海上采油平臺(tái)溢油風(fēng)險(xiǎn)分析及防控建議

李楊,吳亮,孫壽偉,趙宇鵬,錢雨晨，王麗薇

中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司（天津 300450）

0 引言

隨著我國(guó)海洋石油工業(yè)的不斷發(fā)展，投產(chǎn)平臺(tái)數(shù)目不斷增多，在海洋石油工業(yè)巨大利好的同時(shí)，溢油事故的概率也在升高。海上采油平臺(tái)是海上油田開發(fā)的重要設(shè)施，承擔(dān)海上油氣收集、處理任務(wù)，海上采油平臺(tái)生產(chǎn)流程長(zhǎng)，受海上平臺(tái)空間因素限制，海上采油平臺(tái)設(shè)備設(shè)施高度集成，所涉及到的管線、儲(chǔ)罐以及閥門等裝置數(shù)目眾多。另外我國(guó)部分海洋平臺(tái)已趨于老齡化，如綏中36-1 油田、埕北油田、歧口油田，老齡平臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致平臺(tái)構(gòu)件疲勞損壞嚴(yán)重，但由于某些原因的限制，目前還不能完全棄置這些平臺(tái)，仍要在安全范圍內(nèi)使用[1]。這些因素增加了平臺(tái)發(fā)生溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)海上采油平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，一旦發(fā)生溢油事故，溢油應(yīng)急物資很難迅速到位，應(yīng)急救援難度較大，因而溢油風(fēng)險(xiǎn)較高。

近年來，科研工作者和企業(yè)管理人員對(duì)海上采油平臺(tái)溢油事故原因及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)做了深入的研究，對(duì)海上石油平臺(tái)各階段的溢油風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了歸類和總結(jié)，得到了海上油田平臺(tái)各個(gè)階段不同類型的溢油事故概率及后果[2-3]。通過層次分析法和模糊評(píng)價(jià)法建立了海上石油平臺(tái)溢油風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4-5]。

目前雖然對(duì)溢油風(fēng)險(xiǎn)源已有了一些認(rèn)識(shí)，但針對(duì)海上采油平臺(tái)生產(chǎn)過程中溢油事故風(fēng)險(xiǎn)的探討尚不具體，缺乏基于海上平臺(tái)生產(chǎn)工藝的溢油風(fēng)險(xiǎn)分析。通過對(duì)海上采油平臺(tái)生產(chǎn)工藝的研究，確定海上采油平臺(tái)的溢油高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施，探尋海上采油平臺(tái)溢油事故的發(fā)生機(jī)制，并提出溢油風(fēng)險(xiǎn)防控措施，進(jìn)一步降低海上采油平臺(tái)溢油風(fēng)險(xiǎn)。

1 海上采油平臺(tái)生產(chǎn)工藝介紹

如圖1所示，以渤海某海上油田生產(chǎn)工藝為例，來自生產(chǎn)井的流體經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入一級(jí)分離器、二級(jí)分離器進(jìn)行油、氣、水三相分離，分離出的伴生氣經(jīng)過火炬分液罐分液后進(jìn)入火炬燃燒，隨后不含氣的油水混合物進(jìn)入電脫水器進(jìn)行油水兩相分離，分離出含水率低于1%的原油進(jìn)入平臺(tái)儲(chǔ)油裝置或輸油海管完成原油的外輸。一級(jí)分離器、二級(jí)分離器及電脫水器所分離出的含油污水進(jìn)入含油污水處理流程，分別進(jìn)入旋風(fēng)分離器、雙介質(zhì)濾器進(jìn)行油水分離，分離出的少量污油進(jìn)入閉排罐，一段時(shí)間后污油從閉排罐重新進(jìn)入原油流程，再進(jìn)行分離。平臺(tái)甲板所收集的污水經(jīng)過開排罐短期儲(chǔ)存后進(jìn)入閉排罐，隨后進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，污水處理系統(tǒng)分離出的水經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)入注水緩沖罐，隨后回注地層。

圖1 渤海某油田生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖

2 溢油事故原因分析及防控建議

針對(duì)海上采油平臺(tái)原油處理流程長(zhǎng)、事故風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多的現(xiàn)狀，通過對(duì)海上采油平臺(tái)采油工藝的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，明確海上平臺(tái)的采油工藝流程和海上設(shè)備設(shè)施的工作原理，進(jìn)而確定油田高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施。分析了高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施的工作原理及導(dǎo)致溢油事故的原因，最終得出海上油田溢油事故的防控措施。技術(shù)路線如圖2所示。

