渤海地區(qū)海底管道漏油污染研究

周舉史雨夕

（1．東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000；2．中石油大慶油田分公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

渤海地區(qū)海底管道漏油污染研究

周舉1史雨夕2

（1．東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000；2．中石油大慶油田分公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163000）

本文結(jié)合渤海油田實(shí)際，并確定了渤海地區(qū)海底輸油管線發(fā)生漏油事故時(shí)的動(dòng)態(tài)情況。通過(guò)實(shí)際算例認(rèn)為，本模型能夠?yàn)楹５纵斢凸芫€上發(fā)生蠕孔漏油時(shí)的動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行精確的模擬。

渤海；蠕孔；海底管道

當(dāng)前最為成熟的一種方法是采用三維數(shù)學(xué)模型用以研究由于水下溢油從而形成的浮射流，但是這一方法主要研究的是當(dāng)海底的輸油管線發(fā)生嚴(yán)重的破壞，或者是海上平臺(tái)出現(xiàn)井噴之后，大量原油溢出時(shí)的問(wèn)題，但這一情況在實(shí)際中并非特別常見(jiàn)，實(shí)際中常見(jiàn)的漏油問(wèn)題主要是由海底輸油管線上極小的孔或者是蠕孔造成的少量漏油。因?yàn)槁┯土亢苌?，因而其運(yùn)移情況是在海水當(dāng)中形成一連串連續(xù)的小油珠，并逐漸漂浮至水面。因?yàn)椴澈５貐^(qū)原油和海水之間的密度差較小，加之和水柱相比較而言溢油量較少，因而難以在上升過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)浮射流，因而需要研究單個(gè)油滴在海水當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)情況，主要包括油滴于海水當(dāng)中的浮動(dòng)以及由紊流所導(dǎo)致的擴(kuò)散。針對(duì)這一情況，本文建立了MAECOLMP模型，來(lái)對(duì)渤海地區(qū)海底管道的漏油問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究。

1 渤海地區(qū)輸油管線污染的應(yīng)用

按照渤海地區(qū)的具體情況，篩選出以下幾個(gè)參數(shù)作為基本參數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

（1）輸油管線參數(shù)：管道長(zhǎng)度12500米，管線內(nèi)直徑315毫米，管線管壁厚度12毫米，輸送壓力1兆帕，管道入口處水深12米，管線輸送量每小時(shí)30立方米。

（2）自然條件：海面風(fēng)速每秒7.5米，風(fēng)向和海岸線之間的夾角為32度。

（3）原油及海水的理化性質(zhì)：輸送原油密度為950.4千克/立方米，表面張力1.044*10-5，管線所處地區(qū)海水密度為1033千克/立方米。

本文假設(shè)由靠近海岸的海上平臺(tái)向陸地輸油，管線架設(shè)于海面下放15米的海底。由此，能夠把海底面沿輸油管線軸線方向的剖面形狀簡(jiǎn)化為圖1中的形式。

圖1 簡(jiǎn)化后的輸油管線軸向剖面

具體的計(jì)算過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）篩選可能出現(xiàn)蠕孔的位置，并對(duì)其直徑進(jìn)行確定。在本文當(dāng)中，選擇的蠕孔與海上平臺(tái)之間的距離分別為2000米、6500米以及10000米。

（2）計(jì)算輸油管線不同位置處的蠕孔在單位時(shí)間內(nèi)的漏油量，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同位置蠕孔在單位時(shí)間內(nèi)的漏油量

（3）為了能夠準(zhǔn)確的計(jì)算油珠在海水當(dāng)中的擴(kuò)散程度，就應(yīng)當(dāng)對(duì)海水的流動(dòng)速度以及海水中含油濃度的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。本文中假設(shè)風(fēng)引起海水的流動(dòng)方向與風(fēng)的流動(dòng)方向相一致，且由于是淺水區(qū)，因而在不同深度的情況下數(shù)值不發(fā)生改變。懸浮油在海水當(dāng)中的濃度界限設(shè)定為4*10-2g/m3。圖3即為輸油管線上距離進(jìn)口位置6500米的情況下，直徑為1.5毫米的蠕孔所泄漏的油滴在海水當(dāng)中擴(kuò)散后的三維模型的示意圖。

圖3 海水中油滴所形成羽狀三維模型示意圖

（5）通過(guò)計(jì)算得出上浮至海面處原油的量，之后對(duì)泄漏原油和海面直接接觸的位置進(jìn)行積分。由于此區(qū)域?yàn)闇\水區(qū)，因而由海面上積分的油量和由輸油管線蠕孔所泄漏的原油量基本一致。當(dāng)本文當(dāng)中，假設(shè)海面上油膜所可以形成的厚度最小值為0.001毫米，通過(guò)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，漏出原油量不同的情況下，油膜呈現(xiàn)出長(zhǎng)帶狀的分布狀態(tài)，其寬度介于2.5-6.5米之間。海水表面帶狀原油的預(yù)測(cè)長(zhǎng)度隨輸油管線上蠕孔位置以及其直徑不同的情況下，其計(jì)算結(jié)果如下圖所示。若輸油管線上蠕孔的直徑小于1毫米，上浮至海面上的油總量過(guò)少，不能在海面上出現(xiàn)呈連續(xù)狀態(tài)分布的油膜。如果蠕孔的直徑大于1毫米，則如果蠕孔和風(fēng)吹動(dòng)的方向的海岸線之間的直線距離小于油膜預(yù)計(jì)的尺寸，剩余油將會(huì)被海水?dāng)y帶至岸邊。

海面油膜尺寸隨隨蠕孔尺寸及位置的變化規(guī)律

（6）通過(guò)計(jì)算之后認(rèn)為，海底屬于管線上通過(guò)蠕孔所產(chǎn)生的原油泄漏。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，海底管線單位時(shí)間內(nèi)的漏油量受蠕孔所處位置的影響不大，而由于原油在上升過(guò)程當(dāng)中受到海面風(fēng)速以及海水流速的影響，在蠕孔直徑相同的條件下，蠕孔距離海岸線的距離越近，在海面上形成的油膜的長(zhǎng)度也就越長(zhǎng)，被海水?dāng)y帶至海岸線附近的漏出原油的量也就越大。與此同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)注意到，雖然蠕孔的直徑普遍偏小，但是若未能及時(shí)處理，也會(huì)發(fā)生相當(dāng)嚴(yán)重的原油污染問(wèn)題。

［1］龍紹橋.海上溢油行為與歸宿數(shù)值模擬及其對(duì)環(huán)境的影響研究[D].中國(guó)海洋大學(xué),2006.

［2］Yu Fangjie,Li Jiaojiao,Cui Songxue,et al.A hindcast method to simulate oil spill trajectories for the Bohai Sea,North?east China[J].Ocean Engineering,2016,124:363-370.