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摘 要：本文分析了现有落地原油清理技术后，介绍了风城采油站设计的高粘稠度落地原油回收装置的结构和工作原理。在此基础上，利用系统动力学模型分析了该装置在风城采油站使用中所产生的经济和生态效益。模型模拟的结果说明该装置不仅简单、回收效率高，还能产生极高的经济和生态价值。
关键词：高粘稠度原油 落地原油回收 经济效益 生态效益
在石油开采过程中不可避免的产生大量落油，尤其是高粘稠度落地原油与地面泥沙混合后易形成沥青状固体物。落地原油不仅造成了经济损失，还对周边环境产生了横向和纵向的污染，破坏的当地的生态环境。一般石油对土壤的污染多集中在 20cm左右的表层。石油类物质进入土壤 , 可引起土壤理化性质的变化 , 如堵塞了土壤孔隙 , 改变土壤有机质的组成和结构 , 引起土壤有机质的碳氮比 C/N 和碳磷比 C/ P 的变化; 引起土壤微生物群落、微生物区系的变化。
现有研究多集中于对石油污染的土壤的清理，物理法的相关研究有：姜昌亮（2001）的小面积污染的焚烧法，李永涛、吴启堂（1997）的惰性材料隔离法，钱暑强、刘铮（2000）的换土法。物理方法的特点是操作简单，但是只能减轻污染或是控制污染；化学方法的研究有：对土壤中的原油进行分离的萃取法，于晓丽（2000）介绍的土壤洗涤法，SA.V.HO的氧化法；还有生物修复方法：投菌法、生物通气法等。这些对落地原油的处理方法多是事后处理，偏重于对生态的恢复。本文将介绍风城采油站采用的一种落地原油回收技术及对该技术产生的经济和生态效应进行分析。
一、高粘度落地原油回收技术
风城超稠油原油粘度大，原油落地后与泥砂混合形成沥青状固体，给回收造成极大困难。如果不对落地原油进行回收，势必造成极大的资源浪费并且对自然环境造成严重破坏。由于原油呈沥青状，并混杂大量泥砂难以分离，单井落地原油更是极其分散，造成大量人力、物力、财力的投入，使生产成本大幅提高。为了解决这一矛盾，必须研制一种落地原油回收装置，在减少成本投入的同时解决落地原油对资源的浪费及环境的污染
1.高粘稠度落地原油回收装置
风城采油站现有1300多口油井， 2008年落地原油为2125吨，到2009年增长到5250吨，随着油田的开发落油数量还在增加，单井每年落油约在5到6吨左右。落油的直接经济损失约在500万元左右。风城采油站的落油有：落油总量大、地表串多、单井落油数量大、落点分散、原油粘稠度高、落地原油夹杂泥沙的特点。针对这些特点风城采油站原油的特点设计了原油回收装置。
图1 高粘稠度落地原油回收装置
针对原油粘稠度高的特点，我们在装置中安装了盘管给原油加热（见图1）。原油从入口进入落地原油回收箱，通过掺热管给原油加热增加其流动性。加热后沥青状原油将实现油沙分离，原油将通过联通空流向隔壁的储油箱然后最终流出出油口。该设备设计简单，操作方便。
2.高粘稠度落地原油装置成本分析
落地原油回收装置具有成本低、操作简单、可重复使用的特点。与其他落地原油清理方法相比不仅成本低，还能回收部分落地原油。该落地原油回收装置在风城采油站使用过程中表现出较好的经济效益和生态效益，2010年回收原油约1500吨，直接经济效益为134.8万元，而成本只有3.2万元。
落地原油回收装置的主要成本为,装置本身的成本和使用成本。每套落地原油回收装置约1.2万元。再使用过程中每吨原油需要0.1667方蒸汽，蒸汽的平均成本约为80元。落地原油回收装置的使用同时修井周期和设备的损坏率，减少了生产运行成本。
高粘度落地原油回收装置成本低、操作简单、具有较高的经济效益。与其他原油清理方式相比，该装置的最大优势在于既能清理原油对土壤的污染，又能实现对原油高效率的回收，不存在对环境的二次污染。
二、风城采油站落地原油回收的经济及生态系统动力学模型
前文中介绍了风城采油站所使用的落地原油回收装置和使用的经济成本。本部分将从一个较大的尺度上考量原油回收带来的经济和环境效益。风城采油站约有3000多口油井，平均每年单井落油量约5~6吨。本节借助系统动力学模型分析落油回收的经济效益和对土地污染的清理面积。
