海上井噴事故信息采集與應(yīng)急通訊保障方案基礎(chǔ)研究

蔣凱 張帥 佟新宇 王碩

摘要：海上油氣資源開采面臨諸多風(fēng)險與挑戰(zhàn)，其中井噴是最為嚴(yán)重的風(fēng)險，海上井噴事故救援是多個部門、多個專業(yè)、多種資源參與的聯(lián)動型應(yīng)急處置工作，現(xiàn)場信息采集和通信聯(lián)絡(luò)是事故處置的關(guān)鍵保障。此文分析井噴事故信息的類型，提出針對性的采集方案;從應(yīng)急通訊的需求出發(fā)，提出系統(tǒng)架構(gòu)的研究方案。

關(guān)鍵詞：海上井噴;應(yīng)急通訊;信息采集;Mesh

1.海上井噴事故救援的難點(diǎn)

海上油氣資源的開采遠(yuǎn)離陸地，海上平臺承托了鉆采、生產(chǎn)和生活的所有設(shè)施，其面積狹小、功能集中，在生產(chǎn)過程中時刻面臨諸多風(fēng)險。井噴是海上油氣勘探開發(fā)作業(yè)中最嚴(yán)重的事故之一，不僅會帶來重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且還可能造成巨大的環(huán)境災(zāi)難[1]。

一直以來，海上井噴事故救援是各大石油公司乃至國家所面臨的重大挑戰(zhàn)，需要投入多型船舶、多種應(yīng)急裝備，多部門采取空中、水面和水下，開展陸海聯(lián)動的跨地域、跨時空救援，事故現(xiàn)場的救援指揮、信息采集以及通訊聯(lián)絡(luò)是搶險處置過程中非常關(guān)鍵且不可或缺的因素，決定了救援決策的準(zhǔn)確性和救援處置的時效性，事關(guān)救援及應(yīng)急處置的全局。

2.海上井噴事故現(xiàn)場信息采集

2.1 井噴事故信息的采集類型

海上平臺井噴后，可燃?xì)狻⒂卸居泻怏w泄漏擴(kuò)散和溢油等是最大的風(fēng)險因素。事故信息的采集包含井噴井口（水上和水下井口）的受損情況，可燃?xì)怏w、有毒有害氣體濃度、成分、擴(kuò)散方向，井口環(huán)境溫度，甚至著火區(qū)域溫度等，制定完善的事故信息采集方案，是實(shí)施搶險救援的先決條件。

2.2井噴事故現(xiàn)場信息采集的方案

針對海上井噴事故信息的類型，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸方案。

（1）井噴井口的受損信息，包含水上和水下井口。

1）首先是水上井口。a.未著火爆炸，平臺設(shè)施尚存的情況下，由搶險隊(duì)員登臨平臺，攜帶防爆攝像與對講裝置，近距離觀察并攝錄事故井口結(jié)構(gòu)，如套管頭、防噴器有無明顯刺漏，用氣體測漏儀成像檢測隱蔽的氣體泄漏點(diǎn);b.水上井口著火，平臺結(jié)構(gòu)設(shè)施尚存的情況下，利用遠(yuǎn)距離偵查攝像裝置采集事故井口平臺火災(zāi)區(qū)域影像。

2）其次是水下井口，根據(jù)作業(yè)水深的不同，選擇工作能力匹配的水下機(jī)器人（ROV），運(yùn)用機(jī)器人聲吶裝置定位勘驗(yàn)井口，運(yùn)用2D和3D聲學(xué)檢測設(shè)備掃描水下井口附近的設(shè)施，運(yùn)用攝像裝置采集、記錄井口裝置及上部隔水管串的影像資料。

（2）可燃?xì)怏w、有毒有害氣體濃度、成分、擴(kuò)散方向的采集，有兩種方式，其一是搶險單兵攜帶手持式多通道復(fù)合氣體檢測儀檢測可燃?xì)怏w、有毒有害氣體如烷類、烴類、硫化氫等氣體成分和濃度，其二是利用無人機(jī)檢測井口上方擴(kuò)散的氣體成分;利用風(fēng)向風(fēng)速儀檢測氣體的擴(kuò)散方向。

（3）井口溫度的采集一般有兩種方式，其一是人員攜帶手持式溫度檢測設(shè)備如紅外熱成像儀、激光測溫儀進(jìn)行中距離檢測，檢測距離一般為10m～30m，檢測溫度范圍一般為-40℃～600℃;其二是無人機(jī)利用紅外熱成像儀檢測事故平臺溫度場，測量溫度范圍一般為0℃～500℃。

