基于隱患分析的海洋鉆修機井架及底座安全評估

張士超

(中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450)

井架及底座空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于長期處于惡劣的海洋環(huán)境中并承受多種工況組合作用，設(shè)備產(chǎn)生故障及缺陷可能性較大。目前對井架及底座進行安全評估的重點集中在結(jié)構(gòu)承載能力的檢查及監(jiān)測上[1-3]，而對井架及底座的隱患分析較少。為此，考慮將梳理總結(jié)出的適用于海洋鉆修機井架及底座的安全檢查表(safety checklist，SCL)應(yīng)用在現(xiàn)場安全檢查中，統(tǒng)計分析查找出的缺陷及故障；運用故障類型及影響分析法(failure mode and effect analysis，F(xiàn)MEA)及事故樹分析法(fault tree analysis，F(xiàn)TA)識別出井架及底座常見故障類型及常見事故發(fā)生的原因[5-9]。通過安全評價技術(shù)手段，提出相應(yīng)預(yù)防措施。

1 井架及底座隱患分析

1.1 SCL編制

傳統(tǒng)的井架及底座安全檢查方式主要是通過專家目檢結(jié)合功能測試的方法，確保井架及底座整體配置及外觀的完好。然而限于檢查人員的流動性及SCL的不完善，造成了檢查結(jié)果及參照依據(jù)不夠規(guī)范，制約了提出隱患的權(quán)威性及整改問題的合規(guī)性。為了使得現(xiàn)場安全檢查更加準確，通過收集調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)行的13個石油井架相關(guān)標準進行梳理分析，將適用于海洋石油鉆修機井架及底座的標準條目進行摘錄。為了方便現(xiàn)場檢查，將井架按照7個大項目分類對標。參照現(xiàn)場檢查順序，前4項按照空間順序從下向上分為底座、井架、二層臺及天車4個部分；后3項是通用、附屬設(shè)備及檢驗檢測3個分散在井架空間結(jié)構(gòu)多個部位的內(nèi)容，需要在現(xiàn)場檢查時隨時關(guān)注并記錄。最終形成共計152個檢查小項的海洋鉆修機井架及底座SCL，見表1。

表1 井架及底座SCL檢查項目及內(nèi)容

1.2 井架及底座安全檢查隱患統(tǒng)計分析

利用井架及底座SCL，通過對現(xiàn)場38臺次的海洋鉆修機井架及底座進行安全檢查，共計查找出69條井架及底座隱患。

為分析出井架及底座隱患分布規(guī)律，將查找出的隱患按照所處位置及類別分類統(tǒng)計見圖1。

圖1 井架及底座隱患分類

由圖1a)可見，隱患發(fā)生在二層臺及井架主體部位居多，分別占總體隱患數(shù)量的42.03%和34.79%。其中二層臺存在的隱患多為防護裝置設(shè)置不合理；井架主體存在的隱患則涉及方面較多，包括附屬構(gòu)件缺失、松動，以及結(jié)構(gòu)件的變形及銹蝕等嚴重的問題。由圖1b)可見，安裝不合理為最主要的隱患形式，主要包括應(yīng)急逃生裝置位置設(shè)置不合理、防護欄桿或其他防護裝置空隙過大及未使用正規(guī)銷釘?shù)取?/p>

2 井架及底座FMEA

2.1 井架及底座FMEA編制

井架及底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 井架及底座常見結(jié)構(gòu)形式

通過統(tǒng)計分析近年海洋鉆修機井架及底座現(xiàn)場安全檢查的隱患數(shù)據(jù)，結(jié)合SCL及使用維保手冊等資料，同時充分考慮海洋鉆修機井架及底座的各種結(jié)構(gòu)類型，按照FMEA的步驟和要求，編制了井架及底座FMEA表，見表2。

表2 井架及底座FMEA表

2.2 井架及底座FMEA應(yīng)用案例

渤海某平臺修井選用液壓舉升裝置進行作業(yè)，并為其專門設(shè)計了底座。為確保該底座首次使用的安全性，參照FMEA表進行安全評估，采用專家打分法進行的風險等級的評定。底座FMEA分析結(jié)果見表3，相關(guān)故障(隱患)部位見圖3。

表3 某液壓舉升裝置底座FMEA表

圖3 某修井用液壓舉升裝置底座隱患示意

依據(jù)液壓舉升裝置底座FMEA分析結(jié)果，設(shè)計單位、平臺方以及作業(yè)者等相關(guān)方代表進行討論，對隱患分等級制定限時整改措施。

