墨西哥湾BP海上钻井平台井喷着火爆炸事故分析及启示.ppt

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1、墨西哥湾BP海上钻井平台井喷着火爆炸事故分析及启示,分析报告提纲,一、基本情况 二、事故经过 三、应急处置措施 四、事故原因分析 五、教训与启示,一、基本情况,当地时间2010年4月20日晚上22:00左右，BP公 司位于墨西哥的“深水地 平线（Deepwater Horizon）”钻井平台 Mississippi Canyon 252#-01井发生井喷爆炸着火事 故，造成11人死亡，17 人受伤，大面积海域受到 严重污染。,1.作业者与承包商,区 块：Mississippi Canyon Block 252 位于美国路易斯安 那州海洋Maconda探区股 份：BP拥有占65%的权益，美国An

2、adarko石油公司和日本 三井物产公司分别拥有25%和10%的权益作业水深：1524米 离岸距离：77公里油 公 司：英国BP公司 钻井承包商：越洋钻探公司（Transocean）固井服务公司：哈里伯顿公司 防喷器供应商：Cameron公司,2.平台情况,第五代深水半潜式钻井平台：建造者：韩国现代重工。建成日期：2010年 最大作业水深：2438米。额定钻深能力：9114 米 工作吃水：23米 定员：130人,尺寸：长112米，宽78米，型深41米 隔水管外径：21英寸 平台重量：32588吨，排水量52587吨。定位方式：DP-3动力定位。事故井作业日费：53.3万美元 服役时间：2001

3、年甲板最大可变载荷8202吨，DP-3系统有8个推进器，最大航速4 节（7.41公里/小时）。,3.人员情况,该平台可容纳130人。事故发生时，平台上共 有126 人，其中越洋钻 探公司的员工79 名，英 国石油公司(BP)员工6 名，承包商人员41名。,该井配套的水下防喷器为喀麦隆生产，最大工作压 力15000psi（103Mpa）。下部配有一个双闸板、两个 单闸板，两个环形。两个单闸板中，一个为剪切闸 板，一个为变径闸板。,4.水下防喷器,5.井的情况,井号：MC252号1-01 井别：探井井型：直井 设计井深：20000英尺/6096米 实际井深:18360英尺，5596米 作业区域水深

4、：5067 英尺/1544米,6.井身结构,该井在钻至井深5486米完钻。采用低密度水泥浆固井。完井井身结构为：365321英尺（1622米）+286217英尺（1622 米）+227937英尺（2419.8米）+188969英尺（2734.5米）+1611585英尺（3532米）+135/813145英尺（4007.6米）+117/815103英（4604.5 米）+97/817168英尺（5231.2米）+797/818360英尺（5597.6米）。,7.事故影响,11人在事故中死亡：z 队长-Jayson Andersonz 司钻Dewey Revettez 副司钻Donald Clar

5、kz 副司钻Stephen Curtis z 吊车司机Dale Burkeen z 井架工Roy Kemp,z 钻工Karl Kleppingerz 钻工Shane Roshtoz 钻工Adam Weisez MI Swaco（泥浆服务商）-Gordon Jonesz MI Swaco（泥浆服务商）-Blair Manuel,z 公司形象、声誉受损z 股价暴跌z 面临巨额罚款z 美国暂停发放新的深水钻探许可z 美国总统奥巴马宣布成立独立的总统委员会对事故z 展开深入的调查，半年内暂停发放新的深水钻探许可,二、事故经过,2010年4月19日，下入97/8 x 7复合完井套管(18360英尺）55

6、98米，固井后坐密封总成 后，侯凝16.5小时后，正向试10000psi(68.97Mpa）合格。然后反向试压1400psi(10.3Mpa）,4 月20日，计划在井筒内8000多英尺打水泥 塞，进行暂时弃井，将来再进 行二次完井。在打水泥塞的施工方上，是先打水泥塞，再替 海水还是先替海水再打水 泥塞，BP公司和越洋公司 产生分歧，经过协商，最 终同意BP公司的意见，先 替海水，再打水泥塞。,侯凝16小时后，用海水替出8000多英尺的泥浆。根 据资料分析:20:00开始注海水20:10泥浆出口液量增加，泥浆罐液量增量增加。已经发生溢流。21:10 停泵，立压由1200 psi(8.27MPa)

