應急消防模塊在海洋油氣井控應急處置中的分析與研究

劉瑜

摘 要：結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急措施，進一步提出適合應用于海上井控應急處置的方案。

關鍵詞：海洋油氣井；應急；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36小時燃燒后沉入海底，上百萬桶石油流入大海，造成嚴重的海水污染，引發當地環境危機。為解決此問題，BP共計投入了616億美元左右。

（二）英國石油的應對措施

發生該事故之后，英國石油作為該石油公司及時采取了應對措施。積極成立指揮中心，給予當地政府及美國政府積極配合，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，即技術問題和管理決策問題。在固井以前，未依照API規定控制循環鉆井液數量，因此固井未取得成功。雖然該平臺具備緊急關斷系統在防噴器上，但是卻并未關住，因此井控裝備失去了其應有的作用。這次事故也提醒作業人員在開展海上鉆井作業時，不但需熟悉鉆井技術，同時還應制定緊急預案，提升井控質量，，注重設備的保養、維修與替換，做好井控事故處理的準備，配置全套系統裝備。

二、現階段的幾種滅火技術

（一）液氮滅火技術

液氮滅火技術主要通過兩種方式實現，一種是由于液氮會發生汽化，體積發生膨脹，使燃燒空間產生正壓，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氮氣形成整個汽化過程，進而降低燃燒物的溫度，若供應足量的液態氮氣，降低燃燒物的溫度低于燃點，從而終止燃燒。

（二）渦輪噴氣式發動機滅火技術

蘇聯發明了渦輪噴氣式發動機，在科威特油井的火災中被應用，該車地盤應用的是坦克T-34或T-62底盤，發動機為米格-21型戰斗機發動機共2臺，向火災點噴射水量可達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，并做高溫預防處理。在陸地大型火災中已經被廣泛使用，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中被應用。

（三）消防水泵滅火系統

從全球井控應急機構分析，已經普遍應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、柴油驅動機消防泵、管線和掩體等時候稱消防泵的主要構件，撬裝為系統組塊的結構，同時兼具陸運、海運及空運的要求，緊急狀態下，可及時迅速投遞。

中國石油井控應急響應中心和部分國外井控應急機構都配有消防水泵滅火系統。其中中國石油井控應急救援中心是重要的陸地井控應急機構，其還配備了履帶式雪炮，具備無人駕駛技術，滅火工作可在火場當中進行，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）設置研發多功能救援船

針對深水地平線號事故，英國石油聘請了權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，每一秒時間都至關重要。自4月26日開始，利用水下機器人將水下防噴器關閉，直到6月份完成井口重建這段時間內，對海洋生物來說都是毀滅性破壞。

根據大數據理論，提出制定多功能井控救援船的構想，詳見圖1。總結以往的井區航發事故，提前準備相應的救援設備模塊，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，為甲板配置相應的基座，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。新型船舶的穩定性和動力定位系統都有先進性，但也有可能會產生問題，在移動荷載的情況下導致穩性改變，對此可利用散料、灰罐等布設達到平衡。

（二）海上平臺作業環境

石油行業屬于風險高、科技含量高的行業，尤其對海上油氣開發來說，更增加了一定風險。從石油開采行業發展至今，井噴事故屢見不鮮。具相關數據統計從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生了295起[1]。總結既往的井噴事故，發生著火事故的概率為50%左右，因海洋油氣勘探的環境相對惡劣，作業平臺類似于“海洋孤島”，長時間處于腐蝕性強、濕度高、海洋流波、烈風等惡劣環境下，因此井控消防設備與技術與陸地有所不同，無法應用設備仿制和及時復制技術，還需對適合在海洋油氣井控中應用的設備和技術做進一步研究。

（三）井控應急消防滅火模塊

在海洋鉆井平臺井噴進行救援搶險工作時更適合應用井噴應急消防滅火模塊，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的人員與設備，使此套設備科配套于工作船。

井噴應急消防滅火模塊，是將水作為載體，與海洋不良工作環境相結合，配備揚程高、流量大的柴油驅動消防泵，對消防炮進行遠距離遙控，凡是接觸到海水的軟件全部使用強腐蝕、耐沖刷的材料，對系統進行模塊化設計、模塊化運輸，將快插接口應用至現場，使應急動員充分展現便捷性和機動性，需經第三方船級社認證吊點等系統和被系物，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，采用兩個集裝箱構成整套設備。

（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合金作為軸承材質；采用雙相不銹鋼作為泵體材質；采用鋁青銅或高于此級別的材質作為葉輪；為柴油機驅動設置泵頭自吸設備，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，與海水接觸部位的材質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。抗高溫輻射溫度應至少為700℃，在其內部配置水源接口和消防炮安裝接口，消防炮應具有拆卸性，成為人員對消防炮操作的掩體；撬塊的結構為立體方形框架，框架左右側面、頂面以及前面布設鋼制防火板[4]，將前面防火板的開口設置為方形，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。

結束語：

石油勘探具有較強的危險性，井噴事故給人們財產和生命安全帶來嚴重威脅，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，還應加大對消防滅火模塊的研究力度，提升消防的相應速度和能力。