海洋石油開發(fā)水下原油泄漏應(yīng)急收集與暫存環(huán)保技術(shù)研究

魏學(xué)成

(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司安全環(huán)保處，山東東營(yíng) 257000)

隨著海洋石油勘探開發(fā)力度的不斷加大，海上油氣產(chǎn)量占比逐漸增加，據(jù)英國(guó)道格拉斯數(shù)據(jù)，世界石油產(chǎn)量2015年海上占39%。我國(guó)海域蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，已探明石油儲(chǔ)量246×109t，占石油資源總量的22.9%；海域天然氣資源量為15.79×1012m3，占天然氣資源總量的29.0%，海上石油區(qū)域已經(jīng)成為我國(guó)石油穩(wěn)產(chǎn)的重要基地。目前，我國(guó)海上已形成超過5 000×104t石油的生產(chǎn)能力，所建造的固定平臺(tái)超過400座，海底管線超過5 000 km，在平臺(tái)和平臺(tái)及陸地間形成了縱橫交錯(cuò)的海底輸油輸氣網(wǎng)。隨著海洋油氣資源的不斷開發(fā)，海底管網(wǎng)規(guī)模將會(huì)日益增大，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重，一旦發(fā)生管線穿孔、意外事故、人為破壞等造成原油泄漏，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能引發(fā)國(guó)際糾紛。更為嚴(yán)重的是，泄漏的原油漂浮在海洋或其它水域中，將嚴(yán)重破壞海洋、海岸及其它水域環(huán)境，造成難以修復(fù)的生態(tài)破壞。

1 幾起典型海上漏油事故

近年來，國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)和海底管線曾多次發(fā)生重大安全事故，帶來了巨大經(jīng)濟(jì)損失，并造成嚴(yán)重的海洋生態(tài)環(huán)境污染。

a)智利油管破裂漏油事故。2007年5月智利海底輸油管道破裂，超過2 000桶石油泄漏，導(dǎo)致海域受到嚴(yán)重污染。

b)美國(guó)墨西哥灣原油泄漏事故。2010年4月20日，英國(guó)石油公司“深水地平線”海上石油鉆井平臺(tái)在美國(guó)路易斯安那州附近的墨西哥灣水域發(fā)生爆炸并沉沒，大量石油泄漏，污染面積達(dá)5 180 km2，成為美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的漏油事故，造成墨西哥灣區(qū)域的生態(tài)大災(zāi)難。

海上石油泄漏事故發(fā)生后，需要通過有效的回收裝置將泄漏的石油盡可能回收，從而將事故損失及負(fù)面影響降至最低。

2 國(guó)內(nèi)外海上石油泄漏處理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)海上石油泄漏處理技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)沒有明顯差距，國(guó)內(nèi)外海上石油泄漏處理技術(shù)主要是對(duì)海面浮油進(jìn)行處理，分為岸線防油技術(shù)和海面清油技術(shù)。岸線防油技術(shù)包括布設(shè)圍油欄、稻草墻、防護(hù)堤壩等。海面清油技術(shù)有圍油欄及吸油拖欄法、化學(xué)消油法、燃燒法、撇油法等。化學(xué)消油法是將分解劑直接注入海面浮油，降低原油對(duì)環(huán)境和安全的影響。燃燒法是先用浮油柵欄把漏油中成團(tuán)的油聚集起來、點(diǎn)火，然后再派船只打撈燃燒焦油球，這樣可以清除水面50%～70%的石油，但是燃燒產(chǎn)生的有毒黑煙和殘?jiān)鼑?yán)重污染生態(tài)環(huán)境。圍油欄及吸油拖欄法是將毛氈或動(dòng)物毛皮裝進(jìn)吸油欄里，放到漏油的區(qū)域，將漏油圍住，再拖帶吸油。

美國(guó)墨西哥灣漏油事件處置暴露出傳統(tǒng)的海面浮油收集、處理方法，形成污染面積大，收集效率低，已不能迅速應(yīng)對(duì)未來海上漏油意外事故，各國(guó)專家一致認(rèn)為，封堵泄漏源頭、實(shí)現(xiàn)漏油水下收集，防止石油在上浮過程中隨海流擴(kuò)散，是最佳的處理方式，正加緊研究相關(guān)技術(shù)。

3 勝利淺海石油泄漏應(yīng)急收集與暫存技術(shù)

中國(guó)石化勝利埕島油田海上年產(chǎn)能超過300×104t，已鋪設(shè)海底管線約200 km，近些年共發(fā)生海底管線懸空拉裂6次，人為管線穿孔偷油1次，導(dǎo)致石油泄漏污染，造成的損失巨大。中國(guó)石化勝利石油工程有限公司結(jié)合勝利油田淺海石油勘探開發(fā)的實(shí)際需要，對(duì)淺海水下原油泄漏應(yīng)急收集與暫存技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，形成了一套完整的水下漏油收集與暫存裝備及技術(shù)。

3.1 水下漏油收集與暫存技術(shù)介紹

結(jié)合現(xiàn)有水下儲(chǔ)油技術(shù)、軟體儲(chǔ)罐技術(shù)和水下作業(yè)技術(shù)，在接近漏點(diǎn)處通過吸附、綁扎或錨固等方式將柔性收集罩置于漏點(diǎn)上方，可有效防止石油在上浮過程中隨海流擴(kuò)散，并將收集到的漏油通過潛泵(或者依靠泄漏壓力注入)輸送到水面軟體儲(chǔ)罐中，通過多個(gè)軟體罐組合使用實(shí)現(xiàn)大量漏油的收集與暫存。由于整套裝置重量輕可變形甚至可折疊，因而平時(shí)易于儲(chǔ)備，使用時(shí)無(wú)需大型工程船舶配合，從而最大限度發(fā)揮應(yīng)急功能。

