Scientific Review. Technical sciencescience-review.ru
Scientific journal

Scientific Review. Technical science

ISSN 2500-0799

REVIEW OF RESEARCH ON THE PROBLEM OF ASSESSING PRODUCTION AND TECHNOLOGICAL RISKS OF AN OIL FIELD

Belousov A.S.1,Astapov V.N.1,Melnikova D.A.1
1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Samara State Technical University

Введение

Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений сопряжены с множеством технологических угроз: от отказов оборудования до ошибок персонала, каждая из которых потенциально способна затронуть людей, промысловые объекты, окружающую среду и экономику проекта. Рост инвестиций в отрасль, усложнение технологических схем и ужесточение регуляторных требований делают системное управление рисками всё более насущной практической задачей. Далее под производственно-технологическим риском понимается вероятность нежелательного события – отказа оборудования, отклонения от заданных параметров процесса или ошибки персонала, – рассматриваемая совместно с тяжестью его возможных последствий [1; 2].

В России нормативную базу для оценки риска на опасных производственных объектах (ОПО) задают Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1] и методические указания Ростехнадзора по анализу риска – РД 03-418-01 [2]. Формально этот документ утратил статус нормативного, но на практике продолжает применяться как рекомендательное руководство и сохраняет свою методическую ценность. К этому добавляется набор действующих ГОСТов: Р ИСО 17776-2012 «Нефтяная и газовая промышленность. Морские добычные установки. Способы и методы идентификации опасностей и оценки риска. Основные положения» [3], Р ИСО 31000-2019 «Менеджмент риска. Принципы и руководство» [4], Р МЭК 61511-1-2018 «Безопасность функциональная. Системы безопасности приборные для промышленных процессов» [5] и Р МЭК 60812-2022 «Анализ видов и последствий отказов (FMEA и FMECA)» [6], а также прочие документы Ростехнадзора, регламентирующие промышленную безопасность [1; 2].

Цель работы – проанализировать современные исследования и нормативные документы, посвящённые методам оценки производственно-технологических рисков при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений. Для этого решается несколько задач: систематизировать концептуальные основы риск-менеджмента в нефтегазовой отрасли, разобрать существующие подходы к классификации производственно-технологических рисков, охарактеризовать качественные и количественные методы их оценки, а также рассмотреть предиктивную аналитику, цифровые двойники и программные средства автоматизации риск-анализа применительно к объектам нефтедобычи.

Материалы и методы исследования

Работа построена как аналитический обзор литературы. Источники отбирались по базам eLIBRARY.RU, Scopus, Web of Science и Google Scholar по запросам на русском и английском языках, включавшим термины «нефтяное месторождение», «производственно-технологический риск», «промышленная безопасность», «RBI», «HAZOP», «FTA», «цифровой двойник», «предиктивное обслуживание», а также их англоязычные эквиваленты: oilfield risk assessment, process safety, asset integrity, digital twin oil and gas. Хронологические рамки отбора – 2003–2026 годы. В обзор включались публикации, соответствующие тематике оценки рисков на объектах нефтегазодобычи и прошедшие рецензирование (для статей) либо имеющие официальный статус (для нормативных документов); всего был отобран 21 источник.

Методически исследование опирается на системный анализ отобранных источников, вероятностно-статистический аппарат для описания неопределённости, сопоставление качественных и количественных методов оценки риска, а также на типологизацию рисков нефтяного месторождения сразу по нескольким признакам: источнику угрозы, стадии жизненного цикла, физической природе воздействия, масштабу последствий и степени управляемости. Отдельно обобщены сведения о программных средствах автоматизации риск-анализа. Риск здесь понимается традиционно – как произведение вероятности нежелательного события на величину его последствий для людей, окружающей среды, оборудования и финансовых показателей проекта [4; 7].

Результаты исследования и их обсуждение

1. Теоретические основы и классификация рисков нефтяного месторождения

Сегодня риск-менеджмент – обязательный элемент технического и производственного управления месторождением на всех этапах его жизни, от геологоразведки до ликвидации и рекультивации. В основе управления рисками при разработке залежей лежат системно-процессный анализ, вероятностно-статистические методы описания неопределённости и принципы промышленной и экологической безопасности [7]. На практике риск инженеры выражают двояко: либо через математическое ожидание потерь, либо через безразмерные матрицы «вероятность – последствие» с заданными порогами приемлемости и критичности [8].

Риски в нефтегазовой сфере принято разделять по нескольким основаниям. По масштабу охвата – на индивидуальные (затрагивающие конкретного работника или единицу оборудования) и социальные (затрагивающие группу людей, населённый пункт, экосистему). По предметной области – на производственно-технологические, геологические, экономические, экологические и организационно-управленческие [9]. Применительно к месторождению производственно-технологический риск – это вероятность отказа оборудования, отклонения параметров процесса или управленческой ошибки, следствием которых являются остановка добычи, снижение качества продукции, авария или инцидент, связанный с безопасностью. Исследования в области asset integrity management показывают, что именно на эту группу рисков приходится значимая доля нештатных ситуаций при эксплуатации скважин и установок подготовки нефти [10].

