萨曼杰佩气田集输系统安全控制与应急管理浅析

左应祥 冉丰华 王明泉 朱焕德 常岭松

（1．中国石油西南油气田公司阿姆河项目部 2．四川石油天然气建设工程有限责任公司）

阿姆河右岸天然气项目是中国和土库曼斯坦两国在能源领域合作的重大项目，也是中国石油迄今为止最大规模的境外天然气勘探开发合作项目。该项目合同区域——巴格德雷合同区域位于土库曼斯坦列巴普州阿姆河右岸地区，分为A区块和B区块，A区块先行实施。A区块包括萨曼杰佩、麦捷让、亚希尔杰佩、根基别克4个气田，其中萨曼杰佩气田于2009年12月14日正式投产，单井最高日产达120×104m3／d，气田设计产能为 50×108m3／a［1］。

萨曼杰佩气田位于阿姆河右岸合同区块西北部，为阿姆河右岸最大的整装生物礁型高含硫凝析气田，天然气中 H2S的体积分数为1．97%～4．40%，CO2的体积分数为3．69%～4．57%，并含凝析油，是典型的高含硫酸性气田［2］。

萨曼杰佩气田采用湿气集输工艺，集输系统点多面广，泄漏风险高，准确快速监控难度较大。一旦某个节点发生重大泄漏或应急事故，对上、下游的生产都会产生影响，从气井生产、管道集输、净化处理到天然气外输的各个环节都要求具有良好的快速响应和联锁关断机制。而且，萨曼杰佩气田地处土库曼斯坦与乌兹别克斯坦交界处的卡拉库姆大沙漠腹地，荒漠沙地，气候恶劣，应急救援难度大。因此，安全控制和应急管理措施成为气田开发的重点［3－5］。

1 安全控制措施

1．1 泄漏监测

在气井、集气站场设置可燃气体探测器、H2S气体探测器、火焰探测器和视频监控系统。气井的采气树位置和采气管线位置设置有可燃气体探测器、H2S气体探测器，采气树顶部设置有易熔塞（95～105℃），集气站内设置视频摄像头，监控气井地面生产工艺设施。集气站场易燃、易爆生产工艺区域设有可燃气体浓度报警和H2S浓度报警，以及火灾自动报警和视频监视系统，并在站内人行通道处设有多个火灾声光报警按钮，一旦发现灾情，能尽快发出报警；在站内仪表控制室设有烟感检测器、温感检测器、气体自动灭火设施，一旦发生火灾，自动报警、喷淋灭火。

1．2 公众H2S防护

通过对高含硫天然气进行泄漏扩散模拟，计算出不同H2S毒性负荷下的天然气扩散影响距离，在风速6．1m／s，大气稳定度F情况下，H2S体积分数为100×10－6的毒性云团将出现在距泄漏点下风向1 759m处。由于萨曼杰佩气田地处沙漠腹地，气田内无居民，且气田上班员工的住宿营地建在距主要生产场站20km外的地方，公众得到有效保护。

1．3 自动控制与联锁关断

1．3．1 SCADA自动控制系统

萨曼杰佩气田集输系统采用SCADA自动控制系统。SCADA系统采用光纤网作为通讯网，采用三级网络结构。第一级为气田SCADA调度控制中心（DCC），第二级为集气站场的站控系统（SCS）、净化处理系统DCS和天然气外输系统（SCS），第三级为单井站仪表及远程终端设备（RTU），RTU通过光纤通讯网络将信号传输至SCS和DCC，并接收SCS和DCC的指令；集气站场SCS通过光纤网络将信号传输至DCC，并接收DCC的指令。在每一个关键控制节点（集输气站场）均分别设置两套子系统：PLC过程控制系统和ESD紧急停车系统，PLC主要负责正常的工艺流程控制和监视，ESD则负责对生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和联锁保护，使生产装置进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险降低到可以接受的最低程度，以保证人员、设备、生产和装置的安全。

