CN102251507A - 一种海底原油泄漏的早期收集方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：以大凝块的凝结特性和分裂特性为基础，既用特种布制作大空间的“超级大罩子(4)”或/和大直径的“浮力渠道(3)”，实现“超级大罩子(4)”和“浮力渠道(3)”内外压力差接近零，实现气凝胶不堵塞“超级大罩子(4)”和“浮力渠道(3)”；再利用浮力驱动气凝胶上升出现的负压去消解气凝胶大凝块，让高压漏油和低压海水激烈混合后形成的化合物结晶体和胶状体能自然上升到海面；在展开过程中，利用“浮筒(2)”的浮力和“定位锚”的重量拉伸“浮力渠道(3)”，快速形成一个相对稳定的漏油的收集通道，让漏油在“浮力渠道(3)”中轻松上升到海面；整个收集方法可以不需要动力抽吸设备。

Description

一种海底原油泄漏的早期收集方法及装置

技术领域

本发明属于是石油技术领域，尤其涉及海底原油泄漏的早期收集方法及装置，在海底原油泄漏时，能够快速收集泄漏原油并燃烧掉，也可收集原油不让其进一步扩散，为事故处理争取到足够的时间。

背景技术

美国墨西哥湾的原油泄漏突显缺少一种能快速收集泄漏原油的技术，阻止形成生态灾难。

本发明人对美国墨西哥湾的原油泄漏事件的思考，应对此类事故，关键是一个“快”字，不需要快速一次性全盘解决，需要的是给事故处理方足够的缓冲时间，如果能给事故处理方足够时间，就不会造成这么大损失了。

海底泄漏事故处理的是收集石油与天然气的高压混合物，并且是在高压混合物进入低压海水时进行收集处理；通常高压天然气变成低压天然气需要吸收大量热量，容易出现结冰现象，石油与天然气的高压混合物喷射入低压海水使这种混合非常剧烈，容易形成很多化合物结晶体和胶状体，从海底到海面还有一个压力释放过程，混合形成的化合物结晶体和胶状体在上升过程中还会膨胀，更严重的情况是收集这些化合物结晶体和胶状体是在非封闭环境下进行的，无法提供强大的泵力，这时，如果采用小管道收集，堵塞必然发生，采用直径不大的均匀大小的管道，也容易堵塞。

2010年5月16日星期日的央视新闻报道，英国石油公司宣布，所有堵漏手段全部失败，我认为失败的症结是：面对的是一口高产量油井，在非封闭环境下，在石油与天然气的高压混合物进入低压海水时进行堵和收集处理，用小口径管道在海底到海面的压力释放过程中传输化合物结晶体和胶状体。使用的方案是：用罩子收集漏油，用小口径管道传输漏油，再用抽吸设备把漏油抽吸到油船上，没有充分使用浮力，也用不上浮力；或用小口径管道直接抽吸漏油，没有充分使用浮力，也用不上浮力；阻力比浮力大多了。只有高产量的海底油井泄漏事故才会造成上述问题。

发明内容

我们发现，石油与天然气的高压混合物喷射入低压海水形成的化合物结晶体和胶状体在漏油口堵塞了漏油采集器，但是在自由上升到海面的过程中全部消解，那么石油与天然气和海水形成的化合物结晶体和胶状体的物理特性是什么呢？它能形成多大的凝块？它的稳定性如何？上升多少高度它就开始消解呢？(一个大气压约等于10米水深)石油与天然气和海水形成的化合物结晶体和胶状体是气凝胶，在外界有压力的情况下，它反而稳定，能凝块；当与外界形成的0压力时，气凝胶非常脆弱；当与外界形成负压力时，气凝胶中的气体膨胀，会直接摧毁气凝胶凝块。由于海水的涌动，形成的是无法凝固的非稳态气凝胶，海水涌动带动非稳态气凝胶相互碰撞，也会增加凝块的不稳定性，激发大凝块的分裂，气凝胶上升的压力释放过程很容易让大块胶状体分解成小块，甚至消解。

