溢油分散劑在深水油氣勘探開(kāi)發(fā)溢油污染處置中的應(yīng)用＊

劉莉峰，曲 良，王 輝

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 天津 300461）

目前，深水油氣開(kāi)采已經(jīng)成為世界各國(guó)資源開(kāi)發(fā)的主要發(fā)展途徑之一。我國(guó)的深水油氣資源主要分布于南海海域，據(jù)學(xué)者們分析，南海主要盆地的油氣資源潛量為707.8億t，其中天然氣資源潛量為582260億m3，石油資源潛量為291.9億t，號(hào)稱全球 “第二個(gè)波斯灣”［1］。隨著2012年我國(guó) “海洋石油981”深水鉆井平臺(tái)在南海的正式投入使用，我國(guó)成為第一個(gè)自主開(kāi)發(fā)南海深水油氣資源的國(guó)家，深水油氣開(kāi)采及其相關(guān)領(lǐng)域正成為我國(guó)石油工業(yè)拓展的新方向。

在深水油氣開(kāi)采過(guò)程中，溢油事故是其面臨的一大挑戰(zhàn)。墨西哥灣深水地平線鉆井平臺(tái)溢油事故再一次給世界深水油氣開(kāi)采業(yè)敲醒了警鐘。如何保障深水油氣開(kāi)采的順利進(jìn)行，建立切實(shí)可行的技術(shù)方法，減少突發(fā)溢油事故可能造成的海洋環(huán)境損害，已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)階段海洋開(kāi)發(fā)與管理關(guān)注的熱點(diǎn)。

現(xiàn)階段，常規(guī)溢油應(yīng)急處置技術(shù)包括：機(jī)械回收、溢油分散劑噴灑、原位燃燒以及吸附。墨西哥灣溢油事故的發(fā)生及其溢油應(yīng)急處置措施的實(shí)施，為我國(guó)研發(fā)深水溢油事故應(yīng)急處置技術(shù)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。在此次溢油事故中，與其他應(yīng)急處置手段相比較，溢油分散劑在水面及水下使用的有效處置，為研發(fā)深水環(huán)境下溢油事故應(yīng)急處置措施提供了新的技術(shù)發(fā)展方向。

1 溢油分散劑應(yīng)急處置技術(shù)

溢油分散劑的使用作為處置溢油污染的主要手段之一，在溢油事故應(yīng)急過(guò)程中被廣泛使用。溢油分散劑主要是利用表面活性劑的乳化作用，在常規(guī)使用中將溢油分散劑噴灑于溢油海面，通過(guò)減弱溢油與水之間的界面張力，使溢油迅速乳化分散，進(jìn)而大大提高溢油的自然分散速率、生物降解速率和光化學(xué)氧化速率，從而減小溢油對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1.1 溢油分散劑的水面應(yīng)用

1.1.1 研究現(xiàn)狀

學(xué)者們針對(duì)溢油分散劑的水面噴灑開(kāi)展了較多的研究，包括試驗(yàn)室和模擬水槽試驗(yàn)。

現(xiàn)階段，我國(guó)針對(duì)溢油分散劑使用效果影響因素的研究尚屬空白，學(xué)者們利用波浪槽開(kāi)展了模擬條件下溢油分散劑乳化性能的試驗(yàn)研究，利用波浪槽（長(zhǎng)15m，寬1m，工作水深0.5m）測(cè)試不同油膜厚度、波數(shù)及不同深度條件下，溢油分散劑使用前后水體中乳化油濃度的變化，研究不同環(huán)境條件對(duì)溢油分散劑使用效果的影響［2］。

我國(guó)針對(duì)溢油分散劑的室內(nèi)試驗(yàn)多集中于產(chǎn)品性能（如乳化率）的評(píng)價(jià)。目前產(chǎn)品乳化性能的測(cè)試方法主要依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB18188.1－2000《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——溢油分散劑技術(shù)條件》）及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HY044－1997《中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——海洋石油勘探開(kāi)發(fā)常用溢油分散劑性能指標(biāo)及檢驗(yàn)方法》）中規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行。此方法屬于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的分析測(cè)試方法：油在溢油分散劑作用下形成O／W（水包油）型乳化液；利用三氯甲烷作溶劑萃取乳化液中的油，在650nm波長(zhǎng)下測(cè)定萃取液的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出乳化液中油的濃度；根據(jù)油的濃度（mg／L）計(jì)算出乳化分散在水體中油的量，與加入油量的百分比即為乳化率［3－4］。

