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深水動力定位鉆完井作業(yè)的風險管理探述

文檔作者：劉瀟謝彬文檔來源：中海油研究總院		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年11月23日
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第27卷第1期
2012年02月
中國海洋平臺
CHINA OFFSHORE PLATFORM
V01．27 No．1
Feb．，2012
文章編號：1001—4500(2012)01—0001—03
深水動力定位鉆完井作業(yè)的風險管理探述
劉瀟，謝彬
(中海油研究總院，北京102249)
摘要：運用井口完整性雙安全屏障的概念分析了深海地平線號井噴事故的原因和動力定位平臺在動力
定位模式下進行鉆完井作業(yè)時由移位引起的井噴風險，并就動力定位鉆完井作業(yè)的風險管理提出相關(guān)的建議。
關(guān)鍵詞：動力定位；鉆完井；井噴；風險管理
中圖分類號：TE58 文獻標識碼：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發(fā)已經(jīng)成為世界能源發(fā)展的重要方向，隨著我國一系列深水裝備特別是“海洋石
油981”半潛式鉆井平臺的建成，中國海洋石油“挺進深水”的戰(zhàn)略計劃正在一步步得到實施。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)的高風險不言而喻。本文結(jié)合
深海地平線號井噴事故，運用井口完整性雙安全屏障的概念，分析了深水動力定位鉆完井作業(yè)的風險并就動
力定位作業(yè)的風險管理提出相關(guān)的建議。
1 動力定位平臺鉆完井作業(yè)風險
與傳統(tǒng)的通過錨泊定位的半潛式鉆井平臺比較，深水鉆井平臺的技術(shù)特點之一就是在動力定位的方式
下進行鉆完井作業(yè)。動力定位是指船舶或平臺通過使用自身的推進器來自動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，并運用此概念分析動力定位平臺在動力
定位模式下進行鉆完井作業(yè)時由移位引起的井噴風險。
1．1鉆完井作業(yè)中的雙安全屏障’
收稿日期：201卜Ol一26
作者簡介：劉瀟(1978一)，男，工程師。
萬方數(shù)據(jù)
中國海洋平臺第27卷第l期
國外鉆完井作業(yè)過程中廣泛采用雙安全屏障的概念來保障
作業(yè)的安全，控制作業(yè)風險。根據(jù)挪威國家標準D一010的規(guī)定，
在開展所有井下作業(yè)的過程中，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]。例如進行過平衡鉆井、取芯和起下可被剪斷的鉆具作業(yè)
時的雙安全屏障如圖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)致的嚴重井噴事故，運用這
一概念的核心，就是在鉆完井設(shè)計和各階段具體作業(yè)的過程中，
識別和定義一級安全屏障和二級安全屏障、相關(guān)安全屏障的構(gòu)
成元素以及規(guī)定各構(gòu)成元素的完整性準則和保證其完整性的具
體措施。
1．2平臺超限移位可能導(dǎo)致的井噴風險
動力定位鉆井平臺針對口井通常會定義相應(yīng)的作業(yè)區(qū)域
(如圖2所示)，在正常作業(yè)期間，平臺定位于綠色區(qū)域；如果平
臺發(fā)生移位進入黃色區(qū)域，鉆井作業(yè)必須停止，同時相關(guān)人員準
備啟動應(yīng)急切斷；如果平臺進入紅區(qū)，應(yīng)急切斷被觸發(fā)。未能在
平臺移位超出紅區(qū)前及時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
屏障同時失效。
以過平衡鉆井作業(yè)為例，作業(yè)過程中。兩道安全屏障分別為
鉆井泥漿和防噴器。以平臺移位為初始事件的某起井噴事故事
件樹如圖3所示，從圖中可以看出平臺移位的風險性在于：在發(fā)
生超限移位后，兩道安全屏障很可能在很短的時間內(nèi)同時失效，
進而導(dǎo)致井噴。
2動力定位鉆完井作業(yè)的風險管理
由于動力定位系統(tǒng)失效導(dǎo)致超限移位事故可能帶來嚴重的