因此我们注意到，只要保持压力不变，给一定时间，非稳态气凝胶会自动消解；又气凝胶上浮过程导致其所受外在压力降低，内部气体膨胀，加速气凝胶分裂和消解。

针对以上特性，只要采集漏油的罩子足够高宽或/和传输管道直径足够大，就能充分激发气凝胶大凝块的不稳定特性和分裂特性(直径大到气凝胶凝块走完从汇聚到消解的过程都不会堵塞)，让气凝胶(泄漏石油与海水混合形成的化合物结晶体和胶状体)能够按我们约束的路径自然上升到海面，自然就解决了漏油的收集问题。

本发明要实现的目标是把漏油导引到海面，不是抽吸到油船上，方案中没有抽吸设备，靠充分利用漏油的浮力。本发明要实现的目标是快速的安装漏油采集设备，快速收集到海底漏油，减少原油扩散，给全盘解决原油泄漏事故争取到足够的缓冲时间。现在没有在海上容易安装的大直径管道和设备，本发明的目标还要先突破大直径管道的生产、运输和海上安装的瓶颈，制作新的大直径管道，并能快速生产、运输和海上安装，本发明的目标还要做到体积小、成本低，这样，每个钻井平台才能配一个“一种海底原油泄漏的早期收集方法及装置”，多一种消灭生态灾难的手段。

本发明总的技术构思为，以大凝块的凝结特性和分裂特性为基础，设计大空间的漏油采集罩子或/和大直径的传输通道，激发气凝胶(泄漏石油与海水混合形成的化合物结晶体和胶状体)的分裂特性，防止堵塞现象发生，让高压漏油和低压海水激烈混合后形成的化合物结晶体和胶状体能自然上升到海面，可进一步细化为下列二个方案：

方案一：采用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或降落伞布)制作超大直径的传输管道来收集和传输漏油，靠浮力让漏油在传输管道中上升，不需要抽吸设备，如图1、图2；此方法是把采集罩子和传输管道合二为一，此超大直径的传输管道一端与锚相连，另一端与浮筒相连；形象的说，就是把一根超大直径的软管在海水中垂直立起来，靠近海底端与锚连接，靠近海面端与浮筒连接，利用浮力和重力展开传输管道，约束漏油在传输管道中自然上升到海面。浮筒还可以做成无底无盖的圆柱性壁或多边形柱状壁(壁中空)，上有防火层，不怕火烧，也可与其他漏油收集设备相连。浮筒与定位锚之间有绳子相连，以此绳子来承受安装时定位锚的巨大重力，布上有扣，绳子从扣中通过，保持绳子与布之间的动态套接，同时能保护整个传输管道。为了增加安全系数，还可以围绕浮筒增加一个环行大浮筒，对上升到海面的油气进行二次保护。

方案二：采用超大罩子和特种布制作的大直径传输通道来收集和传输漏油，靠浮力让漏油在传输通道中上升，不需要抽吸设备，如图3；形象的说，超大罩子的结构和坦克用的降落伞相似，材质一样或相似，不同点是坦克变成锚(一个变多个)，系坦克的绳子变成系锚的绳子，伞的顶端开了一个大管口，直接连接传输管道，传输管道的材料用降落伞的布，传输管道可以长达千米，超大罩子的伞面比坦克降落伞面还要大很多，传输管道靠近海面的一端有一个连接用的扣或环，可直接连接不怕火的无底无盖的圆柱性壁或多边形柱状壁(壁中空)，或直接接到其他收集漏油的设备端口上。为了增加安全系数，还可以围绕浮筒增加一个环行大浮筒，对上升到海面的油气进行二次保护。

超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子、定位锚组成简化浮力渠道

超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子、定位锚、环行大浮筒、稳定锚组成完整简化浮力渠道。

超级大罩子(4)、超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子、定位锚组成基本浮力渠道。

超级大罩子(4)、超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子、定位锚、环行大浮筒、稳定锚组成完整浮力渠道。

