海上稠油开采溢油应急回收设备现状及进展

赵兴 周苏东 钱国栋 邢成路 吴亮 王宪鑫

摘要：文章基于海上溢油应急回收设备现状及稠油回收困难的问题，根据工作原理差异介绍多类型溢油回收设备，统计并分析现阶段国家级、地方级及溢油应急专业单位应急设备库的溢油回收设备配置;重点阐述现有溢油回收设备在稠油泄漏处置过程中存在的结构设计缺乏针对性、泵送传输能力不足以及输油管线承压能力不足等问题;介绍海外溢油应急设备制造厂商为解决稠油回收困难问题而设计和改进的新型收油机及泵送系统，为我国海上稠油回收设备研究提供技术参考。

关键词：海上溢油;溢油应急;稠油回收;溢油回收设备

中图分类号：TE5;P75 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2023）10-0120-04

0 引言

近年来，海上油田油气开发、储运活动日益增多，发生海上重大溢油事故的风险随之增加，海上溢油事故会对相关海域沿岸的经济和环境造成严重损害。截至2016年，在我国渤海海域已投入使用的采油平台和已铺设的海底油气管道中，超过70%已服役超过15年，导致渤海海域发生海上溢油事故的风险加剧[1]。

稠油具有高黏度和高密度的特点，主要含有沥青质成分和较多的胶质[2-3]。我国海上稠油集中分布在渤海，渤海已落实原油探明地质储量达42亿t，其中地层原油黏度大于350 mPa·s的稠油约占15%[4]。面对渤海稠油开采过程中溢油风险日益加剧的现状，针对海上稠油溢油事故应急处置回收技术的研究十分迫切。

目前我国针对开放水域的溢油应急处置技术[5-6]已开展多层次的研究，尤其在溢油漂移轨迹预测、溢油围控与回收等技术领域取得关键性成果[7]。但从海上溢油事故实际应急处置的表现来看，现阶段国内使用的溢油回收设备对稠油的回收效果并不理想。本研究总结国内溢油应急回收设备在稠油回收过程中存在的问题，并简述国外稠油回收设备现状及研究进展。

1 溢油回收设备

溢油回收设备是指用于回收水面溢油的机械装置，又称为收油机或撇油器，主要由收油头、传输系统和动力站3个部分组成。按工作原理进行分类，目前使用的收油机主要分为堰式收油机、真空式收油机和亲油式收油机[8]，其中亲油式收油机又可分为盘式收油机、鼓式收油机、绳式收油机、带式收油机和刷式收油机;此外，还包括机械抬升式收油机、涡流/离心式收油机、浸没式收油机等其他类型。不同类型收油机对稠油的回收性能[8]如表1所示。

2 我国溢油回收设备配置及存在的问题

2.1 溢油回收设备配置

综合分析国家级和地方级溢油应急设备库以及溢油应急专业公司设备库或应急基地的溢油回收设备配置数据，目前我国的溢油回收设备以堰式收油机，刷式、盘式、鼓式亲油式收油机以及真空式收油机为主，极少设备库配置绳式、带式亲油式收油机以及机械抬升式收油机，几乎没有配置浸没式收油机以及涡流/离心式收油机。

稠油回收效率以及设备出厂性能等参数（表1）通常是在平静水面环境下、针对特定油品进行水池实验或海面实验得出的，只能作为参考指标，并不能真实反映收油机在实际溢油事故应急回收中的性能。此外，收油机的回收性能取决于天气条件、自然海况以及浮油自身性质（如油膜厚度、油品黏度和风化程度）等多重因素[9-10]。

2.2 存在的问题

在回收黏度较大的稠油时，刷式收油机的滚刷转动不畅，刷毛黏附稠油的能力下降，即使黏附稠油，刮板也无法有效分离稠油与毛刷，导致滚刷继续转动甚至刷毛脱落。由于稠油流动性差，大多数盘式收油机缺乏油聚集能力，亲油效果不理想，回收效率远低于給定参数。与刷式收油机相比，鼓式收油机有更大和更光滑的表面，且刮板可分离黏附的少量稠油并实现回收;对于可流动的稠油，鼓式收油机也强于盘式收油机;但鼓式收油机对乳化油的回收效果不佳，轮鼓会空转打滑。在回收因风化或乳化严重而几乎失去黏附性的油膜或油渣时，鼓式、盘式、刷式亲油式收油机的回收性能基本失效。

