Обеспечение промышленной безопасности сероводородсодержащих объектов нефтегазовых месторождений на основе методов оценки и управления техногенными рисками

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМИ РИСКАМИ

Специальность 05.26.03 ? Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

КЛЕЙМЕНОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Уфа 2009

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
«Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВОЛГОУРАЛНИПИГАЗ»)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Гендель Григорий Леонидович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Идрисов Роберт Хабибович

- доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустэмович

?доктор технических наук Елохин Андрей Николаевич

Ведущая организация ? ООО «Газпром добыча Астрахань»

Защита диссертации состоится ____ ____________ 2009 г. в _____ на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан _____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Удовлетворение растущих потребностей общества в энергетических и химических ресурсах неразрывно связано с освоением новых нефтяных и газовых месторождений и соответствующим развитием систем добычи, промысловой переработки и трубопроводного транспорта углеводородов.

Этим тенденциям объективно сопутствуют как рост объемов капитальных вложений в производство, так и увеличение возможных ущербов от аварийных ситуаций на нефтегазопромысловых объектах.

Результаты анализа динамики техногенных рисков в нефтяной и газовой промышленности показывают, что только за последние десять лет экономический ущерб от аварий возрос более чем в 2 раза. Согласно опубликованным данным, ежегодно на объектах нефтегазовой промышленности происходит около 20 тысяч крупных аварий, связанных с опасным загрязнением воздуха, природных водоемов и территорий. Основными составляющими ущербов от указанных аварий являются вред, нанесенный здоровью промышленного персонала и населения, а также загрязнение окружающей природной среды и материальные потери, особенно при эксплуатации сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений.

В этих условиях обеспечение безопасности промышленного персонала, населения и защита окружающей природной среды требуют эффективного управления техногенными рисками, основанного на системном анализе причин и условий формирования чрезвычайных ситуаций, достоверном прогнозировании их развития и последствий, а также включающего адекватные организационные и технические мероприятия.

Изучению отрицательного воздействия на окружающую среду опасных производственных объектов, разработке методов оценки риска и уменьшения негативных последствий возможных аварий посвящены работы отечественных ученых: Акимова В.А., Азметова Х.А., Александрова А.А., Бородавкина П.П., Березина В.Л., Брушлинского Н.Н., Генделя Г.Л., Грищенко А.И., Гумерова Р.С., Гумерова К.М., Елохина А.Н., Идрисова Р.Х., Котляревского В.А., Ларионова В.И., Легасова В.А., Лисанова М.В., Махутова Н.А., Нугаева Р.Я., Печоркина А.С., Прусенко Б.Е., Сафонова В.С., Швыряева А.А. и др.

Обеспечение промышленной безопасности объектов сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений требует решения двух взаимосвязанных проблем:

- оценки техногенных рисков, присущих исследуемому объекту;

- обеспечения эффективного управления техногенными рисками.

Актуальность данной работы заключается в решении двух представленных проблем на базе единого научно обоснованного подхода, имеющего в своей основе единые параметры и критерии эффективности, что позволит проводить объективный отбор технических приемов и средств, конструктивных, организационных, экономических решений снижения техногенных рисков для последующей их реализации.

Актуальность работы также подтверждается следующими обстоятельствами.

Первое - в условиях рыночной экономики не реализуются какие-либо действия хозяйствующих субъектов, не имеющие под собой четкого и аргументированного обоснования их эффективности, которое имеет доступные и понятные критерии такой эффективности. Реализация неэффективных мероприятий по обеспечению промышленной и экологической безопасности приводит не только к излишним затратам, но и повышает вероятность и размеры убытков в случае аварии. При этом аварии в нефтегазодобывающей отрасли зачастую приводят к финансовой несостоятельности предприятий, на которых аварии произошли. Особенно значительные потери предприятия несут при ликвидации аварий, связанных с выбросами сероводородсодержащей пластовой продукции.

Второе - в настоящее время при планировании деятельности предприятий, эксплуатирующих опасные производственные объекты, в том числе и при финансовом анализе инвестиционных проектов, практически не используются количественные показатели техногенного риска для объективной оценки экономических параметров, что существенно искажает показатели инвестиционной привлекательности таких проектов и формирует завышенные ожидания инвесторов.

Предприятиям, эксплуатирующим опасные производственные объекты, оценка эффективности необходима для объективного обоснования целесообразности внедрения на опасном производственном объекте дополнительных и более совершенных мер по повышению безопасности его эксплуатации.

