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利用有关可控制的爆炸安全密封一个海上石油管道的风险

1.0摘要

这篇文章讲的是使用自控爆炸，能安全地密封海上石油泄漏管道这样一门新技术的潜在风险。

海上石油泄漏会导致巨大的毒素污染和大量的资源浪费。

这些泄漏的石油不仅对海生生物的生长有着负面的影响，同时还可能威胁到海洋生态系统的平衡。

在过去几年，已经发生过几次造成巨大危害的石油泄漏事故。

为使开采计划提前识别出潜在的影响和结果，同时减轻风险的这样一门新技术，以下介绍的这个装置，不仅是从生态环境还是从周边安全考虑出发，对于管理人员来说在遇到紧急关头和危急情况时都是十分重要的。

为了能在相同风险程度上提前预测有可能发生的影响而提出的这样一门自控爆炸的技术，在超过百分之二十的危险系数/评估比例时，即会发出警报。

采矿工程局S&T的任务就是任选外表酷似爆炸物的东西来做研究，他们的研究结果当然也包括了这篇文章中说的这个新技术装置，这些可以潜在地缓解或者说减少未来海上石油泄漏的灾难。

2.0前言

许多的毒素和大量的放射性废物由于海上石油的泄漏而产生，它会给海洋生物和海洋生态系统带来负面的影响。

海上石油的泄漏将会对经济，金融，以及社会上的公司和他们的顾客造成巨大的破坏性影响。

康菲公司在中国东海岸的渤海湾事故，墨西哥石油公司在坎佩切的墨西哥湾事故，以及中国石油天然气公司在新港的事故，是说明海洋管道是具有破坏性影响的新近例子。

一个最近的例子就是英国石油公司的深水地层事故，在墨西哥湾的钻井机进行钻井作业和石油的泄漏导致在莫康多的262井管线的失效，这次事故被认为是美国历史上最大的海洋石油泄漏事故。

尽管我们通过利用钻井控制附近的减压井和多功能固井塞子注入附近的减压井来进行全力的遏制，然而这次泄漏事故还是持续了几个月。

国家环境卫生科学研究所，环境保护协会，以及其他联邦研究协会对这次事故的危害进行了分析研究。

意在提高海洋程序安全的风险分析是必要的，这项研究探讨了爆炸控制作为风险控制工具对于附近海洋环境及其相关基础设施的影响。

对于应急小组来说，识别，评价和分类由此涉及到的技术结果影响是非常有价值的，为了分类和识别利用内爆控制缓解管道泄漏的明显影响，一到五级的风险影响被创立。

这个等级制度，对于工程师团队利用内爆控制水下石油管道泄和海洋生物及基础设施的潜在影响的理解是至关重要的。

3.0炸药在石油天然气行业的地位

炸药被广泛的用在石油和天然气行业中（酒精，烟草，枪支和爆炸物局），油层套管射孔使用组合而成的不同形状的炸药，协助破裂壳体通过水泥和进入地层，以创建流体流动到表面的路径。

类似形状和配置的炸药还被用于压力增产来提高井筒流动和生产率。

油井安全人员利用炸药扑灭来自油井附近的火灾，在1992年科索沃海湾战争后大约有七百多口油井破坏，地震勘探收集来自地下爆炸产生的声波,以此来确定被限制在深地层位置的自然资源,相性或线性的炸药,被用于释放在海底过时的海上平台锚基础,目前正在进行的实验研究,利用炸药在石油和天然气行业不同的应用,在密苏里科技大学采矿工程系正在研究起爆炸药包的是最佳几何形状对应管道泄漏这个问题,这个研究的目的在于密封管道的安全和限制流体流动方法。

理解内爆控制的潜在影响,对于海洋生物和周围的基础实施,是团队紧急应对的关键,本文提供了矩阵给团队最后的决策带来的更好地帮助，因此，采用控制爆炸减轻海洋灾害的潜在影响，无论对与否，将由应急小组进行识别分析潜在的结果影响，本文研究的主要目的在于集中收集爆炸对于海洋及其基础实施的影响，然后，这些信息被放在易于接触的风险矩阵之中。

在检验爆炸对于与海洋环境的影响时，应该重点注意到爆炸的类型，爆炸的级别规模，身体和水，海底环境。

并平衡深度操控对于海洋环境的影响，范围由海洋生物学家进行研究预测水下爆炸的影响结果显示在延伸到爆炸25米的范围的距离内，少量的鱼类在爆炸迁移时死亡，如果是扩大到1000米的范围内这个数字会更少。

