淺海井噴搶險作業(yè)難點及后續(xù)研究方向探討

張 帥，苗典遠，孫長利，李 鞏，蔣 凱

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452）

井噴失控是海洋井控環(huán)節(jié)中最惡劣的情況，嚴(yán)重威脅人員、設(shè)備、平臺及環(huán)境的安全[1-5]。自2010年墨西哥灣深水地平線事件發(fā)生以來，海上井控安全越來越受到人們的重視，各國專家也逐漸開始對海上井噴失控?fù)岆U技術(shù)進行相關(guān)研究。據(jù)不完全統(tǒng)計，海上井噴失控事件超過七成發(fā)生在淺海。目前，國外已經(jīng)具備淺水井噴應(yīng)急搶險的作業(yè)能力，相關(guān)應(yīng)急資源主要掌握在一些大的油公司及專業(yè)的井控應(yīng)急機構(gòu)手中，而國內(nèi)海上井噴搶險水平還處在起步發(fā)展階段。海上井噴搶險應(yīng)急技術(shù)的發(fā)展不僅關(guān)系到人員及財產(chǎn)安全，更直接關(guān)系到我國海洋生態(tài)環(huán)境的安全，因此研究和發(fā)展自主的海洋井控安全和事故救援技術(shù)勢在必行。

1 海上井噴事故統(tǒng)計

國內(nèi)淺海發(fā)生井噴失控的案例較少，相關(guān)案例統(tǒng)計及數(shù)據(jù)庫不完整、部分信息缺失或沒有公開，很難進行有效的數(shù)據(jù)分析和規(guī)律探索。本文根據(jù)美國環(huán)境和安全執(zhí)法局（BSEE）2015年對墨西哥灣的井噴失控事件統(tǒng)計進行分析，表1為2006～2015十年時間里墨西哥灣井噴失控的事件統(tǒng)計表[6]。統(tǒng)計結(jié)果表明，超過70%的井噴失控事件發(fā)生在水深小于500 ft的淺水海域。

表 1 2006～2015年墨西哥灣井噴失控事件統(tǒng)計表（BSEE 2015）Table 1 Loss of well control events in GOM from 2006 to 2015 (BSEE 2015)

表2為美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）對海上油氣開采井噴/著火的事故案例統(tǒng)計表[6]，統(tǒng)計結(jié)果顯示，自1959年至2015年，共發(fā)生海上井噴/著火事故57起，其中淺海生產(chǎn)平臺和自升式鉆井平臺所占比例約為80%。

表 2 1959～2015年海上井噴失控事件統(tǒng)計表（NOAA 2015）Table 2 Offshore blowout events from 1959 to 2015 (NOAA 2015)

綜合表1和表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，井噴失控多發(fā)生在淺海海域，但目前我國海上井噴應(yīng)急搶險技術(shù)處置仍處于初期探索建設(shè)階段，需進行更加深入的理論研究及技術(shù)探索，來滿足海上井噴事故的處置需求。

對于淺海井噴應(yīng)急搶險，由于作業(yè)場地、作業(yè)環(huán)境及交通工具等諸多因素的不同，實施井噴應(yīng)急搶險作業(yè)存在很多局限性。例如陸地井場適合大型作業(yè)機械展開，而海上井口的周圍空間往往受限，整個作業(yè)區(qū)域面積相對狹小，另外，應(yīng)急搶險工作還受到氣象及海況的影響，所有這些情況決定了淺海井控和應(yīng)急救援需要特別的解決策略。

2 陸地井噴應(yīng)急搶險流程

目前陸上三級井控應(yīng)急救援方面已經(jīng)建立了一套完整的井噴應(yīng)急搶險技術(shù)和裝備體系，其主要流程是通過切割、拖拉設(shè)備將井口周圍障礙物清除，切割拆除損壞變形的井口，然后再扣裝新的防噴器組，完成新井口的建立，進而實現(xiàn)下一步的關(guān)井及壓井作業(yè)，使事故井重新恢復(fù)到二級、一級井控的狀態(tài)[7-10]。

陸地井噴搶險從上世紀(jì)60年代至今經(jīng)歷了早期、中期、現(xiàn)代三個階段的發(fā)展，已基本趨于成熟。目前陸地三級井控?fù)岆U工藝技術(shù)流程見圖1。

圖 1 陸地井噴應(yīng)急搶險流程Fig. 1 Emergency rescue process of land blowout

險情勘查是指搶險作業(yè)前首先要對事故現(xiàn)場及井口周圍進行現(xiàn)場勘查，利用相關(guān)儀器對有毒有害氣體及井口溫度進行檢測，了解事故現(xiàn)場安全風(fēng)險及隱患。

冷卻掩護是指現(xiàn)場采用大功率水泵機組、水炮、雪炮等進行噴淋防護，保障事故現(xiàn)場搶險人員及設(shè)備的安全。

切割清障是指無論井口區(qū)域著火與否，為充分暴露井口、保護井口，在重建井口之前，都要利用切割設(shè)備及工程機械（推土機、挖掘機等）清除井口周圍和搶險通道上的障礙物，包括損毀的井架、套管頭、底座及懸臂梁等。

