石油安全生产科技

摘 要：随着工业化、城市化进程的加速与经济的快速增长,我国对能源的需求越来越大,其中对石油、天然气的依赖逐渐增强.2012年我国已成为世界第四大石油生产国、第二大石油消费国及石油进口国.我国油气资源丰富,勘探领域和地区广泛,勘探程度和资源转化率较低,油气勘探潜力巨大,油气储产量增长已进入高峰期,而从石油向天然气（含非常规天然气）转移以及快速发展非常规油气领域是未来油气开发的趋势.

由于石油天然气开发固有的点多、线长、面广、高温高压、有毒有害、易燃易爆等特点,近年来在油气开发过程中发生了一系列安全生产事故,特别是在高含硫天然气开采、深海油气开采、油气管道输送等环节,相继发生了2003年“1223”重庆开县井喷事故、2011年蓬莱19-3油田溢油事故、2013年“1122”青岛输油管道爆炸事故等多起重特大事故,造成了严重的人员伤亡与财产损失,反映出油气开发、储运过程中存在诸多安全方面的薄弱环节.随着油气需求及产量的逐年增加,非常规油气开发的难度和复杂性日益增大,长输管道的总里程和安全风险日益增加,我国石油天然气领域面临的安全生产形势将更加严峻,对油气安全生产技术提出了更高的要求.

为了保障油气生产的安全性,尽可能避免事故的发生,以及最大限度地减少事故造成的人员伤亡和财产损失,有必要针对高含硫天然气开采、深海油气开采、长输油气管道等重点领域,制定油气安全生产技术发展战略,对我国的油气安全生产技术发展做出整体规划.

关 键 词：天然气开采,安全,对策

中图分类号：TE文献标识码：A文章编号：1674-3520（2014）-11-00-02

一、石油天然气开发安全生产事故分析

(一)高含硫天然气开采安全生产事故分析

由于国内对高含硫气田的开发经验不足、技术不成熟,存在着较为严重的安全隐患,使得安全事故频发.近年来,我国含硫气田勘探开发的安全生产形势严峻,相继发生了多起重特大井喷失控、硫化氢中毒事故,造成大量人员伤亡或导致大量群众疏散,给社会带来了严重不良影响,尤其是发生在2003年12月23日的导致243人死亡的特大井喷事故,对我国今后开发高含硫化氢气田造成了重大影响.

(二)深海油气开采安全生产事故分析

由于深海自身环境特点,使得开发过程中面临诸多挑战,无论是开采预准备期、主体开采期还是开采的配合活动开展过程中都存在较大风险.一是要面对海上各种严重的自然灾害.2006年墨西哥飓风中,50多座海上平台遭受不同程度的损坏.2006年南海珍珠号台风,造成我国南海最大油气田停产10个月,每天损失原油2万桶.二是海上油气田开发作业风险大,一旦发生事故影响将极为严重,对公共安全的威胁也更高.2001年3月,巴西P36半潜式钻采平台爆炸后翻沉.2011年,墨西哥湾BP石油公司“深水地平线”钻井平台发生爆炸,导致11名工人死亡,钻井平台沉入海底,大量原油泄漏到海洋中,海岸线受到严重污染.2011年6月4日,位于渤海的由中国海洋石油总公司和美国康菲石油公司的全资子公司康菲石油中国有限公司合作开发的蓬莱19-3油田发生溢油事故,截至2011年8月23日,溢油累计造成5500平方公里海水受到污染（水质超过第一类海水水质标准）,其中劣四类海水面积累计约870平方公里,对海洋生态环境造成了严重影响.

深海开采的危险因素主要体现在危险物质危害、井喷、火灾爆炸、腐蚀、热带气旋、海底管道、船舶碰撞等方面,这几方面的危险既存在一定独立性,同时也存在交叉性.深海油气开采涉及的危险物质主要有天然气、凝析液、甲醇、乙二醇、H2S、化学药剂、氮气、航空燃料等.天然气、凝析液中的组分都是以甲烷、乙烷、丙烷为主.超深海钻井过程中可能引起自然灾害的因素包括海底低温、高压、波、浪、流、海床不稳定等.