后果，因此對于動力定位模式下鉆完井作業(yè)的風險管理一直是
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羈1鉆井，取芯和起下可披剪斷的鉆具
作業(yè)時的雙安全屏障
圖2動力定位鉆井平臺作業(yè)區(qū)域
圖3 由移位引起的井噴事故事件樹
萬方數(shù)據(jù)
第1期劉瀟，等深水動力定位鉆完井作業(yè)的風險管理探述
各國政府和油公司關(guān)注的重點，結(jié)合國外的先進
做法，提出深水動力定位鉆完井作業(yè)風險管理體系
(如圖4所示)。針對動力定位鉆完井作業(yè)的風險
管理既應(yīng)關(guān)注動力定位系統(tǒng)設(shè)計的本質(zhì)安全和完
整性管理，同時也應(yīng)關(guān)注動力定位模式下相關(guān)具體
作業(yè)的完整性管理。對于各項具體措施的簡要描
述如下：
2．1動力定位系統(tǒng)的冗余度設(shè)計l
冗余度是動力定位系統(tǒng)設(shè)計的最重要指標之i
一，系統(tǒng)的冗余度越高，因單點故障而導(dǎo)致平臺移
位的可能性就越小，作業(yè)也越為安全，國際海事組
織根據(jù)動力定位系統(tǒng)配置的冗余度將其分為三級[1]：
DP Class 1：單點故障可能導(dǎo)致平臺移位；
動力定位
々完井作H
風險管理
DP設(shè)計的本
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動力定位作業(yè)風險管理體系
DP Class 2：動態(tài)設(shè)備(如發(fā)電機組、推進器、配電板、遙控閥等)的單點故障不會導(dǎo)致平臺移位；
DP Class 3：設(shè)備的單點故障不會導(dǎo)致平臺移位，單點故障除動態(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。
采用配備高級別動力定位系統(tǒng)的鉆井平臺進行相關(guān)的鉆完井作業(yè)是國外油公司進行風險管理的重要手
段。以挪威國家石油公司為例，公司要求所有在包括挪威、丹麥、德國、荷蘭和英國大陸架在內(nèi)的西北歐范圍
作業(yè)的鉆井平臺的動力定位系統(tǒng)級別應(yīng)為DP Class 3。
2．2動力定位系統(tǒng)控位能力的設(shè)計
平臺動力定位系統(tǒng)的控位能力是指平臺在設(shè)計的環(huán)境條件下保持位置的能力，也是保證平臺正常作業(yè)
的關(guān)鍵指標。由于動力定位系統(tǒng)冗余度要求平臺在單點故障下不應(yīng)導(dǎo)致平臺移位，因此風險管理的關(guān)鍵就
在于保障在最惡劣的失效情形下，動力定位系統(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)于平臺動力定位系統(tǒng)要求文件的編制
企業(yè)通過制定關(guān)于鉆井平臺動力定位系統(tǒng)的要求文件對動力定位鉆完井作業(yè)進行風險管理是業(yè)界普遍
采用的方法。這一要求文件提出了動力定位鉆井平臺所應(yīng)滿足的技術(shù)條件和管理方面的要求，涵蓋了關(guān)于
平臺的選擇、確定以及到達目標油田開始作業(yè)前以及鉆完井作業(yè)過程等各個階段，是企業(yè)對于鉆井平臺動力
定位系統(tǒng)進行管理的重要指導(dǎo)性文件。
2．4動力定位鉆完井作業(yè)風險分析的規(guī)定
深水動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、環(huán)境條件等不同，有著不同的作
業(yè)風險和具體作業(yè)程序，因此在每次作業(yè)之前針對具體的目標油氣井開展系統(tǒng)的風險分析，對風險及相關(guān)的
風險減緩措施進行辨識與分析，保障作業(yè)的安全是十分重要的。
2．5動力定位相關(guān)作業(yè)人員的管理與培訓(xùn)
作業(yè)人員對于動力定位鉆完井作業(yè)的安全完整性起到關(guān)鍵性的作用。由于動力定位系統(tǒng)設(shè)計本身的高
冗余度，由設(shè)備故障引起的移位風險已經(jīng)得到了有效控制，統(tǒng)計表明大量事故的發(fā)生是由于作業(yè)人員的失誤
引起的，特別是當整個作業(yè)過程牽涉到各關(guān)鍵人員的協(xié)同作業(yè)時更是如此，如移位情形下動力定位操作員和