超大直径传输管道(3)又可名为浮力渠道(3)。

超大直径传输管道：即用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或降落伞布)来制作超大直径传输管道，漏油及漏油形成的气凝胶都是大(超大)分子团结构，特种布不需要太致密，甚至可用细网格的化纤布或复合材料或伞布来做，把特种布缝在一起或/和用胶粘在一起，就可形成大直径传输管道，暂把这样的管道命名为浮力渠道，这样的浮力渠道还可以折叠、卷曲或伸缩，容易制作，也容易运输和安装，海水中的浮力渠道还拥有柔韧性和直径可变的特性，方便大凝块顺利通过，不堵塞。又由于特种布的非致密性，这样的浮力渠道(3)内外压力差为零，上升过程又会让气凝胶面对负压力，气凝胶的分裂让漏油上升更快，更不会堵塞。为了优化浮力渠道(3)的通过特性，浮力渠道(3)还可以作成倒锥型，靠海底的一头内径小，充分利用大凝块的上升压力释放过程激发大凝块的分裂特性；为了进一布增加超大直径传输管道的坚固性，还可在传输管道上增加防风雨伞伞布的上下叠合结构。(装置体积小，重量轻)

此超大直径传输管道一端与浮筒连接，另一端与多个定位锚连接，定位锚均匀分布在超大直径传输管道端口上；或超大直径传输管道一端与浮筒连接，另一端与超级大罩子连接。

超级大罩子：即用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或降落伞布)来制作一个超级大罩子，超级大罩子的结构和坦克用的降落伞相似，超级大罩子的结构还和防风雨伞的结构相似，材质一样或相似，不同点是坦克变锚，伞顶有大管口，既在罩子底沿或底沿延长线上系有多个定位锚(定位锚均匀分布在罩子底沿上)，用定位锚来保持罩底沿能固定在海底，再利用漏油中的气体把罩子撑起来，撑起后的罩子要达到百米的高宽，罩子的顶部有骨架，骨架上有一大管口，与超大直径传输管道(3)连接；为了进一步激发大凝块的分裂特性，可以沿罩子下表面增加一些突出的网格，使其能够存住一些气体，把罩子撑得更大更宽。超级大罩子的定位锚与浮筒有绳子相连，以此绳子来承受安装时定位锚的巨大重力，同时可用来定位“定位锚”和调整定位锚的位置，布上有扣(此扣为延长扣，既扣与线连，线与布连)，绳子从扣中通过，保持绳子与布之间的动态套接，同时能保护整个传输管道。(装置体积小，重量轻)

浮筒：用金属或复合材料制作一个无底无盖的圆柱性壁或多边形柱状壁，壁中空或壁中有轻质填充物，为了能提供展开“超大直径传输管道”的浮力，可加大壁厚或加挂其他浮筒；圆柱性或多边形柱浮筒还可做成与其他设备连接的端口。

锚：带爪的大铁块，与紧紧的抓住海底，分为定位锚(7)和稳定锚(11)，物理特性一样，只是用途不一样，定位锚与超级大罩子或超大直径传输管道相连，同时与浮筒连接，稳定锚只与浮筒或环行大浮筒相连。

绳子：此处绳子有两个主要用途，一个是连接定位锚与浮筒(2)的定位绳(12)，一个是连接稳定锚和浮筒或环行大浮筒的稳定绳(5)。

为了能安全和快速的展开整个“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置，靠定位锚与浮筒(2)之间的定位绳(12)，既通过松绳来展开“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置，通过收绳来收起“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置；通过提和放绳子来调整定位锚的位置。

环行大浮筒：环行大浮筒是把单个的传统浮筒串联起来，形成一个密闭环，密闭环的内圈或外圈有围网环，可把漏油约束在围网环内；对上升到海面的漏油实现二次保护，此环的直径可以做得很大，为事故处理争取更多时间。(装置体积小，重量轻)

为了防止浮筒漂移和摆动，需要另外增加稳定绳(5)和稳定锚(11)来固定。

对于收集到的石油，可以直接烧掉，也可用有处理油水混合物的油船回收。

另，一次事故不止一个泄漏点，需要多个“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置。本“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置是折叠后存储的，装置体积小，重量轻，可同时运输多个；先用水下机器人确定事故点，然后把本“基本浮力渠道或简化浮力渠道”的定位锚(7)直接放到海底，再调整定位锚(7)的位置，把事故点圈起来，实现快速自动安装，最后再放下固定浮筒的稳定锚(11)，整个过程无须其他专用设备。

