海上油氣田工程溢油風險分析與防范

范麗麗 李廣茹 陳袁袁

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司）

海上油氣田工程溢油風險分析與防范

范麗麗 李廣茹 陳袁袁

（中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司）

文章主要對海上油氣田開發(fā)工程建設階段和運營階段可能發(fā)生的溢油事故進行風險識別，并對部分溢油事故做定量分析，對溢油事故產(chǎn)生的環(huán)境影響進行定性分析，進而針對井噴事故、平臺儲罐泄漏事故、海管／立管事故及船舶碰撞事故提出風險防范的措施。

油氣田工程；溢油事故；風險；環(huán)境影響

0 引 言

海上油氣田工程建設和生產(chǎn)過程涉及大量易燃、易爆的石油和天然氣產(chǎn)品，而且油氣田開發(fā)工藝、設備運行復雜，存在發(fā)生油氣泄漏、火災和爆炸等重大事故的潛在風險，一旦發(fā)生將嚴重危害環(huán)境以及人群生命和健康。因此，對海上油氣田工程進行溢油風險環(huán)境影響分析是油氣田工程環(huán)境影響評價的工作重點之一。

本文主要對海上油氣田開發(fā)工程建設和運營階段可能發(fā)生的溢油事故進行風險識別，在此基礎上，借助ISO 16312-1-2010《用于火災和風險評估的獲取燃燒產(chǎn)物毒性數(shù)據(jù)的物質燃燒模型的有效性評估指南》（簡稱《風險評估數(shù)據(jù)指南》），對部分溢油事故做定量分析，并對其產(chǎn)生的環(huán)境影響進行定性分析，進而提出風險防范措施。

1 溢油風險因素識別

建設階段：在海上油氣田工程建設階段，通常參加鉆／完井作業(yè)的設備有供應船、值班船和直升飛機。在此階段可能發(fā)生的溢油事故包括井涌或井噴、輸油軟管破裂和船舶碰撞等。

運營階段：事故性溢油事故是海上油田生產(chǎn)運營期的最大環(huán)境風險事故，可能導致事故性溢油事故的主要原因包括平臺火災爆炸、儲罐泄漏、海管／立管泄漏、地質性溢油事故、船舶碰撞以及修井過程中可能發(fā)生的井涌／井噴等。

2 溢油風險概率分析

本文借助于《風險評估數(shù)據(jù)指南》中的數(shù)據(jù)，對部分溢油事故做定量分析，以確定事故情況下的環(huán)境風險級別。環(huán)境風險級別依次為A，B，C，D四級，其中A表示對環(huán)境影響嚴重，D級表示對環(huán)境無影響。

2.1 井涌和井噴

《風險評估數(shù)據(jù)指南》統(tǒng)計了1980—2005年美國墨西哥灣外大陸架、英國大陸架、挪威海域等海域發(fā)生的井噴事故，其中常規(guī)油井的井涌和井噴概率見表1。

表1 常規(guī)油井井涌和井噴事故概率

由表1可知，海上油氣田開發(fā)工程發(fā)生井涌／井噴的概率與油氣田的鉆井數(shù)量、生產(chǎn)井數(shù)量及完井的作業(yè)次數(shù)成正比關系。油井發(fā)生井噴時，很容易引發(fā)火災和爆炸，此時環(huán)境風險級別為A級。當發(fā)生井噴，但未引發(fā)火災、爆炸時，井噴污染物將全部進入海洋，對海洋環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，此時環(huán)境風險級別也為A級。

2.2 平臺火災、爆炸

生產(chǎn)階段，平臺進行油氣傳輸、儲存或處理等作業(yè)，可能由于設備或人為誤操作等原因引起油氣泄漏，從而導致平臺火災、爆炸。根據(jù)《風險評估數(shù)據(jù)指南》統(tǒng)計［1］，海上生產(chǎn)設施各區(qū)的火災事故發(fā)生頻率為：油氣傳輸區(qū)3×10－4次／a，油氣處理區(qū)4×10－3次／a，儲油區(qū)2×10－3次／a。

當平臺發(fā)生爆炸，并造成原油泄漏入海時，會對海洋環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，此時環(huán)境風險級別為A級。當井口平臺火災事故得到有效控制，且未導致爆炸事故時，泄漏原油一般可及時得到收集，最大限度的減少入海量，此時環(huán)境風險級別可降到C級以下。

