深水油氣開采安全保障與應(yīng)急技術(shù)課件

1、深水油氣開采安全保障與應(yīng)急技術(shù)22012-8-8錄目1 引言2 深水油氣風(fēng)險(xiǎn)管理與控制3 深水油氣開采作業(yè)應(yīng)急技術(shù)4 深水油氣裝備完整性技術(shù)5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術(shù)32012-8-8 COEST主要研究方向海洋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及可靠性評(píng)估海洋平臺(tái)及管道完整性技術(shù)老齡結(jié)構(gòu)物安全延壽技術(shù)深水隔水管及井口技術(shù)油氣安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警海洋油氣風(fēng)險(xiǎn)控制及應(yīng)急深水鉆井裝備技術(shù)42012-8-8 COEST近期進(jìn)展承擔(dān)海洋油氣裝備及安全技術(shù)相關(guān)課題60余項(xiàng)，其中包括國(guó)家重大科技專項(xiàng)、863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金課題15項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，出版專著教材4部。獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)8項(xiàng)。

2、獲國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)、國(guó)家軟件版權(quán)4項(xiàng)。培養(yǎng)博士、碩士研究生36+75名,其中26名研究生已獲工學(xué)博士學(xué)位。52012-8-8 COEST研究團(tuán)隊(duì)研究中心主任陳國(guó)明教授享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者，“新世紀(jì)百千萬人才工程”國(guó)家級(jí)人選。中國(guó)石油大學(xué)(華東)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，機(jī)械工程、安全科學(xué)與工程學(xué)科帶頭人，機(jī)電工程學(xué)院教授委員會(huì)主任。石油機(jī)械工程山東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任Petroleum Science、中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)、石油礦場(chǎng)機(jī)械等雜志編委現(xiàn)有教授4名，副教授5名，講師4名。博士、碩士研究生共計(jì)50多名，形成了團(tuán)結(jié)協(xié)作、結(jié)構(gòu)合理的科研團(tuán)隊(duì)。62012-

3、8-81 引言2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故2012年北海埃爾金平臺(tái)天然氣泄漏事故深水油氣開采事故不僅會(huì)帶來巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)引發(fā)環(huán)境災(zāi)難和聲譽(yù)危機(jī)。開展深水油氣開采安全保障與應(yīng)急技術(shù)研究，對(duì)于我國(guó)深水油氣安全開發(fā)具有重要價(jià)值。72012-8-8 2 深水油氣風(fēng)險(xiǎn)管理與控制深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理體系海洋油氣連鎖事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)深水表層鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)生產(chǎn)平臺(tái)油氣處理系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析及控制海底管道未確知安全評(píng)價(jià)FPSO可燃?xì)怏w泄漏定量風(fēng)險(xiǎn)分析82012-8-8 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警2.1 深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理體系風(fēng)險(xiǎn)控制風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理體系風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)

4、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估92012-8-8 事故動(dòng)力評(píng)價(jià)法深水地平線事故應(yīng)用2.2 海洋油氣連鎖事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)針對(duì)海洋油氣開發(fā)特點(diǎn)，率先提出基于圖論的海洋油氣連鎖事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。102012-8-8 深水表層鉆井HAZOP分析流程HAZOP引導(dǎo)詞和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判矩陣偏差原因風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)偏差后果風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)深水表層鉆井作業(yè)偏差確定作業(yè)偏差的風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施/落實(shí)負(fù)責(zé)人完成HAZOP分析10%15%1%高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)單元(步驟)16個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)單元(步驟)124個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)單元(步驟)25個(gè)極低風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)單元(步驟)1個(gè)74%深水表層鉆井試驗(yàn)過程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分2.3 深水表層鉆井風(fēng)險(xiǎn)分析深水表層鉆井資料及事故統(tǒng)計(jì)HAZ

5、OP分析節(jié)點(diǎn)112012-8-8 2.4 深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用故障樹(FTA)、故障類型及影響分析(FMEA) 對(duì)SMD深水鉆井的環(huán)境、裝備及工藝風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性分析，利用層次分析法(AHP)進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。采用ABAQUS建立1500m/500m水深泥漿返回管線模型，進(jìn)行力學(xué)分析和渦激振動(dòng)疲勞分析，計(jì)算證明返回管線安全性。深水海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)Radiation/(kw/m )2122012-8-8 2.5 生產(chǎn)平臺(tái)油氣處理系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析及控制050100150200250322824201612840Time/s四個(gè)脫險(xiǎn)梯道處的熱輻射強(qiáng)度曲線RadSWRadSERadNWRa

