墨西哥湾溢油事故对我国深海溢油污染防治管理的启示*

2012-04-12 15:59廖国祥高振会
海洋开发与管理 2012年5期
关键词:溢油深海油气

廖国祥,马 媛,高振会

(1.国家海洋环境监测中心 大连 116023;2.国家海洋局南海工程勘察中心 广州 510300;3.国家深海基地管理中心 青岛 266061)

墨西哥湾溢油事故对我国深海溢油污染防治管理的启示*

廖国祥1,马 媛2,高振会3

(1.国家海洋环境监测中心 大连 116023;2.国家海洋局南海工程勘察中心 广州 510300;3.国家深海基地管理中心 青岛 266061)

文章通过对美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台原油泄漏事故的分析与思考,针对我国深海油气资源勘探开发中存在的溢油风险,从应急响应体系、监视预报技术、应急处置技术、损害赔偿基金和行政监管与政企合作等不同方面,探讨了我国深海溢油的防治管理对策,以期为我国海洋石油开发利用、海洋环境保护以及深海溢油污染的防治管理提供有益的参考。

深海溢油;风险管理;应急响应;损害赔偿;溢油基金

2010年的美国墨西哥湾“深水地平线”漏油事故深刻地展示了控制和清除深海溢油的巨大困难。该事故发生后,英国、挪威和巴西等海洋石油开发国家都高度重视深海石油勘探开发过程中的溢油问题,并加大了对溢油防治管理的研究。目前,我国正在积极勘探和开发南海深海区的油气资源,同样面临着日益增高的深海溢油风险。为此,本研究通过对墨西哥湾深海溢油事故的分析和思考,针对我国深海油气勘探开发的溢油污染风险现状,从多个方面探讨深海溢油的预防和治理对策,以期为我国海洋石油开发利用与海洋环境保护提供有益的参考。

1 美国墨西哥湾溢油事故回顾

2010年4月20日22时,英国石油公司(British Petro,BP)在美国墨西哥湾的“深水地平线”石油钻井平台发生爆炸并着火,36 h之后沉入墨西哥湾,大量原油从1 500 m水深处的钻井管道泄漏进入海洋。原油持续泄漏了86 d才得到控制,泄漏的490万桶原油中有410万桶流入墨西哥湾海洋环境中。该事故的溢油量超过1989年的“埃克森·瓦尔迪兹号”号油轮溢油事故,成为目前美国历史上最大的环境污染事故。

1.1 事故的损害影响

1.1.1 对人员生命安全及健康的影响

在事故初期,由于油井泄漏原油中含有天然气,采油设备的意外碰撞产生火花引致爆炸,造成海洋石油平台上的126名工作人员中的11人死亡。

事故发生后,当局组织清除漂浮和堆积在岸线上的大量原油。由于原油中含有苯、甲苯等芳香烃,这些物质挥发性强且对人体有害,清污人员通过皮肤接触和呼吸等方式吸入这些有害物质后,身体机能受到损害,健康受到影响。此外,因溢油事故遭受经济损失的居民中出现自杀和患上各种心理疾病,这类损害影响难以在短期内恢复。

1.1.2 对海洋生态环境的影响

事故对海洋生态环境的损害是灾难性的,主要体现在以下几方面。

(1)海洋环境质量方面。事故泄漏的原油从水下浮升至海面后形成面积更大的油膜,严重地影响海区的海空物质交换、热交换,使海水中氧含量、化学耗氧量、密度和温度等环境因素发生变化,同时油膜的产生影响生物的光合作用及其生理生化功能。此外,油膜严重地破坏了海洋环境的自然景观,降低了海洋环境使用质量。

溢油在海洋输移扩散过程中,石油中的多环芳香烃组分(萘和蒽等)和重金属组分(如,铅和锌等)溶解分散于水体中和海底沉积物环境中,大大降低海水和海底的栖息环境质量,不利于海洋生物的生存和繁衍。

溢油经过风化作用后形成漂浮的颗粒态石油残余物焦油球。这些焦油球的挥发和溶解作用很缓慢,虽不会对海洋生物产生明显的影响,但会破坏海洋环境的自然景观(沙滩、滩涂和海岸线等),并最终沉降在海底,降低海底环境质量。

