薩曼杰佩氣田集輸系統(tǒng)安全控制與應(yīng)急管理淺析

左應(yīng)祥 冉豐華 王明泉 朱煥德 常嶺松

（1．中國石油西南油氣田公司阿姆河項目部 2．四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司）

阿姆河右岸天然氣項目是中國和土庫曼斯坦兩國在能源領(lǐng)域合作的重大項目，也是中國石油迄今為止最大規(guī)模的境外天然氣勘探開發(fā)合作項目。該項目合同區(qū)域——巴格德雷合同區(qū)域位于土庫曼斯坦列巴普州阿姆河右岸地區(qū)，分為A區(qū)塊和B區(qū)塊，A區(qū)塊先行實施。A區(qū)塊包括薩曼杰佩、麥捷讓、亞希爾杰佩、根基別克4個氣田，其中薩曼杰佩氣田于2009年12月14日正式投產(chǎn)，單井最高日產(chǎn)達(dá)120×104m3／d，氣田設(shè)計產(chǎn)能為 50×108m3／a［1］。

薩曼杰佩氣田位于阿姆河右岸合同區(qū)塊西北部，為阿姆河右岸最大的整裝生物礁型高含硫凝析氣田，天然氣中 H2S的體積分?jǐn)?shù)為1．97%～4．40%，CO2的體積分?jǐn)?shù)為3．69%～4．57%，并含凝析油，是典型的高含硫酸性氣田［2］。

薩曼杰佩氣田采用濕氣集輸工藝，集輸系統(tǒng)點多面廣，泄漏風(fēng)險高，準(zhǔn)確快速監(jiān)控難度較大。一旦某個節(jié)點發(fā)生重大泄漏或應(yīng)急事故，對上、下游的生產(chǎn)都會產(chǎn)生影響，從氣井生產(chǎn)、管道集輸、凈化處理到天然氣外輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)都要求具有良好的快速響應(yīng)和聯(lián)鎖關(guān)斷機制。而且，薩曼杰佩氣田地處土庫曼斯坦與烏茲別克斯坦交界處的卡拉庫姆大沙漠腹地，荒漠沙地，氣候惡劣，應(yīng)急救援難度大。因此，安全控制和應(yīng)急管理措施成為氣田開發(fā)的重點［3－5］。

1 安全控制措施

1．1 泄漏監(jiān)測

在氣井、集氣站場設(shè)置可燃?xì)怏w探測器、H2S氣體探測器、火焰探測器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。氣井的采氣樹位置和采氣管線位置設(shè)置有可燃?xì)怏w探測器、H2S氣體探測器，采氣樹頂部設(shè)置有易熔塞（95～105℃），集氣站內(nèi)設(shè)置視頻攝像頭，監(jiān)控氣井地面生產(chǎn)工藝設(shè)施。集氣站場易燃、易爆生產(chǎn)工藝區(qū)域設(shè)有可燃?xì)怏w濃度報警和H2S濃度報警，以及火災(zāi)自動報警和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并在站內(nèi)人行通道處設(shè)有多個火災(zāi)聲光報警按鈕，一旦發(fā)現(xiàn)災(zāi)情，能盡快發(fā)出報警；在站內(nèi)儀表控制室設(shè)有煙感檢測器、溫感檢測器、氣體自動滅火設(shè)施，一旦發(fā)生火災(zāi)，自動報警、噴淋滅火。

1．2 公眾H2S防護(hù)

通過對高含硫天然氣進(jìn)行泄漏擴(kuò)散模擬，計算出不同H2S毒性負(fù)荷下的天然氣擴(kuò)散影響距離，在風(fēng)速6．1m／s，大氣穩(wěn)定度F情況下，H2S體積分?jǐn)?shù)為100×10－6的毒性云團(tuán)將出現(xiàn)在距泄漏點下風(fēng)向1 759m處。由于薩曼杰佩氣田地處沙漠腹地，氣田內(nèi)無居民，且氣田上班員工的住宿營地建在距主要生產(chǎn)場站20km外的地方，公眾得到有效保護(hù)。

1．3 自動控制與聯(lián)鎖關(guān)斷

1．3．1 SCADA自動控制系統(tǒng)