Оценка производственно-технологических рисков опирается на пять взаимодополняющих теоретических блоков.

Первый блок – теория надёжности технических систем: она описывает, как со временем деградирует и отказывает промысловое оборудование, и оперирует такими показателями, как интенсивность отказов, наработка на отказ, ремонтопригодность и коэффициент готовности; на уровне объекта в целом применяются модели последовательных, параллельных и смешанных структур, а также блок-схемы надёжности [11]. Второй блок – инженерия промышленной безопасности, оперирующая понятиями опасности, угрозы, уязвимости и защитного барьера; здесь центральную роль играют процедуры HAZID, HAZOP и FMEA/FMECA, закреплённые в ГОСТ Р МЭК 60812-2022 [6]. Третий блок – вероятностный риск-анализ: деревья отказов (FTA) и событий (ETA), марковские модели состояний, имитационное моделирование по методу Монте-Карло, сценарный анализ и анализ чувствительности [11]. Четвёртый блок – экономика риска: она связывает технологические сбои с потерей добычи, недополученной выручкой и штрафами, а также используется для оптимизации затрат по принципу ALARP. Пятый блок – управление активами и риск-ориентированное обслуживание (RCM/RBI), где приоритетность, объём и периодичность инспекций определяются риск-профилем конкретного узла [10].

Отдельного внимания заслуживает разграничение типов неопределённости: в прикладных задачах выделяют алеаторическую неопределённость, связанную со случайной природой явлений, и эпистемическую – связанную с нехваткой знаний об объекте [11]. Кроме того, при оценке риска на промысле важно учитывать отказы по общей причине: нарушение электроснабжения способно одновременно вывести из строя сразу несколько технологических узлов, а некачественный ингибитор коррозии – ускорить деградацию на разных участках трубопровода. Отсюда вытекает необходимость моделирования каскадных эффектов в структурных моделях надёжности [11; 12].

Классификация рисков нефтяного месторождения нужна для того, чтобы охватить всё многообразие угроз и сделать их сопоставимыми между собой и приоритизируемыми [3; 9]. Прежде всего риски делят на внешние и внутренние. К внешним относят макроэкономические и рыночные факторы, природно-климатические воздействия, форс-мажор – эта группа в настоящем обзоре подробно не рассматривается. Внутренние риски (геологические, производственно-технологические, организационно-управленческие, экологические), напротив, находятся в зоне ответственности оператора месторождения и управляются инженерными решениями, регламентами и культурой безопасности.

Если смотреть на жизненный цикл месторождения, в нём выделяют стадии геологического изучения, оценки и подготовки запасов, проектирования обустройства, строительства инфраструктуры, эксплуатации и поддержания добычи, модернизации и интенсификации, а также вывода из эксплуатации и рекультивации [7]. По физической природе воздействия производственно-технологические риски делят на механические (износ и усталостное разрушение трубопроводов, насосного оборудования), коррозионно-эрозионные (разрушение стенок аппаратов и скважинных труб под действием пластовых флюидов), термогидравлические (гидратообразование, парафиновые отложения, гидроудары), химико-технологические (загазованность, сбои в режимах подготовки нефти), а также электротехнические и программно-аппаратные [6; 9]. По масштабу последствий их разделяют на локальные (отдельная скважина, узел), объектовые (установка подготовки нефти, куст скважин) и системные, когда каскадный отказ распространяется через общие ресурсы вплоть до уровня месторождения. Наконец, по степени управляемости различают контролируемые риски, снижаемые инженерными и цифровыми методами, и практически неуправляемые, для которых остаётся полагаться главным образом на устойчивое проектирование и страхование [4].

2. Методы оценки и анализа рисков нефтяных проектов

В научно-технической литературе оценку рисков нефтяных проектов принято описывать как многоуровневую процедуру, которая сочетает качественные и количественные методы, вероятностно-статистическое моделирование, экономическую оценку последствий и инструменты предиктивной аналитики [3; 7].

Основа любой риск-программы – качественные методы: именно они формируют каталог угроз и описывают причинно-следственные цепочки [8; 9]. Среди них: идентификация опасностей (HAZID), анализ опасностей и работоспособности (HAZOP), анализ видов, последствий и критичности отказов (FMEA/FMECA) [6], матрицы «вероятность – последствие», метод «галстук-бабочка» (Bow-Tie), деревья отказов (FTA) и событий (ETA), а также структурированные экспертные процедуры [13].