(2)海洋生物资源方面。溢油会对浮游生物、游泳动物及底栖生物造成损害。海面浮油能黏住海洋浮游生物并使其失去自由活动的能力,最后冲上海滩或沉入海底。海水中的油滴或油块能黏住游泳动物(如,海鱼)的腮或呼吸系统而致其窒息死亡。溶解在海水中的石油烃通过腮或体表进入鱼体,在其体内蓄积起来并损害各种组织和器官。溢油能造成大量仔稚鱼死亡,并造成鱼卵的孵化率降低和畸变率提高。生活在海底的底栖动物(如,海参和海胆等),将受到海底油污的长期危害。

此外,生活在水面上的海鸟容易被海面油膜黏住致死。当遇到大面积覆盖的溢油时,大型游泳动物(如,海龟和海豚等)有可能死亡或器官受伤害。

根据美国地球之友在2010年7月16日公布的调查数据,墨西哥湾地区共发现1 387只海鸟、444只海龟和53只哺乳动物直接死于该溢油染事故。

1.1.3 对社会生产经济的影响

事故造成旅游业和天然渔业等方面的巨大经济损失。墨西哥湾拥有适合旅游风景优美的海岸线,而大量吸附在旅游区上沙滩的原油致使游客数量大减,直接经济损失巨大。事故初期,墨西哥湾海域共约有14万km2禁止捕鱼,令该区域的渔民的生计受到严重影响,经济损失巨大。

1.2 事故的教训思考

墨西哥湾是世界先进的海洋油气资源开发作业海域之一,其溢油应急响应体系和应急资源、应急能力很强,海洋环保法律法规也非常完善,一直以来是全球其他油气开发海域的学习样本。如此良好的法律环境和应急能力在突发的深海溢油事故面前不堪一击,其原因主要是溢油事故防范、海洋行政监管、应急处置策略等方面存在不足[1]。

在事故防范方面,美国石油公司对深水下高压油气结构脆弱平衡和危险性认识不足,其作业方案和井控处置不能满足要求,导致泄漏事故的发生。在行政监管方面,美国矿产资源行政管理部门并未强制执行第二套井控防喷系统,以致石油公司未能以最安全的方式进行日常生产。

在应急处置方面,此次事故改变了一些传统的溢油应急处置方式,传统应急策略要求首先必须切断溢油源,但以目前的设备和技术无法做到。溢油在高压低温深海条件下并非快速浮升至海面,而是形成絮状或羽毛状悬浮在水体中,致使传统海面溢油清污设备不能进行有效的回收处置。

由此可见,只有政府加强行政监管,而企业需要严格按照各种安全生产和环境保护的标准要求进行作业,并在事故时能采用有效的清污措施,才能减低溢油对生态环境和社会经济的损害影响。

2 我国深海油气开发的溢油风险

2.1 深海油气资源勘探开发现状

我国的海洋油气勘探开发主要集中在渤海、东海和南海等海域。其中,南海平均水深1 212 m,最大水深为5 559 m,南海深海区的油气资源储量丰富,石油地质储量约为230亿~300亿t(占我国油气总资源量的1/3),其中70%蕴藏在面积153.7万km2的深海区[2-3]。

目前,中国海洋石油总公司(以下简称“中海油”)在南海有3个水深较深的油气田,其中以中外合作方式开发的“陆丰22-1”和“流花11-1”油田的水深均在330 m左右,而自营开发的“番禺30-1”气田水深为200 m。2006年,中海油和合作伙伴哈斯基石油中国有限公司在南海东部海域珠江口盆地钻获我国第一个深水天然气气田“荔湾3-1”,水深达1 345 m,计划2012年底投产。2009—2010年,双方在这一水域又先后获得“流花34-2”和“流花29-1”两个深水天然气气田。中海油计划在2015—2020年在我国南海建成大型油气田。

