石油天然氣生產安全技術和管理新論

馬士龍，鄒浪，于嚴龍(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

現代管理理論及科學技術的發展，在一定程度上提高了石油天然氣生產的效率和安全程度，但是依然不能實現對生產安全隱患及質量問題的全部規避。這是因為石油天然氣生產應用到的工藝和設備相對較多，不可避免地會增加安全問題的發生概率，嚴重情況下便會導致安全事故?？梢娛吞烊粴馄髽I需要重視石油天然氣生產過程中的安全問題，通過先進的生產安全管理理論和技術做到生產安全管理工作，減少安全事故，避免對工作人員及生產設備造成威脅。

1 石油天然氣生產特征

1.1 城市發展與生產安全存在矛盾

城市發展需要注重效率和質量，這與石油天然氣安全生產存在一定矛盾。具體來講，隨著城市化進程的日漸加快，石油天然氣生產現場周邊人口密集度在不斷提高，生產環境日漸復雜，容易導致生產現場被生產經營單位或公共設施包圍、新建工程與生產現場距離較近、生產現場安全間距被侵占等問題，這些都會對石油天然氣安全生產造成威脅。石油天然氣生產現場被占壓形式較多，例如：農業設施、工業設施、礦業設施等，這會進一步侵占生產現場安全間距，并且清理難度較大，不利于石油天然氣生產作業安全順利進行。在建筑工程施工建設中，石油天然氣生產項目通常與其他項目交叉或共同進行，如果其他項目建設單位未能保持對石油天然氣生產安全的足夠重視，可能導致碾壓、碰撞、挖掘等第三方生產威脅[1]。

1.2 自動化生產安全管理差異較大

自動化管理對石油天然氣生產安全十分重要，但是現階段石油天然氣企業的自動化管理水平差異較大，無法通過先進自動化管理技術全面確保石油天然氣生產安全。大型國有企業的自動化管理水平普遍較高，管理設備比較完善，管理規范比較健全，能夠實現對石油天然氣生產的全過程管理；但是小型企業往往沒有資金和條件引進先進自動化管理系統和設備。并且，隨著運行時間的增加及管理規范的更新，任何企業都需要對自動化管理體系做出完善，對不符合安全規范的項目及設備進行改造，真正實現對石油天然氣生產作業的自動化管理，從而確保生產作業安全程度及管理效果。

2 石油天然氣生產安全管理理論分析

2.1 強化石油天然氣生產安全管理理念

盡管發達國家石油天然氣企業已經形成了較為先進的石油天然氣生產安全管理理念，但是由于各個企業之間的運營發展水平不同，國外的安全管理理念尚未在我國石油天然氣生產中發揮應有作用，可見石油天然氣企業依然需要強化對石油天然氣生產安全管理理念的實踐應用。

石油天然氣企業需要積極引進與我國石油天然氣生產安全管理需求、行業進步發展要求相符合的生產安全管理理念和思想，并且結合企業實際情況確定引進和應用程度?？紤]到新型生產安全管理理念與傳統石油天然氣生產管理方式存在一定差異，石油天然氣企業需要循序漸進地推廣和應用新理念和新思想，切不可操之過急。

為了推動新型生產安全管理理念在石油天然氣生產管理中的應用，石油天然氣企業可以強化安全文化建設，將新理念和新思想融入到企業文化建設活動中，使得工作人員可以在活動過程中提高對安全生產的重視程度，并且在日常工作中自覺踐行安全理念、遵守安全準則。

2.2 構建石油天然氣生產安全管理體系

石油天然氣企業可以構建石油天然氣生產HSE管理體系，此管理體系應用的是健康、安全、環保理念，符合石油天然氣生產安全需求，不但可以合理規避安全隱患，還能夠有效解決生產過程中出現的空氣污染、環境污染問題，在先進管理體系及管理文件約束下能夠進行全員范圍的生產安全管理工作。具體來說，負責人需要按照二書一表的形式實時記錄HSE管理體系相關文件，并且通過領導承諾方式來帶動工作人員參與管理工作，切實提高石油天然氣生產安全管理水平。石油天然氣企業需要設置專門的管理人員，負責對石油天然氣生產現場進行安全管理，一旦發現生產安全問題，便需要監督涉事部門和員工進行及時整改，確保一應生產操作都能夠達到安全指標。