Основная научная направленность работы заключается в совершенствовании методологии оценки и управления техногенными рисками, которая включает в себя формулировку параметра эффективности разноплановых мероприятий, критерии эффективности мероприятий управления техногенными рисками (или их комплексов) для типовых нефтегазовых объектов, алгоритм расчета параметра эффективности и принятия решения о реализации наиболее эффективных решений.

Цель диссертационной работы - повышение безопасности сероводородсодержащих объектов нефтегазовых месторождений на основе комплексного метода оценки эффективности практических способов управления техногенными рисками.

Основные задачи исследования:

? анализ мероприятий, обеспечивающих повышение уровня промышленной безопасности при авариях на объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений, и методов оценки их эффективности;

? научное обоснование рекомендуемых методик оценки риска техногенных аварий на нефтегазодобывающих производственных объектах;

? разработка комплексного метода оценки риска, основанного на величине математического ожидания ущерба и потерь от аварий;

? выбор научно обоснованных методов оценки и снижения техногенного риска на эксплуатируемых нефтегазодобывающих объектах;

? разработка алгоритма и критерия оценки эффективности мероприятий, повышающих уровень промышленной безопасности нефтегазовых объектов;

? разработка методики расчета эффективности мероприятий, направленных на обеспечение промышленной безопасности нефтегазовых производств, и программного комплекса для ее реализации;

? разработка технических средств и технологии, обеспечивающих снижение техногенного риска возможных аварий и отрицательного воздействия на окружающую природную среду.

Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач были использованы современные методы сбора и обработки информации: ее анализ и синтез, выявление закономерностей и противоречий, описание и обобщение, математическое моделирование процессов формирования техногенных опасностей, их экспериментальная проверка. авария промышленный безопасность сероводородсодержащий

Научная новизна работы

1. Предложена усовершенствованная научно обоснованная методология оценки риска опасных нефтегазовых производственных объектов, отличающаяся тем, что в качестве единого экономического показателя используется величина математического ожидания ущерба и потерь от аварии.

2. Разработаны метод и алгоритм выбора мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых производств, отличающиеся от ранее известных тем, что позволяют сравнивать эффективность мероприятий, технических средств и технологий, имеющих различную физико-химическую основу, конструктивные, организационные и экономические параметры, с учетом рисков возможных аварий.

3. Впервые научно обоснован единый количественный критерий эффективности мероприятий на основе необходимых затрат и математического ожидания ущерба и потерь, характеризующих данные мероприятия.

4. Разработаны научно обоснованная методика расчета параметра эффективности мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых объектов, и программный комплекс для ее реализации.

5. Разработан программный комплекс на основе совершенствования методики «ТОКСИ-3», отличающийся от ранее известных тем, что позволяет адекватно оценить последствия выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

- комплексный метод оценки риска, основанный на величине математического ожидания ущерба и потерь от аварий;

- методика расчета параметра эффективности и алгоритм выбора мероприятий, направленных на обеспечение промышленной безопасности нефтегазовых объектов;

- программный комплекс оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе совершенствования методики «ТОКСИ-3»;

- экспериментальный метод определения параметров пожаров разлитий и устройство для его реализации;

- методы и средства снижения негативных последствий аварий на нефтегазовых объектах;

- способ дистанционного обнаружения участка повреждения трубопровода и нарушения охранной зоны трубопровода.

Личный вклад автора заключается в:

? постановке задач, выборе методов и направлений исследования;

? анализе существующих методов, способов и средств снижения техногенных рисков нефтегазодобывающих производств;

? разработке принципов и основных подходов к определению эффективности технических, технологических и организационных мероприятий, снижающих риск техногенных аварий на нефтегазодобывающих производственных объектах;

? разработке алгоритма расчета параметра эффективности мероприятий, повышающих уровень промышленной безопасности нефтегазодобывающих объектов;

? разработке критерия эффективности организационно-технических мероприятий, повышающих безопасность эксплуатируемых нефтегазодобывающих объектов;

? разработке и внедрении в производственную деятельность программного комплекса расчета критериев эффективности мероприятий, повышающих безопасность типовых нефтегазопромысловых объектов;

? разработке в соавторстве программного комплекса оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе методики «ТОКСИ-3»;

? разработке и внедрении экспериментального метода определения параметров пожаров разлитий и устройства для его реализации, способа дистанционного обнаружения участка повреждения трубопровода и охранной зоны трубопровода, методов и средств снижения негативных последствий аварий на нефтегазовых объектах.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Разработаны и внедрены методические рекомендации по определению эффективности мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазодобывающих производств. Методические рекомендации используются в подразделениях ОАО «ОНАКО», ООО «Газпром добыча Оренбург».