7、升高到 1700 psi(11.72 MPa)，压力增 加趋势平缓，估计是关闭了环形防喷器。,井喷爆炸前综合录井仪记录曲线,21:14 再次开泵，立压继续上升。出口流量较小。泥浆罐液量增量减小。21:18 停泵，立压轻微下降后，继续上升。21:20再次开泵，隔水管液量增加，出口流量为零，泥浆罐液量 增量变化很小，说明发生井喷，井筒流体从井口喷出。21:30停泵，立压轻微下降后，继续上升，然后突然下降，可能 是胶心发生刺漏。隔水管流量和出口流量均为零，可能是井筒中充满气体。,21:38可能关闸板防喷器，立压上升后，立即下降,说明闸板防喷器未发挥作用。21:42关第二个环形防喷器，立压上升，21:

8、47立压迅速上升。21:49立压继续迅速上升，泥浆出口流量突然增加。发生 强烈井喷失控，天然气携带原油强烈喷出。平台充 满油气，柴油机房首先发生爆炸着火。由于过高的 立压，使泥浆泵安全凡尔憋开，油气从泵房喷出，引发泵房爆炸着火。,三、应急处理措施,本次井喷爆炸着火事故是美国最近50 年以来所发生的 最严重的海上钻井事故之一。爆炸发生后的黑烟高达数百 英尺。4月22日，经过一次 大爆炸的重创后，钻井平台 在燃烧了36个小时后，沉入 了墨西哥湾。,之后，每天有5000桶的原油源源不断地流入墨西哥湾，造成大面积海洋环境污染。,1.事故处理指挥,BP公司快速在休斯 顿设立了一个大型事故指 挥中心。从1

9、60家石油公司调集了500人参与其中，成立联络处、信息发 布与宣传报道组、油污清 理组、井喷事故处理组、专家技术组等相关机构，并与美国当地政府积极配 合，寻求支援。,BP事故处理指挥中心,2.动员各方力量、采取各种措施清理油污,目前，在清污现场使用的主要方法包括：围堵清理、化学制剂分散法、撇油法、可控 燃烧法、收集法等。其中化学制剂分散法是从泄 漏原油上空喷洒化学分散剂，将浮油分解成 更小的油滴混入水中，被洋流冲走或自然降 解。但效果有待后续测试证实。,撇油器和收集罩：前者是在浮油分解后，撇取浮油沫，并将其收入桶中。收集罩则用于 在海底收集石油，并泵至海面的石油储存装置中。可控燃烧法：即就地燃

10、烧原油法，用防火浮油栅将泄漏石油中成团的油聚集在一起，将 它们转移到别的地方，然后烧掉。,4.聘请道达尔、埃克森等公司专家制定井喷漏油治理措施,5.设法启动水下防喷器关井,4月26日出动多台水下机器人（ROV），尝试关闭水下防喷器来实现关井，没有成功。,水下防喷器组合,ROV正在启动BOP控制系统,ROV显示防喷器可能有物体卡住,失事平台上使用的防喷器,6.采用大型吸油罩吸油,研究提出采用大型吸油罩将漏油处罩上并抽油。设计出一个重约125吨的大型水泥控油罩下沉至漏油点，打算罩住泄漏石油，随后用泵 抽出。但大量天然气水合物晶体聚集罩内，形成堵塞，令控油罩无法发 挥功用。5月8日BP公司宣布控油罩

11、方案失败。,漏点一,漏点三,漏点二,7.采用小型控油罩吸油,由于天然气水合物堵塞了水泥罩的抽油口，BP公司将水泥罩从主漏油 点挪开，设计了一个较小的金属罩放置到放到主漏油点。,小型控油罩安放示意图,小型控油罩,8.安装吸油管吸油,BP公司5月14日开始尝试在海底油井漏油口安装类似虹吸管的装置吸管。经过多次艰难的尝试后,工程人员16日遥控水下机器人,在水下约1600米处成功将吸油装置连上海底输 油管,开始将部分漏油输往一艘油轮。BP公司5月19日 宣称,每天可以回收约3000桶泄漏原 油,是泄漏原油总量的60。,9.顶部压井法,BP公司5月26日宣布启用“Top Kill”封堵墨西哥湾漏油。从井

12、眼顶部向破损油井 注入重钻井液和水泥以封堵这口油井。该技术曾在陆地油井使用，此次是首次用 于深海油井。这一方案的成功把握在6070之间。实施过程需要23天时间。5月30日宣布，顶部压井法失败。,10.打救援井,在东西两个方向各打一口泄压救援井，2口救援井均已开钻。计划打穿9-7/8尾管，在油 层顶部挤水泥封井，2口救援井需要23个月。5月2日，第一口救援井开钻。5月16日，第二口救援井开钻。,11.清理原井口、重装井口、抽油,继5月30日用顶部压井法（Top Kill）宣告失败后，BP提出最新处理方案，将在水下防喷器组顶部安装隔水管接头和隔水管总成盖（LMRP Cap），用于将漏 油引流到钻井

