溢油分散剂在深水油气勘探开发溢油污染处置中的应用＊

刘莉峰，曲 良，王 辉

（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300461）

目前，深水油气开采已经成为世界各国资源开发的主要发展途径之一。我国的深水油气资源主要分布于南海海域，据学者们分析，南海主要盆地的油气资源潜量为707.8亿t，其中天然气资源潜量为582260亿m3，石油资源潜量为291.9亿t，号称全球 “第二个波斯湾”［1］。随着2012年我国 “海洋石油981”深水钻井平台在南海的正式投入使用，我国成为第一个自主开发南海深水油气资源的国家，深水油气开采及其相关领域正成为我国石油工业拓展的新方向。

在深水油气开采过程中，溢油事故是其面临的一大挑战。墨西哥湾深水地平线钻井平台溢油事故再一次给世界深水油气开采业敲醒了警钟。如何保障深水油气开采的顺利进行，建立切实可行的技术方法，减少突发溢油事故可能造成的海洋环境损害，已经成为我国现阶段海洋开发与管理关注的热点。

现阶段，常规溢油应急处置技术包括：机械回收、溢油分散剂喷洒、原位燃烧以及吸附。墨西哥湾溢油事故的发生及其溢油应急处置措施的实施，为我国研发深水溢油事故应急处置技术提供了可借鉴的经验。在此次溢油事故中，与其他应急处置手段相比较，溢油分散剂在水面及水下使用的有效处置，为研发深水环境下溢油事故应急处置措施提供了新的技术发展方向。

1 溢油分散剂应急处置技术

溢油分散剂的使用作为处置溢油污染的主要手段之一，在溢油事故应急过程中被广泛使用。溢油分散剂主要是利用表面活性剂的乳化作用，在常规使用中将溢油分散剂喷洒于溢油海面，通过减弱溢油与水之间的界面张力，使溢油迅速乳化分散，进而大大提高溢油的自然分散速率、生物降解速率和光化学氧化速率，从而减小溢油对海洋生态系统的影响。

1.1 溢油分散剂的水面应用

1.1.1 研究现状

学者们针对溢油分散剂的水面喷洒开展了较多的研究，包括试验室和模拟水槽试验。

现阶段，我国针对溢油分散剂使用效果影响因素的研究尚属空白，学者们利用波浪槽开展了模拟条件下溢油分散剂乳化性能的试验研究，利用波浪槽（长15m，宽1m，工作水深0.5m）测试不同油膜厚度、波数及不同深度条件下，溢油分散剂使用前后水体中乳化油浓度的变化，研究不同环境条件对溢油分散剂使用效果的影响［2］。

我国针对溢油分散剂的室内试验多集中于产品性能（如乳化率）的评价。目前产品乳化性能的测试方法主要依据国家标准（GB18188.1－2000《中华人民共和国国家标准——溢油分散剂技术条件》）及行业标准（HY044－1997《中华人民共和国行业标准——海洋石油勘探开发常用溢油分散剂性能指标及检验方法》）中规定的测试方法进行。此方法属于实验室规模的分析测试方法：油在溢油分散剂作用下形成O／W（水包油）型乳化液；利用三氯甲烷作溶剂萃取乳化液中的油，在650nm波长下测定萃取液的吸光度，根据标准曲线计算出乳化液中油的浓度；根据油的浓度（mg／L）计算出乳化分散在水体中油的量，与加入油量的百分比即为乳化率［3－4］。

国外针对溢油分散剂的室内研究主要通过BFT（baffled flask test）［5－7］测试方法进行测试。BFT分析测试原理与前面提到的国家标准、行业标准相同，都是通过测定水体中乳化油浓度，计算乳化率。不同的是该方法采用瓶底带凹槽及分支结构的三角瓶作为测试容器，该容器能提供充分的剪切力／剪切速度，使原油与溢油分散剂充分混合。在340nm、370nm、400nm下测试待测液体的吸光度，根据标准曲线计算待测液的油浓度。

