Анализ риска аварийной ситуации при бурении скважин

Анализ вида и последствий отказа можно расширить до количественного "Анализа видов, последствий и критичности отказов". В этом случае каждый вид отказа ранжируется с учетом двух составляющих критичности - вероятности (частоты) и тяжести последствий отказа.

Понятие критичности близко к понятию риска и может быть использовано при более детальном количественном анализе риска аварии. Определение параметров критичности необходимо для выработки рекомендаций и приоритетности мер безопасности.

В табл.1 приведены рекомендуемые показатели уровня и критерии критичности по вероятности и тяжести последствий отказа. При этом необходимо выделять четыре группы, которым может быть нанесен ущерб от аварии: персонал, население, окружающая среда, материальные объекты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Пример матрицы "Вероятность - тяжесть последствий"

 

Ожидаемая частота возникновения (1/год)		Тяжесть последствий
		Катастро-фический отказ	Крити-ческий отказ	Некри-тический отказ	Отказ с прене-брежимо малыми послед-ствиями
1	2	3	4	5	6
Частый отказ	>1	А	А	А	С
Вероятный отказ	1-	А	А	В	С
Возможный отказ	-	А	В	В	Д
Редкий отказ	-	А	В	С	Д
Практически невероятный отказ	<	В	С	С	Д

 

 

Ранг А соответствует наиболее высокой (неприемлемой) степени риска объекта, требующей незамедлительных мер по обеспечению безопасности. Показатели В, С отвечают промежуточным степеням риска, а ранг Д - наиболее безопасным условиям.

Метод применяется для анализа проектов сложных технических систем или при модификации опасных производств.

Метод ранжирования опасностей и определения степени риска промышленного объекта является смешанным количественным методом, сочетающим численные методы с экспертными оценками в виде штрафов в зависимости от опасности веществ и материалов, используемых в технологических процессах. Метод применяют для оценки потенциальной опасности узлов технологического оборудования в зависимости от характера и условий протекания технологических процессов и категорирования по критериям взрыво-, пожароопасности и токсичности. Таким образом, метод косвенно применим для количественной оценки экологических последствий.

Крупные аварии, как правило, характеризуются комбинацией случайных событий, возникающих с различной частотой на разных стадиях возникновения и развития аварии. Для выявления причинно-следственных связей между этими событиями используют логико-графические методы анализа "Деревьев отказов" и "Деревьев событий".

При анализе "деревьев отказов" выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала и нерасчетных внешних воздействий, приводящих к головному событию (аварийной ситуации). Метод используется для анализа возможных причин возникновения аварийной ситуации и расчета ее частоты (на основе знания частот исходных событий).

Анализ "дерева событий" - алгоритм построения последовательности событий, исходящих из основного события (аварийной ситуации). Частота каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения частоты основного события на условную вероятность конечного события.

Конечным результатом оценки риска является перечень исходов для каждого рассматриваемого случая, при этом рассчитываются частота и последствия, т.е. величины ожидаемых последствий. Суммирование произведений из всех последствий определяет серьезность аварии.

Количественный анализ риска наиболее эффективен на стадии проектирования и размещения опасных объектов; при оценке безопасности объектов, имеющих однотипное оборудование; при необходимости получения комплексной оценки воздействия аварий на людей, материальные объекты и окружающую природную среду.

Недостатками количественного анализа риска являются невысокая точность результатов, вследствие чего использование количественных показателей (в частности, вероятности возникновения аварии) в качестве критериев безопасности для сложных производств, какими являются магистральные газопроводы, как правило, не оправдано.

Для анализа или модернизации сложных проектов целесообразно применять методы анализа "деревьев отказов" и "деревьев событий".

