CC BY
151
--© С.С. Кубрин, С.Б. Гуральник,
Б.С. Гуральник, 2012
УДК 629.124
С.С. Кубрин, С.Б. Гуральник, Б.С. Гуральник
ОЦЕНКА РИСКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ БУРОВЫХ ПЛАТФОРМ
Рассмотрена методика определения и оценка рисков, возникающих при эксплуатации плавучих буровых платформ.
Ключевые слова: риски, буровые платформы, взрывы, утечки нефти, гибель буровых платформ.
В конце прошедшего 2011 года буровая платформа «Кольская» (рис. 1, табл. 1) 1985 года постройки, принадлежащая «Арктик-морнефтегазразведка») затонула в Охотском море 18 декабря 2011 года. Буровая платформа «Кольская», находившаяся в Охотском море примерно в 200 км от острова Сахалин, буксировалась ледоколом «Магадан» и транспортно — буксирным судном «Нефтегаз 55» от Камчатки. Погода была неблагоприятная. Северозападный ветер 25-27 метров в секунду, высота волны пять метров, сильный снег. Температура воздуха находилась на отметке минус семь градусов, температура воды не превышала одного градуса тепла. У буровой платформы «Кольская» после погрузки на судно для транспортировки в 2011 году было повредили дно из-за неправильно сделанной сепарации. Был произведен ремонт. При транспортировке платформы произошло нарушение герметичности корпуса. Водой было затоплено несколько отсеков, появился крен и «Кольская», после потери остойчивости перевернулась и затонула в течение 20 минут.
На борту платформы находились 67 человек, 14 человек было спасено -многие с сильным переохлаждением,
Рис. 1. Платформа «Кольская»
четверо погибли, остальные пропали без вести. Примерно половина из общего числа людей не имели никакого отношения к буксировке и не должны были находиться на буровой платформе. Согласно положениям инструкции по безопасности морских буксировок Федеральной службы морского флота России, для обеспечения безопасности буксируемого судна на его борту должен находиться квалифицированный экипаж или его минимально необходимая часть, возглавляемая капитаном, а буксировка судна с пассажирами на борту запрещается.
Приведем факты возникновения различных чрезвычайных происшествий с буровыми платформами в 2002 — 2011 годах.
2011 год
В августе китайская дочка международной нефтяной корпорации СопосоРЫШрэ (СОРС) сообщила об
Таблица 1
Основные данные буровой платформы «Кольская»
Тип буровой платформы Самоподъёмная буровая установка
Классификация установки DNV и Регистр Судоходства РФ
Версия кода Код ИМО-МПБУ 1979г.
Год постройки 1985
Судоверфь «Раума Репола» Финляндия
Общая длина установки (включая вертолётную пло- 227.2' (69.25м)
щадку)
Общая ширина установки (включая якоредержатели) 262.5' (80.00м)
Длина корпуса 234'
Ширина корпуса 208'
Высота корпуса 28.05' (8.55м) у диаметральной
линии
Кол-во ног/длина 3 х 464'
Тип ног Треугольник, с консолью
Жилые помещения для макс. кол-ва членов персо- 102
нала
Топливо 4063 бар.
Буровая вода 4636 бар.
Питьевая вода 101 бар.
Аварийный радиобуй Sart(2mT) Jotron (1шт)
УКВ радиостанции Motorola 12 шт.
Авиационный маяк Redifon
Спутниковая система связи Inmarsat C.B.
Система обнаружения И2Б Sieger
Система обнаружения СО2 Warmex
Датчики дыма Cerberus CBA 200
Спасательные шлюпки Fiskars-104 (2шт)
Спасательные плоты Viking-25 (6 шт), Viking-12 (2 шт)
Установка очистки сточных вод UNEX/Bio-80
Инсинератор Unex / F-1
обнаружении нового источника утечки нефти на своей добывающей платформе в Бохайском заливе. Ранее СОРС признавала наличие двух источников загрязнения на своих буровых платформах, работающих на месторождении «Пэнлай 19—3». Новый источник утечки нефти в океан был расположен всего в 10,8 метра от одного из ранее обнаруженных. Таким образом, общий объем нефти, вытекшей в море с двух принадлежащих СОРС в этом районе буровых платформ, составил 2,5 тысячи баррелей. От загрязнения пострадало
побережье китайских провинций Хэ-бэй и Ёяонин.
