李海榮（中國石油中東公司）

對處于開發(fā)中后期的油田，地面設(shè)施事故成為導(dǎo)致油田非計(jì)劃停產(chǎn)的主要原因，圍繞事故發(fā)生原因進(jìn)行分析并提出解決方案，是各相關(guān)部門的日常工作重心。隨著油田數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，大量的相關(guān)數(shù)據(jù)如流量，壓力等都錄入系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)提供了事故分析的第一手資料?？梢缘玫绞鹿拾l(fā)生的時(shí)間，報(bào)警參數(shù)以及產(chǎn)量損失等數(shù)據(jù)。但是面對海量的數(shù)據(jù)來源，必須通過大數(shù)據(jù)抽取及預(yù)處理和分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏的價(jià)值，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化和可用化，用數(shù)據(jù)分析后的成果來指導(dǎo)各部門的工作以及預(yù)算的調(diào)配[1]，保證安全生產(chǎn)。

1 現(xiàn)狀

伊拉克某油田已經(jīng)開發(fā)40年，總產(chǎn)量規(guī)模為6 000×104t/a。生產(chǎn)井主要采用自噴和電潛泵兩種采油方式，單井平均日產(chǎn)油500 t，綜合含水25%。油田分為南北兩個(gè)區(qū)塊，共有14座集中處理站，包括41個(gè)原油處理列，主要功能是進(jìn)行油氣水分離、脫水、脫鹽處理，達(dá)標(biāo)原油外輸?shù)取２缓吞幚碇饕捎?級油氣分離。含水原油處理采用3級油氣分離，2級脫水脫鹽工藝。

站外油氣集輸系統(tǒng)采用單井直接進(jìn)集中處理站生產(chǎn)管匯，或者先進(jìn)入站外集油管匯，再通過集油干線進(jìn)入站內(nèi)生產(chǎn)管匯的方式。油田站外老管線為埋地敷設(shè)或地表敷設(shè)兩種方式，新建單井輸油管線采用地上管墩低架敷設(shè)。

針對這種情況，生產(chǎn)維護(hù)部組織對設(shè)備進(jìn)行腐蝕檢測并提出了維修計(jì)劃，但是對于總長度約1 500 km的站外系統(tǒng)管線以及站內(nèi)管線，由于數(shù)量多，工作量大，部分管線為埋地敷設(shè)，全面檢測的難度很大。

2 油田事故/生產(chǎn)損失數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

為了監(jiān)測生產(chǎn)情況以及進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，提高對風(fēng)險(xiǎn)的分析和應(yīng)對能力，油田建立了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的完善，大量的溫度，壓力，流量，液位，電流和電壓數(shù)據(jù)得以記錄和存儲，這些數(shù)據(jù)從各個(gè)地點(diǎn)錄入油田事故統(tǒng)計(jì)表并且為事故分析提供依據(jù)。事故損失統(tǒng)計(jì)構(gòu)架見表1、并對事故根本原因進(jìn)行分類見表2，設(shè)施事故分類見表3。

油田事故分級除了按油區(qū)分為南北兩大部分外，第2級停產(chǎn)損失主要分為計(jì)劃停產(chǎn)和非計(jì)劃停產(chǎn)兩種[2]。計(jì)劃損失可以通過停產(chǎn)計(jì)劃和現(xiàn)有生產(chǎn)情況來確定，并在年初生產(chǎn)計(jì)劃中給予估算，但非計(jì)劃損失帶來的產(chǎn)量減少很難進(jìn)行估算，大的事故往往造成安全環(huán)保和其它方面的連帶風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)，油田2019年共記錄了58 664次事故事件，損失量為1 156×104t，非計(jì)劃停產(chǎn)損失占86.9%。

表1 事故損失統(tǒng)計(jì)構(gòu)架

表2 事故根本原因分類

表3 設(shè)施事故分類

建立事故統(tǒng)計(jì)構(gòu)架的目的是便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類，分部門，分層次進(jìn)行結(jié)構(gòu)化統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)的聚類分析[3]，從而便于進(jìn)行篩選得到不同層級的分析結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行了2020年事故統(tǒng)計(jì)見表4，其中6項(xiàng)分級主要是為了便于進(jìn)行分類和檢索。

從油田事故統(tǒng)計(jì)的事件原因來看，電潛泵、油井、限產(chǎn)和油藏事故原因相對固定而且簡單，地面設(shè)施的事故原因復(fù)雜，涵蓋面廣，需要的維護(hù)工作量大，而且容易產(chǎn)生連帶安全事故，是非計(jì)劃損失的主要原因，因此進(jìn)行油田地面設(shè)施的非計(jì)劃損失分析具有重要的意義。