除了自主勘探开发外,我国与越南和菲律宾等周边国家签署了开发南海相关海域的协议,准备联合开发南海的深海油气资源。

2.2 深海油气工业技术现状

自1956年起,我国海洋石油工业已发展了50多年,迄今已具备水深300 m以内海上油气田自主开发的技术能力,但在深海油气勘探开发核心技术方面与国外有明显差距,目前主要通过与国外公司合作勘探开发南海深海区的油气田[3]。

近年来,经过国家的支持和自主创新,我国石油公司建造的一些深海油气资源开发设备达到国际先进水平。例如,中海油建造的世界级深水钻井平台“海洋石油981”号,该平台是中国首次自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台,具有勘探、钻井、完井与修井作业等多种功能,最大作业水深3 000 m,钻井深度可达10 000 m。又如,民营船厂江苏韩通船舶重工有限公司建造的“SEVAN300 No.4”海上浮式储油平台,是全世界第4座圆桶浮式海洋储油平台,于2009年起长期系泊于北海的英国水域。此外,在国家“863”科技计划的支持下,深水油气田开发公用技术平台正在建设中,可为我国日后深海油气勘探开发提供技术支撑。

2.3 深海溢油事故风险源分析

深海溢油事故多在油气田的勘探、生产、运输过程中发生,其形式主要有油气钻井井喷和油气管道泄漏等[4-5]。

在勘探过程中,溢油形式多以钻井管道断裂发生井喷为多。据统计,我国从1966—2001年在渤海、东海、南海东部和南海西部海区已经钻井1 200多口,仅仅在钻勘探井时就发生过4次井喷,而在生产井钻井中尚未发生过井喷事故[4]。

在生产过程中,由于涉及大量易燃、易爆的石油和天然气,加上开发工艺和设备运行的复杂性,发生油气泄漏的潜在风险高。

在运输过程中,油船和海底油气管道是主要事故风险源。其中,运输船舶由于漂移作用以及误操作都可能碰撞立管导致油气泄漏;海底油气管道则容易因管内腐蚀、地震和船舶抛锚破坏等意外导致油气泄漏。

此外,台风和热带风暴等自然灾害性天气引起的极端波浪能够破坏海洋平台结构甚至倾覆,这可能引起钻井和管道的损伤而产生油气泄漏。

3 我国深海溢油的防治管理对策

本研究主要从溢油应急响应体系、溢油监视预报技术、溢油应急现场处置技术、油污损害赔偿机制和政府行政监督管理等方面探讨我国深海溢油污染的预防和治理对策。

3.1 完善溢油应急响应体系

3.1.1 完善溢油应急预案

国家海洋局于2004年11月颁布了《海洋石油勘探开发溢油事故应急预案》。该预案主要包括应急组织指挥体系及职责、应急响应程序、应急响应评价及总结、应急响应基本条件和保障措施等内容。但该预案中并未针对深海溢油情况制订具体的应急预案和执行程序。由于深海环境具有高压低温的特点,深海溢油事故的应急响应与浅海溢油事故存在一些差异,需要更新和升级现有的应急预案,应考虑增加深海环境泄漏源堵控、海面大规模溢油的围控和快速清除的技术方法,制订更为有效的应急响应信息通信机制,以提高应急响应速度和指挥决策能力。

3.1.2 加强模拟训练及演习

日常模拟训练方面,可由海洋行政管理主管部门针对海洋石油勘探开发过程中的溢油事故场景,组织开展溢油应急培训课程,通过理论和实践相结合的方式提高应急指挥和行动队伍的技能。

溢油应急演习是全面检验应急响应各个环节的最佳手段[6]。海洋主管部门可以联合海洋石油公司共同举办大型演习,通过贴近实战的现场演习,提高双方在实际深海事故时的应对能力。

深海溢油的模拟训练和演习的开展不仅可以检验和改进现有溢油应急体系的不足之处,而且可以培养更多的海洋溢油事故的应急指挥人才和熟练的清污作业人员,这都有利于提高海上溢油应急响应和现场处置能力。

