深水海管封堵卡具應(yīng)急維修問題的風(fēng)險分析研究

何寧強， 劉 鑫， 季紅葉， 駱寒冰， 尹漢軍

(1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451； 2.天津大學(xué)， 天津 300072)

深水海管封堵卡具應(yīng)急維修問題的風(fēng)險分析研究

何寧強1， 劉 鑫2， 季紅葉2， 駱寒冰2， 尹漢軍1

(1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451； 2.天津大學(xué)， 天津 300072)

采用半定量的過程分析法和風(fēng)險評估技術(shù)，以500 m水深的海底管道(平管)為例，針對封堵卡具應(yīng)急維修工程問題，進行了風(fēng)險分析研究。首先，基于DNV船級社規(guī)范以及相關(guān)企業(yè)調(diào)研結(jié)果，建立了整個應(yīng)急維修流程；其次針對維修流程中的每一步進行風(fēng)險識別，建立相應(yīng)的風(fēng)險事故樹，運用專家打分法評估各步的權(quán)重值及每個風(fēng)險源的風(fēng)險值；最后，依據(jù)評估結(jié)果進行分析并制定風(fēng)險控制措施。該文的研究成果可以應(yīng)用到深水海底管道應(yīng)急維修中，減少事故發(fā)生概率。

半定量方法；風(fēng)險分析；海底管道；應(yīng)急維修

0 引言

隨著海上油氣開發(fā)的不斷深入，海底油氣管線成為海上應(yīng)用最廣泛的石油工程運輸手段，海底管線維修工作的重要性也逐漸凸顯出來。目前，國內(nèi)還沒有水深超過300 m的海底管線維修案例，但是，隨著南海荔灣3-1油氣田的開發(fā)利用，深水部分的水深達(dá)到1 350 m～1 500 m，使得我國海洋石油工程也逐漸向深海進軍。如果不能掌握深水水下應(yīng)急維修技術(shù)，我國海洋石油工程的發(fā)展將被國外工程公司扼制，因此，對海底管線維修的研究就顯得迫在眉睫。

我國針對油氣管線風(fēng)險評價的研究工作起步較晚。潘家華介紹了W.Kent.Muhlbauer[1]提出的管線風(fēng)險專家評分法，這是首次將國外管線風(fēng)險評價技術(shù)引入到國內(nèi)[2]。四川石油管理局翻譯并出版了《管線風(fēng)險管理》一書，該書重點地介紹了肯特管線風(fēng)險評分法[3]。目前，我國并沒有將風(fēng)險分析技術(shù)應(yīng)用到海底管線維修工程中，并且受各國設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等因素的影響。

我國關(guān)于海底管線的風(fēng)險研究主要集中在管道運營階段，針對海底管道維修風(fēng)險的研究十分有限，維修公司在進行海底管道維修時大多依靠所積累的經(jīng)驗，并沒有形成維修體系。隨著深水海底管道服役，對深水海底管道維修風(fēng)險研究的意義逐漸顯現(xiàn)出來。

深水海底管道(平管)發(fā)生破損泄漏是深水水下應(yīng)急維修中經(jīng)常面對的事故類型，有三種維修方式可以應(yīng)對此類事故，分別為封堵卡具維修、帶壓開孔封堵維修、機械連接器維修。前者適用于局部小的破壞，如小孔或小裂紋泄漏；后兩者適用于在較長的管段上出現(xiàn)的大范圍破壞，需要進行管段的更換。其中，封堵卡具維修是目前深水海底管道(平管)維修中應(yīng)用最廣泛的維修方式[4，5]。

300 m作為海底管道維修作業(yè)的分界線，300 m以內(nèi)飽和潛水技術(shù)可以得到應(yīng)用，超過這個水深則只能使用ROV代替人工作業(yè)。不同水深下，對維修的工藝和工機具的要求都有很大不同。通過對相關(guān)公司的調(diào)研和實地考察，該文選取500 m水深海底管道(平管)封堵卡具維修這一典型問題作為風(fēng)險研究對象，運用半定量的過程分析法，結(jié)合海洋工程實際，對海底管道(平管)維修風(fēng)險的辨識、評估和控制進行研究。

