唐晨飛，張廣文，王延平，盧均臣

(中國石化安全工程研究院，山東青島 266071)

美國AlisoCanyon地下儲氣庫泄漏事故概況及反思

唐晨飛，張廣文，王延平，盧均臣

(中國石化安全工程研究院，山東青島266071)

簡述了美國加利福尼亞州Aliso Canyon天然氣地下儲氣庫泄漏事故的背景及演變過程，重點分析了事故發(fā)生后，事發(fā)企業(yè)、政府部門和第三方輔助機構3個層級的應急響應過程。分析了我國天然氣地下儲氣庫建設現(xiàn)狀，結合美國應對該事故的經(jīng)驗教訓，提出了在天然氣儲存設施安全管理方面的建議措施。

天然氣 地下儲氣庫 泄漏事故 應急響應 安全管理

1 事故概況

1.1 事故企業(yè)簡介

發(fā)生事故的阿里索(Aliso Canyon)天然氣地下儲氣庫隸屬于美國Sempra能源公司下屬南加州天然氣公司，該儲氣庫位于加利福尼亞州洛杉磯西北約50 km的圣蘇珊娜山阿里索峽谷內(nèi)。阿里索地下儲氣庫有115座儲氣井，可儲存860×109m3天然氣，占加州天然氣總儲量的23%，供應洛杉磯地區(qū)1 100萬用戶的燃氣與發(fā)電，在全美400處天然氣儲存設施之中規(guī)模排名第5，占地面積1.5×107m2。

1.2 地下儲氣庫簡介

阿里索事故中使用的地下儲氣庫是由枯竭油井改造而成的，目前全世界大約有560多座地下儲氣庫，主要分布在歐洲和北美洲。地下儲氣庫多利用地下多孔巖層或者封閉洞穴儲存天然氣，是儲存大量燃氣較為經(jīng)濟和安全的方法，主要用于保障天然氣下游用戶供氣的調峰需要。它具有儲存量大、經(jīng)濟合理、安全系數(shù)大等優(yōu)點。

地下儲氣庫按地質構造劃分，主要包括衰竭油氣田儲氣庫、含水層儲氣庫、鹽穴儲氣庫和廢棄礦穴儲氣庫4類。阿里索地下儲氣庫屬于衰竭油氣田儲氣庫，是通過油氣田原有的生產(chǎn)井和建庫時增加的氣井向枯竭的油氣層注入或采出天然氣，是世界上使用最廣泛、運行最久的一種儲氣庫，具有建庫周期短、投資和運行費用低的特點。阿里索峽谷于1938年發(fā)現(xiàn)石油蘊藏，開采至1970年完全枯竭，于1971改造為天然氣地下儲氣庫使用。

1.3 事故經(jīng)過簡介

2015年4～10月間，阿里索儲氣庫注滿天然氣(氣態(tài))，儲氣庫位于地面以下2 590 m。2015年10月23日，當?shù)鼐用衤劦教烊粴馕叮杆偻▓竽霞又萏烊粴夤?。此時，南加州天然氣公司在每日定時巡邏中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SS-25號井泄漏，但并沒有告知當?shù)鼐用瘛?/p>

事故發(fā)生后，南加州燃氣公司初步確認為SS-25號儲氣井地下套管發(fā)生破損，引發(fā)天然氣泄漏，隨后共做了7次堵漏嘗試，均未能制止井噴。初期泄漏量約58 t/h，81天后降為21.5 t/h。2016年2月11日，SS-25號事故井在連續(xù)泄漏111天后，通過1口救援井與其交匯，灌注重質液體壓井，成功制止了泄漏；2月12日，通過救援井往事故井的井底泵入水泥漿，成功將其永久性封堵；2月18日，正式宣布該儲氣井已被永久性封堵。經(jīng)過檢測計算，該儲氣井在118天內(nèi)共計泄漏天然氣10.7×104t，是美國歷史上最大的天然氣泄漏事故。