3.2 发展溢油监视预报技术

3.2.1 发展溢油监视技术

(1)水下溢油监视技术。深海油气钻井平台通常配备固定的摄像监视系统,用以监控日常生产过程。然而,固定监视系统不能满足溢油事故时的灵活监视要求,石油公司一般利用水下机器人来解决此方面问题。根据研究分析,在未来的水下石油生产系统中,水下机器人将起到“操作工人”的作用,在海洋石油平台导管架检查、管道检查与维护等方面将扮演重要角色[7]。目前我国已研制出6 000 m深水机器人,也研制出可深潜7 000 m载人深潜器“蛟龙”号,但探测技术、工艺水平、综合显控、综合导航与定位等技术与发达国家相比仍存在一定差距。因此,随着我国海洋油气资源勘探开发事业的蓬勃发展,应积极研制高性能的深海溢油事故水下监视机器人。

(2)管道泄漏检测技术。与钻井平台井喷事故的发生频率相比,海底油气管道发生泄漏的概率更大,迄今国内外关于海底输油管道泄漏污染事故的报道已有不少。随着我国深海油气资源的大规模开发,铺设在海底的输油管道的数量和长度将不断增加,这也意味着发生泄漏的风险随之增加。因此,发展先进的海底油气管道泄漏检测技术(如,检漏电缆法和光纤检漏法等[8]),有助于实现快速确定泄漏位置,以快速启动溢油应急响应方案。

(3)海面溢油监视技术。快速发现并跟踪海面溢油的输移动态是溢油应急行动中的关键程序。目前,海面溢油监视手段包括船舶监视(即利用事故现场周围的运输船、渔船和军舰等进行监视)、飞机监视和卫星监视等手段。

随着科学技术的发展,越来越多的先进溢油实时监视技术得到发展和应用[9-10]。例如,基于全球定位系统(如,美国的GPS、我国的北斗卫星定位系统)的浮标溢油漂移监测系统,船载航海雷达溢油监控、卫星监测和航空溢油监测。通过利用各种先进监视监测技术,组建我国的“海—陆—空”三维立体溢油监视系统,实现全天候对海洋溢油事故的追踪监测,从而提供快速可靠的决策信息。

3.2.2 发展溢油应急预报技术

我国《海洋石油勘探开发溢油事故应急预案》中规定,国家海洋局和各海上石油集团公司应根据平台周围海域的水动力条件和气象条件等相关要素,建立溢油漂移扩散模型,对溢油漂移扩散轨迹进行预测分析,为溢油事故的应急决策和应急响应提供依据。

(1)海洋环境预报技术。海洋环境动力场(海面风场、海洋流场和波浪场等)是准确预报突发性溢油事故的污染物动态行为的基础。我国的深海石油开采区域主要集中在南海,而南海是世界上台风、热带气旋和风暴潮等自然灾害性天气的高发海域。若在灾害性天气条件下发生深海溢油事故,溢油的控制及清除将面临极大挑战。因此,深海溢油动态预报除了需要常规的海洋环境动力预报技术外,还需完善和发展极端灾害性天气条件下的海洋动力环境预报技术。

(2)溢油动态预报技术。深海溢油在海洋环境中的输移过程主要分为两部分:一是溢油在水下泄漏源附近的浮射流扩散过程;二是溢油在水体中的被动输移扩散和在海面上的漂移扩散过程。与美国和挪威等国相比,我国的大部分溢油模型大多只支持对溢油在海面上漂移扩散过程的模拟和预测[11],水下溢油输移预测模型的研究仍较少,水下溢油模型尤其深海溢油模型亟待研究[12]。当深海溢油模型研发成功后,可结合应急响应需要,研制溢油应急决策信息系统,实现信息处理、信息传输、信息查询、溢油动态预测以及决策支持等应用功能,为深海溢油的模拟训练和应急决策提供重要的技术支持。