3 油田地面設(shè)施非計(jì)劃損失大數(shù)據(jù)分析

非計(jì)劃損失大數(shù)據(jù)分析包括原始數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)抽取，經(jīng)過專業(yè)人員處理的數(shù)據(jù)以及最終形成的分析成果[4]。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中剔除偶然性數(shù)據(jù)從而確定高事故損失原因和集中處理站，然后鎖定高事故站進(jìn)行連續(xù)4年事故趨勢分析，對各站主要事故原因進(jìn)行分析并提出解決方案。

3.1 大數(shù)據(jù)抽取及預(yù)處理

根據(jù)油田事故損失統(tǒng)計(jì)構(gòu)架，非計(jì)劃損失數(shù)據(jù)抽取順序?yàn)椋河蛥^(qū)（第1級）、實(shí)際非計(jì)劃（第2級）、設(shè)施（第3級）、非計(jì)劃關(guān)停（第4級）、短期（第5級）、地面管線或設(shè)施損壞（第6級）。

棉花(Gossypium hirsutum L.)是新疆農(nóng)業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)作物和特色資源。轉(zhuǎn)Bt棉產(chǎn)生的Cry1Ac殺蟲蛋白可降低棉鈴蟲等害蟲的為害程度，減輕農(nóng)藥對環(huán)境的污染。因其優(yōu)勢,轉(zhuǎn)Bt基因棉種植面積日趨擴(kuò)大[1]。但Cry1Ac殺蟲蛋白可經(jīng)轉(zhuǎn)Cry1Ac基因作物根系分泌物或作物殘留等形式進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，殘留于土壤而影響土壤微生物類群和多樣性[2]。Cry1Ac蛋白與土壤顆粒緊密結(jié)合不易降解[3]。轉(zhuǎn)Bt基因棉粉碎葉還土能促使土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量顯著增加[4]。Cry1Ac殺蟲蛋白對土壤生態(tài)環(huán)境的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)也受到關(guān)注。

由于原始統(tǒng)計(jì)事件和事故原因描述不完全準(zhǔn)確，因此，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理階段，對于抽取的數(shù)據(jù)需要逐項(xiàng)將事件原因再次確認(rèn)并進(jìn)行整理歸類，目的是為了保留有效數(shù)據(jù)，將事故原因具體化，便于進(jìn)一步的分析，最終確認(rèn)事故原因和事故主導(dǎo)站。

表4 2020年事故統(tǒng)計(jì)

首先，根據(jù)事件的性質(zhì)，從根本原因第3類設(shè)施事故的12種事故原因中，剔除常規(guī)維修項(xiàng)如閥門泄漏，設(shè)施優(yōu)化，裝置其它原因，其它（疫情影響），以及盜竊等，保留7個(gè)事故根本原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括設(shè)施泄漏，管線泄漏，緊急切斷閥，回壓影響，設(shè)施完整性，設(shè)施優(yōu)化，工藝波動(dòng)。剔除發(fā)生數(shù)量較少的偶發(fā)事故，如發(fā)電機(jī)事故等，然后將事故原因進(jìn)行歸類合并。例如，由于液位波動(dòng)導(dǎo)致緊急切斷閥關(guān)閉，單井停產(chǎn)，根本原因均為工藝波動(dòng)。另外，需要甄別事故主導(dǎo)站。由于A站的設(shè)備泄漏，將其原油產(chǎn)量通過連通線倒入B站一部分，由此導(dǎo)致B站的工藝波動(dòng)進(jìn)而緊急切斷閥關(guān)閉，事件原因均應(yīng)該歸為A站設(shè)施泄漏。

從2016—2019年，將連續(xù)4年的大數(shù)據(jù)預(yù)處理后最終保留的有效數(shù)據(jù)量為，2016年非計(jì)劃損失統(tǒng)計(jì)事故總量為374條，損失量27×104t；2017年810條，損失43×104t；2018年1 171條，33×104t；2019年2 156條，104×104t。

按照原油損失累加量，將2016—2019年共4年的事故原因按比例統(tǒng)計(jì)見圖1，篩選出發(fā)生概率高，損失量大的4種事故為：單井管線泄漏，原油出分離器進(jìn)罐管線泄漏，進(jìn)站緊急切斷閥事故，天然氣火炬管線泄漏。按事故損失比例排序見圖2，其中損失量最大的4座集中處理站為，北4站，南2站，南4站，北5站。對這4座處理站統(tǒng)計(jì)主要事故原因，連續(xù)4年事故總趨勢見圖3。