2.3 優化石油天然氣生產和存儲環境

為了合理規避石油天然氣生產安全隱患，石油天然氣企業需要優化石油天然氣生產和存儲環境，提升石油天然氣生產和儲存安全系數?，F階段，低壓粘補技術、注射劑密封技術等立體堵漏技術的廣泛應用，在一定程度上降低了石油天然氣泄漏問題的發生概率，因為這些技術能夠顯著提高石油天然氣運輸管道和儲存空間的密封性能，并且具有操作成本低廉等應用優勢，能夠避免石油天然氣流失及泄漏導致的安全隱患和資源浪費問題。此外，石油天然氣企業可以在石油天然氣生產和儲存現場應用安全檢查技術及智能檢測設備，檢測密封環境中各項游離物質的濃度和密度。例如，電感耦合等離子質譜儀可以檢測空氣中的游離物質，當檢測濃度和密度等數值達到警戒值后，便會自動開展報警系統并且顯示具體數值，提示工作人員進行處理。

2.4 提高石油天然氣生產人員專業水平

現階段，被應用于石油天然氣生產中的技術和設備越來越多，盡管提高了生產質量和效率，但是也增加了生產安全隱患，為此，石油天然氣企業需要提高石油天然氣生產人員專業水平。石油天然氣企業需要提高工作人員對石油天然氣生產設備操作方式及技巧掌握的熟練程度，全面了解各項設備的運行原理及實際功能，明確各項設備的維修及養護措施，從而豐富工作人員的從業經驗和設備操作經驗，確保工作人員能夠及時分析各項安全事故的發生原因，并且自覺采取相應解決措施，不斷強化工作能力。石油天然氣企業需要鼓勵工作人員積極考取各項從業證書，并且組織工作人員參加安全培訓，為培訓成績合格的工作人員頒發合格證書，要求工作人員實現持證上崗。

2.5 強化石油天然氣生產風險評估管理

石油天然氣生產屬于特殊性較強的作業，需要通過一定生產風險評估才能夠明確風險等級，從而采取針對性生產風險防范策略及生產安全管理策略，實現對各級安全事故的合理規避，可見石油天然氣企業需要強化石油天然氣生產風險評估管理[2]。

石油天然氣企業需要建立風險評估機制，形成對不同類型安全隱患的準確分級，實現對各個風險點的準確控制，確定可以將各項生產安全隱患全部排除，在此基礎上開展的石油天然氣生產工作自然能夠得到較大安全保障。石油天然氣企業需要做好對石油天然氣生產安全隱患的排查工作，并且及時記錄排查數據，對已經通過風險防范措施和安全管理措施規避的安全隱患，同樣需要做好數據紀錄。石油天然氣企業需要明確安全風險源，針對風險源制定相應的安全管理方案和緊急預案，并且就緊急預案進行定期演練，確保每位工作人員都能夠掌握不同類型安全事故的處理方式，這樣在發生安全事故后才能夠第一時間啟動緊急預案，盡量將安全事故的不良影響及各項損失降到最低。

3 石油天然氣生產安全技術應用分析

3.1 采取石油天然氣管道維修技術

為了確保石油天然氣管道運行及生產安全，石油天然氣企業可以采取石油天然氣管道維修技術，具體包括如下7種：

（1）更換管道。能夠一次性解決全部石油天然氣管道問題；但是維修成本較高，并且維修期間需要停止管道運行，會對石油天然氣生產作業造成一定影響。

（2）焊接蓋帽。在石油天然氣管道缺陷位置處焊接蓋帽，等同于在管道處增加了1個支管連接。

（3）堆焊或補焊。屬于一種比較簡單的石油天然氣管道維修方式，維修效率較高，適合應用在面積較小的單一缺陷維修；但是焊接作業存在一定安全風險，例如：管壁氫脆、爆裂、燒穿、裂紋等，因此極為重視石油天然氣生產安全的歐美國家禁止應用此方式。