1．3．2 上下游联锁关断系统

萨曼杰佩气田根据生产流程可分为4大系统，即井口控制系统、集输系统、净化处理系统和天然气外输系统。这4大系统有各自独立的安全控制体系：气井采用井口控制单元，集输系统采用SCADA＋ESD紧急停车系统，净化厂采用DCS＋ESD紧急停车系统，外输增压站采用SCS＋ESD紧急停车系统。4大系统中任意一个系统出现重大泄漏或应急事故，都将直接威胁到上下游的安全，因此要求4大系统实现联锁关断，而且要求响应及时，关断可靠。为此，萨曼杰佩气田采用调控中心（DCC）气田紧急关断、集输气站场控制参数自动联锁紧急关断控制、气井井口安全截断系统联锁控制等三级命令方式，从调控中心总体控制和各站点逐级分区控制两方面，形成了气田上下游的整体综合联锁控制系统，大大提高了气田的安全性。

（1）萨曼杰佩气田紧急关断三级命令：

ESD－1：一级关断为最高级别，该级别关断为全气田紧急关断并放空（包括：气井、萨曼杰佩集气总站、萨曼杰佩集气站和外输增压站）。此级关断需触发调控中心ESD－1级关断。

ESD－2：气田内部采集输系统关断。此级关断为气田气井、萨曼杰佩集气总站、萨曼杰佩集气站紧急关断并放空。此级关断需触发调控中心ESD－2级关断。

ESD－3：气田部分采集输系统关断。此级关断为萨曼杰佩集气站及所辖气井紧急关断并放空。此级关断需触发调控中心ESD－3级关断。

（2）集输气站场ESD联锁紧急关断控制。集输气站场ESD联锁紧急关断控制分为紧急按钮控制和压力参数联锁控制两种方式。紧急按钮控制主要用于自然灾害、战争因素、上级紧急命令等极端紧急情况；压力参数联锁控制方式是根据上下游各区域不同生产压力，以及各生产工艺设施的压力等级，系统分析、整体布局，从而形成整体的综合性联锁控制。

（3）气井井口安全截断系统联锁控制。萨曼杰佩气田单井采用了井口安全截断系统，有地面安全截断阀和井下安全截断阀，能根据事态的危险程度选择地面截断气源方式或地下截断气源方式，系统具备远程关井、就地手动关井、井口火灾自动关井、压力超高和超低联锁关井，防止生产装置可能发生的危险或继续恶化的状态。

（4）气田超高压分批关井。鉴于萨曼杰佩气田产量大、H2S含量高、采气管线距离短的特点，集气总站采用了气田分批关井联锁控制。根据净化装置处理能力（450×104m3／d）将气井分为3批，分批设置集气总站出站压力超高关井值，当集气总站出站压力达到相应设置值时，对应批次气井自动关井，该控制方式延长了突发事件的应急处理时间，能有效防止事态扩大，大大提高气田生产安全。

2 应急管理措施

2．1 应急预案体系

建立了阿姆河天然气公司应急预案体系，编制了满足生产实际需要的《阿姆河天然气公司应急预案》，同时结合岗位特点，编制完成了公司级、厂级和车间级三级应急预案。

公司级包括1个综合预案和10个专项应急预案；厂级（采气厂、处理厂、机修厂）分别包括1个综合预案和10个专项应急预案；各车间（站）针对所在区域存在的具体隐患及时进行风险识别并建立削减、控制措施或应急处置方案上百个。初步形成了“一点一案、一事一案”，“横向到边、纵向到底”的应急预案体系。

2．2 应急指挥体系

萨曼杰佩气田公司级应急救援指挥中心成立在公司的调度控制中心，以下各厂级调度控制中心为各厂级应急指挥中心。公司级及各厂级应急指挥中心均配置了工业视频监控、气体监测、应急预警、视频传输、有线无线通讯等，特别是建成了覆盖全气田、远距离无线对讲通讯系统，能够全过程全方位支撑突发事件处置。

2．3 应急救援装备

为有效应对各类突发事件，提高气田内部应急救援能力及效率，保证应急救援的顺利实施，萨曼杰佩气田配备了大量的应急救援专用装备或设备。

配置的专用应急救援装备有：水罐消防车、干粉消防车、泡沫消防车、高喷消防车、供气消防车、抢险救援车、医疗急救车以及各类大型专业应急机具92台（辆）。

配置的个人安全防护设备有：防爆对讲机、便携式防毒面具、便携式H2S或可燃气体检测仪、空气呼吸器等。

2．4 应急救援专业队伍

2．4．1 地方专业救援队伍

公司聘请土库曼斯坦专业消防、气防队伍进驻萨曼杰佩气田值班，同时公司组建了医疗急救人员常驻气田。其中，气防人员为土库曼斯坦国内一个专门从事于石油天然气应急救援的专业化队伍，按照与公司签订的合同约定，气防人员负责定期对气田内所有站场及单井定期巡查、员工安防器材使用监督及定期检测、事故及应急状态下的专业救援等。