与室内实验测试相对应的是，利用模拟波浪槽进行模拟海况条件下溢油分散剂使用效果的评价研究。学者们利用美国国家溢油应急测试机构（National Oil Spill Response Test Facility）的Ohmsett波浪槽，以试验前后海面的溢油量变化率作为乳化率，进行溢油分散剂使用效果的评价，但由于溢油质量变化难以科学准确的计算，该方法尚存在一定的争议［8－9］。目前，研究较深入的是由加拿大渔业海洋部海上油气环境研究中心（Center for Offshore Oil and Gas Environmental Research）的研究人员利用波浪槽系统对溢油分散剂使用效果开展的为期5年的研究。该方法主要研究波浪类型、温度、溢油分散剂种类、油品特性等因子对溢油分散剂使用效果的影响。在这些研究中，水体中油浓度以及颗粒粒径这两个指标被用来评价溢油分散剂的乳化效果［10－11］，通过对波浪槽不同水平及垂直位置取样的油浓度以及颗粒粒径进行测试分析。水体中油的浓度越高，溢油分散剂对原油的乳化效果越好；水体中油颗粒的粒径越小，油颗粒在水体中的悬浮状态就越稳定。该研究方法已被国际广泛接受，其研究成果在国际会议及期刊上多次发表，并应用于监测墨西哥湾溢油事故水下溢油分散剂的使用效果［12］。现场监测方面，在联合国环境署（UNEP）与国际海事组织（IMO）所编制的溢油分散剂使用导则（guideline for the use of dispersant）中也说明可以通过测试溢油分散剂使用前后水体中油的浓度，对溢油分散剂的使用效果进行评价［13］。

由以上国内外研究现状的分析可以看出，无论是实验室规模的分析测试方法（国标、国家海洋局行业标准、BFT方法），还是波浪槽内开展的实验研究，都是基于水体中乳化油的浓度来评价溢油分散剂的乳化分散性能。

1.1.2 溢油分散剂水面应用存在的问题

（1）准确率较低。建立科学的溢油分散剂水面使用效果评价方法是目前众多研究所关注的热点。试验室研究具有较好可重复性，能够确定试验结果的误差范围［14］，但由于所设定的环境条件，与溢油事故现场往往存在较大差异，其对于应急处置中溢油分散剂使用的指导具有一定的局限性。而针对模拟试验水槽建立利用质量平衡（mass balance）进行溢油分散剂效果评价的方法，由于无法较科学准确地计算试验前后水面的溢油量，故无法较准确的计算溢油分散剂的乳化率［15］。此外，南海海域的风、浪、流等自然环境也会对溢油分散剂水面应用准确性产生影响。

（2）环境影响缺少针对性。国内外对溢油分散剂的毒性影响均开展了一系列的研究。如我国目前依据《鱼类急性毒性试验方法》（GB／T 18188.1－2000）评价溢油分散剂产品的毒性。美国国家环保局（EPA）利用海洋生物96h和48h半数致死浓度（LC50）作为指标评价溢油分散剂的毒性效应，并应用于墨西哥湾溢油处置所使用的溢油分散剂毒性评价中［16］。挪威针对海上和岸滩所使用溢油分散剂的毒性评价采用了海洋微藻（中肋骨条藻）EC50毒性效应试验，并以此规定了海上和岸滩所使用溢油分散剂的毒性允许浓度［17］。但这些研究均缺少对于溢油分散剂本身及其使用后乳化原油在水体中行为归宿的研究，这使溢油分散剂的毒性评价缺少一定的针对性。