1 深水海管應(yīng)急維修風(fēng)險分析的理論方法

目前世界上主流的風(fēng)險評估方式一共有三類：定性分析、定量分析和半定量分析。定性風(fēng)險評估方法是一種典型的模糊評估方法，可以快速地對系統(tǒng)的危險進行風(fēng)險評估，對現(xiàn)有的防范措施進行評價，從主觀角度對風(fēng)險進行排序。定量風(fēng)險評估方法是對風(fēng)險的量化，分析目標(biāo)更加具體準(zhǔn)確，可信度較高，可為風(fēng)險決策分析提供可信賴的依據(jù)。半定量的風(fēng)險評估方法介于二者之間，采用的是定量的風(fēng)險評估方法，但是不產(chǎn)生定量的分析結(jié)果[6]。定量分析和定性分析是風(fēng)險分析中應(yīng)用最廣泛的分析方式，但是它們也存在著一定的局限性。例如，定性分析方法主觀性過重，評價結(jié)果的權(quán)威性不能得到認(rèn)可；定量分析方法在以風(fēng)險決策為主要目的的風(fēng)險分析過程中是有效的，但不具備對項目全過程進行描述的能力。半定量的評估方法有效的彌補了二者的缺失，因此作為海底管道(平管)維修風(fēng)險的常用評估方法[7]。

基于過程的半定量風(fēng)險分析方法是一種十分有效的分析方法，主要分為以下幾個程序[8，9]：

(1)定義系統(tǒng)

在進行項目風(fēng)險分析之前，必須要對研究對象有一個全面的了解，這是風(fēng)險分析的基礎(chǔ)工作。當(dāng)系統(tǒng)十分龐大時，對系統(tǒng)的整體進行分析是難以進行的，需要在對系統(tǒng)全面了解后劃分若干步驟分別進行分析，得到系統(tǒng)流程圖。系統(tǒng)流程圖的準(zhǔn)確建立是進行風(fēng)險識別和風(fēng)險評估取得高質(zhì)量的保證。

(2)風(fēng)險識別

風(fēng)險識別是整個風(fēng)險分析過程中最耗時的一項工作，它需要識別出項目實施過程中那些潛在的能引起人身傷害或死亡、財產(chǎn)損失以及使系統(tǒng)喪失或部分喪失預(yù)定功能能力的因素。風(fēng)險識別的方法有多種，危險檢查法、智暴法、德爾菲法、情景分析法、危險與可操作性分析法(HAZOP)、失效模式及影響分析方法(FMEA)，這些方法都能應(yīng)用到海底管道維修領(lǐng)域。在識別過程中，根據(jù)系統(tǒng)流程圖，運用上述識別方法，對每一個作業(yè)步驟進行分析，將所有可能出現(xiàn)的風(fēng)險事件及其后果用事故樹的形式列舉出來。

(3) 半定量風(fēng)險評估和評價

根據(jù)系統(tǒng)流程的劃分結(jié)果，評估出各步驟在總流程中的權(quán)重值，再根據(jù)風(fēng)險識別的結(jié)果，對每一個作業(yè)步驟的所有風(fēng)險源進行風(fēng)險評估，確定其相應(yīng)的風(fēng)險程度。風(fēng)險程度的評估從風(fēng)險發(fā)生后果和風(fēng)險發(fā)生頻率兩方面進行，通過這兩方面的評估結(jié)果確定風(fēng)險源的風(fēng)險等級或風(fēng)險值。

國外海洋工程領(lǐng)域常用ISO風(fēng)險矩陣、DNV風(fēng)險矩陣，國內(nèi)以此為基礎(chǔ)也提出了自己的相關(guān)矩陣，并應(yīng)用于多種海洋工程領(lǐng)域的風(fēng)險分析[10]。表1、表2分別為風(fēng)險后果等級評定標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險頻率等級評定標(biāo)準(zhǔn)，用來對風(fēng)險事件的可能性和后果的嚴(yán)重程度進行評估；表3、表4分別為與其對應(yīng)的量化風(fēng)險接受矩陣及風(fēng)險等級描述。