3.3 研究应急现场处置技术

3.3.1 石油泄漏控制技术

(1)水下泄漏源堵控。墨西哥湾“深海地平线”漏油事故深刻地展示了水下泄漏源控制的巨大困难。BP石油公司采取了多种堵控方法,包括:2010年5月2日开始“减压井法”,但需时3个月才能完全实施;5月7日采取的“控油罩”法,但因甲烷结晶堵塞孔口而失败;5月11日采用“吸管法”,因吸油量有限不能解决问题;5月26日采用“灭顶法”,但因井压太高,无法遏制原油的泄漏。以上方法都难以有效控制水下溢油源的持续泄漏,直至7月15日采用的新控油装置,才成功控制原油的泄漏。

就我国海洋油气资源勘探开发规模日益扩大的现状而言,研究和开发适合深海环境的溢油泄漏控制设备和有效的技术方法是非常重要且迫切的。

(2)海面浮油围控。深海溢油事故中泄漏的大量原油浮上海面后,需要采取有效的围控措施以保护各种海洋敏感资源。目前,海面浮油基本依靠清污船舶和围油栏来围控溢油。我国需对可能发生的深海溢油事故的海域进行风险评估,选取合适的地点并建立大型溢油应急设备库,储备足够数量的溢油围控设备,同时根据海区水文特点研究不同规模深海溢油事故的海面浮油围控技术和方法。

3.3.2 溢油清除技术

根据国内外的实践经验,清除海洋溢油污染物的技术方法主要有三大类:物理清除、化学清除以及生物降解。

(1)物理清除。物理清除是利用清污船、围油栏、吸油材料把溢油回收起来。该方法对海洋环境的损害影响较小,但对消除较薄的油膜和乳化油的处理效果并不理想。对于海洋能量较大的海域,可借助海洋环境的自净功能实现对溢油的清除。

应用物理方式清除油污,仍需研制能够适应多种天气和海况条件的不同类型围油栏、高性能的机械回收装置、先进的临时储油装置和清污船舶等。通过实现溢油回收的机械化,提高海洋溢油的清污效率。

(2)化学清除。化学清除通常使用化学药剂清除油污,通过改变溢油的物理性质,将溢油直接乳化消散于海水中,或者将溢油聚集成较厚的油层或者凝结成黏稠的半固体油块,同时辅助溢油回收装置,实现快速清扫海面油污。

化学清除溢油除了消油和凝油方法外,还有海上燃烧法。该方法通过采用各种助燃的方法,使大量溢油能在短时间内燃烧尽,处理时无需复杂装置,处理费用低。但是,海上燃烧法需要特别注意安全问题,以及考虑海上燃烧引起的污染问题(如,燃烧时产生大量黑色浓烟及其他物质对生物资源的影响)。

(3)生物降解。生物降解是利用某些天然存在于海洋或土壤中且具有较强氧化分解石油能力的微生物来清除海水中的石油。目前,众多科学家认为生物降解方法消除石油是最安全且有效的方法。然而,有研究报道指出生物降解法在实验室中能取得良好的效果,在海岸上使用也有较好的效果,但在风、浪、流影响较大的开阔海域中的降解效果并不理想。

3.4 建立油污损害赔偿机制

3.4.1 建立和完善损害赔偿法律法规

美国和加拿大等发达国家已建立较为完善的损害赔偿法律法规(如,美国的《1990油污法》[13]和加拿大的《航运法》[14]等),大部分溢油事故能够得到合理的赔偿,用于恢复受损的生态环境和补偿各种社会经济损失。

我国在海洋溢油事故方面的立法工作仍相对滞后,导致在我国海域发生的大部分溢油事故造成的海洋生态环境和社会经济损失难以得到合理的赔偿。就我国而言,建立可操作性高的溢油损害赔偿法律法规是非常迫切的。只有在强而有力的国家法律法规支持下,才能保证溢油事故后应急反应措施得到有效实施,事故造成的经济损失得到合理赔偿。

3.4.2 建立国家级溢油防治专项基金

特大海洋溢油事故的清污及损害赔偿金额都非常惊人。例如,美国1989年的“埃克森·瓦尔迪兹号”油轮在威廉王子湾的溢油污染事故,清污费用及损害赔偿的总金额高达80亿美元。而墨西哥湾“深海地平线”漏油事故发生后,美国政府要求BP公司先交出200亿美元来建立赔偿基金,用于支付清污行动费用和各种损害赔偿费用。