國(guó)外針對(duì)溢油分散劑的室內(nèi)研究主要通過(guò)BFT（baffled flask test）［5－7］測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。BFT分析測(cè)試原理與前面提到的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相同，都是通過(guò)測(cè)定水體中乳化油濃度，計(jì)算乳化率。不同的是該方法采用瓶底帶凹槽及分支結(jié)構(gòu)的三角瓶作為測(cè)試容器，該容器能提供充分的剪切力／剪切速度，使原油與溢油分散劑充分混合。在340nm、370nm、400nm下測(cè)試待測(cè)液體的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測(cè)液的油濃度。

與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試相對(duì)應(yīng)的是，利用模擬波浪槽進(jìn)行模擬海況條件下溢油分散劑使用效果的評(píng)價(jià)研究。學(xué)者們利用美國(guó)國(guó)家溢油應(yīng)急測(cè)試機(jī)構(gòu)（National Oil Spill Response Test Facility）的Ohmsett波浪槽，以試驗(yàn)前后海面的溢油量變化率作為乳化率，進(jìn)行溢油分散劑使用效果的評(píng)價(jià)，但由于溢油質(zhì)量變化難以科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算，該方法尚存在一定的爭(zhēng)議［8－9］。目前，研究較深入的是由加拿大漁業(yè)海洋部海上油氣環(huán)境研究中心（Center for Offshore Oil and Gas Environmental Research）的研究人員利用波浪槽系統(tǒng)對(duì)溢油分散劑使用效果開(kāi)展的為期5年的研究。該方法主要研究波浪類型、溫度、溢油分散劑種類、油品特性等因子對(duì)溢油分散劑使用效果的影響。在這些研究中，水體中油濃度以及顆粒粒徑這兩個(gè)指標(biāo)被用來(lái)評(píng)價(jià)溢油分散劑的乳化效果［10－11］，通過(guò)對(duì)波浪槽不同水平及垂直位置取樣的油濃度以及顆粒粒徑進(jìn)行測(cè)試分析。水體中油的濃度越高，溢油分散劑對(duì)原油的乳化效果越好；水體中油顆粒的粒徑越小，油顆粒在水體中的懸浮狀態(tài)就越穩(wěn)定。該研究方法已被國(guó)際廣泛接受，其研究成果在國(guó)際會(huì)議及期刊上多次發(fā)表，并應(yīng)用于監(jiān)測(cè)墨西哥灣溢油事故水下溢油分散劑的使用效果［12］?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，在聯(lián)合國(guó)環(huán)境署（UNEP）與國(guó)際海事組織（IMO）所編制的溢油分散劑使用導(dǎo)則（guideline for the use of dispersant）中也說(shuō)明可以通過(guò)測(cè)試溢油分散劑使用前后水體中油的濃度，對(duì)溢油分散劑的使用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)［13］。

由以上國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析可以看出，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的分析測(cè)試方法（國(guó)標(biāo)、國(guó)家海洋局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、BFT方法），還是波浪槽內(nèi)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究，都是基于水體中乳化油的濃度來(lái)評(píng)價(jià)溢油分散劑的乳化分散性能。

1.1.2 溢油分散劑水面應(yīng)用存在的問(wèn)題

（1）準(zhǔn)確率較低。建立科學(xué)的溢油分散劑水面使用效果評(píng)價(jià)方法是目前眾多研究所關(guān)注的熱點(diǎn)。試驗(yàn)室研究具有較好可重復(fù)性，能夠確定試驗(yàn)結(jié)果的誤差范圍［14］，但由于所設(shè)定的環(huán)境條件，與溢油事故現(xiàn)場(chǎng)往往存在較大差異，其對(duì)于應(yīng)急處置中溢油分散劑使用的指導(dǎo)具有一定的局限性。而針對(duì)模擬試驗(yàn)水槽建立利用質(zhì)量平衡（mass balance）進(jìn)行溢油分散劑效果評(píng)價(jià)的方法，由于無(wú)法較科學(xué)準(zhǔn)確地計(jì)算試驗(yàn)前后水面的溢油量，故無(wú)法較準(zhǔn)確的計(jì)算溢油分散劑的乳化率［15］。此外，南海海域的風(fēng)、浪、流等自然環(huán)境也會(huì)對(duì)溢油分散劑水面應(yīng)用準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