表1 風(fēng)險后果等級評定準(zhǔn)則

表2 風(fēng)險頻率等級評定準(zhǔn)則

表3 量化的風(fēng)險接受矩陣

表4 風(fēng)險等級描述表

此部分的工作由熟悉相關(guān)領(lǐng)域的專家進行，各位專家評分時獨立連續(xù)完成，不應(yīng)受到其它因素的影響，特別是管理者政治因素的影響，這樣才能夠保證風(fēng)險評估結(jié)果的客觀性。又由于專家的資歷不同，按從業(yè)時間和業(yè)務(wù)專業(yè)程度設(shè)定每個專家的權(quán)重值，使用模糊綜合評價的方法，對專家們的評分結(jié)果進行分析，最終確定出各步驟的權(quán)重值和風(fēng)險源發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重程度。

2 500 m水深海管封堵卡具應(yīng)急維修風(fēng)險分析

選取500 m水深海底管道(平管)封堵卡具維修這一典型方式開展風(fēng)險分析，分析的結(jié)果對指導(dǎo)以后的維修工作、減少維修風(fēng)險損失具有現(xiàn)實意義。

2.1 海管應(yīng)急維修流程

500 m水深下的海底管道封堵卡具維修是一項技術(shù)難度很大的維修工作，在維修過程中需要各方人員的協(xié)調(diào)一致，并且用到多種工機具。該文將海底管道封堵卡具維修的整個流程劃分成16個維修步驟[12]，如圖1所示。

2.2 海管應(yīng)急維修流程的風(fēng)險識別

結(jié)合多種風(fēng)險識別方法，對每一種維修作業(yè)步驟都從人員風(fēng)險因素、海洋環(huán)境風(fēng)險因素、設(shè)備故障風(fēng)險因素和設(shè)備作業(yè)風(fēng)險因素四個方面進行風(fēng)險辨識，并將辨識結(jié)果用故障樹的形式表現(xiàn)出來，該文選取圖1中封堵卡具安裝這一步的風(fēng)險識別結(jié)果進行展示。

此步驟需要ROV指引封堵卡具就位后，由ROV本體液壓源控制封堵卡具預(yù)先緊固，隨后再由ROV擰緊卡具螺栓，風(fēng)險識別結(jié)果如圖2所示。

圖1 500 m水深海管封堵卡具維修的流程圖

圖2 海管封堵卡具安裝失效事件的故障樹

2.3 海管應(yīng)急維修的風(fēng)險評估和評價

根據(jù)風(fēng)險識別結(jié)果制作出打分表，并提交給多位國內(nèi)海洋工程安裝、維修領(lǐng)域的專家。專家們依據(jù)上述評估標(biāo)準(zhǔn)，針對500 m水深封堵卡具維修進行打分工作。封堵卡具安裝流程的風(fēng)險評估結(jié)果見表5，評估內(nèi)容包括失效事件在整個維修過程中排名及所占的權(quán)重、底層風(fēng)險源風(fēng)險頻率和后果嚴(yán)重程度的評價結(jié)果、風(fēng)險源風(fēng)險量化結(jié)果[13]。

表5 海管封堵卡具安裝失效事件的專家打分結(jié)果

2.4 應(yīng)急維修的風(fēng)險結(jié)果統(tǒng)計及分析

由于不同專家的權(quán)重值不同，依據(jù)下列公式將評分結(jié)果匯總起來，確定頂層失效事件的權(quán)重值和底層風(fēng)險源的量化結(jié)果，以便于進一步的分析。

(1)

式中：Pi為第i個維修失效事件在整個維修流程中所占的權(quán)重值；Kj為第j個專家的權(quán)重值，此值根據(jù)專家的工作年數(shù)和專業(yè)程度給出，分為1,2,3,4,5五檔；xij為第j個專家為第i個維修失效事件評出的權(quán)重值。