7.2 Показатели риска аварий

Оценка риска аварий для людей, обслуживающих буровые установки, предполагает использование следующих показателей:

- потенциальный территориальный риск - частота реализации поражающих факторов в рассматриваемой точке территории; является комплексным показателем риска, характеризующим пространственное распределение опасности по объекту и близлежащей территории;

- коллективный риск - определяет ожидаемое количество пострадавших в результате аварий на объекте за определенный период времени; является количественной интегральной мерой опасности объекта;

- индивидуальный риск - частота поражения отдельного индивидуума (рискующего человека) в результате воздействия исследуемых факторов опасности;

- социальный риск, который характеризует масштаб и вероятность (частоту) аварий; определяется функцией распределения потерь (ущерба), которые графически отображаются F/N-кривой;

- ожидаемый ущерб - зависимость частоты возникновения сценариев аварий F, в которых причинен ущерб на определенном уровне потерь не менее G от количества этих потерь G; характеризует материальную тяжесть последствий (катастрофичность) реализации опасностей аварий и представляется в виде соответствующей F/G-кривой;

- технический риск – применяется при анализе опасностей, связанных с отказами технических устройств, систем обнаружения утечек, автоматизированных систем управления технологическим процессом, систем противоаварийной защиты; рекомендуется анализировать технический риск, показатели которого определяются соответствующими методами теории надежности технологических систем и функциональной безопасности систем ПАЗ, АСУТП.

Также рекомендуется проводить расчет максимально возможного числа потерпевших, которое определяется числом людей, оказавшихся в превалирующей зоне действия поражающих факторов (исходя из принципа «поглощения большей опасностью всех меньших опасностей»).

Результаты расчетов показателей риска могут быть представлены в виде таблицы 2, приведенной ниже, и на рисунках 2 и 3.

Таблица 2

Пример результатов оценки риска аварий на БУ

Показатель	Значение
Средний уровень коллективного риска на площадке БУ для обслуживающего персонала, чел./год: на стадии бурения на стадии эксплуатации	3,6∙10-3 2,0∙10-4
Коллективный риск при бурении, чел./год: в зоне бурения в зоне хранилищ в ЖМ	3,2∙10-3 2,6∙10-4 1,3∙10-4
Коллективный риск при эксплуатации, чел./год: в зоне бурения в зоне хранилищ в ЖМ	1,9∙10-4 1,3∙10-5 7,5∙10-5
Средний уровень индивидуального риска на площадке СПБУ для обслуживающего персонала, 1/год: на стадии бурения на стадии эксплуатации	3,6×10-5 3,7∙10-6
Индивидуальный риск при бурении, 1/год: в зоне бурения в зоне хранилищ в ЖМ	3,0∙10-5 9,0∙10-5 1,5∙10-6
Индивидуальный риск при эксплуатации, 1/год: в зоне бурения в зоне хранилищ в ЖМ	1,5∙10-6 4,8∙10-6 8,9∙10-8
Частота возникновения ситуаций с гибелью людей на СПБУ, 1/год: на стадии бурения на стадии эксплуатации	2,0·10-3 1,8·10-4
Частота возникновения аварийных ситуаций, связанных с гибелью не менее 10 человек персонала, 1/год	1,8·10-5
МВКП, чел.	12

 

 

Рис. 2. Пример зависимости социального риска

Рис. 3. Пример зависимости потенциального риска гибели людей при авариях от расстояния относительно оси трубопровода

 

 

7.3 Оценка риска аварийной ситуации при бурении скважин

Потенциально возможные аварийные ситуации, связанные с буровыми работами, наносят наиболее масштабное негативное, в т. ч. трансграничное воздействие на природную среду. Поэтому, оценке воздействия аварийных ситуаций при ведении буровых работ должны быть посвящены специальные исследования и проведение математического моделирования.

Обычно под анализом риска аварии понимают процесс идентификации опасностей и оценки риска аварии на опасном объекте для отдельных лиц или групп людей, имущества или окружающей природной среды.

