THE QUESTION
キックはどう暴噴へ進んだのかについて、この回が担う固有の論点は何か。
STORY SO FAR
前回「陰圧試験はなぜ「成功」と判断されたのか」で確認した論点を受け、この回ではキックはどう暴噴へ進んだのかについて、この回が担う固有の論点は何か。を扱う。
negative pressure testを「成功」と判断した後、Macondo井ではtemporary abandonment作業が続けられた。crewは重いdrilling mudをseawaterへ置き換え、井戸とriserの圧力条件を変えていった。
しかしproduction casing下部のcement barrierはすでに機能していなかった。地下のformation fluidは井戸へ入り始め、いわゆるkickが進行した。
kickは一瞬でblowoutへ変わるわけではない。通常はpit gain、flow-outとflow-inの差、drill pipe pressure、gas dataなどに異常が現れ、その段階でcirculationを止め、flow checkを行い、必要ならBOPでwellをshut inする。
Macondoでも、そうしたwarning signsは複数回現れていた。JITは、crewがwell flowを明確に認識したのは午後9時42分ごろで、その時点ではmudがrig floorへ噴き出すほど事態が進んでいたと結論づけている。問題は「兆候がなかった」ことではなく、兆候が存在した時間帯にwell monitoringが複雑化し、異常を一つのkickとして統合できなかったことだった。
CASE FILE 50｜Deepwater Horizon事故 2010
第5回では、negative test後から午後9時42分までを時間順に追い、どのwarning signが現れ、なぜwell shut-inが遅れたのかを整理する。[1]BOP内部のfailure mechanismは第6回へ分離する。
kickとは何か
JITはkickを、oilやgasなどのformation fluidがwellboreへ意図せず侵入することと定義している。
wellがstableなら、流入量と流出量はおおむね釣り合う。pumpで一定量のfluidを井戸へ送り込めば、同程度の量が戻ってくる。pitの総量も、意図的なtransferがなければ大きく増えない。
ところがformationから追加のfluidが入ってくれば、surfaceへ戻る量が増える。pit volumeが増える、flow-outがflow-inを上回る、pumpを止めてもwellからflowが続く、drill pipe pressureが理由なく上がる、gas readingが増える、といった変化が現れる。
これらは一つだけを見て判断するものではない。JITは、pit gainとflow-in / flow-out比較をkick detectionのcritical methodsとし、pressure changeやgas contentも重要なindicatorとしている。
warningが出ればcirculationを止めてflow checkを行い、flowが続けばBOPを使ってwellをshut inする。早く気づくほどwellへ入るhydrocarbon volumeを小さくできるため、well controlではearly detectionが重要になる。
なぜmonitoringが難しくなっていたのか
Macondoではnegative test後、temporary abandonmentに関係する複数作業が短時間に同時進行した。
crewはmudを一つのactive pitではなくpits 9と10へdisplaceし、trip tankやreserve pitへのtransferも行っていた。mudloggerのJoseph Keithは、active pits、reserve pits、trip tanks、sand traps間で「多くのmudを動かしていた」と証言し、それによってpit volumeを正確にmonitorしにくかったとしている。
Transoceanのwell control manualは、可能な限りcirculationをsingle active pitに限定し、pit managementを厳格に行うよう求めていた。pit gainはformationからの追加flowを見つける基本手段だからである。
しかし事故当夜は、surface system内でfluidが頻繁に移動していたため、pit level変化が「planned transfer」なのか「wellからのinflux」なのかを切り分けにくくなっていた。
JITの専門家Dr. John Smithは、午後8時すぎにmain pit volumeが約500 barrels増えたことでpit gainをmonitoring toolとして使いにくくなり、kick detectionを複雑化したと評価している。
8:38〜8:56 p.m.｜wellをproperly monitorできない時間帯
JITは、午後8時38分から8時56分ごろまで、crewがwellを適切にmonitorしてkickをdetectすることができなかったと整理している。
この時間帯ではflow-outがflow-inよりかなり少なく、lost returnsが起きにくい状況だった一方、trip tank volumeが急増し、main pitsにも一定のvolume increaseが見られた。
一見すると「flow-outが少ないならkickではない」と感じるかもしれない。しかしsurface側で複数のfluid transferが同時進行していると、単一meterだけではwell balanceを追いにくい。
重要なのは、dataが一切なかったのではなく、operationsがmonitoring signalへnoiseを重ねていた点である。
well controlの観点では、barrierを弱める作業中にmonitoring capabilityまで弱くなる組み合わせは危険である。mud columnをseawaterへ置換し、well pressure marginが変化する工程ほど、逆にwell monitoringは単純で明確であるべきだった。
