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1、海洋油气安全风险分析与管理技术研究进展,陈国明教授、朱渊副教授E-mail: ,第二届中国石油石化健康、安全与环保（HSE）技术交流大会暨展示会,海洋油气安全风险分析与管理技术研究进展陈国明教授、朱渊副教授,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,COEST主要研究方向,油气风险控制与应急油气安全监测与预警油气设施完整性技术老龄结构物安全延寿技术海洋结构强度及可靠性评估深水隔水管及井口技术深水钻井装备技术,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心COEST,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国“渤海2
2、号”钻井船翻沉事故,时 间：1979年11月25日地 点：渤海2号钻井船中国渤海湾事故方： 中国石油部海洋石油勘探局事故后果：死亡72人经济损失：￥ 37,000,000元 钻井船沉没,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,英国Piper Alpha平台燃爆事故,时 间： 1988年7月6日地 点： Piper Alpha钻井平台 英国北海Block 15事故方： 加拿大Occidental石油公司事故后果：167人死亡经济损失：$1,270,000,000
3、,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,时 间：2001年3月15-20日地 点：巴西 P-36平台Oncador Field事故方：巴西石油公司Petrobras事故后果：11人死亡溢油约6000升经济损失：$461,000,000 钻井平台沉没 停产291天,巴西P-36 钻井平台爆炸沉没,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术
4、研究中心,时 间：2005年7月27日地 点：印度 Mumbai High平台 India Ocean事故方：印度石油天然气公司ONGC事故后果：22人死亡经济损失：$195,000,000 钻井平台坍塌 印度石油天然气减产1/3,印度孟买海洋平台燃爆事故,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,墨西哥湾深水地平线号井喷燃爆,时 间： 2010年4月20日地 点：Deepwater Horizon平台 美国 墨西哥湾事故方：英国石油公司（BP）事故后果：11人
5、死亡 17人重伤 溢油约490万桶 应对事故花费408亿美元,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,时 间：2011年12月18日地 点：俄罗斯“科尔斯卡耶”号鄂霍次克海中心海域事故方：俄天然气工业股份公司事故后果：4人死亡 49人失踪经济损失: 钻井平台沉没,俄罗斯钻井平台暴风雪沉没事故,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究
6、中心,2011年蓬莱19-3油田溢油事故,2011年珠海海底天然气管线泄漏事故,蓬莱19-3油田溢油事故造成约6200平方公里的海域海水污染，责任方赔偿海洋生态损害16.83亿元。珠海海底天然气管线泄漏事故导致每天损失2.67万桶油当量的天然气。,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,南中国海台风,深水油气事故不仅会带来巨大的人员伤亡和财产损失，还将引发环境灾难和声誉危机。我国南海深水作业环境恶劣，事故风险较高。研发深水油气作业安全保障与应急技术可有效降低事
7、故风险等级，提高安全生产水平。,深水半潜式钻井平台“海洋石油981”,0 引言,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心中国石油大,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,目录,1 海洋钻井作业风险分析研究2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁风险研究3 深水天然气井喷连锁风险研究4 海洋平台应急撤离风险研究5 南海深水开发作业安全保障技术研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心目录1,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,1.1 深水钻井作业风险管理技术,风险预警,风险接受准则,风险控制,风险辨识,风险监测,风险评估,深水钻井作业风险管理体系,中国
8、石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心1.1 深,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,针对海洋油气开发特点，率先提出基于图论的海洋油气连锁事故风险评价方法。,1.2 海洋油气连锁事故风险评价,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,深水地平线事故应用,1.2 海洋油气连锁事故风险评价,最短路径,安全屏障设计图,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心深水地平线,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,深水表层钻井HAZOP分析流程,深水表层钻井试验过程风险等级划分,1.3 深水表层钻井
9、风险分析,深水表层钻井作业单元统计,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心深水表层钻,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,采用故障树(FTA)、故障类型及影响分析(FMEA) 对SMD深水钻井的环境、装备及工艺风险进行定性分析，利用层次分析法(AHP)进行定量风险评价。采用ABAQUS建立1500m/500m水深泥浆返回管线模型，进行力学分析和涡激振动疲劳分析，计算证明返回管线安全性。,深水海底泥浆举升钻井系统,1.4 深水SMD钻井作业风险分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,计算区域静压分布
10、图,1.5 深水钻井溢油事故定量风险评估,海流流剖面,70s时溢油分布,120s时溢油分布,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心计算区域静,自升式平台表面H2S分布范围,振动筛房内H2S分布范围,1.6 钻井平台含硫气田井喷风险分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,自升式平台表面H2S分布范围振动筛房内H2S分布范围1.6,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,1.7 台风条件下钻井平台生存能力评定,平台周围风速场,平台表面压力场,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心1.7 台,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,目