2．4．2 公司抢险队伍

由于萨曼杰佩气田地处沙漠腹地，外围远端当地资源匮乏、社会力量依托少，故在气田内部的机修厂配置了相应抢维修机具和人员，在处理厂配置了化验分析机构和人员，各级预案根据实际情况，重点立足于厂内自救、厂间互救和专业消、气防常驻气田力量的救助或救援。

2．5 应急预案演练

为做到在应急救援之需时能各司其职，反应迅速，就异常关井、超压、泄漏、着火、中毒等较大安全风险，在编制专项预案的同时，开展高密度针对性应急处置、抢险、疏散等预案演练，其中车间、站级每月一次，厂级每季度一次，公司级每半年一次，特殊时段和特殊情况增加密度，如针对投产初期多数井安系统不能有效远程关断气井的情况，一是及时编制“应急关井处置措施”，二是对气井进行不同分组并按白天、黑夜和选择不同关井线路进行应急关井演练，筛选出最优应急关井方案，为后续在投产初期的上100次应急关井出动提供有力支持。同时，针对投产初期异常事件频发的现象，采取领导和技术管理人员分别在气田生产第一现场夜间轮班应急驻守，第一时间发现和组织处理包括应急关井在内的各类突发事件，确保安全。

2．6 安全培训

编制中、俄文对照版HSE培训通用教材，对全体员工开展安全、消防理论和实际操作知识培训。重点包括：一是正压式空气呼吸器、可燃气体检测仪、H2S气体检测仪、防毒面具、灭火器等器材在正确使用、检查、维护过程中的基本知识；二是各种特殊、危险作业许可有关要求；三是日常生产安全中、俄文对照版指令集；四是中、俄文对照版安全管理制度、操作规程和操作卡；五是现场各类设备操作安全注意事项。同时对培训内容组织统一考试考核，对考试考核不过关者将进行再培训，直到人人过关，在培训期间不得独立顶岗。

3 认识与建议

（1）萨曼杰佩气田建立了较完善的H2S防护和安全控制手段，结合气田实际，建立了含硫天然气泄漏监测体系，构建了SCADA自动控制和井口－集输－净化－外输联锁关断系统，提高了气田的安全生产水平。

（2）萨曼杰佩气田构建了较完善的应急救援和应急管理体系，应急资源配置合理，能满足和应对气田应急救援的需要。

（3）在生产运行阶段，萨曼杰佩气田的安全控制技术还需要进一步完善。首先，随着生产的运行，集输系统不同程度出现积液，应加强对积液的预防与控制，降低系统安全风险。其次，要有计划地开展集输管道智能检测、腐蚀监测、缺陷无损检测以及管道安全性评价技术研究。此外，要对关断系统进行优化改造，对联锁关断逻辑进行优化。

（4）萨曼杰佩气田地处沙漠腹地，气候恶劣，应高度重视风沙、极度寒冷和酷暑天气对生产设备和人员的影响。

（5）土库曼斯坦救援资源相对匮乏，社会力量依托少，为有效应对突发事件，还应进一步加强公司应急抢险队伍建设，组建公司应急抢险中心，增加抢维修机具和人员，大力开展技术培训，提高气田内部应急救援能力及效率。

［1］费怀义，徐刚，王强，等．阿姆河右岸区块气藏特征［J］．天然气工业，2010，30（5）：13－17．

［2］曹均，徐敏，贺振华，等．礁灰岩储层孔隙流体敏感性参数分析——以阿姆河右岸区块生物礁储层为例［J］．天然气工业，2010，30（5）：37－40．

［3］杨宇，李明国，张艳珍，等．萨曼杰佩气田运行分析［J］．石油与天然气化工，2011，40（S1）：24－29．

［4］余洋，薄伟，杨宇，等．萨曼杰佩气田试生产情况分析［J］．石油与天然气化工，2011，40（S1）：6－11．

［5］卢邹，郑周君，李明国，等．萨曼杰佩气田采气工艺适应性分析［J］．石油与天然气化工，2011，40（S1）：12－17．