（2）環(huán)境影響缺少針對(duì)性。國(guó)內(nèi)外對(duì)溢油分散劑的毒性影響均開(kāi)展了一系列的研究。如我國(guó)目前依據(jù)《魚(yú)類急性毒性試驗(yàn)方法》（GB／T 18188.1－2000）評(píng)價(jià)溢油分散劑產(chǎn)品的毒性。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（EPA）利用海洋生物96h和48h半數(shù)致死濃度（LC50）作為指標(biāo)評(píng)價(jià)溢油分散劑的毒性效應(yīng)，并應(yīng)用于墨西哥灣溢油處置所使用的溢油分散劑毒性評(píng)價(jià)中［16］。挪威針對(duì)海上和岸灘所使用溢油分散劑的毒性評(píng)價(jià)采用了海洋微藻（中肋骨條藻）EC50毒性效應(yīng)試驗(yàn)，并以此規(guī)定了海上和岸灘所使用溢油分散劑的毒性允許濃度［17］。但這些研究均缺少對(duì)于溢油分散劑本身及其使用后乳化原油在水體中行為歸宿的研究，這使溢油分散劑的毒性評(píng)價(jià)缺少一定的針對(duì)性。

1.2 溢油分散劑水下應(yīng)用

1.2.1 研究現(xiàn)狀

與溢油分散劑海面使用的研究與應(yīng)用不同，國(guó)內(nèi)外對(duì)于溢油分散劑水下技術(shù)的研究均剛剛起步，在使用方法、規(guī)范和效果評(píng)價(jià)等方面還不完善，而我國(guó)對(duì)于該技術(shù)的研究仍處于空白。但在墨西哥灣溢油事故中，溢油分散劑水下技術(shù)的有效應(yīng)用，為水下溢油應(yīng)急處置方法提供了新的技術(shù)發(fā)展方向，也為世界各國(guó)建立溢油分散劑水下技術(shù)方案提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

在墨西哥灣溢油事故中，約42%的溢油分散劑應(yīng)用于水下應(yīng)急處置［18］。海面供給溢油分散劑的船舶，通過(guò)連續(xù)油管（coil tubing）打入水下，再由水下機(jī)器人（ROV）將連續(xù)油管牽引至溢油口處進(jìn)行溢油分散劑的噴注，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示［19］。

表1 溢油分散劑水下噴注技術(shù)參數(shù)

溢油分散劑水下使用技術(shù)由于其使用環(huán)境的特殊，有著常規(guī)溢油污染處置方法所不具備的優(yōu)勢(shì)：

（1）不受海面狀況變化的影響。由于水下環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，在海面狀況不適宜常規(guī)溢油處置的情況下，可以進(jìn)行水下溢油分散劑噴注的應(yīng)急處置。同時(shí)，由于溢油分散劑水下使用主要依靠水下機(jī)器人（ROV）進(jìn)行作業(yè)，因此在霧天或夜晚等常規(guī)溢油應(yīng)急處置無(wú)法進(jìn)行的情況下可使用溢油分散劑水下技術(shù)［20］。

（2）較高的乳化分散性。溢油分散劑本身對(duì)于新鮮的原油具有較高的乳化分散性，而在常規(guī)溢油污染處置過(guò)程中，溢油污染物通過(guò)擴(kuò)散、乳化和溶解等一系列物理化學(xué)過(guò)程使其本身的理化性質(zhì)（如黏度、密度及化學(xué)成分等）發(fā)生變化（如形成油包水乳化物等），降低了常規(guī)溢油處置方法的工作效率。而溢油分散劑在水下使用，直接噴注于溢油處，作用于新鮮原油，能夠減少溢油在擴(kuò)散過(guò)程中環(huán)境因素對(duì)其性質(zhì)的影響，提高了溢油分散劑的乳化分散能力。

