海上井喷事故信息采集与应急通讯保障方案基础研究

蒋凯 张帅 佟新宇 王硕

摘要：海上油气资源开采面临诸多风险与挑战，其中井喷是最为严重的风险，海上井喷事故救援是多个部门、多个专业、多种资源参与的联动型应急处置工作，现场信息采集和通信联络是事故处置的关键保障。此文分析井喷事故信息的类型，提出针对性的采集方案;从应急通讯的需求出发，提出系统架构的研究方案。

关键词：海上井喷;应急通讯;信息采集;Mesh

1.海上井喷事故救援的难点

海上油气资源的开采远离陆地，海上平台承托了钻采、生产和生活的所有设施，其面积狭小、功能集中，在生产过程中时刻面临诸多风险。井喷是海上油气勘探开发作业中最严重的事故之一，不仅会带来重大的人员伤亡和财产损失，而且还可能造成巨大的环境灾难[1]。

一直以来，海上井喷事故救援是各大石油公司乃至国家所面临的重大挑战，需要投入多型船舶、多种应急装备，多部门采取空中、水面和水下，开展陆海联动的跨地域、跨时空救援，事故现场的救援指挥、信息采集以及通讯联络是抢险处置过程中非常关键且不可或缺的因素，决定了救援决策的准确性和救援处置的时效性，事关救援及应急处置的全局。

2.海上井喷事故现场信息采集

2.1 井喷事故信息的采集类型

海上平台井喷后，可燃气、有毒有害气体泄漏扩散和溢油等是最大的风险因素。事故信息的采集包含井喷井口（水上和水下井口）的受损情况，可燃气体、有毒有害气体浓度、成分、扩散方向，井口环境温度，甚至着火区域温度等，制定完善的事故信息采集方案，是实施抢险救援的先决条件。

2.2井喷事故现场信息采集的方案

针对海上井喷事故信息的类型，制定相应的数据采集和传输方案。

（1）井喷井口的受损信息，包含水上和水下井口。

1）首先是水上井口。a.未着火爆炸，平台设施尚存的情况下，由抢险队员登临平台，携带防爆摄像与对讲装置，近距离观察并摄录事故井口结构，如套管头、防喷器有无明显刺漏，用气体测漏仪成像检测隐蔽的气体泄漏点;b.水上井口着火，平台结构设施尚存的情况下，利用远距离侦查摄像装置采集事故井口平台火灾区域影像。

2）其次是水下井口，根据作业水深的不同，选择工作能力匹配的水下机器人（ROV），运用机器人声呐装置定位勘验井口，运用2D和3D声学检测设备扫描水下井口附近的设施，运用摄像装置采集、记录井口装置及上部隔水管串的影像资料。

（2）可燃气体、有毒有害气体浓度、成分、扩散方向的采集，有两种方式，其一是抢险单兵携带手持式多通道复合气体检测仪检测可燃气体、有毒有害气体如烷类、烃类、硫化氢等气体成分和浓度，其二是利用无人机检测井口上方扩散的气体成分;利用风向风速仪检测气体的扩散方向。

（3）井口温度的采集一般有两种方式，其一是人员携带手持式温度检测设备如红外热成像仪、激光测温仪进行中距离检测，检测距离一般为10m～30m，检测温度范围一般为-40℃～600℃;其二是无人机利用红外热成像仪检测事故平台温度场，测量温度范围一般为0℃～500℃。

3.海上井喷事故应急通讯方案

3.1 应急通讯需解决的问题

自海洋石油开发以来，海上作业现场与岸基的顺畅通讯始终是一项挑战。近几年针对距离陆地较近的钻井平台多采用微波点对点的直线通讯传输方式。微波通讯属于短距离无线传输方式，传播距离最大约为50公里[2];受视距、地球曲率、障碍物、雨雪、蒸汽、灰尘、云和雾的影响，信号不稳定;对于远海的钻井平台，与岸基采用卫星通讯，受带宽的影响，图像视频的信号传输不稳定，存在卡顿的现象，且受运营成本的影响，部分平台未开通大流量宽带通讯业务。

海上井喷事故应急通讯要解决事故现场与岸基应急响应中心的双向通讯，实现将现场数据、音视频等信息传输至响应中心，响应中心通过在线视频会商开展远程指挥抢险和应急资源调拨等。

3.2应急通讯方案

应急通讯要确保可靠性和专一性，需要从两个层级构建应急通讯的数据传输链。其一是现场数据信息互联，实现现场局域网数据信息的传输，如单兵综合系统和无人机实时数据;其二是卫星通信网络，实现现场与岸基的双向互联。

（1）现场数据传输系统方案

现场数据传输系统应用无线Mesh通信系统，是一种宽带无线网络结构，具有多跳、自组织、自愈合等特点，分布式网络。网络拓扑结构为网状结构，具有可靠性高、网络覆盖范围大、部署成本低等特点[3]。随着通信技术的不断发展，无线Mesh网络在人们的生活中起的作用也越来越大[4]。

建立海上井喷事故现场的Mesh自组网络，可以规避海上无移动公网信号覆盖的弊端，形成抢险单兵、侦测无人机、抢险船舶等稳定的数据传输系统。

（2）卫星通信传输系统方案

卫星通信是应急通信架构的核心，是连接海上事故一线和陆地应急响应中心的“纽带”，实现现场与岸基指挥中心的双向通讯。卫星通信主要包括VSAT、海事卫星和宽带通信卫星。我国海上油气开发所应用的卫星通信主要为VSAT系统，支持双向数据、语音和图像通信业务，典型的VSAT网是由主站、卫星和许多远端小站三部分组成。在此文的应急通讯网络中，主站即陆地应急响应中心，远端小站即移动应急基站。应急救援时，可申请开通远端小站与主站的VSAT网络专线，建立应急通讯保障。

4.结论

信息采集和应急通信是事故应急救援工作的关键基础保障，尤其对于远离陆地的海洋油气开采行业，应急通信更是面临巨大挑战。本次以联通事故现场和岸基为基本需求，提出了較为清晰的事故应急通信网络架构解决方案，能够实现“事故前线”与陆地应急响应中心的互联互通，具备数据、音视频等信息的交互、专家在线会商和远程指挥救援的功能。

参考文献：

[1]王刚.海上井喷实时监控系统研究[D].西安石油大学.2017

[2] 陶金波，张子轩，郑诗峰. 波通讯在自动化海洋站观测数据资料传输中的应用. [J].信息通讯，2016，06（02）：230-231

[3]赵永磊. 面向无线Mesh网络下节点部署和资源分配的研究[D].西安电子科技大学. 2017

[4]仲中原. 无线Mesh通信系统的网络同步技术研究[D].东南大学.2018

[5]邓拥军，陈萍，谢树磊.卫星通信在海洋中应用现状与发展建议.[J].

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