1.系统动力学模型
系统动力学模型可以较好的反映出对落油回收的经济效益和环境效益。经济效益是由落油回收带来的收益，环境效益表现为对油井周边污染面积的减少。系统动力学模型将动态的展示出落油的回收给风城采油站带来的收益。
模型有三部分组成，落油回收部分、经济效益部分和对土壤污染清理面积（见图2）。落油回收的数量主要都到回收设备数量的影响，实验证明每天回收设备一年约能回收1200吨左右的原油，再模拟中回收设备的数量以每年一台的速度递增。经济效益部分反映累计回收原油的价值减去回收成本，单位原油的固定成本。一般油井落油会污染到油井走位约0.07平方公里的面积，这样可以计算出累计清理的土地面积。
模型变量的主要关系：
落地原油回收量.K=落地原油回收量.J+落地原油回收增量；
落地原油回收增量=年回收原油量；
年回收原油量=单个装置年回收原油量*回收装置数量；
回收装置数量=GRAPHSTEP（模拟时间,STARTTIME,1<>,{1,2,3,4,5}<<台>>）；
经济效益=落地原油价值-可变成本-固定成本；
落地原油价值=单位原油价格*落地原油回收量；
可变成本=单位蒸汽价格*（单位原油蒸汽使用量*落地原油回收量）；
固定成本=单个回收装置成本*回收装置数量；
回收单位原油固定成本=固定成本/落地原油回收量；
清理原油污染面积=（落地原油回收量/单井落油量）*单口油井污染面积
图2 落油回收经济和环境效益系统动力学模型
其中单个设备年回收原油量为1240吨,原油的价格为920元/吨，单井落油量为5吨，单井污染面积为0.07平方公里，设备单价为12000元，蒸汽每立方米单价为90元。
2.模拟结果
利用系统动力学模型摸了了从2009年到2014年原油回收所带来的经济和环境收益。落油回收装置实现了对落地原油的回收、成本低廉、环境效益高，具有高的经济效益。
在模拟中落地原油设备的数量从2009以后以每年一台的速度递增，则回收原油量则呈现阶梯状递增（见图3），当设备达到5台时基本能满足风城采油站对落地原油的回收要求。5年得时间里（2010~2014）回收设备累计回收原油1.8万吨，按当前原油价格约为人民币0.15亿元（见图2.1）,。累计清理油污土壤为200平方公里，极大的减轻了石油开采对环境的污染程度。单位原油回收的固定成本会随着原油回收量得增加急剧下降，每吨将低于5元（见图2.2），广泛的使用原油回收装置不会带来较高的成本。
图3 落地原油回收经济与环境模拟结果
三、结论
风城采油站所涉及的高粘稠度陆地原油回收装置结构简单、易于操作、原油回收率高、成本低廉。通过模拟证明该装置对落地原油的回收获得丰厚的经济效益和生态效益。本文只是初步分析了该装置产生的经济、生态效益，如原油价格是固定的、只分析了原油的横向污染没有分析纵向污染和污染物对动植物的影响，所以在以后的研究中将逐步完善。
参考文献：
[1]姜昌亮，石油污染土壤的物理化学处理——生物修复工艺与技术研究[D]，沈阳中国科学院应用生态研究所，2001. 1-20.
[2]李永涛、吴启堂，土壤污染治理方法研究[J]，农业环境保护，1997.16 ,3 ,118-122.
[3]钱暑强、刘 铮，污染土壤修复技术介绍[J]，化工进展，2000.4 ,10-12.
[4]于晓丽，落地原油对土壤污染及治理技术[J]，农业环境与发展，2000.3,28-29.
[5]SA V HO. Intergarted in situ soil remediation technology, the Lasagna proceed[J]. Environment Science Technology , 1995.29.
[6]SUSAN C. Wilson. Bioremediation of soil contaminated with oil nuclear aromatic.hydrocarbons PAHs :a review[J], Environmental Pollution, 1993.81, 229-249.
