Recuperación de petróleo sumergido para la Guardia Costera de los Estados Unidos

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE LA GUARDIA COSTERA DE LOS ESTADOS UNIDOS
Contrato No. HSCG32-10-C-R00003

UN INFORME DE PRUEBAS EN OHMSETT LEONARDO, NJ NOVIEMBRE 2011
Informe final
DIVISIÓN OIL STOP DE AMERICAN POLLUTION CONTROL CORP
enero 23, 2012

Abstracto

En noviembre de 2011, la División Oil Stop de AMPOL participó en las pruebas físicas de la Fase 2 de su contrato con el Centro de Investigación y Desarrollo de la Guardia Costera de los Estados Unidos para desarrollar y probar un sistema de recuperación de petróleo sumergido en las instalaciones de OHMSETT en Leonardo, Nueva Jersey. El OSBORS (Oil Stop Bottom Oil Recovery System) completó una batería de pruebas. El componente clave del OSBORS es la bomba EDDY. Esta poderosa bomba se puede conectar a una excavadora, como lo fue durante estas pruebas, o montarse en un vehículo sumergible a control remoto llamado Sub Draga, y se puede usar para eliminar el petróleo sumergido altamente viscoso del fondo de un lago u océano.

El sistema utiliza una cámara de alta definición para encontrar, monitorear y registrar la acción en la cabeza de la bomba. Para las pruebas OHMSETT, se colocaron tres tipos de aceite altamente viscoso en bandejas de prueba sumergidas en el fondo del tanque OHMSETT. Cada bandeja contenía arena suelta y varios obstáculos. El sistema fue capaz de eliminar efectivamente la mayoría del aceite de cada bandeja en cuestión de minutos. En un caso, el sistema eliminó aproximadamente el 90 % del aceite en seis minutos de tiempo de bombeo.

Debido a la succión tornádica única creada por la bomba EDDY, no se creó turbidez visible ni aceite disperso cerca de la bomba durante las pruebas. El análisis de las muestras recogidas confirmó que la operación de bombeo no creó turbidez ni perturbó el aceite en el agua. Los materiales recuperados se bombearon a contenedores de roll off tipo separador de fase para comenzar la separación de aceite, agua y sólidos y preparar el agua recuperada para su tratamiento y posterior descarga in situ.

Propósito

El propósito de las pruebas fue demostrar la capacidad del sistema para eliminar eficazmente el aceite sumergido altamente viscoso de una variedad de condiciones de fondo simuladas, y para recibir, manejar y separar el alto volumen de materiales generados por la operación. Se debía realizar y medir una lista específica de tareas de acuerdo con el contrato y el plan de prueba.

1.0 Introducción y visión general

1.1 Descripción y finalidad

Existe una necesidad ampliamente reconocida de una tecnología efectiva que pueda eliminar el aceite hundido suspendido en el fondo de los cuerpos de agua. La Subdivisión de Investigación y Desarrollo de la Guardia Costera de los Estados Unidos otorgó un contrato a Oil Stop, una división de AMPOL, para desarrollar y refinar dicho sistema de recuperación de petróleo de fondo. Oil Stop creó el Grupo OSBORS, que tiene un paquete especializado de equipos diseñados para eliminar el aceite hundido y manejar los materiales recuperados. En el corazón de OSBORS se encuentra la sub draga de EDDY Pump Corporation. Este es un vehículo a control remoto equipado con una bomba EDDY. Se agregó equipo de soporte adicional en la parte superior para recolectar, separar y eliminar los materiales recuperados. Este sistema fue transportado a las instalaciones de OHMSETT en Leonardo, Nueva Jersey. Las fechas de las pruebas fueron el 17, 18 y 19 de noviembre de 2011. Las condiciones climáticas eran el clima típico del otoño para esta área. El clima específico y las condiciones del tanque de prueba para cada una de las pruebas se muestran más adelante en este informe.

El Plan de Pruebas de OSBORS se basó en abordar los conceptos de diseño según lo requerido por el RDC de USCG. El plan de prueba se estableció en cinco segmentos diseñados para recopilar información sobre cada uno de los conceptos de diseño a continuación.

