image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 12 2016

Разработка и эксплуатация месторождений

01.12.2016 10:00 Критерий «живучесть» для технологических платформ на месторождениях арктического шельфа
Современные стандарты, предъявляемые к морским технологическим платформам, работающим на арктическом шельфе, требуют обеспечить максимально безопасные условия для работы персонала на шельфовых месторождениях и оперативное проведение аварийно-спасательных работ в случаях возникновения нештатных или аварийных ситуаций на платформе. В связи с экстремальными природно-климатическими условиями Арктики, такими как наличие ледников, полярная ночь, крайне низкие температуры, нарушение связи между технологическими объектами по причине погодных условий, зачастую проведение подобных работ крайне ограниченно. Этот факт обязывает проектировщиков технологических платформ закладывать в них способность компенсировать экстремальные нагрузки, возникающие в аварийных ситуациях и значительно превышающие проектные, и при этом продолжать функционировать в штатном режиме, а иногда восстанавливать в некоторой степени свои функции. Критерий, по которому оценивается данная способность, получил название «живучесть». В статье рассмотрены все составляющие комплексного понятия «живучесть» для плавучей технологической платформы, приведены параметры явлений, которые необходимо учитывать при проверке на определенную составляющую, меры, применяемые для достижения необходимых значений составляющих. Сформулированы принципы обеспечения живучести для плавучих технологических платформ, включающие цель обеспечения живучести, требования к исходным данным для оценки, требования к проводимому анализу по данному критерию. Также были выделены три различные качественные оценки живучести, позволяющие следить за данным параметром начиная с этапа разработки проекта, в процессе проектирования и строительства платформы и во время эксплуатации платформы на шельфе.
Ключевые слова: плавучая технологическая платформа, арктический шельф, безопасность, живучесть, аварии, анализ.
Ссылка для цитирования: Харченко Ю.А., Тер-Саркисов Р.М., Калашников П.К. Критерий «живучесть» для технологических платформ на месторождениях арктического шельфа // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 12. С. 82–86.
Открыть PDF


Возможность возникновения различных нештатных ситуаций и аварий, угрожающих целостности и работоспособности объектов обустройства морского месторождения на арктическом шельфе, безопасности персонала и экологии, в настоящее время рассматривается с использованием методов оценки рисков.

Предметом рассмотрения являются вероятность события и тяжесть последствий данного события.

Для снижения тяжести последствий обычно предполагается, что возвращение объекта в рабочее состояние должно проводиться в разумно короткие сроки с помощью технических средств и судов обеспечения, которые имеются в распоряжении оператора. При этом эвакуация персонала должна проводиться незамедлительно.

Между тем экстремальные природно-климатические условия Арктики (полярная ночь, наличие ледяных образований различной природы и размеров, частые нарушения связи в полярных широтах из-за природных явлений и т. д.) накладывают существенные ограничения на эффективность проведения аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных работ и, соответственно, снижают общий уровень безопасности объекта [1].

1_1_3.jpg

Декомпозиция свойства «Живучесть ПТП»
Decomposition of the property «The persistence of a floating technology platform (FTP)»

Поэтому актуальной проблемой для объектов обустройства морского арктического месторождения становится оценка их способности компенсировать экстремальные воздействия, существенно превосходящие проектные значения, и при этом продолжать выполнять свои производственные функции.

Такая способность (свойство) объекта противостоять неблагоприятным воздействующим факторам различной природы, параметры которых значительно превосходят нормальные проектные значения, а при каких-либо повреждениях сохранять и восстанавливать в определенной степени свои функциональные способности в морском флоте получила название «живучесть» [2].

Рассмотрим данное свойство применительно к плавучей технологической платформе (ПТП) как к наиболее технически сложному и уязвимому объекту морского добычного комплекса. Попытки применить понятие «живучесть» к стационарным нефтегазовым платформам не позволяют в полной мере рассмотреть это свойство в рамках его применимости для выбора оптимального типа платформы на этапе определения основных технических решений по обустройству арктического месторождения [4].