11、录,1 海洋钻井作业风险分析研究进展2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁风险研究进展3 深水天然气井喷连锁风险研究进展4 海洋平台应急撤离风险研究进展5 南海深水钻井作业安全保障技术研究进展,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心目录1,主要泄漏点管线(25%)工艺设备(24%),泄 漏 油 气 类 型,油 气 泄 漏 原 因 分 析,天然气55%,19921994年，油气作业量增加、政府企业监管缺乏，事故发生急剧增加； 19952004年，政府及企业监管加强，油气泄漏事故总体保持稳定，中型泄漏事故、重大泄漏事故降低； 2005年至今，各类油气泄漏事故发生持续降低,2.1 FPSO油气泄
12、漏、燃爆连锁事故分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,主要泄漏点泄 漏 油 气 类 型油 气 泄 漏 原 因 分,19902007年间英国北海作业区运行的FPSO共发生油气泄漏事故341起，占事故总数的57%；火灾/爆炸事故61起，占事故总数的10%,FPSO 各 类 型 事 故 所 占 比 例,FPSO油 气 泄 漏 事 故 统 计,FPSO 数 与 泄 漏 事 故 数 对 比,PFPSO油气泄漏事故频率,2.1 FPSO油气泄漏、燃爆连锁事故分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,19902007年间英国北海作业区运行的FPSO共发生油气,基本事件及
13、发生概率,油气火灾爆炸事故因果图,油气火灾爆炸事故贝叶斯模型,作业区运行的FPSO发生小型油气泄漏燃爆事故和中型油气泄漏燃爆事故频率为10-2/年/船，大型油气泄漏燃爆事故发生频率在10-3/年/船,2.2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁事故概率计算,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,编号基本事件发生概率编号基本事件发生概率X1手工阀门失效0.,T=5s,T=10s,T=20s,T=40s,T=60s,T=120s,FPSO泄漏天然气扩散过程,2.3 FPSO泄漏天然气扩散研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,T=5sT=10sT=20sT=40sT=60sT
14、=120s,甲烷气体危险区域空间范围,2.3 FPSO泄漏天然气扩散研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,船艏来风船艉来风左舷来风右舷来风船艏来风船艉来风左舷来风右舷,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,甲板表面,垂直剖面,火焰发展过程,火焰热辐射场分布,2.4 FPSO泄漏火灾风险分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心甲板垂直火,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,2.5 泄漏油气爆炸载荷下FPSO结构响应分析,X方向,Y方向,Z方向,结构位移分布,设备各方向最大位移,结构最大应力变化,原油热处理器和电脱盐器端部及两处设备
15、附近甲板发生塑性失效,结构弹塑性状态分布,工艺处理模块区结构动力响应,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心2.5 泄,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,2.6 泄漏油气火灾下FPSO结构损伤评估研究,油气泄漏速率对火灾危害影响分析，风速10m/s,三种火灾工况下结构温度分布,d=20mm,d=40mm,d=60mm,三种火灾工况下结构变形分布,d=20mm,d=40mm,d=60mm,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心2.6 泄,安全屏障失效分析模型,安全屏障失效包括泄漏预防屏障失效、监控报警屏障失效、引燃预防屏障失效、火灾升级控制屏障失效、伤害
16、预防屏障失效。屏障失效形式与其顶上事件是通过事故树中的或门连接的，失效形式越多，危害越大。,2.7 FPSO油气泄漏、燃爆连锁事故安全屏障,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,安全屏障失效分析模型安全屏障失效包括泄漏预防屏障失效、监控报,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,目录,1 海洋钻井作业风险分析研究2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁风险研究3 深水天然气井喷连锁风险研究4 海洋平台应急撤离风险研究5 南海深水开采作业安全保障技术研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心目录1,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,司钻法关井时防喷
17、器失效,司钻法开井时防喷器失效,3.1 井控工艺流程动态风险分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心55min,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,3.2 深水天然气钻井井筒水合物风险评估,不同因子对井筒环空水合物影响范围,不同因子对节流管线水合物影响范围,关井时间,泥浆排量,泥浆温度,关井时间,泥浆排量,泥浆温度,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心3.2 深,3.2 深水天然气井喷燃爆风险评估,不同风速可燃气云体积,不同风向可燃气云体积,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,3.2 深水天然气井喷燃爆风险评估V=1m/sV=5m/
18、sV,3.3 深水天然气井喷燃爆风险评估,船首来风,船尾来风,右舷来风,左舷来风,燃烧火焰热辐射与影响分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,3.3 深水天然气井喷燃爆风险评估船首来风船尾来风右舷来风左,3.4 深水天然气井喷连锁事故风险评估,深水天然气井喷连锁事件演化路径3.4 深水天然气井喷连锁事故,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,导管最大等效应力对比,简易防喷器示意图,3.5 深水钻井井喷快速应急技术风险评估,简易防喷器技术,简易防喷器作业关键路线,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心导管最大等,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技
