渤海灣應急救援船功能配置及建議

劉英偉

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452)

中海油在渤海灣累計鉆完井超過3千口，預計到2025年將新增鉆井3172口，其中難度和風險較大的探井和調整井占比例達 42%。井控風險仍是最具顛覆性的風險，一旦發生井噴失控事故，將危及鉆井人員安全、污染自然環境、破壞油氣資源，且給石油工業帶來嚴重的負面社會影響[1]。應對井噴事故，常按照清障、滅火、重新安裝井口、壓井等幾個關鍵步驟進行處理[2]。海上井噴搶險，有別于陸地的場地支撐，須有大型作業設備參與協同，諸如鉆井平臺、浮吊、應急救援多功能船等。

在墨西哥灣深水地平線溢油事件中，為控制油污飄散，出動了三用工作船布設圍油欄，噴灑消油劑；為控制鉆井平臺火勢，出動了三用工作船進行噴淋、滅火；為封堵水下泄漏，下封井裝置，動用了多功能修井平臺Q4000；為水下ROV作業，動用了ROV工作母船；為收集回收的原油，動用了吸油船；為轉移回收的原油，動用了穿梭油輪；為鉆探救援井，動用了浮式鉆井平臺。最終依靠救援井成功制服了井噴。在整個應急過程中，多專業、多工種密切協作，緊密配合，尤其是應急前期工作中，對泄漏點的源頭控制是工作的重點，其間多功能修井平臺 Q4000發揮了舉足輕重的作用。

1 國外應急救援船救援能力現狀

國際上應急救援船主要包括2類：一為應急響應救援船(Emergency Response Rescue Vessel，ERRV)，一為應急救援多功能船(Multi-purpose Support Vessel，MSV)，二者在功能上沒有明顯界限，均用于井噴失控應急救援。國外尤其是英國北海已經建有多艘 MSV(表1)[3]。

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

2 國內應急救援船能力現狀

中石油于2006年成立了中國石油海上應急救援響應中心，基地總部位于曹妃甸，并在曹妃甸、塘沽和營口設立了救援站，主要配備了 12艘多功能工作船：中油應急 101、102和 103，搜救船中油應急 201和 202，小型溢油回收船中油應急 301～307[4]。其中，“中油應急 101～103”是國內領先的集溢油回收、海上消防和搜救等功能于一體的應急工作船；“中油應急 201～202”是集搜救和海上消防功能于一體的搜救船(配備兩門消防炮，泡沫艙容積滿足30min滅火需要)；“中油應急 301～307”是專業小型多功能溢油回收船[5]。中石油的海上應急救援，整體工作重心向環保消防方向傾斜，配合其他的圍控和回收設備，收油能力超過100m3/h[6]。

中海油配備了海洋石油 251、252、253、255、256共 5艘溢油回收船，溢油回收總能力 900m3/h，總污油回收艙容積2760m3，除海洋石油252和253部署在渤海外，其他3艘船分別布署在大亞灣和南海西部海域。

交通部下屬的北海、東海和南海救助局，分別配備了各類救助船舶，以覆蓋渤海海域和黃海西部的北海救助局為例，共配備了 6000kW 以上的救助船10艘，功能主要側重于消防、人員搜救、船舶拖帶，部分還具備破冰和油污回收功能[7]。

3 應急救援船作業能力需求分析

根據已有的油氣田井噴搶險救援案例，結合海上鉆完井應急救援特點分析，應急救援船將覆蓋自航、動力定位、滅火、吊裝、壓井支持等多種功能，以提升應急響應效率。

3.1 自航

當應急情況發生后，救援裝備快速動員，將極大地提高響應效率，避免事態進一步擴大。《國家水上交通安全監管和救助系統布局規劃》規定，至2020年，指定水域在沿海離岸 100海里應急到達時間不超過 90min[8]。對于非自航自升式鉆井平臺，靜水狀態下拖航速度不小于 4節，具備自航能力的平臺，疊加拖航速度不宜大于10節[9]。考慮到渤海灣作業的鉆井平臺，多為非自航式，需要大型拖輪拖帶或者大型駁船干拖才能到達指定地點，若作搶險救援使用，拖航航速成為制約響應效率的關鍵，推薦應急救援多功能船要具備自航能力。

