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Apresentação avaliação de riscos quantitativa das operações do bop pela aplicação de bn

  1. 1. Programa de Atualização Profissional Avaliação Quantitativa de Riscos das Operações do BOP através de Redes Bayesianas resumo da metodologia por Gláucio Bastos, M.B.A, Ch.E.
  2. 2. Programa de Atualização Profissional resumo  objetivo: apresentação de metodologia para aplicação de redes Bayesianas (BN) na avaliação da probabilidade da ocorrência de falhas durante as operações de fechamento do BOP submarino, que podem ser aplicadas genericamente às operações offshore da indústria de óleo & gás
  3. 3. Programa de Atualização Profissional necessidade  acidentes na indústria de óleo & gás offshore levam a consequências devastadoras, como ocorreu em 2010, quando falhas no fechamento do BOP, que podem ter ocorrido antes do blowout ou durante as operações, impediram o isolamento dos poços, causando explosões a bordo da sonda Deepwater Horizon  em geral os acidentes na indústria offshore não resultam apenas de uma única falha, mas da confluência de uma série de erros induzidos por diversos fatores humanos, de hardware, de software, mecânicos e hidráulicos  falhas humanas comprovadamente têm origem em fatores psicológicos, físicos, sociológicos e organizacionais
  4. 4. Programa de Atualização Profissional necessidade  enquanto as de hardware ocorrem em equipamentos eletrônicos como controladores lógicos programáveis (PLC), módulos de saída discreta (DO) distribuída, comutadores ethernet e em outros equipamentos eletrônicos usados para controle dos sistemas operacionais  fontes de falhas em software são programas desenvolvidos, como a lógica de controle executada em PLCs ou a interface homem-máquina (HMI) executada nos computadores  sistemas mecânicos e hidráulicos são os principais alvos a serem controlados pelos sistemas de hardware e software
  5. 5. Programa de Atualização Profissional metodologia  baseia-se em técnicas de análise de risco quantitativas (QRA) que vêm sendo usadas na redução de riscos de falhas durante as operações offshore, incluindo cadeias Markovianas aplicadas através de BN, que permitem o desenvolvimento de modelos versáteis para o desempenho tanto de análise preventiva (para frente) como de diagnóstico (reversa)  inicialmente modelos, como algoritmos de confiabilidade do tipo fluxograma ou árvore de falhas, são convertidos diretamente em BN para avaliação de riscos, no caso aqui abordado, a probabilidade de falha da função de fechamento do BOP submarino
  6. 6. Programa de Atualização Profissional metodologia  um fluxograma representa um algoritmo ou processo e mostra os passos dos diversos eventos ou operações (representados na BN por sua parte qualitativa que são os nós pais e filhos interligados), cuja conexão através de arcos define sua ordem e causalidade (correspondendo à tabela de probabilidades condicionais – CPT, que constitui a parte quantitativa da BN e é definida a partir de dados históricos, do julgamento de especialistas ou da combinação de ambos)  as 05 classes de fatores de risco analisadas – humanos, de hardware, de software, mecânicos e hidráulicos – são conjugadas em uma BN para avaliação dos seus efeitos na probabilidade da ocorrência de falha durante a operação do BOP
  7. 7. Programa de Atualização Profissional metodologia  pela função preditiva da BN, visando definir a confiabilidade ou a probabilidade de falha do sistema baseada em dados estatísticos, a distribuição de probabilidades de uma variável é calculada pela marginalização da distribuição de probabilidade de falha conjunta (produto das CPTs de todas as variáveis) em relação àquela variável  pela função diagnóstico da BN, para definição da influência de uma certa variável do sistema na ocorrência de uma falha, dada a observação (Evidência) de uma variável (ou conjunto de variáveis) indicativa de ocorrência de uma ou mais falhas no sistema, é computada a distribuição de probabilidade posterior de outra variável, cujo comportamento se deseja analisar
  8. 8. Programa de Atualização Profissional metodologia  a última etapa da metodologia é a análise do modelo pela realização das funções preditiva e de diagnóstico da BN, incluindo a análise de sensibilidade das variáveis do sistema, para determinação das classes dos fatores de risco mais influentes para a falha no fechamento do BOP e a validação do modelo a partir de 03 axiomas para comprovação da exatidão e racionalidade da BN proposta
  9. 9. Programa de Atualização Profissional metodologia  a ferramenta empregada na análise de sensibilidade dos fatores de risco é a força da influência - IS, baseada no conceito da entropia, que mede a relevância da informação armazenada nos dados ou seja, seu potencial para redução da incerteza no sistema (medida pela sua entropia) existente antes da disponibilização daquela informação  a influência é avaliada entre 02 nós interligados da cadeia, pelo valor da IS medida no arco que liga os 02 nós, que representa a força da informação nos 02 sentidos entre esses nós
