1、深水油气开采安全保障与应急技术 22012-8-8录目1 引言2 深水油气风险管理与控制3 深水油气开采作业应急技术4 深水油气装备完整性技术5 深水钻井隔水管系统安全作业技术32012-8-8 COEST主要研究方向海洋结构强度及可靠性评估海洋平台及管道完整性技术老龄结构物安全延寿技术深水隔水管及井口技术油气安全监测与预警海洋油气风险控制及应急深水钻井装备技术42012-8-8 COEST近期进展承担海洋油气装备及安全技术相关课题60余项，其中包括国家重大科技专项、863计划、国家自然科学基金课题15项。发表学术论文300余篇，出版专著教材4部。获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖8项2、。获国家发明专利5项、国家软件版权4项。培养博士、硕士研究生36+75名,其中26名研究生已获工学博士学位。52012-8-8 COEST研究团队研究中心主任陈国明教授享受国务院政府特殊津贴专家，全国五一劳动奖章获得者，“新世纪百千万人才工程”国家级人选。中国石油大学(华东)二级教授、博士生导师，机械工程、安全科学与工程学科带头人，机电工程学院教授委员会主任。石油机械工程山东省高校重点实验室主任Petroleum Science、中国石油大学学报(自然科学版)、石油矿场机械等杂志编委现有教授4名，副教授5名，讲师4名。博士、硕士研究生共计50多名，形成了团结协作、结构合理的科研团队。620123、-8-81 引言2010年墨西哥湾深水地平线井喷事故2012年北海埃尔金平台天然气泄漏事故深水油气开采事故不仅会带来巨大的人员伤亡和财产损失，还会引发环境灾难和声誉危机。开展深水油气开采安全保障与应急技术研究，对于我国深水油气安全开发具有重要价值。72012-8-8 2 深水油气风险管理与控制深水钻井作业风险管理体系海洋油气连锁事故风险评价深水表层钻井风险分析深水海底泥浆举升钻井系统风险评价生产平台油气处理系统风险分析及控制海底管道未确知安全评价FPSO可燃气体泄漏定量风险分析82012-8-8 风险预警2.1 深水钻井作业风险管理体系风险控制风险辨识深水钻井作业风险管理体系风险接受准则风险监4、测风险评估92012-8-8 事故动力评价法深水地平线事故应用2.2 海洋油气连锁事故风险评价针对海洋油气开发特点，率先提出基于图论的海洋油气连锁事故风险评价方法。102012-8-8 深水表层钻井HAZOP分析流程HAZOP引导词和风险评判矩阵偏差原因风险概率等级偏差后果风险后果等级深水表层钻井作业偏差确定作业偏差的风险度等级预防及应对措施/落实负责人完成HAZOP分析10%15%1%高风险作业单元(步骤)16个中风险作业单元(步骤)124个低风险作业单元(步骤)25个极低风险作业单元(步骤)1个74%深水表层钻井试验过程风险等级划分2.3 深水表层钻井风险分析深水表层钻井资料及事故统计HA5、ZOP分析节点112012-8-8 2.4 深水海底泥浆举升钻井系统风险评价采用故障树(FTA)、故障类型及影响分析(FMEA)对SMD深水钻井的环境、装备及工艺风险进行定性分析，利用层次分析法(AHP)进行定量风险评价。采用ABAQUS建立1500m/500m水深泥浆返回管线模型，进行力学分析和涡激振动疲劳分析，计算证明返回管线安全性。深水海底泥浆举升钻井系统Radiation/(kw/m)2122012-8-8 2.5 生产平台油气处理系统风险分析及控制050100150200250322824201612840Time/s四个脱险梯道处的热辐射强度曲线RadSWRadSERadNWRad6、NE平台甲板2m高度处的温度分布132012-8-8 2.6 海底管道未确知安全评价从自然条件要素、第三方影响要素、设计要素和安全管理要素出发，开展海底管道未确知评价，并根据置信度准则定量识别管道安全级别，同时利用雷达图图形化显示管道安全评价结果，合理且直观地反映了海底管道安全程度，为管道部门开展风险决策和采取防范措施提供科学依据。海底管道未确知安全评价流程142012-8-8 2.7 FPSO可燃气体泄漏定量风险分析建立FPSO 数字模型，进行作业条件下FPSO结构表面附近风场计算；引入泄漏源与风场进行耦合分析，模拟可燃气体的泄漏扩散过程，定量确定泄漏风险。152012-8-8 3 深水油气7、开采作业应急技术应对深水井喷的简易防喷器技术应对深水井喷的管中管技术海底泥浆举升钻井系统应急技术深水水下分离器运行应急技术海洋平台避台撤离分析162012-8-8 开展简易防喷器作业风险分析、力学分析、确定组合类型和配置方案流程，进行深水地平线事故井和南海深水某井实例分析。偏移量顶张力海流钻井船隔水管海底泥线井口导管海面关井横向土反力压力 竖向摩擦力y挠性接头简易防喷器法兰转换短管防喷器组x导管最大等效应力对比简易防喷器示意图3.1 应对深水井喷的简易防喷器技术压力/MPa172012-8-8 管中管技术示意图-100-500501001502002503003500-1502温度/成区域3.8、2 应对深水井喷的管中管技术开展RITT技术氮气诱导收油技术研究，得到氮气注入量与收油量之间关系。