浅海井喷抢险作业难点及后续研究方向探讨

张 帅，苗典远，孙长利，李 巩，蒋 凯

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司， 天津 300452）

井喷失控是海洋井控环节中最恶劣的情况，严重威胁人员、设备、平台及环境的安全[1-5]。自2010年墨西哥湾深水地平线事件发生以来，海上井控安全越来越受到人们的重视，各国专家也逐渐开始对海上井喷失控抢险技术进行相关研究。据不完全统计，海上井喷失控事件超过七成发生在浅海。目前，国外已经具备浅水井喷应急抢险的作业能力，相关应急资源主要掌握在一些大的油公司及专业的井控应急机构手中，而国内海上井喷抢险水平还处在起步发展阶段。海上井喷抢险应急技术的发展不仅关系到人员及财产安全，更直接关系到我国海洋生态环境的安全，因此研究和发展自主的海洋井控安全和事故救援技术势在必行。

1 海上井喷事故统计

国内浅海发生井喷失控的案例较少，相关案例统计及数据库不完整、部分信息缺失或没有公开，很难进行有效的数据分析和规律探索。本文根据美国环境和安全执法局（BSEE）2015年对墨西哥湾的井喷失控事件统计进行分析，表1为2006～2015十年时间里墨西哥湾井喷失控的事件统计表[6]。统计结果表明，超过70%的井喷失控事件发生在水深小于500 ft的浅水海域。

表 1 2006～2015年墨西哥湾井喷失控事件统计表（BSEE 2015）Table 1 Loss of well control events in GOM from 2006 to 2015 (BSEE 2015)

表2为美国国家海洋和大气管理局（NOAA）对海上油气开采井喷/着火的事故案例统计表[6]，统计结果显示，自1959年至2015年，共发生海上井喷/着火事故57起，其中浅海生产平台和自升式钻井平台所占比例约为80%。

表 2 1959～2015年海上井喷失控事件统计表（NOAA 2015）Table 2 Offshore blowout events from 1959 to 2015 (NOAA 2015)

综合表1和表2的统计数据可以看出，井喷失控多发生在浅海海域，但目前我国海上井喷应急抢险技术处置仍处于初期探索建设阶段，需进行更加深入的理论研究及技术探索，来满足海上井喷事故的处置需求。

对于浅海井喷应急抢险，由于作业场地、作业环境及交通工具等诸多因素的不同，实施井喷应急抢险作业存在很多局限性。例如陆地井场适合大型作业机械展开，而海上井口的周围空间往往受限，整个作业区域面积相对狭小，另外，应急抢险工作还受到气象及海况的影响，所有这些情况决定了浅海井控和应急救援需要特别的解决策略。

2 陆地井喷应急抢险流程

目前陆上三级井控应急救援方面已经建立了一套完整的井喷应急抢险技术和装备体系，其主要流程是通过切割、拖拉设备将井口周围障碍物清除，切割拆除损坏变形的井口，然后再扣装新的防喷器组，完成新井口的建立，进而实现下一步的关井及压井作业，使事故井重新恢复到二级、一级井控的状态[7-10]。

陆地井喷抢险从上世纪60年代至今经历了早期、中期、现代三个阶段的发展，已基本趋于成熟。目前陆地三级井控抢险工艺技术流程见图1。

图 1 陆地井喷应急抢险流程Fig. 1 Emergency rescue process of land blowout

险情勘查是指抢险作业前首先要对事故现场及井口周围进行现场勘查，利用相关仪器对有毒有害气体及井口温度进行检测，了解事故现场安全风险及隐患。

冷却掩护是指现场采用大功率水泵机组、水炮、雪炮等进行喷淋防护，保障事故现场抢险人员及设备的安全。

切割清障是指无论井口区域着火与否，为充分暴露井口、保护井口，在重建井口之前，都要利用切割设备及工程机械（推土机、挖掘机等）清除井口周围和抢险通道上的障碍物，包括损毁的井架、套管头、底座及悬臂梁等。