拆除舊井口是指通過在事故井上方罩引火筒將火焰引至上方，然后利用水力噴砂切割設(shè)備對井口進行精細(xì)切割，拆掉損壞的舊井口。

安裝新井口是指通過扣裝新的井口設(shè)備（套管頭、四通、防噴器組、引火筒），達到恢復(fù)井口的目的，同時為壓井施工提供必要條件。

綜上可以看出，陸地井噴搶險注重恢復(fù)井口的控制，且具備以下特點：

（1）整體流程主要依靠大型工程機械設(shè)備展開；

（2）全程帶火作業(yè)避免了硫化氫等有毒有害氣體的侵害；

（3）遠距離完成井口的切割及重建工作，進而恢復(fù)對井內(nèi)流體的控制。

3 國外淺海井噴應(yīng)急搶險流程

國外淺海井噴常用的方法是源頭控制法[6]。其原理與陸地?fù)岆U方法類似，都是先將井口附近障礙物清除，使井口充分暴露，進而借助浮吊、工程船等大型工程設(shè)備對事故井口進行封堵作業(yè)(CAPPING)[11]，重新建立新的井口，從而恢復(fù)對油氣井井噴的控制。

2013年8月17日23：00，位于里海Baku灣的一口生產(chǎn)平臺發(fā)生溢流，關(guān)井后，在循環(huán)排溢流過程中，防噴器下法蘭處出現(xiàn)刺漏，隨后燃起大火（23：30）。平臺上62人被緊急疏散至安全區(qū)域，無人員傷亡。大火導(dǎo)致平臺部分倒塌，防噴器損毀，火焰像四周散射，火焰高度70 m，熱輻射半徑達350 m。采用源頭控制法進行搶險作業(yè)，處置過程見表3。

表 3 源頭控制法進行搶險作業(yè)處置過程表Table 3 Source control method for emergency operation disposal process

在整個作業(yè)過程中，消防船持續(xù)噴水幫助減輕火焰和熱輻射對平臺的損害。一艘浮吊協(xié)助搶險人員清除和收集平臺上的殘骸。在駁船上安裝了一系列水泵，以便給平臺上的水炮供水。最終10月23日壓井成功，大火被撲滅，10月25日平臺的天然氣生產(chǎn)完全恢復(fù)。

綜上可以看出，海上井控應(yīng)急搶險作業(yè)空間受限，交通工具只能依賴船舶和直升機，且搶險救援極易受天氣及海況影響。同時，對比陸地及國外的搶險作業(yè)流程，國內(nèi)淺海井噴應(yīng)急搶險還存在以下幾點不足：

（1）目前海上三級井控應(yīng)急響應(yīng)體系尚待完善，海上三級井控?fù)岆U經(jīng)驗幾乎是空白；

（2）現(xiàn)有鉆完井專家在線系統(tǒng)缺乏溢流預(yù)警監(jiān)測、搶險輔助決策及資源調(diào)配功能，無法在井控應(yīng)急條件下提供數(shù)據(jù)信息支持；

（3）由于海上作業(yè)環(huán)境及運輸條件的限制，陸地大型機械無法直接用于淺海搶險作業(yè)；

（4）缺少具備海上豐富搶險作業(yè)經(jīng)驗的井控技術(shù)人員。

4 結(jié)論及建議

從80年代初期至今，我國海上也發(fā)生過數(shù)起井噴應(yīng)急事件，雖未造成大的人員傷亡，但墨西哥灣深水地平線事故的教訓(xùn)警示我們，海上三級井控值得我們花大力氣去研究。近年來的海上井噴應(yīng)急事件，也充分暴露了目前我國海上井控應(yīng)急救援技術(shù)力量和裝備儲備的不足。開展淺海井噴搶險應(yīng)急技術(shù)研究，旨在為海洋井控提供技術(shù)支撐和作業(yè)保障。在進行淺海三級井控?fù)岆U技術(shù)、裝備、人員及作業(yè)能力儲備，開展模擬仿真、實驗室試驗及海上現(xiàn)場試驗時，可重點開展以下4方面的研究。

（1）建立完善海洋三級井控應(yīng)急響應(yīng)體系/流程。針對國內(nèi)不同海域及不同作業(yè)平臺、作業(yè)類型，建立完善相應(yīng)的三級井控應(yīng)急響應(yīng)體系/流程，保障體系的規(guī)范性、科學(xué)性、實用性。同時從加強監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急指揮和后勤保障系統(tǒng)建設(shè)入手，加大資金投入，提高井控應(yīng)急管理水平。

（2）集成建立海洋油氣開采重大事故應(yīng)急平臺。整合國內(nèi)外海洋油氣開采期事故案例及應(yīng)急救援資源信息，建立海上應(yīng)急救援資源庫。以資源庫、現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開發(fā)拓展現(xiàn)有海洋鉆井作業(yè)輔助決策系統(tǒng)，建立中央數(shù)據(jù)中心。集成建立安全及完整性監(jiān)測、井口安全監(jiān)控及井噴智能預(yù)警系統(tǒng)，形成海上現(xiàn)場、岸基、總部與中央數(shù)據(jù)中心多點聯(lián)動的實時在線高效應(yīng)急救援平臺。

（3）設(shè)計研發(fā)模塊化、撬裝化搶險設(shè)備。針對海上井控?fù)岆U受作業(yè)場地、作業(yè)環(huán)境及交通工具等因素的制約的問題，在參考陸地成熟井控?fù)岆U設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計研發(fā)適用于海上的模塊化、撬裝化井控?fù)岆U設(shè)備，既滿足事故發(fā)生時井控?fù)岆U資源緊急動員的要求，又能滿足海上平臺狹小空間的搶險作業(yè)要求。

（4）培養(yǎng)專業(yè)三級井控應(yīng)急搶險隊伍。借鑒陸地井控?fù)岆U的成功案例及陸地?fù)岆U隊伍的培養(yǎng)模式，結(jié)合海上三級井控的作業(yè)特點，建立一支專業(yè)化海上應(yīng)急救援搶險隊伍，定期開展三級井控技術(shù)、裝備的模擬演練，作為海上三級井控應(yīng)急搶險的儲備力量。