（4）帶壓開孔。在石油天然氣管道處連接一旁通管道，使得管道內的介質可以從一旁通管道通過，隨后再更換缺陷位置的管道，可以配合第1種維修技術共同應用。

（5）復合材料修復。在石油天然氣管道缺陷位置處涂抹復合修復材料，材料與強力膠可以共同形成復合維修層，從而承擔管道的部分應力，使得缺陷位置管道承載應力處于安全范圍，從而保障管道安全運行。修復工藝流程大致為：清洗管道、清除污垢、處理管道表面、設置保護層、固化處理、性能檢測。

（6）環氧套簡。在石油天然氣管道缺陷位置處覆蓋兩個連接在一起的、管徑超過維修管道的鋼殼，令環氧套筒完全覆蓋在缺陷管道表面，將兩端密封，并且向其中注入環氧樹脂，令環氧樹脂填滿環氧套筒與維修管道的縫隙，適合應用在缺陷位置較長、存在大面積腐蝕問題的管道維修中。

（7）夾具修補。通過機械夾具恢復石油天然氣管道原本功能和性能，由于不需要在管道上直接進行焊接，可以避免堆焊或補焊作業安全風險；但是管道維修成本較高，維修工藝技術水平較高，對于維修人員的專業能力要求較高。

3.2 構建石油天然氣生產監控系統

石油天然氣企業可以構建石油天然氣生產監控系統，從而實現對石油天然氣生產作業的全過程、動態化監督管理，及時發現和解決安全隱患及質量問題。

石油天然氣企業可以構建如圖1所示的石油天然氣生產監控系統，實現對石油天然氣開采油田的智能監控及管理。在圖1石油天然氣生產監控系統中，每個油田設有若干個采油區及油井，在每個油井位置處都布置了1個監控終端，其中的油井參數采集模塊負責對油井設備運行參數(井口位置、運行壓力、運行溫度、抽油機電機電流和電壓、抽油機光桿位移和載荷等)、環境信息、模擬信號進行實時采集，并且對其進行數字化處理，以便能夠進行遠程傳輸；具備串行輸入數字接口，可以接受數字信號；具備數據存儲空間，可以儲存24 h之內的數據。控制模塊負責向油田遠程監控中心發送采集到的數據，執行遠程監控中心發出的命令；通過模擬量、開關量輸出實現對各個模塊工作的協調處理及控制管理，同時開啟、關停抽油機電機。無線收發模塊負責接收遠程監控中心發出的命令，通過4G網絡、WiFi實現監控終端與遠程監控中心的遠程無線通信；自動注冊參數采集模塊，并且顯示注冊信息，便于遠程監控中心發現參數采集模塊。

油田遠程監控中心負責接收、選擇性顯示、儲存、分析、處理、編輯、檢索、查詢監控終端采集到的數據，結合數據繪制抽油機電機運行圖、溫度曲線，如果發現數據存在異常，表示油井設備運行參數及運行環境存在異常，便向監控終端發出命令，并且在監控中心界面上發出報警信息；通過邏輯通信鏈路遠程調整監控終端運行參數，與參數采集模塊功能相對應；接受監控終端自動注冊請求。

在每個油井位置還布置了1個無線路由器，這樣油田范圍內便能夠形成無線覆蓋網絡，使得每個油井的監控終端都能夠自動接入，并且連接監控終端與油田遠程監控中心。

3.3 通過氣體檢測方法檢測氣體濃度

石油天然氣開采及生產過程中會出現各種類型的氣體，其中不乏有害有毒氣體，氣體檢測方法則能夠檢測各種氣體的濃度，從而確保石油天然氣生產安全。按照傳感機理，可以將氣體檢測方法劃分為光學檢測法、非光學檢測法兩種。

