В результате геолого-разведочных работ на шельфе северо-восточного Сахалина в Охотском море открыты крупные и уникальные месторождения нефти и газа: Одопту, Чайво, Аркутун-Даги, Пильтун-Астохское, Лунское, Киринское, Южно-Киринское.
В настоящее время на сахалинском шельфе в разработке находятся 6 месторождений в рамках реализации проектов «Сахалин-1», «Сахалин-2» и «Сахалин-3». Добыча углеводородов осуществляется как с платформ «Орлан», «Беркут», «Моликпак», «Пильтун-Астохская-Б», «Лунская-А», так и с помощью подводных технологий.
Освоение морских месторождений нефти и газа неразрывно связано с комплексом вопросов, касающихся обеспечения безопасности как персонала, пребывающего на морских объектах, так и самих сооружений, создаваемых для эксплуатации месторождений и транспортировки добываемой продукции.
Эксплуатация морских платформ сопряжена с опасностью возникновения крупной быстротечной аварии с потенциально тяжелыми последствиями для жизни и здоровья работников, загрязнением окружающей среды, прямыми и косвенными экономическими потерями. К числу основных опасностей относятся:
- пожар после воспламенения утечки углеводородов;
- взрыв после выброса газа, образования и воспламенения взрывоопасного облака;
- разлив углеводородов на поверхность моря или под воду.
Процедуры анализа риска, осуществляемые на этапе проектирования, дают возможность оценить уровень безопасности объектов нефтегазовых месторождений. Результаты анализа риска позволяют планировать и осуществлять организационные и технические меры обеспечения безопасности и снижения возможности возникновения аварийных ситуаций и ущерба от них. Проведем идентификацию опасностей аварий – выявление всех источников опасностей аварий и сценариев их реализаций для морской стационарной ледостойкой платформы на шельфе Охотского моря.
Основными причинами, которые могут возникнуть на рассматриваемой нами платформе и привести к аварийным ситуациям, являются:
- потеря контроля над скважиной;
- утечка углеводородов из экспортных трубопроводов для перекачки многофазной среды, соединенных с ними райзеров;
- утечка на этапе сепарации продукции;
- падение оборудования;
- нарушение целостности конструкции опоры платформы;
- потеря управления морского или воздушного транспортов (столкновение с платформой);
- сбой электроснабжения;
- нарушение процессов эвакуации и спасения экипажа.
Все вышеперечисленные причины могут оказать влияние на всю площадь платформы. Многие из них в разной степени могут привести к таким поражающим факторам, как взрывы неорганизованных облаков топливно-воздушной смеси, образование и горение огневых шаров, горение разливной нефти, образование взрыва и разлет фрагментов технологического оборудования.
Рассмотрим подробно каждую из причин.
Потеря контроля над скважиной
Потеря контроля над скважиной (выброс) может произойти в ходе бурения продуктивного пласта либо в результате происшествий во время производства внутрискважинных работ. Неконтролируемый выброс из пласта также может привести к повреждению кондуктора, устьевого или фонтанного оборудования.
Неконтролируемый выброс углеводородов из пласта может привести к крупному выбросу углеводородов на платформу, который в случае возгорания может стать источником крупного пожара или взрыва (рис. 1). В случае такого выброса может произойти разлив углеводородов на морскую поверхность, который нанесет ущерб окружающей среде
Местом выброса может стать устьевой отсек скважины или буровая площадка. К прочим возможным точкам выброса относятся вибрационные сита, желоба для бурового раствора, а также емкости рабочего бурового раствора. Однако объем выброса в таких точках будет не таким значительным в сравнении с объемом выброса в устьевой отсек скважины или на буровую площадку.
Выбросы можно разделить на невоспламеняющиеся и воспламеняющиеся.
Невоспламеняющиеся выбросы
Газовое облако может сформироваться на платформе (при выбросе газа через колонну бурильных труб в том случае, когда противовыбросовое оборудование не может перекрыть канал или при неисправности райзера). Углеводородный газ, как правило, легче воздуха, поэтому после выброса он будет рассеиваться, поднимаясь вверх. Такой газ является серьезным катализатором парникового эффекта.
