美国Aliso Canyon地下储气库泄漏事故概况及反思

唐晨飞，张广文，王延平，卢均臣

(中国石化安全工程研究院，山东青岛 266071)

美国AlisoCanyon地下储气库泄漏事故概况及反思

唐晨飞，张广文，王延平，卢均臣

(中国石化安全工程研究院，山东青岛266071)

简述了美国加利福尼亚州Aliso Canyon天然气地下储气库泄漏事故的背景及演变过程，重点分析了事故发生后，事发企业、政府部门和第三方辅助机构3个层级的应急响应过程。分析了我国天然气地下储气库建设现状，结合美国应对该事故的经验教训，提出了在天然气储存设施安全管理方面的建议措施。

天然气 地下储气库 泄漏事故 应急响应 安全管理

1 事故概况

1.1 事故企业简介

发生事故的阿里索(Aliso Canyon)天然气地下储气库隶属于美国Sempra能源公司下属南加州天然气公司，该储气库位于加利福尼亚州洛杉矶西北约50 km的圣苏珊娜山阿里索峡谷内。阿里索地下储气库有115座储气井，可储存860×109m3天然气，占加州天然气总储量的23%，供应洛杉矶地区1 100万用户的燃气与发电，在全美400处天然气储存设施之中规模排名第5，占地面积1.5×107m2。

1.2 地下储气库简介

阿里索事故中使用的地下储气库是由枯竭油井改造而成的，目前全世界大约有560多座地下储气库，主要分布在欧洲和北美洲。地下储气库多利用地下多孔岩层或者封闭洞穴储存天然气，是储存大量燃气较为经济和安全的方法，主要用于保障天然气下游用户供气的调峰需要。它具有储存量大、经济合理、安全系数大等优点。

地下储气库按地质构造划分，主要包括衰竭油气田储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿穴储气库4类。阿里索地下储气库属于衰竭油气田储气库，是通过油气田原有的生产井和建库时增加的气井向枯竭的油气层注入或采出天然气，是世界上使用最广泛、运行最久的一种储气库，具有建库周期短、投资和运行费用低的特点。阿里索峡谷于1938年发现石油蕴藏，开采至1970年完全枯竭，于1971改造为天然气地下储气库使用。

1.3 事故经过简介

2015年4～10月间，阿里索储气库注满天然气(气态)，储气库位于地面以下2 590 m。2015年10月23日，当地居民闻到天然气味，迅速通报南加州天然气公司。此时，南加州天然气公司在每日定时巡逻中已经发现SS-25号井泄漏，但并没有告知当地居民。

事故发生后，南加州燃气公司初步确认为SS-25号储气井地下套管发生破损，引发天然气泄漏，随后共做了7次堵漏尝试，均未能制止井喷。初期泄漏量约58 t/h，81天后降为21.5 t/h。2016年2月11日，SS-25号事故井在连续泄漏111天后，通过1口救援井与其交汇，灌注重质液体压井，成功制止了泄漏；2月12日，通过救援井往事故井的井底泵入水泥浆，成功将其永久性封堵；2月18日，正式宣布该储气井已被永久性封堵。经过检测计算，该储气井在118天内共计泄漏天然气10.7×104t，是美国历史上最大的天然气泄漏事故。

该事故造成了巨大影响和经济损失，前后共导致1.1万名附近居民离家疏散，许多居民生病，附近的牧场社区有超过5 000户家庭和两个当地学校搬迁，直接经济损失约3.3亿美元，总损失约10亿美元。

2 事故应急响应过程

该起事故自2015年11月28日开始，至2016年2月18日结束，前后历时4个月，美国在应对该事件的应急响应过程可分为事发企业、政府部门和第三方机构辅助响应3个级别。

2.1 事发企业应急处置

阿里索设施陈旧，漏气时有发生，事故发生后，南加州天然气公司最初并没有特别重视，他们首先采用标准止漏流程，也就是灌入盐水，以水压封住漏气，但没有成功。随后停止注入气体，并请来油气井专业止漏公司Boots&Coots，Boots&Coots公司发现天然气并非从井口泄漏，而是从地底直穿岩缝与土壤释放到大气，初期判定泄漏处是在井深150 m处，但日后发现泄漏点是地下2.67 km处的金属管道外套处。

