劉莉峰，曲 良，王 輝

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300461）

目前，深水油氣開采已經(jīng)成為世界各國資源開發(fā)的主要發(fā)展途徑之一。我國的深水油氣資源主要分布于南海海域，據(jù)學者們分析，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，號稱全球 “第二個波斯灣”［1］。隨著2012年我國 “海洋石油981”深水鉆井平臺在南海的正式投入使用，我國成為第一個自主開發(fā)南海深水油氣資源的國家，深水油氣開采及其相關領域正成為我國石油工業(yè)拓展的新方向。

在深水油氣開采過程中，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溢油事故再一次給世界深水油氣開采業(yè)敲醒了警鐘。如何保障深水油氣開采的順利進行，建立切實可行的技術方法，減少突發(fā)溢油事故可能造成的海洋環(huán)境損害，已經(jīng)成為我國現(xiàn)階段海洋開發(fā)與管理關注的熱點。

現(xiàn)階段，常規(guī)溢油應急處置技術包括：機械回收、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)生及其溢油應急處置措施的實施，為我國研發(fā)深水溢油事故應急處置技術提供了可借鑒的經(jīng)驗。在此次溢油事故中，與其他應急處置手段相比較，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)境下溢油事故應急處置措施提供了新的技術發(fā)展方向。

1 溢油分散劑應急處置技術

溢油分散劑的使用作為處置溢油污染的主要手段之一，在溢油事故應急過程中被廣泛使用。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，通過減弱溢油與水之間的界面張力，使溢油迅速乳化分散，進而大大提高溢油的自然分散速率、生物降解速率和光化學氧化速率，從而減小溢油對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1.1 溢油分散劑的水面應用

1.1.1 研究現(xiàn)狀

學者們針對溢油分散劑的水面噴灑開展了較多的研究，包括試驗室和模擬水槽試驗。

現(xiàn)階段，我國針對溢油分散劑使用效果影響因素的研究尚屬空白，學者們利用波浪槽開展了模擬條件下溢油分散劑乳化性能的試驗研究，利用波浪槽（長15m，寬1m，工作水深0.5m）測試不同油膜厚度、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)境條件對溢油分散劑使用效果的影響［2］。

我國針對溢油分散劑的室內試驗多集中于產(chǎn)品性能（如乳化率）的評價。目前產(chǎn)品乳化性能的測試方法主要依據(jù)國家標準（GB18188.1－2000《中華人民共和國國家標準——溢油分散劑技術條件》）及行業(yè)標準（HY044－1997《中華人民共和國行業(yè)標準——海洋石油勘探開發(fā)常用溢油分散劑性能指標及檢驗方法》）中規(guī)定的測試方法進行。此方法屬于實驗室規(guī)模的分析測試方法：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波長下測定萃取液的吸光度，根據(jù)標準曲線計算出乳化液中油的濃度；根據(jù)油的濃度（mg／L）計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］。

國外針對溢油分散劑的室內研究主要通過BFT（baffled flask test）［5－7］測試方法進行測試。BFT分析測試原理與前面提到的國家標準、行業(yè)標準相同，都是通過測定水體中乳化油濃度，計算乳化率。不同的是該方法采用瓶底帶凹槽及分支結構的三角瓶作為測試容器，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下測試待測液體的吸光度，根據(jù)標準曲線計算待測液的油濃度。

與室內實驗測試相對應的是，利用模擬波浪槽進行模擬海況條件下溢油分散劑使用效果的評價研究。學者們利用美國國家溢油應急測試機構（National Oil Spill Response Test Facility）的Ohmsett波浪槽，以試驗前后海面的溢油量變化率作為乳化率，進行溢油分散劑使用效果的評價，但由于溢油質量變化難以科學準確的計算，該方法尚存在一定的爭議［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)對溢油分散劑使用效果開展的為期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指標被用來評價溢油分散劑的乳化效果［10－11］，通過對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行測試分析。水體中油的濃度越高，溢油分散劑對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。該研究方法已被國際廣泛接受，其研究成果在國際會議及期刊上多次發(fā)表，并應用于監(jiān)測墨西哥灣溢油事故水下溢油分散劑的使用效果［12］?，F(xiàn)場監(jiān)測方面，在聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）與國際海事組織（IMO）所編制的溢油分散劑使用導則（guideline for the use of dispersant）中也說明可以通過測試溢油分散劑使用前后水體中油的濃度，對溢油分散劑的使用效果進行評價［13］。

