墨西哥湾钻井架爆炸事故—深水地平线（Deepwater Horizon)

陈优华

3 M, _, y5 y+ @4 J% _* k事件回顾：
3 D/ _0 l2 n. m6 K9 l9 f' C. ~
, F5 g. ]" Z$ C3 g9 \4 B7 k
油井位于路易斯安那海岸线41英里远的地方，为Transocean公司所有和运营，正受托于石油巨头英国石油公司(BP PLC，下称英国石油)进行钻探作业。Transocean公司说，井架上的126人中多数安全。有11人失踪。井架仍在燃烧和倾斜。

4 |& l4 f) `' i0 ^0 {5 k/ h" _* [爆炸原因未明。据美联社(Associated Press)报道，Transocean副总裁罗斯(Adrian Rose)表示，爆炸发生时井架上人员在进行常规作业，没有任何故障迹象。海岸警卫队表示，初步证据表明，这起事故不涉及恐怖主义。
6 ]9 H! E" w, d% W) l2 ]) p, Q$ `
3 p8 ^7 `% ]" r英国石油的一位发言人表示，事故发生时，该公司在井架上有六名人员，他们全部安全。井架名为“深水地平线”(Deepwater Horizon)，位于一个被称为“密西西比大峡谷”(Mississippi Canyon)的区域。

井架为半潜式，实际上就是一个浮在水面上的平台，下面有小型推进器让它固定在油井上方。当时它正在英国石油位于墨西哥湾深水区的潜在油田“Macondo”上执行勘探钻井。英国石油表示，Transocean当时是代表英国石油作业，并对井架上的安全负责。它在井架上的工作人员同Transocean公司的钻探团队一起合作，确保按照英国石油的规范进行作业。
' U, L) P; V# ]* S; G
2 N% K& i, c  L9 v" q8 `英国石油拥有从该区域开采石油和天然气的权利。美国矿产资源管理局(Minerals Management Service)称，该公司已于4月16日申请暂时废弃爆炸现场正在钻探的油井。矿产资源管理局隶属内政部(Interior Department)，负责监管海上钻探。从该部门的资料还看不出政府有没有批准英国石油的申请。
+ L# _( T6 U6 P/ [" C1 x
+ r; J7 h0 E% t9 x1 k9 S英国石油的一位发言人表示，该公司已于近期完成勘探钻井。这位发言人说，提出上诉申请属于一种惯例。得到批准后，井架将被搬迁到其他地方，而英国石油将花时间对数据进行分析和解读。

陈优华

! T, Y- k% \; ^7 n# u& `: r

" I4 j' B, D( p* o

5 P8 H4 U, n+ N  z# @

陈优华

平台为什么会沉没？
! Q  l9 `" V' x; S4 k7 D- \. O在造成海洋石油平台损失的各类事故中，倾覆、天气和井喷事故占有很大的比例，而倾覆占有比例最大。造成平台倾覆的原因，是由于碰撞、爆炸造成平台主体破损引起倾侧，当倾侧大到一定限度后，引起平台其他区域进一步进水，最终导致整个平台倾覆沉没。

) u7 u# }+ ^! w& S6 j! t* k对于平台的破损安全性，在平台设计过程中是必须进行考虑的，各船级社规范都有平台破损稳性的规定，平台设计必须满足规范规定要求并通过船级社和主管当局的审批。规范对平台拖航、作业和自存工况的破损范围都有明确的规定，满足一定程度的安全保证。
( f1 ]7 ~$ P( t4 [6 E* Q
3 X2 @7 z$ x( x8 e; m按照规范规定，须考虑平台在作业、生存和拖航工况下立柱、下浮体外围受到低能量撞击（如平台供应船撞击）后破损稳性，规范对平台受撞击的范围作了设定，设定垂直受损范围水线面以上5m、水线面以下3m范围内受到3m长度的破损、水平范围收到3m长度的破损，受损贯穿深度为1.5m。这个受损范围设定，一般情况下表现为平台相邻两个舱室破损，这种破损发生后，规范规定，平台须保证倾斜不超过17B，并且，平台上所有能够引起进一步进水的开口还必须满足相关规定。
" e. y, @. T; |: k8 b
+ p5 }: E' O7 h, B5 h  }但是平台实际作业中，由于各种意外严重事故造成破损，例如爆炸，这种事故的受损程度通常难以预料，也不能在设计中进行破损后稳性和不沉性的规定。这样，当这类事故造成平台破损超过了规范设定范围后，平台就无法避免倾覆和沉没。
9 e0 r$ m3 _# R6 b' X  R2 K
: a; b5 \' \; o- K对于防爆安全，平台设计中也是必须予以考虑的，平台设计须进行危险区划分，各类危险区域内的设施须满足相应的防爆要求以避免平台正常作业中发生爆炸。然而由于井喷等其他外界因素引起的意外爆炸事故也是无法预料并在设计中考虑的。