水下爆炸的杀伤范围取决于今以下几个因素，适应在此范围生长的大小不同的鱼类，爆炸深度，起爆量的控制，科学家宣起一个1.25磅水下爆炸物对于海洋生物影响的研究（其中一公斤等于2.204磅）。

以上研究结果表明产生死亡的比例是由爆炸点周围的鱼类和其它海洋生物所决定的，这个结果是构建海洋风险系数的基础，此系数分为5个不同严重程度的等级，每个等级，其影响对应一个相应距离爆炸中心的测量。

严重等级1的信息，是较小的（等于或大于100m），表明控制内爆技术在此范围内不存在对于海洋生物的影响，预测此爆炸的水平声波在此范围内是很小的不会对附近的海洋生物造成灾害。

严重等级2的信息，中度（86m至58m之间），表明1%到25%的鱼类在此范围内死亡，可以看到在此范围内在鱼鳃部有明显的凝结块，肾脏会有相应的损害，在心脏发现有血凝块，在大多数情况下高频的中重度耳膜炎破裂，在附近的海洋哺乳动物体内被检测到，但是这些哺乳动物可以慢慢的自我恢复。

严重等级3的信息，严重（31m至50m之间），表明在此范围内的海洋哺乳动物和鱼类会出现明显的血凝块和高压血液在心脏室内，在这附近的生物会出现25%到50%的死亡率，这是灾难性的。

严重等级4的信息，非常严重，表明有较高的概率或者超过50%的海洋生物死亡，当爆炸发生在25m到50米之间时，在此范围内的不同种类的海洋生物。

更容易受到爆炸水下爆炸所造成的冲击波的强烈冲击，国家海洋服务机构的仔细调查表明大量种类的死亡是由肺或或肠腔内的黑色气泡。

严重等级5的信息，灾难性的，表明周围的海洋生物在距离小于或等于25m的范围内会出现死亡，表明在集中的水平压力和产生的爆炸声波是高度相符的，这导致了在其周围的海洋生物种群出现高的死亡率。

表1说明了两种炸药的爆炸距离以及对海洋环境影响的风险等级。

表一，关于海洋环境的风险等级影响作用表（用1.25TNT电荷）

严重程度

1，小大多数海洋生命安然无恙

2，较小的，死亡生物占所有生物的1%

3，较严重的，死亡的生物占所有生物的25%-50%

4，非常严重的，死亡的生物占所有生物的50%以上

5，所有的海洋生命皆死亡

与泄漏中心的距离

x≥100

58≤x<100

30≤x<58

25

x≤25

参考数据

Thomson&

Johnson1996

Geortner,et

al.1994/

Ketten1995/

Geortner,et

al.1994/

Ketten1995/

Geortner,etal.

1994/Viada,et

al.2008/

Thomson&

Johnson1996

Keevinand

Hempen1997

Minerals

Management

Service2004

Minerals

Management

Service2004

这为从事此工作的决策者提供一个工具，以此来评估采用控制内爆技术减轻对给定范围内的海洋环境造成的风险。

对于这个结果必须进行评估，进一步超越泄漏侧的潜在损失，首先取决于放射源的距离。

例如，对于一个在105米发生泄漏的礁，决策者认识到这种灾害会下降一级，是较小的影响，大部分海洋生物会安然无恙，另一方面泄漏对于海洋坏境的影响也是灾难性的，如果是在泄漏发生20米内的海洋生物栖息地，那么爆炸就是积极地，可以缓解影响。

4.0海上设施的风险等级以及后果

关键是海上设施的风险调查，值得注意的是，储层流体和接头连接到生产网络的过程，存在两个海上石油实施的重大危险源，水下爆炸可以与周围的两个不同阶段的流体相互作用，瞬时冲击波和气泡的径向流动。

类似于海洋环境风险等级的建立过程，建立基础设施模型收集和分类从水下爆炸的数据，对于进行结构研究的程序，维持海洋和基础设施的风险等级之间是一致的，研究结果被分为5类灾难等级所反映。

水下爆炸对于临近管线的影响，爆炸距离在爆炸后果评价技术中起着重要的作用，不会对于管道壁有任何明显的损害影响，然而，一个接近爆炸可能导致灾难性的后果，会导致管道的破坏。

