Анализ риска аварийной ситуации при бурении скважин

 

Таблица 3

Ряд распределения дискретной случайной величины N

	0			…		…
				…		…

 

 

Причем

,

- вероятность безаварийной  эксплуатации опасного промышленного  объекта.

Чтобы придать ряду распределения более наглядный вид прибегают к его графическому изображению - строят многоугольник распределения.

Для непрерывной случайной величины ряд распределения построить нельзя, поэтому воспользуемся другой характеристикой случайной величины потерь:

.

Ее называют F/N-кривой (диаграммой) или F/G-кривой. Это классическая функция распределения потерь, построенная в координатах , так как .

Вероятность попадания случайной величины на заданный участок

: .

В частном случае, значение функции F/N при n=1 чел. Равно вероятности несчастного случая со смертельным исходом, связанного с аварией на магистральном газопроводе.

Одна из основных целей оценки риска аварии - получение достоверных количественных показателей, пригодных для эффективного управления процессом обеспечения промышленной безопасности на опасных промышленных объектах. Оперирование неоднозначными исходными данными дает такие же неоднозначные практические рекомендации и результаты управления.

Для более удобного построения F/N-кривых выражение представим в развернутом виде:

Для непрерывной случайной величины материальных потерь при аварии G может быть определена функция плотности распределения:

.

Математическое ожидание дискретной случайной величины N (коллективный риск) определяется:

.

Если ввести в рассмотрение случайную величину числа рискующих попасть в аварию U, то общее выражение для среднего по группе рискующих индивидуального риска :

,

где - корреляционный момент случайных величин N и 1/U. В частном случае при U=const

,

где u - общее число рискующих людей.

Математическое ожидание непрерывной случайной величины G (ожидаемый ущерб) определяется:

.

В терминах теории вероятностей основные показатели, используемые при анализе риска аварии на опасном промышленном объекте представлены в таблице 4.

Таблица 4

Основные показатели, используемые при анализе риска аварии на опасном промышленном объекте.

Показатель риска аварии	Случайная величина	Тип	Показатель риска в терминах теории вероятностей	Формула, описание
Технический риск	Есть-нет отказ X	Дискретная характери-стическая	Вероятность отказа с определенными последствиями, который произойдет за некоторый отрезок времени	- вероятность того, что X=1
Потенциальный территориальный риск	Есть-нет факторы смертельного поражения D	То же	Вероятность возникновения за определенное время в некоторой точке пространства факторов смертельного поражения	- вероятность того, что D=1
Социальный риск (F/N-кривая)	Людские потери при аварии N	Дискретная	Интегральная функция распределения людских потерь
Полное описание сценариев аварии с гибелью людей	То же	То же	Ряд распределения N (графич. многоугольник распределения)	См. табл.2.4
Коллективный риск (Rкол)	-	-	Математическое ожидание N
Индивидуальный риск ( )	Людские потери при аварии N и число рискующих U	Дискретные	Математическое ожидание N и U
Риск материальных потерь (F/G-кривая)	Материальные потери при аварии G	Непрерывная	Интегральная функция распределения материальных потерь
Полное описание сценариев аварии с материальными потерями	То же	То же	Плотность вероятности G (графически - кривая распределения)
Ожидаемый ущерб (Rруб)	-	-	Математическое ожидание G
Наиболее вероятный ущерб	-	-	Мода G	при
Полный ожидаемый вред (ущерб) от аварии R∑	Людские и материальные потери при аварии N, G	Смешанная	Сумма математических ожиданий N и G	где H - стоимостная оценка человеческой жизни

 

8 Типовой сценарий аварии при ведении бурения скважин

Под сценарием аварии понимается последовательность отдельных логически связанных событий, обусловленных конкретным инициирующим событием, приводящим к аварии с конкретными опасными последствиями.

Для построения такой последовательности проводится полное и формализованное описание следующих событий:

1. фазы инициирования аварии;

2. инициирующего события аварии;

3. аварийного процесса;

4. последствий аварии, включая специфические количественные характеристики событий аварии, их пространственно-временные параметры и причинные связи.

Составляющие рассматриваемого объекта представляют собой различную степень опасности с точки зрения возможности развития аварийных ситуаций, так как оборудование и трубопроводы содержат разные опасные вещества – горючие жидкости и воспламеняющиеся газы, химические реагенты.

Анализ возможных аварийных ситуаций сводится к оценке объемов опасных веществ, которые могут участвовать в аварии, и определению последствий этих аварий.

Исходным событием аварии, инициирующим выброс опасных веществ в ОС, является разгерметизация оборудования/трубопроводов. В зависимости от характера разгерметизации возможны два варианта выброса:

1. при небольших размерах площади отверстия образуется относительно длительное (растянутое по времени) истечение;

2. при существенном нарушении целостности аппарата или трубопровода в ОС за короткое время выбрасываются значительные объемы опасного вещества.

При внезапном разрушении оборудования и выбросе больших количеств газообразных опасных веществ (воспламеняющихся газов, паров горючих жидкостей) наличие источника зажигания в месте выброса, как правило, приводит к мгновенному воспламенению и возможному взрыву, часто с образованием огненного шара.

