科學如何阻止英國石油公司墨西哥灣漏油事件

對失效的防噴器進行遠端成像、對各種封堵裝置進行壓力測試以及其他高科技任務,幫助控制了“深水地平線”災難

在試圖將石油噴射回深海油井的48小時內,石油和天然氣的流動仍然沒有減緩。英國石油公司休斯頓總部的一個特殊房間裡的螢幕上顯示,石油仍在不斷湧出,水下遙控潛水器 (ROV) 無聲地見證著這一切。

這個名為“HIVE”(高度沉浸式視覺化環境)的房間並非英國石油公司唯一一個忙碌的地方。早些時候,在三樓10平方米的“干預室”裡,科學家們為了是否繼續使用既有的堵漏方法——所謂的“頂部壓井”操作——而爭論不休。諾貝爾獎得主、美國能源部長朱棣文對英國石油公司的技術方案持懷疑態度,而受過地質學家培訓的英國石油公司執行長託尼·海沃德認為該方案有高達70%的成功率,這是根據總統的“英國石油公司深水地平線漏油事件和近海鑽井國家委員會”在1月份釋出的報告得出的結論。

如果石油的流速像英國石油公司和美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)估計的那樣,大約每天5000桶(一桶石油約合160升),那麼這可能就是真的。(事實上,這種頂部壓井在過去確實成功控制住了其他油井,但不是那些位於海面下約1500米深的油井。)但是,也許當時英國石油公司並不知道,石油的流速超過了每天50000桶——這意味著它有足夠的壓力將頂部壓井泥漿從井口衝出來。


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在“深水地平線”鑽井平臺爆炸並引發美國曆史上最嚴重的漏油事件一年後,科學家之間的衝突只是有關科學在阻止漏油事件中所起作用的新細節之一。當英國石油公司的科學家無法弄清防噴器為何失效時,朱棣文建議使用伽馬射線成像,這種技術可以穿透海底巨大的裝置。(它確實奏效了,揭示出防噴器的管剪下閘板沒有完全關閉,導致石油繼續噴湧。)當英國石油公司的工程師提出封堵罩或其他操作方案時,朱棣文及其獨立的流體學專家和地球物理學家團隊會質疑假設,以迫使英國石油公司考慮所有可能性,而不是簡單地寄希望於最好的結果。當英國石油公司的科學家未能制定更好的計劃時,朱棣文邀請了其他石油公司——雪佛龍、埃克森美孚和殼牌——參與進來。

“現實的界限在哪裡”
在11名工人遇難的爆炸事件發生三週後的5月10日,朱棣文部長和一支來自美國國防部JASON獨立諮詢小組的政府科學家團隊開始介入。當時,他們只是為了協助英國石油公司重新控制其在墨西哥灣海底的油井。英國石油公司將這口油井命名為馬孔多,取自加布裡埃爾·加西亞·馬爾克斯的《百年孤獨》中命運多舛的虛構小鎮。“彷彿上帝決定考驗一切讓人感到驚訝的能力,讓馬孔多的居民永遠處於興奮和失望、懷疑和啟示之間交替的狀態,以至於沒有人確切地知道現實的界限在哪裡”,正如加西亞·馬爾克斯所寫的那樣——這些話同樣適用於噴湧的深海油井。

這段話也恰如其分地描述了英國石油公司科學家所面臨的境況,比如工程副總裁保羅·圖姆斯或副總裁兼工程師理查德·林奇,他們似乎無法確定實際的石油流量,也無法找到阻止石油洩漏的方法,儘管他們做出了英勇的努力。早期在“封堵室”中誕生的一種嘗試最終創造並沉入了一個近乎災難性的水下氣球——儘管這是一個高四層、重近100噸的實心鋼氣球——當甲烷冰在旨在包圍油井的巨大圓頂下方形成時,這個氣球變得有浮力。相反,這個結構漂浮到了水面上的救援船隻附近。如果在5月7日未能成功將其引導開,那麼船隻與含有甲烷的鋼製氣球之間的碰撞可能會引發像最終摧毀“深水地平線”的那次爆炸一樣嚴重的火災。此外,這種圍堰行動搶佔了使用聲納和聲學感測器的遙控潛水器行動,如果使用遙控潛水器,將可以更精確地測量流入海洋的石油和天然氣流量。