2. Разработано и внедрено в подразделениях ООО «Газпром добыча Оренбург» программное средство для определения эффективности мероприятий, направленных на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых производств.

3. Разработана и используется в производственной деятельности подразделений ООО «Газпром добыча Оренбург» Концепция технико-экономического обоснования выбора рациональных методов управления техногенными рисками объектов нефтегазовых промыслов.

4. Разработан программный комплекс оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе методики «ТОКСИ-3».

5. Разработаны экспериментальный метод определения параметров пожаров разлитий и устройство для его реализации.

6. Разработан и внедрен в подразделениях ООО «Газпром добыча Оренбург» способ очистки почвогрунтов от локальных загрязнений нефтепродуктами.

7. Разработана и внедрена в подразделениях ООО «Газпром добыча Оренбург» установка для рассеивания выбросов вредных веществ.

8. Разработана и внедрена в подразделениях ООО «Газпром добыча Оренбург» технология очистки природными сорбентами природных водоемов от загрязнения сероводородом.

Результаты исследования практически использованы в 2000-2008 годах при проведении анализа риска нефтегазовых производственных объектов Оренбургского и Астраханского газоконденсатных месторождений, при реализации инвестиционных проектов ОАО «Газпром», нефтяных компаний в Российской Федерации и Республике Узбекистан, формировании проектных решений при освоении нефтяных и газовых месторождений Поволжья, Восточной и Западной Сибири.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы неоднократно доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к применению на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах, включая: Межрегиональное научно-практическое совещание «Оренспас-97» (г. Оренбург, 1997 г.); Всероссийскую научно-практическую конференцию с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (г. Санкт-Петербург, 16-18 июня 1999 г.); Симпозиум «Экология: технологии, право и бизнес» (г. Оренбург, 2000 г.); 4-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященную 300-летию инженерного образования в России (г. Москва, РГУНГ, 25-26 января 2001 г.); научно-техническую конференцию «Новые технологии - на службу экономики области» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 2001 г.); Международную конференцию «Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработки и утилизации нефтешламов» (г. Москва, 10-11 декабря 2001 г.); Международную научно-практическую конференцию «Проблемы регионального управления рисками на объектах агропромышленного комплекса» (г. Оренбург, 17-18 октября 2002 г.); 4-ую международную научно-техническую конференцию «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (г. Оренбург, 18-22 ноября 2002 г.); научно-техническую конференцию «Обеспечение конкурентоспособности предприятий - основа роста экономики области» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 10 декабря 2002 г.); 5-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 23-24 января 2003 г.); 3-ю научно-техническую конференцию «Союз науки с производством - основа длительного успеха в рыночных условиях» (г. Оренбург, Оренбургское региональное отделение Российской инженерной академии, 10 декабря 2003 г.); 6-ую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 26-27 января 2005 г.); III конференцию с международным участием «Экология и рациональное природопользование» (г. Хургада, Египет, 21-28 февраля 2005 г.); Юбилейную конференцию РАЕ с международным участием «Современные проблемы науки и образования» (г. Москва, 5-6 декабря 2005 г.); научную конференцию с международным участием Российской академии естествознания «Рациональное использование природных биологических ресурсов» (г. Сусс, Тунис, 12-19 июня 2005 г.); Международную конференцию «Управление рисками и устойчивое развитие единой системы газоснабжения России» (г. Москва, ВНИИГАЗ, 1-2 февраля 2006 г.); 1-ую научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов» (г. Оренбург, 17-22 февраля 2006 г.), III научную конференцию с международным участием «Современные проблемы науки и образования» (Хорватия, 25 июня ? 2 июля 2006 г.); 7-ую Всероссийскую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУНГ, 29-30 января 2007 г.); 2-ую научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов» (г. Оренбург, 15-16 февраля 2007 г.); Международную научно-техническую конференцию «Разработка месторождений природных газов, содержащих неуглеводородные компоненты» (г. Оренбург, 21-25 мая 2007 г.); научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 28 сентября 2007 г.); 3-ю научно-техническую конференцию «Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов» (г. Оренбург, 3-4 апреля 2008 г.); 2-ую научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 26-27 июня 2008 г.); 3-ю научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (г. Оренбург, 21-22 мая 2009 г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 83 публикациях, включая 1 патент СССР, 4 патента РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ и 39 статей в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 372 наименования. Содержит 330 страниц машинописного текста, 36 таблиц, 75 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследования, основные предпосылки методологии определения эффективности технических, технологических и организационных мероприятий, снижающих риск техногенных аварий на сероводородсодержащих нефтегазодобывающих производственных объектах, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе на базе имеющейся обширной информации представлены результаты анализа мероприятий, обеспечивающих повышение уровня промышленной безопасности при авариях на объектах нефтегазовых месторождений, включая сероводородсодержащие, и методов оценки их эффективности. Показано, что к настоящему времени в российской и мировой промышленной практике накоплен существенный позитивный опыт законодательного регулирования в области промышленной безопасности, включающий профилактику техногенных рисков и эффективное аварийное реагирование в качестве одного из законодательно регулируемых элементов опасного производства.