本发明的技术方案如下：

一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：以大凝块的凝结特性和分裂特性为基础，既用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或伞布)制作大空间的“超级大罩子”或/和大直径的“超大直径传输管道”，实现“超级大罩子”和“超大直径传输管道”内外压力差接近零，实现气凝胶(泄漏石油与海水混合形成的化合物结晶体和胶状体)不堵塞“超级大罩子”和“超大直径传输管道”；再利用浮力驱动气凝胶上升出现的负压去消解气凝胶大凝块，让高压漏油和低压海水激烈混合后形成的化合物结晶体和胶状体能自然上升到海面；在展开过程中，利用“浮筒(2)”的浮力和“定位锚”的重量拉伸“超大直径传输管道(3)”；在定位过程中，用绳子和稳定锚固定住“浮筒(2)”，防止其摆动，快速形成一个相对稳定的漏油的收集通道，让漏油在“超大直径传输管道(3)”中轻松上升到海面；整个收集方法可以不需要动力抽吸设备。

为了增加安全系数，还可以增加一个“环行大浮筒(1)”，对上升到海面的油气进行二次保护。

所述超级大罩子用来收集漏油，是型如降落伞的罩子，用特种布来加工伞面，超级大罩子(4)底边上系有多个锚，保持超级大罩子(4)的底沿或底沿延长线牢固的固定在海底，再利用漏油中的气体把超级大罩子(4)撑起来，超级大罩子(4)的下表面还可以有一些突出的网格，这些网格能够存住一些气体，从而把超级大罩子(4)撑得更大更宽，超级大罩子(4)的顶部有一大管口，与超大直径传输管道(3)连接；

所述超大直径传输管道用特种布制成，可折叠或卷曲或伸缩，展开后形成管壮物，一头连接在“超级大罩子(4)”或“定位锚”上，另一头连接在“浮筒(2)”上，超大直径传输管道(3)靠海面的一端还可直接连接到其他设备上，超大直径传输管道(3)的作用是约束漏油在其内腔中上升。

所述浮筒(2)是无底无盖的圆柱性壁或多边形柱状壁，壁中空或壁中有轻质填充物，浮筒(2)和加挂的浮筒能提供足够浮力把“超大直径传输管道(3)”展开到海底，浮筒(2)通过绳子还和稳定锚连接，保持稳定，减少摆动幅度，浮筒(2)上有隔热材料，因为收集的油气可能需要烧掉。

所述环行大浮筒是无底无盖的圆周型围网加传统浮筒，围网部分在海面上，部分在海水中，其作用是接收从“浮筒(2)”益处的油气，对油气出口进行二次保护，“环行大浮筒(1)”的直径可以做得很大，方便缓存益处的油气，为全盘解决原油泄漏事故争取到足够的缓冲时间。“环行大浮筒(1)”与稳定锚连接，实现自身的固定。

为了能安全和快速的展开整个“基本浮力渠道”装置，靠定位锚与浮筒(2)之间的绳子，既通过松绳来展开“基本浮力渠道”装置，通过收绳来收起“基本浮力渠道”装置；通过提和放绳子来调整定位锚的位置。

环行大浮筒平时也是可以折叠的，当发生事故时，在“基本浮力渠道”外展开“环行大浮筒(1)”。

当原油泄漏口距离海面很深时，可以把“基本浮力渠道”串联起来。

当“超大直径传输管道(3)”较长时，表面看特种布太长，受力会太大和不均匀，实际上，由于定位锚和浮筒(2)之间有绳连接，纵向力主要由绳子承受，特种布主要承受横向力，，因此“超大直径传输管道(3)”可以很长。

一种海底原油泄漏的早期收集装置，包括超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子(5)定位锚(7)，其特征是：用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或伞布)制作超大直径传输管道，实现气凝胶(泄漏石油与海水混合形成的化合物结晶体和胶状体)不堵塞“超大直径传输管道(3)”；整个装置可折叠收起，也可通过浮筒(2)的浮力和定位锚的重量拉伸“超大直径传输管道(3)”，自动展开。