1.2 溢油分散剂水下应用

1.2.1 研究现状

与溢油分散剂海面使用的研究与应用不同，国内外对于溢油分散剂水下技术的研究均刚刚起步，在使用方法、规范和效果评价等方面还不完善，而我国对于该技术的研究仍处于空白。但在墨西哥湾溢油事故中，溢油分散剂水下技术的有效应用，为水下溢油应急处置方法提供了新的技术发展方向，也为世界各国建立溢油分散剂水下技术方案提供了可借鉴的经验。

在墨西哥湾溢油事故中，约42%的溢油分散剂应用于水下应急处置［18］。海面供给溢油分散剂的船舶，通过连续油管（coil tubing）打入水下，再由水下机器人（ROV）将连续油管牵引至溢油口处进行溢油分散剂的喷注，相关技术参数如表1所示［19］。

表1 溢油分散剂水下喷注技术参数

溢油分散剂水下使用技术由于其使用环境的特殊，有着常规溢油污染处置方法所不具备的优势：

（1）不受海面状况变化的影响。由于水下环境相对稳定，在海面状况不适宜常规溢油处置的情况下，可以进行水下溢油分散剂喷注的应急处置。同时，由于溢油分散剂水下使用主要依靠水下机器人（ROV）进行作业，因此在雾天或夜晚等常规溢油应急处置无法进行的情况下可使用溢油分散剂水下技术［20］。

（2）较高的乳化分散性。溢油分散剂本身对于新鲜的原油具有较高的乳化分散性，而在常规溢油污染处置过程中，溢油污染物通过扩散、乳化和溶解等一系列物理化学过程使其本身的理化性质（如黏度、密度及化学成分等）发生变化（如形成油包水乳化物等），降低了常规溢油处置方法的工作效率。而溢油分散剂在水下使用，直接喷注于溢油处，作用于新鲜原油，能够减少溢油在扩散过程中环境因素对其性质的影响，提高了溢油分散剂的乳化分散能力。

（3）减少环境污染。溢油分散剂水下喷注使溢油在水下乳化分散形成水包油形态的小液滴，一方面促进了水体中的微生物对溢油污染物的降解；另一方面也减少了海底溢油在上升过程中对整个水体的污染。同时，减少了上浮至海面的溢油量，也间接减少了海面溢油向岸线迁移扩散所引起的岸线生境污染损害［21］。

1.2.2 溢油分散剂水下应用存在的问题

（1）技术方法。现阶段，国际上尚未建立起完善的溢油分散剂水下使用技术。随着溢油分散剂水下应用技术在墨西哥湾溢油事故中的首次应用，学者们逐步开始了溢油分散剂水下使用技术的相关研究。BP公司利用美国国家海洋与大气局（NOAA）所提供的水下数据以及数学模型（CDOG Model），以溢油分散剂的有效使用率（efficiency of the dispersant application）和作用时间为主要指标，对溢油分散剂的水下使用效果进行了一定范围内的预测分析，结果表明溢油分散剂水下使用能够有效降低溢油向水面的迁移。学者们利用LISST－100X颗粒分析仪对溢油分散剂使用后水体中油滴粒径进行了测试，通过分析小颗粒油滴浓度的变化对溢油分散剂的使用效果进行评价，发现在溢油分散剂水下使用后，小颗粒油滴浓度显著的升高，表明溢油分散剂的水下使用加快了溢油的乳化过程，促进了小粒径油滴的形成［22］。

学者们利用水下溢油模拟试验装置，通过分析溢油分散剂使用后水下溢油颗粒粒径变化，对溢油分散剂水下使用效果进行了初步的评价，结果发现在剂油比为1∶150的条件下，使用后溢油颗粒粒径是未使用环境下的1／3，表明溢油分散剂水下使用有效增加水下溢油的乳化效率，促进水下溢油的乳化分散，从而加快了水体中微生物对溢油的降解［23］。

