川渝地區高含硫氣田開發的HSE保障體系建設探討

摘 要

摘要：高含硫氣田的大規模開發在國內尚處于起步階段，為了有效降低開發過程中的安全風險，建立相應的HSE保障體系很有必要。針對川渝地區高含硫化氫氣田特點，結合中國石油西南油氣
摘要：高含硫氣田的大規模開發在國內尚處于起步階段，為了有效降低開發過程中的安全風險，建立相應的HSE保障體系很有必要。針對川渝地區高含硫化氫氣田特點，結合中國石油西南油氣田公司LG氣田HSE示范工程建設成果、中國石油與美國雪佛龍石油公司在川東北高含硫化氫氣田合作開發經驗以及中國石化普光氣田開發實踐，系統分析了高含硫化氫氣田開發HSE標準體系建設需求，提出了從定量風險評價、安全防護距離確定、應急處置程序、環保管理、職業健康管理等方面完善HSE標準體系的建議；另外，根據定量風險評價、三維擴散事故后果模擬技術制訂安全規劃，設置安全距離與應急計劃區，從應急機構與裝備、應急預案與企地聯合應急演練等方面，提出了應急保障體系建設要求。該研究成果對高含硫氣田安全、清潔、高效開發具有借鑒意義。
關鍵詞：高含硫化氫；氣田開發HSE標準體系；應急保障體系；安全規劃；應急預案；企地聯合應急演練
    川渝油氣區分布含硫化氫氣田(構造)100余個，含硫化氫氣井1000余口，包括中國石油的LG氣田，中國石油與優尼科東海有限公司擬合作開發的羅家寨、滾子坪、鐵山坡、渡口河、七里北等氣田，中國石化普光氣田等，高含硫氣田的大規模開發在國內尚處于起步階段，筆者多年來對其安全環保問題進行了大量的基礎研究工作。
    筆者針對川渝地區高含硫化氫氣田的特點，結合中國石油西南油氣田公司LG氣田HSE示范工程建設成果、中國石油與美國雪佛龍石油公司在川東北高含硫化氫氣田合作開發經驗以及中國石化普光氣田開發實踐，從HSE技術標準與規范、安全規劃(安全距離與應急計劃區設置、安全規劃關鍵技術)、應急機構與裝備、應急預案與企地聯合應急演練等方面，系統分析了高含硫化氫氣田開發HSE標準與應急保障體系建設內容并提出了建議。
1 HSE技術標準與規范保障
    “12·23”事故調查結果表明，當時我國高含硫化氫氣田HSE標準規范嚴重缺乏。為了確保生產安全，國家安全生產監督管理總局、全國安全生產標準化技術委員會和石油工業標準化技術委員會對硫化氫防護的規定和標準的制定更加重視，在總結“12·23”事故教訓的同時，借鑒國外防硫化氫的經驗制(修)定我國一批防硫化氫標準，如SY 5087—2005《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法》、SY 6137—2005《含硫化氫的油氣生產和天然氣處理裝置作業的推薦作法》、AQ2016—2008《含硫化氫天然氣井井噴失控點火時間規定》以及國家能源局發布并于2010年10月1日實施的SY/T 6781—2010《高含硫化氫的天然氣凈化廠公眾安全防護距離》等。
    雖然高含硫氣田開發相關的HSE標準體系處于不斷的完善中，但隨著我國對環境保護、安全保障、節能減排和溫室氣體排放與控制的要求愈加嚴格，高含硫化氫氣田開采S02排放增加與國家減排要求相矛盾。當前高含硫化氫天然氣井井噴失控毒物擴散事故定量風險分析，公眾安全評價程序、方法、內容及可接受風險水平，高含硫化氫氣田集輸井站及集輸管道的公眾安全距離、大氣環境防護距離、應急計劃區的確定，高含硫化氫氣井重大危險源辨識與危險分級，高含硫化氫氣井生產事故現場處置程序編制規則，高含硫天然氣或酸氣放空管理，高含硫化氫氣田關井及暫停井、完井測試[1]、固體廢物處理和高含硫化氫氣田開發職業健康管理等問題仍無標準可依。
    因此，高含硫化氫HSE標準與規范保障方面應根據當前我國對安全保障、節能減排的相關要求，參考國外的成功經驗，繼續完善適合我國高含硫化氫氣田開發特定的健康、安全和環境標準。
2 安全規劃保障
2.1 安全規劃主要任務
    安全規劃的主要任務，就是要研究開發項目潛在風險的發生規律，并對其進行預防和控制，從而降低風險發生的頻率，減小其危害程度，使具有一定風險的項目能夠滿足開發和安全生產的要求。其主要內容包括：對人員(開發人員及其周邊相關人員，如居民等)活動提出約束要求，確定可接受風險指標，制訂長遠安全開發目標[2]。