由以上國內外研究現(xiàn)狀的分析可以看出，無論是實驗室規(guī)模的分析測試方法（國標、國家海洋局行業(yè)標準、BFT方法），還是波浪槽內開展的實驗研究，都是基于水體中乳化油的濃度來評價溢油分散劑的乳化分散性能。

1.1.2 溢油分散劑水面應用存在的問題

（1）準確率較低。建立科學的溢油分散劑水面使用效果評價方法是目前眾多研究所關注的熱點。試驗室研究具有較好可重復性，能夠確定試驗結果的誤差范圍［14］，但由于所設定的環(huán)境條件，與溢油事故現(xiàn)場往往存在較大差異，其對于應急處置中溢油分散劑使用的指導具有一定的局限性。而針對模擬試驗水槽建立利用質量平衡（mass balance）進行溢油分散劑效果評價的方法，由于無法較科學準確地計算試驗前后水面的溢油量，故無法較準確的計算溢油分散劑的乳化率［15］。此外，南海海域的風、浪、流等自然環(huán)境也會對溢油分散劑水面應用準確性產(chǎn)生影響。

（2）環(huán)境影響缺少針對性。國內外對溢油分散劑的毒性影響均開展了一系列的研究。如我國目前依據(jù)《魚類急性毒性試驗方法》（GB／T 18188.1－2000）評價溢油分散劑產(chǎn)品的毒性。美國國家環(huán)保局（EPA）利用海洋生物96h和48h半數(shù)致死濃度（LC50）作為指標評價溢油分散劑的毒性效應，并應用于墨西哥灣溢油處置所使用的溢油分散劑毒性評價中［16］。挪威針對海上和岸灘所使用溢油分散劑的毒性評價采用了海洋微藻（中肋骨條藻）EC50毒性效應試驗，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價缺少一定的針對性。

1.2 溢油分散劑水下應用

1.2.1 研究現(xiàn)狀

與溢油分散劑海面使用的研究與應用不同，國內外對于溢油分散劑水下技術的研究均剛剛起步，在使用方法、規(guī)范和效果評價等方面還不完善，而我國對于該技術的研究仍處于空白。但在墨西哥灣溢油事故中，溢油分散劑水下技術的有效應用，為水下溢油應急處置方法提供了新的技術發(fā)展方向，也為世界各國建立溢油分散劑水下技術方案提供了可借鑒的經(jīng)驗。

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

表1 溢油分散劑水下噴注技術參數(shù)

溢油分散劑水下使用技術由于其使用環(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：

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

（2）較高的乳化分散性。溢油分散劑本身對于新鮮的原油具有較高的乳化分散性，而在常規(guī)溢油污染處置過程中，溢油污染物通過擴散、乳化和溶解等一系列物理化學過程使其本身的理化性質（如黏度、密度及化學成分等）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，能夠減少溢油在擴散過程中環(huán)境因素對其性質的影響，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，一方面促進了水體中的微生物對溢油污染物的降解；另一方面也減少了海底溢油在上升過程中對整個水體的污染。同時，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 溢油分散劑水下應用存在的問題

（1）技術方法?，F(xiàn)階段，國際上尚未建立起完善的溢油分散劑水下使用技術。隨著溢油分散劑水下應用技術在墨西哥灣溢油事故中的首次應用，學者們逐步開始了溢油分散劑水下使用技術的相關研究。BP公司利用美國國家海洋與大氣局（NOAA）所提供的水下數(shù)據(jù)以及數(shù)學模型（CDOG Model），以溢油分散劑的有效使用率（efficiency of the dispersant application）和作用時間為主要指標，對溢油分散劑的水下使用效果進行了一定范圍內的預測分析，結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。學者們利用LISST－100X顆粒分析儀對溢油分散劑使用后水體中油滴粒徑進行了測試，通過分析小顆粒油滴濃度的變化對溢油分散劑的使用效果進行評價，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程，促進了小粒徑油滴的形成［22］。

學者們利用水下溢油模擬試驗裝置，通過分析溢油分散劑使用后水下溢油顆粒粒徑變化，對溢油分散劑水下使用效果進行了初步的評價，結果發(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，促進水下溢油的乳化分散，從而加快了水體中微生物對溢油的降解［23］。