（3）減少環(huán)境污染。溢油分散劑水下噴注使溢油在水下乳化分散形成水包油形態(tài)的小液滴，一方面促進(jìn)了水體中的微生物對(duì)溢油污染物的降解；另一方面也減少了海底溢油在上升過(guò)程中對(duì)整個(gè)水體的污染。同時(shí)，減少了上浮至海面的溢油量，也間接減少了海面溢油向岸線遷移擴(kuò)散所引起的岸線生境污染損害［21］。

1.2.2 溢油分散劑水下應(yīng)用存在的問(wèn)題

（1）技術(shù)方法。現(xiàn)階段，國(guó)際上尚未建立起完善的溢油分散劑水下使用技術(shù)。隨著溢油分散劑水下應(yīng)用技術(shù)在墨西哥灣溢油事故中的首次應(yīng)用，學(xué)者們逐步開(kāi)始了溢油分散劑水下使用技術(shù)的相關(guān)研究。BP公司利用美國(guó)國(guó)家海洋與大氣局（NOAA）所提供的水下數(shù)據(jù)以及數(shù)學(xué)模型（CDOG Model），以溢油分散劑的有效使用率（efficiency of the dispersant application）和作用時(shí)間為主要指標(biāo)，對(duì)溢油分散劑的水下使用效果進(jìn)行了一定范圍內(nèi)的預(yù)測(cè)分析，結(jié)果表明溢油分散劑水下使用能夠有效降低溢油向水面的遷移。學(xué)者們利用LISST－100X顆粒分析儀對(duì)溢油分散劑使用后水體中油滴粒徑進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)分析小顆粒油滴濃度的變化對(duì)溢油分散劑的使用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)在溢油分散劑水下使用后，小顆粒油滴濃度顯著的升高，表明溢油分散劑的水下使用加快了溢油的乳化過(guò)程，促進(jìn)了小粒徑油滴的形成［22］。

學(xué)者們利用水下溢油模擬試驗(yàn)裝置，通過(guò)分析溢油分散劑使用后水下溢油顆粒粒徑變化，對(duì)溢油分散劑水下使用效果進(jìn)行了初步的評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在劑油比為1∶150的條件下，使用后溢油顆粒粒徑是未使用環(huán)境下的1／3，表明溢油分散劑水下使用有效增加水下溢油的乳化效率，促進(jìn)水下溢油的乳化分散，從而加快了水體中微生物對(duì)溢油的降解［23］。

同時(shí)，國(guó)際石油工業(yè)環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（IPIECA）、國(guó)際海事組織（IMO）、國(guó)際油氣生產(chǎn)者協(xié)會(huì)（OGP）以及由9家國(guó)際石油公司出資成立的深水應(yīng)急項(xiàng)目組（SWRP）等國(guó)際油氣行業(yè)相關(guān)組織也陸續(xù)啟動(dòng)了針對(duì)溢油分散劑水下使用的方法、設(shè)備構(gòu)建以及產(chǎn)品選擇等方面的相關(guān)研究［19］。受試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法等方面的影響，目前針對(duì)溢油分散劑水下應(yīng)用所開(kāi)展的研究，多集中于室內(nèi)模擬、數(shù)值預(yù)測(cè)的試驗(yàn)。

（2）環(huán)境影響。對(duì)于溢油分散劑水下使用的環(huán)境影響研究較少，且現(xiàn)階段開(kāi)展的研究多集中于墨西哥灣溢油事故。在墨西哥灣溢油事故中美國(guó)環(huán)保部（EPA）利用48h半致死濃度（LC50）作為指標(biāo)，以墨西哥灣海域Americamysis bahia和Menidia beryllina為受試生物，開(kāi)展了溢油分散劑的急性毒性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溢油事故中所使用的溢油分散劑對(duì)兩種受試生物分別表現(xiàn)出輕度毒性和無(wú)毒性［24］。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，溢油分散劑對(duì)受試生物內(nèi)分泌系統(tǒng)并未產(chǎn)生顯著的干擾作用［25］。

