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2010年4月20日,美国墨西哥湾西西比海底峡谷252区块Macondo探区,在相隔10 s的两次大爆炸后,“深水地平线”钻井平台升起一团熊熊燃烧的大火,并于2010年4月22日沉入墨西哥湾。事故造成了人类历史上最大的海洋石油泄漏污染,并导致11人死亡,17人受伤。
英国石油(BP)拥有该区块的租赁权并担任作业者,“深水地平线”钻井平台也被称为世界上最先进的第五代半潜式钻井平台。一流的公司、顶级的装备,却为何发生如此惨重的事故呢?漏油之后BP采取了哪些应急处理措施?
“深水地平线”钻井平台爆炸
原油泄漏
墨西哥湾位于北美洲东南部边缘,因濒临墨西哥而得名。它是全球著名的海洋油气富集区,也是美国三大油气产区之一,为美国的油气产量以及经济增长做出了突出贡献。
2010年4月20日 在墨西哥湾密西西比河峡谷252区块Macondo探区
作业人员已将生产套管下至钻井深度5 579.1 m处并固井,由于已完成压力测试,工作人员正在做临时弃井的准备工作。
21时01分,作为临时弃井的常规作业一部分,在海水替代泥浆的过程中,当较重的泥浆为较轻的海水置换时,压力本应下降。相反,钻杆压力上升了689.5 kPa。说明油井出现了问题。
21时14分,钻井工人采取了一系列的井控措施试图降低钻杆压力以调查压差。
21时40分,泥浆和油气已经到处扩散并流到海里……
21时47分,第一声可燃气报警响起。
21时48分,电力被中断,发生了第一次爆炸。约10 s后,发生第二次爆炸。
22时,由于深水地平线无法与油井脱开,管理者发出放弃平台的指令。人员开始撤离。
4月22日上午10时,平台再次发生爆炸。“深水地平线”钻井平台沉入深海……虽然平台上126人员大部分撤离,但仍有11人死亡,17人受伤。
原油泄漏 形势升级
2010年4月24日,海底探测器显示,隔水导管和套管开始漏油,预计漏油量每天超过1 000桶。
当局者起初以为这仅仅是一场普通的漏油事故,只出动飞机和船只清理海面浮油。然而,这只是巨大灾难的开始。
4月28日,美国国家海洋和大气管理局估计,每天漏油高达5 000桶,竟然5倍于先前的预估,并且连续发现了3处漏油点。根据海岸警卫队和救灾部门提供的图表显示,浮油覆盖面积长160 km,最宽处72 km。
6月23日,事故再次恶化:原本用来控制漏油点的水下装置因发生故障而被拆下修理,滚滚原油在被压制了数周后,重新喷涌而出。
封堵成功
2010年7月15日, BP宣布,新的控油装置已成功罩住水下漏油点。
永久封闭
2010年9月19日,伴随着减压井的完工,美国原油泄漏事故救灾小组宣布,墨西哥湾漏油井已被永久封堵。井虽成功封堵,但是泄露的400万桶原油,只收回了81万桶,仍有约319万桶原油漂浮在墨西哥湾。
人为的责任事故
2009年10月6日,Transocean公司的半潜式钻井平台“马里亚纳”完成Macondo探区的初次钻井作业。随后受飓风艾达的影响,马里亚纳断锚、漂移,需要坞修。坞修后,平台合同到期。
2010年2月6日,由“深水地平线”钻井平台继续为Macondo井提供钻井服务。Macondo井为一口勘探井,一旦发现有经济价值的油气资源,探井将转为生产井。
“深水地平线”钻井平台是世界上最先进的第五代半潜式钻井平台,可在水深2 438 m的海域作业,最大钻井深度约为8 850 m,造价3.5亿美元,作业日均费用达到49.68万美元/天,于2001年交付下水。世界一流的公司、顶级的设备,怎么会酿成如此重大事故?
