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        油粒子模型在海洋石油開發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

        2021-08-02 01:26:12齊莎莎袁曉娟
        化工管理 2021年19期

        齊莎莎,袁曉娟

        (1.中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京 100102;2.中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司,北京 100012)

        0 引言

        石油開發(fā)溢油事件屬于人類對(duì)海洋石油進(jìn)行開發(fā)和利用過(guò)程中,較為頻發(fā)的環(huán)境事件之一。海上溢油風(fēng)險(xiǎn)是自然或人為活動(dòng)引發(fā)的不確定事件,隨著我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,海上溢油污染的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻[1]。溢油污染事件,尤其是重大溢油污染事件往往具有突發(fā)性和嚴(yán)重的環(huán)境致災(zāi)性,同時(shí)具有極大社會(huì)敏感性和廣泛的社會(huì)關(guān)注度。溢油對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害,對(duì)事發(fā)海域的浮游生物、貝類、魚類、無(wú)脊椎動(dòng)物、海鳥和大型哺乳動(dòng)物等會(huì)產(chǎn)生毒害作用,并可能最終通過(guò)食物鏈作用于人體[2]。因此本文以某油田海洋石油開發(fā)工程為例,選用“油粒子”溢油模型,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果,對(duì)不同氣象條件下某海底管道發(fā)生溢油事故后的油膜漂移軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè),評(píng)估周邊海域環(huán)境保護(hù)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn),針對(duì)性提出風(fēng)險(xiǎn)防范措施,有助于提高風(fēng)險(xiǎn)管理水平,有效地組織實(shí)施溢油應(yīng)急反應(yīng)。

        1 海洋石油開發(fā)工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

        1.1 井噴

        在鉆完井作業(yè)中,地層壓力欠平衡引起循環(huán)液漏失等原因,導(dǎo)致發(fā)生井涌、井噴事故。伴隨井噴釋放的原油和烴類物質(zhì),遇明火可能引發(fā)平臺(tái)火災(zāi)、爆炸,嚴(yán)重污染周圍海洋環(huán)境。

        1.2 儲(chǔ)罐破裂

        腐蝕、管件閥門失效等原因可能導(dǎo)致儲(chǔ)罐油氣泄漏,當(dāng)泄漏物濃度聚集達(dá)到爆炸極限時(shí)遇到明火便釀成火災(zāi)和爆炸,一旦發(fā)生儲(chǔ)罐燃燒、爆炸、破裂等一系列連鎖反應(yīng),處理不當(dāng),均會(huì)造成重大溢油事故。此外,儲(chǔ)罐附近如發(fā)生火災(zāi),長(zhǎng)期高溫可能使儲(chǔ)罐閥門等關(guān)鍵部位扭曲變形,出現(xiàn)溢油事故。

        1.3 海底管道溢油

        海底管道屬于海上石油開發(fā)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要組成部分。導(dǎo)致事故發(fā)生的原因主要包括:腐蝕、沖刷懸空、斷裂以及人類海洋活動(dòng)等。腐蝕來(lái)自管道內(nèi)腐蝕、泥水交界面產(chǎn)生的海泥/海水腐蝕電池等。過(guò)往船舶的拋錨和拖網(wǎng)等人類海洋活動(dòng),一定程度破壞管道防腐涂層,或者給管道造成刮痕、壓坑等損傷,嚴(yán)重的可直接導(dǎo)致管道破裂泄漏。

        1.4 船舶溢油

        船舶屬于海上石油勘探、石油開發(fā)和生產(chǎn)的支持性環(huán)節(jié),工作的船舶主要有多功能船、物資供應(yīng)船和油輪等[3]。引發(fā)船舶溢油事件原因主要有輸油軟管破裂、碰撞、擱淺和翻沉等。

        2 溢油預(yù)測(cè)及影響評(píng)價(jià)

        以某油田為例,采用“油粒子”溢油模型,選擇大潮期的漲潮和落潮為典型時(shí)刻,模擬不同風(fēng)速、風(fēng)向條件下某條海底輸油管道全管徑斷裂溢油事故的油膜漂移軌跡,評(píng)估周邊海域環(huán)境保護(hù)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

        2.1 溢油模型

        (1)模型介紹。溢油進(jìn)入海洋水體后,會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程,包括擴(kuò)展、漂移、擴(kuò)散、蒸發(fā)、乳化、溶解、沉積等[4]?!坝土W印蹦P途褪前岩缬碗x散為大量粒子,每個(gè)粒子代表一定體積的溢油,以粒子的隨機(jī)走動(dòng)模擬油膜漂移過(guò)程,以粒子的質(zhì)量損失和熱量交換表示風(fēng)化作用。