    對于高含硫化氫氣田開發而言，由于硫化氫氣體的特殊性質，含硫氣井的開發是具有高度危險性的作業，通常采用的安全規劃方式主要包括以下兩個方面：
2.1.1設置安全距離
    設置公眾安全防護距離，目的是在危險源與公眾之間提供一定的緩沖區域，在此區域內允許人員的通行、耕作等正常活動。其主要是解決工業生產和居住兩個互有沖突活動之間的問題，當兩種活動之間不匹配時，應當設置適當的隔離距離。
2.1.2設置應急計劃區
    應急計劃區(EPZ)是指為了在事故發生時能夠及時、有效地采取保護公眾的防護行動，事先在危險設施的周圍劃出制定有應急預案并做好適當準備的區域，應急準備工作通常包括預警、人員疏散、避難、個體防護手段、點火、公眾培訓等。其目的是在應急干預的情況下便于迅速組織有效的應急響應行動，最大限度地降低事故對環境和公眾可能產生的影響。
    在設置安全距離與應急計劃區之前，首先需要對含硫氣井進行分級[3]。其目的是根據含硫氣井對公眾危害程度的不同以及應急管理需求的差異，對含硫氣井依據其井噴風險對公眾的危害程度進行區分，對不同等級的含硫氣井，分析其應急管理需求，進一步提出相應的安全規劃要求，以加強安全監管、保障公眾安全。
2.2 安全規劃關鍵技術
    目前國內外有害氣體擴散中毒定量風險評價技術主要考慮平坦地形條件，沒有考慮三維復雜地形對有害氣體擴散的影響。
    要做好川渝地區高含硫化氫氣田開發的安全規劃，設置合理的安全距離和應急計劃區，必須在嚴格執行國家、行業、企業HSE標準規范的基礎上，運用定量風險評價技術。同時，由于川渝地區的高含硫化氫氣田處于地形復雜的中低山區，污染物擴散受三維復雜地形和局部風場影響大，因此還必須考慮復雜地形的影響，還需運用“三維復雜地形含硫化氫天然氣泄漏擴散中毒定量風險評價技術”作為技術支持。
    “三維復雜地形含硫化氫天然氣泄漏擴散中毒定量風險評價技術”是中國石油西南油氣田公司2009年科研項目“川渝地區含硫天然氣勘探開發定量風險分析技術研究”的重要研究成果。該技術是運用CFD(計算流體動力學)方法，通過復雜地形DEM(數字高程)數據，借助計算機工作站強大的計算功能進行地形幾何建模和網格劃分，優化相關邊界條件和參數，來實現三維復雜地形對有害氣體擴散的定量影響分析，并運用定量風險評價原理，形成的一套適合三維復雜地形條件下含硫天然氣泄漏擴散中毒定量風險評價技術。
3 應急機構與裝備保障
    筆者從消氣防中心、搶維修中心、應急監測中心、應急物品和安防器材、安全庇護所、三維地理信息應急系統、應急警報系統建設等方面系統分析了高含硫化氫氣田開發所應建立的應急機構與裝備技術體系，為高含硫化氫氣田安全、環境友好和清潔開采提供技術保障。
3.1 消氣防中心
    根據《中華人民共和國消防法》、《石油天然氣工程設計防火規范》(GB 50183—2004)、《油氣田消防站建設規范》(SY/T 6670—2006)、《氣體防護站設計規范》(SY/T 6772—2009)等相關標準的規定，并考慮天然氣生產能力、鄰近消氣防協作條件和所處地理環境，高含硫化氫氣田應建設消防站和氣防站(可以合并建設)，消防站建設可分為一級消防站、二級消防站、三級消防站、特勤消防站。
    結合川渝地區的各高含硫化氫氣田開發規模，至少應設置一級消防站，甚至特勤消防站。考慮到氣田開發一般是滾動開發，分期建設。因此川渝地區高含硫化氫氣田的消氣防站可以采取總體規劃、分期實施的原則，分期組建消氣防力量，配備消防裝備與器材。
    當前LG氣田和普光氣田均已建成消氣防中心，其中組建于2006年6月的中國石化普光氣田應急中心作為國家安全生產應急指揮中心命名的“國家油氣田救援川東北基地”，既是我國4大油氣田救援基地之一，也是我國唯一一個國家級油氣田救援示范基地，具備處置重(特)大規模的井噴失控、化學品泄漏、火災、爆炸、環境災害、自然災害和內部交通事故的能力[4]。