19、术研究中心,开展管中管(RITT)技术氮气诱导收油技术研究，得到氮气注入量与收油量之间关系。开展RITT技术的水合物预防研究，得到甲醇注入量与收油量的关系。,管中管(RITT)技术示意图,管中管(RITT)技术,3.5 深水钻井井喷快速应急技术风险评估,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,LMRP集油罩作业关键路线,LMRP集油罩示意图,在规定期限内完成概率,3.5 深水钻井井喷快速应急技术风险评估,LMRP集油罩应急技术,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心LMRP集,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术
20、研究中心,目录,1 海洋钻井作业风险分析研究2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁风险研究3 深水天然气井喷连锁风险研究4 海洋平台应急撤离风险研究5 南海深水开采作业安全保障技术研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心目录1,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,4.1 海洋平台应急撤离风险定性分析,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心4.1 海,1988 Piper Alpha事故,泄漏燃爆场景,2010 胜利三号倾斜事故,某平台防台工作应急预案,平台倾斜场景,台风预防性撤离场景,台风撤离情景控制模式隶属度,平台倾斜情景控制模式隶属度,夜间火灾情景控制模
21、式隶属度,4.2 基于模糊CREAM的应急撤离人因绩效评估,1988 Piper Alpha事故泄漏燃爆场景2010 胜,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,4.3 海洋平台应急撤离火灾疏散耦合风险分析,120s火灾危险区域范围,600s火灾危险区域范围,火灾场景疏散时间分析,出口选择概率,人员暴露分析,拥挤度,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心4.3 海,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,海洋平台疏散路径拓扑模型,度序列分析,可靠性分析,4.4 海洋平台应急撤离路径风险分析与优化,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心海洋平台疏,
22、预疏散最优路径,定义当量路径 Dijkstra算法求解,生活区-救生艇预疏散最优路径,工作区-救生艇预疏散最优路径,4.4 海洋平台应急撤离路径风险分析与优化,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,预疏散最优路径定义当量路径 Dijkstra算法求解生活区, 陆岸基地所属屏障 通信与信息屏障 海洋平台所属屏障 直升机屏障 出海人员可靠性屏障 守护船屏障,海洋平台应急撤离屏障模型,4.5 海洋平台应急撤离安全屏障研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心, 陆岸基地所属屏障 通信与信息屏障预防型屏,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,目录,1 海洋钻井
23、作业风险分析研究2 FPSO油气泄漏、燃爆连锁风险研究3 深水天然气井喷连锁风险研究4 海洋平台应急撤离风险研究5 南海深水开采作业安全保障技术研究,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心目录1,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,5.1 深水海洋安全仪表完整性评估,井口压力安全仪表保护系统,井口压力安全仪表保护系统事故树,防喷器安全仪表系统,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心5.1 深,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,5.2 海洋平台防火防爆墙屏障技术,脱险梯道热辐射强度曲线,脱险梯道烟气层高度变化,防火墙左侧能见度变化,中国石
24、油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心5.2 海,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,防爆墙应力云图,应力时程曲线,防爆墙位移云图,位移时程曲线,5.3 海洋平台防火防爆墙屏障技术,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心防爆墙应力,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,5.4 动力定位系统失效风险控制技术,动力定位钻井平台偏移轨迹预警示意图,动力定位系统失效最严重的事故是驱离或漂移。 从阻止平台进一步偏移和保护井口完整性的技术措施两个方面研究动力定位系统失效应急技术。,动力定位系统失效屏障,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心5.4
25、 动,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,收集的数据主要包括平台结构数据、环境载荷数据和结构检测数据，以风险为平台结构完整性评价指标，采用最优化方法制定检测与维修决策，最后依据制定的决策进行检测与维修。,5.5 海洋平台结构完整性管理,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,5.6 海洋钻修机完整性管理,从始至终的资产数据检索与存档。收集数据并对数据的更新。结构设计制造图纸载荷数据服役历史数据检测数据维修记录数据,以结构完整性和合理性为目的的安全评价。强度评估寿命评估耐久性评估风险分析可能性法则趋势分析异常现象,针
26、对检查与相关活动的完整性管理战略。包括继续运行还是退役、若继续运行是否需要进行检修以及如何安排检修计划等。对于后期服役的结构需要制定详细检修计划,制定检修计划后需要对检测与维修的具体实施进一步规划，制定详细的检测与维修步骤，并对维修后平台的风险削减效果进行评价，更新钻修机数据库,数据,评估,策略,规划,SIMS (Structure Integrity Management, SIM)管理框架,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心5.6 海,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,5.6 海洋钻修机完整性管理,点蚀评估,卡箍加固评估,DES模块结构强度评估结果,海洋钻修机风险档案库软件,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心5.6 海,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心,谢谢！,中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心谢谢！,