Потенциальная опасность технологических и аварийных выбросов углеводородов и продуктов их переработки потребовала создания и внедрения в производство комплекса юридических, организационных и технических мероприятий, направленных на защиту промышленного персонала, населения и окружающей природной среды. Особую актуальность эта проблема приобрела в последние годы, характеризующиеся неснижаемым уровнем аварийности при расширении производства и вовлечении в разработку новых, как правило, сероводородсодержащих месторождений нефти и газа.

Проанализированы широко используемые и перспективные мероприятия, направленные на повышение уровня промышленной безопасности нефтегазовых производств, включая способы и средства снижения уровня аварийности на скважинах и сокращение ущербов и вреда, причиняемых в результате аварий, как в период строительства - бурения, так и во время эксплуатации скважин в различных геологических и технологических условиях; способы и средства снижения вероятности выбросов загрязняющих веществ на установках промысловой подготовки и переработки углеводородов и сокращения вреда, причиняемого вредными факторами; способы и средства, снижающие вероятность аварий на объектах промыслового транспорта нефтепродуктов и размеры вреда, причиненного окружающей среде, в том числе и способы локализации аварийных разливов нефтепродуктов и ликвидации их последствий.

На основе имеющихся отечественных и зарубежных научных публикаций дана обобщенная характеристика используемых в практике управления промышленной безопасностью параметров, характеризующих эффективность мероприятий, повышающих уровень защищенности персонала, населения, имущества и окружающей среды от последствий аварий.

Наиболее перспективными являются подходы к оценке эффективности методов и средств, снижающих и вероятность аварии, и тяжесть ее последствий, включая все виды затрат, необходимых на предотвращение аварии, ее локализацию и ликвидацию, возмещение причиненного вреда. В этих случаях в качестве критериев эффективности методов и средств снижения техногенного риска обычно используют величину предотвращенного ущерба в денежном эквиваленте. Наиболее эффективными признаются мероприятия, для которых эта величина максимальна. Еще одним показателем эффективности при данном подходе является отношение величины предотвращенного ущерба к сумме затрат, направляемых на реализацию мероприятий, повышающих безопасность опасного производственного объекта. Иногда в качестве положительного эффекта рассматривают снижение расчетного значения вероятности аварии в результате внедрения соответствующих мероприятий технического или организационного плана.

Также эффективность организационно-технических мероприятий по снижению риска опасного производственного объекта определяют с использованием методов финансового анализа. В этом случае реализация мероприятий рассматривается как некоторое подобие инвестиционного проекта, в котором величина предотвращенного ущерба является доходной частью.

Сделан вывод, что способы и средства, направленные на снижение рисков техногенного воздействия на окружающее пространство, весьма разнообразны. Они включают технические, технологические, организационные методы и методы экономического управления рисками. Большинство из них имеет ограничения по применимости на определенных опасных производственных объектах, которые обусловлены конструктивными, технологическими и климато-географическими особенностями самих объектов, а также физико-химической природой применяемых способов и средств. Как правило, повышение уровня промышленной безопасности нефтегазодобывающих объектов требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, следовательно, практический выбор рациональных решений при проектировании, эксплуатации, модернизации нефтегазодобывающих производственных комплексов существенно затруднен из-за отсутствия единого, доступного и общеприменимого критерия эффективности этих решений.

Во второй главе проведен анализ существующих методик оценки риска техногенных аварий на сероводородсодержащих нефтегазовых месторождениях. Выявлены их достоинства и недостатки. Дано научное обоснование применимости действующих методик оценки вероятности аварий и их негативных последствий для прогнозирования аварий нефтегазовых промысловых объектов.

Наибольшими недостатками для оценки риска аварий на сероводородсодержащих нефтегазовых месторождениях характеризуются методики оценки последствий аварий, связанных с выбросами в окружающее пространство сероводорода, содержащегося в пластовой продукции. Это связано с тем, что зачастую в методиках не учитывается движение облака опасных веществ под действием силы тяжести, в связи с чем обоснована необходимость перехода при моделировании подобных аварийных процессов от моделей гауссовского типа к моделям рассеяния тяжелого газа, а также разработки соответствующих адекватных программных средств.