該事故造成了巨大影響和經(jīng)濟損失，前后共導致1.1萬名附近居民離家疏散，許多居民生病，附近的牧場社區(qū)有超過5 000戶家庭和兩個當?shù)貙W校搬遷，直接經(jīng)濟損失約3.3億美元，總損失約10億美元。

2 事故應急響應過程

該起事故自2015年11月28日開始，至2016年2月18日結束，前后歷時4個月，美國在應對該事件的應急響應過程可分為事發(fā)企業(yè)、政府部門和第三方機構輔助響應3個級別。

2.1 事發(fā)企業(yè)應急處置

阿里索設施陳舊，漏氣時有發(fā)生，事故發(fā)生后，南加州天然氣公司最初并沒有特別重視，他們首先采用標準止漏流程，也就是灌入鹽水，以水壓封住漏氣，但沒有成功。隨后停止注入氣體，并請來油氣井專業(yè)止漏公司Boots&Coots，Boots&Coots公司發(fā)現(xiàn)天然氣并非從井口泄漏，而是從地底直穿巖縫與土壤釋放到大氣，初期判定泄漏處是在井深150 m處，但日后發(fā)現(xiàn)泄漏點是地下2.67 km處的金屬管道外套處。

Boots&Coots公司試圖止漏時發(fā)現(xiàn)，南加州燃氣公司一開始灌進去的鹽水，因為漏氣時氣體減壓吸熱的效應，結冰堵住管道，無法進一步灌水止漏，于是使用管道破冰設備，至2015年11月初破冰結束。11月13日進行第二次灌水止漏，結果由于氣體上沖的力超過灌入鹽水的水壓，挾帶著鹽水往上沖，沖開了巖縫與土壤之間的漏氣縫隙，導致漏氣速度加快。

11月19日，又一次止漏嘗試失敗。南加州天然氣公司宣布替代方案，計劃挖掘攔截井，深入地底2.67 km，直達井底，當攔截井泄放天然氣的壓力后，就能從根源止漏，儲氣井攔截封堵作業(yè)見圖1。攔截井于12月4日開挖，與此同時仍繼續(xù)進行灌水止漏嘗試，11月25日第六次嘗試再度失敗。

11月28日，通過數(shù)據(jù)測量發(fā)現(xiàn)漏氣加快16%，最多時每小時泄漏62.2 t甲烷。

12月22日，進行第七次嘗試，因無法抵擋強大的氣體壓力，井口炸出了一個7.3 m深的大洞，只能采取補強井口結構的措施，并終止一切從井口止漏的嘗試。接下來，南加州天然氣公司從井中刻意提氣以減輕氣壓，將泄漏速率降低64%，同時逐步往井底鉆探。2016年2月11日，挖至井底。

2月16日宣布幾日內(nèi)可完全封閉泄漏的儲存井。2月18日，正式宣布永久性封堵泄漏儲氣井。

2.2 政府部門應急響應

美國政府的應急響應部門包括國家機構和地方部門兩部分。其中，國家機構有州長緊急服務辦公室(Cal OES)、石油天然氣與地熱資源保護局(DOGGR)、加州公共事務委員會(CPUC)、加州消防局(Cal Fire)，主要負責事故指揮、現(xiàn)場評估和事故調查等事務；加州職業(yè)安全與健康管理局(Cal/OSHA)和環(huán)境健康危害評估辦公室(OEHHA)，主要負責社區(qū)健康的影響、工人的安全、公共侵犯等事務；空氣資源委員會(ARB)，主要負責社區(qū)空氣監(jiān)測、泄漏排放估算和空氣過濾建議等事務。地方機構有南海岸空氣質量管理局(SCAQMD)，主要負責社區(qū)空氣采樣，發(fā)布減排的順序等事務；洛杉磯公共衛(wèi)生部門(LACDPH)，主要負責發(fā)布公眾健康指南。