6、dNE平臺(tái)甲板2m高度處的溫度分布132012-8-8 2.6 海底管道未確知安全評(píng)價(jià)從自然條件要素、第三方影響要素、設(shè)計(jì)要素和安全管理要素出發(fā)，開展海底管道未確知評(píng)價(jià)，并根據(jù)置信度準(zhǔn)則定量識(shí)別管道安全級(jí)別，同時(shí)利用雷達(dá)圖圖形化顯示管道安全評(píng)價(jià)結(jié)果，合理且直觀地反映了海底管道安全程度，為管道部門開展風(fēng)險(xiǎn)決策和采取防范措施提供科學(xué)依據(jù)。海底管道未確知安全評(píng)價(jià)流程142012-8-8 2.7 FPSO可燃?xì)怏w泄漏定量風(fēng)險(xiǎn)分析建立FPSO 數(shù)字模型，進(jìn)行作業(yè)條件下FPSO結(jié)構(gòu)表面附近風(fēng)場(chǎng)計(jì)算；引入泄漏源與風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行耦合分析，模擬可燃?xì)怏w的泄漏擴(kuò)散過程，定量確定泄漏風(fēng)險(xiǎn)。152012-8-8 3 深水油

7、氣開采作業(yè)應(yīng)急技術(shù)應(yīng)對(duì)深水井噴的簡(jiǎn)易防噴器技術(shù)應(yīng)對(duì)深水井噴的管中管技術(shù)海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應(yīng)急技術(shù)深水水下分離器運(yùn)行應(yīng)急技術(shù)海洋平臺(tái)避臺(tái)撤離分析162012-8-8 開展簡(jiǎn)易防噴器作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析、力學(xué)分析、確定組合類型和配置方案流程，進(jìn)行深水地平線事故井和南海深水某井實(shí)例分析。偏移量頂張力海流鉆井船隔水管海底泥線井口導(dǎo)管海面關(guān)井橫向土反力壓力 豎向摩擦力y撓性接頭簡(jiǎn)易防噴器法蘭轉(zhuǎn)換短管防噴器組x導(dǎo)管最大等效應(yīng)力對(duì)比簡(jiǎn)易防噴器示意圖3.1 應(yīng)對(duì)深水井噴的簡(jiǎn)易防噴器技術(shù)壓力/MPa172012-8-8 管中管技術(shù)示意圖-100-500501001502002503003500-1502溫度/成區(qū)域3

8、.2 應(yīng)對(duì)深水井噴的管中管技術(shù)開展RITT技術(shù)氮?dú)庹T導(dǎo)收油技術(shù)研究，得到氮?dú)庾⑷肓颗c收油量之間關(guān)系。利用HYSYS 開展RITT技術(shù)的水合物預(yù)防研究，得到甲醇注入量與收油量的關(guān)系。12泡點(diǎn)線露點(diǎn)線水合物形成曲線10864水合物形182012-8-8 級(jí)分級(jí)關(guān)斷方案。SMD應(yīng)急裝備與物資保障3.3 海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應(yīng)急技術(shù)建立SMD事故響應(yīng)及應(yīng)急體系框架，建立了井涌/井漏事故下的SMD系統(tǒng)參數(shù)模型，建立SMD井涌的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警模型并進(jìn)行預(yù)警，提出一種SMD緊急關(guān)斷及快速釋放系統(tǒng)，針對(duì)SMD系統(tǒng)提出4192012-8-8 3.4 深水水下分離器運(yùn)行應(yīng)急技術(shù)建立水下分離器失效事故樹，結(jié)合有限

