海底油气管道稳定性风险评估技术研究

周子鹏，孙国民，何 宁

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

海底油气管道稳定性风险评估技术研究

周子鹏，孙国民，何 宁

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

为了保证海底油气管道安全运营，实现海底油气田安全生产和可持续发展，需要对海底油气管道进行风险评估。根据国外标准规范和工程经验，阐述了评估海底油气管道稳定性风险的技术思路，就危险辨识、后果评估、频率分析和风险矩阵等4个因素探讨了管道风险的评估方法，重点研究了影响海底油气管道稳定性的风险情况和相应的评估准则。最后结合海底管道的特点总结了影响海底油气管道稳定性的危险因素，使用半定量评估法和定性评估法对海底油气管道稳定性风险进行了评估，给出了稳定性风险评估的主要项目和相应的推荐权重值。研究结果对推进我国海底油气管道风险评估技术进步具有一定的参考意义。

海底管道；油气管道；风险评估；风险矩阵；评估权重

0 引 言

海底管道是通过密闭的管道在海底连续地输送大量油气的管道，是海上油气田开发生产系统的主要组成部分[1]。海底管道运行风险大，一旦失效将产生恶劣影响。这主要与其工作环境条件恶劣密切相关。在各种海洋环境因素和人为因素中，由于海底管道对海床有直接的依附关系，因此海床对管道的影响最为直接。

海床的性质、演变及海床与海洋管道的相互作用都对管道的稳定性和安全性产生重要的影响。由于海床不平整，会引起海底管道在波流作用下的稳定性问题：一种是当海底管道悬空时卡尔曼涡流震动与管线产生共振现象，引起关系失稳；另一种是海底管道支撑海床的稳定性问题，海底管道从凹凸不平的海床上通过时，将在管道中引起悬空和弯曲应力，导致管线产生过大的集中应力而损坏。由于海床的地质特点，在沙坡、沙脊等地形中的海底管道更容易产生悬空从而导致管线受损破坏。

长期以来由于海底管道的特殊性和专业性，国内对于其完整性管理的专业评估技术较为缺乏，主要集中在海底管道工程设计及操作运行期的完整性管理，如海管稳定性工程计算、海管通球风险评估和海管腐蚀检测评估等，而针对海底管道工程建设中最重要的稳定性风险并未形成系统的评估方法[2-9]。因此，从海底管道稳定性的专业角度进行风险状况研究是非常必要的。

1 海管稳定性风险及风险评估方法概述

评估管道系统的风险状况即是对管道系统进行危险辨识和风险评估，评估范围应包括管道及管道附属件整个寿命期。其中管道的稳定性风险评估可使用定性、半定量或定量的方法进行。设计数据和管道运行数据应作为评估的基础数据。

风险评估是进行检测、监控和完整性管理的基础。因此，对管道系统稳定性进行风险等级划分可建立在对管道稳定性进行风险状况评估的基础上。换言之，在完成运行期管道稳定性风险状况评估后，给出一个风险划分的标准，把风险状况不同的管道进行归类，完成对管道系统的风险划分[10-11]。

2 风险分析方法

2.1 危险辨识

危险辨识即是对海底油气管道在运行期间存在的潜在危险进行分析。根据国内外经验，海底油气管道稳定性的危险主要来自于海底波流冲刷作用和海床运动。

2.2 后果评估

后果的估计应该根据研究目标和研究范围确定。通常，后果表述为人员受伤亡的数量和介质泄漏的程度。这些估计要考虑到地理和人口分布状况，以及可能的减轻后果的因素。一般情况下，简单的考虑介质泄漏可以作为评估决策的标准。

风险对管道造成的潜在的破坏后果需要从经济损失、人员安全和环境影响三个方面考虑。主要的后果形式与介质的关系如表1所示。

表1 海底管道介质与后果Table 1 Consequences of medium leakage in subsea pipeline

2.2.1 经济损失

管道破坏引起的直接或间接的经济损失均可考虑成对管道生产延误造成的经济损失。管道运行期间，稳定性风险事故发生后，经济损失后果的严重程度可按表2进行分类。

表2 海底管道破坏引起的经济损失后果Table 2 Economic loss caused by damage in subsea pipeline

2.2.2 人员安全

在海底管道运行过程中，管道附近人员活动较少。根据海底油气管道运行情况的统计，当气体管道发生重大的泄漏时会危及人员安全。平台附近的泄漏气体被点燃后，可能引起火灾或爆炸，因此对人员伤害较大。根据挪威船级社相关规范中的规定,人员安全伤害后果的严重程度可按表3进行分类。

2.2.3 环境影响

环境影响后果评估通常可采用恢复受影响人口或地区所需时间来表示。但是环境影响后果很难定量评估。另外一种较通用的方法是，只考虑事故总泄漏量和年允许泄漏量进行评估。表4可作为指导性原则进行环境影响评估。

表3 人员安全伤害后果Table 3 Classification o f personal security damage

表4 环境影响后果Table 4 Description of environmental damage

综合经济损失、环境影响和人员安全三个方面对后果进行分类，是一般性的指导原则，可根据具体情况作适当调整。表5可作为指导性原则用于后果评估。

2.3 频率分析

事故发生的频率通常可根据已发生事故的历史记录来进行估计，也可以通过理论模型进行详细的计算。可根据相关资料和文献[11]，对失效频率按表6进行半定量评估。表中给出的失效频率是对于整个管道而言，管道长度不影响失效频率。