事故發(fā)生后，Cal OES成立事故指揮部，協(xié)調當?shù)?、州和?lián)邦的行動，幫助燃氣公司制止泄漏，并確保公眾安全。同時，在亞里索峽谷建立現(xiàn)場指揮所，一周7天24小時監(jiān)督燃氣公司員工現(xiàn)場實施。他們還協(xié)調各政府機構進行信息共享，確保行動的有效、公開和透明。

10月23日，泄漏發(fā)生后，DOGGR的技術專家通過現(xiàn)場評估燃氣公司的堵漏操作，確保每一步操作的可行性。

11月18日，Cal OES要求在泄漏點下方開挖減壓井阻止天然氣泄漏。

12月10日，Cal OES要求燃氣公司報送最新數(shù)據(jù)、測試報告、每日簡報，并確定封堵時間表。

圖2 SS-25號儲氣井攔截封堵作業(yè)示意

12月18日，Cal OES指派多家機構調查泄漏井和公眾健康問題。

2016年1月6日，Cal OES聲明，該起事故的響應工作可調用所有政府有關機構的人員、設備和設施，同時他們會定時組織地方官員會議，并及時通知周邊社區(qū)居民事故進展情況。

2.3 第三方機構輔助應急響應

事故的泄漏物質天然氣主要成分為甲烷(約80%)，是一種強溫室氣體，對空氣有嚴重污染。事故發(fā)生后，ARB、SCAQMD及其他研究機構合作，使用高塔、飛機和衛(wèi)星等手段在靠近地面的井場周圍收集空氣樣本，測量泄漏持續(xù)時間和甲烷釋放速率。在幾個月的時間里，通過泄漏時間、速率來評估泄漏期間的任何變化和計算甲烷泄漏總量。在這期間，公眾和媒體可以通過網(wǎng)頁查看周邊社區(qū)甲烷釋放數(shù)據(jù)。

2015年11月7日起，共派出13架載人飛機測量甲烷排放量，11月28日數(shù)據(jù)顯示最高的甲烷泄漏率為58 t/h，2月13日，阿里索設施附近的排放泄漏率為最高時的2%。2月18日，宣布永久密封后，甲烷含量已大幅減少。

3 我國天然氣地下庫建設現(xiàn)狀

天然氣儲備是國家能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。國外儲氣庫資源一般占天然氣消費10%以上，美國為20%、俄羅斯為16%、荷蘭接近40%，而我國只有3%[1]。國家能源局要求天然氣儲備量占天然氣需求量20%～25%，才能確保天然氣穩(wěn)定供應。預計，2020年國內(nèi)天然氣需求將達3 500×109～4 000×109m3，意味著屆時國內(nèi)天然氣儲氣量應達700×109～1 000×109m3[1]。

根據(jù)國外天然氣儲備經(jīng)驗，地下儲氣庫是天然氣儲備的投資最低的手段。我國的地下儲氣庫建設起步較晚，上世紀70年代在大慶油田曾進行過利用氣藏建設氣庫的嘗試，真正開始研究地下儲氣庫是在90年代初。隨著陜甘寧大氣田的發(fā)現(xiàn)和陜京天然氣輸氣管線的建設，才開始研究建設地下儲氣庫以確保北京和天津兩大城市的安全供氣[2]。目前，我國已建成投用的儲氣庫有4個，分別為大港儲氣庫群，京58、京51、永22儲氣庫，蘇南金壇儲氣庫，蘇北劉莊儲氣庫。在建及列入規(guī)劃的儲氣庫有11個，河南平頂山、遼河、大慶、長春、河南文留、鄂爾多斯、河北雁翎、江蘇淮安、湖北潛江、湖北應城、云南安寧儲氣庫[2]。

4 事故反思及建議

美國阿里索事故的直接原因是儲氣設施地下2.67 km處的天然氣注入井套管破裂導致天然氣泄漏。根據(jù)美國、歐洲和加拿大儲氣庫事故統(tǒng)計分析[3]，注采氣井在反復注采過程中，套管由于受溫度、壓力、腐蝕和循環(huán)交變載荷的共同作用，容易因腐蝕穿孔、破裂、斷裂引發(fā)天然氣泄漏。