在“干預室”中,明確負責處理油井本身,壓力可能比井口還高。這個改造過的培訓室已經變得類似於美國宇航局的使命控制中心,墨西哥灣底部的條件對人類和人類的努力來說就像太空真空一樣惡劣。纏繞在黃色膠帶中的電纜從天花板上垂下來,散落在白色的層壓桌子上,它們將科學家的筆記型電腦插入電力和資訊網格中。阻止井噴技術的圖表和墨西哥灣的地圖充當了牆紙。

5月26日下午,英國石油公司的技術人員啟動了額定總功率為30000馬力的泵,開始將大量鑽井泥漿注入油井。此外,英國石油公司的團隊還進行了“垃圾射擊”——將高爾夫球、橡膠球和其他碎屑混合在一起——以減緩石油的流動。英國石油公司的一名技術人員向干預室的人員讀取了壓力讀數:每平方英寸8000磅;每平方英寸7000磅;每平方英寸6000磅(psi)。最初的跡象看起來不錯,因為英國石油公司將泥漿的流量提高到每分鐘70桶。

但是,遙控潛水器的攝像頭冷靜地顯示泥漿噴回了油井,然後落在了海底。“垃圾射擊”中被撕碎的球沒有凝結石油的流動,而且在即時影片中清晰可見。

朱棣文對決石油火山
朱棣文心形的臉上帶著一絲貓頭鷹的感覺——給人一種諺語般的智慧,但也給人一種蒙著面紗的猛禽的感覺,隨時準備攻擊毫無準備的知識分子。他可能會顯得很隨意,雙手插在他在華盛頓特區喜歡的深藍色權力套裝的口袋裡,但他會用問題發起攻擊。即使是穿著他當時在休斯頓期間喜歡穿的捲起袖子的簡單領襯衫,這位戴著眼鏡的能源部長也對石油公司的科學家和高管構成了威脅,尤其是當他迅速掌握了馬孔多提出的問題時。唯一的問題是:誰的科學專業知識會佔上風?

朱棣文部長可能會因為自己的角色而感到矛盾:他被叫來拯救一個行業,同時他又在努力透過諸如高階能源研究專案署之類的計劃使其過時。如果能量可以人格化,那麼朱棣文將是人們立即想到的那些人之一,他奔波於一個又一個全球性活動——從哥本哈根的高調氣候峰會到美國中西部一家平淡無奇的太陽能工廠的開業——同時他還為主要期刊撰寫同行評議的研究論文,並處理日常的政治責任。

現在,他必須應對在沒有先例的情況下出現的看似無法阻止的野生噴射。技術人員喊出的壓力讀數在約6000磅/平方英寸時停止下降,這意味著流動的石油成功地頂回了泵發動機的30000馬力。即使英國石油公司再次嘗試使用密度更高的泥漿,壓力讀數也不會下降。

到5月27日,即使是像託尼·海沃德這樣的主要支持者也清楚地意識到,頂部壓井嘗試失敗了。到週末結束時,英國石油公司有了新的監督員。朱棣文在5月28日叫停了頂部壓井,擔心英國石油公司的努力會導致地下井噴,使噴射難以控制。

到6月中旬,朱棣文給他的團隊寫了一封電子郵件,其中包括曾在波斯灣戰爭後幫助發明氫彈並封堵燃燒的油井的物理學家理查德·加溫,以及新墨西哥州桑迪亞國家實驗室的前任主任湯姆·亨特。朱棣文引用了《納瓦隆大炮》中格雷戈裡·派克的臺詞,寫道:“你們袖手旁觀的日子已經結束了!現在你們已經深陷其中了!他們告訴我你們是爆炸方面的天才。開始證明這一點吧!”當然,朱棣文很快指出,儘管有人呼籲美國海軍用炸彈(必要時可用核彈)炸燬油井,但爆炸物不太可能“在此次任務中……其他都是真的。”

最終奏效的方法
儘管有朱棣文的監督,英國石油公司仍然負責深海井噴的關鍵資訊流動。朱棣文的團隊必須知道要詢問什麼,並具體要求才能獲得資料。政府科學家獲得了足夠的資訊,可以批准英國石油公司的“頂部罩”方法,這種方法吸取了失敗的圍堰的教訓,採用了迴圈甲醇來防止甲烷冰的形成。到6月3日,頂部罩每天捕獲大約15000桶石油——是早期估計的三倍,也是英國石油公司的圖姆斯計算出“頂部壓井”會失敗的上限——對流入海洋的石油流量沒有明顯的影響。