通過對(duì)海上油田采油工藝的理論分析和海上油田的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定5 種海上平臺(tái)設(shè)備設(shè)施為溢油高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施，分別為開排罐、火炬分液罐、舷外管線、外輸軟管、海管。

2.1 開排罐溢油事故原因分析及防控建議

開排罐屬于平臺(tái)的環(huán)保設(shè)施，一般位于底層甲板，起到收集平臺(tái)廢液的作用。開排罐與平臺(tái)地漏及閉排罐相連，開排罐日常工作原理為：來液主要源自平臺(tái)甲板產(chǎn)生的含油污水廢液，去液方向?yàn)殚]排罐。平臺(tái)甲板產(chǎn)生的廢水、污油依靠重力沿地漏排放至開排罐，開排罐與閉排罐導(dǎo)通，開排罐將含有污油的廢水通過泵轉(zhuǎn)至閉排罐。閉排罐隨后將含油污水重新轉(zhuǎn)至流程進(jìn)行除油。

降雨天氣時(shí)，一般的做法為：將地漏用木塞堵住，防止多層甲板收集的大量雨水將開排罐灌滿，巡檢人員若發(fā)現(xiàn)平臺(tái)某個(gè)區(qū)域積液過多則將木塞打開，使含油污水流入開排罐。

圖2 技術(shù)路線

開排罐的主要風(fēng)險(xiǎn)在于遭遇降雨量較大的極端天氣時(shí)，開排進(jìn)液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排液量，可能導(dǎo)致開排罐冒頂，含油污水通過開排罐溢流管線進(jìn)入大海，同時(shí)甲板污油水將無法通過開排進(jìn)入流程，導(dǎo)致含油污水漫過甲板通海圍堰，造成溢油事故。

對(duì)于此類風(fēng)險(xiǎn)，一是要加強(qiáng)巡查，對(duì)平臺(tái)甲板表面油污及時(shí)清理，確保平臺(tái)甲板表面清潔，防止降雨時(shí)雨水將原油沖刷入海；二是要特別關(guān)注天氣，尤其是暴雨或大風(fēng)等極端天氣，在極端天氣到來前要保障開排至閉排的濾網(wǎng)清潔，保證開排向閉排轉(zhuǎn)液通暢，并將開排及閉排液位維持在較低水平。

2.2 火炬分液罐溢油事故原理分析及防控建議

火炬分液罐是火炬之前的氣液分離裝置，如圖3、圖4 所示，平臺(tái)各級(jí)分離器所產(chǎn)生的氣相均排向火炬分液罐，去往火炬分液罐的氣相和夾雜的少量油相在火炬分液罐被分離，罐中氣相去往火炬燃燒，油相去往閉排罐隨后重新進(jìn)入流程進(jìn)行處理。當(dāng)平臺(tái)出現(xiàn)緊急情況需對(duì)分離器進(jìn)行泄壓時(shí)，平臺(tái)容器中的氣相亦通過火炬泄壓。

圖3 火炬分液罐管匯示意圖

圖4 火炬分液罐工作原理示意圖

火炬分液罐出現(xiàn)溢油風(fēng)險(xiǎn)的情況在于平臺(tái)流程緊急泄壓時(shí)，平臺(tái)各級(jí)分離器氣相排往火炬分液罐，平臺(tái)生產(chǎn)分離器壓力設(shè)定各有不同，一般情況下海上氣田或產(chǎn)氣量較多的平臺(tái)分離器壓力較高，氣相從高壓容器流入低壓容器會(huì)吸收大量熱，造成火炬分液罐低溫凍堵，不能及時(shí)向閉排轉(zhuǎn)液，氣相裹挾油相噴出，導(dǎo)致溢油事故的發(fā)生。

海上氣田或產(chǎn)氣量較多的平臺(tái)更易發(fā)生此類事故，針對(duì)此類事故風(fēng)險(xiǎn)，一是要在日常生產(chǎn)過程中密切注意火炬分液罐，防止火炬分液罐液位過高；二是在緊急泄壓時(shí)，及時(shí)將火炬分液罐伴熱熱介質(zhì)油溫設(shè)定提高，防止火炬分液罐降溫結(jié)凍。

2.3 舷外管線溢油事故原因分析及防控建議

平臺(tái)棧橋管線、甲板外延伸管線均為舷外管線。舷外管線一旦發(fā)生泄漏，原油將直接入海，釀成溢油事故，同時(shí)如果管線中含有天然氣，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，海上平臺(tái)將被天然氣籠罩，一旦遇明火可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)和爆炸，造成更大險(xiǎn)情。

