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深水動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理探述

文檔作者：劉瀟謝彬文檔來(lái)源：中海油研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年11月23日
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第27卷第1期
2012年02月
中國(guó)海洋平臺(tái)
CHINA OFFSHORE PLATFORM
V01．27 No．1
Feb．，2012
文章編號(hào)：1001—4500(2012)01—0001—03
深水動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理探述
劉瀟，謝彬
(中海油研究總院，北京102249)
摘要：運(yùn)用井口完整性雙安全屏障的概念分析了深海地平線號(hào)井噴事故的原因和動(dòng)力定位平臺(tái)在動(dòng)力
定位模式下進(jìn)行鉆完井作業(yè)時(shí)由移位引起的井噴風(fēng)險(xiǎn)，并就動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理提出相關(guān)的建議。
關(guān)鍵詞：動(dòng)力定位；鉆完井；井噴；風(fēng)險(xiǎn)管理
中圖分類號(hào)：TE58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
Risk Management of Deepwater Drilling and Completion
Operations Using DP Drilling Units
LIU Xiao．XIE Bin
(CNOOC Research Institute，Beijing 102249，China)
Abstract：This paper analyzes the cause of deepwater horizon blowout accident and the
risk of position loss during drilling and completion operation using the concept of well integri—
ty double barriers．A risk management framework is also proposed for the management of
deepwater drilling and completion operations using DP drilling units．
Key words：DP；drilling and completion；blowout；risk management
0 前言
深海油氣田的勘探與開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為世界能源發(fā)展的重要方向，隨著我國(guó)一系列深水裝備特別是“海洋石
油981”半潛式鉆井平臺(tái)的建成，中國(guó)海洋石油“挺進(jìn)深水”的戰(zhàn)略計(jì)劃正在一步步得到實(shí)施。然而，發(fā)生在
2010年4月的墨西哥灣漏油事故，再次給人們敲響了警鐘，深水鉆完井作業(yè)的高風(fēng)險(xiǎn)不言而喻。本文結(jié)合
深海地平線號(hào)井噴事故，運(yùn)用井口完整性雙安全屏障的概念，分析了深水動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)并就動(dòng)
力定位作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理提出相關(guān)的建議。
1 動(dòng)力定位平臺(tái)鉆完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)
與傳統(tǒng)的通過(guò)錨泊定位的半潛式鉆井平臺(tái)比較，深水鉆井平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)之一就是在動(dòng)力定位的方式
下進(jìn)行鉆完井作業(yè)。動(dòng)力定位是指船舶或平臺(tái)通過(guò)使用自身的推進(jìn)器來(lái)自動(dòng)保持固定位置或艏向的定位方
式口]。本節(jié)介紹了鉆完井作業(yè)關(guān)于井口完整性的雙安全屏障概念，并運(yùn)用此概念分析動(dòng)力定位平臺(tái)在動(dòng)力
定位模式下進(jìn)行鉆完井作業(yè)時(shí)由移位引起的井噴風(fēng)險(xiǎn)。
1．1鉆完井作業(yè)中的雙安全屏障’
收稿日期：201卜Ol一26
作者簡(jiǎn)介：劉瀟(1978一)，男，工程師。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
中國(guó)海洋平臺(tái)第27卷第l期
國(guó)外鉆完井作業(yè)過(guò)程中廣泛采用雙安全屏障的概念來(lái)保障
作業(yè)的安全，控制作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)挪威國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)D一010的規(guī)定，
在開(kāi)展所有井下作業(yè)的過(guò)程中，如果存在向外部環(huán)境溢流的可