事故调查发现,墨西哥湾漏油事件是一起人为的责任事故。
套管选择
套管是用于支撑油气井井壁的钢管,需要根据井况和井深来选择相应的套管。
2010年3月8日,“深水地平线”钻井平台开工。经过一个月的钻探工作,2010年4月9日,钻井深度达到5 596.13 m(方案设计钻井深度为5 989.3 m,因在钻井作业过程中遭遇了与设计基础不同的孔隙压力和压力梯度,因而泥浆比重和套管下入深度与原设计不同)。
2010年4月9日,作业者对先下尾管还是直接下长串生产套管问题展开激烈讨论:下尾管可以防止井喷,但会减慢施工进度,而下入长串生产套管是一种较快的作业方式,工期可以减少3天;直接下套管还可节约700万~1 000万美元。
在利益面前,BP忽视安全因素,决定在4月15日直接下长串生产套管完井。
违规减少15个扶正器
在下套管过程中,扶正器非常重要。扶正器安装在套管外侧,用来支撑套管,使套管顺利下到预定井深,并使套管在井眼内居中。
负责固井作业的美国哈利伯顿公司固井工程师按照API RP 65规范,并通过计算机模拟计算出应使用21个套管扶正器,才能基本保证固井质量,而实际上Macondo井队下套管时只安放了6个扶正器,大大增加了上部蹿槽的风险。
水泥浆封堵缺陷把控不严
下完套管后,为防止油气从产层中进入井眼,开始注入水泥。BP使用的是一种轻质的氮化泡沫水泥浆,虽然封堵效果好,但是稳定性差。
这归结于前期哈里伯顿公司室内水泥浆试验不全面,加之BP把关不严,没有发现水泥浆设计的潜在缺陷;再加上固井方案设计的水泥浆用量太少;固井前,钻井泥浆循环不够等因素降低了固井质量,最后出了问题。
缩短候凝时间
注入的水泥需要一段时间来凝固,即候凝。由于此钻井进度比计划推迟了大约42天,BP公司为了赶进度,仅候凝16.5 h,水泥并未完全凝固,就令井队用海水替换钻井液。由此导致压力失衡,井内液压柱压力不足以平衡地层压力,从而引发地层液体涌入井筒。
未进行水泥胶结测井
水泥胶结测井,指用一个声波仪器来检测水泥是否与套管外壁和井洞壁胶合结实。水泥胶结测井是检验固井质量重要的一步,若发现水泥中有通道,可以在套管上钻个孔再注入一些水泥。
平台爆炸两天前,BP曾派相关服务公司进行水泥胶结测井。但奇怪的是,BP后来又决定不测井。据称,一次测井需要花费9~12 h,并支付12.8万美元。
负试压误认为成功
固井施工按照预定计划完成后,需要根据设计测固井质量。2010年4月20日上午,对油井进行第一次完整性测试――正试压,试压成功。下午做负试压,先使用隔离液,然后利用海水置换井中的一些泥浆,以确认环空水泥、套管鞋、套管和井口密封的完整性。
经过调查,调查组认为此次负试压存在多个问题。首先,在试验开始时,防喷器充入了约50桶的隔离液,这将可能抑制压井管线上的压力读数;其次,排量超过了预期,表明屏障封隔油层失败;再次,钻井人员发现压井管线无流体流出,但钻杆压力上升至9 653 kPa,这一压力表明油井的完整性存在问题,钻井人员却错误地认为压力是由于“气囊效应”的现象造成。因此,钻井作业人员错误地认为负试压成功。
溢流未及时关闭防喷器
2010年4月19日20时20分,发现溢流,但整整一个小时后,才意识到需要关闭防喷器,但为时已晚,油气已经上涌。
21时49分,发生井喷,随后泥浆泵房机房爆炸,井控系统失效等,造成11人死亡,17人受伤。
防喷器失效
安装在井口的防喷器是防止漏油的最后一道屏障。但深水地平线平台的防喷器在发生漏油后并未正常启动,此外平台上装备的一套自动备用系统,也未能被激活,因此防喷器当时并没有发挥作用。
高大威猛的防喷器为什么会失效呢?据了解,为节省时间和经费,“深水地平线”防喷阀中没有使用永久性“变径闸板”,取而代之的是一个测试阀门,这增加了阀门失效的风险。
BP公司主观原因
管理原因。2009年美国政府向BP颁布了“安全奖”,事发当天BP的7名高级官员正在现场庆祝,未能第一时间参与救援
赶工原因。该井设计钻井周期51天,但实际作业时间超设计周期43天,另外,平台租赁费多花了2 100多万美金。
监管不力。按照规定,每个月要求做一次安全检查,但BP的检查率只有41%~75%,而且安全检查不认真。
应急救援和补救措施
正常情况下,井喷后通过采取注入重泥浆或者关闭油井,并疏导上喷的高压油气,可以在一周内控制井喷,为何深水地平线事故持续了近三个月时间才被控制住呢?BP在这三个月内采取了哪些补救措施?