使用依靠重力作用的堰式收油机、依靠真空作用的真空式收油机或机械抬升式收油机回收风化严重的稠油效果较好，但存在含水量较高的问题，油水界面难以掌握，其中机械抬升式收油机还存在款式单一和数量不足的问题。稠油回收对设备泵送系统能力要求更高，目前我国配置收油机的泵送能力与输油管线的承压强度均不能满足持续、高效回收稠油的需求。在泵送能力不足时，短时间的作业即可造成泵内部密封垫片发生冲击损坏，导致液压油泄露。目前对稠油泵送效果较好的泵体有阿基米德螺杆泵和凸轮转子泵。

固体海洋垃圾对溢油回收设备的影响也不容忽视，超过5cm 的固体垃圾就会堵塞旋转的泵体，出现堵塞憋压的现象，限制涡流式收油机和普通堰式收油机的回收效率。

3 国外稠油回收技术

通过调研可以发现，国外多家溢油应急设备制造厂商为解决稠油回收难题，已设计并制造具有针对性的溢油回收设备，如LAMOR 的BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB 铲式收油机、DESMI的BeltSkimmer带式收油机、Vikoma的StarDiscMaxi收油机都可用于高黏度油的回收。上述设备通过改进收油头结构、增强泵送系统及提高输油管线承压能力实现稠油回收，可为我国稠油回收设备研究提供技术思路参考。

（1）BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB铲式收油机。该收油机非常适合在陆地、海上和北极环境条件下进行油井清理和溢油清理作业，其将刷轮收油机的高效溢油回收功能与挖掘机铲斗的刮油和挖掘功能结合在一起，基于成熟的硬刷刷轮技术，可自动从海水或土壤中分离油、乳液和含油碎屑。此外，LRB 系统不受漂浮物的影响，回收油中的自由水含量小于2%。在海上作业中可使用铲斗提升刷轮，从而铲取和排空重油污泥和其他固体材料（如油渣、冰粒）。

（2）BeltSkimmer带式收油机。带上配有凸起“牙齿”的特殊附件，有助于吸进重油层，可回收流动性差的高黏度油。该收油机可在任何方向上操作，将稠油拉入并排放至收集斗中。其泵体的强大功能可通过环形注水进一步增强泵送系统，大大降低输油软管中的压力损失，从而可泵送非常黏稠的油;注水法兰可安装在泵的入口或出口，可进行热水或冷水注水。该收油机的优点包括：提高稠油回收率;传送带可连接到收油机上，也可作为单独的完整系统;注水系统可用于降低输油软管背压;推进器可用于远程定位，具有远程控制功能;新的DOP-250双卸载泵可与收油机分离，便于转移。

（3）StarDiscMaxi收油机。该收油机具有齿盘式圆盘组和反向运行能力，可处理漂浮的碎屑;较小的碎屑可通过圆盘收集在集油槽上方的格栅中，不会影响收油机的操作。坚固的铝制结构和挡板使其适用于最具挑战性的条件，其搭载的容积泵可用于输送最黏稠的油污，通过添加注水系统可进一步提高稠油回收率。该收油机的优点包括：非常适合在开阔水域使用;可回收油品的黏度最高达100万cSt，收油头的回收能力高达100m3/h;具有2组坚固的齿盘式回收模块（图1）。

4 结语

我国渤海海域稠油储量丰富，油气开采活动频繁，老旧生产设施占比较高，导致溢油风险日益增高，对于提升稠油溢油应急能力的需求迫切。本研究介绍溢油回收设备类型，分析国内溢油回收设备的配置现状;基于海上溢油事故的处置过程，国内溢油回收设备对于稠油泄漏的应急处置能力还存在明显不足，主要体现在缺乏针对性及创新性、泵送能力弱以及输油管线强度低。根据国外稠油回收技术调研结果，国外设备厂商为解决稠油回收困难问题已研究并制造新型稠油回收装备，包括铲式、带式、齿盘式等改进的稠油收油头，带有注水系统的新型回收泵以及配套的高强度输送管线。国外稠油回收设备技术可为我国稠油回收设备研究提供技术思路参考，有助于我国溢油应急领域加快研发适用于稠油回收的特殊设备。

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