Boots&Coots公司试图止漏时发现，南加州燃气公司一开始灌进去的盐水，因为漏气时气体减压吸热的效应，结冰堵住管道，无法进一步灌水止漏，于是使用管道破冰设备，至2015年11月初破冰结束。11月13日进行第二次灌水止漏，结果由于气体上冲的力超过灌入盐水的水压，挟带着盐水往上冲，冲开了岩缝与土壤之间的漏气缝隙，导致漏气速度加快。

11月19日，又一次止漏尝试失败。南加州天然气公司宣布替代方案，计划挖掘拦截井，深入地底2.67 km，直达井底，当拦截井泄放天然气的压力后，就能从根源止漏，储气井拦截封堵作业见图1。拦截井于12月4日开挖，与此同时仍继续进行灌水止漏尝试，11月25日第六次尝试再度失败。

11月28日，通过数据测量发现漏气加快16%，最多时每小时泄漏62.2 t甲烷。

12月22日，进行第七次尝试，因无法抵挡强大的气体压力，井口炸出了一个7.3 m深的大洞，只能采取补强井口结构的措施，并终止一切从井口止漏的尝试。接下来，南加州天然气公司从井中刻意提气以减轻气压，将泄漏速率降低64%，同时逐步往井底钻探。2016年2月11日，挖至井底。

2月16日宣布几日内可完全封闭泄漏的储存井。2月18日，正式宣布永久性封堵泄漏储气井。

2.2 政府部门应急响应

美国政府的应急响应部门包括国家机构和地方部门两部分。其中，国家机构有州长紧急服务办公室(Cal OES)、石油天然气与地热资源保护局(DOGGR)、加州公共事务委员会(CPUC)、加州消防局(Cal Fire)，主要负责事故指挥、现场评估和事故调查等事务；加州职业安全与健康管理局(Cal/OSHA)和环境健康危害评估办公室(OEHHA)，主要负责社区健康的影响、工人的安全、公共侵犯等事务；空气资源委员会(ARB)，主要负责社区空气监测、泄漏排放估算和空气过滤建议等事务。地方机构有南海岸空气质量管理局(SCAQMD)，主要负责社区空气采样，发布减排的顺序等事务；洛杉矶公共卫生部门(LACDPH)，主要负责发布公众健康指南。

事故发生后，Cal OES成立事故指挥部，协调当地、州和联邦的行动，帮助燃气公司制止泄漏，并确保公众安全。同时，在亚里索峡谷建立现场指挥所，一周7天24小时监督燃气公司员工现场实施。他们还协调各政府机构进行信息共享，确保行动的有效、公开和透明。

10月23日，泄漏发生后，DOGGR的技术专家通过现场评估燃气公司的堵漏操作，确保每一步操作的可行性。

11月18日，Cal OES要求在泄漏点下方开挖减压井阻止天然气泄漏。

12月10日，Cal OES要求燃气公司报送最新数据、测试报告、每日简报，并确定封堵时间表。

图2 SS-25号储气井拦截封堵作业示意

12月18日，Cal OES指派多家机构调查泄漏井和公众健康问题。

2016年1月6日，Cal OES声明，该起事故的响应工作可调用所有政府有关机构的人员、设备和设施，同时他们会定时组织地方官员会议，并及时通知周边社区居民事故进展情况。

2.3 第三方机构辅助应急响应

事故的泄漏物质天然气主要成分为甲烷(约80%)，是一种强温室气体，对空气有严重污染。事故发生后，ARB、SCAQMD及其他研究机构合作，使用高塔、飞机和卫星等手段在靠近地面的井场周围收集空气样本，测量泄漏持续时间和甲烷释放速率。在几个月的时间里，通过泄漏时间、速率来评估泄漏期间的任何变化和计算甲烷泄漏总量。在这期间，公众和媒体可以通过网页查看周边社区甲烷释放数据。

2015年11月7日起，共派出13架载人飞机测量甲烷排放量，11月28日数据显示最高的甲烷泄漏率为58 t/h，2月13日，阿里索设施附近的排放泄漏率为最高时的2%。2月18日，宣布永久密封后，甲烷含量已大幅减少。

