基于隱患分析的海洋鉆修機井架及底座安全評估

張士超

(中海油安全技術服務有限公司，天津 300450)

井架及底座空間結構復雜，由于長期處于惡劣的海洋環境中并承受多種工況組合作用，設備產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構承載能力的檢查及監測上[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)應用在現場安全檢查中，統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，FMEA)及事故樹分析法(fault tree analysis，FTA)識別出井架及底座常見故障類型及常見事故發生的原因[5-9]。通過安全評價技術手段，提出相應預防措施。

1 井架及底座隱患分析

1.1 SCL編制

傳統的井架及底座安全檢查方式主要是通過專家目檢結合功能測試的方法，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，造成了檢查結果及參照依據不夠規范，制約了提出隱患的權威性及整改問題的合規性。為了使得現場安全檢查更加準確，通過收集調研國內外現行的13個石油井架相關標準進行梳理分析，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。為了方便現場檢查，將井架按照7個大項目分類對標。參照現場檢查順序，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、附屬設備及檢驗檢測3個分散在井架空間結構多個部位的內容，需要在現場檢查時隨時關注并記錄。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檢查項目及內容

1.2 井架及底座安全檢查隱患統計分析

利用井架及底座SCL，通過對現場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律，將查找出的隱患按照所處位置及類別分類統計見圖1。

圖1 井架及底座隱患分類

由圖1a)可見，隱患發生在二層臺及井架主體部位居多，分別占總體隱患數量的42.03%和34.79%。其中二層臺存在的隱患多為防護裝置設置不合理；井架主體存在的隱患則涉及方面較多，包括附屬構件缺失、松動，以及結構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，主要包括應急逃生裝置位置設置不合理、防護欄桿或其他防護裝置空隙過大及未使用正規銷釘等。

2 井架及底座FMEA

2.1 井架及底座FMEA編制

井架及底座系統結構形式見圖2。

圖2 井架及底座常見結構形式

通過統計分析近年海洋鉆修機井架及底座現場安全檢查的隱患數據，結合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構類型，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應用案例

渤海某平臺修井選用液壓舉升裝置進行作業，并為其專門設計了底座。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分析結果見表3，相關故障(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

依據液壓舉升裝置底座FMEA分析結果，設計單位、平臺方以及作業者等相關方代表進行討論，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

在常規起下鉆作業過程中，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。此外在非作業期間，進行井架及底座結構檢驗檢測及維修改造時，專業工程師也會在井架高處進行相關作業。井架高處作業稍有不慎即有可能發生高處墜落事故，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，若要預防井架高處墜落事故的發生，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人員發生墜落的風險。可以從人員、井架本身、環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構缺陷。

3.2 井架高空落物FTA

在海洋石油鉆修井作業時，鉆臺是完成連接井下工具、調試設備等工序的主要作業區域，也是作業人員長期暴露的區域。井架如果存在零部件松動現象或存在其他可墜落物，很容易引起高空落物事故，進而砸到鉆臺區域的作業人員或設備。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，若要預防井架高空落物事故的發生，除了環境因素不可控外，可以從及時檢驗確保井架設備狀態安全及規范人員操作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構，長期承受大鉤載荷及海洋環境載荷等組合作用。隨著服役時間的延長，結構部件逐漸老化，增大了井架結構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生的原因，預防井架倒塌事故的發生，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，若要預防井架倒塌事故的發生，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：針對環境載荷，需要在有異常天氣或地質狀況時提前停止作業，并采取甩立根或井下懸掛鉆具等適當的技術措施來克服環境載荷對結構帶來的不良影響；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人員的培訓及優化施工工藝來避免。另一方面是要確保井架本身不存在影響結構強度的缺陷，這需要加強日常維保來提高井架的本質安全性。

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，井架及底座結構本身的缺陷及故障均是3類事故發生的主要隱患，因此，在井架及底座服役期間，確保井架及底座的本質安全性，可有效降低相關事故發生的概率。

4 結論

1)隱患發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)通過統計分析近年海洋鉆修機井架及底座現場安全檢查的隱患數據，結合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。現場應用表明，該FMEA可作為井架及底座風險分析的參考依據，進而指導井架及底座優化設計、升級改造、維護保養及風險辨識等工作。

3)井架及底座結構本身的缺陷及故障均是3類事故發生的主要隱患。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安全。

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