薩曼杰佩氣田集輸系統(tǒng)采用SCADA自動控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)采用光纖網(wǎng)作為通訊網(wǎng)，采用三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第一級為氣田SCADA調(diào)度控制中心（DCC），第二級為集氣站場的站控系統(tǒng)（SCS）、凈化處理系統(tǒng)DCS和天然氣外輸系統(tǒng)（SCS），第三級為單井站儀表及遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU），RTU通過光纖通訊網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸至SCS和DCC，并接收SCS和DCC的指令；集氣站場SCS通過光纖網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸至DCC，并接收DCC的指令。在每一個關(guān)鍵控制節(jié)點（集輸氣站場）均分別設(shè)置兩套子系統(tǒng)：PLC過程控制系統(tǒng)和ESD緊急停車系統(tǒng)，PLC主要負(fù)責(zé)正常的工藝流程控制和監(jiān)視，ESD則負(fù)責(zé)對生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行及時響應(yīng)和聯(lián)鎖保護(hù)，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個預(yù)定義的安全停車工況，從而使危險降低到可以接受的最低程度，以保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。

1．3．2 上下游聯(lián)鎖關(guān)斷系統(tǒng)

薩曼杰佩氣田根據(jù)生產(chǎn)流程可分為4大系統(tǒng)，即井口控制系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、凈化處理系統(tǒng)和天然氣外輸系統(tǒng)。這4大系統(tǒng)有各自獨立的安全控制體系：氣井采用井口控制單元，集輸系統(tǒng)采用SCADA＋ESD緊急停車系統(tǒng)，凈化廠采用DCS＋ESD緊急停車系統(tǒng)，外輸增壓站采用SCS＋ESD緊急停車系統(tǒng)。4大系統(tǒng)中任意一個系統(tǒng)出現(xiàn)重大泄漏或應(yīng)急事故，都將直接威脅到上下游的安全，因此要求4大系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)斷，而且要求響應(yīng)及時，關(guān)斷可靠。為此，薩曼杰佩氣田采用調(diào)控中心（DCC）氣田緊急關(guān)斷、集輸氣站場控制參數(shù)自動聯(lián)鎖緊急關(guān)斷控制、氣井井口安全截斷系統(tǒng)聯(lián)鎖控制等三級命令方式，從調(diào)控中心總體控制和各站點逐級分區(qū)控制兩方面，形成了氣田上下游的整體綜合聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，大大提高了氣田的安全性。

（1）薩曼杰佩氣田緊急關(guān)斷三級命令：

ESD－1：一級關(guān)斷為最高級別，該級別關(guān)斷為全氣田緊急關(guān)斷并放空（包括：氣井、薩曼杰佩集氣總站、薩曼杰佩集氣站和外輸增壓站）。此級關(guān)斷需觸發(fā)調(diào)控中心ESD－1級關(guān)斷。

ESD－2：氣田內(nèi)部采集輸系統(tǒng)關(guān)斷。此級關(guān)斷為氣田氣井、薩曼杰佩集氣總站、薩曼杰佩集氣站緊急關(guān)斷并放空。此級關(guān)斷需觸發(fā)調(diào)控中心ESD－2級關(guān)斷。

ESD－3：氣田部分采集輸系統(tǒng)關(guān)斷。此級關(guān)斷為薩曼杰佩集氣站及所轄氣井緊急關(guān)斷并放空。此級關(guān)斷需觸發(fā)調(diào)控中心ESD－3級關(guān)斷。

（2）集輸氣站場ESD聯(lián)鎖緊急關(guān)斷控制。集輸氣站場ESD聯(lián)鎖緊急關(guān)斷控制分為緊急按鈕控制和壓力參數(shù)聯(lián)鎖控制兩種方式。緊急按鈕控制主要用于自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭因素、上級緊急命令等極端緊急情況；壓力參數(shù)聯(lián)鎖控制方式是根據(jù)上下游各區(qū)域不同生產(chǎn)壓力，以及各生產(chǎn)工藝設(shè)施的壓力等級，系統(tǒng)分析、整體布局，從而形成整體的綜合性聯(lián)鎖控制。

（3）氣井井口安全截斷系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。薩曼杰佩氣田單井采用了井口安全截斷系統(tǒng)，有地面安全截斷閥和井下安全截斷閥，能根據(jù)事態(tài)的危險程度選擇地面截斷氣源方式或地下截斷氣源方式，系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程關(guān)井、就地手動關(guān)井、井口火災(zāi)自動關(guān)井、壓力超高和超低聯(lián)鎖關(guān)井，防止生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或繼續(xù)惡化的狀態(tài)。