即使英國石油公司開始透過從防噴器到Q4000井維修船的管道輸送石油和天然氣——這是加溫的建議——流入海洋的石油量仍然沒有減少。Q4000為頂部壓井輸送了泥漿,它有專門為石油和天然氣設計的燃燒器,使英國石油公司每天可以燃燒多達10000桶石油——有時將阻止流入海洋的石油總量提高到每天25000桶。由於這種封堵措施仍然沒有顯示出從井口流出的石油量有任何明顯的改善,朱棣文部長的電子郵件推算表明,每天至少有40000桶石油從油井中噴出。

7月12日最終奏效的是在海底油井井口失效的防噴器頂部安裝了一個較小的防噴器,取代了頂部罩。然而,這個“封堵裝置”也存在風險,例如會產生一種地下井噴,最終將耗盡整個地層中估計的1.1億桶石油。但是,政府科學家計算出,流量必須達到每天100000桶——或者說幾乎是實際流量的兩倍(每天大約50000桶)——才能實現這種風險。

一旦封堵罩安裝到位,英國石油公司(BP)準備進行“油井完整性測試”——本質上是關閉石油的流動,並檢查壓力讀數,以檢視是否會發生地下井噴。在最壞的情況下,甲烷的爆發可能會液化並導致井口周圍的海底塌陷,從而吞噬防噴器、封堵裝置和所有東西。在一個瘋狂的通宵會議中,政府科學家評估了這種風險,到早晨,他們已經決定可以透過早期檢測洩漏來防止這種最壞情況下的井噴。

因此,朱及其同事要求英國石油公司在測試的 48 小時內持續監測油井的壓力,並透過兩臺12臺遙控潛水器(ROV)提供的聲學和視覺方法,以及美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的調查船,來密切關注防噴器、油井本身以及周圍的地下區域。如果檢測到超過 20,000 桶的洩漏,或者如果石油壓力降至 6,000 psi 以下——這意味著可能造成災難性後果的地下洩漏——則應立即移除封堵罩。

7月15日下午2點25分(休斯頓時間),測試開始。一個遙控潛水器手臂將封堵裝置上的手柄轉動了10次,將其關閉。自 4 月 20 日以來,首次沒有石油噴入墨西哥灣

結束了嗎?
油井的壓力徘徊在 6,600 psi 左右,促使加文等人主張立即移除封堵罩。

相反,一張壓力讀數圖的手機照片被髮送到加利福尼亞州門洛帕克的美國地質調查局(USGS)的水文地質學家保羅·謝(Paul Hsieh)。謝整夜工作,透過他最好的建模估計,確定相對較低的壓力讀數並非由於地下裂縫或洩漏的發生,而是由於大量石油已經從油井噴出。其最初約 13,000 psi 的內部壓力已經降低。封堵罩將保持關閉。

隨著石油被阻止,朱允許英國石油公司繼續進行所謂的“靜態扼殺”——另一種嘗試用重型鑽井泥漿將石油推回井下的嘗試,由於石油不再有明確的路徑離開海底,這使得它變得容易得多。8月3日,鑽井泥漿再次進入井中,8月4日,又加入了一個1.5公里長的水泥塞。

然而,最終,儘管聯邦政府和世界上最大的公司之一動用了所有資源,但只有在海底下方以一定角度鑽探的第二個井,並在大約五公里處最終攔截了馬孔多井的底部,並用水泥安全地密封了油藏。第一口這樣的救濟井於 5 月 2 日開始鑽探,並在 9 月的第三週到達了富油層,同時第二口救濟井於 5 月 17 日開始鑽探——這是在美國內政部長肯·薩拉查的堅持下進行的。“我們的工作基本上是讓英國石油公司一直處於被壓制狀態,”這位來自科羅拉多州的前參議員在 CNN 上說道。

9月19日,美國海岸警衛隊海軍上將薩德·艾倫(Thad Allen)——井噴的國家事件指揮官——宣佈“在總共洩漏了大約 500 萬桶石油後,馬孔多 252 號井實際上已經死了”。

沒有隨著它消亡的是美國對石油的渴望:美國每天消耗 2100 萬桶石油。由於這種渴望,英國石油公司已向聯邦政府申請允許恢復在海灣的深水鑽探。而且,在世界每天使用約一桶石油的量減少之前,馬孔多井噴不太可能遵循加西亞·馬爾克斯的虛構小鎮的命運,並“被從人類的記憶中流放”。

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