Любой выброс пластовых запасов может привести к остановке работ над соответствующей скважиной и снижению объемов добычи до устранения последствий.
Следует учесть, что событие, которым является выброс, определяется как «происшествие, в ходе которого пластовая жидкость выходит за пределы скважины или проникает в межпластовую среду, несмотря на применение всех предусмотренных технических изолирующих устройств или в результате выхода таких устройств из строя». В результате толкования такого определения целый ряд утечек с незначительными последствиями также был отнесен к категории выбросов.
Воспламеняемые выбросы
Возгорание выброса скважинных флюидов может привести к крупному пожару на платформе, в результате чего потребуется провести эвакуацию персонала с платформы.
Можно рассмотреть три основных варианта выбросов и их воздействий:
- Выбросы на буровую площадку. Воздействие таких выбросов на технологический процесс и конструкцию возможно только в случае распространения выброса в определенном направлении (т.е. в направлении горящего факела). Считается, что взрывы на буровой площадке не приводят к крупным повреждениям. Также маловероятно воздействие таких выбросов на райзеры и скважины;
- Выбросы в зоне устья скважины. Такие выбросы могут повлиять на другие скважины, при этом учитывается возможность выхода из строя скважинного клапана-отсекателя и направление распространения воспламененного выброса;
- Выбросы в зону под платформой. Есть вероятность, что выброс в зону, расположенную под платформой (или в море), может привести к размыванию основания гравитационного типа (ОГТ) и его смещению или наклону. Любые такие смещения могут привести к значительному повреждению платформы, однако воздействие, оказываемое таким опасным фактором на персонал, ограничено. Также существует вероятность прохождения углеводородного газа через опоры ОГТ и последующего его выброса, что приводит к серьезному риску.
Таким образом, выбросы в целом в большинстве случаев развиваются по самому неблагоприятному сценарию и сопровождаются большим количеством жертв. Также есть большая вероятность потери продукции или целостности и работоспособности платформы. Есть риск ущерба окружающей среде в результате выброса в море углеводородов, крушения платформы или возникновения пожара на морской поверхности.
Утечка углеводородов из экспортных трубопроводов для перекачки многофазной среды, соединенных с ними райзеров
На платформе жидкие углеводороды разделяются на жирный газ, конденсат и воду, но не проходят полную обработку. Вода проходит очистку и хранится на платформе, тогда как конденсат и жирный газ экспортируются по трубопроводам для перекачки многофазной среды на береговой технологический комплекс. Помимо указанных линий, используется трубопровод для перекачки обедненного моноэтиленгликоля (МЭГ) с берега на платформу. После поступления на платформу МЭГ закачивается в трубопроводы для перекачки многофазной среды в целях обеспечения бесперебойного потока.
Рассматриваемый опасный фактор соответствует риску утечки углеводородов (нефти/конденсата/газа) при их перекачке с платформы с помощью экспортных трубопроводов для перекачки многофазной среды и соединенных с ними райзеров.
В связи с тем, что МЭГ характеризуется низкой воспламеняемостью и способностью растворяться в воде, трубопроводы с МЭГ не являются источником крупных рисков.
Выброс многофазной углеводородной среды может нанести серьезный ущерб окружающей среде и привести к потере продукции вследствие блокировки канала экспорта в период устранения последствий. Повреждение райзера может привести к разрушению конструкции платформы (рис. 2).
Выброс из трубопровода или райзера может привести к образованию облака топливовоздушной смеси и последующему замедленному воспламенению, вспышке облака топливовоздушной смеси с образованием горящего факела или пожару на поверхности моря [7]. Поэтому можно сделать вывод, что зоны вокруг райзера в данном случае являются зоной воздействия. В случае повреждения райзера возможно серьезное повреждение платформы.