圖1 事故原因比例

從圖3中可以看出，2019年僅這4項(xiàng)事故總量暴增到94×104t，主要原因是單井管線和分離器埋地出油管線泄漏量都比前3年有大幅度增加。這4類事故損失量總和在2019年比2018年增加了1倍多。

圖2 事故損失比例

圖3 連續(xù)4年事故總趨勢

3.2 分析技術(shù)

針對大數(shù)據(jù)預(yù)處理中篩選出的4個(gè)主要事故原因，對4座主要事故站做進(jìn)一步分析。南4站年事故總量最高，總損失量達(dá)到35×104t，2個(gè)主要事故原因?yàn)閱尉芫€泄漏和原油管線泄漏。北5站單井管線泄漏量最大，為20×104t；北4站單井管線泄漏，火炬氣管線泄漏和緊急切斷閥事故損失量都很高。北1站和南4站分離器埋地出油管線泄露嚴(yán)重，損失量均為14×104t。

對4座事故量最高的站連續(xù)4年的事故損失趨勢進(jìn)行研究，以得到事故持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重程度，以及生產(chǎn)維護(hù)部門是否及時(shí)解決了問題，生成各站4年事故損失趨勢圖見圖4。

從圖4中可以看出，2016年北區(qū)2座站事故量超過南區(qū)，2017年南區(qū)2座站事故量增長而北區(qū)下降。2018年北區(qū)2座站事故損失量也開始增長，到了2019年這4座站各站事故損失量均暴增。從2016—2019年共4年的時(shí)間，事故增長幅度最高的是南2站（增長18×104t），其次是南4站（6.7倍）和北4站（5.5倍）。

圖4 各站4年事故損失趨勢

將與腐蝕相關(guān)的站外管線和分離器埋地出油管線泄漏損失量合并為腐蝕問題。緊急切斷閥和火炬匯管事故與壓力液位波動(dòng)，氣液分離不完全有直接關(guān)系，因此合并為操作穩(wěn)定性相關(guān)問題。分別統(tǒng)計(jì)4座集中處理站腐蝕問題和操作穩(wěn)定性問題的損失量，各站4年總事故損失分類累加見圖5。

從圖5中得出，各站與內(nèi)外腐蝕有關(guān)的事故為主要事故，4年間這4座站與腐蝕相關(guān)的損失總量達(dá)到100×104t，尤其是南4站和北5站事故增長主要為腐蝕類[5]。因此，站內(nèi)和站外管線的腐蝕問題為需要解決的主要風(fēng)險(xiǎn)問題。操作不穩(wěn)定問題北4站最嚴(yán)重，其次為南4站和南2站。

圖5 各站4年總事故損失分類累加

3.3 各站事故原因分析及建議

對最高事故損失量的4座脫氣站分析連續(xù)4年的事故損失趨勢見圖6，找出持續(xù)增長的主要事故原因。

北5站從2016—2018年單井管線泄漏量持續(xù)降低，2019年突然暴漲。目前進(jìn)站原油綜合含水16%～21%，地下水位較高，外腐蝕速率為0.5 mm/a，而且已經(jīng)發(fā)展到比較嚴(yán)重的程度。分離器埋地管線事故2018年局部更換泄漏埋地管線后，2019年事故量明顯降低。

北4站2019年突發(fā)天然氣火炬管線泄漏事故，泄漏點(diǎn)為第4級天然氣去火炬匯管，事故導(dǎo)致全站關(guān)停，共造成約11×104t的產(chǎn)量損失。緊急切斷閥事故也大幅度增加。站外單井管線泄漏程度沒有明顯降低，比2018年略有增加。

圖6 高事故量處理站事故損失趨勢

南2站2019年除了火炬匯管沒有發(fā)生事故，站外管線，分離器埋地出油管線，緊急切斷閥均爆發(fā)事故。原油進(jìn)站綜合含水15%～26%，外腐蝕較為嚴(yán)重，為0.3 mm/a。其中第4級分離器去罐區(qū)油管線多次泄漏，均進(jìn)行了臨時(shí)維修，整體為內(nèi)加外腐蝕綜合作用的結(jié)果。