  10. 10. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  o sistema do BOP submarino consiste de um sistema de controle e de uma coluna, conforme figura seguinte  o sistema de controle inclui controles elétricos e de fluido  os componentes de superfície do sistema de controle elétrico localizados na sonda formam a unidade de controle central (CCU), que fornece capacidade funcional plena para as operações do BOP  PLCs de redundância modular tripla são utilizados para transmissão de sinais de comando a partir da CCU para os 02 módulos eletrônicos submarinos (SEM), localizados nos casulos azul e amarelo, completamente independentes entre si
  11. 11. Programa de Atualização Profissional
  12. 12. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  os 02 SEMs controlam com completa redundância todas as operações de válvulas e todas as comunicações com a CCU  quando um casulo ou o SEM correspondente falham, o outro é usado para operar o BOP sem interferência do inativo  sistemas de controle de fluido consistindo de sistemas de alta e baixa pressão hidráulica são usados para operar o sistema hidráulico da coluna do BOP, constituídos por bombas, acumuladores, tubulações, mangueiras e etc  durante a perfuração a barreira primária é a lama de perfuração, enquanto a secundária é a coluna do BOP, já que é projetada para fechar o orifício do poço ou a coluna de perfuração
  13. 13. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  são usados 02 tipos de protetores: anular e trava  durante a perfuração o BOP pode estar equipado com 01 ou 02 protetores anulares e com 04 ou mais travas, incluindo 01 lâmina cega e algumas travas de tubo  o BOP é frequentemente testado, segundo práticas operacionais viáveis  durante o teste ou na ocorrência de um kick ou blowout, o operador deve fechar prontamente o orifício do poço através do BOP anular ou trava, através de operações similares para um ou outro tipo  o estudo de caso aqui considerado é a realização da operação “fechar o BOP trava submarino”, cujo fluxograma é o seguinte
  14. 14. Programa de Atualização Profissional
  15. 15. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  durante a operação normal, os casulos azul e amarelo estão energizados, embora apenas 01 casulo seja acionado hidraulicamente  quando o operador observa um kick ou blowout da tela na HMI, ele pode enviar o comando “fechar o BOP trava submarino”  quando os PLCs recebem o sinal, o sistema checa qual o casulo que se encontra acionado hidraulicamente  no presente caso o casulo azul é selecionado inicialmente, por isso o casulo amarelo encontra-se inativo e os módulos DO no SEM azul energiza a válvula de acionamento direto (DDV) solenóide azul, enquanto a baixa pressão hidráulica no casulo azul aciona a válvula montada sob placa (SPM) azul
  16. 16. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  10 seg. depois o sistema checa se a válvula SPM está ativada, através de um conector de pressão  em caso positivo, o sistema checa se o BOP trava está completamente fechado por alta pressão hidráulica depois de 20 seg.  se o BOP trava estiver fechado, o operador envia o comando “bloquear BOP trava submarino” e então a DDV azul é desenergizada e a válvula SPM azul é desativada  após 10 seg. a desativação da SPM azul é checada  se alguma checagem falhar, a lógica de controle informa ao operador para selecionar o casulo amarelo hidraulicamente  o comando “fechar o BOP trava submarino” é executado novamente no casulo amarelo  quando todas as checagens forem bem sucedidas, a operação está completa
  17. 17. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  o fluxograma do comando “fechar o BOP trava submarino” é traduzido diretamente para uma BN, como mostrado na figura seguinte  o fluxograma representa o processamento das operações enquanto a BN representa o relacionamento entre eventos através de suas probabilidades de ocorrência  no fluxograma, os eventos de cada coluna – esquerda e direita – representam conectores de 02 casulos de controle paralelos ou redundantes, onde um copia o outro e por isso não podem ser traduzidos diretamente na BN
  18. 18. Programa de Atualização Profissional
  19. 19. Programa de Atualização Profissional descrição do problema  a falha de um evento em cada coluna ocasiona a falha do casulo de controle, não havendo previsão para acionamento direto do outro casulo nesse caso, por isso na BN é enviada a informação para o nó “falha casulo amarelo | azul“ e, posteriormente, representando o acionamento do outro casulo pelo operador, o nó “conector casulo” recebe a respectiva informação  como visto anteriormente, os nós nesta BN são afetados por 05 classes de fatores, consistindo cada uma de alguns fatores de risco ou falhas independentes, que afetam a performance da operação, como mostrado na figura seguinte
