Введение к работе
Актуальность темы исследования. Статистика объектов нефтегазодобычи показывает, что основными видами происходящих ежегодно аварий являются газонефтяные выбросы и фонтаны, взрывы и пожары - 57% от общего количества инцидентов. Открытые газовые и нефтяные фонтаны, возникающие при бурении скважин, представляют собой наиболее сложные аварии в нефтегазовой промышленности. Их появление не только нарушает процесс строительства скважины, но и приводит к значительному экономическому и экологическому ущербу.
Ярким примером последствий открытого фонтанирования служит взрыв платформы Deepwater Horizon в 2010 году у побережья США, переросший в техногенную катастрофу регионального масштаба. Согласно отчету компании-оператора BP убытки составили около 100 млрд. долл. США и продолжают возрастать. Расследование причин показало, что одной из них являлся отказ противовыбросового оборудования. В свою очередь, согласно статистике Ростехнадзора в России за последние 10 лет зарегистрировано 57 открытых фонтанов.
В случае рассмотрения противовыбросового оборудования (ОП), как сложной технической системы, можно утверждать, что его качество во многом определяется надежностью, в особенности безотказностью и долговечностью, так как эти показатели обуславливают безаварийное бурение скважин на сухопутных и морских нефтегазовых месторождениях.
Надежность противовыбросового оборудования, предназначенного для герметизации устья скважины, определяется в процессе установления требований к оборудованию (на этапе стандартизации), его конструирования, изготовления и эксплуатации. Важность каждой из перечисленных стадий жизненного цикла противовыбросового оборудования трудно переоценить, равно, как и представляется сложным выделить приоритетность какого-либо этапа по сравнению с другими.
Вопрос управления качеством противовыбросового оборудования в научных исследованиях практически не затронут в сфере стандартизации, а также недостаточно раскрыт в области проектирования и производства ОП. Кроме того, в существующих научных работах не представлены подходы к улучшению качества ОП в контексте оценки рисков при его эксплуатации.
Недостаточная степень научной проработки проблемы, ее высокое практическое значение для повышения конкурентоспособности отечественного противовыбросового оборудования и актуальность в условиях вступления в ВТО обусловили выбор темы диссертационного исследования и определили его цель.
Целями работы являются определение уровня риска отказа противовыбросового оборудования, приводящего к фонтану, сопоставление международной, межгосударственной и национальной нормативной документации для создания обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование, рассмотрение особенностей проектирования ОП в части требований к резервированию и совершенствование FMEA-анализа производства противовыбросового оборудования.
Для достижения поставленных целей определены следующие задачи исследования:
-
На базе кластерного анализа разработка методики создания обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование, гармонизированного с международными подходами и учитывающего требования региональной, национальной и отраслевой отечественной и зарубежной нормативной документации.
-
Исследование и сравнительный анализ международной, региональной и национальной нормативной документации на противовыбросовое оборудование, основанное на предложенной методике, разработка проекта обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование.
-
Исследование влияния требований стандартов различных систем на уровни рисков отказов противовыбросового оборудования.
-
Проведение сравнительного анализа требований российской, американской и норвежской нормативной документации к управлению качеством противовыбросового оборудования на этапе проектирования (на примере резервирования превенторного блока).
-
Разработка методики управления качеством противовыбросового оборудования на технологическом этапе на примере уплотнительного узла кольцевого превентора.
Объектом исследования являются методики управления качеством продукции на различных этапах жизненного цикла.
Предметом исследования является система управления качеством нефтегазового оборудования на примере противовыбросового оборудования.
Научная новизна настоящего исследования:
- впервые предложена формализация и разработана методика создания проекта обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование, учитывающего на базе кластерного анализа требования международной, региональной, национальной и отраслевой отечественной и зарубежной стандартизации, для чего предложена схема упорядочения кластерного множества на субкластерные блоки, что существенно упрощает процесс формирования нормативного документа,
- впервые установлена зависимость уровней рисков отказов противовыбросового оборудования от требований нормативной документации различных систем стандартизации,
- разработан алгоритм управления качеством противовыбросового оборудования на технологическом этапе, заключающийся в использовании цикла DMAIC концепции «Шесть сигм» и совершенствовании метода FMEA, предполагающего проведение анализа производственного процесса по функционально-технологическому признаку и определение потенциальных дефектов элементов ОП, причин их возникновения и последствий при испытаниях и эксплуатации.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты настоящего исследования способствует развитию теории управления качеством оборудования на различных этапах жизненного цикла продукции.