2.3 平臺儲罐泄漏

平臺上的儲罐通常分為常壓儲罐和帶壓儲罐，常壓容器主要有柴油罐、開式排放沉箱等；帶壓儲罐主要有分離器、閉式排放罐等。儲罐泄漏概率見表2［1］。

表2 儲罐泄漏概率數(shù)據(jù)統(tǒng)計 次／（罐·a）

通常平臺儲罐泄漏可進行自動關斷，通過及時收集和清理泄漏現(xiàn)場，可避免泄漏物入海。因此，由儲罐泄漏引發(fā)的溢油入海事故發(fā)生的概率較低。

2.4 海管／立管泄漏

2006年，挪威船級社（DNV）對2003年莫特麥克唐（Mott McDonald）公司出版的報告進行了修正。具體概率見表3［2-3］。

表3 海底管線及立管管道泄漏概率

由表3可知，當海管發(fā)生泄漏時，其泄漏概率與海管是否在平臺周圍安全區(qū)內以及海管的管徑有關。當海管發(fā)生泄漏時，泄漏物可通過圍油欄或溢油分散劑進行油氣搜集、分散，此時環(huán)境風險級別為B級，若泄漏物未得到有效控制，則會對海洋環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染影響，此時環(huán)境風險級別為A級。

立管鋼管管徑≤40.64 cm時，其管道泄漏概率為9.1×10－4次／a，鋼管管徑＞40.64 cm時，其管道泄漏概率為1.2×10－4次／a。立管發(fā)生泄漏引起火災的概率較低，一旦被引燃，容易導致立管爆炸事故，此時環(huán)境風險級別為A級。

2.5 船舶碰撞事故

平臺附近的供應船、值班船以及在該海域航行的外來航船都有可能與平臺設施發(fā)生碰撞。根據(jù)《風險評估數(shù)據(jù)指南》，船舶碰撞事故的概率見表4。

表4 船舶碰撞概率 次／a

由表4可知，油田發(fā)生船舶碰撞并造成產(chǎn)生重大損傷的概率為3.9×10－6次／a，發(fā)生航船碰撞并造成產(chǎn)生重大損傷的概率為1.1×10－6次／a。若船舶／航船碰撞造成溢油后，未及時采用圍油欄、撇油器和消油劑等防護措施，則很可能對海洋造成嚴重或較嚴重的污染，此時會出現(xiàn)A，B級環(huán)境風險。

3 溢油環(huán)境影響分析

溢油進入海洋后，會發(fā)生擴散、乳化、溶解、光氧化，形成石油聚合體，產(chǎn)生吸附沉降和生物降解等物理和化學變化。事故性溢油對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對海洋生物、漁業(yè)資源和漁業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。

3.1 對海洋生物的影響

溢油對海洋生物的損害有物理作用和化學毒害兩個方面。物理作用主要包括油污黏著或覆蓋生物體表，導致生物新陳代謝或活動能力減弱；油顆粒堵塞動物的呼吸和進水系統(tǒng)，致使生物窒息；油沉降于潮間帶和淺水海底，使一些動物的幼蟲、海藻孢子失去合適的固著基質等。溢油對海洋生物的化學毒性主要取決于油的種類和成分，通常煉制油的毒性高于原油，低分子烴對生物的毒害要大于高分子烴，在各類烴類中，其毒性一般按芳烴、烯烴、環(huán)烴、鏈烴的順序而依次降低。原油和乳化劑對海洋生物的影響一是破壞細胞膜的正常結構，二是干擾生物體的酶系統(tǒng)從而影響其正常代謝過程的進行［4］。

3.2 對漁業(yè)資源的影響

根據(jù)中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所對南海發(fā)生的多起溢油事故的調查結果，溢油造成漁業(yè)資源的平均損失約40%［5］。農(nóng)業(yè)部黃渤海區(qū)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心于2005年11月對2002年11月23日塔斯曼海油輪溢油“造成渤海天然漁業(yè)資源損害”一案進行跟蹤調查，結果表明：經(jīng)過三年的時間漁業(yè)資源密度僅為本底值的52.3%［6］。此外，溢油事故將會使受污染海域經(jīng)濟生物帶有油污氣味，從而影響水產(chǎn)品的品質、經(jīng)濟價值和食品安全。因此，事故性溢油對海洋漁業(yè)資源的損害巨大，并具有中長期影響。

3.3 對漁業(yè)生產(chǎn)的影響

溢油事故的發(fā)生一方面會影響周圍海域的漁業(yè)資源，另一方面必將會影響該海域正常的漁業(yè)活動。一旦發(fā)生溢油事故，漁船無法進入該海域捕撈作業(yè)。倘若漂流油塊進入沿岸定置漁業(yè)區(qū)后，大量油塊將黏附在網(wǎng)具上，使網(wǎng)具損壞報廢。

大量原油漂移到沿岸，將對沿岸灘涂和淺海養(yǎng)殖業(yè)造成毀滅性的損害。原油所漂移的海域，成年魚類因回避油污而逃離污染區(qū)，在一段時間內很難恢復原有水平，使沿海漁民無法正常作業(yè)，從而使?jié)O獲量減少。

由于經(jīng)濟魚類在油污染的環(huán)境中有積累石油烴的能力。將降低其產(chǎn)品質量，使市場價格明顯低于其它海域同種魚類的價格。

綜上分析表明，溢油對于漁業(yè)生產(chǎn)的影響是較嚴重的，一旦發(fā)生溢油，輕者會使局部海域受到污染，重者會使污染海域漁業(yè)資源幾年內難以恢復。