9、元分析，提出深水水下分離器事故響應(yīng)策略與應(yīng)急裝備。深水水下分離器應(yīng)急技術(shù)上撓性接頭轉(zhuǎn)角(deg)202012-8-8 0.20.40.60.811.21.41.61.8005平臺(tái)航速(m/s)90135180不同航向上部撓性接頭轉(zhuǎn)角隨平臺(tái)航速的變化關(guān)系10年一遇海流懸掛撤離作業(yè)窗口3.5 海洋平臺(tái)避臺(tái)撤離分析海洋平臺(tái)避臺(tái)撤離分析從保證系統(tǒng)安全角度出發(fā)，推薦合理的平臺(tái)航速和航向，建立不同海流下的撤離作業(yè)窗口，并優(yōu)化撤離時(shí)隔水管的懸掛長(zhǎng)度。25201510045開展簡(jiǎn)易防噴器作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析、案流程，進(jìn)行深水地平線事故井和海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應(yīng)急技術(shù)引入泄漏源與風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行耦合分析，模擬可燃?xì)怏w的泄漏擴(kuò)散

10、過程，最優(yōu)化方法制定檢測(cè)與維修決策，最2012年北海埃爾金平臺(tái)天然氣泄漏事故疲勞分析，計(jì)算證明返回管線安全性。角隨平臺(tái)航速的變化關(guān)系發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，出版專著教材4部。深水油氣開采事故不僅會(huì)帶來巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故井口壓力安全儀表保護(hù)系統(tǒng)深水水下分離器事故響應(yīng)策略5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術(shù)平臺(tái)甲板2m高度處的溫預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施/落實(shí)負(fù)責(zé)人價(jià)，并根據(jù)置信度準(zhǔn)則定量識(shí)別隔水管鉆井預(yù)警界限產(chǎn)生顯著影響 。生產(chǎn)平臺(tái)油氣處理系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析及控制響分析(FMEA) 對(duì)SMD深水鉆井的環(huán)境、響分析(FMEA) 對(duì)SMD深水鉆井的環(huán)境、得者，“新世紀(jì)百千

11、萬人才工程”國(guó)家級(jí)人選。承擔(dān)海洋油氣裝備及安全技術(shù)相關(guān)課題60余項(xiàng)，隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)應(yīng)急技術(shù)研究并形成不同渦激抑制設(shè)備的數(shù)值模擬方法，定量研究各種減震頭時(shí)允許的撓性接頭最大轉(zhuǎn)角為涌/井漏事故下的SMD系統(tǒng)極低風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)單元(步驟)1個(gè)其中包括國(guó)家重大科技專項(xiàng)、863計(jì)劃、國(guó)家自然212012-8-8 4 深水油氣裝備完整性技術(shù)平臺(tái)損傷及缺陷分析評(píng)估深水表層鉆井關(guān)鍵裝備可靠性分析深水海洋安全儀表完整性評(píng)估臺(tái)風(fēng)條件下鉆井平臺(tái)生存能力評(píng)定海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)完整性管理222012-8-8 4.1 平臺(tái)損傷及缺陷分析評(píng)估損傷及缺陷的存在對(duì)整體結(jié)構(gòu)服役安全性能的影響評(píng)

12、估存在缺陷的局部部位安全性評(píng)估裂紋類缺陷評(píng)估構(gòu)件凹陷評(píng)估腐蝕評(píng)估海生物附著影響評(píng)估232012-8-8 4.2 深水表層鉆井關(guān)鍵裝備可靠性分析防噴器風(fēng)險(xiǎn)分析8.5%0.9%10.3%9.4%11.1%51.3%1.7%6.8%連接器環(huán)形防噴器節(jié)流/壓井閥主控制系統(tǒng)撓性接頭閘板防噴器節(jié)流/壓井管匯其他242012-8-8 4.3 深水海洋安全儀表完整性評(píng)估井口壓力安全儀表保護(hù)系統(tǒng)事故樹防噴器安全儀表系統(tǒng)HIPPS 閥HIV1HIV2HSEMA生產(chǎn)管線電子信號(hào)線液壓管線來自井口到 ESD 邏輯HSEMB液壓供應(yīng)HIPPS 控制模塊33井口壓力安全儀表保護(hù)系統(tǒng)最終執(zhí)行元件子系統(tǒng)危險(xiǎn)失效G4HIVDU