(2)

式中：φi為失效事件中第i個底層風(fēng)險源的量化結(jié)果；yij為第j個專家為失效事件第i個底層風(fēng)險源評出的量化結(jié)果。

一般來說，系統(tǒng)是指由若干要素依據(jù)一定的規(guī)律和形式而共同構(gòu)成的具有一定的結(jié)構(gòu)和功能的有機整體[7]。旅游危機事件網(wǎng)絡(luò)輿情系統(tǒng)主要由五個部分構(gòu)成，包括輿情主體（網(wǎng)絡(luò)輿情發(fā)布者和傳播者）、輿情客體（網(wǎng)絡(luò)輿情熱點事件）、輿情本體（網(wǎng)絡(luò)輿情內(nèi)容）、傳播媒介（網(wǎng)絡(luò)輿情的信源和渠道）、外圍因素（網(wǎng)絡(luò)輿情社會環(huán)境）。旅游危機事件網(wǎng)絡(luò)輿情的內(nèi)容由事實性信息和意見性信息組成，傳播媒介主要包括新聞網(wǎng)站、新聞跟帖、論壇社區(qū)、微博、視頻網(wǎng)站、電商網(wǎng)站和網(wǎng)站指數(shù)等[8-9]。旅游危機事件網(wǎng)絡(luò)輿情系統(tǒng)的形成是多要素共同作用的結(jié)果，旅游危機事件網(wǎng)絡(luò)輿情的治理和引導(dǎo)是一項涉及多個相關(guān)主體綜合協(xié)調(diào)的系統(tǒng)工程。

結(jié)果匯總完成后，將500m下帶壓開孔封堵維修流程中各步驟的權(quán)重值進行統(tǒng)計排序，并對各流程的底層風(fēng)險源風(fēng)險量化結(jié)果進行排序。從流程中選出其中權(quán)重值最大的三個作為重點控制對象，并選出流程中風(fēng)險源量化結(jié)果較大的進行分析，評分統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 海管應(yīng)急維修風(fēng)險評分結(jié)果

由于500 m水深下的維修方法中沒有人員入水施工，所以安全性相對較高。權(quán)重值最大的三個失效事件依次是維修機具和設(shè)備回收失效、維修前準(zhǔn)備失效、卡具安裝失效。

維修機具和設(shè)備回收失效權(quán)重值最大，因為在此過程中涉及到多種工機具的吊放，包括兩臺提管架、吸泥機、深水法蘭連接機具和ROV。在多次吊放過程中極易受到海洋環(huán)境的影響，這也是風(fēng)險源“表層、中層和底層流發(fā)生亂流”的風(fēng)險值達(dá)到12.77的原因。由于涉及工機具繁多，所以對管理者的管理水平和操作人員的操作水平提出了較高的要求，風(fēng)險源的量化結(jié)果值充分反映了這一點。中繼站的吊鉤脫離和鎧裝纜的斷裂都屬于發(fā)生概率很低但后果嚴(yán)重性很高的風(fēng)險源，也是需要提高注意，加以防范的重點所在。

權(quán)重排在第二位的是維修前準(zhǔn)備失效事件。維修前準(zhǔn)備這一步驟作為維修整個流程的統(tǒng)籌規(guī)劃，理應(yīng)給予較高的地位。這一步驟中，管理人員將制定相關(guān)的維修具體措施，對維修人員進行分工，并且要依據(jù)管道歷史數(shù)據(jù)和選擇的維修方案準(zhǔn)備相關(guān)的工機具設(shè)備。所以此步驟至關(guān)重要，有效的維修前準(zhǔn)備工作將為順利進行以后的施工提供保證。

權(quán)重值排在第三位的卡具安裝失效事件，它是封堵卡具維修工作的關(guān)鍵工藝所在。在人員方面對管理者和操作者的要求都很高，封堵卡具的就位、預(yù)緊固、螺栓按順序擰緊一步一步環(huán)環(huán)相扣，操作過程受海況的影響很大，需要操作人員很高的技術(shù)水平和管理人員的統(tǒng)一協(xié)調(diào)水平。因此，專家們?yōu)椤氨韺印⒅袑雍偷讓恿靼l(fā)生亂流”風(fēng)險、“管理人員管理不當(dāng)”風(fēng)險給出了很高的風(fēng)險值。