В июне на двух буровых платформах месторождении Пэнлай 19-3 в Бохайском заливе были зафиксированы утечки нефти. Попытки оперативно устранить утечки не принесли результата, разлив нефти привел к гибели рыбы и популяции гребешков. В начале сентября Государственное океанографическое управление КНР потребовало приостановить добычу нефти на месторождении. Месторождение «Пэнлай 19-3» разрабатывалось международной нефтяной компанией
Conoco Phillips совместно с китайской государственной нефтяной компанией CNOOC.
2010 год
Второго сентября на платформе Mariner Energy в Мексиканском заливе возник пожар. В результате аварии один человек пострадал, 13 человек, работавших на ней, оказались в воде и были впоследствии спасены. Утечки нефти в океан не произошло.
Двадцать второго апреля управляемая буровая платформа Deepwater Horizon затонула в Мексиканском заливе у побережья штата Луизиана после 36-часового пожара, последовавшего вслед за мощным взрывом, унесшим жизни 11 человек.
Остановить утечку нефти удалось спустя четыре месяца к 4 августа. В воды Мексиканского залива вылилось около 5 миллионов баррелей сырой нефти. После аварии власти страны ввели временный запрет на рыбную ловлю в районе чрезвычайного происшествия, закрыв для промысла более трети всей акватории залива.
Платформа, на которой произошла авария, принадлежала швейцарской компании Transocean. Американские корпорации Halliburton Energy Services и Cameron International принимали непосредственное участие в подготовке платформы к работе. На момент аварии ею управляла компания British Petroleum. 2007 год
Двадцать третьего октября в Мексиканском заливе буровая платформа столкнулась с нефтяной вышкой.
По словам представителей нефтяной компании Pemex, причиной столкновения стал ураганный ветер. Сразу после столкновения рабочие, опасающиеся взрыва из-за многочисленных утечек нефти и газа, начали спешно покидать вышку на надувных плотах. Мексиканским ВМС удалось
эвакуировать из Мексиканского залива в безопасное место 61 нефтяника. В результате чрезвычайного происшествия 18 рабочих погибли. 2004 год
Двадцать девятого ноября в Норвегии из-за опасности взрыва на нефтяной платформе Снорр А в Северном море при помощи вертолетов был эвакуирован 171 из 216 нефтяников, работающих на этом месторождении. Такое решение было принято руководством нефтяного концерна Б1а1оП, принимающего участие в проекте по разработке месторождения. Взрывоопасная ситуация сложилась в результате утечки газа.
Утечек нефти в связи с инцидентом не произошло.
2002 год
Двадцать пятого декабря в Азовском море из-за угрозы крена с украинской буровой платформы «Таврида» был эвакуирован персонал. Угроза крена установки возникла в связи со сложной ледовой обстановкой — толщина льда достигала полуметра.
Восьмого мая в Северном море у берегов Шотландии грузовое судно врезалось в газодобывающую буровую платформу. Чрезвычайное происшествие произошло в 28 милях от восточного побережья графства Йоркшир.
Пострадавших в результате аварии не было. Сухогруз остался на плаву.
Приведенная статистика свидетельствует, что все этапы разведки и добычи минеральных ресурсов на шельфе связаны с воздействием определённых опасностей и риском наступления аварий. Причем опасности бывают различного рода. При постройке новой буровой платформы отдельные блоки, модули и конструкции стационарных платформ обычно доставляются в район промысла на специальных баржах, а затем букси-
руются на плаву к месту монтажа. В пределах района промысла производятся буксировки платформ с точки на точку на плаву.
В случае перемещения буровой платформы в другой регион выполняются морские и океанские буксировки. Самоподъёмные платформы в другие районы перемещают на баржах. Обеспечение безопасности таких буксировок прорабатывается в проекте буксировки, так как в данной операции помимо стандартных расчётов по обеспечению плавучести и остойчивости, требуется разработать схему укладки и крепления платформы на барже.
На этапе доставки буровой платформы к месту проведения работ типичными опасностями являются воздействие факторов внешней среды, аварийные происшествия и аварии с плавсредствами, отказы участвующих в работе технических средств и применяемого оборудования.