8:58 p.m.｜flow-outとpit levelが明確に増えた
JITによれば、午後8時58分ごろ、flow-outが大きく増え、pit levelは約15分で100 barrels上昇した。[1]
Dr. Smithは、この時点でcrewはwarning signとして認識し、circulationを止め、flow checkを行うべきだったと評価している。
pit levelが増えるということは、surface systemへ戻ってくるfluidが、意図的な操作だけでは説明しにくい形で増えている可能性を示す。wellへ送り込んだ量より戻る量が多いなら、その差は地下から入ったformation fluidかもしれない。
ここが、kickを比較的早い段階で止められた重要な機会の一つだった。
9:08〜9:10 p.m.｜pumpを止めてもflowが続いた
National Commissionは、午後9時8分にpumpsを止めた後も、Horizonの通常のflow-out signatureを超えて約1分間flowが続いたと記録している。
JIT側の時刻整理では、午後9時9分にpumpsを止めた後もwell flowが続き、このcontinued flowはkick進行中のconclusive indicatorだったとDr. Smithが評価した。
時刻表記には資料間で1分程度の差があるが、意味は同じである。pumpが止まれば、通常はforced circulationによるreturnsは減少する。それでもwellからflowが続くなら、surface pumpではなくformation pressureがfluidを押し上げている可能性が高い。
つまり、この時点では「少し怪しい」より一段強いsignalが出ていた。
National Commissionは、video feedを見たmudloggerがresidual flowと判断した可能性、videoを十分長く見なかった可能性、flowが映像では分かりにくかった可能性、すでにreturnsがoverboardへrerouteされていた可能性などを挙げている。
ただし、secondary flow checkとして現場で直接確認する方法もあった。Commissionは、その追加確認が行われた形跡はないとしている。
9:10 p.m.｜returnsをoverboardへrerouteした
午後9時10分ごろ、crewはwell returnsをoverboardへrerouteした。
この操作自体はtemporary abandonmentで不要なmudをoffloadする工程に関係していたが、well monitoringの観点では大きな意味を持った。
returnsがoverboardへ送られると、mudは通常のactive pitsへ戻らない。そのためpit gainを使った監視ができなくなる。また、JITはSperry-Sunのflow-out meterもbypassされたため、mudloggersが従来使っていたkick detection toolsを失ったと指摘している。
National Commissionも、returns reroutingによってpits、Sperry-Sun flow-out meter、gas sensorsがbypassされ、通常のmonitoring capabilityがさらに低下したと整理している。
本来、「wellが確実にstableだと確認した後」でなければ、monitoring能力を下げる操作は危険である。JITの専門家は、well controlを確認しないままこの操作を始めたことはindustry practiceとregulatory requirementsに反すると評価した。
9:18〜9:20 p.m.｜crewはまだkickを認識していなかった
午後9時18分、drillerのDewey Revetteはcrewをpump roomへ送り、pressure relief valveの修理をさせていた。
JITは、もしRevetteがwellがflowしていると考えていたなら、危険なpump roomへ人を送る可能性は低いとして、この行動を「その時点でkickを認識していなかった」間接証拠としている。
午後9時20分ごろには、assistant toolpusherのJason Andersonがsenior toolpusherのMiles Ezellにdisplacementは順調だと伝えた。
この時点でJITは、すでにsignificant volume of hydrocarbonsがwellboreへ入っていた証拠を認めている。しかしTransocean rig crewがwell flowやkickを認識していた証拠は見つけていない。
ここに、事故の認知ギャップがある。wellの物理状態は急速に悪化していたが、crewのmental modelはまだ「normal displacement」のままだった。
9:30 p.m.｜drill pipeとkill lineのpressure差
午後9時30分ごろ、Revetteはdrill pipeとkill lineのpressure differenceに気づき、pumpsを止めて調べた。
Sperry-Sun dataでは、pumps停止直後drill pipe pressureはいったん低下したが、その後約5分でおよそ550 psi上昇した。kill line pressureはそれより低いままだった。
crewはこのpressure differentialを解消しようとしてdrill pipe pressureをbleed offした。
JITは、この対応から、crewはまだwellがflowしていることを理解していなかった可能性が高いとみている。kick中にdrill pipeを開いてpressureをbleed offすることは、accepted well-control practiceではない。