如圖5所示，舷外管線防泄漏防溢油是難點(diǎn)：①因?yàn)榇蟛糠衷O(shè)備管線有保溫層，使泄漏點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)；②因?yàn)樘幱谏a(chǎn)狀態(tài)，不宜徹底檢查和處理；③舷外管線位置特殊，發(fā)生泄漏后人員無法立即到達(dá)事故位置堵漏。

導(dǎo)致平臺(tái)舷外管線泄漏的原因包括：設(shè)備老化，相關(guān)焊縫、閥門、法蘭連接處出現(xiàn)裂縫，內(nèi)部銹蝕出現(xiàn)蠕孔；船舶靠泊過程中由于海況惡劣導(dǎo)致船舶撞向平臺(tái)；平臺(tái)生產(chǎn)活動(dòng)引起的平臺(tái)震動(dòng)導(dǎo)致法蘭損壞出現(xiàn)裂縫；管道物流超壓，導(dǎo)致管線或法蘭泄漏等。

圖5 平臺(tái)上的舷外管線

對(duì)此，建議平臺(tái)采取以下措施對(duì)溢油事故進(jìn)行防控。

1）加強(qiáng)棧橋管線的監(jiān)測(cè)。建議平臺(tái)管理人員在棧橋油氣管線密集處安裝可燃?xì)怏w探頭和CCTV系統(tǒng)；平臺(tái)中控應(yīng)密切注意海上平臺(tái)管線壓力變化，現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員要配備手持可燃性氣體探測(cè)設(shè)備進(jìn)行巡檢，防止管線泄漏引發(fā)次生災(zāi)害。

2）條件允許情況下建議在棧橋下方加裝帶圍堰甲板，用以阻擋溢油泄漏入海，為溢油回收創(chuàng)造時(shí)間。

2.4 外輸軟管溢油事故原因分析及防控建議

海上平臺(tái)原油運(yùn)輸方式有兩種，一種為平臺(tái)通過海管向外運(yùn)輸，另一種為平臺(tái)或FPSO 將處理合格的原油儲(chǔ)存于原油儲(chǔ)罐（FPSO），一段時(shí)間后通過外輸泵和外輸軟管向穿梭油輪原油外輸。

如圖6 所示，原油外輸是一種需要船舶、人員、平臺(tái)機(jī)械密切配合的復(fù)雜、高危作業(yè)，它對(duì)海況及油輪的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)都有嚴(yán)格的要求，其中薄弱環(huán)節(jié)為外輸軟管。外輸作業(yè)通常會(huì)持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)，這一過程發(fā)生任何意外事件，都可能造成輸油軟管破裂，導(dǎo)致溢油事故的發(fā)生[7]。

圖6 外輸作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

外輸作業(yè)過程主要溢油風(fēng)險(xiǎn)如下：遇有大風(fēng)、雷雨天等惡劣天氣，或海況突變導(dǎo)致系泊纜的拉力超負(fù)荷或破損，輸油軟管斷裂；輸油軟管老化、磨損導(dǎo)致原油滲漏；冬季海冰推動(dòng)油輪，油輪位移導(dǎo)致軟管斷裂；受天氣影響或油輪操作失誤，油輪與平臺(tái)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致儲(chǔ)油罐泄漏溢油。

針對(duì)外輸軟管可能造成溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，建議采取如下措施對(duì)事故進(jìn)行防控：

1）油輪根據(jù)海上設(shè)施及相關(guān)單位提供的潮汐表、冰情、氣象預(yù)報(bào)做出停靠方案，并做好一旦遇到海上突發(fā)事件緊急離泊的準(zhǔn)備。

2）冬季處于冰區(qū)的外輸作業(yè)，作業(yè)期間必要時(shí)可使用破冰船進(jìn)行破冰。

3）有外輸作業(yè)任務(wù)的平臺(tái)、FPSO應(yīng)配備足量的溢油回收物資，如吸油毛氈、吸油拖欄等，一旦發(fā)生輸油軟管斷裂，立即對(duì)溢油進(jìn)行吸附和回收。