  20. 20. Programa de Atualização Profissional descrição do problema
  21. 21. Programa de Atualização Profissional resultado  de acordo com a figura da BN no slide 18, onde estão representadas as probabilidades a priori e posteriores no 3º mês de funcionamento das instalações, a probabilidade da operação de fechamento do BOP trava submarino ser bem sucedida está em torno de 81%, considerando o fator de cobertura imperfeita da redundância de hardware e software de 95% e a probabilidade de erro intrínseco do resultado sendo propagado a partir das incertezas dos dados oriundos de julgamentos de especialistas e projeções do histórico
  22. 22. Programa de Atualização Profissional resultado  quanto à análise de sensibilidade dos fatores de risco, verifica-se pela média da IS de cada classe, que sua sequência decrescente em termos de grau e significância para a ocorrência de falhas na operação é a seguinte: hidráulicos ≈ mecânicos >> humanos > software > hardware  esses resultados confirmam estudos de que as falhas nas operações do BOP submarino são causadas principalmente por fatores hidráulicos e mecânicos  a contribuição dos fatores humanos é baixa porque a coluna do BOP submarino não é operada frequentemente, já que só é usada durante testes e na ocorrência de kicks e blowouts, além de que não é de difícil operação para operadores experientes
  23. 23. Programa de Atualização Profissional resultado  entretanto quando um importante incidente ocorre envolvendo grande número de pessoas, eventos e equipamentos, então os fatores humanos passam a ser relevantes  fatores de software e hardware tem um participação menor na ocorrência de falhas, graças à lógica de controle redundante triplo dos subsistemas PLC e DO
  24. 24. Programa de Atualização Profissional resultado  a figura acima mostra o resultado da variação da probabilidade a priori dos fatores, confirmando a maior sensibilidade do sistema a falhas provenientes das 02 primeiras classes de fatores, enquanto se mostra ligeiramente sensível a variações do fator humano e insensível a variações dos fatores software e hardware
  25. 25. Programa de Atualização Profissional resultado  a figura ao lado mostra a repetição da análise através da BN ao longo do tempo de operação de até 06 meses, comprovando que o aumento no tem- po de operação leva a um decréscimo na probabilidade da operação ser bem sucedida  a probabilidade no início é de 96,1% e não de 100% porque fatores humanos e de software podem causar erros em qualquer momento, equipamentos hidráulicos, mecânicos e hardware partem em perfeitas condições  manutenções não foram consideradas, embora na prática a manutenção de hardware, software e equipamentos diminui a probabilidade de falhas
  26. 26. Programa de Atualização Profissional resultado  a figura ao lado mostra a influência do tempo na IS nos meses 01, 03 e 05 de operação  com o passar do tempo, os efeitos dos fatores hidráulicos, mecânicos e hardware aumentam pois são usados todo o tempo  ao contrário, os efeitos dos fatores humanos e software diminuem pois suas probabilidades a priori apresentam distribuição uniforme  concluindo, fatores hidráulicos e mecânicos deveriam receber maior atenção para melhoria da performance do BOP, incluindo técnicas de redundância para aumento da confiabilidade
  27. 27. Programa de Atualização Profissional resultado  fatores humanos de risco deveriam receber mais atenção no caso da análise das operações offshore como um todo, p.ex. na perfuração, onde está comprovado que os fatores humanos são os que mais contribuem para falhas operacionais
  28. 28. Programa de Atualização Profissional validação do modelo  consiste em se demonstrar que o modelo é uma representação razoável do sistema real  o modelo deve satisfazer os 03 axiomas:  um leve aumento/redução na probabilidade a priori de cada nó pai deve levar a relativo aumento/redução nas probabilidades posteriores dos nós filhos;  deve ser consistente a magnitude da influência das variações na probabilidade de um nó pai sobre a probabilidade do nó filho; e  o total das magnitudes da influência da combinação das variações na probabilidade de ‘x’ atributos deve ser sempre maior do que aquele total de um conjunto de ‘x - y’ (com y ∈ x) atributos
  29. 29. Programa de Atualização Profissional validação do modelo  o exercício de aumentar as probabilidades de cada nó pai de uma das classes de fatores e verificar o resultado das influências, satisfaz os 03 axiomas, validando parcialmente o modelo pois, p.ex.:  quando a probabilidade de risco em “Company_Polices” é de 100%, a probabilidade de sucesso cai de 81% para 78%  quando também a probabilidade de risco em “Company_Standards” é de 100%, a probabilidade de sucesso cai para 73%  finalmente, quando o último nó pai de “Organizational_Factor” além dos 02 anteriores, ou seja “Procedures”, também apresenta 100% de probabilidade de risco, a probabilidade de sucesso cai para 69%

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