Также значительными недостатками обладают методики оценки последствий аварий, связанных с разливом жидких углеводородов и их последующим воспламенением. В них либо принимается, что разлив представляет собой круг, либо предполагается обязательное экспериментальное определение площади разлива и заражения почв. Замена на круговую форму формы горящих разлитий, имеющих значительную протяженность и небольшую ширину («языки» разливающейся по неровностям рельефа горящей жидкости), вносит существенные погрешности в расчеты, что затрудняет прогнозирование негативных последствий, принятие безопасных проектных решений и планирование адекватных противоаварийных мероприятий. Кроме того, в различных методических документах для расчета уровней теплового воздействия используются различные величины как по наименованию (хотя и имеющие одинаковую размерность), так и по количественным значениям. Указанные обстоятельства позволили обосновать необходимость совершенствования методических подходов к прогнозированию последствий пожаров разлития жидких углеводородов, а также разработки методов экспериментального моделирования пожаров разлития и определения зон действия теплового излучения.

В третьей главе описана методология оценки математического ожидания ущерба от возможных аварий на объектах нефтегазовых месторождений, дана характеристика производственных объектов сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений как источников техногенной опасности. Опасность техногенного характера рассматривается как состояние, внутренне присущее технической системе или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника аварийной ситуации на человека и окружающую среду при его возникновении либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов.

Основные опасности нефтегазодобывающих опасных производственных объектов связаны с возможностью возникновения аварий, сопровождающихся токсическим выбросом или выбросами воспламеняющихся газов и горючих жидкостей, приводящими к пожару или взрыву. Обычно основной причине возникновения аварии предшествуют стадия накопления ошибок в проектных решениях, нарушений противопожарных норм и технологического режима, недостаточность контроля за организацией труда и действиями персонала и др.

Одной из характеристик опасности, широко используемой в настоящее время, является риск - мера опасности, характеризующая вероятность возникновения возможных аварий и тяжесть их последствий. Наиболее общим показателем риска считается математическое ожидание ущерба от опасного события за год.

Составляющие ущерба могут быть рассчитаны независимо друг от друга. В общем случае последствия аварийных ситуаций можно оценить с помощью трех групп ущерба: причинение ущерба жизни и здоровью людей; экономические ущербы - прямые убытки из-за потерь сырья, продукции, повреждения зданий, сооружений и оборудования, косвенные убытки из-за выхода их из эксплуатации и остановки производства; ущерб и неблагоприятные последствия для окружающей среды.

Исходя из статистических данных, можно выделить основные группы причин возникновения аварий:

* внешние причины - ошибки проекта, низкий уровень организации работ, человеческий фактор (ошибки обслуживающего персонала), воздействия природного и техногенного характера;

* внутренние причины - отказ оборудования (его элементов) вследствие физического износа, коррозии, механических повреждений, температурных деформаций, усталости материалов; неконтролируемые отклонения технологического процесса; дефект конструкции (раковины, дефекты в сварных соединениях); прекращение подачи энергоресурсов (электроэнергии, пара, воды, воздуха); механические повреждения, возникшие вследствие некачественных строительно-монтажных, ремонтных и пусконаладочных работ, и т.д.

С учетом представленных условий, имеющейся статистической информации, данных о частотах возникновения исходных событий в ОАО «Газпром» в главе представлены «деревья событий» развития аварий для типовых нефтегазодобывающих объектов: скважин, установок промысловой подготовки пластовой продукции, объектов транспорта углеводородов. Это позволило определить вероятности реализации типичных сценариев аварий и на основе действующих методик оценить размеры возможных ущербов.

Приведены результаты расчетов математического ожидания ущерба и потерь от аварий. При расчетах математического ожидания ущерба и потерь принято, что наибольшую потенциальную опасность представляет открытый газовый или нефтяной фонтан, сопровождающийся выбросами в атмосферу углеводородов и токсических веществ (сероводорода в составе пластовой продукции) с возможным возгоранием (пожарами), взрывами и загазованностью территории. Основными поражающими факторами возможных аварий являются токсическое поражение, ударная волна, тепловое излучение и термическое поражение открытым пламенем.