利用HYSYS 开展RITT技术的水合物预防研究，得到甲醇注入量与收油量的关系。12泡点线露点线水合物形成曲线10864水合物形182012-8-8 级分级关断方案。SMD应急装备与物资保障3.3 海底泥浆举升钻井系统应急技术建立SMD事故响应及应急体系框架，建立了井涌/井漏事故下的SMD系统参数模型，建立SMD井涌的BP神经网络预警模型并进行预警，提出一种SMD紧急关断及快速释放系统，针对SMD系统提出4192012-8-8 3.4 深水水下分离器运行应急技术建立水下分离器失效事故树，结合有限元9、分析，提出深水水下分离器事故响应策略与应急装备。深水水下分离器应急技术上挠性接头转角(deg)202012-8-8 0.20.40.60.811.21.41.61.8005平台航速(m/s)90135180不同航向上部挠性接头转角随平台航速的变化关系10年一遇海流悬挂撤离作业窗口3.5 海洋平台避台撤离分析海洋平台避台撤离分析从保证系统安全角度出发，推荐合理的平台航速和航向，建立不同海流下的撤离作业窗口，并优化撤离时隔水管的悬挂长度。25201510045212012-8-8 4 深水油气装备完整性技术平台损伤及缺陷分析评估深水表层钻井关键装备可靠性分析深水海洋安全仪表完整性评估台风条件下钻井10、平台生存能力评定海洋平台结构完整性管理222012-8-8 4.1 平台损伤及缺陷分析评估损伤及缺陷的存在对整体结构服役安全性能的影响评估存在缺陷的局部部位安全性评估裂纹类缺陷评估构件凹陷评估腐蚀评估海生物附着影响评估232012-8-8 4.2 深水表层钻井关键装备可靠性分析防喷器风险分析8.5%0.9%10.3%9.4%11.1%51.3%1.7%6.8%连接器环形防喷器节流/压井阀主控制系统挠性接头闸板防喷器节流/压井管汇其他242012-8-8 4.3 深水海洋安全仪表完整性评估井口压力安全仪表保护系统事故树防喷器安全仪表系统HIPPS 阀HIV1HIV2HSEMA生产管线电子信号线液11、压管线来自井口到 ESD 逻辑HSEMB液压供应HIPPS 控制模块33井口压力安全仪表保护系统最终执行元件子系统危险失效G4HIVDUEHIVDUU输出通道 CCDUEG20DCVADUEDCVADUU输出通道 DD输出通道 DUEDCVCC DCVCCDUE DUUA DCV 失效G21DCVBDUEDCVBDUU输出通道 DD输出通道 DUE输出通道 CCDDB DCV 失效G22检测元件司钻控制台远程控制台辅助控制台操作员水下电子模块电磁阀防喷器执行部分HPUUPS辅助部分控制部分252012-8-8 4.4 台风条件下钻井平台生存能力评定平台周围风速场平台表面压力场262012-8-12、8 4.5 海洋平台结构完整性管理收集的数据主要包括平台结构数据、环境载荷数据和结构检测数据，以风险为平台结构完整性评价指标，采用最优化方法制定检测与维修决策，最后依据制定的决策进行检测与维修。272012-8-8 隔水管作业安全可靠性评价体系2135 深水钻井隔水管系统安全作业技术隔水管关键作业失效风险评估隔水管系统避台撤离分析隔水管-井口系统弱点分析隔水管VIV抑制装置数值模拟与结构优化研究隔水管脱离预警界限分析隔水管防回弹控制技术深水动力定位平台漂移评价与控制方法隔水管现场快速检测装置开发282012-8-8 5.1 深水隔水管系统静、动态强度及涡激振动分析形成深水隔水管静力、动力分析方13、法，建立随机波浪与钻井船运动边界条件下隔水管动力分析流程；研究并形成基于CFD软件的隔水管涡激振动数值模拟方法隔水管分析力学模型292012-8-8 确定潜在弱点及相应失效荷载隔水管与井口系统强度分析修改系统配置否判断弱点位置弱点位置是否合理是弱点分析结束弱点分析流程图DFGACBCEE BOPF 井口头G 导管泥面水面钻井平台潜在弱点A 张紧器/伸缩节B 隔水管C 球铰D LMRP系统潜在弱点位置5.2 隔水管-井口系统弱点分析隔水管与井口系统配置弱点分析的目的是设计和确定钻井船极限漂移条件下隔水管柱的断点。302012-8-8 5.3 深水隔水管VIV抑制装置结构优化研究并形成不同涡激抑制14、设备的数值模拟方法，定量研究各种减震设备的设计参数对涡激振动和疲劳损伤的影响并进行优化设计。312012-8-8 钻井作业预警界限钻井过程中波浪的动力效应会对隔水管钻井预警界限产生显著影响 。考虑波浪影响的钻井预警界限完井作业预警界限送入工具进入上、下挠性接头时允许的挠性接头最大转角为完井管串下放的限制条件。完井管串下放作业预警界限5.4 作业预警界限分析322012-8-8 5.5 基于FAHP的深水钻井隔水管作业风险模糊评价方法作业风险评价指标体系FAHP方法计算风险指标权重模糊综合评判深水钻井隔水管系统作业风险模糊评价体系框架332012-8-8 5.6 深水隔水管防台近海面脱离方法隔水管近海面脱离设计方案在保证常规深水钻井隔水管全部功能的前提下，可使隔水管于近海面位置与下部脱离，实现钻井平台与隔水管的快速回收撤离。