Применение этих методов на объектах нефтегазовой отрасли достаточно подробно освещено в литературе. Так, HAZOP обычно применяют при анализе технологических схем установок подготовки и перекачки нефти: рабочая группа из технолога, механика, специалиста КИПиА и эксперта по безопасности совместно выявляет нетипичные отклонения давления, температуры и расхода, которые легко упустить при стандартной инженерной проверке [9]. Метод FTA широко используется при оценке надёжности противофонтанного оборудования (БОП): дерево отказов, построенное до базовых событий с известными интенсивностями отказов компонентов, позволяет количественно оценить вероятность потери контроля над скважиной и выделить наиболее значимые причины [11]. Подход RBI (Risk-Based Inspection), в свою очередь, показал себя эффективным при управлении целостностью трубопроводов и резервуаров: по данным ряда исследований, переход от фиксированных регламентных интервалов к графику, основанному на риск-профиле, способен сократить число внеплановых остановок и одновременно оптимизировать расходы на инспекции [10].

В основе количественного анализа риска лежат формализованные модели причинно-следственных связей [11; 14]: зная интенсивности отказов элементарных событий, можно рассчитать вероятность или частоту наступления целевого события за заданный период, проверить чувствительность модели и найти «минимальные сечения» – наборы причин, вносящих основной вклад в результат. Для оценки инвестиционных и операционных рисков здесь чаще всего применяют сценарный анализ и имитационное моделирование методом Монте-Карло [10; 11].

Человеческий фактор учитывают через деревья ошибок оператора: базовым действиям присваивают вероятности, скорректированные на уровень стресса, опыт персонала, доступность рабочих инструкций и удобство операторских интерфейсов [6]. Кроме того, в количественном анализе риска применяется «барьерный» подход, закреплённый в ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018: функции безопасности (SIF) должны обеспечивать требуемый уровень полноты безопасности (SIL) с учётом вероятности отказа по требованию и архитектуры конкретной системы [5].

Отдельное и быстро развивающееся направление – применение анализа данных и машинного обучения в управлении рисками промыслового оборудования [15]. Задачу предиктивного обслуживания здесь формулируют как прогнозирование остаточного ресурса (RUL) и классификацию технического состояния по данным сенсорных потоков. Важная оговорка: результативность ML-моделей сильно зависит от качества и полноты исторических данных об отказах, а при небольших или несбалансированных выборках их дополнительно нужно проверять на независимых данных [15].

Цифровые двойники скважин и установок подготовки нефти совмещают первопринципные гидродинамические и технологические модели с данными оперативного мониторинга, что даёт возможность прогонять сценарии «что, если…» почти в реальном времени [16]. Отдельные исследования показывают, что связка цифрового двойника с системой управления техническим обслуживанием (CMMS) и базой данных отказов помогает раньше замечать деградацию оборудования, однако для масштабного промышленного внедрения таких решений нужна стандартизация обмена данными и соответствующая ИТ-инфраструктура [16; 17].

В литературе неоднократно отмечается, что качество дата-ориентированных подходов напрямую зависит от исходных данных, единообразия классификаторов отказов и открытости отчётности об инцидентах на предприятии. Поэтому для задач промышленной безопасности чаще рекомендуют «гибридное» моделирование, где физические модели задают допустимые границы решения, а машинное обучение уточняет детали внутри этих границ [15]. Экономически результаты риск-анализа интерпретируют через расчёт ожидаемых потерь и стоимость управляющих мер, соотнесённую с принципом ALARP [11].

В целом сложившуюся практику оценки рисков нефтяных проектов можно описать как трёхуровневую интегрированную методологию. Нижний уровень – качественные методы HAZID/HAZOP/FMEA, формирующие полный реестр угроз и защитных барьеров. Средний уровень – FTA/ETA, Bow-Tie, марковские модели и блок-схемы надёжности, дающие количественное описание причинно-следственных связей. Верхний уровень – имитационные расчёты Монте-Карло, сценарный анализ и анализ чувствительности, переводящие технические вероятности в распределения финансовых показателей. Вдобавок ко всем трём уровням постоянно работают RCM/RBI и цифровые двойники с элементами машинного обучения, которые корректируют оценки по мере поступления эксплуатационных данных [10; 16]. Такая структура позволяет увязывать инженерные решения с бизнес-целями и формировать портфель управляющих мер по принципу ALARP в соответствии с нормативными требованиями [1; 2; 5].

3. Программные средства для оценки рисков

Программное обеспечение для оценки рисков в нефтегазовой отрасли образует своего рода многоуровневую экосистему: она охватывает и инженерно-технические аспекты промышленной безопасности, надёжности и целостности активов, и финансово-экономическую неопределённость инвестиционных решений. Базовый уровень занимают PHA-инструменты, которые стандартизируют и документируют качественную идентификацию опасностей.

