Thứ tư 20/09/2017 12:53

Phát hiện và xử lý tràn dầu ở Bắc Cực (Kỳ 1)

11:29 | 07/12/2012

|
(Petrotimes) - Các lớp băng tại Bắc Cực đang tan nhanh chóng trước sự biến đổi khí hậu, mở ra một mảnh đất hứa hẹn với trữ lượng lớn dầu mỏ và giá thành khai thác rẻ hơn những nơi khác trên thế giới cho các công ty dầu khí. Tuy nhiên, công nghệ phát hiện và xử lý tràn dầu một khi xảy ra sự cố lại đang là điều đáng lo ngại nhất hiện nay, mặc dù các tiến bộ công nghệ đang được tích cực triển khai nghiên cứu, áp dụng.

Kỳ 1: Rắc rối dưới lớp băng vĩnh cửu

Từ trên mặt băng…

Sự cố nổ giàn khoan Deepwater Horizon của Tập đoàn Dầu khí Anh (BP) trên vịnh Mexico gây ra vụ tràn dầu khủng khiếp nhất trong lịch sử Hoa Kỳ hồi năm 2010 thực sự là một bài học cảnh tỉnh sâu sắc với ngành dầu khí toàn thế giới. Đối với Bắc Cực – vùng đất được cho là đang lưu giữ khoảng 13% trữ lượng dầu mỏ và 30% lượng khí đốt của thế giới (tương đương với 1.670 nghìn tỉ m3) chưa được khai thác, trước khi lo tính đến việc dùng công nghệ nào để khai thác, các công ty dầu khí đều bắt buộc phải tính đến các biện pháp ứng phó với sự cố tràn dầu, bởi phát hiện và xử lý dầu tràn ở vùng đất băng giá khắc nghiệt này còn khó khăn hơn ở ngoài khơi gấp bội lần.

Dầu tràn sẽ không chỉ trôi nổi trong nước như ở ngoài khơi mà nó còn tích tụ cả trên, trong và dưới lớp băng, chưa kể đến, các nỗ lực phản ứng bị cản trở bởi thời tiết xấu, giá lạnh và các tảng băng khổng lồ trôi nổi, mà trạm bảo vệ bờ biển gần nhất cũng cách xa cả nghìn dặm.

Tại vịnh Mexico, sau sự cố nổ giàn khoan Deepwater Horizon, phương pháp chính để phát hiện tràn dầu là sử dụng công nghệ vệ tinh gắn radar khẩu độ tổng hợp (SAR). Công nghệ này giúp quan sát tốt những vùng biển có dầu loang kể cả trong điều kiện thời tiết xấu, dựa trên đặc điểm chỗ nước nào có lẫn dầu, chỗ đó sẽ lặng sóng hơn, do dầu nặng sẽ làm giảm khả năng xô đẩy của sóng. Nhưng hạn chế của công nghệ này là hầu như không phân biệt được đâu là vệt dầu tràn và đâu là vạt nước lặng. Mặc dù vậy, nó có thể đem lại vài ý tưởng hữu ích cho những người làm công tác dọn dẹp dầu tràn biết nên phải bắt đầu công việc từ đâu.

Tuy nhiên, ở Bắc Cực, công nghệ sử dụng vệ tinh gắn SAR lại không mấy khả quan. Một trong những rắc rối ở đây là những tảng băng nổi trông cũng chẳng khác những vệt dầu nổi hay vạt nước lặng là mấy dưới “con mắt” của vệ tinh gắn SAR. Theo Tiến sĩ Rune Storvold ở Viện Nghiên cứu miền Bắc của Na Uy, phát hiện dầu tràn bằng công nghệ vệ tinh gắn SAR chỉ có hiệu quả trong điều kiện khu vực này khi bị băng tuyết bao phủ dưới 30% diện tích.

Hoạt động khai thác dầu ở Bắc Cực bị các tổ chức bảo vệ môi trường thế giới phản đối.

Về lý thuyết thì dầu tràn trên mặt nước, lẫn trong tuyết hay phủ trên băng có thể được phát hiện ra bằng các thuyền hoặc máy bay sử dụng các máy quét tia hồng ngoại (IR) và tia cực tím (UV) – những công nghệ có thể giúp chỉ ra vị trí cũng như độ dày của lớp dầu tràn. Bởi vì dầu và băng có nhiệt độ, đặc tính phản quang khác nhau, cho nên các máy quét tia IR-UV kết hợp có thể được dùng để phân biệt chỗ nào là nước lặng, chỗ nào là băng đá và chỗ nào là dầu loang khá hiệu quả.

Tuy nhiên, những hệ thống đó lại thiếu khả năng “nhìn” xuyên qua dưới lớp băng, mà một khi xảy ra sự cố tràn dầu ở Bắc Cực thì khả năng dầu tràn len lỏi xuống dưới lớp băng sẽ nhiều hơn là trên bề mặt. Thậm chí, nếu có dầu tràn trên bề mặt thì chúng cũng nhanh chóng bị bao phủ bởi tuyết. Do đó, công nghệ phát hiện dầu tràn hứa hẹn nhất là radar mặt đất (GPR), sử dụng các tín hiệu radar tần số cao, phát ra hoặc từ một chiếc xe trượt trên bề mặt băng hoặc từ một chiếc máy bay bay thấp, để “chụp” được những hình ảnh dưới bề mặt. Tuyết, băng và dầu phản xạ sóng vô tuyến radio theo những cách khác nhau, do đó, người ta có thể phân biệt được chúng và tìm ra chỗ có dầu tràn ẩn sau lớp băng.