Важно отметить, что «живучесть» ПТП – комплексное свойство. Элементами живучести являются: сопротивляемость, адаптивность и восстанавливаемость, которые, в свою очередь, могут определяться рядом свойств. При рассмотрении вопросов обеспечения живучести ПТП удобно применить декомпозицию живучести, представленную на схеме (рисунок).

Сопротивляемость – свойство ПТП, характеризующее ее способность противостоять каким-либо внешним воздействиям, не допуская повреждений элементов ПТП.

Адаптивность – свойство ПТП, характеризующее ее способность сохранять функциональные возможности при каких-либо повреждениях элементов ПТП за счет реконфигурации или трансформации систем или схем реализации процессов.

Восстанавливаемость – свойство ПТП, характеризующее ее способность восстанавливать функциональные возможности при каких-либо поражениях или повреждениях элементов ПТП путем реализации специальных конструктивно-технических решений экипажем (персоналом) ПТП при ведении борьбы за живучесть ПТП или за счет ресурсов самовосстановления отдельных элементов ПТП.

Image_009.jpg 

Сопротивляемость ПТП

Сопротивляемость характеризует возможности ПТП, не получая каких-либо повреждений, противостоять неблагоприятным воздействиям различной природы, параметры которых превышают нормальные (спецификационные) значения. Сопротивляемость ПТП определяется устойчивостью и защищенностью ПТП.

Устойчивость – свойство ПТП, характеризующее ее способность сохранять работоспособное состояние во время действия на нее определенного внешнего воздействующего фактора (ВВФ) в пределах заданных значений. В отличие от стойкости, которая характеризует способность определенного изделия сохранять работоспособное состояние во время и после воздействия на него определенного ВВФ в течение всего срока службы в пределах заданных значений, устойчивость характеризует способность изделия сохранять работоспособное состояние в течение относительно короткого промежутка времени – времени действия ВВФ.

Защищенность – свойство ПТП, характеризующее ее способность снижать параметры ВВФ, действующих на элементы и системы ПТП. 

Адаптивность ПТП

Адаптивность характеризует способность ПТП при каких-либо повреждениях элементов и систем ПТП сохранять определенные функциональные возможности. Адаптивность определяется автотомностью и реконфигуративностью.

Автотомность – свойство ПТП, характеризующее ее способность отключения (отторжения) поврежденного элемента системы для сохранения хотя бы частично своих функциональных возможностей. В биологии данная способность живых организмов называется автономией.

Реконфигурируемость – свойство ПТП, характеризующее ее способность обеспечивать реализацию определенных функциональных возможностей за счет структурных изменений систем ПТП.

В общем виде реконфигурируемость –
реализация функций аварийной системы (системы, имеющей какие-либо повреждения) за счет использования отдельных элементов другой системы. Например, осушение затопленных помещений ПТП при использовании насосов забортной воды системы охлаждения. В данном случае адаптивность, в отличие от надежности, определяется не (в том числе) уровнем резервирования основных элементов систем, а возможностями реконфигурации двух систем ПТП в целях реализации необходимой функции. 

Восстанавливаемость ПТП

Восстанавливаемость характеризует способность ПТП за счет расходования специальных ресурсов устранять в возможной степени повреждения элементов систем для временного восстановления, хотя бы частичного, необходимых функций или для снижения параметров ВВФ на ПТП. Восстанавливаемость определяется самовосстанавливаемостью и аварийной восстанавливаемостью.

Самовосстанавливаемость – свойство ПТП, характеризующее способность ее элементов восстанавливать функциональные возможности после прекращения воздействия ВВФ без использования каких-либо посторонних по отношению к элементу дополнительных ресурсов.

Аварийная восстанавливаемость – свойство ПТП, характеризующее ее способность за счет специально выделенных ресурсов восстанавливать функциональные возможности элементов МЛТП. 

Внешние воздействия на ПТП

Проектирование ПТП должно осуществляться с учетом возможных в период эксплуатации неблагоприятных внешних воздействий гидрометеорологических процессов и явлений, а также внешних воздействий техногенного происхождения.

В перечень исходных данных для проектирования ПТП включаются параметры следующих воздействий гидрометеорологических процессов и явлений [3]:

  • штормовое волнение, включая воздействия экстремальных волн;

  • ледовые явления на поверхности моря;

  • ветер, ураган;

  • осадки, включая экстремальные снегопады;

  • обледенение и т. д.