一种海底原油泄漏的早期收集装置，包括超级大罩子(4)、超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子(5)、环行大浮筒(1)、定位锚(7)、稳定锚，其特征是：用特种布(非致密性的细网格的化纤布或复合材料布或伞布)制作超大直径传输管道，实现气凝胶(泄漏石油与海水混合形成的化合物结晶体和胶状体)不堵塞“超大直径传输管道(3)”；整个装置可折叠收起，也可通过浮筒(2)的浮力和定位锚的重量拉伸“超大直径传输管道(3)”，自动展开。

本发明的技术效果如下：

本发明主要针对原油泄漏早期的处理，其最大的好处是生产成本低、体积小、重量轻，可自动展开，能快速控制原油泄漏的扩散，为全盘解决原油泄漏事故争取到足够的缓冲时间，每个钻井平台都可以配一个或多个。

时间是金钱，时间是生命，快一小时能减少多少损失，快一天能减少多少损失，快一周能减少多少损失，

附图说明

图1简化浮力渠道装置的侧视图

图2完整简化浮力渠道装置的侧视图

图3基本浮力渠道装置的侧视图

图中标号说明

1环行大浮筒    2浮筒        3超大直径传输管道(浮力渠道)

4超级大罩子    5稳定绳      6油气泄漏口

7定位锚        8火苗        9海底

10海面         11稳定锚     12定位绳

Claims (7)

1.一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：以大凝块的凝结特性和分裂特性为基础，既用特种布制作大空间的“超级大罩子(4)”或/和大直径的“超大直径传输管道(3)”，实现“超级大罩子(4)”和“超大直径传输管道(3)”内外压力差接近零，实现气凝胶不堵塞“超级大罩子(4)”和“超大直径传输管道(3)”；再利用浮力驱动气凝胶上升出现的负压去消解气凝胶大凝块，让高压漏油和低压海水激烈混合后形成的化合物结晶体和胶状体能自然上升到海面。

2.根据权利要求1所述的一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：利用“浮筒(2)”的浮力和定位锚(7)的重量拉伸“超大直径传输管道(3)”；用绳子和稳定锚固定住“浮筒(2)”，防止其摆动，快速形成一个相对稳定的漏油的收集通道，让漏油在“超大直径传输管道(3)”中轻松上升到海面；整个收集方法可以不需要动力抽吸设备。

3.根据权利要求1所述的一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：超级大罩子(4)型如降落伞，超级大罩子(4)底边上系有多个锚，保持超级大罩子(4)的底沿或底沿延长线牢固的固定在海底，超级大罩子(4)的下表面还可以有一些突出的网格，这些网格能够存住一些气体，从而把超级大罩子(4)撑得更大更宽，超级大罩子(4)的顶部有一大管口，与超大直径传输管道(3)连接。

4.根据权利要求1所述的一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，水下机器人找到事故点：步骤2，“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置移动到事故点上方；步骤3，放下“定位锚”对准事故点，实现快速自动安装。

5.根据权利要求1所述的一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：为了充分利用大凝块的上升压力释放过程激发大凝块的分裂特性，超大直径传输管道(3)还可以做成倒锥型，靠海底的一头内径小一些。

6.根据权利要求1所述的一种海底原油泄漏的早期收集方法，其特征是：为了能安全展开整个“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置，利用定位锚与浮筒(2)之间的定位绳(12)，既通过松绳来展开“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置，通过收绳来收起“基本浮力渠道或简化浮力渠道”装置；通过提和放绳子来调整定位锚的位置。

7.一种海底原油泄漏的早期收集装置，包括超大直径传输管道(3)、浮筒(2)、绳子(5)定位锚(7)，其特征是：用特种布制作超大直径传输管道，实现气凝胶不堵塞“超大直径传输管道(3)”；整个装置可折叠收起，也可通过浮筒(2)的浮力和定位锚的重量拉伸“超大直径传输管道(3)”，自动展开。

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