南4站2019年站外單井管線泄漏比2018年有所降低，但仍然有泄漏。該站進(jìn)站原油綜合含水45%且有外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)（0.3 mm/a），因此為內(nèi)和外腐蝕綜合作用的結(jié)果。2017年發(fā)生火炬匯管泄漏事故后更換了60 m火炬管線，2018到2019年同類事故持續(xù)下降[6]。2019年分離器埋地出油管線泄漏，導(dǎo)致9 t的產(chǎn)量損失。由于2019年南4站4種高發(fā)事故均有發(fā)生，因此綜合風(fēng)險(xiǎn)最高。

根據(jù)事故原因統(tǒng)計(jì)分析，建議如下：

1）緊急切斷閥故障關(guān)斷。緊急切斷閥與各級分離器，電脫水器，電脫鹽器的高壓力以及儀表風(fēng)低壓力關(guān)聯(lián)[7]。出現(xiàn)事故的原因?yàn)楣芫W(wǎng)壓力系統(tǒng)或者儀表控制柜出現(xiàn)問題。建議采取的措施為，除了按期進(jìn)行緊急切斷閥功能測試，生產(chǎn)操作人員應(yīng)在冬季每周檢查儀表風(fēng)系統(tǒng)壓力并排液，防止儀表風(fēng)壓力過低出現(xiàn)供風(fēng)故障，造成低壓力關(guān)斷。夏季高溫期間根據(jù)液位和壓力波動(dòng)情況適當(dāng)減少進(jìn)站液量，保證分離器壓力和液位的穩(wěn)定性。

2）天然氣火炬管線泄漏。天然氣管線泄漏是由于天然氣及其凝液和水共存的多相流導(dǎo)致的內(nèi)腐蝕（二氧化碳和硫化氫酸腐蝕）[8]，由于火炬匯管的在整個(gè)集中處理站中的功能非常關(guān)鍵，需要安裝就地可燃?xì)怏w探頭，持續(xù)監(jiān)測泄漏情況并考慮建設(shè)簡易備用火炬及火炬干線，防止匯管泄漏后全廠關(guān)斷。對于泄漏超過2次以上的天然氣匯管，應(yīng)考慮提前建設(shè)備用復(fù)線。另外，現(xiàn)場操作人員應(yīng)加強(qiáng)天然氣管線排液及清管，防止管底積液腐蝕。

3）站外單井管線泄漏。站外單井管線泄漏為各站主要事故，尤其是北5站和南2站，由于處于外腐蝕高發(fā)區(qū)，管線泄漏損失量很大[9]。應(yīng)盡快將埋地管線改造為地面低架敷設(shè)，或?qū)⒌乇矸笤O(shè)管線抬高并增加支撐。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中管線泄漏的嚴(yán)重程度，單井管線改造重點(diǎn)為北5站，南2站和南4站。

4）分離器埋地出油管線泄漏。第4級分離器油管線出分離器后埋地敷設(shè)，穿路后連接到各個(gè)儲罐。管線泄漏主要為土壤外腐蝕以及管底積水導(dǎo)致的內(nèi)腐蝕，應(yīng)盡快將埋地管線改為地上敷設(shè)，有必要統(tǒng)一規(guī)劃，在站內(nèi)建立多層跨路管架，為埋地管線及電纜改造創(chuàng)造條件。

4 結(jié)論

油田事故損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量大，類型多，數(shù)據(jù)重復(fù)及相互關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，因此，通過大數(shù)據(jù)分析流程[10]，建立合理的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)構(gòu)架，滿足各個(gè)部門各個(gè)層次的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析需求，對于準(zhǔn)確的分析結(jié)果非常關(guān)鍵。通過大數(shù)據(jù)分析，將所有的事故記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類和數(shù)據(jù)挖掘，找到產(chǎn)量損失的主要短板，對各站主要事故原因提出針對性解決方案，確定維修和升級改造的的重點(diǎn)，作為項(xiàng)目和投資方向決策的依據(jù)，從而有效的減少產(chǎn)量損失以及降低風(fēng)險(xiǎn)。除了作為指導(dǎo)項(xiàng)目，生產(chǎn)，維護(hù)及計(jì)劃的重要工具，非計(jì)劃損失數(shù)據(jù)的分析過程深入挖掘了影響生產(chǎn)的主要事故原因，可以指導(dǎo)生產(chǎn)操作人員降低計(jì)劃外生產(chǎn)事故率，保證生產(chǎn)產(chǎn)量，提高油田風(fēng)險(xiǎn)完整性管理水平，從而實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全生產(chǎn)。