渤海湾应急救援船功能配置及建议

刘英伟

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452)

中海油在渤海湾累计钻完井超过3千口，预计到2025年将新增钻井3172口，其中难度和风险较大的探井和调整井占比例达 42%。井控风险仍是最具颠覆性的风险，一旦发生井喷失控事故，将危及钻井人员安全、污染自然环境、破坏油气资源，且给石油工业带来严重的负面社会影响[1]。应对井喷事故，常按照清障、灭火、重新安装井口、压井等几个关键步骤进行处理[2]。海上井喷抢险，有别于陆地的场地支撑，须有大型作业设备参与协同，诸如钻井平台、浮吊、应急救援多功能船等。

在墨西哥湾深水地平线溢油事件中，为控制油污飘散，出动了三用工作船布设围油栏，喷洒消油剂；为控制钻井平台火势，出动了三用工作船进行喷淋、灭火；为封堵水下泄漏，下封井装置，动用了多功能修井平台Q4000；为水下ROV作业，动用了ROV工作母船；为收集回收的原油，动用了吸油船；为转移回收的原油，动用了穿梭油轮；为钻探救援井，动用了浮式钻井平台。最终依靠救援井成功制服了井喷。在整个应急过程中，多专业、多工种密切协作，紧密配合，尤其是应急前期工作中，对泄漏点的源头控制是工作的重点，其间多功能修井平台 Q4000发挥了举足轻重的作用。

1 国外应急救援船救援能力现状

国际上应急救援船主要包括2类：一为应急响应救援船(Emergency Response Rescue Vessel，ERRV)，一为应急救援多功能船(Multi-purpose Support Vessel，MSV)，二者在功能上没有明显界限，均用于井喷失控应急救援。国外尤其是英国北海已经建有多艘 MSV(表1)[3]。

表1 典型的应急救援多功能船Tab.1 Typical multi-purpose support vessel

2 国内应急救援船能力现状

中石油于2006年成立了中国石油海上应急救援响应中心，基地总部位于曹妃甸，并在曹妃甸、塘沽和营口设立了救援站，主要配备了 12艘多功能工作船：中油应急 101、102和 103，搜救船中油应急 201和 202，小型溢油回收船中油应急 301～307[4]。其中，“中油应急 101～103”是国内领先的集溢油回收、海上消防和搜救等功能于一体的应急工作船；“中油应急 201～202”是集搜救和海上消防功能于一体的搜救船(配备两门消防炮，泡沫舱容积满足30min灭火需要)；“中油应急 301～307”是专业小型多功能溢油回收船[5]。中石油的海上应急救援，整体工作重心向环保消防方向倾斜，配合其他的围控和回收设备，收油能力超过100m3/h[6]。

中海油配备了海洋石油 251、252、253、255、256共 5艘溢油回收船，溢油回收总能力 900m3/h，总污油回收舱容积2760m3，除海洋石油252和253部署在渤海外，其他3艘船分别布署在大亚湾和南海西部海域。

交通部下属的北海、东海和南海救助局，分别配备了各类救助船舶，以覆盖渤海海域和黄海西部的北海救助局为例，共配备了 6000kW 以上的救助船10艘，功能主要侧重于消防、人员搜救、船舶拖带，部分还具备破冰和油污回收功能[7]。

3 应急救援船作业能力需求分析

根据已有的油气田井喷抢险救援案例，结合海上钻完井应急救援特点分析，应急救援船将覆盖自航、动力定位、灭火、吊装、压井支持等多种功能，以提升应急响应效率。

3.1 自航

当应急情况发生后，救援装备快速动员，将极大地提高响应效率，避免事态进一步扩大。《国家水上交通安全监管和救助系统布局规划》规定，至2020年，指定水域在沿海离岸 100海里应急到达时间不超过 90min[8]。对于非自航自升式钻井平台，静水状态下拖航速度不小于 4节，具备自航能力的平台，叠加拖航速度不宜大于10节[9]。考虑到渤海湾作业的钻井平台，多为非自航式，需要大型拖轮拖带或者大型驳船干拖才能到达指定地点，若作抢险救援使用，拖航航速成为制约响应效率的关键，推荐应急救援多功能船要具备自航能力。