(三)油气长输管道安全生产事故分析

长输管道输送的油气介质具有易燃、易爆和易扩散的特性,油气输送管道一旦发生泄漏或断裂,将造成重大火灾事故甚至是爆炸、中毒、污染环境等恶性后果,尤其是在人口稠密的地区,往往会造成严重的人员伤亡及重大经济损失,同时带来非常恶劣的社会及政治影响[2-3].

我国油气输送管道大多埋设于地下,穿越地区广,地形复杂,土壤性质差别大,输送介质工作压力高,日常检测比较困难,而且容易受到环境、腐蚀和各种自然灾害的影响,因此潜在危险很大.随着我国城镇化快速发展,一些老管道逐渐被厂房、居住区包围,甚至被建（构）筑物占压,油气管道与市政管线还存在混合交叉现象,特别是约2万公里的管道管龄已经超过20年,因维护检修不及时、不到位,积累了大量事故隐患.通过对我国的天然气长输管道事故原因进行分析可以看出,当前影响天然气长输管道安全生产和造成火灾爆炸、环境污染等各类事故的主要原因包括腐蚀、第三方破坏及占压、自然灾害以及管体和焊缝缺陷等.

二、石油天然气安全技术发展现状及存在的问题

(一)高含硫天然气开采安全技术与装备存在的主要问题

我国进入了高含硫天然气开采技术的国际先进行列,具备了参与国际竞争的实力,技术应用前景广阔.但我国高含硫气田开发的总体技术水平与国外还有一定差距,表现在高含硫气田开采技术的整体性、系统性和配套性不够,核心竞争力和原始创新能力有待提高,基础理论和实验技术能力有待进一步提升,部分关键设备、工具及材料还依赖引进,高含硫气藏开采系列规范和标准体系有待建立和完善,相关技术工程化应用初获成功仍需持续跟踪评价等方面,具体包括以下几个方面[4-6]：

1、钻井安全技术

井身结构不能满足安全钻完井的要求,国内井控装置的抗H2S能力及耐压等级尚不能充分满足要求,现行的钻井技术和装备有待进一步完善,常规井控方法不适用于高含硫的环境.2、硫沉积、水合物及腐蚀防治技术

对硫沉积预测及防止技术的研究尚不够深入,可能导致开发过程中出现硫堵现象,在高硫化氢浓度、高压条件下,水合物防治技术还不完善,可能造成生产油管及输送管线堵塞,硫化氢腐蚀防护技术研究有待进一步深化.

3、公众安全保护技术

含硫气田事故应急预警通知系统的效率、实用性及可操作性还有待提高,大规模人群疏散的组织策略还不完善,就地避难场所的适用性、技术要求及测试方法研究还需要加强,相关标准规范缺乏.

(二)深海油气开采安全技术与装备存在的主要问题

我国深海油气开采工程战略型新兴产业和技术虽取得长足的进步,但与世界先进水平以及我国海上能源开发的实际需求相比还有很大差距,特别在安全技术及装备方面,主要表现在：

1、深水工程装备差距大

我国已建成部分深水工程重大装备,但距离形成系统作业和施工作业深水作业船队还有很大差距,还远远不能满足我国南海深水开发的实际需求,同时与之配套的深水作业能力还处于探索阶段.

2、深海浮式平台安全尚未解决

深海浮式平台结构强度分析、疲劳强度分析、系泊系统分析技术还不成熟,不能充分反映实际情况,平台荷载、疲劳热点、运动位移等一旦计算不当,会影响开采安全.

3、水下生产系统安全有待完善

对水下维护系统、水下完井/修井立管系统、水下油气水分离系统、流动安全系统等水下生产系统的安全保障研究刚刚起步,检测与维修技术与装备能力不足.

(三)长输油气管道安全技术与装备存在的主要问题

虽然我国长输油气管道安全通过“十五”、“十一五”的科技攻关,在腐蚀与防腐、在役管道检测与安全评价、管道运行管理等方面都取得了显著的技术进步,但与世界先进水平相比仍存在以下差距[7-10]：

1、以东北管网为代表的在役管道严重老化,急需进行检测、安全评估与改造,但在役管道缺陷检测技术、基于风险的管道检测技术、泄漏诊断及定位技术、剩余寿命再评价技术等实用性技术的研究和推广,与我国实际需求和国外水平相比还存在较大差距.