专家总动员
BP公司在休斯敦快速设立了一个大型事故指挥中心,从160家石油公司调集了500人。随后又专门聘请道达尔、埃克森等专家商讨救援措施。
及时清污
4月25日,BP通过铺设围油栏、稻草墙和防护堤坝等措施设置隔离带,并每天投放大量分散剂(Corexit 9500和Corexit EC9527A)。同时使用吸油棒吸油,但在每天泄漏的上万桶原油面前远远不够。
机器人水下关井
4月26日,BP出动了多台水下机器人尝试关闭水下防喷器来实现关井,但未能奏效。
“金钟罩”
随后BP打造了一个顶部开孔的钟形控油罩,希望用它罩住漏油点,将原油从顶部通过油管疏导到海面上的油轮。
但是这个重约125 t的控油罩在即将抵达漏油点时,却停止了下沉。经过研究才发现:在控油罩下降过程中,深海中的洋流裹挟着原油和天然气进入了控油罩内,天然气在深海的低温高压环境下形成了甲烷水合物,堵塞了控油罩顶部的输油口。
“大礼帽”
为了解决甲烷水合物的问题,BP又设计了一个“大礼帽”,它比之前的“金钟罩”体积要小得多。为了抑制甲烷水合物的形成,在下放“大礼帽”的过程中,向其缓缓注入甲醇,不过该方法治标不治本、效果不佳,未能控制漏油。
安装吸油管吸油
5月14日,BP开始在海底漏油口安装吸油管。同时,BP意识到仅靠收集原油不能从根本上解决问题,决定封堵油井。
灭顶法
5月26日启用“Top Kill”封堵(灭顶法),即从井眼顶部向破损油井注入封堵材料进行封堵。但井底压力过大,注入的封堵材料被井内的高压流体冲出油井,灭顶法失败。
切管盖帽法
切管盖帽法,即用深海机器人切断防喷阀门上方的漏油管道,下放防喷阀门以控制漏油,并在阀门上方安装控油管道,将泄露的原油抽出。
采用此方法后,BP公司8月4日成功用一个漏斗状装置“盖住”墨西哥湾海底的漏油油井,并开始将泄漏的原油和天然气输送到海面上。24 h内,共收集6 000桶原油。8月16日,美国官方估测每天能收集3 500~6 000 t。
钻井救援
虽然切管盖帽法控制住了大部分漏油,但为了保证安全,BP继续在漏油油井东西两个方向各钻一口减压井,从减压井中向漏油油井注入重泥浆,以实现彻底封堵。
5月2日,第一口减压井开钻,5月16日,第二口减压井开钻,两口救援井在4个月内完工。2010年9月19日,伴随着减压井的完工,美国原油泄漏事故救灾小组宣布,墨西哥湾漏油井已被永久封堵。
事故影响
大量泄漏的原油,加之后期海风和暖流加速了海面油污的扩散,事故造成了近1 500 km海滩受到污染,至少2 500 km2的海水被石油覆盖,多种物种灭绝,严重破坏了墨西哥湾生态平衡。
事故后,美国政府签发了新版墨西哥湾“禁采令”, 宣布在2010年11月30日之前,没有达到作业要求的公司将失去在墨西哥湾开采油气的资格。
另外,该事故不仅使美国放缓海上油气勘探的脚步,世界各国也更加谨慎地对待海上油气勘探开发业务,进入海洋勘探开发的门槛变高,预计HSE(健康、安全和环境)管理费用将占企业总支出10%以上。