（4）氣田超高壓分批關(guān)井。鑒于薩曼杰佩氣田產(chǎn)量大、H2S含量高、采氣管線距離短的特點，集氣總站采用了氣田分批關(guān)井聯(lián)鎖控制。根據(jù)凈化裝置處理能力（450×104m3／d）將氣井分為3批，分批設(shè)置集氣總站出站壓力超高關(guān)井值，當(dāng)集氣總站出站壓力達(dá)到相應(yīng)設(shè)置值時，對應(yīng)批次氣井自動關(guān)井，該控制方式延長了突發(fā)事件的應(yīng)急處理時間，能有效防止事態(tài)擴(kuò)大，大大提高氣田生產(chǎn)安全。

2 應(yīng)急管理措施

2．1 應(yīng)急預(yù)案體系

建立了阿姆河天然氣公司應(yīng)急預(yù)案體系，編制了滿足生產(chǎn)實際需要的《阿姆河天然氣公司應(yīng)急預(yù)案》，同時結(jié)合崗位特點，編制完成了公司級、廠級和車間級三級應(yīng)急預(yù)案。

公司級包括1個綜合預(yù)案和10個專項應(yīng)急預(yù)案；廠級（采氣廠、處理廠、機修廠）分別包括1個綜合預(yù)案和10個專項應(yīng)急預(yù)案；各車間（站）針對所在區(qū)域存在的具體隱患及時進(jìn)行風(fēng)險識別并建立削減、控制措施或應(yīng)急處置方案上百個。初步形成了“一點一案、一事一案”，“橫向到邊、縱向到底”的應(yīng)急預(yù)案體系。

2．2 應(yīng)急指揮體系

薩曼杰佩氣田公司級應(yīng)急救援指揮中心成立在公司的調(diào)度控制中心，以下各廠級調(diào)度控制中心為各廠級應(yīng)急指揮中心。公司級及各廠級應(yīng)急指揮中心均配置了工業(yè)視頻監(jiān)控、氣體監(jiān)測、應(yīng)急預(yù)警、視頻傳輸、有線無線通訊等，特別是建成了覆蓋全氣田、遠(yuǎn)距離無線對講通訊系統(tǒng)，能夠全過程全方位支撐突發(fā)事件處置。

2．3 應(yīng)急救援裝備

為有效應(yīng)對各類突發(fā)事件，提高氣田內(nèi)部應(yīng)急救援能力及效率，保證應(yīng)急救援的順利實施，薩曼杰佩氣田配備了大量的應(yīng)急救援專用裝備或設(shè)備。

配置的專用應(yīng)急救援裝備有：水罐消防車、干粉消防車、泡沫消防車、高噴消防車、供氣消防車、搶險救援車、醫(yī)療急救車以及各類大型專業(yè)應(yīng)急機具92臺（輛）。

配置的個人安全防護(hù)設(shè)備有：防爆對講機、便攜式防毒面具、便攜式H2S或可燃?xì)怏w檢測儀、空氣呼吸器等。

2．4 應(yīng)急救援專業(yè)隊伍

2．4．1 地方專業(yè)救援隊伍

公司聘請土庫曼斯坦專業(yè)消防、氣防隊伍進(jìn)駐薩曼杰佩氣田值班，同時公司組建了醫(yī)療急救人員常駐氣田。其中，氣防人員為土庫曼斯坦國內(nèi)一個專門從事于石油天然氣應(yīng)急救援的專業(yè)化隊伍，按照與公司簽訂的合同約定，氣防人員負(fù)責(zé)定期對氣田內(nèi)所有站場及單井定期巡查、員工安防器材使用監(jiān)督及定期檢測、事故及應(yīng)急狀態(tài)下的專業(yè)救援等。

2．4．2 公司搶險隊伍

由于薩曼杰佩氣田地處沙漠腹地，外圍遠(yuǎn)端當(dāng)?shù)刭Y源匱乏、社會力量依托少，故在氣田內(nèi)部的機修廠配置了相應(yīng)搶維修機具和人員，在處理廠配置了化驗分析機構(gòu)和人員，各級預(yù)案根據(jù)實際情況，重點立足于廠內(nèi)自救、廠間互救和專業(yè)消、氣防常駐氣田力量的救助或救援。