Разработанная система управления качеством противовыбросового оборудования нашла непосредственное практическое воплощение в нормативных документах различных уровней, сформированных при нашем участии:
- национальный стандарт ГОСТ Р ИСО 13533 «Нефтяная и газовая промышленность. Оборудование буровое и эксплуатационное. Оборудование со стволовым проходом»,
- рекомендации в проекте «Правил безопасности при освоении морских опасных нефтегазовых объектов,
- технические условия производства уплотнительных элементов превентора в условиях единичного и мелкосерийного выпуска.
Методология и методы исследования.
Научная методология настоящей работы основывается на системном подходе к изучаемой проблеме и комплексном рассмотрении различных методик и методов управления качеством с учетом возможности их применимости для противовыбросового оборудования. Методологической базой послужили труды отечественных и зарубежных ученых по вопросам проектирования, изготовления и эксплуатации противовыбросового оборудования.
Научные методы, применяемые в настоящей работе, включают кластерный анализ, в том числе метод парных сравнений и разработанный нами субкластерный подход к формированию нормативной документации различных систем (международных, международно признанных региональных, национальных и др.), метод функционального моделирования IDEF0, метод анализ рисков, FMEA-анализ, концепцию «Шесть сигм» и цикл DMAIC.
Исследование проводилось на основе действующей законодательной и нормативной базы Российской Федерации, технических регламентов Таможенного союза, межгосударственных документов стран СНГ, а также зарубежной и международной нормативной документации.
Положения, выносимые на защиту:
-
методика проведения кластерного анализа (включая субкластерный подход) международной, региональной, национальной и отраслевой документации и формирование на его основе рекомендаций по созданию обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование,
-
метод сравнительного анализа различных документов на базе оценивания научно-технического уровня их требований в рамках разработки обновленного стандарта на противовыбросовое оборудование,
-
метод сопоставительной оценки документов различных систем стандартизации по критерию уровня эксплуатационных рисков противовыбросового оборудования,
-
методика определения влияния степени резервирования превенторного блока на эффективность управления качеством противовыбросового оборудования,
-
алгоритм проведения цикла DMAIC концепции «Шесть сигм» в рамках системы управления качеством противовыбросового оборудования на этапе его производства,
-
методика совершенствования FMEA-анализа в рамках системы управления качеством противовыбросового оборудования на технологическом этапе, основанного на предложенном нами функционально-технологическом подходе,
-
метод оценивания влияния технологических параметров производства противовыбросового оборудования на эксплуатационные риски ОП.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность научных результатов и выводов настоящей работы подтверждается результатами анализа значительного по своему объему информационного массива зарубежных и отечественных нормативных документов, научно-технических отчетов российского и иностранного происхождения, периодической литературы в сопоставлении с данными собственных экспериментальных и аналитических исследований и расчетов.
Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и получили положительную оценку на пяти всероссийских и международных научно-технических конференциях. В их числе Девятая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2011), IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2012), Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ» (Москва, 2009, 2012-2013 гг.). Подходы, полученные в настоящей работе, были применены при подготовке проекта национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 13533 «Нефтяная и газовая промышленность. Оборудование буровое и эксплуатационное. Оборудование со стволовым проходом. Общие технические требования», соавтором которого мы являемся.
Публикации. Основные результаты работы представлены в одиннадцати научных публикациях в различных сборниках научных трудов и периодических изданиях, в том числе в семи статьях в специализированных журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из двух томов, включающих введение, четыре главы, общие выводы по работе, список сокращений и условных обозначений, словарь терминов, список литературы, представленного 186 источниками (все – 1 том диссертации), а также 15 приложений (2 том диссертации). Общий объем работы составляет 448 страниц (1 том – 148 с., 2 том – 300 с.), 82 рисунка (1 том – 27 рис., 2 том – 55 рис.) и 42 таблицы (1 том – 18 табл., 2 том – 24 табл.).
