水下干式采油装置风险分析与控制措施

《水下干式采油装置风险分析与控制措施》论文发表期刊：《中国石油和化工标准与质量》；发表周期：2021年16期

《水下干式采油装置风险分析与控制措施》论文作者信息：陈泽光（1986-），男，毕业于西南石油大学石油工程专业，获学士学位，工程师，现从事海洋石油开发安全风险评估工作。

　　摘要 ：针对水下干式采油装置在不同工况下存在的主要安全风险进行了分析，根据分析结果，提出了对应控制措施，对水下干式采油模式风险辨识与防护具有借鉴意义，有助于边际油田的安全开发。

　　关键词 ：水下干式采油装置 ;风险分析 ;控制措施

　　0引言

　　我国浅水海域有众多油气田因位于航道、军事区、环境保护区等敏感区域不能有效开发。近年来，海油发展积极探索，采用现今港工行业成熟的大直径钢圆筒技术，形成水下干式采油装置，以此降低油气田开发成本，力求解决我国浅海受限油气田的开发问题。李勇等人发明了一种浅水油气田开发水下干式采油装置，并针对某油田水下千式开发提出了SDPU(Subsea Dry Production Unit)的关键技术解决方案"：李明等人针对30m水深干式采油装置需求，以其配套的应急逃生舱作为应用案例，进行了应急逃生舱的方案设计2。但针对水下干式采油装置的安全风险分析研究还很少。本文针对乌石1-5油田“水下干式采油装置”开发方式，对其主要安全风险进行风险分析并提出控制措施，探索“边际油田式水下干式采油模式”安全可靠性和关键风险，为边际油田的安全开发提供解决方案。

　　1水下千式采油装置主要风险分析

　　1.1 水下密封连接作业风险分析

　　1.1.1 潜水钟对接舱口水下密封

　　潜水钟与干式舱之间的密封是靠橡胶密封圈来实现的。潜水钟与干式舱对接成功后，密封圈阻止海水进入舱内，将潜水钟下室内海水抽空，下室形成常压状态，舱外海水压力将潜水钟吸附在干式舱金属法兰面上。(1)通过驱动绞车纹缆使潜水钟与干式舱对接，可能出现对接位置不正，舱口不能完全密封的问题。(2)干式舱长期处于水下位置，舱口处易滋生海洋生物，沉积杂物等，导致对接面不能完全吻合。

　　1.1.2 升高立管对接舱口水下密封

　　修井作业时，使用钻井船安装升高立管，实现连接完成后，采用水泵排除通道里的水，建立连通至海面以上的干式通道，作业人员可以打开支承座上的人孔盖，连通千式舱，开展后续作业。(1)干式舱长期处于水下位置，舱口处易滋生海洋生物，沉积杂物等，导致对接面不能完全吻合。(2)升高立管与干式舱对接，并建立通往海面以上的干式通道。升高立管直径约1m，长度可达50m左右，暴露在海水环境中，受风浪流的影响极大，发生震动、变形，影响对接舱口的密封连接的可靠性，极有可能出现干式通道失效的重大风险。

　　1.1.3逃生舱发射井舱口密封在日常待命工况下，逃生舱是存放在水下采油干式舱的干式常压发射井中，不与海水接触;在应急工况下，逃生舱发射井的进水阀被打开，海水灌入发射井，逃生舱将暴露在海水环境下，待发射井顶部舱盖打开后，在自身浮力作用下，上浮至水面。水下采油干式舱的发射井顶部由一台液压启闭的舱盖实现水密，发射井下部还设置一道气密门通向采油干式舱。

　　(1)干式舱长期处于水下位置，舱体外表易滋生海洋生物，沉积杂物等，可能会堵塞逃生舱发射井进水管路，导致应急情况下，海水无法进入发射井，井口舱盖承受海水压力过大无法自动开启，逃生舱无法离开发射井，导致逃生失败。(2)干式舱长期处于水下位置，舱口盖铰链处滋生海洋生物，沉积杂物等，导致逃生舱发射井舱口盖卡住、无法开启，导致应急情况下逃生装置失效。(3)人员逃生时，未能关闭逃生舱发射井与干式舱之间的气密门，导致发射井进水后，海水涌入干式舱。

　　1.2 水下环境维持安全风险分析

　　1.2.1 正常工作状态

　　正常生产期间，干式舱内为无人环境，氮气填充，根据舱室内温度、湿度的测量以及有毒有害气体探测结果，适时开启与外部的气体交换，从而达到维持舱内适宜环境的目的。

　　1.2.2 检修、修井状态

　　(1)检修、修井期间人员进舱作业前，需将舱内氮气置换成空气后，检测舱内气体质量合格后方可下舱作业。(2)水下干式舱内分为多个舱室和空间，包括采油树房间、应急逃生舱发射井、潜水钟对接舱等。部分舱室还采用气密门分隔，不同区域的分隔增加了环境参数检测和环境维持的风险。