Такие пакеты, как PHA-Pro (разработчик – Sphera, ранее Dyadem International) [18], PHAWorks (разработчик – Primatech) [19] и HAZOP Manager (разработчик – Lihou Technical and Software Services) [20], дают шаблоны технологических узлов, библиотеки направляющих слов и типовых отклонений, автоматически формируют перечень причин, последствий и действующих барьеров, а также помогают отслеживать корректирующие мероприятия. Общие тенденции автоматизации подобных PHA-систем обобщены в отраслевых литературных обзорах [21]. Отдельно стоит отметить прослеживаемость данных в современных PHA-системах: одно и то же опасное отклонение последовательно фигурирует в базе знаний, технологической схеме, Bow-Tie-диаграмме и количественной модели LOPA, где для каждого сценария рассчитывается независимость барьеров и требуемый уровень полноты безопасности (SIL) [5].

Для моделирования последствий аварийных выбросов и взрывов на нефтегазовых объектах чаще всего используют комплекс DNV Phast/SAFETI (DNV GL): он рассчитывает зоны поражения при разных сценариях разгерметизации, моделирует рассеивание токсичных и горючих газов и формирует отчётность, соответствующую требованиям промышленно-безопасного законодательства [17]. Гидравлическое моделирование добычных систем и оценку режимных рисков скважин, в свою очередь, чаще выполняют в Petex GAP (Petroleum Experts) – программе, которая помогает выявлять зоны возможного гидратообразования, отложений и нестабильного режима течения.

Внедрение программных средств риск-анализа требует продуманной архитектуры. Сначала нужно определить единый «эталонный источник» данных – общий репозиторий паспортов оборудования, журналов отказов, результатов неразрушающего контроля, телеметрии и иерархий активов. Затем – наладить двусторонний обмен данными между риск-платформой и системами CMMS, SCADA, LIMS, ERP. И наконец – собрать общий реестр сценариев и защитных барьеров, который поддерживал бы «живой» пересчёт риска по мере поступления данных о новых инцидентах или результатах инспекций [5].

Одно из перспективных направлений – объединение PHA, QRA, RBI и APM в единые платформы с непрерывным пересчётом риска и автоматической приоритизацией технического обслуживания. Ряд исследований указывает, что при наличии валидированных исторических данных об отказах такой подход способен сократить число незапланированных остановок и оптимизировать бюджет на инспекции; правда, для его реализации на практике нужны зрелая культура сбора данных и интеграция между системами [16; 17].

Заключение

Проведённый обзор показывает, что оценка производственно-технологических рисков нефтяного месторождения – вполне зрелая область, в которой накоплен широкий инструментарий: от качественной идентификации опасностей до количественных вероятностных моделей и предиктивной аналитики на данных. При этом ключевое условие результативной оценки – системность: угрозы нужно идентифицировать на всех стадиях жизненного цикла объекта, классифицировать по соответствующим признакам, а метод оценки подбирать исходя из природы конкретного риска и объёма доступных данных.

Среди внутренних рисков нефтегазового проекта производственно-технологические занимают центральное место: отказы оборудования и нарушения технологического режима способны привести к серьёзному экономическому ущербу, угрозе жизни персонала и вреду для окружающей среды. Рассмотренные практические кейсы применения HAZOP, FTA/ETA и RBI подтверждают, что своевременное выявление уязвимостей в промысловом оборудовании и трубопроводах помогает сократить число аварийных остановок и снизить затраты на ликвидацию последствий инцидентов.

При наличии качественных валидированных данных цифровые двойники, ML-модели прогнозирования остаточного ресурса и интегрированные программные платформы способны заметно повысить оперативность и обоснованность управленческих решений в области промышленной безопасности. При этом часть методологических вопросов пока остаётся открытой: нужны дальнейшая адаптация моделей к специфике российских нефтегазовых объектов, обновление нормативной базы взамен устаревшего РД 03-418-01, а также гармонизация отечественных стандартов с международными требованиями в области asset integrity management. Работа в этом направлении напрямую связана с повышением надёжности и устойчивости нефтегазовых проектов в целом.


Conflict of Interest
The authors declare that there is no conflict of interest.

Funding
The research was performed without external funding.

Bibliographic Reference

Belousov A.S., Astapov V.N., Melnikova D.A. REVIEW OF RESEARCH ON THE PROBLEM OF ASSESSING PRODUCTION AND TECHNOLOGICAL RISKS OF AN OIL FIELD // Scientific Review. Technical science. 2026. No. 3. pp. 20-25;
URL: https://science-engineering.ru/en/article/view?id=1537 (accessed: 17/10/2026).
DOI: https://doi.org/10.17513/srts.1537