2.5 海管溢油事故原因分析及防控建議

海管是海上物流輸送的重要設(shè)施，具有連續(xù)輸送、受環(huán)境影響小、輸油效率高、運(yùn)油能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。海管的安全運(yùn)行一直是石油公司和政府主管部門關(guān)注的重點(diǎn)，在運(yùn)維方面，石油公司為海上平臺(tái)配備了監(jiān)控海管附近船舶動(dòng)態(tài)的AIS 系統(tǒng)，當(dāng)海管上方船舶航速低于兩節(jié)時(shí)，該系統(tǒng)即可報(bào)警，平臺(tái)守護(hù)船的穿梭作業(yè)也可對(duì)海管進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)海事和海洋執(zhí)法部門在海上的巡邏一定程度上也減少了海管事故的發(fā)生。

我國(guó)海域漁業(yè)活動(dòng)頻繁，漁業(yè)作業(yè)船舶質(zhì)量及船員海洋環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，部分船員對(duì)水下情況不熟悉、法律意識(shí)淡薄，這些不利因素都給海管的維護(hù)造成較大壓力。

由于海管所處位置十分特殊，一旦發(fā)生泄漏，很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)海管進(jìn)行有效的應(yīng)急處置。結(jié)合歷史事故，導(dǎo)致海管泄漏的原因主要有兩種：①海底長(zhǎng)時(shí)間服役導(dǎo)致海底管道疲勞損壞；船舶不規(guī)范作業(yè)，船錨沖擊海管造成泄漏。②海管內(nèi)部介質(zhì)或外部環(huán)境對(duì)海管腐蝕形成蠕孔導(dǎo)致溢油。

針對(duì)海管溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，可以采取如下措施對(duì)事故進(jìn)行防控：

1）改造海底管道的上下游泵站工藝流程，使其具備兩端抽油功能，當(dāng)海底管道發(fā)生泄漏時(shí)，兩端泵站同時(shí)抽取管內(nèi)油品，使海底管道形成負(fù)壓，從而減少甚至阻止溢油。

2）嚴(yán)格執(zhí)行海管巡線制度，對(duì)服役時(shí)間較長(zhǎng)的海管增加巡線的次數(shù)。

3）定期對(duì)海管進(jìn)行清管，降低腐蝕性物質(zhì)對(duì)海管的影響。

3 結(jié)論與建議

通過對(duì)海上油田采油工藝的系統(tǒng)分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定了海上平臺(tái)溢油事故的高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備和設(shè)施。海上平臺(tái)高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備設(shè)施包括：開排罐、火炬分液罐、舷外管線、外輸軟管以及海底管道。同時(shí)分析了高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備、設(shè)施造成溢油事故的原因，并針對(duì)性地提出溢油風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

1）針對(duì)開排罐在暴雨等極端天氣下發(fā)生冒罐，導(dǎo)致溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，建議保持平臺(tái)甲板表面清潔，另外要特別關(guān)注天氣，尤其是暴雨或大風(fēng)等極端天氣，在極端天氣到來前要保障開排至閉排的濾網(wǎng)清潔，保證開排向閉排轉(zhuǎn)液通暢，并將開排及閉排液位維持在較低水平。

2）針對(duì)火炬分液罐裹挾液相噴出造成溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，建議在日常生產(chǎn)過程中密切注意火炬分液罐，防止火炬分液罐液位過高；另外在緊急泄壓時(shí)，及時(shí)將火炬分液罐伴熱熱介質(zhì)油溫設(shè)定提高，防止火炬分液罐降溫結(jié)凍。

3）針對(duì)舷外管線泄漏造成溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，建議除日常加強(qiáng)舷外管線的巡查力度外；條件允許情況下，在棧橋下方加裝帶圍堰甲板，用以阻擋溢油泄漏入海，為溢油回收創(chuàng)造時(shí)間。

4）針對(duì)輸油軟管斷裂造成溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)做好遇到海上突發(fā)事件緊油輪急離泊的準(zhǔn)備；另外建議有此項(xiàng)作業(yè)的平臺(tái)及有外輸作業(yè)任務(wù)的平臺(tái)、FPSO 應(yīng)配備足量的溢油回收物資，如吸油毛氈、吸油拖欄等，一旦發(fā)生輸油軟管斷裂，立即對(duì)溢油進(jìn)行吸附和回收。

5）針對(duì)海管泄漏造成溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)，除加強(qiáng)日常巡線、上下游數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)外，建議改造海底管道的上下游泵站工藝流程，使其具備兩端抽油功能。當(dāng)海底管道發(fā)生泄漏時(shí)，兩端泵站同時(shí)抽取管內(nèi)油品，使海底管道形成負(fù)壓，從而減少甚至阻止溢油發(fā)生。