4 溢油風險防范

本文針對井噴事故、平臺儲罐泄漏事故、海管／立管事故及船舶碰撞事故提出如下防范措施。

4.1 井噴事故防范

為防止鉆修井階段火災和井噴事故的發(fā)生，油氣田作業(yè)者應采取如下措施：

嚴格實施鉆井作業(yè)規(guī)程；在鉆臺、泥漿池和泥漿工藝室等場所設置通風系統(tǒng)和烴類氣體探測器，自動探測可能聚集的烴類氣體；井口控制安全屏蔽由機械或液壓控制的監(jiān)測裝置組成，用來控制井噴；選擇優(yōu)質封隔器并及時更換損壞元件；在開鉆之前制定周密的鉆井計劃；配備安全有效的防噴設備和良好的壓井材料及井控設備；對關鍵崗位的操作人員進行專業(yè)技術培訓，堅持持證上崗，建立健全井控管理系統(tǒng)；加強鉆時觀測，及時發(fā)現(xiàn)先兆，按正確的關井程序實行有效控制，并及時組織壓井作業(yè)；設置滅火系統(tǒng)；關鍵場所設手提滅火器；制定嚴密的溢油應急計劃，一旦發(fā)生井噴便采取相應的應急措施。

4.2 平臺儲罐泄漏事故防范

為確保安全生產(chǎn)，在設計中將針對各生產(chǎn)設施采取充分的安全防護措施；精心考慮各部分的合理布放，對危險區(qū)采用防火、防爆設備，并采取有效的隔離措施來降低危險程度。

主要設備、生產(chǎn)裝置和單元均設置相應的壓力、液位和溫度報警系統(tǒng)與安全泄壓保護裝置及應急關斷系統(tǒng)；在生產(chǎn)工藝區(qū)裝備火焰和氣體探測器，以監(jiān)測工藝流程中的火情和可燃氣體濃度，發(fā)現(xiàn)異常及時報警。

4.3 海管／立管事故防范

在設計上，嚴格按照防腐設計要求進行施工，并在施工中保證海底管道焊接質量。管道鋪設完成，要進行掃線、清管和試壓。作為應急措施，在海底管道兩端設置應急關斷閥，緊急情況下可以進行應急關斷保護。

作業(yè)者將制定相應的管線保護和檢測程序，由值班船對管線沿途進行巡視，驅散在安全區(qū)范圍內作業(yè)的漁船，對海底管道進行不定期局部檢測和定期全面檢測，確保海底管道的安全性；定期對油田各條管線進行清管作業(yè)，以減少腐蝕等原因對管線的影響。

4.4 船舶碰撞事故防范

作業(yè)者將制定相應的保護和檢測程序，由值班船對平臺周圍進行巡視，驅散在安全區(qū)范圍內作業(yè)的漁船，確保平臺設施的安全性；按照《海上固定平臺安全規(guī)則》的要求在平臺上設置助航標識燈、障礙燈、霧笛和平臺標志牌等。

4.5 應急預案

項目建成后，建設單位應按照《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法》、《中華人民共和國海洋石油勘探開發(fā)環(huán)境保護管理條例》和《海洋石油勘探開發(fā)溢油應急計劃編報和審批程序》的相關規(guī)定，將本工程及其附屬工程的溢油應急管理納入計劃中，并上報海洋局取得批復。

5 結束語

由于各種不確定性因素，海上油氣田工程溢油風險不可能被精確地衡量，只能估計。加強海上油氣田開發(fā)工程溢油風險防范是防止海上溢油事故發(fā)生的重要手段，通過溢油風險識別和風險分析，從而提出溢油風險防范措施，并科學合理地配置應急資源，提高溢油防控技術和能力，對于海洋油氣開發(fā)工程的建設和可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

［1］ ISO 16312-1-2010用于火災和風險評估的獲取燃燒產(chǎn)物毒性數(shù)據(jù)的物質燃燒模型的有效性評估指南［S］.

［2］ Mott McDonald.PARLOC 2001：The Update of Loss of Containment Data for Offshore Pipeline［R］.2003.

［3］ Det Norske Veritas.Riser／Pipeline Leak Frequencies［R］.2006.

［4］ 曾江寧，徐曉群，壽鹿，等.海底石油管道溢油的生態(tài)風險及防范對策［J］.海洋開發(fā)與管理，2007，24（3）：120-123.

［5］ 中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所.西江30-2油田開發(fā)對周圍海域漁業(yè)資源和漁業(yè)生產(chǎn)影響的評價報告［R］.1991.

［6］ 于徐華.船舶溢油環(huán)境風險評價研究［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2013（9）：14-17.

1005-3158（2014）03-0046-03

2013-12-11）

（編輯 張爽）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.014

范麗麗，2007年畢業(yè)于北京師范大學環(huán)境科學專業(yè)，現(xiàn)在中海石油環(huán)保服務（天津）有限公司從事環(huán)境影響評價工作。通信地址：北京市朝陽區(qū)北苑路28號1號樓北科創(chuàng)業(yè)大廈10層，100012