3 我国天然气地下库建设现状

天然气储备是国家能源发展的重要战略之一。国外储气库资源一般占天然气消费10%以上，美国为20%、俄罗斯为16%、荷兰接近40%，而我国只有3%[1]。国家能源局要求天然气储备量占天然气需求量20%～25%，才能确保天然气稳定供应。预计，2020年国内天然气需求将达3 500×109～4 000×109m3，意味着届时国内天然气储气量应达700×109～1 000×109m3[1]。

根据国外天然气储备经验，地下储气库是天然气储备的投资最低的手段。我国的地下储气库建设起步较晚，上世纪70年代在大庆油田曾进行过利用气藏建设气库的尝试，真正开始研究地下储气库是在90年代初。随着陕甘宁大气田的发现和陕京天然气输气管线的建设，才开始研究建设地下储气库以确保北京和天津两大城市的安全供气[2]。目前，我国已建成投用的储气库有4个，分别为大港储气库群，京58、京51、永22储气库，苏南金坛储气库，苏北刘庄储气库。在建及列入规划的储气库有11个，河南平顶山、辽河、大庆、长春、河南文留、鄂尔多斯、河北雁翎、江苏淮安、湖北潜江、湖北应城、云南安宁储气库[2]。

4 事故反思及建议

美国阿里索事故的直接原因是储气设施地下2.67 km处的天然气注入井套管破裂导致天然气泄漏。根据美国、欧洲和加拿大储气库事故统计分析[3]，注采气井在反复注采过程中，套管由于受温度、压力、腐蚀和循环交变载荷的共同作用，容易因腐蚀穿孔、破裂、断裂引发天然气泄漏。

我国正处于地下储气库建设的关键时期，因此，阿里索事故为我国天然气地下储存设备安全管理提供宝贵的经验。本文结合本次事故的经验教训，提出建议措施如下。

a)针对存储设施的进出管线、管线的法兰连接处及阀门等易泄漏部位，选择正确的阀门、法兰及安全附件的型号，并对管线设置套管、紧急切断阀和止逆阀等安全防护装置。

b)井下安全阀安装前进行检验、试压。安装时注意检查外观是否有损坏。安全阀的控制管线接头上扣时扭矩不能过大，以免损坏金属密封。下入过程中要防止磕、挤、碰的现象发生，平稳下放，并定期对安全阀进行开关操作[4-5]。

c)在储存设施的阀门间、呼吸管、安全阀等可燃气体释放源附近设置检测仪、报警仪；定期检查监测设备和报警仪器，确定其处于正常状态等。

d)在库区范围设置一定数量的观察井，对储气库进行安全监测和运行动态观察，以便及时检测泄漏到任何层位的气体[4-5]。

e)实时检测套管的温度和噪声性能。当温度监测记录显示温度下降或有噪声记录时，应马上进行修复工作，经过测试正常后才可继续使用。

f)应定期进行储气井外套管厚度和受腐蚀程度的检测，确保能够抵抗储气井至少115%的最高容许工作压力。

g)企业单位应明确和建立政府、企业和第三方机构3个层级的应急联动机制，制定应急响应预案，预案中应包括各层级的职责、措施、公众安全及信息发布等内容，并保证实施的可行性。

h)在我国现有应急救援体系下，鼓励社会专业的应急救援团体参与特定事故设备研发、方案制定、决策支持、现场救援工作。

[1] 马胜利，韩飞．国外天然气储备状况及经验分析[J].天然气工业，2010，30(8)：62-66.

[2] 王冰．我国天然气产业发展战略储备体系构建与LNG中继站建设[D]．北京：中国地质大学(北京)，2012.

[3] 李建中，徐定宇，李春．用枯竭油气藏建设地下储气库工程的配套技术[J]．天然气工业，2009，29(9)：97-99.

[4] 刘坤，何娜，张毅．相国寺储气库注采气井的安全风险及对策建议[J]．天然气工业，2013,33(9)：131-135.

[5] 李原欣，邢芳，朱世民. 浅析地下储气库安全管理[J].河北能源职业技术学院学报，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

唐晨飞，工程师，注册安全工程师，2010年毕业于青岛科技大学应用化学专业，现主要从事化学事故案例分析及化学事故应急处置技术研究方面的工作。