        (2)計(jì)算域及網(wǎng)格。以整個(gè)渤海為計(jì)算域,采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格,由30 700個(gè)節(jié)點(diǎn)和59 047個(gè)三角單元組成。海底管道附近海域進(jìn)行局部加密,空間步長(zhǎng)在100 m以內(nèi),海底管道泄漏位置附近的網(wǎng)格空間步長(zhǎng)在20~50 m之間。

        (3)參數(shù)確定。分析確定情景模擬參數(shù)如表1所示。

        表1 典型污染事故情景模擬參數(shù)值

        根據(jù)溢油種類,確定模型其他參數(shù)如表2所示。

        表2 溢油模型參數(shù)

        2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

        (1)主導(dǎo)風(fēng)向。海底輸油管道平臺(tái)端發(fā)生溢油事故時(shí),夏季主導(dǎo)風(fēng)向SE條件下,油膜最快在4.0 h抵達(dá)東營(yíng)利津底棲魚類生態(tài)國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū),抵達(dá)前殘余油量為72.6%;冬季主導(dǎo)風(fēng)向NW條件下,油膜最快在3.5 h抵達(dá)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū),抵達(dá)前殘余油量為74.1%;6.5 h抵達(dá)黃河故道東三角洲限制區(qū),抵達(dá)前殘存油量為69.9%。

        (2)不利風(fēng)向。海底輸油管道平臺(tái)端發(fā)生溢油事故時(shí),不利風(fēng)向N條件下,油膜最快2.5 h抵達(dá)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū),抵達(dá)前殘余油量為80.4%;抵達(dá)其他保護(hù)目標(biāo)的情況如表3所示。不利風(fēng)向NE條件下,油膜最快2.0h抵達(dá)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū),抵達(dá)前殘余油量為82.5%;抵達(dá)其他敏感目標(biāo)的情況見表3。

        表3 油膜抵達(dá)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)最短時(shí)間(h)/抵達(dá)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)前殘余油量(%)

        3 風(fēng)險(xiǎn)防范措施

        對(duì)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)追根溯源,切實(shí)做好源頭與過(guò)程管控,同時(shí)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的末端治理,將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響降到最低[5]。

        3.1 降低風(fēng)險(xiǎn)概率措施

        由復(fù)勘檢測(cè),對(duì)懸空部分進(jìn)行支撐,及時(shí)治理修復(fù)。設(shè)定安全作業(yè)區(qū),發(fā)布航行通告、設(shè)置海圖標(biāo)記,建立區(qū)域立體化監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行護(hù)衛(wèi)巡邏。

        海底管道應(yīng)采取嚴(yán)格防腐措施,每年定期進(jìn)行清管作業(yè),定期開展海管立管探摸檢測(cè)和腐蝕內(nèi)檢測(cè)。每3年進(jìn)行一次路

        3.2 及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事故的措施

        實(shí)時(shí)監(jiān)控海底管道溫度和壓力變化。值班人員進(jìn)行海底管道巡檢。環(huán)保船守護(hù)巡查,發(fā)現(xiàn)溢油迅速處理。安裝自動(dòng)關(guān)斷系統(tǒng),盡快切斷溢油源。安裝管道泄漏監(jiān)控系統(tǒng),及時(shí)確定泄漏位置,快速封堵。

        3.3 應(yīng)急響應(yīng)和生態(tài)修復(fù)

        一旦發(fā)現(xiàn)溢油事故,盡快采取有效措施,控制溢油,在油膜抵達(dá)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)前2.0 h之內(nèi)開展應(yīng)急響應(yīng)。實(shí)時(shí)監(jiān)控溢油情況,識(shí)別危害、預(yù)測(cè)動(dòng)向及評(píng)估可能影響區(qū)域。采用圍油欄對(duì)溢油進(jìn)行圍控、導(dǎo)流,回收泄漏油品,盡量減少對(duì)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響。必要時(shí)在經(jīng)過(guò)評(píng)估后可噴灑消油劑。響應(yīng)結(jié)束后編制生態(tài)修復(fù)方案,采用物理、化學(xué)和微生物等方法修復(fù)受影響生態(tài)系統(tǒng),并跟蹤和評(píng)估修復(fù)效果,至生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。

        4 結(jié)論

        在海洋石油開發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上,針對(duì)某油田海底輸油管道126 t原油溢油事故的油膜漂移軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明:油膜最快2.0 h抵達(dá)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū);最快3.5 h抵達(dá)黃河故道北三角洲禁止區(qū);最快4.0 h抵達(dá)山東黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)。鑒于油田周邊海域環(huán)境敏感,需盡量降低對(duì)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)影響,加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理,落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)防范措施,包括降低風(fēng)險(xiǎn)概率措施,及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事故措施,在油膜抵達(dá)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)前2.0 h內(nèi)做出應(yīng)急響應(yīng),控制、回收溢油,響應(yīng)結(jié)束后開展生態(tài)修復(fù)。

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