13、船上，减少原油向海里泄漏。方案：第一步是切断原有倒塌的隔 水管，并将它从水下防喷器组上移开。切割过程由远程操作液压剪完成，然后远程控制将那段隔水管拆除。再用金刚 石线锯将靠近防喷器组顶部的那段隔水管切掉（见图1）。隔水管总成将与 Discoverer Enterprise号钻井船的隔 水管连接（见图2）。作业的过程中该设备连接有专门的甲醇管线，用于防止 水合物的形成。目前该方法基本成功。,四、原因分析,（一）井喷的直接原因1.在固井侯凝后，替海水过程中，套管外液柱 压力降低，是发生井喷的一个直接原因。该井完井泥浆密度约16ppg（1.9g/cm3），海 水密度为1.03 g/cm3。海水深50

14、67英尺（1544.8 米）。在替水过程中，隔水管内1544米的泥浆液柱替换为海水液柱，使套管环空上部液柱压力降低，导致发生溢流，直至井喷；,2.未及时发现溢流，以及发现溢流后采取措施不当是井喷失控爆炸着火的直接原因。发生溢流初期，现场人员可能没有发现溢流。在大量溢流的情况下，仍然坚持开泵循环。直到井筒天然气到井口，才停 泵，观察4分钟后关井。然后两次开泵排气，井筒已全部为天然 气，再次关闭其他防喷器，由于喷势太大，防喷器也发生刺漏。最后，发生强烈井喷，爆炸着火。,（二）间接原因,1、固井质量不合格，是造成井喷的一个间接原因。该井曾发生过循环漏失,为了防止在固井中漏失,该井采用了充氮气低密度水

15、泥浆。有报道讲,该水泥浆体系获得固井成功的难度很大,有可能该井的固井质量存在问题。同时81/2 井眼内的小间隙固井也使得固井质量难以保证，导致下部高 压油气的侵入。,2.固井后,没有按要求测固井质量，检验固井质量,违章进行下部作业,是造成井喷的另一个间接原因。有报道讲,该井在发生事故前,有斯伦贝谢公司测井人员在平 台待命，但是BP公司通知他们该井不用测井,他们就提前离开了平台；,3.水泥返高存在缺陷，可能也是引发事故的一个间接原因。根据该井的井身结构图,完井套管固井水泥浆没有上返至上层技术套管内,完井套管固井水泥浆返高与上层 技术套管之间存在裸眼段，为本井的井喷事故埋下了隐患。,4.固井侯凝时

16、间短也是引发事故的一个间接原因。该井在固井侯凝16.5小时后，就开始替海水作业。侯凝时间短，为井喷事故埋下了隐患。,5.密封总成坐封效果不好是造成井喷失控的一个间接原因。该井在固井后,密封总成已坐封,但油气仍从套管环空喷出,说明密封总成坐封效果不好,没有起到应有的密封效果。,水下井口装置,6.井控装备性能不能再关键时刻发挥应有作用，是导致井喷失控的一个间接原因。该井由于前期未发现溢流,关井时间晚，井涌加剧的情况下关井导致防喷器胶芯刺漏。同时,该井配有防喷器的紧急关断系统,当水下防喷器与平台失去联系时,紧急关断系统启动,会自动关闭水下防喷器。但不知什么原因,该井的 紧急关断系统没有发挥作用。再者

17、,该井的防喷器还配有机 器人水下关闭防喷器的功能，但在事故后，同样不知什么原 因，也无法启动，没能成功关井。,（三）管理原因,1、未及时发现溢流，是发生井喷失控事故的一个管理原因。从现场录井资料来看，该井在替水过程中，在20:10，泥浆罐的液量急剧增加,到20:35,已增加了500多桶,但现场无人及时发现溢流,错误地继续进行循环,没有及时采取应对措施。直到天然气到井口才停泵观察后,关井。措施了关井的正确时机。有报道讲，井架工曾给 司钻说钻井液溢出太多了,但随即就发生了强烈井喷,油气弥漫平台,发生了爆炸。,2.录井人员责任心不强，是发生事故的另一个管理原因。从录井资料看，该井在替水过程中，从20

18、:10开始发生溢流，泥浆罐液量大量增加，但 一直到发生事故的21:50，长达1小时40分的时间 里，录井资料非常明显地显示出井内溢流，但录井 人员均没有引起重视，没有向钻台作业人员通报，导致了事故的发生。,3.麻痹大意，管理人员缺岗，也是造成事故的一个管理原因。今年是该平台连续7年无事故，BP公司高层人员20日在平台上开Party，进行庆祝。此时只有部分人员在岗，有可能存在管理人员缺岗，对现场生产过程失去了有效监控，导致了事故的发生。,4.为赶工程进度，采取了不当的操作程序。此井钻井工程进度比原计划推后了大约6周时 间，BP公司为赶工程进度和省钱，在侯凝只有16.5 小时后，过早下令越洋钻探公

