应急消防模块在海洋油气井控应急处置中的分析与研究

刘瑜

摘 要：结合实际海洋油气井喷炸着火事故，分析了事故原因和采用的应急措施，进一步提出适合应用于海上井控应急处置的方案。

关键词：海洋油气井；应急；消防模块；处置

一、事故案例

（一）事故概况：2010年4月美国时间20号22：00左右，深水地平线号尊敬平台在美国墨西哥湾发生井喷爆炸事故，共计造成11人死亡，多人受伤，第五代深水半潜式钻井平台在经36小时燃烧后沉入海底，上百万桶石油流入大海，造成严重的海水污染，引发当地环境危机。为解决此问题，BP共计投入了616亿美元左右。

（二）英国石油的应对措施

发生该事故之后，英国石油作为该石油公司及时采取了应对措施。积极成立指挥中心，给予当地政府及美国政府积极配合，和专家共同商议油污清理措施，堵漏控油，包括吸油管和吸油罩吸油、启动TLBOP（水下防喷器）、对重装原井口进行清理、打救援井等，综合上述方式对事故起到一定控制作用。

（三）事故原因

对此事故的原因进行分析，主要包括两方面原因，即技术问题和管理决策问题。在固井以前，未依照API规定控制循环钻井液数量，因此固井未取得成功。虽然该平台具备紧急关断系统在防喷器上，但是却并未关住，因此井控装备失去了其应有的作用。这次事故也提醒作业人员在开展海上钻井作业时，不但需熟悉钻井技术，同时还应制定紧急预案，提升井控质量，，注重设备的保养、维修与替换，做好井控事故处理的准备，配置全套系统装备。

二、现阶段的几种灭火技术

（一）液氮灭火技术

液氮灭火技术主要通过两种方式实现，一种是由于液氮会发生汽化，体积发生膨胀，使燃烧空间产生正压，新鲜空气无法与可燃物接触，从而控制燃烧；另一种是由于液氮汽化会使热量被大量吸收，燃烧物的大量热量传达至液态氮气形成整个汽化过程，进而降低燃烧物的温度，若供应足量的液态氮气，降低燃烧物的温度低于燃点，从而终止燃烧。

（二）涡轮喷气式发动机灭火技术

苏联发明了涡轮喷气式发动机，在科威特油井的火灾中被应用，该车地盘应用的是坦克T-34或T-62底盘，发动机为米格-21型战斗机发动机共2台，向火灾点喷射水量可达8000加仑/秒，且喷射速度达到770km/h，因此灭火性能较强。由于米格-21战斗机具有极强的后作用力，坦克达到了46t的地盘重量，并做高温预防处理。在陆地大型火灾中已经被广泛使用，比如机场起火和油矿起火等，受该装备的重量、体积、运输不便等原因影响，尚未在海上油气井喷火灾中被应用。

（三）消防水泵灭火系统

从全球井控应急机构分析，已经普遍应用消防泵组灭火器这一模块，主要通过水达到灭火效果。消防炮、柴油驱动机消防泵、管线和掩体等时候称消防泵的主要构件，撬装为系统组块的结构，同时兼具陆运、海运及空运的要求，紧急状态下，可及时迅速投递。

中国石油井控应急响应中心和部分国外井控应急机构都配有消防水泵灭火系统。其中中国石油井控应急救援中心是重要的陆地井控应急机构，其还配备了履带式雪炮，具备无人驾驶技术，灭火工作可在火场当中进行，灭火能力极强，翻越障碍的能力类似于坦克。即能利用其灭火，也可进行排烟，遥控距离可达300m之外，工作温度可达到1100℃。

三、海洋井喷消防模块的需求分析

（一）设置研发多功能救援船

针对深水地平线号事故，英国石油聘请了权威专家共同商议该事件的处理方案，但是由于井喷着火不断变化，每一秒时间都至关重要。自4月26日开始，利用水下机器人将水下防喷器关闭，直到6月份完成井口重建这段时间内，对海洋生物来说都是毁灭性破坏。