В процессе проведения буровых работ к платформе регулярно должны подходить и швартоваться суда обеспечения для доставки буровых и обсадных труб, бурового раствора, цемента и другого снабжения, а также вывоза выбуренной породы, отработанных материалов, смены экипажа и т.д. При швартовках в условиях плохой видимости, при неблагоприятных погодных условиях возможны навалы швартующегося судна на буровую платформу, на якорь цепи системы стабилизации буровой на точке, возможны аварийные происшествия при выполнении грузовых работ.
При решении некоторых задач буровые платформы принимают вертолёты, что тоже связано с определёнными опасностями.
Вопросы предотвращения аварий и происшествий при подготовке и проведении морских операций и экс-
плуатации буровых платформ должны рассматриваться в рамках системы управления промышленной безопасностью. Для этого необходимо иметь инструмент (методику), позволяющую количественно оценивать уровень безопасности всех возможных вариантов развития происшествий и инцидентов с буровой платформой при ведении буровых работ и проведении морской операции. При решении задач управления промышленной безопасностью, в качестве меры безопасности обычно используют величину риска наступления нежелательных событий, определяемую в соответствии с Методическими указаниями по проведению анализа риска опасных производственных объектов [1].
В соответствии с [1] риск эксплуатации буровой платформы следует оценивать, как произведение вероятности или частоты появления негативного события или группы событий и связанных с этими событиями ущербами.
R = Y((Pmoî *Умо1 + P6pi *Убрi) , где R — риск эксплуатации буровой платформы; PMOi, P6pi - соответственно вероятности или частоты появления негативного события или группы событий во время морской операции или эксплуатации буровой платформы; Умо, y6pi — соответственно ущерб от воздействия или появления негативного события или группы событий во время морской операции или эксплуатации буровой платформы.
Из данной формулы следует, что для определения риска эксплуатации буровой платформы необходимо определить вероятности или частоты появления различных опасностей или негативных событий и вызванный ими ущерб. По данным Accident statistics for Floating Offshore Units on the UK Continental Shelf [2] в мире в период 1990 - 2003 г эксплуатировалось
Таблица 2
№ п.п Тип инцидента Частота № п.п Тип инцидента Частота
1. Навал на якорные боч- 0,015 9. Нарушение непрони- 5,5*10-3
ки или цепи цаемости
2. Опрокидывание 3,7*10-6 10. Крен 0,012
3. Столкновение 0,013 11. Потеря места 0,015
4. Контакт 0,133 12. Разлив 0,195
5. Взрыв 9,2*10-3 13. Конструкционные раз- 0,048
рушения
6. Пожар 0,144 14. Буксировка 0,017
7. Затопление 1,8*10-3 15. Падение вертолёта 1,8*10-3
8. Мель 1,8*10-3
около 338 самоподъёмных буровых платформ. На них в этот период произошло 660 инцидентов или 1,956 случай на платформу в год, а если взять статистику за 1980 - 2003 г., то на одну буровую платформу приходится 1,579 случая в год.
В табл. 2 приведены, заимствованные из [2], частоты различных инцидентов, случившихся на самоподъёмных буровых платформах в период 1980 - 2003 г.
Частоты различных инцидентов на самоподъёмных буровых платформах Значения частот, приведённые в табл. 2 - частоты различных категорий происшествий на одну платформу в год. Различные нежелательные события, перечисленные в табл. 2, в зависимости от своевременности, правильности и действенности управляющих воздействий могут благополучно завершиться с минимальными потерями, а могут развиться в серьёзную или даже катастрофическую аварию. Тяжелые, серьёзные аварии, как правило, заканчиваются тем, что буровая платформа уничтожается или получает большие повреждения, такие, что её восстановление становится экономически нецелесообразным.
Например, убытки от пожаров и взрывов на морских буровых платформах достигают 122-1270 млн.