negative pressure testでも「drill pipe pressureとkill line pressureの矛盾」が問題になっていた。約2時間後、再びpressure differentialが現れたにもかかわらず、その意味は即座にはkickへ結び付かなかった。
9:38 p.m.｜pressureが再びbuild up
午後9時38分、drill pipe pressureは再び上昇し始めた。
Dr. Smithは、この時crewがtrip tankへflowをrouteしてwellがflowしているかcheckしたと推定している。
これは、ようやく「well自体がflowしている可能性」を直接確かめる段階へ入ったことを意味する。
しかし、この時点ではkickが始まってから相当量のhydrocarbonがwellboreへ入り、深海のriserを上昇していた。
9:42 p.m.｜well flowを明確にdetect
午後9時42分ごろ、crewはflowをdetectした。
JITによれば、その時点または直後にflowをmud gas separatorへdivertし、upper annular preventerを作動させた。Sperry-Sun dataではupper annularは9時43分、variable bore ramは9時47分までに作動している。
しかしmudはすでにrig floorへ流れ出していた。JITのExecutive Summaryは、crewがwell flowを認識した9時42分には、wellがdrilling mudをderrickとrig floorへ吹き上げており、早期検知の機会を失っていたとする。
ここから先は「kick detection」の段階ではなく、急速なemergency responseの段階に変わる。
なぜdeepwaterでは時間差が危険なのか
deepwater wellでは、gasが深部からsurfaceへ上昇すると周囲pressureが下がる。
pressureが下がればgasは膨張する。Transoceanのwell control manualについてJITは、deepwaterではriser内を上昇するgasのrapid expansionに特別な注意が必要だと記録している。
最初は比較的小さいvolumeのgas influxでも、surfaceへ近づくほど体積が大きくなり、flow velocityも高まる。このため、早期段階でshut inできるかどうかが決定的になる。
一度大量のgasがBOPより上のriserへ入れば、海底BOPでwellを閉じても、riser内にすでに存在するgasは海面側へ向かって上昇し続ける。
そのため「9:42にBOPを操作し始めたのだから、その瞬間から全部止まる」は成立しない。
mud gas separatorを選んだことの意味
well flowを認識したcrewは、returnsをmud gas separatorへdivertした。
mud gas separatorは、mudに含まれる比較的小さなgas volumeを分離し、gasをvent lineへ送る装置である。
JITは、大きなflowをmud gas separatorへ送るとseparatorがoverwhelmedされ、gas ignition riskを高めると説明している。大量flowが予想される場合は、gasをrigから遠ざけるoverboard diverter lineの方が安全である。
Macondoではflow magnitudeが十分分からないままmud gas separatorへrouteされ、その後separator systemは大量のgasに対応できなくなった。これはblowout後のresponse failureの重要論点になる。
ただし第5回の中心は「separator選択の是非」ではなく、そこへ至る前にkickを認識できなかった時間帯である。ignitionとemergency responseの詳細は第7回へ送る。
March 8のkickから何を学べたのか
Macondoでは4月20日以前にもkickがあった。
JITは3月8日のkickが約30分間undetectedだったと記録している。Transocean personnelは、kick detectionに関わったcrewが見逃したことを認めていたが、BPはそのdelayの原因を調べるformal investigationを行わなかった。
この点は、4月20日のdelayを単発の偶然として扱わないために重要である。
事故前に似たwarning eventがあり、それをsystematic learningへ変えられていなければ、同じ弱点が本番のmajor accidentで再び現れる可能性がある。
技術図｜8:38 p.m.から9:42 p.m.までのwarning sequence
この記事の図では、時間を横軸にして主要signalとmonitoring stateを重ねる。
- 8:38–8:56：multiple simultaneous operationsによりproper monitoring困難
- 8:58：flow-out増加、pit level約100 bbl / 15 min上昇
- 9:08–9:09：pumps off後もflow継続
- 9:10：returns overboard、主要monitoring toolsをbypass
- 9:30：drill pipe / kill line pressure differential
- 9:38：drill pipe pressure再上昇
- 9:42：well flowを明確にdetect
図中では各時刻を「事故原因の確定時刻」として扱わず、JIT / National Commissionがreconstructedしたwarning sequenceとして示す。資料間で8:58/9:08/9:09のように1分程度の差がある箇所は、sourceごとの時刻表記を保持する。
検証ポイント｜kickは9:42 p.m.に始まった？
違う。
9:42 p.m.はcrewがwell flowを明確に認識した時刻であり、kickの開始時刻ではない。
JITは、それ以前にhydrocarbonsがすでにwellboreへ入り、8:58ごろのflow-out / pit gain、9:09ごろのpumps-off flowなど、複数のwarning signsが出ていたとする。