3.2 動力定位

通過調研渤海灣在開發的 51個油田，水深＜10m的僅有JZ9-3、QK17-2和QK17-3，占比約6%，其余油田水深在 10～31.5m 之間。考慮到油田之間的水下海管布設、船舶風浪靠泊的便利性，拋錨作業的安全性以及對漁業捕撈和生產的影響等，應急救援船應減少錨泊作業，配備動力定位系統。

安裝有 DP2級動力定位系統的船舶，在出現單一故障(不包括一個艙室或幾個艙室的損失)后，可在規定的環境條件下、規定的作業范圍內自動保持船舶的位置和艏向[10]。為保證搶險過程中，尤其是惡劣海況條件下，作業的穩定性和連續性，避免船舶偶發故障帶來的干擾，推薦應急救援船配備 DP2動力定位系統。

3.3 消防能力

以鉆井平臺型長(X)138m，型寬(Z)84m，型高(Y)116m為模型，采用較大模擬計算空間，計算域選定為600m×400m×300m。按照表2中的油氣噴出物和表3中的天然氣摩爾組分，采用 Fluent前處理器 Gambit分塊網格劃分法劃分計算域網格，計算過程分為 3步：①引入風速計算穩定風場，采用對數律風廓線方程表征風速隨距離海平面高度的變化；②引入泄漏源計算井噴氣體噴射擴散過程，確定可燃氣云空間分布；③引入點火源計算可燃混合氣云燃爆過程，分析燃爆超壓、高溫、熱輻射發展特性及傷害影響范圍。

表2 井噴油氣噴出量Tab.2 Oil and gas flow of blowout

表3 模擬井氣體摩爾組成(%)Tab.3 Gas molar composition of simulated well(%)

如圖1所示，隨著噴射火穩定發展，5s后熱輻射場基本穩定，監測點處熱輻射強度穩定在23.65kW/m2以上。如圖2所示，取火焰高度的1/3處為火焰中心(Y＝88m，Z＝0m)，火焰熱輻射隨著距離火焰中心距離增大而減小，距離火焰中心 30m 熱輻射強度迅速下降，30m區域外熱輻射強度遞減緩慢，50m區域外熱輻射強度穩定在較低水平。

圖1 鉆臺區域監測點熱輻射變化Fig.1 Thermal radiation changes at monitoring points in drill floor area

圖2 熱輻射距離火焰中心變化Fig.2 Change in thermal radiation distance from center of flame

按照 PHAST軟件計算分析，在均勻覆蓋前提下，控制火焰需要 3000m3/h的用水量。參考中國船級社 2018版《鋼質海船入級規范》，按照 FiFi-2級配備應急救援船的消防能力，即水炮最低數量 3座，消防泵最低數量 2臺，配備消防泵最低總容量7200m3/h[11]。

3.4 吊裝能力

渤海區域主要依靠 5條浮吊(表4)進行導管架和上部模塊的安裝，吊高和吊重均在其對應的作業能力覆蓋范圍內。考慮到應急救援船的可用甲板面積、船舶穩性、機動性等，配置工作用小型吊機，大型吊機依托現有浮吊資源。

表4 渤海區域主要浮吊技術參數Tab.4 Main parameters of floating crane in Bohai Bay

3.5 壓井支持能力

常規壓井或救援井壓井，均需要通過高壓泵組向井內泵入壓井液，大的艙容可以為撬裝式固井泵組、泥漿泵組、連續油管等供液，并兼顧壓載、溢油回收等多種功能。按照斜深 6000m的井需要壓井進行計算， 244.5mm套管下深 5000m，裸眼 215.9mm井眼深度 1000m，以 2倍空井容積計算，需要壓井液542m3，泥漿艙艙容建議不低于800m3。

4 結 論

①在墨西哥灣，北海等油氣富集區，多功能應急救援船在油氣田井控應急搶險作業中，發揮了關鍵作用。渤海灣作為國內作業量最集中的油氣田海域，應急救援資源相對豐富，但功能分散，管理分散，重心在溢油、環保和人員搜救，建議配備應急救援船，將面向淺水油氣田搶險的應急救援能力，進行功能整合，提高響應效率。

②建議將自航、DP2動力定位、FiFi-2級消防能力、大艙容作為淺水應急救援船建造的標準配置，同時預留一定的甲板面積，以滿足模塊化撬裝設備的布設，或應對搶險所需的功能拓展。

③深水井控應急救援設備與淺水存在較大差異，對船舶性能和功能也提出更高要求，建議應急救援船建造按照水深進行功能區劃和配置，提高裝備的針對性和利用率。