Опасность аварии - это угроза, возможность причинения ущерба человеку, имуществу и (или) окружающей среде вследствие аварии. Опасности аварий на опасных производственных объектах связаны с возможностью разрушения сооружений и (или) технических устройств, взрывом и (или) выбросом опасных веществ с последующим причинением ущерба человеку, имуществу и (или) нанесением вреда окружающей природной среде.

Также под оценкой риска аварии подразумевается процесс, используемый для определения вероятности (или частоты) и степени тяжести последствий реализации опасностей аварий для здоровья человека, имущества и (или) окружающей природной среды. Оценка риска включает анализ вероятности (или частоты), анализ последствий и их сочетания.

Следует отметить, что при буровых работах предусматриваются проектные решения, обеспечивающие высокую надежность и экологическую безопасность намечаемой деятельности при штатных операциях. Вместе с тем возможно возникновение аварийных ситуаций, которые могут привести к масштабному негативному воздействию на окружающую среду.

Для определения оценки риска следует провести идентификацию опасностей, цель которой - выявить и описать все возможные источники опасностей. Результатом идентификации опасностей являются:

- перечень возможных аварий;

- описание развития аварий  и их последствий;

- предварительные оценки  опасности и риска.

Идентификация опасностей завершается выбором дальнейшего направления деятельности. В качестве вариантов дальнейших действий может быть:

- решение прекратить дальнейший  анализ ввиду незначительности  опасностей или достаточности  полученных предварительных оценок;

- решение о проведении  более детального анализа опасностей;

- выработка предварительных рекомендаций по уменьшению опасностей.

Основными задачами этапа оценки риска можно считать:

- определение частоты  возникновения аварий;

- оценка последствий возникновения  аварий.

Оценка последствий должна включать анализ возможных воздействий на население и окружающую природную среду. При анализе последствий аварий необходимо использовать моделирование аварийных процессов.

При обобщении оценок риска следует по возможности проанализировать неопределенность и точность полученных результатов.

Одновременно с оценкой риска для каждого потенциального объекта (месторождения) должен быть разработан и предложен комплекс мер по предотвращению и своевременному реагированию на аварийные ситуации.

7.4 Оценка риска: анализ возможных последствий аварий

Анализ последствий включает оценку воздействий опасных факторов на людей, имущество или окружающую среду.

Так как авария на опасных промышленных объектах может быть отнесена к случайным явлениям, то мера опасности может быть оценена при анализе случайных величин ущербов от аварии. Так, при рассмотрении события "отказ технического устройства" в теории надежности оперируют в основном дискретной характеристической случайной величиной X, которая равна 1, если за определенное время отказ происходит, и равна 0, если не происходит. События, связанные с крупными нежелательными последствиями в сложных системах, анализируют, рассматривая случайную величину потерь (ущербов) от аварии при эксплуатации опасных промышленных объектов - Y 0. Количественные показатели риска аварии (индивидуальный, коллективный и социальный риски, ожидаемый ущерб) представляют собой характеристики случайной величины аварийных потерь Y. Определение "потенциальный территориальный риск" характеризует случайное событие - возникновение в определенной точке территории факторов аварии, достаточных для смертельного поражения человека. Этот риск определяется дискретной характеристической величиной D, равной 1, если за определенное время такое событие происходит, или равной 0, если не происходит.

Потери Y разделяют на материальные G (непрерывная случайная величина) и людские N (дискретная случайная величина).

В практике анализа риска аварии чаще оперируют не с вероятностями, а со средними интенсивностями (частотами) нежелательных событий за определенное время. Если рассматривать происходящие аварии как стационарный пуассоновский поток событий, то связь между вероятностью события А за время t и его интенсивностью  λ такова:

.

Рассмотрим дискретную случайную величину людских потерь N при аварии на магистральном газопроводе с возможными значениями . Каждое из этих значений N может принять с некоторой вероятностью . Описание дискретной случайной величины N считается полным с точки зрения теории вероятностей, если установлен закон распределения случайной величины, который представляется в виде ряда распределения.