截至本刊發稿前,美國墨西哥灣漏油事件已經歷時百余日。事件尚在調查之中,不管最終的官方解釋是什么,可以肯定的是,這起災難是人類海洋油氣開發史上一次相當嚴重的“井噴”事故。
是誰開啟了井噴“魔瓶”?
何為“井噴”?在鉆、修井過程中,當井內的液柱壓力小于地層壓力時,地層流體就會進入井筒向井口流動,如果地層流體中存在天然氣,天然氣就會帶壓滑脫快速上升,體積迅速膨脹。如果不采取有效措施進行控制,地層流體就會沖出井口造成井噴。在井口附近存在引火源的情況下,極有可能失火釀成慘劇,破壞油藏、浪費資源和污染環境。4月20日22:00左右,墨西哥灣平臺就上演了此情此景。
在《一千零一夜》的故事中,漁夫偶然撈到了一只魔瓶,不小心放出了魔鬼。對于油田作業者來說,“井噴”就好比是無意打開了“魔瓶”。盡管概率很小,但一旦打開,后果很嚴重。然而,墨西哥灣出事油井這一“魔瓶”是如何被打開的呢?
墨西哥灣平臺爆炸以來,該事件引起國內,包括石油公司、油田技術服務公司、高校及科研院所在內相關單位的高度關注。一些技術專家、學者及技術人員搜集了大量國外信息,進行了多次技術研討,一直關注著事件的最新進展。目前事故分析主要集中在井噴當天的工藝操作上。按照正常的作業流程,打水泥塞是棄井作業中的一道工序。但此前,海水替換泥漿后壓力下降,就在這個環節發生了可怕的災難。
“海洋石油開采工藝技術復雜,任何一個小的失誤都可能帶來災難性后果,”中國石油海洋工程公司分析后認為,“發生爆炸事故的墨西哥灣鉆井平臺只要操作得當,事故完全可以避免”。此前,中國海洋石油總公司副總經理、中國工程院院士周守為認為,“如果嚴格遵循技術和設計操作,發生這么大事故的概率原本非常小”。
“墨西哥灣事故是井控問題導致的爆炸,”一名技術專家指出,除了工藝流程操作有重大嫌疑之外,作為‘三級井控’、防止漏油的有效措施之一,防噴器系統、分流系統等井控裝備是防止井噴的第二道重要防線。但此次事故中,防噴器卻未能湊效。
據此推測,4月20日當天,墨西哥灣深水鉆井平臺因為前兩道防線失防,“魔瓶”剎那間被開啟……。
深水井控設備的“罪與罰”?
漏油事件發生后,根據外媒報道,一些專家、人士對水泥“外殼”設計有缺陷、使用高風險套管、防噴器失靈及自動備用系統失效這三個方面,提出了嚴重質疑。5月11日,BP公司、越洋鉆探公司、哈里伯頓三方首次出席美國國會聽證會,在接受質詢時,BP公司當庭指責越洋鉆探公司的防噴器失效,另外兩家公司也矛頭直指。
真相總會水落石出。專家指出,深水油氣開發風險巨大、挑戰重重,即使作為正常事件下的反思,業界也應該自查自省,對石油裝備制造業來說,更應當體味別人“刮骨”之痛。
作為“安全設備”,深水防噴器系統是核心的井控裝備,其功能和可靠性關系到深水石油鉆探中人員和財產的安全,也關系到海洋環境的保護。業內人士介紹,除防噴器系統系統外,深水井控裝備還包括分流系統、壓井/節流系統和井流處理系統,以及與井控操作相關的高壓泥漿系統和固井系統。如果操作合理,完全可以預防和處理井噴事故。
據介紹,平臺爆炸事故發生在棄井作業注最后一個水泥塞之前,當時所用的深水防噴器組其海底井口裝置組合為:井口頭連接器+測試閘板+下可變徑閘板+上可變徑閘板防噴器+套管剪切防噴器+全封剪切閘板防噴器+下環形防噴器+隔水管連接器+上環形防噴器+撓性接頭+隔水管適配器(圖1)。閘板防噴器的額定壓力是103.42MPa,上環形防噴器的額定壓力是68.95MPa,下環形防噴器的額定壓力是34.47MPa。該防噴器控制系統由CAMERON公司生產,除了沒有聲控備份系統,它具有應急解脫功能、自動剪切功能、自動關閉功能(Deadman System)和遙控潛水器(ROV)操作功能(圖2)。