GPR đã được chứng minh là đặc biệt hiệu quả trong việc phát hiện dầu dưới tuyết. Năm 2010, một tổ chức nghiên cứu của Na Uy có tên viết tắt là SINTEF đã áp dụng công nghệ này để kiểm soát một vụ tràn dầu ở Svalbard. Một chiếc máy bay trực thăng gắn hệ thống GPR đã thành công trong việc phát hiện chính xác những tảng băng “giấu” dầu và chứng tỏ sự ưu việt về mặt này so với các công nghệ hình ảnh khác. Tuy nhiên, GPR cũng có hạn chế riêng. “Biển băng rất không đồng nhất – không giống như một phiến đá bằng phẳng”, Tiến sĩ Storvold giải thích. Những đường gờ, hốc và độ dày lớp băng khác nhau ở mỗi chỗ khác nhau, có thể làm biến dạng hoặc phân tán các tín hiệu GPR, làm cho các hình ảnh thiếu nét và gây khó khăn cho việc “nhìn” ra được nơi có dầu. Bên cạnh đó, tình hình sẽ còn phức tạp hơn nếu ở khu vực dùng GPR có sự xuất hiện của muối, yếu tố hấp thụ các tín hiệu radar và làm sự phản xạ sóng radio bị yếu đi.

Đầu năm 2012, Cục Thi hành an toàn và Môi trường Mỹ, với sự hỗ trợ của ExxonMobil, Shell, Statoil và các “gã khổng lồ” dầu khí khác, đã tiến hành một thử nghiệm dùng radar công suất cao nhằm cải thiện phạm vi của điều kiện trong đó GPR sẽ có hiệu quả. Hệ thống công suất cao cho thấy một số tiến bộ hơn so với các thử nghiệm trước đây, ví dụ: có thể chụp sơ lược hình dạng mặt dưới của băng. Nhưng các thử nghiệm này cũng chỉ ra những hạn chế của GPR, đặc biệt là trong điều kiện băng tan chảy.

Để có được một bức tranh chính xác hơn về dầu dưới lớp băng, một số công ty đang sử dụng hệ thống phát hiện dầu tràn dựa trên cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong các máy quét y tế, dựa trên sự biến đổi thuộc tính từ tính hạt nhân của các nguyên tố khác nhau, do đó có thể giúp phân biệt các vật liệu khác nhau. Điều quan trọng, nước đá là trong suốt với NMR, do đó nó không thể bị nhầm lẫn như với GPR. Hiện nay, Shell – “đại gia” đang chi hàng tỉ USD chuẩn bị cho công cuộc tìm dầu ngoài khơi bờ biển Alaska, cho biết họ cũng đang sử dụng công nghệ NMR để phát hiện sự cố tràn dầu. Ngoài ra, mới đây, ExxonMobil cũng công bố một sáng chế ứng dụng NMR mà theo họ là “cung cấp một giải pháp cho nhu cầu phản ứng với dầu tràn ở trong môi trường bị đóng băng trên 30 năm”.

Tuy vậy, NMR cũng lại có nhược điểm. So với một số hệ thống GPR, hệ thống NMR được thực hiện bằng máy bay trực thăng và đòi hỏi dùng ăng ten hình vòng lớn hơn nhiều. Để phát hiện được dầu dưới 2m băng, trực thăng phải giữ được ăng ten ở vị trí cách bề mặt băng 1 mét, tức là cách chỗ có dầu 3m. Đây là điều không dễ dàng thực hiện trong điều kiện bão tuyết ở vùng đất “Chén Thánh” này.

… Đến dưới lớp băng

Tất cả các công nghệ trên đều xếp vào dạng phương thức phát hiện dầu tràn từ vị trí quan sát ở trên bề mặt. Tuy nhiên, có một cách tiếp cận mới để phát hiện dầu tràn ở góc độ khác, từ ở dưới lớp băng. Công nghệ này dựa trên sự kết hợp của 2 công nghệ đang sử dụng phổ biến trong ngành hải dương học: tàu ngầm robot, được biết đến như là phương tiện hoạt động dưới nước tự động (AUV) và hệ thống định vị dưới nước bằng sóng siêu âm (sonar). Không giống như các phương tiện điều khiển từ xa hoạt động dưới nước, phải phụ thuộc vào một hệ thống điều khiển trên một chiếc thuyền và do đó bị giới hạn hoạt động trong một phạm vi chỉ vài trăm mét, AUV có thể được lập trình để thám hiểm dưới lớp băng trong một phạm vi đường kính khoảng vài km.

Trong các thử nghiệm thực hiện vào đầu năm 2012, các nhà nghiên cứu từ Hiệp hội Khoa học biển Scotland đã gắn một bộ cảm biến, trong đó có cả hệ thống định vị dưới nước bằng siêu âm đa chùm tia vào thiết bị AUV. Khi cho AUV xuống dưới lớp băng, nó sẽ phát xung âm ngược lên. Nước đá và dầu phản xạ các sóng âm thanh theo những bước sóng khác nhau, giúp người ta nhận biết được sự hiện diện của dầu. Độ dày của lớp dầu theo đó có thể đo được chính xác tới từng milimet, Jeremy Wilkinson, người đứng đầu dự án cho biết.

(Xem tiếp kỳ sau)

Linh Phương