能，就必須確保相關(guān)油氣井有兩套安全屏障，保證井的完整
性口]。例如進(jìn)行過(guò)平衡鉆井、取芯和起下可被剪斷的鉆具作業(yè)
時(shí)的雙安全屏障如圖1所示。
采用雙安全屏障的概念指導(dǎo)鉆完井作業(yè)，可以有效地防止
因單一設(shè)備故障或人員誤操作而導(dǎo)致的嚴(yán)重井噴事故，運(yùn)用這
一概念的核心，就是在鉆完井設(shè)計(jì)和各階段具體作業(yè)的過(guò)程中，
識(shí)別和定義一級(jí)安全屏障和二級(jí)安全屏障、相關(guān)安全屏障的構(gòu)
成元素以及規(guī)定各構(gòu)成元素的完整性準(zhǔn)則和保證其完整性的具
體措施。
1．2平臺(tái)超限移位可能導(dǎo)致的井噴風(fēng)險(xiǎn)
動(dòng)力定位鉆井平臺(tái)針對(duì)口井通常會(huì)定義相應(yīng)的作業(yè)區(qū)域
(如圖2所示)，在正常作業(yè)期間，平臺(tái)定位于綠色區(qū)域；如果平
臺(tái)發(fā)生移位進(jìn)入黃色區(qū)域，鉆井作業(yè)必須停止，同時(shí)相關(guān)人員準(zhǔn)
備啟動(dòng)應(yīng)急切斷；如果平臺(tái)進(jìn)入紅區(qū)，應(yīng)急切斷被觸發(fā)。未能在
平臺(tái)移位超出紅區(qū)前及時(shí)切斷立管和防噴器的連接并關(guān)閉井
1：3，則可能導(dǎo)致井噴H]。而發(fā)生井噴的直接原因也是兩套安全
屏障同時(shí)失效。
以過(guò)平衡鉆井作業(yè)為例，作業(yè)過(guò)程中。兩道安全屏障分別為
鉆井泥漿和防噴器。以平臺(tái)移位為初始事件的某起井噴事故事
件樹(shù)如圖3所示，從圖中可以看出平臺(tái)移位的風(fēng)險(xiǎn)性在于：在發(fā)
生超限移位后，兩道安全屏障很可能在很短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)失效，
進(jìn)而導(dǎo)致井噴。
2動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理
由于動(dòng)力定位系統(tǒng)失效導(dǎo)致超限移位事故可能帶來(lái)嚴(yán)重的
后果，因此對(duì)于動(dòng)力定位模式下鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理一直是
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羈1鉆井，取芯和起下可披剪斷的鉆具
作業(yè)時(shí)的雙安全屏障
圖2動(dòng)力定位鉆井平臺(tái)作業(yè)區(qū)域
圖3 由移位引起的井噴事故事件樹(shù)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第1期劉瀟，等深水動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理探述
各國(guó)政府和油公司關(guān)注的重點(diǎn)，結(jié)合國(guó)外的先進(jìn)
做法，提出深水動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理體系
(如圖4所示)。針對(duì)動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)
管理既應(yīng)關(guān)注動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全和完
整性管理，同時(shí)也應(yīng)關(guān)注動(dòng)力定位模式下相關(guān)具體
作業(yè)的完整性管理。對(duì)于各項(xiàng)具體措施的簡(jiǎn)要描
述如下：
2．1動(dòng)力定位系統(tǒng)的冗余度設(shè)計(jì)l
冗余度是動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要指標(biāo)之i
一，系統(tǒng)的冗余度越高，因單點(diǎn)故障而導(dǎo)致平臺(tái)移
位的可能性就越小，作業(yè)也越為安全，國(guó)際海事組
織根據(jù)動(dòng)力定位系統(tǒng)配置的冗余度將其分為三級(jí)[1]：
DP Class 1：?jiǎn)吸c(diǎn)故障可能導(dǎo)致平臺(tái)移位；
動(dòng)力定位
々完井作H
風(fēng)險(xiǎn)管理
DP設(shè)計(jì)的本
質(zhì)安全和完
整性管理
DP作業(yè)的
完整性管理
星瀚．㈠黼露l l。霈||。紫H群||襟
圖4動(dòng)力定位作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理體系
DP Class 2：動(dòng)態(tài)設(shè)備(如發(fā)電機(jī)組、推進(jìn)器、配電板、遙控閥等)的單點(diǎn)故障不會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)移位；
DP Class 3：設(shè)備的單點(diǎn)故障不會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)移位，單點(diǎn)故障除動(dòng)態(tài)設(shè)備之外，還包括房間的火災(zāi)及水淹，
以及靜態(tài)設(shè)備的故障。