Математическое ожидание ущерба и потерь при авариях на остальных опасных производственных объектах нефтегазовых месторождений определялось:

- на установках промысловой подготовки пластовой продукции с учетом зон распространения токсических выбросов до значений пороговой и летальной токсодоз и количества пострадавших, границ зон разрушений и количества пострадавших, в том числе летально, и, в конечном итоге, полного ущерба при взрыве топливно-воздушной смеси, зон термического поражения и количества пострадавших, в том числе летально, при авариях, сопровождающихся взрывом с образованием «огненного шара»;

- на промысловых газопроводах с учетом зон действия поражающих факторов, возможного числа пострадавших, в том числе летально, возможных зон разрушений, исходя из того, что для газопроводов реализуются аварии, связанные с токсическим выбросом или взрывом или воспламенением выброшенной смеси, включая струевое горение;

- на промысловых трубопроводах, транспортирующих жидкие среды (нефть, конденсат нестабильный), с учетом зон действия поражающих факторов, возможного числа пострадавших, в том числе летально, зон разрушений и термического поражения, зон загрязнения почв и водоемов жидкими углеводородами и сопутствующими компонентами.

Проведенные исследования позволили сделать вывод, что оценка ущерба и вероятности его нанесения - необходимый элемент управления промышленной безопасностью, в том числе с целью определения необходимых мероприятий по повышению безопасности нефтегазовых объектов, достаточности объемов материальных, финансовых ресурсов, позволяющих в максимально короткие сроки локализовать и ликвидировать аварию и ее последствия. Прогнозирование вероятных экономических последствий аварий на опасных нефтегазовых производственных объектах является универсальным инструментом управления техногенными рисками, страхования, оценки и сравнения эффективности мероприятий, повышающих уровень промышленной безопасности нефтегазодобывающих производств.

Математическое ожидание ущерба является единым экономическим показателем, необходимым для анализа эффективности мероприятий, направленных на снижение размера ущерба от аварий, обеспечение безопасности персонала, населения и окружающей природной среды.

В четвертой главе представлены разработанная автором методология сравнительной оценки эффективности мероприятий, снижающих риск техногенных аварий на сероводородсодержащих нефтегазовых месторождениях, методика оценки эффективности мероприятий, повышающих безопасность эксплуатируемых объектов добычи, подготовки и транспортировки углеводородов, и практические примеры ее использования.

В качестве критерия эффективности организационно-технических мероприятий, повышающих безопасность нефтегазопромысловых объектов, предлагается принять минимальную величину параметра, рассчитанного для нескольких видов мероприятий или их комплексов и представляющего собой сумму затрат на реализацию мероприятий и характеризующего математическое ожидание ущерба и потерь. К наиболее рациональным следует отнести решения, позволяющие при наименьших затратах максимально снизить размеры ожидаемого ущерба и частоту возможных аварий, что математически можно представить в следующем виде:

где К_j - параметр эффективности j-ого метода управления техногенными рисками; n - количество методов управления техногенными рисками, эффективность которых сравнивается; _j - вероятность возникновения аварийной ситуации на опасном производственном объекте при использовании j-ого метода управления техногенными рисками; У_j - ожидаемый ущерб от аварии на опасном производственном объекте при использовании j-ого метода управления техногенными рисками; З_j - затраты на реализацию j-ого метода управления техногенными рисками; З_j^* - эксплуатационные затраты, необходимые при использовании j-ого метода управления техногенными рисками; ф - срок службы опасного производственного объекта после реализации j-ого метода управления техногенными рисками; З_j^А - затраты, необходимые для ликвидации аварии и ее последствий при использовании j-ого метода управления техногенными рисками; С_j - сумма страхового покрытия, обусловленная действующим законодательством и договором со страховой компанией и учитывающая использование j-ого метода управления техногенными рисками; С_j^* - страховые платежи в пересчете на год.

Приведенный подход в совокупности может служить основой для определения общей политики нефтегазодобывающего предприятия в области управления безопасностью, в т.ч. и при разработке перспективных планов развития в ходе обоснования и реализации инвестиционных программ, отдельных инвестиционных проектов.

Разработанная и внедренная методика оценки эффективности мероприятий, повышающих безопасность типовых производственных объектов нефтегазовых промыслов, предполагает следующий порядок расчета параметра эффективности и принятия решения о реализации мероприятий по повышению безопасности нефтегазопромыслового объекта, включающий следующие этапы:

- определение мероприятий, направленных на повышение безопасности нефтегазопромыслового объекта. Количество мероприятий j и их вид определяются исходя из имеющихся в распоряжении предприятия технических средств, квалификации персонала и привлекаемых для осуществления мероприятий подрядных организаций, доступности планируемых мероприятий, лимитов ресурсов, установленных предприятию на планируемый период;

- определение срока службы ф опасного нефтегазопромыслового объекта после реализации мероприятий;

- определение максимально неблагоприятного сценария аварии и последствий;