3.3.1 光學檢測法

漸逝場型光纖氣體傳感器檢測法，漸逝場區域在吸收部分檢測氣體時，其中的全反射光會出現衰減，通過全反射光衰減程度便能夠獲取檢測氣體相關信息。漸逝場能量與總能量的比例決定了漸逝場型光纖氣體傳感器的檢測靈敏度，即比例越高，檢測靈敏度越高。此外，檢測氣體會與裸露芯纖相互作用，如果檢測氣體與裸露芯纖折射率差異較大，漸逝場區域在實際檢測中只能夠吸收一部分能量，也就無法獲得較高的檢測靈敏度。為了解決上述問題，可以在裸露芯纖表面添加多孔物質(多孔硅、氟化碳等)，多孔物質能夠引導漸逝場區域吸收更多能量，從而提高檢測靈敏度。此檢測法傳感距離較長，適合應用在遠距離、分布式石油天然氣生產場所氣體檢測中。

染料指示劑型光纖氣體傳感器檢測法，檢測氣體會與傳感器燃料發生化學反應，從而產生光學性質變化，通過光學性質變化便能夠獲取檢測氣體相關信息。例如，在pH值型傳感器檢測過程中，石蕊或酚紅指示劑會與檢測氣體發生化學反應，從而產生顏色變化，通過顏色變化便可以獲取檢測氣體相關信息。此檢測法檢測成本較低，但是不能作為確定檢測氣體濃度的唯一標準。

折射率變化型光纖氣體傳感器，檢測氣體會與傳感器某些材料發生化學反應，這些材料對檢測氣體的敏感度往往較高，能夠產生材料體積變化、折射率變化、光纖波導參數(雙折射、損耗等)變化，通過光纖波導參數變化便能夠獲取檢測氣體相關信息。此檢測法檢測成本較低且操作簡單。

光纖熒光型氣體傳感器，檢測氣體會與熒光輻射物質發生相互作用，從而產生壽命或強度變化，通過這一變化便能夠獲取檢測氣體相關信息。熒光物質在吸收到一定波長的光照之后，其熒光壽命便會縮短、強度便會降低，應用頻率較高的是熒光強度，因為熒光壽命變化檢測難度較高。

3.3.2 非光學檢測法

電化學類傳感器檢測法，通過電解液、常用電極檢測氣體，檢測氣體會與電解液發生化學反應，從而產生化學電位差(電信號)，化學電位差與檢測氣體濃度成正比，通過化學電位差便能夠獲取檢測氣體相關信息。電解液分為電流型電解液、電位型電解液，電流型電解液通過毛細孔擴散、簿層透氣膜等限流措施，獲得理想的傳質條件，產生低于檢測氣體濃度的極限擴散電流，從而獲取檢測氣體相關信息；電位型電解液通過電極電勢與檢測氣體濃度關系獲取檢測氣體相關信息。

氣相色譜檢測法，通過檢測氣體經過色譜柱時的速度獲取檢測氣體相關信息，因為不同氣體的物理性質和化學性質不同，會在流動相、固體相中產生不同的溶解度(分配系數)，在兩相進行相對運動時，氣體會跟著兩相做出移動，并且在兩相中實現多次反復分配，從而將存在細微差異的氣體分離開來。

高分子氣敏敏感材料檢測法，檢測氣體會與高分子氣敏材料發生化學反應，從而產生物理特性變化(電阻、介電常數、聲波傳播頻率等)，通過物理特性變化便能夠獲取檢測氣體相關信息。

4 結語

綜上，考慮到城市發展與石油天然氣生產安全存在矛盾、自動化生產安全管理差異較大，為了確保石油天然氣生產作業的安全程度，石油天然氣企業可以采取強化石油天然氣生產安全管理理念、構建石油天然氣生產安全管理體系等生產安全管理理論，以及構建石油天然氣生產監控系統、通過氣體檢測方法檢測氣體濃度等生產安全技術。通過上述管理理論及安全技術，石油天然氣生產安全問題可以得到全面解決，有利于推動石油天然氣行業穩定健康發展。