3.海上井噴事故應(yīng)急通訊方案

3.1 應(yīng)急通訊需解決的問題

自海洋石油開發(fā)以來，海上作業(yè)現(xiàn)場與岸基的順暢通訊始終是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。近幾年針對距離陸地較近的鉆井平臺多采用微波點(diǎn)對點(diǎn)的直線通訊傳輸方式。微波通訊屬于短距離無線傳輸方式，傳播距離最大約為50公里[2];受視距、地球曲率、障礙物、雨雪、蒸汽、灰塵、云和霧的影響，信號不穩(wěn)定;對于遠(yuǎn)海的鉆井平臺，與岸基采用衛(wèi)星通訊，受帶寬的影響，圖像視頻的信號傳輸不穩(wěn)定，存在卡頓的現(xiàn)象，且受運(yùn)營成本的影響，部分平臺未開通大流量寬帶通訊業(yè)務(wù)。

海上井噴事故應(yīng)急通訊要解決事故現(xiàn)場與岸基應(yīng)急響應(yīng)中心的雙向通訊，實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、音視頻等信息傳輸至響應(yīng)中心，響應(yīng)中心通過在線視頻會商開展遠(yuǎn)程指揮搶險和應(yīng)急資源調(diào)撥等。

3.2應(yīng)急通訊方案

應(yīng)急通訊要確保可靠性和專一性，需要從兩個層級構(gòu)建應(yīng)急通訊的數(shù)據(jù)傳輸鏈。其一是現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場局域網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的傳輸，如單兵綜合系統(tǒng)和無人機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù);其二是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與岸基的雙向互聯(lián)。

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)方案

現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用無線Mesh通信系統(tǒng)，是一種寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有多跳、自組織、自愈合等特點(diǎn)，分布式網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有可靠性高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、部署成本低等特點(diǎn)[3]。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中起的作用也越來越大[4]。

建立海上井噴事故現(xiàn)場的Mesh自組網(wǎng)絡(luò)，可以規(guī)避海上無移動公網(wǎng)信號覆蓋的弊端，形成搶險單兵、偵測無人機(jī)、搶險船舶等穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

（2）衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)方案

衛(wèi)星通信是應(yīng)急通信架構(gòu)的核心，是連接海上事故一線和陸地應(yīng)急響應(yīng)中心的“紐帶”，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與岸基指揮中心的雙向通訊。衛(wèi)星通信主要包括VSAT、海事衛(wèi)星和寬帶通信衛(wèi)星。我國海上油氣開發(fā)所應(yīng)用的衛(wèi)星通信主要為VSAT系統(tǒng)，支持雙向數(shù)據(jù)、語音和圖像通信業(yè)務(wù)，典型的VSAT網(wǎng)是由主站、衛(wèi)星和許多遠(yuǎn)端小站三部分組成。在此文的應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)中，主站即陸地應(yīng)急響應(yīng)中心，遠(yuǎn)端小站即移動應(yīng)急基站。應(yīng)急救援時，可申請開通遠(yuǎn)端小站與主站的VSAT網(wǎng)絡(luò)專線，建立應(yīng)急通訊保障。

4.結(jié)論

信息采集和應(yīng)急通信是事故應(yīng)急救援工作的關(guān)鍵基礎(chǔ)保障，尤其對于遠(yuǎn)離陸地的海洋油氣開采行業(yè)，應(yīng)急通信更是面臨巨大挑戰(zhàn)。本次以聯(lián)通事故現(xiàn)場和岸基為基本需求，提出了較為清晰的事故應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)“事故前線”與陸地應(yīng)急響應(yīng)中心的互聯(lián)互通，具備數(shù)據(jù)、音視頻等信息的交互、專家在線會商和遠(yuǎn)程指揮救援的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王剛.海上井噴實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].西安石油大學(xué).2017

[2] 陶金波，張子軒，鄭詩峰. 波通訊在自動化海洋站觀測數(shù)據(jù)資料傳輸中的應(yīng)用. [J].信息通訊，2016，06（02）：230-231

[3]趙永磊. 面向無線Mesh網(wǎng)絡(luò)下節(jié)點(diǎn)部署和資源分配的研究[D].西安電子科技大學(xué). 2017

[4]仲中原. 無線Mesh通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)研究[D].東南大學(xué).2018

[5]鄧擁軍，陳萍，謝樹磊.衛(wèi)星通信在海洋中應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議.[J].

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司? 天津? 300452