3.2 动力定位

通过调研渤海湾在开发的 51个油田，水深＜10m的仅有JZ9-3、QK17-2和QK17-3，占比约6%，其余油田水深在 10～31.5m 之间。考虑到油田之间的水下海管布设、船舶风浪靠泊的便利性，抛锚作业的安全性以及对渔业捕捞和生产的影响等，应急救援船应减少锚泊作业，配备动力定位系统。

安装有 DP2级动力定位系统的船舶，在出现单一故障(不包括一个舱室或几个舱室的损失)后，可在规定的环境条件下、规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向[10]。为保证抢险过程中，尤其是恶劣海况条件下，作业的稳定性和连续性，避免船舶偶发故障带来的干扰，推荐应急救援船配备 DP2动力定位系统。

3.3 消防能力

以钻井平台型长(X)138m，型宽(Z)84m，型高(Y)116m为模型，采用较大模拟计算空间，计算域选定为600m×400m×300m。按照表2中的油气喷出物和表3中的天然气摩尔组分，采用 Fluent前处理器 Gambit分块网格划分法划分计算域网格，计算过程分为 3步：①引入风速计算稳定风场，采用对数律风廓线方程表征风速随距离海平面高度的变化；②引入泄漏源计算井喷气体喷射扩散过程，确定可燃气云空间分布；③引入点火源计算可燃混合气云燃爆过程，分析燃爆超压、高温、热辐射发展特性及伤害影响范围。

表2 井喷油气喷出量Tab.2 Oil and gas flow of blowout

表3 模拟井气体摩尔组成(%)Tab.3 Gas molar composition of simulated well(%)

如图1所示，随着喷射火稳定发展，5s后热辐射场基本稳定，监测点处热辐射强度稳定在23.65kW/m2以上。如图2所示，取火焰高度的1/3处为火焰中心(Y＝88m，Z＝0m)，火焰热辐射随着距离火焰中心距离增大而减小，距离火焰中心 30m 热辐射强度迅速下降，30m区域外热辐射强度递减缓慢，50m区域外热辐射强度稳定在较低水平。

图1 钻台区域监测点热辐射变化Fig.1 Thermal radiation changes at monitoring points in drill floor area

图2 热辐射距离火焰中心变化Fig.2 Change in thermal radiation distance from center of flame

按照 PHAST软件计算分析，在均匀覆盖前提下，控制火焰需要 3000m3/h的用水量。参考中国船级社 2018版《钢质海船入级规范》，按照 FiFi-2级配备应急救援船的消防能力，即水炮最低数量 3座，消防泵最低数量 2台，配备消防泵最低总容量7200m3/h[11]。

3.4 吊装能力

渤海区域主要依靠 5条浮吊(表4)进行导管架和上部模块的安装，吊高和吊重均在其对应的作业能力覆盖范围内。考虑到应急救援船的可用甲板面积、船舶稳性、机动性等，配置工作用小型吊机，大型吊机依托现有浮吊资源。

表4 渤海区域主要浮吊技术参数Tab.4 Main parameters of floating crane in Bohai Bay

3.5 压井支持能力

常规压井或救援井压井，均需要通过高压泵组向井内泵入压井液，大的舱容可以为撬装式固井泵组、泥浆泵组、连续油管等供液，并兼顾压载、溢油回收等多种功能。按照斜深 6000m的井需要压井进行计算， 244.5mm套管下深 5000m，裸眼 215.9mm井眼深度 1000m，以 2倍空井容积计算，需要压井液542m3，泥浆舱舱容建议不低于800m3。

4 结 论

①在墨西哥湾，北海等油气富集区，多功能应急救援船在油气田井控应急抢险作业中，发挥了关键作用。渤海湾作为国内作业量最集中的油气田海域，应急救援资源相对丰富，但功能分散，管理分散，重心在溢油、环保和人员搜救，建议配备应急救援船，将面向浅水油气田抢险的应急救援能力，进行功能整合，提高响应效率。

②建议将自航、DP2动力定位、FiFi-2级消防能力、大舱容作为浅水应急救援船建造的标准配置，同时预留一定的甲板面积，以满足模块化撬装设备的布设，或应对抢险所需的功能拓展。

③深水井控应急救援设备与浅水存在较大差异，对船舶性能和功能也提出更高要求，建议应急救援船建造按照水深进行功能区划和配置，提高装备的针对性和利用率。