3 井架FTA

3.1 井架高處墜落FTA

在常規(guī)起下鉆作業(yè)過程中，井架工每日要多次爬、下井架，并長時間在二層臺進行上卡、解卡及排放立根等操作；在設(shè)備停用期間，井架工也會在井架、二層臺、天車等位置進行維保。此外在非作業(yè)期間，進行井架及底座結(jié)構(gòu)檢驗檢測及維修改造時，專業(yè)工程師也會在井架高處進行相關(guān)作業(yè)。井架高處作業(yè)稍有不慎即有可能發(fā)生高處墜落事故，為分析事故原因，以在井架高處墜落作為頂事件建立事故樹模型見圖4。

圖4 高處墜落事故樹

由井架高處墜落事故樹可見，若要預(yù)防井架高處墜落事故的發(fā)生，除了要確保井架配備的防護裝備安全有效外，更重要的是要減少作業(yè)人員發(fā)生墜落的風險?？梢詮娜藛T、井架本身、環(huán)境及管理角度多方面采取措施，其中重點是要確保井架本身不存在結(jié)構(gòu)缺陷。

3.2 井架高空落物FTA

在海洋石油鉆修井作業(yè)時，鉆臺是完成連接井下工具、調(diào)試設(shè)備等工序的主要作業(yè)區(qū)域，也是作業(yè)人員長期暴露的區(qū)域。井架如果存在零部件松動現(xiàn)象或存在其他可墜落物，很容易引起高空落物事故，進而砸到鉆臺區(qū)域的作業(yè)人員或設(shè)備。為了分析井架高空落物事故原因，以在井架高空落物作為頂事件建立事故樹模型見圖5。

圖5 高空落物事故樹

由井架高空落物事故樹可見，若要預(yù)防井架高空落物事故的發(fā)生，除了環(huán)境因素不可控外，可以從及時檢驗確保井架設(shè)備狀態(tài)安全及規(guī)范人員操作2個大的方向進行風險管控。

3.3 井架失效倒塌FTA

井架作為空間剛架結(jié)構(gòu)，長期承受大鉤載荷及海洋環(huán)境載荷等組合作用。隨著服役時間的延長，結(jié)構(gòu)部件逐漸老化，增大了井架結(jié)構(gòu)服役期間失效的可能性，進而引起整體倒塌，造成嚴重的工程事故。為分析出井架倒塌可能發(fā)生的原因，預(yù)防井架倒塌事故的發(fā)生，以井架失效倒塌作為頂事件建立事故樹模型見圖6。

圖6 井架倒塌事故樹

由井架倒塌事故樹可見，若要預(yù)防井架倒塌事故的發(fā)生，需要從兩個方面采取措施。一方面是要避免井架的異常載荷：針對環(huán)境載荷，需要在有異常天氣或地質(zhì)狀況時提前停止作業(yè)，并采取甩立根或井下懸掛鉆具等適當?shù)募夹g(shù)措施來克服環(huán)境載荷對結(jié)構(gòu)帶來的不良影響；而對于人員誤操作及井下異常造成的過載，則需要加強司鉆等作業(yè)人員的培訓及優(yōu)化施工工藝來避免。另一方面是要確保井架本身不存在影響結(jié)構(gòu)強度的缺陷，這需要加強日常維保來提高井架的本質(zhì)安全性。

通過對井架高處墜落、井架高空落物及井架倒塌進行FTA分析可見，井架及底座結(jié)構(gòu)本身的缺陷及故障均是3類事故發(fā)生的主要隱患，因此，在井架及底座服役期間，確保井架及底座的本質(zhì)安全性，可有效降低相關(guān)事故發(fā)生的概率。

4 結(jié)論

1)隱患發(fā)生在二層臺及井架主體部位居多；安裝不合理為最主要的隱患形式。

2)通過統(tǒng)計分析近年海洋鉆修機井架及底座現(xiàn)場安全檢查的隱患數(shù)據(jù)，結(jié)合SCL及使用維保手冊等資料，進行了井架及底座FMEA分析，進而找出了井架及底座常見故障及其原因。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該FMEA可作為井架及底座風險分析的參考依據(jù)，進而指導井架及底座優(yōu)化設(shè)計、升級改造、維護保養(yǎng)及風險辨識等工作。

3)井架及底座結(jié)構(gòu)本身的缺陷及故障均是3類事故發(fā)生的主要隱患。在海洋鉆修機井架及底座服役期間，需要重點加強維保及檢驗，確保井架及底座的本質(zhì)安全。

4)限于目前海洋鉆修機井架及底座的隱患數(shù)據(jù)分析樣本量較小，且國內(nèi)外公開資料亦沒有井架及底座隱患數(shù)據(jù)庫，因此無法得知隱患發(fā)生概率等信息。后續(xù)可通過常態(tài)化的現(xiàn)場安全檢查積累大量的隱患數(shù)據(jù)，分析預(yù)測井架及底座發(fā)生隱患的趨勢及頻率，并將分析數(shù)據(jù)用于井架及底座FMEA的風險等級劃分和FTA事故發(fā)生概率計算，定量評估出在役海洋鉆修機井架及底座的風險。