[7]HWANG H M. Interactions between subsurface microbial assemblages and mixed organic and inorganic contaminant s stems[J], Bull Environ Contam Toxicol ,1994, 53 5 ,771-778.
关键词：高粘稠度原油 落地原油回收 经济效益 生态效益
在石油开采过程中不可避免的产生大量落油，尤其是高粘稠度落地原油与地面泥沙混合后易形成沥青状固体物。落地原油不仅造成了经济损失，还对周边环境产生了横向和纵向的污染，破坏的当地的生态环境。一般石油对土壤的污染多集中在 20cm左右的表层。石油类物质进入土壤 , 可引起土壤理化性质的变化 , 如堵塞了土壤孔隙 , 改变土壤有机质的组成和结构 , 引起土壤有机质的碳氮比 C/N 和碳磷比 C/ P 的变化; 引起土壤微生物群落、微生物区系的变化。
现有研究多集中于对石油污染的土壤的清理，物理法的相关研究有：姜昌亮（2001）的小面积污染的焚烧法，李永涛、吴启堂（1997）的惰性材料隔离法，钱暑强、刘铮（2000）的换土法。物理方法的特点是操作简单，但是只能减轻污染或是控制污染；化学方法的研究有：对土壤中的原油进行分离的萃取法，于晓丽（2000）介绍的土壤洗涤法，SA.V.HO的氧化法；还有生物修复方法：投菌法、生物通气法等。这些对落地原油的处理方法多是事后处理，偏重于对生态的恢复。本文将介绍风城采油站采用的一种落地原油回收技术及对该技术产生的经济和生态效应进行分析。
一、高粘度落地原油回收技术
风城超稠油原油粘度大，原油落地后与泥砂混合形成沥青状固体，给回收造成极大困难。如果不对落地原油进行回收，势必造成极大的资源浪费并且对自然环境造成严重破坏。由于原油呈沥青状，并混杂大量泥砂难以分离，单井落地原油更是极其分散，造成大量人力、物力、财力的投入，使生产成本大幅提高。为了解决这一矛盾，必须研制一种落地原油回收装置，在减少成本投入的同时解决落地原油对资源的浪费及环境的污染
1.高粘稠度落地原油回收装置
风城采油站现有1300多口油井， 2008年落地原油为2125吨，到2009年增长到5250吨，随着油田的开发落油数量还在增加，单井每年落油约在5到6吨左右。落油的直接经济损失约在500万元左右。风城采油站的落油有：落油总量大、地表串多、单井落油数量大、落点分散、原油粘稠度高、落地原油夹杂泥沙的特点。针对这些特点风城采油站原油的特点设计了原油回收装置。
图1 高粘稠度落地原油回收装置
针对原油粘稠度高的特点，我们在装置中安装了盘管给原油加热（见图1）。原油从入口进入落地原油回收箱，通过掺热管给原油加热增加其流动性。加热后沥青状原油将实现油沙分离，原油将通过联通空流向隔壁的储油箱然后最终流出出油口。该设备设计简单，操作方便。
2.高粘稠度落地原油装置成本分析
落地原油回收装置具有成本低、操作简单、可重复使用的特点。与其他落地原油清理方法相比不仅成本低，还能回收部分落地原油。该落地原油回收装置在风城采油站使用过程中表现出较好的经济效益和生态效益，2010年回收原油约1500吨，直接经济效益为134.8万元，而成本只有3.2万元。
落地原油回收装置的主要成本为,装置本身的成本和使用成本。每套落地原油回收装置约1.2万元。再使用过程中每吨原油需要0.1667方蒸汽，蒸汽的平均成本约为80元。落地原油回收装置的使用同时修井周期和设备的损坏率，减少了生产运行成本。
高粘度落地原油回收装置成本低、操作简单、具有较高的经济效益。与其他原油清理方式相比，该装置的最大优势在于既能清理原油对土壤的污染，又能实现对原油高效率的回收，不存在对环境的二次污染。
二、风城采油站落地原油回收的经济及生态系统动力学模型
前文中介绍了风城采油站所使用的落地原油回收装置和使用的经济成本。本部分将从一个较大的尺度上考量原油回收带来的经济和环境效益。风城采油站约有3000多口油井，平均每年单井落油量约5~6吨。本节借助系统动力学模型分析落油回收的经济效益和对土地污染的清理面积。
1.系统动力学模型