1. Identificación positiva del petróleo pesado en la parte inferior
2. La ubicación del petróleo georreferenciada a menos de 5 metros
3. Dispersión mínima del aceite en la columna de agua durante la extracción
4. Observación, datos y retroalimentación en tiempo real
5. Recuperación en diversos tipos de condiciones del fondo marino
6. Operar en diversas salinidades y condiciones de agua
7. Capaz de operar en agua a 200 pies de profundidad
8. Bajo mantenimiento del sistema
9. Facilidad de operación / capacitación mínima de los operadores requerida
10. Duradero y fácil de descontaminar
11. Equipos no afectados por el aceite
12. Funciona en corriente de hasta 1,5 nudos
13. Opera en mares de hasta 5 pies
14. Opera día y noche
15. Se configura dentro de un día después de la llegada
16. Funciona con aceite altamente viscoso (2,000-100,000 cSt)
17. Incluye un sistema de decantación adecuado
18. Incluye la capacidad de pulir el agua decantada para su eliminación en el cuerpo de agua
19. El sistema produce un impacto mínimo en los organismos bentónicos a través de la turbidez

(Los ítems 7, 12 y 13 no se abordaron en las pruebas OHMSETT)

Los cinco segmentos fueron diseñados de la siguiente manera:

Prueba # Título Conceptos de diseño

1 Compatibilidad con la detección de aceite 1, 2, 4

2 Extracción de aceite del fondo marino 3, 4, 5, 6, 9, 11, 14, 16

3 Movilización 8, 9, 10, 11, 15

4 Maniobrabilidad 5, 9, 14, 19

5 Manejo de materiales en la parte superior 4, 8, 9, 11, 14, 16, 17, 18

2.0 Métodos y materiales

2.1 Configuración/bandejas y contenido

Para este conjunto de pruebas, se colocaron cuatro bandejas, de 10 pies por 20 pies por 1 pie de profundidad, en el fondo del tanque OHMSETT. Una base de arena y obstáculos simulados, en forma de bloques de cemento y pilas de losas crearon el «fondo marino» para las pruebas. Se colocaron tres tipos de petróleo pesado sobre diferentes tipos de arena como se muestra en la siguiente matriz.

Tabla 1. Características de las bandejas de prueba

Tabla 2. Condiciones físicas

* Visibilidad en la cámara y el monitor de vídeo

2.2 Enfoque técnico y componentes

Como se trataba de una operación de recuperación de petróleo sumergido, la eliminación de un alto volumen de agua junto con el aceite era inevitable y tenía que estar preparada para la operación del sistema. Dado que el objetivo final es la eliminación efectiva del petróleo, la eficiencia, como en términos de relación aceite-agua en el producto recuperado, no fue un factor cuantitativo o cualitativo, como podría ser con la recuperación de petróleo de superficie. El material recuperado (aceite, agua y sólidos) se bombeó desde las bandejas a uno de los dos tanques de recolección. Se utilizó un total de 120 pies de manguera de transferencia desde la bomba para abrir la descarga en los tanques de recolección. Uno de los tanques de recolección (25 cu. Yd.) era un separador de fase superior abierto (tanque de deshidratación). El otro era un tanque cerrado de recepción de líquidos a granel (30 cu. Yd.).

Se anticipó que la alta energía de la descarga abierta en el tanque generaría una aireación forzada de los materiales, y existía una posibilidad real de que parte del petróleo se reflotara, al menos temporalmente. Para aprovechar esta oportunidad, se instaló un skimmer Rope Mop en una esquina del tanque de recolección descapotable para eliminar el material aceitoso flotante de la superficie del tanque. Un simple skimmer de superficie de «pico de pato» también estaba disponible en caso de que el sistema de fregona de cuerda no pudiera manejar el aceite viscoso.