Если при выбросе в непосредственной близости нет источника зажигания, то газовая фаза выброса имеет возможность смешаться с воздухом с образованием облака ТВС, которое на открытом пространстве распространяется в ОС. Воспламенение в этом случае возможно на некотором удалении от места выброса при достижении источника зажигания. В реальных условиях зона возможного воспламенения ТВС ограничивается размерами ОПО МНГК или размерами помещения при выбросе в замкнутом пространстве.

Если в ходе аварии была выброшена жидкая фаза, то в месте пролива возможно возникновение пожара.

Наиболее вероятным является возникновение сравнительно небольших выбросов, так как полное разрушение оборудования или трубопроводов менее вероятно, чем образование локальных утечек. Однако незначительные утечки при отсутствии мер по их локализации и ликвидации могут привести к эскалации аварии и последующему разрушению оборудования, содержащего значительно больший объем опасных веществ. В этом случае последствия первоначального выброса аналогичны последствиям выброса большого количества опасного вещества. Поэтому рассматриваются также сценарии аварий, в которых происходит разрушение оборудования с последующим максимальным выбросом опасных веществ.

На основе анализа причин и факторов аварий, учитывая особенности технологических процессов на ОПО МНГК, свойства и распределение опасных веществ по оборудованию, на объекте могут реализовываться следующие основные опасности:

1. пожары и взрывы, обусловленные авариями с разгерметизацией системы подачи ДТ и выбросом (утечкой) ДТ;

2. пожары и взрывы, сопровождающие неконтролируемый выброс нефти/газа (открытый фонтан; приложение № 11 к настоящему Руководства);

3. пожары и взрывы, связанные ГНВП из скважины при вскрытии продуктивного пласта и выделением газа в системе очистки БР;

г) сильное повреждение (разрушение) конструктивных элементов, сооружений, оборудования системы подачи масла, системы подачи ДТ и испытания скважины в результате воздействия экстремальных природных явлений (например, шторм, ураган и т.д.) и столкновения с судами;

д) пожары в производственных, административно-хозяйственных или жилых помещениях по причинам, не связанным с технологическими операциями;

е) токсическое воздействие на персонал продуктов сгорания при возникновении пожара на палубе и/или в производственных помещениях.

Особый случай представляют ситуации, когда происходит разрушение нескольких видов расположенного вблизи друг от друга оборудования (группы оборудования).

Последовательное разрушение группы оборудования («эффект домино») также относится к категории редких событий, хотя и более вероятных, чем аварии с одновременным и полным разрушением группы оборудования.

На практике аварии, вызванные одним и тем же инициирующем событием, в дальнейшем могут иметь различное по своим последствиям развитие – пролив без воспламенения, пожар, взрыв и т.д. Такие отдельные сценарии развития аварии объединяются в группы сценариев аварии, обусловленные общим исходным событием.

Для оценки опасностей эксплуатации (на примере БУ) можно рассмотреть следующие группы сценариев развития возможных аварий:

Группа сценариев С1: нарушение режимов бурения, повлекшее появление нефтегазового выброса на участке ведения буровых работ (разгерметизация оборудования и/или трубопроводов в помещении оборудования испытания и опробования скважины) → образование пролива нефти на БУ или в помещении оборудования для испытания и опробования скважин → испарение пролива и образование облака ТВС → воспламенение облака ТВС от источника зажигания → сгорание облака ТВС (пожар - вспышка) с последующим пожаром пролива и выделением токсичных продуктов горения → термическое воздействие на персонал и оборудование/конструкции, интоксикация персонала продуктами сгорания → последующее развитие аварии в случае, если затронутое соседнее оборудование содержит опасные вещества.

Группа сценариев С2: разрушение (частичное или полное) технологического трубопровода/трубопроводной арматуры → поступление в окружающую среду взрывопожароопасной жидкости (в том числе жидкости в перегретом состоянии) → при наличии источника зажигания немедленное воспламенение, горение факела и/или пролива (при выбросе невскипающих (стабильных) жидкостей горящий факел образуется только на малых отверстиях разгерметизации, свищах) → в случае отсутствия источника зажигания истечение жидкости, при наличии перегрева жидкости происходит ее вскипание, образование парокапельной смеси в атмосфере → образование и распространение пролива взрывопожароопасной жидкости, его частичное испарение, в случае, если температура проливающейся жидкой фракции меньше температуры подстилающей поверхности, кипение пролива → образование взрывоопасной концентрации паров взрывопожароопасной жидкости в воздухе от испарения/кипения пролива, а при истечении перегретой жидкости и от вскипания выброса → дрейф облака ТВС → воспламенение паров ТВС при наличии источника зажигания → сгорание/взрыв облака ТВС → пожар разлития и в случае свища либо в случае выброса перегретой жидкости горение факела → попадание в зону возможных поражающих факторов (тепловое излучение, открытое пламя, токсичные продукты исходного выброса либо продукты горения, барическое воздействие) людей, оборудования, сооружений → последующее развитие (эскалация) аварии в случае, если затронутое оборудование содержит опасные вещества → локализация и ликвидация разлития (пожара).

Типовое «дерево событий» при разгерметизации участка трубопровода с взрывопожароопасной жидкостью приведено на рисунке 4.

На рисунке 4 принимаются следующие условные вероятности событий:

1. полный разрыв трубопровода (с);