同时，国际石油工业环境保护委员会（IPIECA）、国际海事组织（IMO）、国际油气生产者协会（OGP）以及由9家国际石油公司出资成立的深水应急项目组（SWRP）等国际油气行业相关组织也陆续启动了针对溢油分散剂水下使用的方法、设备构建以及产品选择等方面的相关研究［19］。受试验条件、试验方法等方面的影响，目前针对溢油分散剂水下应用所开展的研究，多集中于室内模拟、数值预测的试验。

（2）环境影响。对于溢油分散剂水下使用的环境影响研究较少，且现阶段开展的研究多集中于墨西哥湾溢油事故。在墨西哥湾溢油事故中美国环保部（EPA）利用48h半致死浓度（LC50）作为指标，以墨西哥湾海域Americamysis bahia和Menidia beryllina为受试生物，开展了溢油分散剂的急性毒性试验，发现溢油事故中所使用的溢油分散剂对两种受试生物分别表现出轻度毒性和无毒性［24］。进一步的研究发现，溢油分散剂对受试生物内分泌系统并未产生显著的干扰作用［25］。

学者们以溢油分散剂主要成分乙二醇单丁醚（2－Butoxyethanol，DPnB）浓度作为指标，对在1100～1300m所采集的约4000份沉积物和水体样品进行了分析，结果表面仅8%的样品中检测出DPnB，且浓度范围在0.0170～113.4μg／L，低于美国环保部（EPA）所规规定的相关浓度限制标准［26］。

此外，学者们在距离溢油源10km处的羽状油层（deep－sea oil plume）取样分析发现，该区域中细菌丰度显著高于未受污染水体中的细菌丰度，且对石油烃烷类组分表现出较高的降解率，而其他学者所开展的相关室内研究也表明，溢油分散剂的使用能够显著促进溢油污染物的生物降解［27－28］。

然而，环境因素（如温度）、溢油分散剂使用方法和毒性试验受试生物的选择等诸多因素均会对溢油分散剂水下使用及毒性测试结果产生影响［29］。同时，也有学者指出，溢油分散剂水下应用对海洋环境所产生的长期影响还有待进一步研究［30］。因此，建立完善的环境影响评价方法及相关测试标准对于分析确定溢油分散剂水下使用所产生的环境影响具有迫切的现实意义。

2 我国溢油分散剂处置技术存在的问题

2.1 效果评价与处置技术的建立

我国目前溢油分散剂使用效果的评价实验方法多依据国家标准GB18188.1／2－2000中所规定的方法建立。但由于波浪强度、温度及油品性质的变化等诸多因素均会影响溢油分散剂的乳化率，因此建立符合或接近自然海况条件的实验方法或标准，对于评价溢油分散剂的乳化率具有重要的实际意义。

我国现阶段对于溢油分散剂的水下应用研究刚刚起步，对于原理、试验方法及使用技术等方面均处于空白，而随着我国南海水下油气勘探开发进程的加快，开展研究溢油分散剂水下相关技术方案，对于保证我国南海水下油气资源开发的顺利实施，应对水下大型或不可控溢油事故的发生，维护海洋生态系统健康，具有迫切的现实意义。

2.2 环境影响评价

学者们针对溢油分散剂使用对环境所产生的影响开展了多年的研究，但由于受试生物的不同、检测指标的差异以及评价方法的区别，对溢油分散剂的使用是否对环境产生影响仍存在争议［20］。而作为溢油污染处置的有效手段之一，建立全面、科学溢油分散剂使用环境影响预测和评价方法是溢油分散剂的合理使用重要前提。

3 展望

三沙市的设立为我国加快南海深水区域油气开采创造了条件，而切实可行的溢油应急技术，则是深水区域油气开采顺利进行的有效保障。以墨西哥湾溢油事故及溢油分散剂水下应急手段的有效实施为借鉴，建立、完善和发展我国溢油分散剂水下应用技术将为我国应对南海深水区域油气开采事故发生以及降低事故环境损害提供有效的解决途径，也将为实现我国南海海域油气开采过程中的环境管理提供技术支持。

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