根据大数据理论，提出制定多功能井控救援船的构想，详见图1。总结以往的井区航发事故，提前准备相应的救援设备模块，由一组或者一艘可互换功能、功能较多的井控救援船（队），有选择性的对外消防、配有供应，为甲板配置相应的基座，為钻井液和压井液配置添加剂和干货散料，安装可移动的节流压井管汇以及采油树达到压井井控的目的。新型船舶的稳定性和动力定位系统都有先进性，但也有可能会产生问题，在移动荷载的情况下导致稳性改变，对此可利用散料、灰罐等布设达到平衡。

（二）海上平台作业环境

石油行业属于风险高、科技含量高的行业，尤其对海上油气开发来说，更增加了一定风险。从石油开采行业发展至今，井喷事故屡见不鲜。具相关数据统计从1980年-2014年，在英国北海海域、挪威以及美国墨西哥湾外大陆井喷事故共发生了295起[1]。总结既往的井喷事故，发生着火事故的概率为50%左右，因海洋油气勘探的环境相对恶劣，作业平台类似于“海洋孤岛”，长时间处于腐蚀性强、湿度高、海洋流波、烈风等恶劣环境下，因此井控消防设备与技术与陆地有所不同，无法应用设备仿制和及时复制技术，还需对适合在海洋油气井控中应用的设备和技术做进一步研究。

（三）井控应急消防灭火模块

在海洋钻井平台井喷进行救援抢险工作时更适合应用井喷应急消防灭火模块，将消防水定点喷射防护以及降温提供给进行切割、井口清障和重建作业的人员与设备，使此套设备科配套于工作船。

井喷应急消防灭火模块，是将水作为载体，与海洋不良工作环境相结合，配备扬程高、流量大的柴油驱动消防泵，对消防炮进行远距离遥控，凡是接触到海水的软件全部使用强腐蚀、耐冲刷的材料，对系统进行模块化设计、模块化运输，将快插接口应用至现场，使应急动员充分展现便捷性和机动性，需经第三方船级社认证吊点等系统和被系物，达到国际海运的要求[2]。柴油机消防泵整体成撬，在20ft的海运集装箱中安置好，在附件集装箱中放置好管线、消防炮以及防护掩体，采用两个集装箱构成整套设备。

（1）柴油机消防泵撬块。共计2套，扬程≥130m，排量为1200m3/h；采用耐泥沙和海水冲刷的硬质合金作为轴承材质；采用双相不锈钢作为泵体材质；采用铝青铜或高于此级别的材质作为叶轮；为柴油机驱动设置泵头自吸设备，自吸高度可达到5m，上水软管线配套；机械密封为密封式机械形式。

（2）移动式消防炮。海水作为过流介质，与海水接触部位的材质需具有较强的抗冲刷、抗腐蚀性；共8套，流量需控制在80L/S之上，炮头俯仰控制在30-70°以上，无线遥控最短距离为200m，水平射程控制在120m之上，水平旋转咋=在0-360°之间，配置雾状和柱状的手动或自动切换功能，将直流防爆电机和蓄电池配备于消防炮[3]，于防爆水密控制盒上安装蓄电池，防护等级为IP56，防爆等级为Exd II BT4.

（3）抗高温自冷却防护掩体。抗高温辐射温度应至少为700℃，在其内部配置水源接口和消防炮安装接口，消防炮应具有拆卸性，成为人员对消防炮操作的掩体；撬块的结构为立体方形框架，框架左右侧面、顶面以及前面布设钢制防火板[4]，将前面防火板的开口设置为方形，以便消防炮的炮口水流出，将水幕覆盖喷淋装置布置在防火板的外沿框架，以便防护板表面温度降低。

结束语：

石油勘探具有较强的危险性，井喷事故给人们财产和生命安全带来严重威胁，在对井喷处置中消防工作意义重大。为有效避免和解决此类问题，还应加大对消防灭火模块的研究力度，提升消防的相应速度和能力。