海洋石油开发水下原油泄漏应急收集与暂存环保技术研究

魏学成

(中国石化胜利石油工程有限公司安全环保处，山东东营 257000)

随着海洋石油勘探开发力度的不断加大，海上油气产量占比逐渐增加，据英国道格拉斯数据，世界石油产量2015年海上占39%。我国海域蕴藏着丰富的油气资源，已探明石油储量246×109t，占石油资源总量的22.9%；海域天然气资源量为15.79×1012m3，占天然气资源总量的29.0%，海上石油区域已经成为我国石油稳产的重要基地。目前，我国海上已形成超过5 000×104t石油的生产能力，所建造的固定平台超过400座，海底管线超过5 000 km，在平台和平台及陆地间形成了纵横交错的海底输油输气网。随着海洋油气资源的不断开发，海底管网规模将会日益增大，对海洋生态环境的影响日趋严重，一旦发生管线穿孔、意外事故、人为破坏等造成原油泄漏，不仅会造成巨大的经济损失，还可能引发国际纠纷。更为严重的是，泄漏的原油漂浮在海洋或其它水域中，将严重破坏海洋、海岸及其它水域环境，造成难以修复的生态破坏。

1 几起典型海上漏油事故

近年来，国内外海洋平台和海底管线曾多次发生重大安全事故，带来了巨大经济损失，并造成严重的海洋生态环境污染。

a)智利油管破裂漏油事故。2007年5月智利海底输油管道破裂，超过2 000桶石油泄漏，导致海域受到严重污染。

b)美国墨西哥湾原油泄漏事故。2010年4月20日，英国石油公司“深水地平线”海上石油钻井平台在美国路易斯安那州附近的墨西哥湾水域发生爆炸并沉没，大量石油泄漏，污染面积达5 180 km2，成为美国历史上最严重的漏油事故，造成墨西哥湾区域的生态大灾难。

海上石油泄漏事故发生后，需要通过有效的回收装置将泄漏的石油尽可能回收，从而将事故损失及负面影响降至最低。

2 国内外海上石油泄漏处理技术现状

目前，我国海上石油泄漏处理技术与国际先进技术没有明显差距，国内外海上石油泄漏处理技术主要是对海面浮油进行处理，分为岸线防油技术和海面清油技术。岸线防油技术包括布设围油栏、稻草墙、防护堤坝等。海面清油技术有围油栏及吸油拖栏法、化学消油法、燃烧法、撇油法等。化学消油法是将分解剂直接注入海面浮油，降低原油对环境和安全的影响。燃烧法是先用浮油栅栏把漏油中成团的油聚集起来、点火，然后再派船只打捞燃烧焦油球，这样可以清除水面50%～70%的石油，但是燃烧产生的有毒黑烟和残渣严重污染生态环境。围油栏及吸油拖栏法是将毛毡或动物毛皮装进吸油栏里，放到漏油的区域，将漏油围住，再拖带吸油。

美国墨西哥湾漏油事件处置暴露出传统的海面浮油收集、处理方法，形成污染面积大，收集效率低，已不能迅速应对未来海上漏油意外事故，各国专家一致认为，封堵泄漏源头、实现漏油水下收集，防止石油在上浮过程中随海流扩散，是最佳的处理方式，正加紧研究相关技术。

3 胜利浅海石油泄漏应急收集与暂存技术

中国石化胜利埕岛油田海上年产能超过300×104t，已铺设海底管线约200 km，近些年共发生海底管线悬空拉裂6次，人为管线穿孔偷油1次，导致石油泄漏污染，造成的损失巨大。中国石化胜利石油工程有限公司结合胜利油田浅海石油勘探开发的实际需要，对浅海水下原油泄漏应急收集与暂存技术进行了系统研究，形成了一套完整的水下漏油收集与暂存装备及技术。

3.1 水下漏油收集与暂存技术介绍

结合现有水下储油技术、软体储罐技术和水下作业技术，在接近漏点处通过吸附、绑扎或锚固等方式将柔性收集罩置于漏点上方，可有效防止石油在上浮过程中随海流扩散，并将收集到的漏油通过潜泵(或者依靠泄漏压力注入)输送到水面软体储罐中，通过多个软体罐组合使用实现大量漏油的收集与暂存。由于整套装置重量轻可变形甚至可折叠，因而平时易于储备，使用时无需大型工程船舶配合，从而最大限度发挥应急功能。