2.5 應(yīng)急維修的風(fēng)險控制措施

專家打分的數(shù)據(jù)分析顯示出人員因素的重要性，因此加強各部門間負(fù)責(zé)人之間的協(xié)調(diào)性是很重要的，應(yīng)設(shè)立部門間協(xié)調(diào)的專業(yè)人員；責(zé)任落實到個人，制定合理的獎懲制度；加強風(fēng)險意識和安全教育；現(xiàn)場管理項目組應(yīng)分工明確，互有配合，消除管理盲區(qū)。

合理安排工人工作時間，盡量避免疲勞施工，杜絕安全隱患；對員工進行風(fēng)險及安全培訓(xùn)；加強對各工種工作的監(jiān)督檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

加強一線操作人員的專業(yè)培訓(xùn)，建立高效的進入和退出機制，培養(yǎng)專業(yè)后備人才；制定突發(fā)氣象變化的應(yīng)急措施，加強環(huán)境監(jiān)測，對第三方破壞采取防護措施。

聘請專家和專業(yè)人士對維修工藝流程進行驗證，必要時提前進行實驗；對維修工藝的設(shè)計內(nèi)容嚴(yán)格把關(guān)，并監(jiān)督執(zhí)行；加強維修設(shè)計中的校核、檢驗工作。

在每步施工前重新評估設(shè)備能力以及環(huán)境適應(yīng)性，有必要進行提前運行實驗，對一些老、舊設(shè)備額定功率進行修訂，加強設(shè)備日常的維護和保養(yǎng)。

3 結(jié)論

該文以500 m水深海底平管的封堵卡具方式維修問題為例，開展了風(fēng)險分析研究工作?；贒NV船級社規(guī)范以及相關(guān)企業(yè)調(diào)研結(jié)果，建立了整個應(yīng)急維修流程，采用半定量的方法，依據(jù)流程中各作業(yè)步驟進行風(fēng)險識別，對風(fēng)險識別結(jié)果綜合事件發(fā)生頻率和后果等級進行風(fēng)險分析。

頂層失效事件分析結(jié)果表明，維修機具和設(shè)備回收、維修前準(zhǔn)備、卡具安裝等失效事件的風(fēng)險比較大，權(quán)重排在前三位。針對底層風(fēng)險源，從人員、海洋環(huán)境、設(shè)備故障和設(shè)備作業(yè)四個方面開展了量化分析，給出了量化結(jié)果以及相關(guān)的應(yīng)急維修建議。該文的研究成果可以為相關(guān)深水海管應(yīng)急維修工作提供借鑒，降低應(yīng)急維修的風(fēng)險，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

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Risk Analysis of the Emergency Repairing for Subsea Pipeline Using Fixture Repair Method

HE Ning-qiang1, LIU Xin2, JI Hong-ye1, LUO Han-bing2, YIN Han-jun2

(1.Offshore Oil Engineering Co.， Ltd, Tianjin 300451, China; 2.Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Risk analysis using semi-quantitative assessment solution is carried out for the emergency repairing of the subsea pipelines. The fixture repair method is adopted in the case study for subsea pipelines (flat tube) under 500m water depth.Combining the relevant definitions in DNV rules and investigations in relevant companies, the flowchart of the emergency repairing for subsea pipeline is defined.Risk identification is carried for each step and the risk accidents tree of each step is established.The weight value of each step and each risk value of risk resource are assessed using expert scoring method. Finally, the results of the assessment are discussed and suggestions are recommended to reduce the probability of accidents.

semi-quantitative solution; risk analysis; subsea pipeline; emergency repair

2014-12-15

國家科技重大專項資助項目(2011ZX05027-005)。

何寧強(1980-)，男，工程師。

1001-4500(2015)04-0070-06

P75

A