　　1.2.3应急状态

　　(1)人员入舱作业期间，突发事故，应急逃生时，逃生舱发射井与干式舱之间的气密门可能会忘记关闭，导致发射井进水后，海水涌入干式舱。(2)当干式舱受到外力破舱进水，可能会导致漏油事故。

　　1.3人员进出舱安全风险分析由于干式舱位于水下，人员进出舱室异常困难，本方案采用潜水钟装置，将人员直接运送至水下干式舱内。潜水钟作为维护人员往返水面母船和水下干式舱的交通工具。

　　1.3.1 潜水钟与干式舱通过过程潜水钟与干式舱对接成功，建立干式通道后，人员通过下室进入干式舱，而下室狭小的空间内设置了绞车、缆绳导向、摄像头、照明灯具等多个装置，人员在通过下室时，极有可能会发生磕碰、拖挂等情况，造成人员伤害或设备损坏。

　　1.3.2人员由潜水钟进入干式舱人员由潜水钟进入(由干式舱返回潜水钟)的过程需要开启(关闭)两道防水舱盖，还需完成排水(注水)、缆绳解除(系挂)等一系列操作，如果没有按顺序操作，可能会出现严重后果，导致舱室进水等严重事故发生。

　　1.3.3人员在水下舱内作业突发情况人员在水下舱内作业时突发紧急情况，作业人员可快速进入逃生舱脱险。逃生人员需要完成一系列动作，进入发射井，关闭发生井气密门，解除逃生舱固定，进入逃生舱并关闭舱门，打开发射井进水阀，打开发射井顶部舱口盖，慌乱中极有可能遗漏部分操作，而造成严重后果，甚至无法逃生。

　　1.3.4 逃生舱上浮至水面的过程逃生舱上浮至水面的过程中，存在与停泊在该水面的支持船、作业船或通行至该水域的船舶发生碰撞，导致逃生舱、水面船只的损坏甚至逃生失败的风险。

　　2主要风险控制措施

　　2.1 水下密封连接作业的控制措施

　　(1)缆绳系点设置在舱口正中，设置对接舱口的导向装置。在水下舱口对接面上增设一道舱盖避免与海水的广泛接触：对接前进行清理，去掉对接面附着的海生物等异物。在对接舱口处增加锁紧机构，增加连接的强度。(2)在水下舱口对接面上增设一道舱盖避免与海水的广泛接触;对接前进行清理，去掉对接面附着的海生物等异物。选择适合的气象窗口期进行修井作业，减小风浪流对升高立管的作用力;为升高立管设计更为强大的结构：增加升高立管的中间固定。(3)对干式舱外部舱口盖、管口等关键部位定期进行清理，去掉附着的海生物等异物：气密门应设计为自动闭合，避免人为错误造成气密门密封失效。

　　2.2 水下环境维持的控制措施

　　(1)在进行氮气、空气置换系统的设计时，不仅要实现气体交换的功能，还要从调节温湿度的角度，对热量、气体含水量进行计算和设计。设计中采取元余设计，以减少温湿度探测系统或者设备的故障概率，提高系统可靠性。(2)设计原则中应确定检修、修井期间需要进行关井，这可以大大降低危险气体的出现：设置危险气体检测探头，为人员的生命安全增加一道保障;舱内还设置空气检测探头，并实时显示空气的组成，进而保证人员的正常呼吸。(3)气密门应设计为自动闭合，避免人为错误造成气密门密封失效。将干式舱设计为双壳结构，降低破舱风险：在舱室内设置探头，当发现大量涌水时，立即关停井口。

　　2.3人员进出舱的控制措施

　　(1)通过精心设计、合理布局，扩大通道：选用移动、折叠式支架固定设备，在人员通过下室时收起设备，扩大通道：通过管理手段，对下舱作业人员的身高、体重等指标进行筛选，由符合要求的人员进行作业。(2)规范操作流程，加强操作人员的培训：设置相应的互锁机构，避免操作顺序的错乱。(3)在水下干式舱有人员进入期间，该水域应避免有船舶停留，禁止航行，工作母船在上游一定距离抛锚。

　　3结论

　　(1)水下干式采油装置的安全是一项系统工程，首先应通过精心设计达到本质安全：其次通过管理手段，规范操作流程，加强操作人员的培训：设置相应的互锁机构，避免操作顺序的错乱。

　　(2)针对水下干式采油装置在不同工况下存在的主要安全风险进行了分析并提出了对应控制措施，对水下干式采油模式风险辨识与防护具有借鉴意义，有助于边际油田的安全开发。

　　参考文献：

　　[1]李勇，李艳莉，刘学涛，等.浅水油气田开发水下干式采油装置[].ф海洋平台，2020，3(04：95-100.

　　[2]李明，杨青松，高成君，等，水下干式采油装置应急逃生设计研究].天津科技，2020，42(04)：34-32+42.