3.2 水下漏油收集与暂存装置

水下漏油收集与暂存装置主要由水下收集部分、水面暂存部分、水中输送部分等3部分组成(图1)，水下收集部分由软体收集罩、固定体和输出端组成，水面暂存部分由软体储罐、浮体块、连接管和阀门等组成，水中输送部分为软体管道。

图1 水下漏油收集与暂存装置示意1-固定体；2-软体收集罩；3-输出端；4-软体管道；5-1#阀门；6-1#连接管；7-软体储罐；8-浮体块；9-2#连接管；10-2#阀门

软体收集罩的底部设有固定体，软体收集罩的顶部设有输出端，软体储罐上安装有浮体块和1#连接管，1#连接管与1#阀门连接；软体储罐上安装有2#连接管，2#连接管上装有2#阀门；软体收集罩为薄膜、胶皮等柔性材料制作的软体收集罩；采用软体收集罩时需要在罩体上附着或绑扎浮体块，使得软体收集罩能够在水中上浮形成一定的收集空间。

在应用时将软体管道的两端分别与输出端和左侧阀门连接构成一个整体，打开1#阀门，然后固定体通过重力牵拉、绑扎或磁力吸附等方式将软体收集罩固定在水下漏油点的上方，软体储罐在浮体块作用下漂浮于水面处，软体收集罩收集的漏油经过输出端、软体管道暂存于软体储罐中。如果在水下漏油量较大的情况下，可打开2#阀门，并通过2#阀门串联一个或多个软体储罐，增加漏油的收集与存储量。

当发生海上水下漏油事故时，用工程船舶将该装置运至溢油地点，通过软体收集罩收集水下漏油，并将收集的漏油暂存于软体储罐中，实现漏油的水下回收水面暂存，有效防止原油在上浮过程中随海流的扩散，避免或减少海洋环境污染。

4 水下漏油收集与暂存室内物模试验

室内物模试验为原理性试验，目的是观察此项试验的原理在实际中是否可行。

4.1 自制水槽中试验(图2)

此试验在定制的透明玻璃水缸里进行(静水状态下)，收集囊为3 000 mL医用注射袋。

a)主要试验设备：自制玻璃水缸；3 000 mL医用注射袋；直径1 cm的透明橡胶管；定制的收集罩；底部开口的矿泉水桶；柴油。

图2 自制水槽装置收集示意

b)试验结果：收集囊在水面，11 min吸收了2 500 mL柴油，效果较为理想。

4.2 波流耦合水槽中试验

此阶段试验分为2个部分：一为模拟海底管道漏油收集；二为模拟海底储油罐漏油收集。

4.2.1海底管道漏油收集

a)主要试验设备：波流耦合水槽(图3)；3 000 mL医用注射袋；直径1 cm的透明橡胶管；定制的收集罩；底部开口的矿泉水桶；围油栏(图4)；柴油。

图3 波流耦合水槽

图4 围油栏

b)试验结果：①收集囊在水面，8 min收集了1 800 mL油；②在水槽中造了两组波，波高、波周期分别1.5 cm，1.5 s和8 cm，1 s。在这两种工况下，集油装置均能正常工作，且在悬浮状态下受波浪的影响较小。波浪载荷作用下漂浮状态见图5。

图5 波浪载荷作用下漂浮状态

4.2.2海底储罐漏油收集

a)主要试验设备：波流耦合水槽；3 000 mL医用注射袋；直径1 cm的透明橡胶管；制作的收集罩(图6)；底部开口瓶；海底储罐模拟盒；柴油；围油栏。

图6 自制收集罩

b)试验结果：①收集囊在水面，在10 min内收集了800 mL油；②在水槽中造波，波高、波周期分别8 cm，1 s和14 cm，1 s。在这两种工况下，集油装置均能正常工作。

5 结论与建议

a)研制了水下原油泄漏应急收集与暂存系统，完成了室内物模试验，试验结果表明：水下漏油收集与暂存项目的原理是可行的，收集装置可通过软体收集罩收集水下漏油，并将收集的漏油暂存于水面软体储罐中，实现漏油的水下回收、水面暂存，有效防止原油上浮过程中随海流的扩散。

b)建议开展配套技术研究，增设测控装置，形成海上布设工艺，进行系列化产品研发和适度规模的产品储备，为海洋石油开发和海洋环境保护提供技术支持。