долл. [3]. Чаше всего первопричиной пожаров и взрывов являются выбросы или газонефтепроявления. Выброс и случившийся после этого пожар были причиной гибели платформы En-hova Central в 1988 г, принесшей ушерб в 461 млн. долл.. Выброс на платформе 311 A Bourbon в мексиканском заливе, привёл к появлению у платформы крена, и ушерб по его устранению составил 274 млн. долл.. Платформа AI Baz выгорела и затонула в 1989 г, после случившегося на ней выброса. Выброс и случившийся пожар в 2004 г повредили платформу Adriatic IV, а также соседнюю платформу Temsah. Буровая платформа Deepwater Horizon, стоимостью около 700 млн. долл., затонула после 36 часового пожара в мексиканском заливе в апреле 2010 г, принеся экологический ушерб оцениваемый многими миллиардами долларов.
Разрушения элементов конструкций при эксплуатации, вследствие конструктивных ошибок при проектировании и строительстве буровой платформы или при навалах и столкновениях с другими плаваюшими объектами, приводят к убыткам в 116 -365 млн. долл. [3]. Навал судна снабжения на платформу в 2005 г привёл к поломке райзера, пожару с ушер-бом в 195 млн. долл.
Функция плотности вероятности распределения ущерба
10 15
Ущерб в млн. $ (лог. шкала)
Рис. 2
25
Убытки от повреждения или выхода из строя элементов якорного или швартовного устройств могут быть небольшими, например, ущерб при обрыве троса при буксировке буровой платформы может составить несколько десятков тысяч долл. Однако в случае невозможности восстановления буксирной линии это может привести к потере буровой платформы, как это случилось с платформой A Turtle, севшей на мель у острова Tristan da Cunha [4].
В 1979 г при буксировке в штормовую погоду в водах Китая была повреждена и затонула платформа Bohai 2. Буровая платформа Intero-cean II погибла в 1989 г при буксировке в штормовых условиях в северном море [3].
В то же время, прикидочные расчёты по инцидентам, описанным в [5] показывают, что ущерб, связанный с ликвидацией последствий происшествий при ведении буровых работ, не
переходящих в тяжелую аварию, составляет 1 - 10 млн. долл..
На основе описанных данных была восстановлена функция плотности вероятности распределения ущербов (рис. 2). Закон распределения ущербов - соответствует распределению Эрланга. То есть такому распределению, которое учитывает совместное влияние нескольких случайных величин, распределенных по экспоненциальному закону. Что соответствует совместному влиянию различного рода опасностей на суммарный ущерб от аварии или чрезвычайного происшествия. Очень велико математического ожидание ущерба — 42,297 млн. долл.. Данные табл. 2 и рис. 2 позволяют выполнить оценку рисков различных инцидентов и происшествий с самоподъёмными буровыми платформами. При этом, аварии могут развиваться по наихудшему сценарию, а при правильной оценке ситуации и своевременно принятым мерам ущерб может быть сведён к минимуму.
Таблица 3
Определение риска максимального н минимального ущерба
№ Тип инцидента Частота Макс. Риск, Мин. Риск,
п.п ушерб, млн. ушерб, млн.
млн. долл. долл. млн. долл. долл.
1. Навал на якорные бочки или цепи 0,015 10 0,15 10 0,15
2. Опрокидывание 3,7*10-3 240,5 0,89 42,3 0,16
3. Столкновение 0,013 240,5 3,13 42,3 0,55
4. Контакт 0,133 10 1,33 10 0,15
5. Взрыв 9,2*10-3 240,5 2,21 42,3 0,39
6. Пожар 0,144 240,5 34,63 42,3 6,09
7. Затопление 1,8*10-3 240,5 0,43 42,3 0,08
8. Мель 1,8*10-3 240,5 0,43 42,3 0,08
9. Нарушение непроницаемости 5,5*10-3 240,5 1,32 42,3 0,23
10. Крен 0,012 240,5 2,89 42,3 0,51
11. Потеря места 0,015 240,5 3,61 42,3 0,64
12. Конструкционные разрушения 0,048 240,5 11,54 42,3 2,03
13. Буксировка 0,017 240,5 4,09 42,3 0,72
14. Падение вертолёта 1,8*10-3 10 0,018 10 0,15
В табл. 3 вычислен вклад отдельных опасностей в риск эксплуатации самоподъёмной буровой платформы в случае развития аварии по наихудшему сценарию и в случае минимизации ущерба. Предполагается, что при посадке на мель, столкновениях, опрокидывании, затоплении, в серьёзных авариях при буксировках происходит гибель платформы. Ущерб по этим категориям аварий принят по [3].