3.2 搶維修中心
    根據氣田和凈化廠現場的生產實際情況，組建維修搶險機構，負責氣田和凈化廠生產設施(含自控設施及系統)、儀器儀表的維護檢修工作；負責事故應急狀態下搶險工作，參與事故后的恢復重建工作。
    LG氣田搶維修中心定員43人，設在LG凈化廠，為LG凈化廠和LG作業區提供服務。除配備了管工、鉚工、鉗工、焊工等多工種的搶、維修人員外，還設置有氣田內部醫務室，可進行現場簡單急救。
3.3 應急監測中心
    按照《環境保護法》、《安全生產法》等法律和相關標準的規定，需要開展事故情況下應急監測工作，組建突發環境事件應急監測中心，配備應急環境監測儀器。
    應急環境監測儀器的配備可參考《全國環境監測站建設標準》(環發[2007]56號)，此標準規定了監測站人員編制及人員結構、監測經費、監測用房、基本儀器配置、應急環境監測儀器配置、專項監測儀器配置的具體要求。若氣田有可依托的企業或地方環境監測資源，可配置企業或地方環境監測站沒有的應急監測儀器，如多點無線式S02、H2S監測系統、自動氣象站等。
    LG氣田、普光氣田已參照西部地區三級站建設標準，并結合氣田可依托的應急監測資源配置了突發環境事件應急監測人員、儀器設備等。
3.4 應急物品和安防器材配備
    高酸性氣田既含有毒有害氣體，又含有易燃易爆、腐蝕性物質，且勘探開發過程易發生井噴、腐蝕泄漏導致H2S中毒等事故的發生。因此，加強應急物品和安防器材的配置對于應急搶險工作具有重要意義。
    氣田開發生產作業場所急救應急物品和安全防護器具的配備，應根據作業性質、工作場所、作業環境、地理條件等因素，按照Q/SY 136—2007《生產作業現場應急物品配備規范》、SY/T 5087—2005《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法》、SY/T 6137—2005《含硫化氫的油氣生產和天然氣處理裝置作業推薦作法》、SY/T 6610—2005《含硫化氫油氣井井下作業推薦作法》、SY 6277—2005《含硫油氣田硫化氫監測與人身安全防護規程》等標準、規范的要求進行配備。
3.5 安全庇護所
    當含硫化氫天然氣發生連續大量泄漏時，防止生產現場人員中毒是安全開發含硫化氫氣田首先面臨的重要現實問題。目前常用的應急點火法和應急撤離法都具有現場操作的不確定性。經驗表明，在含硫化氫開發生產現場設置事故狀態下供人體呼吸用的穩定可靠的合格氣體及氣源，是控制事故規模及后果的最佳方式。中國石油西南油氣田公司首次從挪威UNITEAM公司引進了2臺安全庇護所[5]。安全庇護所的緊急空調系統可提供新鮮空氣并保持內部50Pa的正壓，能為10個人提供不少于2h的安全庇護時間。
    安全庇護所對油氣田發生突發事件時保障人員安全具有十分重要的作用，建議有條件的高含硫化氫氣田配置一定數量的安全庇護所。
3.6 三維地理信息應急系統[6]
    三維地理應急系統是一個集地景地貌、矢量地圖、區劃信息、人居信息、敏感目標、道路信息以及企業生產區域、設施、設備等為一體的三維可視化信息平臺。該平臺既有地理信息又包含全息三維企業場景，是整個應急系統的基礎和支撐。可實現全息化安全管理、應急響應與輔助決策、數字化預案與培訓演練等功能。目前LG氣田數字化應急預案系統已建成并投入使用。
3.7 應急報警系統
    川渝地區高含硫化氫氣田所在區域屬于典型的丘陵地帶，地理環境非常復雜，有效的通訊保障在該地區較為脆弱。在事故狀態下要保證事故信息能及時、準確地通知到應急區域內的群眾，就必須建設一套可靠的應急報警系統。
    LG氣田應急報警系統采用按村組行政區劃分區設置，以利于村干部發揮作用，做到居民有效撤退。報警方式上主要采用了移動短信群呼、固定話機群呼，以及在人口活動較為密集的地區安裝高音喇叭及無線調頻音柱等放聲設備，基本保證了應急區域內的全覆蓋。
4 應急預案體系與企地聯合應急演練保障