同時，國際石油工業(yè)環(huán)境保護委員會（IPIECA）、國際海事組織（IMO）、國際油氣生產(chǎn)者協(xié)會（OGP）以及由9家國際石油公司出資成立的深水應急項目組（SWRP）等國際油氣行業(yè)相關組織也陸續(xù)啟動了針對溢油分散劑水下使用的方法、設備構建以及產(chǎn)品選擇等方面的相關研究［19］。受試驗條件、試驗方法等方面的影響，目前針對溢油分散劑水下應用所開展的研究，多集中于室內模擬、數(shù)值預測的試驗。

（2）環(huán)境影響。對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環(huán)保部（EPA）利用48h半致死濃度（LC50）作為指標，以墨西哥灣海域Americamysis bahia和Menidia beryllina為受試生物，開展了溢油分散劑的急性毒性試驗，發(fā)現(xiàn)溢油事故中所使用的溢油分散劑對兩種受試生物分別表現(xiàn)出輕度毒性和無毒性［24］。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，溢油分散劑對受試生物內分泌系統(tǒng)并未產(chǎn)生顯著的干擾作用［25］。

學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，對在1100～1300m所采集的約4000份沉積物和水體樣品進行了分析，結果表面僅8%的樣品中檢測出DPnB，且濃度范圍在0.0170～113.4μg／L，低于美國環(huán)保部（EPA）所規(guī)規(guī)定的相關濃度限制標準［26］。

此外，學者們在距離溢油源10km處的羽狀油層（deep－sea oil plume）取樣分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域中細菌豐度顯著高于未受污染水體中的細菌豐度，且對石油烴烷類組分表現(xiàn)出較高的降解率，而其他學者所開展的相關室內研究也表明，溢油分散劑的使用能夠顯著促進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受試生物的選擇等諸多因素均會對溢油分散劑水下使用及毒性測試結果產(chǎn)生影響［29］。同時，也有學者指出，溢油分散劑水下應用對海洋環(huán)境所產(chǎn)生的長期影響還有待進一步研究［30］。因此，建立完善的環(huán)境影響評價方法及相關測試標準對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)實意義。

2 我國溢油分散劑處置技術存在的問題

2.1 效果評價與處置技術的建立

我國目前溢油分散劑使用效果的評價實驗方法多依據(jù)國家標準GB18188.1／2－2000中所規(guī)定的方法建立。但由于波浪強度、溫度及油品性質的變化等諸多因素均會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驗方法或標準，對于評價溢油分散劑的乳化率具有重要的實際意義。

我國現(xiàn)階段對于溢油分散劑的水下應用研究剛剛起步，對于原理、試驗方法及使用技術等方面均處于空白，而隨著我國南海水下油氣勘探開發(fā)進程的加快，開展研究溢油分散劑水下相關技術方案，對于保證我國南海水下油氣資源開發(fā)的順利實施，應對水下大型或不可控溢油事故的發(fā)生，維護海洋生態(tài)系統(tǒng)健康，具有迫切的現(xiàn)實意義。

2.2 環(huán)境影響評價

學者們針對溢油分散劑使用對環(huán)境所產(chǎn)生的影響開展了多年的研究，但由于受試生物的不同、檢測指標的差異以及評價方法的區(qū)別，對溢油分散劑的使用是否對環(huán)境產(chǎn)生影響仍存在爭議［20］。而作為溢油污染處置的有效手段之一，建立全面、科學溢油分散劑使用環(huán)境影響預測和評價方法是溢油分散劑的合理使用重要前提。

3 展望

三沙市的設立為我國加快南海深水區(qū)域油氣開采創(chuàng)造了條件，而切實可行的溢油應急技術，則是深水區(qū)域油氣開采順利進行的有效保障。以墨西哥灣溢油事故及溢油分散劑水下應急手段的有效實施為借鑒，建立、完善和發(fā)展我國溢油分散劑水下應用技術將為我國應對南海深水區(qū)域油氣開采事故發(fā)生以及降低事故環(huán)境損害提供有效的解決途徑，也將為實現(xiàn)我國南海海域油氣開采過程中的環(huán)境管理提供技術支持。

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