При утечке углеводородов в трубопроводах и райзерах тяжесть последствий не носит такой огромный масштаб, как выбросы, но все же имеет значительное влияние. При утечках возможны смертельные случаи, также возможна потеря значительного объема продукции при ремонте или замене оборудования. Ущерб для окружающей среды не такой большой, как при выбросах, однако возможны локальные разливы конденсата и нефти в море. Повышается внимание на местном, государственном и международном уровне, что немного снижает репутацию компании.
Утечка углеводородов на этапе сепарации продукции в пределах платформы
Выброс жидкой среды может стать источником крупного пожара и возможного взрыва на платформе. Конструкция платформы (в том числе технологических систем) предусматривает наличие элементов управления, которые обеспечивают сведение к минимуму риска возникновения пожара и взрыва. Очагом воздействия в такой ситуации станут производственные участки платформы, но также возможно распространение воздействия на остальные участки платформы (рис. 3).
Крупные пожары на производственных участках могут привести к следующим последствиям:
- мгновенная гибель людей на участке, где находится источник пожара;
- какое-то количество людей может погибнуть при покидании зон, охваченных пожаром, хотя таких сценариев развития ситуации, при которых могут оказаться отрезаны все пути эвакуации, не выявлено;
- временное убежище может быть повреждено только в случае неисправности системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и невозможности обнаружить пожар и обеспечить его локализацию в соответствии с намеченным планом. В этом случае при восточном направлении ветра возможно быстрое распространение сильного открытого пожара по территории зоны устья скважины и производственных участков;
- крупные пожары, возникшие на производственных участках, могут повредить спасательные шлюпки, затронуть технологическое оборудование, размещенное в зоне устья скважин или на нижней палубе (из-за дыма, распространяемого в восточном направлении ветра), а также перейти на технологическое оборудование, размещенное на верхней платформе;
- воздействие на пути установки всех эвакуационных рукавов считается вероятным только в случае распространения пожара в зоне устьев скважин в условиях восточного ветра.
Взрывы на производственных участках могут привести к следующим последствиям:
- мгновенная гибель людей на участке возникновения взрыва;
- любой взрыв, мощность которого превышает расчетную нагрузку при аварии, предусмотренную для взрывозащитной стены, может привести к крупному пожару газа или конденсата.
Таким образом, при утечке в технологических установках может возникнуть опасность средней тяжести. Есть вероятность большого количества смертельных случаев, вероятность потерь большого объема продукции при ремонте оборудования или его замене. Может возникнуть ущерб для окружающей среды в результате разлива конденсата и нефти в море.
Падение объектов на буровой
К данному опасному фактору относится любой предмет, размещенный над буровой вышкой, который может упасть в процессе выполнения буровых работ. Существует крайне низкая вероятность того, что крупные происшествия в зоне буровой площадки и объекты, падающие на буровую площадку, станут причиной многочисленных повреждений.
Влияние такого происшествия учтено в доле воздействия (выброса) углеводородов, содержащихся в пласте, и углеводородов в технологической установке, поскольку падающие предметы являются одной из возможных причин утечки углеводородов. В зависимости от степени серьезности повреждений, нанесенных падающими предметами, последствия могут распространяться с различной степенью тяжести (рис. 4).
Таким образом, падение объектов на буровую площадку маловероятно, но может привести к повреждению систем или платформы в целом. При наихудшем стечении обстоятельств события могут привести к последующему возгоранию углеводородов, но риск очень мал.
Нарушение целостности конструкции опоры платформы
Несмотря на то что все разрушения вследствие действия опасных природных факторов могут иметь катастрофический характер, вероятность таких последствий мала, поскольку как ОГТ, так и верхние строения спроектированы с расчетом на эксплуатацию в экстремальных условиях под действием сосредоточенной или распределенной нагрузки. Конструкция ОГТ рассчитана на стабильную эксплуатацию без повреждений на протяжении 100 лет в ледовых условиях, а также 100 лет в условиях воздействия волн с вероятностью возникновения происшествия с катастрофическими последствиями, равной 1/10 000 лет. Конструкция верхних строений рассчитана на стабильную эксплуатацию без повреждений на протяжении 100 лет в штормовых условиях (ветровая нагрузка), а также 100 лет в условиях воздействия волн при сохранении целостности временного убежища. Конструкция верхних строений также предусматривает защиту от неравномерных подвижек грунта, обусловленных ледовыми нагрузками на райзеры или сейсмической активностью, за счет использования опор скользящего типа. Такие динамические конструкции, как факельная установка, обладают повышенной износостойкостью и возможностью динамических перемещений в результате перепада температур и т. д.