2．5 應(yīng)急預(yù)案演練

為做到在應(yīng)急救援之需時能各司其職，反應(yīng)迅速，就異常關(guān)井、超壓、泄漏、著火、中毒等較大安全風(fēng)險，在編制專項預(yù)案的同時，開展高密度針對性應(yīng)急處置、搶險、疏散等預(yù)案演練，其中車間、站級每月一次，廠級每季度一次，公司級每半年一次，特殊時段和特殊情況增加密度，如針對投產(chǎn)初期多數(shù)井安系統(tǒng)不能有效遠(yuǎn)程關(guān)斷氣井的情況，一是及時編制“應(yīng)急關(guān)井處置措施”，二是對氣井進(jìn)行不同分組并按白天、黑夜和選擇不同關(guān)井線路進(jìn)行應(yīng)急關(guān)井演練，篩選出最優(yōu)應(yīng)急關(guān)井方案，為后續(xù)在投產(chǎn)初期的上100次應(yīng)急關(guān)井出動提供有力支持。同時，針對投產(chǎn)初期異常事件頻發(fā)的現(xiàn)象，采取領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)管理人員分別在氣田生產(chǎn)第一現(xiàn)場夜間輪班應(yīng)急駐守，第一時間發(fā)現(xiàn)和組織處理包括應(yīng)急關(guān)井在內(nèi)的各類突發(fā)事件，確保安全。

2．6 安全培訓(xùn)

編制中、俄文對照版HSE培訓(xùn)通用教材，對全體員工開展安全、消防理論和實際操作知識培訓(xùn)。重點包括：一是正壓式空氣呼吸器、可燃?xì)怏w檢測儀、H2S氣體檢測儀、防毒面具、滅火器等器材在正確使用、檢查、維護(hù)過程中的基本知識；二是各種特殊、危險作業(yè)許可有關(guān)要求；三是日常生產(chǎn)安全中、俄文對照版指令集；四是中、俄文對照版安全管理制度、操作規(guī)程和操作卡；五是現(xiàn)場各類設(shè)備操作安全注意事項。同時對培訓(xùn)內(nèi)容組織統(tǒng)一考試考核，對考試考核不過關(guān)者將進(jìn)行再培訓(xùn)，直到人人過關(guān)，在培訓(xùn)期間不得獨立頂崗。

3 認(rèn)識與建議

（1）薩曼杰佩氣田建立了較完善的H2S防護(hù)和安全控制手段，結(jié)合氣田實際，建立了含硫天然氣泄漏監(jiān)測體系，構(gòu)建了SCADA自動控制和井口－集輸－凈化－外輸聯(lián)鎖關(guān)斷系統(tǒng)，提高了氣田的安全生產(chǎn)水平。

（2）薩曼杰佩氣田構(gòu)建了較完善的應(yīng)急救援和應(yīng)急管理體系，應(yīng)急資源配置合理，能滿足和應(yīng)對氣田應(yīng)急救援的需要。

（3）在生產(chǎn)運行階段，薩曼杰佩氣田的安全控制技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。首先，隨著生產(chǎn)的運行，集輸系統(tǒng)不同程度出現(xiàn)積液，應(yīng)加強對積液的預(yù)防與控制，降低系統(tǒng)安全風(fēng)險。其次，要有計劃地開展集輸管道智能檢測、腐蝕監(jiān)測、缺陷無損檢測以及管道安全性評價技術(shù)研究。此外，要對關(guān)斷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，對聯(lián)鎖關(guān)斷邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

（4）薩曼杰佩氣田地處沙漠腹地，氣候惡劣，應(yīng)高度重視風(fēng)沙、極度寒冷和酷暑天氣對生產(chǎn)設(shè)備和人員的影響。

（5）土庫曼斯坦救援資源相對匱乏，社會力量依托少，為有效應(yīng)對突發(fā)事件，還應(yīng)進(jìn)一步加強公司應(yīng)急搶險隊伍建設(shè)，組建公司應(yīng)急搶險中心，增加搶維修機具和人員，大力開展技術(shù)培訓(xùn)，提高氣田內(nèi)部應(yīng)急救援能力及效率。

［1］費懷義，徐剛，王強，等．阿姆河右岸區(qū)塊氣藏特征［J］．天然氣工業(yè)，2010，30（5）：13－17．

［2］曹均，徐敏，賀振華，等．礁灰?guī)r儲層孔隙流體敏感性參數(shù)分析——以阿姆河右岸區(qū)塊生物礁儲層為例［J］．天然氣工業(yè)，2010，30（5）：37－40．

［3］楊宇，李明國，張艷珍，等．薩曼杰佩氣田運行分析［J］．石油與天然氣化工，2011，40（S1）：24－29．

［4］余洋，薄偉，楊宇，等．薩曼杰佩氣田試生產(chǎn)情況分析［J］．石油與天然氣化工，2011，40（S1）：6－11．

［5］盧鄒，鄭周君，李明國，等．薩曼杰佩氣田采氣工藝適應(yīng)性分析［J］．石油與天然氣化工，2011，40（S1）：12－17．