陈优华

事故分析之BOP问题


. u& E- t* r# R; O( h) ^' i" p2 a% Z目前大家都在猜测事故的原因，可以肯定一点的就是BOP组或BOP控制系统出现问题，导致无法及时实施对井的控制。由于不知事故发生时，平台现场的处理程序和防喷器控制系统的详细描述，仅根据得到的少量资料进行猜测，供参考。

: r% R6 [, A6 K6 D  
, W  o* ~! {* i# E8 n
平台井控设备的配置、作业情况描述和常规的关井程序

" I. Z0 S; m" X4 _- j1、井控设备的配置：配置5套Cameron 18-3/4”-15000PSI “TL”闸板防喷器和2套Cameron 18-3/4”-10000PSI “DL”万能防喷器，当然，防喷器组的控制系统也使用Cameron的产品；
, b1 ~4 P/ M3 I/ h) b
2、下完套管后，刚刚固井完毕，正在候凝期间，同时，防喷器控制系统在井喷发生的10天前，已做过功能试验；

3、常规的关井程序
+ E* O1 c) t7 Y
A、发生井喷后，一般先关闭上万能防喷器，然后，关闭钻杆闸板防喷器；
$ n! S% I* i9 V  [- m2 c0 R0 X
B、紧急情况下，关闭下部钻杆闸板，然后，关闭剪切闸板防喷器。
" B! i1 i$ p$ S$ c' S
& X- D6 q3 k0 U0 q  

! O* S* M$ @0 Q8 ?/ U二、获得的资料

  
' U* U5 ~* k) ]# L, _( [) Y& y
1、In the event of a serious emergency, there are multiple Panic Buttons to hit,and even fail-safe Deadman systems that should be automatically engaged when something of this proportion breaks out. None of them were apparently activated, suggesting that the blowout was especially swift to escalate at the surface.

8 D- |1 g' b! {% S' _& B
  

发生井喷后，平台曾经试图关井，但未能成功。也就是说，深水地平线平台配置了声纳控制系统，并且平台发生井喷时，地面的防喷器控制系统仍处于可用状态。声纳控制系统一般在地面防喷器控制系统失效的情况下使用，并且是否可以自动操作，在CAEMRON的资料没有描述。

9 s3 M0 D, q% Q
: T! }7 f; I8 N
: u% P& S/ J9 R8 c9 R( U6 ^  


: K0 Q  O$ U" N9 W1 _
) w; x/ z% V- m' _+ N0 A  r* s2、The well still is apparently flowing oil, which is appearing at the surface as a slick. They have been working with remotely operated vehicles, or ROV’s which are essentially tethered miniature submarines with manipulator arms and other equipment that can perform work
) `1 q: c8 u; \
underwater while the operator sits on a vessel. These are what were used to explore the Titanic, among other things. Every floating rig has one on board and they are in constant use. In this case, they are deploying ROV’s from dedicated service vessels. They have been trying to close the well in using a specialized port on the BOP’s and a pumping arrangement on their ROV’s. They have been unsuccessful so far. Specialized pollution control vessels have been scrambled to start working the spill, skimming the oil up.
8 \4 P4 X9 _7 g# o# X
  
4 m# \5 J" ~6 G* N5 _1 P8 q! V
采用ROV进行关井，并不清楚具体操作了ROV面板中的那些功能，但可以肯定尝试关闭钻杆剪切闸板（因为固井完毕后，其套管送入工具尚未倒开，防喷器组腔内应该是钻杆），但是没有成功。可能存在的问题：

2 P4 W  G# W8 U2 J: ?; i! ~  K' VA.  防喷器本身出现问题或防喷器的内孔出现大尺寸的异物，导致无法关闭剪切闸板；
1 k0 \+ ^$ c. R
B.  ROV的控制管路出现问题（因为ROV的液压应该通过2个梭形阀后，直接进入防喷器的操作腔），但可能性很小，除非控制管路结冰或梭形阀无法变换位置，无法传递液压而关闭剪切闸板。

  

& E% M* h2 b, d% ^/ ]# g9 g7 u3、April 20. At around 10 p.m. (central time) a fire is reported on the rig. Eleven workers are killed." Apparently the BOP fails to function properly, although it allegedly had been tested successfully ten days earlier. The rig had been drilling 8,000 barrels of oil per day, and had 700,000 gallons of diesel fuel on board.

