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新技术使溢油无处可逃

新技术使溢油无处可逃

北极生态圈极为敏感且条件极端,在北极开采石油也承担了更多的责任。应运而生的北极泄油应急技术联合行业项目(JIP),汇集九家国际油气公司之力,为泄油漏油风险的应对与控制做出了全面而深入的探索与研究。

来自丨E&P
编译丨TOM 周诗雨

现今,低油价使油气行业更关注提高采收率与降低成本,尽管这些举措一直都备受关注。但在业内忽视的领域,有些至关重要的工作是通过改进技术,来降低风险,改善作业。

在过去的八年里,油气行业在研发溢油应急与控制技术方面进行了大量投资,也取得了许多重大进展。在诸多方法中,出现了一些值得注意的新产品与一些非常有趣的研发工作,他们旨在以耳目一新的方式对意外的碳氢化合物排放进行管理。

油公司的进展

在推动泄油应急与控制技术上,油气行业组织了一项著名的项目:北极泄油应急技术联合行业项目(JIP)。JIP于2012年在国际油气生产商协会(IOGP)的支持下启动,汇集了九家国际油气公司(英国石油公司,雪佛龙公司,康菲石油公司,埃尼公司,埃克森美孚公司,北卡斯比安运营公司,壳牌公司,挪威国家石油公司与道达尔),旨在加强北极地区的泄油应急能力。重点主要集中在六个关键领域:分散剂、原地燃烧(ISB)、机械回收、环境影响、轨迹建模以及遥感。

该项目着力于现有工具的改进,利用新技术新系统对工具的功能进行拓展,并加深了对每种工具使用条件的认知,其覆盖面被誉为迄今为止最广泛的。它的总体目标是要实现更高水平的行业应急能力。这不仅包括更深入的认识泄油与可选的控制方法,还包括投资员工培训,帮助他们掌握泄油知识以及应对技能,以便在事件发生时能够迅速有效地做出反应。

新技术使溢油无处可逃

图 北极泄油环境影响及泄油应急技术

在2017年年末,JIP发布了五年来的工作成果概要,其中包括评估与描述泄油以及控制工具的成果,并可帮助应急人员尽快地找到最有效的工具来控制泄漏源,提高相关人员的灵活性。

JIP针对分散剂方面的研究工作包括在北极海洋条件下评估分散油的性能。研究人员在各种配置下测试油类型、分散剂类型、水盐度、湍流能级以及冰浓度,从而获得能够改进未来应急方案的信息,并基于这些科学数据,实施更好的实时应急措施。

JIP对现有的ISB技术进行评估,研发出一种用于围拦与焚烧浮油的新型综合空投系统。该系统不仅扩展了围油栏在开阔水域的应用范围,还可评估围油栏潜在的毒性,并因此提出了一个新的工程概念,能够实现更高容量、更大覆盖范围的空中点火系统。根据该概要,这项技术拥有独立于地面支持的新型快速应急能力,提高了应对偏远地区意外泄油的有效性,增强了作业性能以及围油栏的环境容许性。

JIP还利用实验室与现场测试的结果,结合建模研究,以提高对冰中油的认知,了解微生物对冰中油的反应,以及冰中油可能会对海洋冰生态系统造成哪些影响。这项工作填补了一项重要的知识空白,其研究结果表明,由于油、油与分散剂混合物或ISB残留物都是冻结在冰面上,因此不会对海洋冰生态系统产生太大的环境影响。

JIP的轨迹建模工作集中于开发高分辨率的冰漂移模型,该模型在浮冰环境中的高冰浓度区与边缘冰区的表现均优于现有模型。但要想让新模型能在国际上通用,重要的一步就是冰模型必须以国际接受的数据交换格式来输出结果。这样就可以高效地从一系列冰模型中将数据导入到两种最常用的行为模型中去,从而可以更准确地预测在多种冰环境下,油被冰冻结后的运移情况。

由JIP主导的遥感测试项目,使人们更深刻的了解了相对传感器的能力,以及它们在冰上、冰下、油中、冰中的优缺点。该项目所收集的数据被用于创建了首套油田图像指南,概述了12个石油与冰的案例,并补充了其他的成果,总结出开阔水域遥感的最佳实践案例以及可用的传感器。

有趣的是,在评估机械回收作业时,JIP得出的结论认为,通过设计与工程不可能取得实质性改进,使用其他领域中的先进技术可能会更有利。

新发明

行业内为应对与控制泄油付出了诸多努力,一些实际成果已经以新工具的形式进入了市场。在新推出的解决方案中,其中一个就是水下封井技术。该技术名为偏置安装设备(OIE),于2017年3月由Oil Spill Response公司(OSRL)发布,由OSRL、Saipem与水下井应急项目(SWRP)成员协作完成的。该技术专门为无法直接垂直连接井口的情况所设计。OIE能够很好地将封井装置或相关设备安装在距离泄漏点的安全距离处,从而大大缩短封井或阻止井喷的时间。