- расчет для исходного состояния объекта затрат на аварийные работы З₁^А, суммы страхового покрытия С₁, суммарного ожидаемого ущерба от аварии У₁, сумм страхового платежа С₁^*, эксплуатационных затрат З₁^*, определение вероятности реализации аварийной ситуации ₁;

- расчет параметра К₁ для исходного состояния объекта;

- расчет для возможных вариантов мероприятий затрат на реализацию мероприятий З_j…З_n, затрат на аварийные работы З_j^А…З_n^А, сумм страхового покрытия С_j…С_n, суммарного ожидаемого ущерба У_j… У_n, сумм страховых платежей С_j^*… С_n^*, эксплуатационных затрат З_j^*… З_n^*;

- определение для возможных вариантов мероприятий вероятностей реализации аварийной ситуации _j, характеризующих данные мероприятия;

- расчет для возможных вариантов мероприятий параметров К_j…К_n;

- сравнение значений параметров К₁, К_j…К_n, определение наименьшего значения при сроке службы ф;

- выдача рекомендаций по отбору для реализации варианта мероприятий, повышающих безопасность типовых нефтегазопромысловых объектов.

Схематично алгоритм расчета параметра эффективности мероприятий, повышающих безопасность типовых нефтегазопромысловых объектов, и принятия решения об их реализации представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 Алгоритм расчета параметра эффективности мероприятий, повышающих безопасность типовых нефтегазопромысловых производственных объектов, и принятия решения об их реализации

На рисунке 2 представлены графики изменения величины параметра эффективности мероприятий в течение срока эксплуатации. Проведение диагностики и ремонт всех дефектных участков конденсатопровода эффективнее остальных рассматриваемых вариантов уже на 5…6 году эксплуатации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 Графики изменения значений параметра эффективности мероприятий в течение рассматриваемого периода для различных вариантов проведения диагностики и объемов работ по устранению выявленных дефектов

Проведение расчетов параметра эффективности - длительный процесс, требующий обработки большого объема информации, что усугубляется практически неограниченным количеством вариантов мероприятий, повышающих безопасность нефтегазопромыслового объекта. Поэтому для реализации на практике описанных выше подходов к оценке эффективности разработан программный комплекс «Методика КЭ», который предоставляет пользователям следующие основные возможности:

- использование при расчетах максимального ущерба базы данных по трубопроводам (таких как диаметр трубопровода, длина участка между задвижками, максимальный объем прокачки продукции, содержание сероводорода в транспортируемой продукции), скважинам и т.д.;

- расчет затрат на ликвидацию аварии и ее последствий и ежегодных страховых взносов;

- получение результатов расчета критериев эффективности мероприятий, снижающих вероятность техногенного риска, в графическом виде (графиков) и в табличном виде с выдачей рекомендаций в текстовый редактор WS Word.

В пятой главе приведены результаты разработки актуальных направлений снижения техногенного риска на опасных производственных объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений.

Представленный в главе программный комплекс оценки последствий выбросов сероводородсодержащей пластовой продукции на основе совершенствования методики «ТОКСИ-3» позволяет наиболее точно, по сравнению с другими отечественными методиками в этой области, определять последствия распространения выброса опасных веществ в атмосфере.

Необходимость разработки оригинального программного комплекса обосновывается следующими основными обстоятельствами: существующие программы для ЭВМ по методике «ТОКСИ-3» не позволяют определить концентрацию опасного вещества в конкретной точке на карте; отсутствуют базы данных опасных объектов, в которых обращаются опасные вещества; привязка объектов к карте.

Преимущество разработанной автором в соавторстве программы заключается в возможности нанесения зон распространения опасных веществ, рассчитанных для любого из четырех сценариев развития аварий, на реальную картографическую основу. Возможны как произвольный расчет, так и расчет по списку опасных объектов, занесенных в базу данных. В произвольном расчете вводятся данные по оборудованию и веществам и после выполнения программой расчетов определяется точка на карте, где произошли залповый выброс или утечка. Благодаря несложному интерфейсу, наличию справочной информации и автоматическому формированию отчетов в формате Word разработанная программа является удобной в использовании. Данные, необходимые для расчетов, хранятся в базе данных. Построение полей концентраций, токсодоз, пределов воспламенения ведется на картографической основе с возможностью автоматического определения места аварии на карте.

Разработанная и апробированная программа позволяет адекватно описать процессы распространения опасных веществ в атмосфере и может быть использована в оперативном режиме диспетчерскими службами; при составлении планов быстрого реагирования в случае аварии; при разработке деклараций промышленной безопасности, паспортов безопасности; для определения затрат, направленных на ликвидацию последствий аварий.