13、EHIVDUU輸出通道 CCDUEG20DCVADUEDCVADUU輸出通道 DD輸出通道 DUEDCVCC DCVCCDUE DUUA DCV 失效G21DCVBDUEDCVBDUU輸出通道 DD輸出通道 DUE輸出通道 CCDDB DCV 失效G22檢測(cè)元件司鉆控制臺(tái)遠(yuǎn)程控制臺(tái)輔助控制臺(tái)操作員水下電子模塊電磁閥防噴器執(zhí)行部分HPUUPS輔助部分控制部分252012-8-8 4.4 臺(tái)風(fēng)條件下鉆井平臺(tái)生存能力評(píng)定平臺(tái)周圍風(fēng)速場(chǎng)平臺(tái)表面壓力場(chǎng)262012-8-8 4.5 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)完整性管理收集的數(shù)據(jù)主要包括平臺(tái)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、環(huán)境載荷數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)，以風(fēng)險(xiǎn)為平臺(tái)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用最優(yōu)化

14、方法制定檢測(cè)與維修決策，最后依據(jù)制定的決策進(jìn)行檢測(cè)與維修。272012-8-8 隔水管作業(yè)安全可靠性評(píng)價(jià)體系2135 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術(shù)隔水管關(guān)鍵作業(yè)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估隔水管系統(tǒng)避臺(tái)撤離分析隔水管-井口系統(tǒng)弱點(diǎn)分析隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究隔水管脫離預(yù)警界限分析隔水管防回彈控制技術(shù)深水動(dòng)力定位平臺(tái)漂移評(píng)價(jià)與控制方法隔水管現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)裝置開發(fā)282012-8-8 5.1 深水隔水管系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)強(qiáng)度及渦激振動(dòng)分析形成深水隔水管靜力、動(dòng)力分析方法，建立隨機(jī)波浪與鉆井船運(yùn)動(dòng)邊界條件下隔水管動(dòng)力分析流程；研究并形成基于CFD軟件的隔水管渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法隔水管分析力學(xué)模型2920

15、12-8-8 確定潛在弱點(diǎn)及相應(yīng)失效荷載隔水管與井口系統(tǒng)強(qiáng)度分析修改系統(tǒng)配置否判斷弱點(diǎn)位置弱點(diǎn)位置是否合理是弱點(diǎn)分析結(jié)束弱點(diǎn)分析流程圖DFGACBCEE BOPF 井口頭G 導(dǎo)管泥面水面鉆井平臺(tái)潛在弱點(diǎn)A 張緊器/伸縮節(jié)B 隔水管C 球鉸D LMRP系統(tǒng)潛在弱點(diǎn)位置5.2 隔水管-井口系統(tǒng)弱點(diǎn)分析隔水管與井口系統(tǒng)配置弱點(diǎn)分析的目的是設(shè)計(jì)和確定鉆井船極限漂移條件下隔水管柱的斷點(diǎn)。深水表層鉆井HAZOP分析流程響分析(FMEA) 對(duì)SMD深水鉆井的環(huán)境、2010年墨西哥灣深水地平線井噴事故引發(fā)環(huán)境災(zāi)難和聲譽(yù)危機(jī)。完成HAZOP分析隔水管關(guān)鍵作業(yè)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估深水水下分離器事故響應(yīng)策略COEST研究團(tuán)

16、隊(duì)隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究隔水管VIV抑制裝置數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究管道安全級(jí)別，同時(shí)利用雷達(dá)圖平臺(tái)損傷及缺陷分析評(píng)估力學(xué)分析、確定組合類型和配置方深水油氣開采事故不僅會(huì)帶來巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)完井作業(yè)預(yù)警界限Radiation/(kw/m )5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)安全作業(yè)技術(shù)隔水管作業(yè)安全可靠性評(píng)價(jià)體系頭時(shí)允許的撓性接頭最大轉(zhuǎn)角為深水表層鉆井試驗(yàn)過程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分302012-8-8 5.3 深水隔水管VIV抑制裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究并形成不同渦激抑制設(shè)備的數(shù)值模擬方法，定量研究各種減震設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)渦激振動(dòng)和疲勞損傷的影響并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。312012-8-8 鉆井作業(yè)預(yù)警界限鉆井過程中波浪的動(dòng)力效應(yīng)會(huì)對(duì)隔水管鉆井預(yù)警界限產(chǎn)生顯著影響 ?？紤]波浪影響的鉆井預(yù)警界限完井