我國正處于地下儲氣庫建設的關鍵時期，因此，阿里索事故為我國天然氣地下儲存設備安全管理提供寶貴的經(jīng)驗。本文結合本次事故的經(jīng)驗教訓，提出建議措施如下。

a)針對存儲設施的進出管線、管線的法蘭連接處及閥門等易泄漏部位，選擇正確的閥門、法蘭及安全附件的型號，并對管線設置套管、緊急切斷閥和止逆閥等安全防護裝置。

b)井下安全閥安裝前進行檢驗、試壓。安裝時注意檢查外觀是否有損壞。安全閥的控制管線接頭上扣時扭矩不能過大，以免損壞金屬密封。下入過程中要防止磕、擠、碰的現(xiàn)象發(fā)生，平穩(wěn)下放，并定期對安全閥進行開關操作[4-5]。

c)在儲存設施的閥門間、呼吸管、安全閥等可燃氣體釋放源附近設置檢測儀、報警儀；定期檢查監(jiān)測設備和報警儀器，確定其處于正常狀態(tài)等。

d)在庫區(qū)范圍設置一定數(shù)量的觀察井，對儲氣庫進行安全監(jiān)測和運行動態(tài)觀察，以便及時檢測泄漏到任何層位的氣體[4-5]。

e)實時檢測套管的溫度和噪聲性能。當溫度監(jiān)測記錄顯示溫度下降或有噪聲記錄時，應馬上進行修復工作，經(jīng)過測試正常后才可繼續(xù)使用。

f)應定期進行儲氣井外套管厚度和受腐蝕程度的檢測，確保能夠抵抗儲氣井至少115%的最高容許工作壓力。

g)企業(yè)單位應明確和建立政府、企業(yè)和第三方機構3個層級的應急聯(lián)動機制，制定應急響應預案，預案中應包括各層級的職責、措施、公眾安全及信息發(fā)布等內(nèi)容，并保證實施的可行性。

h)在我國現(xiàn)有應急救援體系下，鼓勵社會專業(yè)的應急救援團體參與特定事故設備研發(fā)、方案制定、決策支持、現(xiàn)場救援工作。

[1] 馬勝利，韓飛．國外天然氣儲備狀況及經(jīng)驗分析[J].天然氣工業(yè)，2010，30(8)：62-66.

[2] 王冰．我國天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略儲備體系構建與LNG中繼站建設[D]．北京：中國地質大學(北京)，2012.

[3] 李建中，徐定宇，李春．用枯竭油氣藏建設地下儲氣庫工程的配套技術[J]．天然氣工業(yè)，2009，29(9)：97-99.

[4] 劉坤，何娜，張毅．相國寺儲氣庫注采氣井的安全風險及對策建議[J]．天然氣工業(yè)，2013,33(9)：131-135.

[5] 李原欣，邢芳，朱世民. 淺析地下儲氣庫安全管理[J].河北能源職業(yè)技術學院學報，2011, 1(1)：62-64.

TheGeneralSituationandReflectionofLeakAccidentoftheAlisoCanyonUndergroundGasStorageinUnitedStates

Tang Chenfei, Zhang Guangwen, WangYanping, Lu Junchen

(SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao，266071)

The background and evolution of the Aliso Canyon underground gas storage leak accident in United States is introduced. To analyze three levels′ emergency response process of enterprises, government departments and third-party assisted agencies. This paper analyzes the current situation of the construction of underground gas storage in our country, and gets experiences and lessons of the accident how to response in United States. On this basis, the corresponding countermeasures on underground gas storage facility safety management were finally put forward in our country.

natural gas; underground gas storage; leak accident; emergency response; safety management

2016-03-23

唐晨飛，工程師，注冊安全工程師，2010年畢業(yè)于青島科技大學應用化學專業(yè)，現(xiàn)主要從事化學事故案例分析及化學事故應急處置技術研究方面的工作。