目前,我国的海洋溢油基金并未真正建立和有效实施。因此,应尽快建立我国海洋溢油应急及损害赔偿专项基金,用于提供船舶碰撞、石油运输、石油开采、储油设施破损以及其他原因海域溢油污染事故的应急处理和损害赔偿所需的费用[15]。

在资金方面,可考虑建立多元化融资机制,采取对各大石油公司和船务公司等存在溢油风险及潜在风险的实体按照年产油量、年水上石油运输量或年岸上储油量摊款,国家投入一定份额的基础资金,向溢油责任方追讨清污费及海洋环境违法行为的罚款和违法所得、海洋环保捐款等多种形式筹措资金。

在管理方面,在国家财政、审计部门的监督下,根据《海洋环境保护法》的规定,在行使海洋环境监督管理权的部门,设立海上溢油应急及损害赔偿专项基金管理中心,具体负责基金的财务管理、筹集和使用等相关工作。

依据成立时的法律文件获得法人地位,基金具有征收摊款的权利,同时负有偿付其适用范围内的溢油应急监视、监测、清污费用的责任。发生溢油事故时,先由溢油专项基金向实施海上溢油应急救助的单位偿付应急监视监测和清污等费用,保障及时有效地开展监视监测、清污等应急作业。溢油事故后溢油专项基金也参与损害赔偿等事后补偿工作。

3.5 加强行政监管和政企合作

3.5.1 加强政府的监督和管理

由于普通民众难以有效监督石油企业的海洋油气资源勘探开发活动,作为民众代表的政府必须发挥积极的监督作用,加强监管的执行力度,保障民众的根本利益。政府应严格按照法律法规、行业技术标准与规范对石油企业的设备设施进行检查,并对石油勘探、开采及生产等过程进行全面监督。

此外,提高政府和企业之间的关系透明程度,以减少民众对政府在危机处理时的不信任和质疑。“深海地平线”漏油事故前,美国矿产资源管理局除了未能按照足够的安全标准对石油企业执行监督,部分管理人员与BP公司存在各种微妙私人关系,由此引起的各种疏忽也是此次灾难事故发生的重要原因。

为此,我国政府应吸取该事故的惨痛教训,从管理层次上防范灾难性深海溢油事故,实现真正有效的防灾减灾。

3.5.2 推进政府和石油企业合作

深海油气资源开发是一个国家综合科技实力的体现。目前我国处于开发深海油气资源的初级阶段,需要政府和石油企业的深度合作才能追赶西方发达国家。相关合作应该包括几个方面:

(1)通过政府的协调,积极引进国外先进设备、技术,吸取先进管理经验。

(2)在政府的引导下,积极开展自主创新,实现海洋油气资源勘探开发工业技术的跨越式发展。

(3)推进海洋环境保护的科学技术研究,一方面可以考虑通过石油企业和政府各自提供资金,建立先进技术研究机构,发展相关科学技术;另一方面,可以通过政府、企业以及研究机构(如,研究所和高校等)的紧密合作,大力加强污染事故防范、污染物控制、污染物清除以及海洋生态环境恢复等方面的科技研究,并研制海洋环境保护的新技术及新设备。在上述基础上,制定和推出适合国情的行业标准、国家法律法规等。

4 结束语

我国已迈进深海油气资源勘探开发的新阶段,与此同时面临着发生深海溢油事故的高风险。本研究针对美国墨西哥湾“深水地平线”原油泄漏事故中出现的行政管理、应急处理和损害赔偿等方面的新问题,结合我国的深海油气开发现状,从应急响应体系、监视预报技术、现场处置技术、油污损害赔偿机制和政府监督管理等方面探讨我国深海溢油污染的防治管理对策。对我国而言,墨西哥湾溢油事故带来的教训和启示极为深刻,我们应该努力完善和改进现有管理机制,积极推动科学技术上的发展,做好充分的准备以应对日后深海溢油事故所带来的生态环境和社会经济损害影响的巨大挑战。

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国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室开放基金(201022).

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