Подробно проанализирована сейсмическая активность в шельфовой зоне о. Сахалин, а также возможные последствия такой активности для конструктивных элементов платформы. В результате проведенного анализа было установлено, что при воздействии на платформу землетрясения, которое может повторяться с периодичностью в 300 лет, ущерб для платформы будет незначительным. Также прогнозируется отсутствие происшествий с прогрессирующими разрушениями до возникновения интенсивного землетрясения, которое может произойти только раз в 8000 лет.
Быстрое разрушение конструкции ожидается в случае происшествий, равносильных по интенсивности землетрясениям и характеризующихся периодом повторяемости в 8000 лет, либо в случае более интенсивных происшествий (рис. 5). При таких случаях оценочное количество смертельных исходов равно 70 %.
После землетрясения, характеризующегося периодом повторяемости в 8000 лет, разрушение может произойти очень быстро, поэтому выживший персонал должен быть немедленно эвакуирован сразу же после первого удара. Однако при такой интенсивности происшествия и степени повреждений средства эвакуации, скорее всего, будут непригодны к эксплуатации. Весь выживший персонал в этом случае должен осуществить эвакуацию прямо в море.
Поскольку конструкция платформы предусматривает наличие достаточного количества резервных элементов, то в большинстве случаев при разрушении конструкции происходит перераспределение нагрузки и перекос платформы, но при этом платформа остается в работоспособном состоянии и практически в вертикальном положении. Однако в том случае, если нагрузка превышает предусмотренные проектные критерии, конструкция может быть подвержена значительным повреждениям. Анализ случаев повреждения небольшого числа зафиксированных платформ подтверждает возможность очень быстрого разрушения конструкции, в результате чего для осуществления эвакуации остается очень мало времени. Однако такое повреждение возможно только в самых экстремальных погодных условиях (например, в случае урагана), когда сила воздействия становится нестандартной для условий Охотского моря.
Таким образом, данный вариант событий маловероятен, но возможен в очень экстремальных условиях. Если происшествие пойдет по худшему сценарию, то из-за сильного повреждения систем, содержащих углеводороды, может произойти возгорание углеводородов. Возможны большие людские потери, потери значительного объема продукции и серьезное повреждение платформы.
Потеря управления морского или воздушного транспортов (столкновение с платформой)
Вертолет Ми-8 используется для транспортировки пассажиров между наземной вертолетной базой и платформой. Падение вертолета может привести к травмам членов экипажа и пассажиров, а также их гибели в случае повреждения вертолета или какой-либо его части (рис. 6). Возможны многочисленные жертвы.
Распространение последствий авиакрушения может быть результатом пожаров, в том числе из-за пожаров проливов топлива из вертолета, либо разливов углеводородов из-за повреждения систем, содержащих углеводороды, в случае падения вертолета на производственный участок.
Также в рамках анализа опасного фактора рассматривается возможность повреждения платформы крупногабаритным судном, когда оно плывет в заданном направлении либо дрейфует без управления. В зоне месторождения крупных маршрутов плавания морских судов не проложено, поэтому основную угрозу для платформы представляют суда, которые выполняют операции, связанные с обслуживанием платформы.
Опасность заключается в столкновении судов с опорами ОГТ, в результате чего возможно повреждение указанных опор, а также в столкновении судов с платформой, вследствие чего на верхние строения действует сильная вибрация, которая, в свою очередь, может привести к утечкам или повреждению конструкции (рис. 7).
Изначально очень сильный удар способен привести к прогрессирующему разрушению платформы, которое может продолжаться в течение нескольких часов.