采用配備高級(jí)別動(dòng)力定位系統(tǒng)的鉆井平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的鉆完井作業(yè)是國(guó)外油公司進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理的重要手
段。以挪威國(guó)家石油公司為例，公司要求所有在包括挪威、丹麥、德國(guó)、荷蘭和英國(guó)大陸架在內(nèi)的西北歐范圍
作業(yè)的鉆井平臺(tái)的動(dòng)力定位系統(tǒng)級(jí)別應(yīng)為DP Class 3。
2．2動(dòng)力定位系統(tǒng)控位能力的設(shè)計(jì)
平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)的控位能力是指平臺(tái)在設(shè)計(jì)的環(huán)境條件下保持位置的能力，也是保證平臺(tái)正常作業(yè)
的關(guān)鍵指標(biāo)。由于動(dòng)力定位系統(tǒng)冗余度要求平臺(tái)在單點(diǎn)故障下不應(yīng)導(dǎo)致平臺(tái)移位，因此風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)鍵就
在于保障在最惡劣的失效情形下，動(dòng)力定位系統(tǒng)的控位能力也應(yīng)滿足安全作業(yè)的控位需要。
2．3企業(yè)關(guān)于平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)要求文件的編制
企業(yè)通過(guò)制定關(guān)于鉆井平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)的要求文件對(duì)動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理是業(yè)界普遍
采用的方法。這一要求文件提出了動(dòng)力定位鉆井平臺(tái)所應(yīng)滿足的技術(shù)條件和管理方面的要求，涵蓋了關(guān)于
平臺(tái)的選擇、確定以及到達(dá)目標(biāo)油田開(kāi)始作業(yè)前以及鉆完井作業(yè)過(guò)程等各個(gè)階段，是企業(yè)對(duì)于鉆井平臺(tái)動(dòng)力
定位系統(tǒng)進(jìn)行管理的重要指導(dǎo)性文件。
2．4動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析的規(guī)定
深水動(dòng)力定位模式下的鉆完井作業(yè)往往隨著水深、鉆井設(shè)備、鉆井設(shè)計(jì)、環(huán)境條件等不同，有著不同的作
業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和具體作業(yè)程序，因此在每次作業(yè)之前針對(duì)具體的目標(biāo)油氣井開(kāi)展系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)及相關(guān)的
風(fēng)險(xiǎn)減緩措施進(jìn)行辨識(shí)與分析，保障作業(yè)的安全是十分重要的。
2．5動(dòng)力定位相關(guān)作業(yè)人員的管理與培訓(xùn)
作業(yè)人員對(duì)于動(dòng)力定位鉆完井作業(yè)的安全完整性起到關(guān)鍵性的作用。由于動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身的高
冗余度，由設(shè)備故障引起的移位風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)得到了有效控制，統(tǒng)計(jì)表明大量事故的發(fā)生是由于作業(yè)人員的失誤
引起的，特別是當(dāng)整個(gè)作業(yè)過(guò)程牽涉到各關(guān)鍵人員的協(xié)同作業(yè)時(shí)更是如此，如移位情形下動(dòng)力定位操作員和
司鉆的溝通與配合。因此加強(qiáng)動(dòng)力定位相關(guān)作業(yè)人員的管理與培訓(xùn)，也應(yīng)是風(fēng)險(xiǎn)管理工作的重點(diǎn)。
2．6動(dòng)力定位相關(guān)事故的匯報(bào)統(tǒng)計(jì)與分析
對(duì)動(dòng)力定位相關(guān)的事故進(jìn)行系統(tǒng)的匯報(bào)、統(tǒng)計(jì)與分析，是識(shí)別作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)安全及可靠性的重要
手段之一。國(guó)際海事承包商協(xié)會(huì)(IMCA)每年都會(huì)發(fā)布關(guān)于當(dāng)年的動(dòng)力定位相關(guān)事故統(tǒng)計(jì)與分析的報(bào)告，，
全球的各大鉆井承包商與油公司也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的內(nèi)部系統(tǒng)，幫助所屬的各平臺(tái)開(kāi)展事故匯報(bào)工作，并對(duì)事故
開(kāi)展系統(tǒng)的分析，將分析結(jié)果進(jìn)一步運(yùn)用于制定相應(yīng)的作業(yè)程序，避免類似事故的發(fā)生。
’ (下轉(zhuǎn)第43頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第1期劉生法單點(diǎn)系泊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討