3.2 水下漏油收集與暫存裝置

水下漏油收集與暫存裝置主要由水下收集部分、水面暫存部分、水中輸送部分等3部分組成(圖1)，水下收集部分由軟體收集罩、固定體和輸出端組成，水面暫存部分由軟體儲(chǔ)罐、浮體塊、連接管和閥門等組成，水中輸送部分為軟體管道。

圖1 水下漏油收集與暫存裝置示意1-固定體；2-軟體收集罩；3-輸出端；4-軟體管道；5-1#閥門；6-1#連接管；7-軟體儲(chǔ)罐；8-浮體塊；9-2#連接管；10-2#閥門

軟體收集罩的底部設(shè)有固定體，軟體收集罩的頂部設(shè)有輸出端，軟體儲(chǔ)罐上安裝有浮體塊和1#連接管，1#連接管與1#閥門連接；軟體儲(chǔ)罐上安裝有2#連接管，2#連接管上裝有2#閥門；軟體收集罩為薄膜、膠皮等柔性材料制作的軟體收集罩；采用軟體收集罩時(shí)需要在罩體上附著或綁扎浮體塊，使得軟體收集罩能夠在水中上浮形成一定的收集空間。

在應(yīng)用時(shí)將軟體管道的兩端分別與輸出端和左側(cè)閥門連接構(gòu)成一個(gè)整體，打開1#閥門，然后固定體通過重力牽拉、綁扎或磁力吸附等方式將軟體收集罩固定在水下漏油點(diǎn)的上方，軟體儲(chǔ)罐在浮體塊作用下漂浮于水面處，軟體收集罩收集的漏油經(jīng)過輸出端、軟體管道暫存于軟體儲(chǔ)罐中。如果在水下漏油量較大的情況下，可打開2#閥門，并通過2#閥門串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)軟體儲(chǔ)罐，增加漏油的收集與存儲(chǔ)量。

當(dāng)發(fā)生海上水下漏油事故時(shí)，用工程船舶將該裝置運(yùn)至溢油地點(diǎn)，通過軟體收集罩收集水下漏油，并將收集的漏油暫存于軟體儲(chǔ)罐中，實(shí)現(xiàn)漏油的水下回收水面暫存，有效防止原油在上浮過程中隨海流的擴(kuò)散，避免或減少海洋環(huán)境污染。

4 水下漏油收集與暫存室內(nèi)物模試驗(yàn)

室內(nèi)物模試驗(yàn)為原理性試驗(yàn)，目的是觀察此項(xiàng)試驗(yàn)的原理在實(shí)際中是否可行。

4.1 自制水槽中試驗(yàn)(圖2)

此試驗(yàn)在定制的透明玻璃水缸里進(jìn)行(靜水狀態(tài)下)，收集囊為3 000 mL醫(yī)用注射袋。

a)主要試驗(yàn)設(shè)備：自制玻璃水缸；3 000 mL醫(yī)用注射袋；直徑1 cm的透明橡膠管；定制的收集罩；底部開口的礦泉水桶；柴油。

圖2 自制水槽裝置收集示意

b)試驗(yàn)結(jié)果：收集囊在水面，11 min吸收了2 500 mL柴油，效果較為理想。

4.2 波流耦合水槽中試驗(yàn)

此階段試驗(yàn)分為2個(gè)部分：一為模擬海底管道漏油收集；二為模擬海底儲(chǔ)油罐漏油收集。

4.2.1海底管道漏油收集

a)主要試驗(yàn)設(shè)備：波流耦合水槽(圖3)；3 000 mL醫(yī)用注射袋；直徑1 cm的透明橡膠管；定制的收集罩；底部開口的礦泉水桶；圍油欄(圖4)；柴油。

圖3 波流耦合水槽

圖4 圍油欄

b)試驗(yàn)結(jié)果：①收集囊在水面，8 min收集了1 800 mL油；②在水槽中造了兩組波，波高、波周期分別1.5 cm，1.5 s和8 cm，1 s。在這兩種工況下，集油裝置均能正常工作，且在懸浮狀態(tài)下受波浪的影響較小。波浪載荷作用下漂浮狀態(tài)見圖5。

圖5 波浪載荷作用下漂浮狀態(tài)

4.2.2海底儲(chǔ)罐漏油收集

a)主要試驗(yàn)設(shè)備：波流耦合水槽；3 000 mL醫(yī)用注射袋；直徑1 cm的透明橡膠管；制作的收集罩(圖6)；底部開口瓶；海底儲(chǔ)罐模擬盒；柴油；圍油欄。

圖6 自制收集罩

b)試驗(yàn)結(jié)果：①收集囊在水面，在10 min內(nèi)收集了800 mL油；②在水槽中造波，波高、波周期分別8 cm，1 s和14 cm，1 s。在這兩種工況下，集油裝置均能正常工作。

5 結(jié)論與建議

a)研制了水下原油泄漏應(yīng)急收集與暫存系統(tǒng)，完成了室內(nèi)物模試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：水下漏油收集與暫存項(xiàng)目的原理是可行的，收集裝置可通過軟體收集罩收集水下漏油，并將收集的漏油暫存于水面軟體儲(chǔ)罐中，實(shí)現(xiàn)漏油的水下回收、水面暫存，有效防止原油上浮過程中隨海流的擴(kuò)散。

b)建議開展配套技術(shù)研究，增設(shè)測(cè)控裝置，形成海上布設(shè)工藝，進(jìn)行系列化產(chǎn)品研發(fā)和適度規(guī)模的產(chǎn)品儲(chǔ)備，為海洋石油開發(fā)和海洋環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支持。