严重程度1的信息，小，表明管道对会在碰撞下造成轻微的损害，爆炸的位置是距离等于或大于42m的TNT需求量是2000公斤，根据基础服务要求，在这个距离是足以避免管道撕裂和气体泄漏的，极限状态（sls）曲线的管道结构的完整性，sls增加了一个相等或大于42m的距离，为了避免塑性变形的影响。

严重程度2的信息，中，表明基础设施在距离爆炸中心32m到42m的范围内，水下爆炸导致泡沫喷射减少了4%的周围管壁屈服应力。

减少的屈服压力可以达到20%。

严重程度3的信息，严重，表明任何在周围15m至35m的范围内，基础设施在爆炸过程经历一个弹性压力，其结果会由于断裂和变型影响管道。

严重等级4的信息，非常严重，基础设施在11m到15m之间的明显塑性应变，这样的压力可能导致重大管道内壁的破裂，破裂的管道内壁将导致管道的失效。

严重等级5的信息，灾难性的，基础设施在11m的范围以内，将会产生破坏性延伸，因此，将会发现撕裂和断裂，这种撕裂将会导致管道不完整，造成进一步的恶化，这将是难以控制的。

表2时确定使用控制内爆的风险对应到附近的基础设施，使用这个模型，紧急响应团队可以确定用于限制石油泄漏环节工具的误差。

严重程度

1，小（管道墙可能受到小损伤）

2，较小（对管道产生的压力减少4%）

3，严重的（管壁面临弹性压力）

4，非常严重的（管道的塑性产生变化）

管道破裂，有石油泄漏

距离

x≥42

42≤x<35

30≤x<15

15≤x>11

x≤11

参考数据

Monti&

Molinari

2011

Monti&

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Monti&

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Monti&

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Monti&

Molinari2011

为了符合海洋环境风险等级引爆装置的规模的方程用1.25磅作为近似的等效距离使用，表3的结果考虑控制内爆附近的基础设施使用风险。

Rw1产生的距离球的重量是w1，Rw2产生的距离作用球的重量是w2.

表3-Risk影响附近的水下基础设施规模（1.25磅TNT电荷新配图）

严重程度

1，小（管道墙可能受到小损伤）

2，较小（对管道产生的压力减少4%）

3，严重的（管壁面临弹性压力）

4，非常严重的（管道的塑性产生变化）

管道破裂，有石油泄漏

距离

x≥2.76

2.76≤x<2.23

1.97≤x<0.985

0.985≤x>0.723

x≤0.723

参考数据

Monti&

Monti&

Monti&

Monti&

Monti&

Molinari

2011

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Molinari,2011;

Walkeretal.,

1990

Molinari2011

5.0使用风险规则准则

为了明确使用控制内爆的可能性，使其作为一个距离适当的风险缓解技术，石油泄漏应急反应团队使用风险矩阵的说明在表1和表3。

使用海洋环境评价矩阵步骤如下：

步骤1：

确定泄漏位置。

步骤2：

确定没有泄漏时所存在或居住的海洋生物

指将所产生的环境影响评估报告公司和规定联邦法规，1969年国家环境保护法案，提交环境管理计划。

《清洁安全法》1970年，提交对于污染物排放到空气中的数据（绿岩，2002）

1972年海岸带管理法给予美国对于近海钻井的反对权利（zile，1974）

1973年的《濒危物种法》对海上钻井做出了严格规定操作对于附近海洋环境拥有濒危物种（新，2012）

1977年的清洁水法案要求获得国家海上操作消除污染排放系统的许可证放入水道（adler。

Et。

al。

1993）

接下来，泄漏对于周围基础设施的影响取决于它和泄漏中心的距离，以下步骤说明矩阵在周围基础实施评估中的应用。

步骤1：

确认泄漏的位置。

步骤2：

确定泄漏距离内存在的基础设施，竣工图纸有助于评估任何基础设施附近的距离。

竣工图纸提供了嵌入式项目和建纸位置的细节。

步骤3;获得泄漏中心与基础设施之间的等效距离。

步骤4：

根据相应的距离确定它的严重程度和影响。

6.0结论

对于应急响应团队来说，在应用内爆减轻控制海上石油泄漏方面，认识到潜在的风险和了解他们的后果是至关重要的，在这项工作中使用提供的矩阵可以帮助他们在决策上快速可接受的风险和后果，目前，在密苏里大学的采矿工程系进行最佳配置的研究，他们的研究结果，也包括这一项，可以帮助海上石油减灾。

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