應(yīng)急消防模塊在海洋油氣井控應(yīng)急處置中的分析與研究

劉瑜

摘 要：結(jié)合實際海洋油氣井噴炸著火事故，分析了事故原因和采用的應(yīng)急措施，進一步提出適合應(yīng)用于海上井控應(yīng)急處置的方案。

關(guān)鍵詞：海洋油氣井；應(yīng)急；消防模塊；處置

一、事故案例

（一）事故概況：2010年4月美國時間20號22：00左右，深水地平線號尊敬平臺在美國墨西哥灣發(fā)生井噴爆炸事故，共計造成11人死亡，多人受傷，第五代深水半潛式鉆井平臺在經(jīng)36小時燃燒后沉入海底，上百萬桶石油流入大海，造成嚴(yán)重的海水污染，引發(fā)當(dāng)?shù)丨h(huán)境危機。為解決此問題，BP共計投入了616億美元左右。

（二）英國石油的應(yīng)對措施

發(fā)生該事故之后，英國石油作為該石油公司及時采取了應(yīng)對措施。積極成立指揮中心，給予當(dāng)?shù)卣懊绹e極配合，和專家共同商議油污清理措施，堵漏控油，包括吸油管和吸油罩吸油、啟動TLBOP（水下防噴器）、對重裝原井口進行清理、打救援井等，綜合上述方式對事故起到一定控制作用。

（三）事故原因

對此事故的原因進行分析，主要包括兩方面原因，即技術(shù)問題和管理決策問題。在固井以前，未依照API規(guī)定控制循環(huán)鉆井液數(shù)量，因此固井未取得成功。雖然該平臺具備緊急關(guān)斷系統(tǒng)在防噴器上，但是卻并未關(guān)住，因此井控裝備失去了其應(yīng)有的作用。這次事故也提醒作業(yè)人員在開展海上鉆井作業(yè)時，不但需熟悉鉆井技術(shù)，同時還應(yīng)制定緊急預(yù)案，提升井控質(zhì)量，，注重設(shè)備的保養(yǎng)、維修與替換，做好井控事故處理的準(zhǔn)備，配置全套系統(tǒng)裝備。

二、現(xiàn)階段的幾種滅火技術(shù)

（一）液氮滅火技術(shù)

液氮滅火技術(shù)主要通過兩種方式實現(xiàn)，一種是由于液氮會發(fā)生汽化，體積發(fā)生膨脹，使燃燒空間產(chǎn)生正壓，新鮮空氣無法與可燃物接觸，從而控制燃燒；另一種是由于液氮汽化會使熱量被大量吸收，燃燒物的大量熱量傳達至液態(tài)氮氣形成整個汽化過程，進而降低燃燒物的溫度，若供應(yīng)足量的液態(tài)氮氣，降低燃燒物的溫度低于燃點，從而終止燃燒。

（二）渦輪噴氣式發(fā)動機滅火技術(shù)

蘇聯(lián)發(fā)明了渦輪噴氣式發(fā)動機，在科威特油井的火災(zāi)中被應(yīng)用，該車地盤應(yīng)用的是坦克T-34或T-62底盤，發(fā)動機為米格-21型戰(zhàn)斗機發(fā)動機共2臺，向火災(zāi)點噴射水量可達8000加侖/秒，且噴射速度達到770km/h，因此滅火性能較強。由于米格-21戰(zhàn)斗機具有極強的后作用力，坦克達到了46t的地盤重量，并做高溫預(yù)防處理。在陸地大型火災(zāi)中已經(jīng)被廣泛使用，比如機場起火和油礦起火等，受該裝備的重量、體積、運輸不便等原因影響，尚未在海上油氣井噴火災(zāi)中被應(yīng)用。

（三）消防水泵滅火系統(tǒng)

從全球井控應(yīng)急機構(gòu)分析，已經(jīng)普遍應(yīng)用消防泵組滅火器這一模塊，主要通過水達到滅火效果。消防炮、柴油驅(qū)動機消防泵、管線和掩體等時候稱消防泵的主要構(gòu)件，撬裝為系統(tǒng)組塊的結(jié)構(gòu)，同時兼具陸運、海運及空運的要求，緊急狀態(tài)下，可及時迅速投遞。

中國石油井控應(yīng)急響應(yīng)中心和部分國外井控應(yīng)急機構(gòu)都配有消防水泵滅火系統(tǒng)。其中中國石油井控應(yīng)急救援中心是重要的陸地井控應(yīng)急機構(gòu)，其還配備了履帶式雪炮，具備無人駕駛技術(shù)，滅火工作可在火場當(dāng)中進行，滅火能力極強，翻越障礙的能力類似于坦克。即能利用其滅火，也可進行排煙，遙控距離可達300m之外，工作溫度可達到1100℃。

三、海洋井噴消防模塊的需求分析

（一）設(shè)置研發(fā)多功能救援船

針對深水地平線號事故，英國石油聘請了權(quán)威專家共同商議該事件的處理方案，但是由于井噴著火不斷變化，每一秒時間都至關(guān)重要。自4月26日開始，利用水下機器人將水下防噴器關(guān)閉，直到6月份完成井口重建這段時間內(nèi)，對海洋生物來說都是毀滅性破壞。