拆除旧井口是指通过在事故井上方罩引火筒将火焰引至上方，然后利用水力喷砂切割设备对井口进行精细切割，拆掉损坏的旧井口。

安装新井口是指通过扣装新的井口设备（套管头、四通、防喷器组、引火筒），达到恢复井口的目的，同时为压井施工提供必要条件。

综上可以看出，陆地井喷抢险注重恢复井口的控制，且具备以下特点：

（1）整体流程主要依靠大型工程机械设备展开；

（2）全程带火作业避免了硫化氢等有毒有害气体的侵害；

（3）远距离完成井口的切割及重建工作，进而恢复对井内流体的控制。

3 国外浅海井喷应急抢险流程

国外浅海井喷常用的方法是源头控制法[6]。其原理与陆地抢险方法类似，都是先将井口附近障碍物清除，使井口充分暴露，进而借助浮吊、工程船等大型工程设备对事故井口进行封堵作业(CAPPING)[11]，重新建立新的井口，从而恢复对油气井井喷的控制。

2013年8月17日23：00，位于里海Baku湾的一口生产平台发生溢流，关井后，在循环排溢流过程中，防喷器下法兰处出现刺漏，随后燃起大火（23：30）。平台上62人被紧急疏散至安全区域，无人员伤亡。大火导致平台部分倒塌，防喷器损毁，火焰像四周散射，火焰高度70 m，热辐射半径达350 m。采用源头控制法进行抢险作业，处置过程见表3。

表 3 源头控制法进行抢险作业处置过程表Table 3 Source control method for emergency operation disposal process

在整个作业过程中，消防船持续喷水帮助减轻火焰和热辐射对平台的损害。一艘浮吊协助抢险人员清除和收集平台上的残骸。在驳船上安装了一系列水泵，以便给平台上的水炮供水。最终10月23日压井成功，大火被扑灭，10月25日平台的天然气生产完全恢复。

综上可以看出，海上井控应急抢险作业空间受限，交通工具只能依赖船舶和直升机，且抢险救援极易受天气及海况影响。同时，对比陆地及国外的抢险作业流程，国内浅海井喷应急抢险还存在以下几点不足：

（1）目前海上三级井控应急响应体系尚待完善，海上三级井控抢险经验几乎是空白；

（2）现有钻完井专家在线系统缺乏溢流预警监测、抢险辅助决策及资源调配功能，无法在井控应急条件下提供数据信息支持；

（3）由于海上作业环境及运输条件的限制，陆地大型机械无法直接用于浅海抢险作业；

（4）缺少具备海上丰富抢险作业经验的井控技术人员。

4 结论及建议

从80年代初期至今，我国海上也发生过数起井喷应急事件，虽未造成大的人员伤亡，但墨西哥湾深水地平线事故的教训警示我们，海上三级井控值得我们花大力气去研究。近年来的海上井喷应急事件，也充分暴露了目前我国海上井控应急救援技术力量和装备储备的不足。开展浅海井喷抢险应急技术研究，旨在为海洋井控提供技术支撑和作业保障。在进行浅海三级井控抢险技术、装备、人员及作业能力储备，开展模拟仿真、实验室试验及海上现场试验时，可重点开展以下4方面的研究。

（1）建立完善海洋三级井控应急响应体系/流程。针对国内不同海域及不同作业平台、作业类型，建立完善相应的三级井控应急响应体系/流程，保障体系的规范性、科学性、实用性。同时从加强监测预警、应急指挥和后勤保障系统建设入手，加大资金投入，提高井控应急管理水平。

（2）集成建立海洋油气开采重大事故应急平台。整合国内外海洋油气开采期事故案例及应急救援资源信息，建立海上应急救援资源库。以资源库、现场数据为基础，开发拓展现有海洋钻井作业辅助决策系统，建立中央数据中心。集成建立安全及完整性监测、井口安全监控及井喷智能预警系统，形成海上现场、岸基、总部与中央数据中心多点联动的实时在线高效应急救援平台。

（3）设计研发模块化、撬装化抢险设备。针对海上井控抢险受作业场地、作业环境及交通工具等因素的制约的问题，在参考陆地成熟井控抢险设备的基础上，设计研发适用于海上的模块化、撬装化井控抢险设备，既满足事故发生时井控抢险资源紧急动员的要求，又能满足海上平台狭小空间的抢险作业要求。

（4）培养专业三级井控应急抢险队伍。借鉴陆地井控抢险的成功案例及陆地抢险队伍的培养模式，结合海上三级井控的作业特点，建立一支专业化海上应急救援抢险队伍，定期开展三级井控技术、装备的模拟演练，作为海上三级井控应急抢险的储备力量。