表5 风险后果严重程度描述Table 5 Summary of consequences of risks

表6 事故发生频率等级Table 6 Classification of accident frequency

2.4 风险矩阵

在完成系统的危险辨识、频率分析和相关的后果评估后，即可对事件的风险进行评价。根据采用方法的不同，可得到定性或定量的结果。通过对事件的频率和后果进行分类，使用风险矩阵方法(见表7)，可得到事件的等级水平。

表7 风险矩阵Table 7 Risk matrix

风险等级中存在一个区域，在这个区域内可以降低风险。但如果降低风险措施产生的成本比造成的经济损失高，则不应该采取这种措施来降低风险。这个区域通常称为 “最低合理可行”(简称ALARP)区域。比这个区域低的部分，认为风险是可接受的。

ALARP原则的意义是：任何工业系统都是存在风险的，不可能通过预防措施来彻底消除风险；而且，当系统的风险水平越低时，要进一步降低就越困难，为此所花费的成本往往呈指数曲线上升。也可以说，安全风险改进措施投资的边际效益递减，然后趋于零，最终为负值。因此，必须在工业系统的风险水平和成本之间做出一个折衷。

3 海底油气管道稳定性风险评估方法

3.1 半定量评估法

根据渤海湾的海底管道失效经验教训，海底油气管道稳定性的风险因素主要源于波流冲刷和海床变化。按照第2节中的方法进行风险评估分析，评估结果见表8。

表8 海底油气管道稳定性风险半定量评估结果及推荐权重Table 8 Semiguantitative evaluation results and recommended weights for stability risks of subsea oil and gas pipeline

将风险矩阵等级与事件的权重相乘即可得到该事件的风险指数。表8中所有权重值总和为1，所有事件的风险指数和为管道的风险指数。管道的风险划分即可按照风险指数大小来进行排序。风险指数大则风险值高，反之则小。风险指数只能半定量地、相对地体现风险值。

3.2 定性评估法

在缺少足够数据时，也可使用定性的风险评价方法，即客观优先级的方法。由风险评估小组对潜在的风险进行辨识，并对每个风险基于预估的风险，进行优先级分类。

根据国内外的风险评估经验和风险辨识情况，一般来讲，影响管道稳定性的主要风险详见表9。其中的推荐权重值可根据具体项目情况进行调整。

表9 海底油气管道稳定性风险定性评估结果及推荐权重Table 9 Qualitative evaluation results and recommended weights for stability risks of subsea oil and gas pipeline

4 结 语

本文建立了海底油气管道稳定性风险评估质量评价方法，从危险辨识、后果评估、频率分析和风险矩阵等4个方面探讨了影响油气管道风险评估质量的客观外因,为改善管道风险评估指标体系的构建方法提供了基本思路。针对海底油气管道的特殊性，从管道稳定性这一管道重要指标的专业角度，结合工程经验总结了影响海底油气管道稳定性的风险因素，并通过半定量评估法和定性评估法给出了推荐的评估权重值。该风险评估技术具有较强的操作实用性，可为推进我国海底油气管道风险评估技术的发展提供参考。

[1] 马良.海底油气管道工程[M]．北京：海洋出版社，1987.

[2] 黄维和.油气管道风险管理技术的研究及应用[J].油气储运， 2001(10): 1.

[3] 黄志潜.管道完整性及其管理[J].焊管,2004(3): 1.

[4] 税碧垣,艾慕阳,冯庆善.油气站场完整性管理技术思路[J].油气储运,2009(7): 11.

[5] 董绍华,杨祖佩.全球油气管道完整性技术与管理的最新进展——中国管道完整性管理的发展对策[J].油气储运,2007(2): 1.

[6] 姚安林,赵忠刚,李又绿,等.油气管道完整性管理技术的发展趋势[J].天然气工业,2009(8): 97.

[7] 高进东,冯长根,吴宗之.风险分析的质量评价研究[J].中国安全科学学报,11(2): 65.

[8] 赵忠刚,姚安林,赵学芬.油气管道风险分析的质量评价研究[J].安全与环境学报,2005(5): 28.

[9] 赵忠刚,马荣毅,曹晓燕.质量评价技术在管道风险评估上的创新应用[J].石油工业技术监督,2011(9): 39.

[10] 杨筱蘅,严大凡.逐步实施我国油气管道的完整性管理[J].天然气工业,2004(11): 120.

[11] 王弢,帅健.管道完整性管理标准及其支持体系[J].天然气工业，2006(11): 126.

RiskEvaluationResearchofSubseaOilandGasPipelineStability

ZHOU Zi-peng,SUN Guo-min,HE Ning

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China)

Pipeline stability is an important parameter of subsea pipeline service.In order to ensure the safe operation of the subsea oil and gas pipeline,so as to a chieve the safe production and sustainable development of subsea oil and gas field,risk evaluation of the subsea pipeline is required.research the technical methodology of subsea pipeline stability risk evaluation based on the worldwide standard and engineering experience.Firstly,four objects are described regarding to the risk evaluation,i.e.,risk recognition,result evaluation,frequency analysis and risk matrix.Then the risk condition and evaluation methodology of subsea oil and gas pipeline stability are researched.Finally,the risk factors of subsea oil and gas pipeline stability are summarized based on the particularity of subsea pipeline.The semiquantitative evaluation method and qualitative evaluation method are used for subsea oil and gas pipeline stability risk evaluation.The results can be used for improving the accuracy of oil and gas pipeline risk assessment and promoting the related technical progress in.

subsea pipeline; oil and gas pipeline; risk evaluation; risk matrix; evaluation weight

TE973.92

A

2095-7297(2014)03-0195-05

2014-08-29

周子鹏(1983—)，男，硕士，工程师，主要从事海底管道工程设计方面的研究。