根據(jù)大數(shù)據(jù)理論，提出制定多功能井控救援船的構(gòu)想，詳見圖1。總結(jié)以往的井區(qū)航發(fā)事故，提前準(zhǔn)備相應(yīng)的救援設(shè)備模塊，由一組或者一艘可互換功能、功能較多的井控救援船（隊），有選擇性的對外消防、配有供應(yīng)，為甲板配置相應(yīng)的基座，為鉆井液和壓井液配置添加劑和干貨散料，安裝可移動的節(jié)流壓井管匯以及采油樹達到壓井井控的目的。新型船舶的穩(wěn)定性和動力定位系統(tǒng)都有先進性，但也有可能會產(chǎn)生問題，在移動荷載的情況下導(dǎo)致穩(wěn)性改變，對此可利用散料、灰罐等布設(shè)達到平衡。

（二）海上平臺作業(yè)環(huán)境

石油行業(yè)屬于風(fēng)險高、科技含量高的行業(yè)，尤其對海上油氣開發(fā)來說，更增加了一定風(fēng)險。從石油開采行業(yè)發(fā)展至今，井噴事故屢見不鮮。具相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計從1980年-2014年，在英國北海海域、挪威以及美國墨西哥灣外大陸井噴事故共發(fā)生了295起[1]?？偨Y(jié)既往的井噴事故，發(fā)生著火事故的概率為50%左右，因海洋油氣勘探的環(huán)境相對惡劣，作業(yè)平臺類似于“海洋孤島”，長時間處于腐蝕性強、濕度高、海洋流波、烈風(fēng)等惡劣環(huán)境下，因此井控消防設(shè)備與技術(shù)與陸地有所不同，無法應(yīng)用設(shè)備仿制和及時復(fù)制技術(shù)，還需對適合在海洋油氣井控中應(yīng)用的設(shè)備和技術(shù)做進一步研究。

（三）井控應(yīng)急消防滅火模塊

在海洋鉆井平臺井噴進行救援搶險工作時更適合應(yīng)用井噴應(yīng)急消防滅火模塊，將消防水定點噴射防護以及降溫提供給進行切割、井口清障和重建作業(yè)的人員與設(shè)備，使此套設(shè)備科配套于工作船。

井噴應(yīng)急消防滅火模塊，是將水作為載體，與海洋不良工作環(huán)境相結(jié)合，配備揚程高、流量大的柴油驅(qū)動消防泵，對消防炮進行遠(yuǎn)距離遙控，凡是接觸到海水的軟件全部使用強腐蝕、耐沖刷的材料，對系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計、模塊化運輸，將快插接口應(yīng)用至現(xiàn)場，使應(yīng)急動員充分展現(xiàn)便捷性和機動性，需經(jīng)第三方船級社認(rèn)證吊點等系統(tǒng)和被系物，達到國際海運的要求[2]。柴油機消防泵整體成撬，在20ft的海運集裝箱中安置好，在附件集裝箱中放置好管線、消防炮以及防護掩體，采用兩個集裝箱構(gòu)成整套設(shè)備。

（1）柴油機消防泵撬塊。共計2套，揚程≥130m，排量為1200m3/h；采用耐泥沙和海水沖刷的硬質(zhì)合金作為軸承材質(zhì)；采用雙相不銹鋼作為泵體材質(zhì)；采用鋁青銅或高于此級別的材質(zhì)作為葉輪；為柴油機驅(qū)動設(shè)置泵頭自吸設(shè)備，自吸高度可達到5m，上水軟管線配套；機械密封為密封式機械形式。

（2）移動式消防炮。海水作為過流介質(zhì)，與海水接觸部位的材質(zhì)需具有較強的抗沖刷、抗腐蝕性；共8套，流量需控制在80L/S之上，炮頭俯仰控制在30-70°以上，無線遙控最短距離為200m，水平射程控制在120m之上，水平旋轉(zhuǎn)咋=在0-360°之間，配置霧狀和柱狀的手動或自動切換功能，將直流防爆電機和蓄電池配備于消防炮[3]，于防爆水密控制盒上安裝蓄電池，防護等級為IP56，防爆等級為Exd II BT4.

（3）抗高溫自冷卻防護掩體?？垢邷剌椛錅囟葢?yīng)至少為700℃，在其內(nèi)部配置水源接口和消防炮安裝接口，消防炮應(yīng)具有拆卸性，成為人員對消防炮操作的掩體；撬塊的結(jié)構(gòu)為立體方形框架，框架左右側(cè)面、頂面以及前面布設(shè)鋼制防火板[4]，將前面防火板的開口設(shè)置為方形，以便消防炮的炮口水流出，將水幕覆蓋噴淋裝置布置在防火板的外沿框架，以便防護板表面溫度降低。

結(jié)束語：

石油勘探具有較強的危險性，井噴事故給人們財產(chǎn)和生命安全帶來嚴(yán)重威脅，在對井噴處置中消防工作意義重大。為有效避免和解決此類問題，還應(yīng)加大對消防滅火模塊的研究力度，提升消防的相應(yīng)速度和能力。