    為使高含硫化氫氣田建設的消氣防中心、搶維修中心、應急監測中心、應急物品和安防器材配備、安全庇護所、三維地理應急信息系統、應急報警系統等形成協調的、統一的有機體，在事故情況發生時能發揮有效作用，必須編制有針對性的基于三維地理應急信息系統平臺的應急預案體系，并加強企地聯合應急演練。
    高含硫化氫氣田應急預案的制訂除應符合《生產經營單位安全生產事故應急預案編制導則》(AQ/T 9002 2006)、《石油天然氣安全規程》(AQ 2012—2007)等一般性規定外，還應符合《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法》(SY/T 5087—2005)、《含硫化氫油氣井井下作業推薦作法》(SY/T 6610—2005)、《含硫化氫的油氣生產和天然氣處理裝置作業的推薦作法》(SY/T 6137—2005)等標準、規范要求。
    LG氣田應急預案有1個總預案和18個分預案，并在此基礎上編制了LG作業區、LG凈化廠處置預案和各單井、凈化工段的24類應急處置程序，全面覆蓋了LG氣田試采工程的各個環節。預案編制過程中，完成了對LG氣田試采工程周邊4個地級市8個縣59個鄉鎮的應急救援資源的詳細調查，共調查醫院135所，公安隊伍56個，交警隊伍16個，消防隊伍11個，完成了2萬余戶應急計劃區居民的詳細信息(包括戶主姓名、位置、電話、家庭人口數量等)調查，這些信息已集成在LG數字化應急預案平臺中。LG氣田投產前開展了包括凈化廠、場站有毒氣體泄漏后中毒人員救援、應急廣播、三維地理應急系統快速決策、周邊群眾疏散安置、消氣防力量展示、現場搶修等大型企地聯合應急演練。
5 結論與建議
    “12·23”事故以后，我國圍繞高含硫化氫氣田的安全、高效、清潔和環境友好開發進一步開展了大量的科技攻關并進行了實踐。在研究成果的支撐下，近年來我國先后發布實施了多項HSE行業標準和企業標準，極大地完善了含硫化氫氣田的HSE標準規范。但當前在高含硫化氫天然氣井井噴失控毒物擴散事故定量風險分析和公眾安全評價的程序、方法、內容及可接受風險水平，高含硫化氫氣田集輸井站、集輸管道的公眾安全距離、大氣環境防護距離、應急計劃區的確定等方面仍無標準可依，仍需繼續完善適合我國高含硫化氫氣田開發特定的健康、安全和環境標準，其中7項標準已立項并在制定中，8項標準還待立項。
    中國石油西南油氣田公司LG氣田HSE示范工程建設成果、中國石油與美國雪佛龍石油公司在川東北高含硫化氫氣田合作開發經驗以及中國石化普光氣田開發實踐表明：川渝地區高含硫化氫氣田開發應急保障體系建設要針對氣田硫化氫含量高，以及氣田所在區域地形復雜、人口密度大、交通條件差、可依托的外部救援力量薄弱的特點，在嚴格執行國家、行業、企業HSE標準規范的基礎上，運用三維復雜地形含硫化氫天然氣泄漏擴散中毒定量風險評價技術做好安全距離與應急計劃區的安全規劃工作；落實氣田消氣防中心、搶維修中心、應急監測中心、三維地理信息應急系統、應急警報系統等的建設，有條件的可以考慮配備固定式或移動式安全庇護所；編制有針對性的基于三維地理應急信息系統平臺的應急預案體系，加強企地聯合應急演練。
參考文獻
[1] 羅瑞振，韓建紅，李國平，等.高含硫氣田試氣作業的安全措施與管理——以普光氣田為例[J].天然氣工業，2009，29(7)：112-115.
[2] 王建光，鄧云峰，郭再富.基于公眾安全防護的含硫氣井分級監管建議[J].中國安全生產科學技術，2009，5(3)：124-128.
[3] 國家安全生產監督管理總局.AQ 2017—2008含硫化氫天然氣井公眾危害程度分級方法[S].北京：煤炭工業出版社，2008.
[4] 楊永欽.建設油氣田救援基地[J].勞動保護，2009，12(7)：106-107.
[5] 蔣毅，黃湛.防毒庇護所在高含硫氣田中的應用[J].天然氣工業，2009，29(6)：117-119.
[6] 龔建華，朱進，王以朗，等.LG氣田三維應急地理信息系統的建設[J].天然氣工業，2010，30(3)：116-119.
 
(本文作者：涂強 周大為 銀小兵 劉盛兵 翁幫華 中國石油西南油氣田公司安全環保與技術監督研究院)