系统动力学模型可以较好的反映出对落油回收的经济效益和环境效益。经济效益是由落油回收带来的收益，环境效益表现为对油井周边污染面积的减少。系统动力学模型将动态的展示出落油的回收给风城采油站带来的收益。
模型有三部分组成，落油回收部分、经济效益部分和对土壤污染清理面积（见图2）。落油回收的数量主要都到回收设备数量的影响，实验证明每天回收设备一年约能回收1200吨左右的原油，再模拟中回收设备的数量以每年一台的速度递增。经济效益部分反映累计回收原油的价值减去回收成本，单位原油的固定成本。一般油井落油会污染到油井走位约0.07平方公里的面积，这样可以计算出累计清理的土地面积。
模型变量的主要关系：
落地原油回收量.K=落地原油回收量.J+落地原油回收增量；
落地原油回收增量=年回收原油量；
年回收原油量=单个装置年回收原油量*回收装置数量；
回收装置数量=GRAPHSTEP（模拟时间,STARTTIME,1<
经济效益=落地原油价值-可变成本-固定成本；
落地原油价值=单位原油价格*落地原油回收量；
可变成本=单位蒸汽价格*（单位原油蒸汽使用量*落地原油回收量）；
固定成本=单个回收装置成本*回收装置数量；
回收单位原油固定成本=固定成本/落地原油回收量；
清理原油污染面积=（落地原油回收量/单井落油量）*单口油井污染面积
图2 落油回收经济和环境效益系统动力学模型
其中单个设备年回收原油量为1240吨,原油的价格为920元/吨，单井落油量为5吨，单井污染面积为0.07平方公里，设备单价为12000元，蒸汽每立方米单价为90元。
2.模拟结果
利用系统动力学模型摸了了从2009年到2014年原油回收所带来的经济和环境收益。落油回收装置实现了对落地原油的回收、成本低廉、环境效益高，具有高的经济效益。
在模拟中落地原油设备的数量从2009以后以每年一台的速度递增，则回收原油量则呈现阶梯状递增（见图3），当设备达到5台时基本能满足风城采油站对落地原油的回收要求。5年得时间里（2010~2014）回收设备累计回收原油1.8万吨，按当前原油价格约为人民币0.15亿元（见图2.1）,。累计清理油污土壤为200平方公里，极大的减轻了石油开采对环境的污染程度。单位原油回收的固定成本会随着原油回收量得增加急剧下降，每吨将低于5元（见图2.2），广泛的使用原油回收装置不会带来较高的成本。
图3 落地原油回收经济与环境模拟结果
三、结论
风城采油站所涉及的高粘稠度陆地原油回收装置结构简单、易于操作、原油回收率高、成本低廉。通过模拟证明该装置对落地原油的回收获得丰厚的经济效益和生态效益。本文只是初步分析了该装置产生的经济、生态效益，如原油价格是固定的、只分析了原油的横向污染没有分析纵向污染和污染物对动植物的影响，所以在以后的研究中将逐步完善。
参考文献：
[1]姜昌亮，石油污染土壤的物理化学处理——生物修复工艺与技术研究[D]，沈阳中国科学院应用生态研究所，2001. 1-20.
[2]李永涛、吴启堂，土壤污染治理方法研究[J]，农业环境保护，1997.16 ,3 ,118-122.
[3]钱暑强、刘 铮，污染土壤修复技术介绍[J]，化工进展，2000.4 ,10-12.
[4]于晓丽，落地原油对土壤污染及治理技术[J]，农业环境与发展，2000.3,28-29.
[5]SA V HO. Intergarted in situ soil remediation technology, the Lasagna proceed[J]. Environment Science Technology , 1995.29.
[6]SUSAN C. Wilson. Bioremediation of soil contaminated with oil nuclear aromatic.hydrocarbons PAHs :a review[J], Environmental Pollution, 1993.81, 229-249.
[7]HWANG H M. Interactions between subsurface microbial assemblages and mixed organic and inorganic contaminant s stems[J], Bull Environ Contam Toxicol ,1994, 53 5 ,771-778.