4 預(yù)防措施

油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中,質(zhì)量、安全、技術(shù)和進(jìn)度等因素引發(fā)的安全事故,給建設(shè)工程帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[16]。根據(jù)以上分析可知,質(zhì)量、安全、技術(shù)和進(jìn)度4個因素是引發(fā)油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)安全事故的主要因素,為預(yù)防安全事故發(fā)生,需要從以上4方面著手制定管理措施,以此來推動油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)工作的健康發(fā)展[17-19]。

4.1 建設(shè)質(zhì)量風(fēng)險控制措施

為保證油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)質(zhì)量,施工單位需要在施工階段和驗(yàn)收階段加大施工質(zhì)量管理和驗(yàn)收:做好施工材料驗(yàn)收和抽檢、施工設(shè)備運(yùn)行測試、施工質(zhì)量測量驗(yàn)收等工作,保證施工材料、設(shè)備質(zhì)量符合施工建設(shè)要求;加強(qiáng)油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中的管理和監(jiān)督,對施工作業(yè)進(jìn)行全過程管理,及時糾正施工人員錯誤操作行為,減少違章指揮、違規(guī)操作等行為,保證施工質(zhì)量。

除此之外,還需要加強(qiáng)施工現(xiàn)場作業(yè)人員質(zhì)量意識教育和技術(shù)培訓(xùn),加強(qiáng)對現(xiàn)場人員的監(jiān)管,完善施工現(xiàn)場作業(yè)管理制度。建立施工質(zhì)量驗(yàn)收制度和檢驗(yàn)制度:對重要工序、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制,采取旁站監(jiān)理等方式進(jìn)行檢查,確保施工過程中按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工;加強(qiáng)對重要材料、重要設(shè)備、重要外購件及特殊材料的采購管理;建立安全生產(chǎn)責(zé)任制,提高安全意識,規(guī)范安全行為。

4.2 建設(shè)進(jìn)度風(fēng)險控制措施

施工過程中每日對施工進(jìn)度進(jìn)行匯總,以此來及時掌握每日施工情況,確保施工進(jìn)度與預(yù)期計劃相符。對于施工進(jìn)度較慢的問題,施工單位需要明確影響施工進(jìn)度的原因,并及時進(jìn)行整改。另外,施工單位需要不定期對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督和管理,保證施工計劃的落實(shí)。

4.3 建設(shè)安全風(fēng)險控制措施

施工單位需加強(qiáng)施工建設(shè)全周期風(fēng)險分析和管理,以標(biāo)準(zhǔn)化施工組織為依據(jù),分析施工安全風(fēng)險因素;要求各施工單位編制施工安全風(fēng)險表,并匯編成冊,然后以此為依據(jù)制定風(fēng)險管理標(biāo)準(zhǔn)化方案,為油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)安全風(fēng)險管理奠定基礎(chǔ);加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場管理,加強(qiáng)對危險源、重點(diǎn)部位和關(guān)鍵工序的安全管控,強(qiáng)化施工現(xiàn)場安全巡查檢查制度及應(yīng)急預(yù)案落實(shí)等;嚴(yán)格執(zhí)行風(fēng)險分級及隱患排查制度,落實(shí)風(fēng)險分級管控措施和隱患排查治理制度;在確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上加強(qiáng)對安全生產(chǎn)工作的管理力度;對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn),對違章操作行為進(jìn)行嚴(yán)厲處罰;制定應(yīng)急預(yù)案并定期演練等。

4.4 建設(shè)技術(shù)風(fēng)險控制措施

應(yīng)明確施工技術(shù)管理目標(biāo)、技術(shù)要求、施工特點(diǎn)等,完善技術(shù)交底的流程和內(nèi)容;開展施工作業(yè)前召開技術(shù)交底會,使參與施工的人員熟悉和了解所承擔(dān)施工項(xiàng)目的特點(diǎn)、設(shè)計意圖、質(zhì)量技術(shù)要求、施工技術(shù)和應(yīng)注意的問題、主要技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)管理計劃要求等;對于重點(diǎn)工程、特殊工程、新工藝、新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品等還應(yīng)舉辦相應(yīng)的短期集中學(xué)習(xí)培訓(xùn)班及單項(xiàng)技術(shù)交底;加強(qiáng)對施工過程中設(shè)備、工具、材料、工藝等方面的管理,落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行;建立完善的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)制度、風(fēng)險管理制度和事故應(yīng)急預(yù)案等;強(qiáng)化對機(jī)械設(shè)備、起重設(shè)備、施工工具等方面的維護(hù)保養(yǎng)工作。

5 結(jié)論

油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)風(fēng)險包括質(zhì)量、安全、進(jìn)度和技術(shù)4方面,在外部干擾下,各個薄弱要素突破安全壁壘時,會產(chǎn)生一種協(xié)同耦合效應(yīng),從而引發(fā)施工安全事故。

(1)根據(jù)風(fēng)險耦合機(jī)理,將4種風(fēng)險因素分為單、雙和多因素耦合,利用基于N-K模型的定量耦合風(fēng)險度量方法,客觀準(zhǔn)確地計算各風(fēng)險因素耦合值,為后續(xù)提出針對性預(yù)防措施提供數(shù)據(jù)支撐。

(2)N-K模型計算結(jié)果表明,油氣田生產(chǎn)平臺建設(shè)過程中,4種風(fēng)險因素共同耦合最易引發(fā)安全事故,其耦合風(fēng)險值為0.67;其次為質(zhì)量和技術(shù)的雙因素耦合易導(dǎo)致事故,其風(fēng)險值為0.29。

(3)4種風(fēng)險因素耦合最易引發(fā)施工安全事故,因此建議從質(zhì)量、安全、進(jìn)度和技術(shù)4方面著手,建立風(fēng)險控制措施,通過制定施工規(guī)范、管理措施等加強(qiáng)建設(shè)施工風(fēng)險管理,降低安全生產(chǎn)事故。