Таким образом, крушение авиа- и водного транспорта возможно только при худших сценариях. В таком случае возможны большие человеческие жертвы, серьезное или полное повреждение платформы. При серьезных крушениях возможны утечка топлива и углеводорода, что может привести к возгоранию. Вероятность для обоих видов транспорта находится приблизительно на одном уровне.
Сбой электроснабжения
Электропитание на платформу подается с берегового технологического комплекса. На случай перебоев в подаче электроэнергии на платформе предусмотрено включение резервного генератора ограниченной мощности.
Резервный генератор, размещенный на платформе, не может обеспечить ее теплоснабжение. Перебой в теплоснабжении из-за сбоя в подаче электроэнергии приводит к тому, что платформа очень быстро становится непригодной для проживания, если подачу питания невозможно оперативно восстановить, в этом случае требуется частичная или полная эвакуация персонала.
Таким образом, сбой электроснабжения может быть опасен в зимнее время года для здоровья персонала и также может стать вероятностью повреждения оборудования. Аварийный останов не сопровождается крупными рисками, но при повторном запуске систем после их полного охлаждения есть вероятность в потребности ремонтных работ. Также могут образоваться трещины или разгерметизация, что может привести к утечке углеводородов (рис. 8). Во избежание травм во время перебоев в электроснабжении в зимнее время желательно эвакуировать персонал.
Нарушение процессов эвакуации и спасения экипажа
После любого крупного происшествия может потребоваться эвакуация персонала, возможно, в опасных условиях. Такой опасный фактор обуславливает риск гибели людей в процессе эвакуации.
Люди могут погибнуть в результате проникновения дыма или газа в пункт сбора, отказа оборудования запуска спасательной шлюпки или повреждения эвакуационного рукава (рис. 9). При повреждении указанного оборудования или путей эвакуации, в результате чего персонал вынужден использовать спасательные плоты или эвакуироваться непосредственно в море, могут быть жертвы, если не приняты необходимые меры для защиты людей от переохлаждения.
Таким образом, при нарушении эвакуации возможна гибель большого количества людей в результате отправления дымом и газом, либо вследствие утопления или переохлаждения в воде. Нарушение норм спасения эвакуации также несет репутационные риски.
Выводы
Подводя итоги анализа причин возможных аварий на платформе, установлено, что наиболее опасными сценариями для платформы относительно пожаро- и взрывоопасности являются потеря контроля над скважиной, утечки углеводородов из экспортных трубопроводов и утечки на этапе сепарации. Падение оборудования или же столкновение платформы с морским или авиатранспортом тоже может привести к пожару или же взрыву на объекте, но, как показывает мировая практика, такие события происходят крайне редко. Остальные сценарии, рассмотренные выше, хоть и опасны для целостности оборудования, платформы и жизни персонала, но в плане пожаро- и взрывоопасности они имеют очень малое влияние.
Литература
1. ГОСТ Р 54141-2010 Менеджмент рисков. Руководство по применению организационных мер безопасности и оценки рисков. – М.: Стандартинформ, 2012.
2. ГОСТ Р 54594-2011 Платформы морские. Правила обитаемости. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2012.
3. ГОСТ Р 58771-2019 Менеджмент риска. Технологии оценки риска. – М.: Стандартинформ, 2020.
4. Приказ Ростехнадзора от 03.11.2022 № 387 «Об утверждении Руководства по безопасности «Методические основы анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах».
5. Приказ Ростехнадзора от 10.02.2023 № 51 «Об утверждении Руководства по безопасности «Методика анализа риска аварий на опасных производственных объектах морского нефтегазового комплекса».
6. НД 2-090601-011. Правила по нефтегазовому оборудованию морских плавучих нефтегазовых комплексов, плавучих буровых установок и морских стационарных платформ. – СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2023. – 266 с.
7. Сторожева А.Е. Надежность и риски подводного многофазного трубопровода / А.Е. Сторожева, М.Е. Сторожева // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2021. – № 11 (119). – С. 76–81.