學(xué)者們以溢油分散劑主要成分乙二醇單丁醚（2－Butoxyethanol，DPnB）濃度作為指標(biāo)，對(duì)在1100～1300m所采集的約4000份沉積物和水體樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表面僅8%的樣品中檢測(cè)出DPnB，且濃度范圍在0.0170～113.4μg／L，低于美國(guó)環(huán)保部（EPA）所規(guī)規(guī)定的相關(guān)濃度限制標(biāo)準(zhǔn)［26］。

此外，學(xué)者們?cè)诰嚯x溢油源10km處的羽狀油層（deep－sea oil plume）取樣分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域中細(xì)菌豐度顯著高于未受污染水體中的細(xì)菌豐度，且對(duì)石油烴烷類組分表現(xiàn)出較高的降解率，而其他學(xué)者所開(kāi)展的相關(guān)室內(nèi)研究也表明，溢油分散劑的使用能夠顯著促進(jìn)溢油污染物的生物降解［27－28］。

然而，環(huán)境因素（如溫度）、溢油分散劑使用方法和毒性試驗(yàn)受試生物的選擇等諸多因素均會(huì)對(duì)溢油分散劑水下使用及毒性測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響［29］。同時(shí)，也有學(xué)者指出，溢油分散劑水下應(yīng)用對(duì)海洋環(huán)境所產(chǎn)生的長(zhǎng)期影響還有待進(jìn)一步研究［30］。因此，建立完善的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法及相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于分析確定溢油分散劑水下使用所產(chǎn)生的環(huán)境影響具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

2 我國(guó)溢油分散劑處置技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 效果評(píng)價(jià)與處置技術(shù)的建立

我國(guó)目前溢油分散劑使用效果的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法多依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18188.1／2－2000中所規(guī)定的方法建立。但由于波浪強(qiáng)度、溫度及油品性質(zhì)的變化等諸多因素均會(huì)影響溢油分散劑的乳化率，因此建立符合或接近自然海況條件的實(shí)驗(yàn)方法或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于評(píng)價(jià)溢油分散劑的乳化率具有重要的實(shí)際意義。

我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于溢油分散劑的水下應(yīng)用研究剛剛起步，對(duì)于原理、試驗(yàn)方法及使用技術(shù)等方面均處于空白，而隨著我國(guó)南海水下油氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，開(kāi)展研究溢油分散劑水下相關(guān)技術(shù)方案，對(duì)于保證我國(guó)南海水下油氣資源開(kāi)發(fā)的順利實(shí)施，應(yīng)對(duì)水下大型或不可控溢油事故的發(fā)生，維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)健康，具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

學(xué)者們針對(duì)溢油分散劑使用對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響開(kāi)展了多年的研究，但由于受試生物的不同、檢測(cè)指標(biāo)的差異以及評(píng)價(jià)方法的區(qū)別，對(duì)溢油分散劑的使用是否對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響仍存在爭(zhēng)議［20］。而作為溢油污染處置的有效手段之一，建立全面、科學(xué)溢油分散劑使用環(huán)境影響預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方法是溢油分散劑的合理使用重要前提。

3 展望

三沙市的設(shè)立為我國(guó)加快南海深水區(qū)域油氣開(kāi)采創(chuàng)造了條件，而切實(shí)可行的溢油應(yīng)急技術(shù)，則是深水區(qū)域油氣開(kāi)采順利進(jìn)行的有效保障。以墨西哥灣溢油事故及溢油分散劑水下應(yīng)急手段的有效實(shí)施為借鑒，建立、完善和發(fā)展我國(guó)溢油分散劑水下應(yīng)用技術(shù)將為我國(guó)應(yīng)對(duì)南海深水區(qū)域油氣開(kāi)采事故發(fā)生以及降低事故環(huán)境損害提供有效的解決途徑，也將為實(shí)現(xiàn)我國(guó)南海海域油氣開(kāi)采過(guò)程中的環(huán)境管理提供技術(shù)支持。

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