7 u9 Z: ~7 B, F7 Q- I7 U  
) f: \2 r3 w& e' G
说明平台发生井喷后，平台曾经试图关井，也就是说:按照一般的关井程序，首先关闭万能防喷器，然后，关闭钻杆闸板防喷器，仍然没有成功的话，最后关闭剪切闸板防喷器，但是，都没有成功。可能存在的问题：

9 J4 s& a% [, U5 R# [A.   防喷器组控制系统；

1 X9 ]7 A  @: }- g2 pB.   防喷器组。

  
7 a0 L: C4 b. n/ i8 Q! n
9 }8 J" |( u, r6 n. |4、美国工业界有所评论,一是质疑BOP是否做过定期的试验,二是Transocean 的BOP 未装无线电控制是否合理,三是为何BOP的多重安全系统都未有启动。
; T4 V8 I( w5 s+ m
  
+ v1 U$ a' ~% v
& \6 _' V/ e! a7 m! `: W这里说明：Transocean 的BOP未装无线电控制（声纳控制系统），这点与BP员工的邮件有别，BP员工的邮件告知深水地平线已经配置BOP无线电控制（声纳控制系统）。
- f5 Y0 w( I! P
) U$ v! d. l, Q+ S" y  
$ @0 G9 k' L7 @+ p+ g# P
5、April 22. The Deepwater Horizon sinks.

April 23. The Coast Guard reports that no oil is leaking.

  S- n4 l9 c. H  ~( t2 r, nApril 24: Coast Guard reverses its earlier statement that there was no oil leaking. Guard officials estimate 1,000 barrels of oil per day are coming out of the well head on the ocean floor, 5,000 feet below water.
. i' K1 l9 p8 r4 u! j
6 i3 b4 T8 U4 o) H9 S( b2 X  
0 N# }0 J- U3 T
) R( V  r: i9 f& O以上资料说明：平台22号沉没后，23日美国海岸警卫队的报告没有发现泄油情况，及至24日开始出现泄油，可能存在：
4 I2 F# J3 p* p) h4 f* a* s
A.   泄油仍然存在，但是还没有升至海面，没有发现而已；
, v% F' j9 h$ V( I0 P! a, n7 t1 y
4 o9 j' q4 U$ w* IB.   根据平台作业动态，刚刚固井完毕，由于气侵，造成较大的水泥块上升至BOP顶部的挠性接头处，堵塞内孔，阻止泄油的继续，但24日后，一直存在泄油，是否可以分析为挠性接头由于平台的沉没而过于弯曲，以致损坏挠性接头，继续泄油。
: }3 a5 @; U4 D' a- M
5 n2 ]! U6 f* R$ L  

三、分析井控设备失控的原因
! w8 t' P' C5 e7 n* K8 p! `2 b
* t- Z" l' t& J7 K% {) a4 T2 h  

( d1 v+ [) b: G: _. W) J( w  y3 H: \根据上面的情况和工作经验，同时，防喷器的控制系统在平台失事的10天前已做过功能试验，并没有发现问题，还有，也相信平台发生井喷时，现场已经尝试关闭万能防喷器、钻杆闸板和剪切闸板防喷器来阻止井喷的继续，我认为防喷器组和控制系统的所有功能不可能同时失效，那么，井控设备失效的可能为：

$ n4 J9 z( f# D6 a9 k/ o7 x8 J
A.  防喷器组防喷器本身出现问题或防喷器的内孔出现大尺寸的异物，导致无法关闭剪切闸板；
4 E. k6 L: K; F3 V7 Q
B.  防喷器组控制系统的液压控制管路出现结冰的问题。
0 ~$ s* }$ X9 M9 Y5 |+ t
  

也许，现场处理人员已经通过ROV尝试操作如下功能，判断是防喷器组或防喷器组控制系统的液压控制管路出现问题，但未知结果。

4 h, S/ |; \; F2 z" R9 a& @  

A.  LMRP ROV  PANEL:

" ^2 t1 |2 b2 J# q+ w3 `  
6 z  s* ^- M* F4 ?! e
) k, H: Q$ ~# Q# z1 V: K8 B- z1.   LMRP accumulators dump

2.   Riser Connector Unlock

3.   Riser Connector Gasket Release

3 P' ~' H1 F) r  a. W4.   All Pod Stabs Retract
. s7 \: {& N- x: ?0 K
' `& M2 T9 \4 A, Y3 x  

0 B0 }2 B7 _- P1 U+ _! ]
B.  BOP STACK ROV PANEL:
; j( v  [2 T: K5 A  K
& L$ p5 {5 i3 [9 f+ y& a  

1.   Stack Connector Unlock
! |/ \, E, X; T  }7 b
# U- z$ ^1 E' n+ B( t( U2.   Stack Connector Gasket Release

. a6 `* T3 i5 X# a# O3.   Shear Accumulators Dump

4.   EHBS Accumulators Dump
$ X7 ^" i7 s; Z$ t7 Z3 p
- G, e' {2 Z% D" F9 E- h: P9 a  
. ~$ w* W) c+ G5 V, k) @, k
$ }4 ^/ A" g+ V6 H假定ROV可以控制以上功能中的Riser Connector Unlock和 All Pod Stabs Retract（该两个功能可以通过ROV观察），那么问题在于防喷器组，反之，问题在于防喷器组控制系统。
1 {( _$ g7 C7 B& }  a
  

以上的情况仅仅是猜测，供参考而已。