据该公司介绍,此设备可在距离事故现场500米(1650英尺)处使用,作业窗口为75米水深至600米(250英尺至2000英尺)水深。这在油气行业尚属首例。OIE与OSRL的封井设备能够完全兼容,这样就形成了一个几乎适用于所有水下情况的封井与控制解决方案。

每个成员组织都拥有训练有素、经验丰富的人员,他们熟知系统的功能,并能够在事故发生期间操作OIE。在SWRP项目结束时,IOGP会通过其专家委员会与OSRL合作,确保利益相关者能够认识到OIE的能力,这也是推动全球接纳该方法的良好实践之一。

在OSRL推出其新技术的同时,一群挪威供应商创立了溢油回收船(OSRV)集团,提供泄油应急服务。Framo、海事合作伙伴、Norbit Aptomar与NorLense经过共同努力,提供了包括挪威制造的组件在内的应急响应设备,推出了成熟的解决方案。

在该产品的宣传新闻稿中,OSRV详细讲解了这些组件:来自Aptomar的雷达与红外摄像头,用于识别并提供浮油概况;来自Maritime Partner的高速船只,用于拖曳由NorLense提供的围油栏;来自Framo TransRec的撇油器系统将油回收到船上。OSRV的好处之一是任何一个合作伙伴都可以组织一套完整的整体解决方案。

新技术使溢油无处可逃

图 NorLense围油栏用于围住溢油,并由Framo TransRec的撇油器系统将溢油回收到船上。(来源:Framo AS)

提前预防,有备无患

休斯敦大学(UH)正在进行一个有趣的项目,寻找方法来预测钻井平台何时可能发生潜在的灾难性事故。2017年12月,UH宣布国家科学、工程与医学科学院为该项目提供了120万美元的赠款,这是国家科学院海湾研究项目的六项计划之一,旨在开发新技术、工艺或程序,加深对海上油气业务系统性风险的认识与控制。

这项研究的重点是气侵。一支大学研究人员团队正在与石油行业合作开发新的方法,目的是开发出监测气体与其他碳氢化合物流量的方法,然后应用基础科学与工程方法来预测何时可能会发生灾难性事故,并开发新的方法来监测事故处理过程。

这项工作将使用高级计算方法进行建模,能更好地了解当气体沿着钻杆往上移动时,会发生什么,在什么条件下发生,以及预测由于气体聚集而可能发生危险的时间点。

跳出常规

其他研究工作正朝着更远的方向前进,如果事故无法预防,就会开发出回收石油的方法。大多数情况下,目前这些都还只是“学术”成果,但它们体现了思维碰撞的火花,以及从不同的角度来审视解决问题的潜在价值。

其中一种有趣的技术为“冰冻烟雾”的物质,这是一种雾气状的蓝色气凝胶,大约在90年前由美国斯坦福大学研究人员开发。这种气凝胶是世界上最轻的固体。据美国宇航局称,这是一种由超过99.8%空气组成的通孔型材料。总部位于德克萨斯州奥斯汀的一家名为AeroClay LLC的公司,正在使用这种物质来制造一种低密度的特殊吸收性材料,这种材料可以根据其化学性质来捕集油或水。一些有远见的人希望用气凝胶制造用于吸收石油的围油栏。气凝胶的一个有趣特征是,一旦材料处于饱和状态,就可以提取与回收被吸收的石油。

宾夕法尼亚州立大学也开发出了一种吸收性聚合物材料。据报道,实验证明这种材料在石油中能够吸收比自身重量大40倍的油。这是由材料科学与工程教授开发的基于聚烯烃的超级石油吸收剂,被拥有商标权与商业化权利的休斯顿OsComp系统公司(现为Hicor Technologies)注册为Petrogel。除了特别能吸油之外,Petrogel还可以像气凝胶一样释放出所吸收的碳氢化合物。

与此同时,密歇根大学的研究人员开发出一种特殊的过滤涂层,可以将油从水中排出。常规表层能够吸收油,但聚合物与纳米颗粒的组合会形成排斥油、吸引水的表面。为了测试涂层,研究人员在涂层溶液中浸泡了少量聚酯碎片,用紫外线固化后,将它们暴露在多种油水混合物中。测试结果表明,该材料的有效率达到了99.9%。

创新发明

技术一直是海上油气开发的推动者,并且也将一直会是油气行业构建未来的基础。

业内为防止与控制漏油做出了诸多努力,已经催生出了一些解决方案与潜在解决方案。这些方案可以通过及时回收可能损害敏感生态系统的石油,来降低意外泄油的风险,并减轻此类泄露对环境的影响。

油气行业想要超越现状的希冀,以及利用新兴技术解决海上难题的愿景,都将成为改变行业的契机。

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