精度，其密封系統(tǒng)要能在安裝、作業(yè)和生存工況下承受最大水壓。此外，軸承還應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)鎖定裝置。
3 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水動(dòng)力分析技術(shù)
水動(dòng)力分析是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。系泊系統(tǒng)本身的主要作用是減小浮體的位移，但同時(shí)
為保證系泊系統(tǒng)本身的強(qiáng)度，又不宜產(chǎn)生過(guò)大的約束力。最小運(yùn)動(dòng)與最小系泊力是矛盾的要求，因此系泊系
統(tǒng)的設(shè)計(jì)在于選擇最適宜的系泊剛度。系泊系統(tǒng)的剛度(產(chǎn)生回復(fù)力)可由三種途徑得到：重力，如用錨鏈
等；浮力，如系泊裝置本身或浮筒產(chǎn)生的浮力；材料彈性，如用尼龍纜、聚酯纜等。
單點(diǎn)系泊是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，在風(fēng)、浪、流環(huán)境條件下，作用在系泊系統(tǒng)上的載荷，按其隨時(shí)間變
化的不同特點(diǎn)可劃分為：(1)數(shù)值恒定的平均載荷；(2)緩慢變化的低頻載荷；(3)以波浪頻率變化的高頻載荷
(一階力)。平均載荷使海洋結(jié)構(gòu)物具有一個(gè)平衡位置，結(jié)構(gòu)物將圍繞這一平衡位置做振蕩運(yùn)動(dòng)。低頻載荷
是不規(guī)則波引起的二階漂力，它與一階力相比，通常具有較小的數(shù)量級(jí)，但因其變化頻率接近系泊系統(tǒng)的固
有頻率，容易使結(jié)構(gòu)物發(fā)生慢漂振蕩，這是系泊系統(tǒng)中的主要問(wèn)題。
為了解決這些問(wèn)題，首先我們要對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)系泊剛度分析，確定多個(gè)系泊系統(tǒng)初步方案，根據(jù)
環(huán)境條件設(shè)置多種計(jì)算工況，通過(guò)調(diào)整各組成構(gòu)件的幾何參數(shù)和物理參數(shù)對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行大量的水動(dòng)力計(jì)
算、分析，從而獲得較為合理的系泊系統(tǒng)方案，然后還必須進(jìn)行水池模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整
和優(yōu)化系泊系統(tǒng)方案。這里涉及到一個(gè)計(jì)算分析方法問(wèn)題，早期受計(jì)算手段限制，通常采用準(zhǔn)靜態(tài)方法。隨
著計(jì)算機(jī)技術(shù)和水動(dòng)力理論的發(fā)展，目前通常采用動(dòng)態(tài)時(shí)域分析方法。
對(duì)于纜繩系泊的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，較易發(fā)生大幅度振擺運(yùn)動(dòng)(縱蕩+橫蕩+艏搖，也有稱魚(yú)尾運(yùn)動(dòng))，纜繩
會(huì)出現(xiàn)張緊一松弛一張緊的過(guò)程，此時(shí)纜繩受力會(huì)增加50％以上。它與纜索剛度、纜索長(zhǎng)度、系纜點(diǎn)位置、
船型以及流速等因素直接相關(guān)，還沒(méi)有一種可以避免或大幅度減緩振擺運(yùn)動(dòng)的數(shù)值預(yù)報(bào)方法。
參考文獻(xiàn)
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3：319-325．
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[5]Schellin T E．Mooring load of a ship single—point moored in a steady current[J]．Marine Structures，2003，16(2)：135·
148．
(上接第3頁(yè))
3 結(jié)論
深水動(dòng)力定位模式下進(jìn)行鉆完井作業(yè)的移位風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，本文介紹了國(guó)際上廣泛采用的雙安全屏障
的概念，并提出了針對(duì)深水鉆井平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系，風(fēng)險(xiǎn)管理體系應(yīng)該包括動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)
計(jì)的本質(zhì)安全和完整性管理及動(dòng)力定位作業(yè)的完整性管理兩大方面，建議對(duì)移位風(fēng)險(xiǎn)及相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)減緩措
施進(jìn)行辨識(shí)、分析與實(shí)踐，保障鉆完井作業(yè)的安全，預(yù)防嚴(yán)重井噴事故的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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