2、油气长输管道的定量风险评价技术还不完善,对事故及隐患部位的预测能力不足,油气介质泄漏后的扩散机理和规律尚不明确,管道事故的快速感知、精确定位尚缺少必要的技术手段,管道应急截断系统的智能化及国产化水平不高,管道数字化建设还有待完善,应急维抢修技术及装备还有待提高.

三、石油天然气安全生产科技发展对策

总体来看,“十五”、“十一五”以来,石油天然气开发领域安全生产科技取得了长足进步,为油气安全生产提供了有力的支撑.但是,随着油气开发范围的扩大和开采难度的加大,油气储运总量和管道覆盖范围快速增长,现有理论、技术、装备与管理尚不能满足安全生产的迫切需求,需要不断强化安全生产科技支撑,以应对油气安全开采的新形势、新任务.

(一)总体发展思路

以理论、“三个代表”重要思想、科学发展观为指导,深入贯彻“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的科技发展方针和“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针,积极培育“企业为主体、市场为导向、产学研相结合”的创新发展模式,以事故预防为主攻方向,以科技进步为重要支撑,加快石油天然气安全科技研发、成果转化和安全装备升级,为实现石油天然气领域安全生产形势根本好转提供强有力的科技支撑.

(二)科技发展对策

1、重点发展方向

高含硫天然气开采风险防控重点对象是含硫气井,应有针对性地加强现有生产井的检测、监测、预测、治理以及开发井的安全钻井及完井、事故应急救援等方面的研究.

深海油气开采风险防控重点对象是海上平台及水下生产系统,应有针对性地加强深海油气开采过程中深水钻井作业、深水工程建造、深水装备使用、深水应急抢修等关键环节的研究.

2、基础理论研究

针对我国高含硫、高产、高压气井特征,研究H2S和CO2超临界状态下钻井过程的井控机理,研究高含硫气田气井、集输系统及净化厂生产装置中硫沉积机理及形成条件,研究高含硫气田H2S和CO2共存情况下水合物形成机理、特征及影响因素,研究高含硫气田H2S和CO2共存情况下的腐蚀机理及特征.

研究深水油气开采的井喷防控机理,研究钻井平台运动、波浪载荷等因素对深海钻井设备的影响机理,研究深海平台结构系统在复杂海洋环境联合作用下的响应及破坏机理,研究深海油气开采过程原油泄漏扩散机理及规律.

3、标准规范制修订

应加大对现有GB、AQ、SY体系中相关技术标准的调查研究,建立石油天然气开发安全标准体系框架及目录,归纳总结现有成果,对高含硫天然气开采、深海油气开采、长输油气管道等行业领域亟需制订和修订的安全技术标准进行合理规划、统筹部署,同时,在重大科技项目研究中突出安全技术标准的编制工作,注重与国际先进的安全技术标准接轨.

四、工作建议

“十一五”以来,由于科技支撑保障、安全监管到位、企业投入显著等有利因素,我国石油天然气开采领域安全生产状况稳定好转,但由于客观环境条件限制、技术和装备发展、管理水平相对滞后等因素的制约,安全生产态势依然严峻,需要通过加大安全科技投入、加强科技攻关研究等手段,提高石油天然气开发安全水平,有效遏制重特大事故.

（一）科技项目支持.争取在国家层面设立石油天然气开发安全科技专项,积极争取973计划、863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等项目,在油气开发企业设立开放课题资助国内外研究人员开展相关研究.

（二）科技政策支持.制订出台油气开发安全相关政策及法规标准,鼓励企业、高校、科研院所开展相关科技研究及成果转化,促进先进适用技术和装备的推广应用和示范工程建设.

（三）资金投入支持.对于基础性、前瞻性和共性的油气开发安全关键技术与装备,由国家通过科技项目等形式给予支持,对企业需求迫切和有广阔市场前景的技术与装备,建立以企业为主导、吸引社会资源的多元投入渠道.