つまり事故の重要な時間差は、kickが進行していた時間とcrewがkickだと認識した時間の差である。
この差が大きくなるほどwellへ入るformation fluid volumeは増え、deepwater riser内でgasがsurfaceへ近づくほどcontrolは難しくなる。
まとめ｜なぜkickはblowoutまで進んだのか
Macondoではcement barrierが失敗し、negative pressure testも異常を示していた。それでもtemporary abandonment作業は続き、heavy mudはseawaterへ置き換えられた。
その後、kickを示すsignalは複数現れた。pit volume、flow-out、pumps-off flow、pressure differentialである。
しかし同時に多数のmud transferとsurface operationsが行われ、pit monitoringが複雑化した。returnsをoverboardへrerouteしたことで、Sperry-Sun flow-out meterやpit-based monitoringも使えなくなった。
9:30以降、pressure anomalyは明確になったが、crewはまだwell flowを十分理解せず、drill pipe pressureをbleed offした。9:42になってflowを明確にdetectした時には、mudはrig floorへ達していた。
事故を「crewがkickを見逃した」と一行でまとめることはできる。しかしそれでは、なぜ見逃しやすいsystem stateが作られたのかが消える。multiple operations、pit management、monitoring loss、pressure interpretation、prior kickからのlearning不足が重なり、warning signsが一つのemergency signalとして統合されなかった。
次の記事では、crewがようやくwell control eventを認識したあと、最後の機械的barrierであるBOPがなぜwellを完全にsealできなかったのかを追う。
次の記事
BOPはなぜ最後の壁になれなかったのか
upper annular、variable bore ram、blind shear ram、deadman / autoshear、drill pipe bucklingを分け、CSBとJITの見解差も含めてBOP failureを整理する。
CASE FILE 50｜全10回
- Deepwater Horizon事故とは何だったのか
- Deepwater Horizon事故｜水深約1500mのMacondo井では何をしていたのか
- Deepwater Horizon事故｜セメントと坑井障壁はなぜ破れたのか
- Deepwater Horizon事故｜陰圧試験はなぜ「成功」と判断されたのか
- 現在の記事：Deepwater Horizon事故｜キックはどう暴噴へ進んだのか
- Deepwater Horizon事故｜BOPはなぜ最後の壁になれなかったのか
- Deepwater Horizon事故｜爆発後、126人はどう退避したのか
- Deepwater Horizon事故｜87日間の流出はどう止められたのか
- Deepwater Horizon事故｜環境被害はどこまで広がり、何が回復途上なのか
- Deepwater Horizon事故｜調査は何を問題とし、規制はどう変わったのか
FACT CHECK｜出典・参考資料
- [1] BOEMRE / U.S. Coast Guard Joint Investigation Team, Deepwater Horizon Final Report Volume II kick detection methods、pit gain、flow-in / flow-out、8:38–8:56のmonitoring difficulty、8:58のpit gain、9:09 pumps-off flow、9:10 rerouting、9:30 pressure differential、9:42 flow detectionの再構成に使用。
- [2] National Commission on the BP Deepwater Horizon Oil Spill and Offshore Drilling 9:08 pumps-off後のflow-out signature、returns reroutingによるmonitoring loss、secondary flow checkの論点に使用。
- [3] U.S. Chemical Safety Board, Macondo Investigation kickからblowout、BOP、major accident barrier managementを補強するために使用。
Deepwater Horizon事故｜原油流出はなぜ拡大したのか 第5回 全10回 全10回を見る
- 01 Deepwater Horizon事故とは何だったのか
- 02 Deepwater Horizon事故｜水深約1500mのMacondo井では何をしていたのか
- 03 Deepwater Horizon事故｜セメントと坑井障壁はなぜ破れたのか
- 04 Deepwater Horizon事故｜陰圧試験はなぜ「成功」と判断されたのか
- 05 Deepwater Horizon事故｜キックはどう暴噴へ進んだのか
- 06 Deepwater Horizon事故｜BOPはなぜ最後の壁になれなかったのか
- 07 Deepwater Horizon事故｜爆発後、126人はどう退避したのか
- 08 Deepwater Horizon事故｜87日間の流出はどう止められたのか
- 09 Deepwater Horizon事故｜環境被害はどこまで広がり、何が回復途上なのか
- 10 Deepwater Horizon事故｜調査は何を問題とし、規制はどう変わったのか