К группе внешних воздействий техногенного происхождения относят [3]:

  • падение на ПТП каких-либо объектов, включая элементы космической техники и летательных аппаратов;

  • пожары, взрывы на расположенных рядом с ПТП объектах;

  • столкновения с судами, навалы (навигационные аварии) и т. д.

Параметры внешних воздействий служат исходными данными для принятия проектных решений при создании ПТП.

В соответствии с [3] явления, процессы или среда, внешние по отношению к изделию или его составным частям, которые вызывают или могут вызвать ограничение или потерю работоспособного состояния изделия в процессе эксплуатации, характеризуются ВВФ.

В результате внешнего воздействия объект (составная часть объекта) может получить какие-либо повреждения или же воздействия могут привести к поражению объекта.

Если при повреждении сохраняется приемлемая для пользователя неполная способность объекта выполнить требуемую функцию, то при поражении объект полностью теряет свои функциональные возможности. В отличие от полного отказа поражение техники вызывается внешним воздействием, а не является следствием его изнашивания или старения. Аналогичное различие – между терминами «частичный отказ» и «повреждение».

Внешние воздействующие факторы, параметры которых превышают устойчивость ПТП или ее элемента к данному виду ВВФ либо которые приводят к поражению составных частей ПТП (элемента ПТП), если даже определенное время ПТП или ее элемент сохраняют работоспособность, называются поражающими факторами (ПФ) для этого объекта (элемента ПТП), т. е. поражающие факторы способны:

1) привести к повреждению ПТП (элемента ПТП);

2) привести к поражению отдельных составных частей объекта и, как следствие, к повреждению объекта;

3) привести ПТП в неработоспособное состояние (привести к поражению объекта в целом). 

Комплексы мероприятий, обеспечивающие живучесть ПТП

Возвращаясь к отдельным элементам (свойствам) комплексного понятия «живучесть», необходимо отметить, что каждое из этих свойств отражает определенные способности ПТП и обеспечивается соответствующим комплексом конструктивных и организационных мероприятий.

Например, сопротивляемость повреждениям как свойство, характеризующее способность ПТП противостоять повреждающим воздействиям аварий, в максимально возможной степени ограничивая размеры повреждений, обеспечивается:

  • разделением корпуса и надстроек на противоаварийные зоны, ограничивающие распространение по судну воды, пожаров, опасных сред;

  • конструктивной защитой взрывоопасных районов, ограничивающих размеры разрушений корпусных конструкций и оборудования;

  • внедрением автоматических средств пожаротушения, систем раннего обнаружения пожаров, негорючих конструкционных и отделочных материалов, снижающих объемы повреждений при пожарах;

  • компоновочными решениями по расположению судового оборудования одного назначения и постов управления одного назначения в различных противоаварийных зонах;

  • схемными решениями, уменьшающими количество выходящего из строя оборудования радиоэлектронных систем при зависимых отказах оборудования;

  • формированием и надлежащим оснащением аварийных партий с установлением их требуемой численности;

  • защищенностью персонала от действия поражающих факторов аварий;

  • повышением стойкости и защищенности отдельного оборудования и пр.

Повышение сопротивляемости обеспечивает снижение объемов повреждений ПТП при заданном уровне повреждающих воздействий или дает возможность сохранить их на прежнем уровне при более интенсивных воздействиях [4].

Адаптивность к повреждениям как свойство, характеризующее способность ПТП решать поставленные функциональные задачи на уровне не ниже минимально допустимого в условиях полученных повреждений, обеспечивается:

  • наличием необходимых структурных и функциональных резервов по основному оборудованию и структурам управления;

  • возможностью реконфигурации судовых систем за время, исключающее срыв решаемых задач;

  • наличием аварийных источников рабочих сред;

  • наличием устойчивых средств получения и передачи информации для управления ПТП в аварийных условиях.

Повышение сопротивляемости МЛТП снижает вероятность утраты работоспособности при заданном уровне повреждающих воздействий.