司鉆的溝通與配合。因此加強動力定位相關(guān)作業(yè)人員的管理與培訓(xùn)，也應(yīng)是風險管理工作的重點。
2．6動力定位相關(guān)事故的匯報統(tǒng)計與分析
對動力定位相關(guān)的事故進行系統(tǒng)的匯報、統(tǒng)計與分析，是識別作業(yè)風險，提高作業(yè)安全及可靠性的重要
手段之一。國際海事承包商協(xié)會(IMCA)每年都會發(fā)布關(guān)于當年的動力定位相關(guān)事故統(tǒng)計與分析的報告，，
全球的各大鉆井承包商與油公司也開發(fā)了相應(yīng)的內(nèi)部系統(tǒng)，幫助所屬的各平臺開展事故匯報工作，并對事故
開展系統(tǒng)的分析，將分析結(jié)果進一步運用于制定相應(yīng)的作業(yè)程序，避免類似事故的發(fā)生。
’ (下轉(zhuǎn)第43頁)
萬方數(shù)據(jù)
第1期劉生法單點系泊系統(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)動鎖定裝置。
3 單點系泊系統(tǒng)水動力分析技術(shù)
水動力分析是單點系泊系統(tǒng)的另一個關(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
為保證系泊系統(tǒng)本身的強度，又不宜產(chǎn)生過大的約束力。最小運動與最小系泊力是矛盾的要求，因此系泊系
統(tǒng)的設(shè)計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。
單點系泊是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，在風、浪、流環(huán)境條件下，作用在系泊系統(tǒng)上的載荷，按其隨時間變
化的不同特點可劃分為：(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)物具有一個平衡位置，結(jié)構(gòu)物將圍繞這一平衡位置做振蕩運動。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，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)中的主要問題。
為了解決這些問題，首先我們要對系泊系統(tǒng)進行靜態(tài)系泊剛度分析，確定多個系泊系統(tǒng)初步方案，根據(jù)
環(huán)境條件設(shè)置多種計算工況，通過調(diào)整各組成構(gòu)件的幾何參數(shù)和物理參數(shù)對系泊系統(tǒng)進行大量的水動力計
算、分析，從而獲得較為合理的系泊系統(tǒng)方案，然后還必須進行水池模擬試驗驗證，根據(jù)試驗結(jié)果進一步調(diào)整
和優(yōu)化系泊系統(tǒng)方案。這里涉及到一個計算分析方法問題，早期受計算手段限制，通常采用準靜態(tài)方法。隨
著計算機技術(shù)和水動力理論的發(fā)展，目前通常采用動態(tài)時域分析方法。
對于纜繩系泊的單點系泊系統(tǒng)，較易發(fā)生大幅度振擺運動(縱蕩+橫蕩+艏搖，也有稱魚尾運動)，纜繩
會出現(xiàn)張緊一松弛一張緊的過程，此時纜繩受力會增加50％以上。它與纜索剛度、纜索長度、系纜點位置、
船型以及流速等因素直接相關(guān)，還沒有一種可以避免或大幅度減緩振擺運動的數(shù)值預(yù)報方法。
參考文獻
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148．
(上接第3頁)
3 結(jié)論
深水動力定位模式下進行鉆完井作業(yè)的移位風險不容忽視，本文介紹了國際上廣泛采用的雙安全屏障
的概念，并提出了針對深水鉆井平臺動力定位系統(tǒng)的風險管理體系，風險管理體系應(yīng)該包括動力定位系統(tǒng)設(shè)
計的本質(zhì)安全和完整性管理及動力定位作業(yè)的完整性管理兩大方面，建議對移位風險及相關(guān)的風險減緩措
施進行辨識、分析與實踐，保障鉆完井作業(yè)的安全，預(yù)防嚴重井噴事故的發(fā)生。
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萬方數(shù)據(jù)

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