從技術上來看,該深水防噴器系統功能強大。應急解脫系統可以在緊急情況下實現鉆井平臺與井口迅速脫離。自動剪切系統設定為啟動狀態之后,能夠在隔水管下部組合(LMRP)與防噴器組非正常解脫的時候自動關閉井口。而自動關閉系統能夠在水下防噴器失去控制信號傳輸和液壓供給時,自動啟動防噴器關閉井口。ROV操作系統則可以通過位于水下防噴器本體上的控制面板對防噴器進行操作。
但是實際情況恰恰相反,井噴發生時,失效的防噴器卻未能將井口關閉;由于上、下失去聯系,應急解脫系統未能啟動;在平臺沉沒后,ROV操作系統也繼而失控。緊急請況下,一組450噸重的高科技防噴器瞬間被“冰凍”。
“亡羊補牢” 為時不晚?
事故發生后,各方圍繞防噴器的失效進行調查研究,發現事故井所用的防噴器存在多個問題。比如,此次事故中,應急解脫系統啟動失敗,說明平臺和水下防噴器之間的控制線路已損壞,操作指令無法傳至執行機構。在功能設置方面,該防噴器未設有聲控備份系統(用聲波傳輸控制防噴器裝置),而與挪威等一些國家的法規不同,事故發生前美國沒有強制要求設置這一系統。
另外,據事故相關方的階段性調查報告顯示,防噴器本身存在許多問題。首先,防噴器液壓系統經過改裝后,本該與可變徑閘板相連的液壓管路與測試閘板相連,而此次改裝的內容未有書面文檔記錄。其次,防噴器的液壓系統多處出現泄漏,兩個水下控制箱中的一個失去了部分功能。最后,防噴器的橡膠部件在鉆井施工的過程中被嚴重損壞,在返上的泥漿中發現大塊的橡膠碎片。
針對事故暴露出來的防噴器失效問題,美國內政部礦產管理對深水防噴器做出了多項嚴格規定。主要內容包括:要求從事海上鉆探的作業者對以往的作業進行回顧,保證其井控設備符合聯邦政府法規的規定;要求在開始鉆新井和恢復鉆井時,有獨立第三方證明防噴器組的功能符合最初的設計;要求有獨立第三方證明防噴器系統與平臺上的其他設備要兼容和與施工井相適應;要求深水防噴器設有ROV操作系統、自動剪切系統、自動停機系統和聲控備份系統,并對ROV操作系統進行試驗;并且要求有獨立第三方證明全封剪切閘板能夠剪斷井眼內所有尺寸的管柱。
水下防噴器的主要供應商有Cameron、Hydril和Shaffer。目前新一代的深水防噴器產品,在水下蓄能器壓力補償、閘板閉合力增強和控制線路故障監控等方面又有新的突破。此次事故將得以重新審視相關性能的可靠性,對今后的技術發展將提供重要借鑒。
我國深水石油鉆探處于起步階段,國內對深水防噴器的研究也剛剛開展,此次事故對我國深水防噴器的使用和研究具有重要的啟示:在防噴器系統的功能設計和選用方面,應全面考慮深水海洋環境對井控操作的要求,設置滿足施工安全要求的應急控制系統,增強防噴器系統的可靠性;更加重視深水防噴器系統的試驗和維護保養工作,研究更加優化合理的防噴器試驗技術;汲取此次事故經驗和教訓,完善深水井控相關的法規、技術規范和監管機制。
墨西哥灣漏油事件的教訓,或將改寫和提高井控裝備的市場準入標準。“亡羊補牢,為時不晚。”對制造企業來說,或許會迎來下一個發展機遇。