19、司用海水替换隔水管 中的泥浆，导致井内液住压力不足以平衡地层压 力，从而引发地层液体涌入井筒。有幸存者称，在 爆炸前11小时的一次施工设计讨论会上BP公司的管 理和越洋钻探公司的管理人员就接下来是否用海水 替换隔水管中的泥浆发生争执，前者称自已才是老 板，后者被迫妥协了。,5.为了降低成本,减少了防喷器控制系统的配备。深海钻井中，在配备其他防喷器控制系统的基础上，还应配备远程声控系统，用来在特殊情 况下远程关闭防喷器。但是，为了降低成本，双 方此井钻井工程进度比原计划推后了大约6周时间。,6.监管不力据美联社5月16日报道，4月份钻井平台爆炸之 前，美国联邦矿产管理局未能按时履行每月至少检 查

20、一次的正常检查制度。美国联邦矿产管理局放宽 了对日常作业条件、钻井平台重要安全设施的检 查，很多措施完全由英国石油公司自行决定，过去 几年中，钻井平台防喷器失灵事件时有发生。美国联邦矿产管理局局长已引咎辞职。,五、教训及启示,1、井喷失控事故的后果是灾难性的,对井控工作千万不能掉以轻心,要警钟长鸣,常抓不懈,扎扎实实做好井控工作。2、安全工作在任何时候都不能掉以轻心,尤其在完井阶段固井后,不能放松警惕。在美国墨西哥湾已发生过多起与固井有关的事故。在历史上 发生的40多起事故中，与固井相关的事故由14起。启发我们要加强完井阶段，尤其是固井 后的井控工作研究，制定有效措施，解决我们近年来在固井中存

21、在的井控风险问题。,3、性能先进的设备，不是安全工作的绝对保障。事故钻井平台是世界上最先进的平台之一，配备有先进完备防喷设备和溢流检测报警系统。但在事故发生后，诸多防喷设备不能正常发挥预先的作用，溢流 检测系统也没有为现场人员报警，或报警后，现场人员没有及时发现，导致了事故的进一步复杂化。4、低级的错误会导致大事故的发生。该起事故中，现 场人员没有及时发现溢流。在发现溢流后，处理措 施不当，造成了灾难性事故的发生。,5、钻井及井下作业现场的录井、测井、固井、射孔、压裂等相关方在井控工作方面应职责明 确，紧密配合，相互协作，尤其要充分发挥录 井在做好井控工作中的重要作用，才能保障井 控工作的全面

22、监控到位。6、我国海洋石油勘探开发应继续坚持“适度规模、适度水深、适度区域的发展思路。,7、实行坐岗制度是保证保证井控安全的重要手段。该钻井平台必定配备了完备的监测报警装置，录 井资料显示也检测到了明显的溢流现象。但循环 罐上的报警系统没有报警，或报警后相关人员没 有发现报警。如果建立有人员坐岗制度，循环罐 或泥浆槽出口有坐岗人员，则会很快发现溢流。因此加强坐岗制度与先进的仪器检测相结合，是 井控安全的有效保障。,8、完备的应急预案是控制事故恶化的有效手段。该井在发生事故后，处置手段比较被 动，没有预先考虑到深海发生井喷失控后 的有效应对手段，显示出作业者在该井施 工前，没有指定完备周全的应急

23、预案，没 有进行过演练。,9、对BP井喷事故进行分析和深刻汲取事故教训,举一反三，查找当前工作中的问题和不足,进一步完善制度,加强管理，提高井控工作水平。重点在重视和加强完井阶段井控管理、加强溢流检测和人员坐岗等方面汲取教训。加强井控装备质量管理，在严格做好井控生产企业资质管理的同 时，加强井控装备的车间检测、维修、保养和判 废，加强井控装备现场管理，保障现场井控装备 始终处于完好备战状态，保证井控装备在紧急情 况下能够关得了，控得住。,10、英国BP公司在美国地域出事后，可能遭受美国巨额罚款，有可能“倾家荡产”。这给我们也敲响了 警钟，要加强海外项目的井控工作，特别是在重 点海外地区要高度重视。建议建立海外项目的区域性井控装备检测维修保养中心和井控应急中心，解决海外油气项目井控装备常年得不到检修、维护的问题，保证海外项目井控装备的性能可靠。,