周舉史雨夕

（1．東北石油大學石油工程學院，黑龍江 大慶 163000；2．中石油大慶油田分公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

渤海地區(qū)海底管道漏油污染研究

周舉1史雨夕2

（1．東北石油大學石油工程學院，黑龍江 大慶 163000；2．中石油大慶油田分公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

本文結(jié)合渤海油田實際，并確定了渤海地區(qū)海底輸油管線發(fā)生漏油事故時的動態(tài)情況。通過實際算例認為，本模型能夠為海底輸油管線上發(fā)生蠕孔漏油時的動態(tài)情況進行精確的模擬。

渤海；蠕孔；海底管道

當前最為成熟的一種方法是采用三維數(shù)學模型用以研究由于水下溢油從而形成的浮射流，但是這一方法主要研究的是當海底的輸油管線發(fā)生嚴重的破壞，或者是海上平臺出現(xiàn)井噴之后，大量原油溢出時的問題，但這一情況在實際中并非特別常見，實際中常見的漏油問題主要是由海底輸油管線上極小的孔或者是蠕孔造成的少量漏油。因為漏油量很少，因而其運移情況是在海水當中形成一連串連續(xù)的小油珠，并逐漸漂浮至水面。因為渤海地區(qū)原油和海水之間的密度差較小，加之和水柱相比較而言溢油量較少，因而難以在上升過程當中出現(xiàn)浮射流，因而需要研究單個油滴在海水當中的運動情況，主要包括油滴于海水當中的浮動以及由紊流所導致的擴散。針對這一情況，本文建立了MAECOLMP模型，來對渤海地區(qū)海底管道的漏油問題進行動態(tài)研究。

1 渤海地區(qū)輸油管線污染的應(yīng)用

按照渤海地區(qū)的具體情況，篩選出以下幾個參數(shù)作為基本參數(shù)來進行計算：

（1）輸油管線參數(shù)：管道長度12500米，管線內(nèi)直徑315毫米，管線管壁厚度12毫米，輸送壓力1兆帕，管道入口處水深12米，管線輸送量每小時30立方米。

（2）自然條件：海面風速每秒7.5米，風向和海岸線之間的夾角為32度。

（3）原油及海水的理化性質(zhì)：輸送原油密度為950.4千克/立方米，表面張力1.044*10-5，管線所處地區(qū)海水密度為1033千克/立方米。

本文假設(shè)由靠近海岸的海上平臺向陸地輸油，管線架設(shè)于海面下放15米的海底。由此，能夠把海底面沿輸油管線軸線方向的剖面形狀簡化為圖1中的形式。

圖1 簡化后的輸油管線軸向剖面

具體的計算過程主要包括以下幾個步驟：

（1）篩選可能出現(xiàn)蠕孔的位置，并對其直徑進行確定。在本文當中，選擇的蠕孔與海上平臺之間的距離分別為2000米、6500米以及10000米。

（2）計算輸油管線不同位置處的蠕孔在單位時間內(nèi)的漏油量，計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同位置蠕孔在單位時間內(nèi)的漏油量

（3）為了能夠準確的計算油珠在海水當中的擴散程度，就應(yīng)當對海水的流動速度以及海水中含油濃度的標準進行判定。本文中假設(shè)風引起海水的流動方向與風的流動方向相一致，且由于是淺水區(qū)，因而在不同深度的情況下數(shù)值不發(fā)生改變。懸浮油在海水當中的濃度界限設(shè)定為4*10-2g/m3。圖3即為輸油管線上距離進口位置6500米的情況下，直徑為1.5毫米的蠕孔所泄漏的油滴在海水當中擴散后的三維模型的示意圖。

圖3 海水中油滴所形成羽狀三維模型示意圖

（5）通過計算得出上浮至海面處原油的量，之后對泄漏原油和海面直接接觸的位置進行積分。由于此區(qū)域為淺水區(qū)，因而由海面上積分的油量和由輸油管線蠕孔所泄漏的原油量基本一致。當本文當中，假設(shè)海面上油膜所可以形成的厚度最小值為0.001毫米，通過計算后發(fā)現(xiàn)，漏出原油量不同的情況下，油膜呈現(xiàn)出長帶狀的分布狀態(tài)，其寬度介于2.5-6.5米之間。海水表面帶狀原油的預測長度隨輸油管線上蠕孔位置以及其直徑不同的情況下，其計算結(jié)果如下圖所示。若輸油管線上蠕孔的直徑小于1毫米，上浮至海面上的油總量過少，不能在海面上出現(xiàn)呈連續(xù)狀態(tài)分布的油膜。如果蠕孔的直徑大于1毫米，則如果蠕孔和風吹動的方向的海岸線之間的直線距離小于油膜預計的尺寸，剩余油將會被海水攜帶至岸邊。

海面油膜尺寸隨隨蠕孔尺寸及位置的變化規(guī)律

（6）通過計算之后認為，海底屬于管線上通過蠕孔所產(chǎn)生的原油泄漏。

2 結(jié)語

通過計算發(fā)現(xiàn)，海底管線單位時間內(nèi)的漏油量受蠕孔所處位置的影響不大，而由于原油在上升過程當中受到海面風速以及海水流速的影響，在蠕孔直徑相同的條件下，蠕孔距離海岸線的距離越近，在海面上形成的油膜的長度也就越長，被海水攜帶至海岸線附近的漏出原油的量也就越大。與此同時，也應(yīng)當注意到，雖然蠕孔的直徑普遍偏小，但是若未能及時處理，也會發(fā)生相當嚴重的原油污染問題。

［1］龍紹橋.海上溢油行為與歸宿數(shù)值模擬及其對環(huán)境的影響研究[D].中國海洋大學,2006.

［2］Yu Fangjie,Li Jiaojiao,Cui Songxue,et al.A hindcast method to simulate oil spill trajectories for the Bohai Sea,North?east China[J].Ocean Engineering,2016,124:363-370.