В практике еще не было случаев, когда контакт ошвартованного судна снабжения с конструкциями буровой платформы или навал плавучих средств на якорные бочки и цепи привел к гибели платформы. Поэтому, в таких случаях, ущерб будет связан со временем простоя буровой, необходимого для устранения последствий инцидента или восстановления работоспособности оборудования, и окажется на уровне математического ожидания, полученного из статистических данных [3],[5].
Рассчитанные в табл. 3 риски ущербов характеризуют потери при
авариях связанных с воздействием определённых опасностей. Однако, оценки табл. 3 дают завышенные значения рисков, так как события, вызывающие наступление ущерба чаще всего бывают совместными, а не независимыми, то есть когда одно случайное событие является первопричиной реализации другого случайного события и их совместное появление является причиной наступления ущерба. (Именно в таких ситуациях и выполняется закон распределения Эрланга). Таких совместных событий, вызвавших наступление ущерба, который может быть в два, в три и в несколько раз больше. Вероятность реализации совместных событий чаще всего будет определяться, как произведение их вероятностей или частот. Поэтому при оценке рисков необходимо, используя данные табл. 2, строить и анализировать деревья событий. Оценка рисков по всем ветвям дерева событий позволит получить интегральную оценку риска эксплуатации буровой
платформы, в данном случае самоподъёмной, выявить опасности, в первую очередь требующие внимания и выработки управляющих воздействий для снижения аварийности.
1. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. — РД 03-418-01.
2. Accident statistics for Floating Offshore Units on the UK Continental Shelf 1980 — 2003. — Research Report 353 Prepared by Det Norske Veritas, 2005. — 79 p.
3. Expensive Oilrig Accidents-Oil Rig Disasters-Offshore Drilling Accidents. —http//home.versatel.nl/ the_sims/rig/i-expense.htm.
Снижение уровня аварийности может идти за счёт совершенствования систем управления и применяемых технических средств и инструментов.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Oil rig grounding off Tristan da Cunha. — Gard News, Issue189, February/April 2008. — P. 16—17.
5. Бокарев C.A. Пути повышения эффективности и опыт строительства поисковых скважин на шельфах Индии и Вьетнама // Вестник ассоциации буровых подрядчиков. — 2008. — № 1. — С. 23—228. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кубрин Сергей Сергеевич — доктор технических наук, e-mail: s_kubrin@mail.ru, ИПКОН РАН, Гуральник Сергей Борисович — инженер,
ГуральникБорис Семенович — кандидат технических наук, доцент, e-mail: boris@038.ru, «CÈMEC».
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Халкечев Кемал Владимирович — доктор физико-математических наук, доктор технических наук, профессор, e-mail: h_kemal@mail.ru,
Халкечев Руслан Кемалович — кандидат физико-математических наук, докторант кафедры «Физика горных пород и процессов», e-mail: syrus@list.ru,
Халкечев Олег Муратович — аспирант кафедры «Высшая математика», e-mail: on-halk@mail.ru.
Московский государственный горный университет.
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2011. — № 12. — 40 с.— М.: издательство «Горная книга».
Разработаны новые методы математического моделирования в горной промышленности. Изложены процессы математического моделирования трудноформализуемых объектов в виде геоматериалов неоднородной структуры и текстуры, а также горнопромышленных предприятий как экономических систем. Разработанные новые методы позволяют повысить степень адекватности математических моделей реальных объектов.
Ключевые слова: газосодержаший породный массив, математическое моделирование, масштаб неоднородности, характерный размер, газовые включения.
METHODS OF MATHEMATICAL MODELING IN THE MINING INDUSTRY
Khalkechev K.V., Khalkechev R.K., Khalkechev O.M.
New methods of mathematical modeling in mining industry are developed. Processes of mathematical modeling of trudnoformalizuyemy objects in the form of geomaterials of non-uniform structure and a structure, and also the mining enterprises as economic systems are stated. The developed new methods allow to raise degree of adequacy of mathematical models of real objects.
Key words: gassy rock mass, mathematical modeling, scale of irregularities size, characteristic dimension, occluded gas.
