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利用探测技术解决北极地区石油泄漏问题

2019-08-15 17:26:25来源:励志吧0次阅读

  随着越来越多的公司开始进军油气资源丰富的北极地区,他们也不得不考虑在北极地区发生石油泄漏的可能性。然而,要想应对北极地区的石油泄漏就要面对种种挑战,暴雪、大雾、风暴等天气以及大量漂流的浮冰,就连离最近的海岸警卫站也有上千英里远。这就促使了新的石油泄漏探测和处理技术在偏远的寒冷水域得到了飞速发展。

  在开发性水域,也就是海洋中,探测石油泄漏的传统方法是使用卫星合成孔径雷达(SAR)。该技术可全天候透过云层监测目标,将无线电波从轨道卫星上高速发射到海平面,如果有石油漂浮在海面,电波将不会随海风而波动。这种方法并不能完全区分开石油泄漏海域和那些平静且干净的海域,但至少可以缩小搜索区域。

  如果泄漏是发生在北极地区,那么SAR就失去作用了。对这种技术来说,浮冰、漏油海域和平静的海面完全没有区别。挪威北部研究院的研究员Rune Storvold说: 只有在冰川覆盖率不足30%的区域,SAR石油监测技术才能起到作用。

  对于浮在水面和冰雪上的石油,可以通过红外线(IR)或紫外线(UV)扫描仪来探测。这些扫描仪可直接装备在船只和飞机上,能够监测出石油层的位置和厚度。基于石油和浮冰有不同的温度、热量和反射特性,IR-UV组合式扫描仪可以区分开水平面、浮冰海面以及浮油海面。此外,组合扫描仪还可区分油层较厚和油层较薄的水面,这是因为厚油层反射的阳光更多,而释放的热量更少。

  2012年,意大利石油巨头埃尼集团的子公司Eni Norge就已经把挪威Aptomar公司生产的摄像扫描仪装配在其紧急救援船舰上,以监测挪威北极区的巴伦支海。

  这种设备虽然可以用来探测水面或冰面上的石油,但其必须在可见度非常高的时候才能使用。如果石油泄漏在北极地区,很可能是在冰下而非冰上,即使泄漏在冰上,也很快会被冰雪覆盖。这种情况下,只有使用地面穿透雷达(GPR)来进行监测。GPR可以接受到来自冰川表面雪橇和低空飞行器的高频率雷达信号,并利用这些信号形成冰下图像。雪、冰或石油所放出的无线电不同,这让冰下的石油也无所遁形。

  GPR技术在监测冰雪下石油方面已经取得了显著成效。在2010年,挪威一家研究机构SINTEF在斯瓦尔巴群岛附近进行了一项可控的石油泄漏实验。研究人员通过装有GPR的直升机成功找出了藏有石油的冰盖。

  即便如此,GPR也存在局限性。冰脊、冰窟窿、冰厚度的变化都会分散GPR信号,从而使图像的清晰度下降,泄漏的石油便难于被发现。而海水中的盐分更加大了分析的复杂性,盐分可以吸收雷达信号,弱化反射强度。

  今年早些时候,在埃克森美孚、壳牌等石油巨头的支持下,美国安全和环境执法局开展了高功率雷达的实验,尝试扩大GPR的适用范围。高功率雷达的实验颇有成效,该雷达系统可以描绘冰川的下部轮廓。但实验也突显了其局限性,尤其是在冰融阶段表现欠佳。

  为了可以更加具体地了解冰下的石油情况,几家公司正联手开发核磁共振(NMR)探测系统。该技术广泛应用于医疗扫描仪中,利用了不同类型的原子核自旋量子数不同的特性,合适的电磁脉冲能够导致原子核的自旋方向发生翻转,即原子核能级跃迁,而且他们发出的无线电信号,也就是外部磁场恰好等于使原子核翻转的电磁脉冲。这种现象就是核磁共振,可以根据信号强度的差别区分不同事物。冰川对于核磁共振来说就像透明物一样,NMR不会再受冰川的误导,哪怕是那些奇形怪状的冰川。

  2011年,美国专利局曾公布了埃克森美孚一家上游研究公司的一项专利细节,几位科学家称NMR已经解决了海冰环境下的石油泄漏问题。壳牌更是投入了几十亿美元用于监测阿拉斯加海岸的油井,并表示将致力于发展NMR。

  然而,NMR也并非完美无缺。和GPR一样,这些系统都需要由直升机装载,并使用大型环状天线。NMR的天线规模更庞大。环形天线的直径大致要等于天线到油层的距离,这一点在海面平静的时候都难以做到,更不要说面临特殊环境。此外,NMR也无法单独确定油层的厚度,该功能还有待实验。

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