Восстанавливаемость как свойство, характеризующее способность ПТП восстанавливать свои функциональные возможности после их утраты в процессе аварии за время, не приводящее к срыву решаемой задачи, обеспечивается:

  • наличием аварийных трубных и кабельных сростков;

  • приспособленностью к использованию ЗИП в аварийных условиях;

  • наличием средств ремонта и КИП для проведения восстановительных работ и пр.

Повышение восстанавливаемости ПТП также обеспечивает снижение вероятности утраты работоспособности при заданном уровне повреждающих воздействий.

Следует отметить, что разделение живучести на указанные элементы справедливо для всех свойств, ее обеспечивающих, включая взрывопожарозащищенность, непотопляемость, живучесть технических средств, аварийную прочность. Это дает возможность формировать конструктивные решения применительно к перечисленным свойствам, обеспечивая их рациональное сочетание на основе рассмотрения живучести ПТП в целом.

Разделение живучести на элементы позволит быть уверенными в том, что в процессе проектирования будут рассмотрены все ее обеспечивающие средства. Кроме того, комплексное рассмотрение мероприятий по обеспечению сопротивляемости для всех обеспечивающих живучесть свойств позволяет оптимизировать их состав и предлагаемую организацию ведения борьбы за живучесть. 

Заключение

В настоящее время в Правилах проектирования морских добывающих и буровых платформ требования по обеспечению живучести не предъявляются. Соответственно, отсутствуют методики и критерии оценки их живучести. Вместе с тем для плавучих технологических платформ, а также для других объектов морского промысла задача обеспечения живучести на этапах проектирования и строительства является весьма актуальной, поскольку любое аварийное прекращение добычи углеводородов даже на незначительное время приводит к существенным убыткам и влияет на срок окупаемости проекта освоения месторождения.

Актуальность рассмотрения проблемы повышения живучести морских ПТП, предназначенных, в частности, для работы на арктическом шельфе, обусловлена также проблемами обеспечения безопасности персонала и экипажа ПТП, поскольку:

  • ввиду значительного удаления от береговых аэродромов оперативная эвакуация персонала и экипажа ПТП при аварии с использованием вертолетов может быть крайне опасной, что делает необходимым обеспечение безопасного пребывания экипажа и персонала на аварийной ПТП в течение длительного времени;

  • при определенных гидрометеорологических условиях операции по эвакуации и покиданию ПТП могут быть сопряжены с высоким риском, поэтому наиболее безопасным местом для персонала и экипажа может быть ПТП.

В силу вышеназванных причин сохранение ПТП, в том числе при аварии, в состоянии, безопасном для персонала и экипажа, является первостепенной задачей, что может быть реализовано только при обладании ПТП необходимым уровнем живучести.

Для использования комплексного понятия живучести применительно к плавучим технологическим платформам различного типа необходимо сформулировать принципы обеспечения живучести ПТП, которые могут быть сведены к следующим основополагающим позициям:

  • целью обеспечения живучести ПТП является сохранение минимально допустимого уровня функциональных возможностей ПТП, обеспечивающих безопасность персонала и экипажа;

  • в качестве исходных данных для оценки живучести ПТП должен рассматриваться полный перечень возможных неблагоприятных событий и внешних воздействующих факторов. Необходимо отметить, что перечень и уровни неблагоприятных внешних воздействующих факторов, как правило, задаются на основе прогнозов и имитационного моделирования, а не по статистическим данным, зафиксированным в реальных авариях;

  • оценка живучести ПТП должна базироваться на анализе выполняемых системами и комплексами ПТП функционально-самостоятельных операций и их функционально-логических схем;

  • при рассмотрении вопросов оценки живучести ПТП необходимо различать три вида: расчетная оценка живучести ПТП (на этапе разработки проекта, в том числе с использованием аппарата имитационного моделирования), экспертная оценка живучести ПТП (на этапах проектирования, строительства и эксплуатации) и оперативная оценка живучести ПТП в процессе эксплуатации, в том числе при авариях ПТП.

Введение понятия «живучесть» в состав основных критериев, таких как надежность, характеризующих общую безопасность морской ПТП, позволит более обоснованно подходить как к выбору основных технических решений на предынвестиционной стадии, так и к оценке текущего состояния объекта во время его эксплуатации.



← Назад к списку


im - научные статьи.