В главе рассмотрена разработанная автором инженерная методика оценки последствий пожаров разлитий. При пожарах разлития нефтепродуктов основным опасным фактором, воздействующим на людей, здания, сооружения и находящееся рядом оборудование, является тепловое излучение.

В различных методических документах для расчета уровней теплового воздействия используются различные величины как по наименованию (хотя и имеющие одинаковую размерность), так и по количественным значениям. Расчеты уровней теплового воздействия по разным действующим методикам дают разброс в несколько десятков метров для одинаковых значений теплового потока от пожара разлития. Приведение характерного размера разлития к эквивалентному диаметру также существенно влияет на расчетные значения безопасного расстояния от очага пожара. Замена на круговую форму формы горящих разлитий, имеющих значительную протяженность и небольшую ширину («языки» разливающейся по неровностям рельефа горящей жидкости), вносит существенные погрешности в расчеты.

Предложена следующая последовательность действий по оценке последствий пожаров разлитий:

- оценивается предполагаемая, наиболее вероятная форма аварийного разлития. В случае, если объект, содержащий пожароопасную жидкость, находится в обваловании, то форма разлития устанавливается идентичной форме обвалования;

- производится замена произвольной формы вероятного разлития на многоугольник;

- определяются стороны многоугольника, от которых при возгорании тепловое излучение пламени воздействует на исследуемый элемент окружающей территории;

- производится определение размеров соответствующих сторон многоугольника разлития, а также расстояния по нормали от избранных сторон до исследуемого элемента территории;

- с использованием экспериментальных данных о мощности теплового потока от горения соответствующей пожароопасной жидкости при заданной вероятной скорости ветра, заданных размере пожара и расстоянии от фронта пламени производится вычисление суммарной мощности теплового потока, действующего на исследуемый элемент.

Описанная процедура поясняется рисунком 3, на котором некоторая произвольная форма разлития заменена многоугольником. Требуется определить мощность теплового потока, действующего на элементы I и II.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 Схема определения мощности тепловых потоков, действующих на некоторые элементы окружающей территории (обозначены I и II), от пожара разлития (обозначен темным цветом) произвольной формы. Стороны «эквивалентного» многоугольника выделены толстыми линиями

На элементы I и II воздействует тепловое излучение от фронта пламени - сторона А и сторона В. Сторона А «эквивалентного» многоугольника имеет длину, равную сумме отрезков D_A1 и D_A2. Элемент I находится от стороны А на расстоянии (по нормали) R_AI, следовательно, на него действует суммарное тепловое излучение от фронта пламени со стороны А: E_АI=1/2*E(D_A1; R_A1)+ + 1/2*E(D_A2; R_AI). Если длина любого из отрезков, составляющих сторону А, равна или превышает D_пр, после которой увеличение протяженности фронта пламени не влияет на мощность теплового потока, то в представленной формуле используются значения E(D_пр; R). Аналогично определяется суммарное тепловое излучение от фронта пламени, действующее на элемент I со стороны B: E_BI=1/2*E(D_B1; R_B1). В рассматриваемом примере второе слагаемое отсутствует. Таким образом, на элемент I действует тепловое излучение пожара разлития мощностью:

E_I =E_АI+E_BI = 1/2*E(D_A1; R_A1)+ 1/2*E(D_A2; R_AI)+1/2*E(D_B1; R_B1). (2)

Используя представленные выше рассуждения при определении суммарной мощности теплового потока, действующего на элемент II, и учитывая особенности его расположения относительно сторон А и В пожара разлития, получим следующее выражение:

E_II =E_АII+E_BII = 1/2*E((D_A1+D_A2+D_A3); R_A2) - 1/2*E(D_A3; R_A2) +

+1/2*E((D_B1+D_B2) ; R_B2) - 1/2*E(D_B2; R_B2). (3)

С целью экспериментального решения поставленных задач для прогнозирования последствий пожаров разлитий было разработано устройство для моделирования формы очагов пожаров разлития в условиях специализированного полигона, которое предназначено для имитации формы возможных очагов пожаров разлития горючих жидкостей, для определения тепловой нагрузки на мишень, располагающуюся на заданном расстоянии от фронта пламени.

Приведено описание устройства и методики проведения экспериментов. Пример моделирования очага пожара в форме дуги окружности представлен на рисунке 4.



1 ? секции (емкости с горючей жидкостью); 2 ? крепежные скобы; 3 ? центральный стержень; 4 ? стержни жесткости; 5 ? датчики теплового потока (мишени); 6 - ролики