El separador de fase está equipado con un inserto de malla de acero inoxidable y un fondo secundario. Además, se fijó un paño de filtro de malla de 200 micras al interior del tanque. Un sistema de bombeo de descarga de agua consistía en una bomba de diafragma recíproca que se extraía de la parte inferior secundaria del separador de fase y a través de un filtro de bolsa de doble recipiente. Se probaron dos tipos de bolsas durante el curso de la prueba: una bolsa de eliminación de sólidos de 100 micras y un filtro de eliminación de sólidos de 100 micras mejorado con malla de polipropileno recolectora de aceite. Desde este punto, el agua se devolvió al tanque OHMSETT después de pasar a través de otro filtro de bolsa oleofílica conectado al extremo de la manguera de descarga. Este fue también un punto de muestreo crítico para demostrar la capacidad del sistema para descargar agua con un nivel aceptable de contenido de aceite.

Dado que no era práctico operar el subdesempate a control remoto en el OHMSETT, la bomba EDDY se alojó en un marco personalizado unido al brazo de una excavadora de grado de construcción y funcionó hidráulicamente.

El funcionamiento de la bomba se controló con la activación del pedal. Había una cámara de video digital sujeta al marco de la bomba y se instaló un monitor de circuito cerrado en la cabina de la excavadora para que el operador pudiera localizar el aceite y monitorear el progreso de la operación de recuperación de aceite.

Inicialmente, un par de ruedas estaban unidas al marco de la bomba. La bomba también estaba equipada con una cubierta de roca giratoria para desviar rocas y escombros más grandes de entrar en la toma de la bomba. Después de la primera operación de recuperación de aceite, ambos elementos se retiraron cuando se hizo evidente que las ruedas mantenían la boca de la bomba demasiado lejos de la superficie, lo que hacía que la bomba extrajera demasiada agua en relación con el volumen de aceite eliminado. Después de retirar la cubierta de roca, se agregó una tubería de 6 pulgadas de longitud y 4 pulgadas de diámetro a la entrada de succión para permitir una mejor localización del aceite.

Herramientas de recolección y medición de muestras

Se utilizó un muestreador de zona con un mango telescópico para recolectar muestras en el área de la operación de bombeo. Se recogieron muestras para ingresar la turbidez de base y de fondo y el contenido de aceite en agua, antes del inicio de las operaciones de bombeo. Se utilizó un muestreador de agarre (matraz abierto) para recoger muestras de los tanques de recolección y de la descarga de «agua limpia». Se utilizaron analizadores de campo portátiles para probar muestras de turbidez y contenido de aceite en agua. OhMSETT también proporcionó equipos y datos de laboratorio para los datos de base. En el Apéndice B figura una lista completa de componentes con breves descripciones.

2.3 Pruebas operativas.

2.3.1. – Montaje y movilización

un. El montaje consistió en conectar el bastidor de la bomba EDDY al brazo de la excavadora e instalar y conectar la cámara. La caja de envío que contiene los componentes EPC y la bomba EDDY se colocaron previamente en el suelo cerca del tanque de prueba. Esta operación requirió dos trabajadores (ambos de EDDY Pump Corporation) y herramientas manuales normales, y se realizó en menos de dos (2) horas.

b. Las mangueras de transferencia de material se conectaron y aseguraron una vez que la excavadora estaba en posición sobre las bandejas. Las mangueras estaban equipadas con bridas y juntas estándar de 8 orificios. Se utilizaron correas de trinquete para unir las mangueras a lo largo del brazo de la excavadora y la barandilla lateral del tanque de prueba. Esta operación involucró a cuatro trabajadores, y se realizó en una (1) hora.

c. La configuración del sistema de separación se realizó simultáneamente a las dos operaciones anteriores. Dos trabajadores instalaron el revestimiento de tela de filtro en el tanque separador de fases. Se utilizó una carretilla elevadora para colocar el skimmer de fregona de cuerda sobre el tanque de recolección. (Nota: Esto podría haberse logrado manualmente separando la máquina de fregona de su bandeja de aceite). La bomba de descarga de agua se conectó a la descarga del tanque de recolección y al filtro de sólidos de doble recipiente a través de mangueras equipadas con accesorios Camlock sin herramientas. Esta operación duró aproximadamente 1,5 horas.

d. En total, incluidos algunos ajustes y pruebas del sistema, todo el sistema estuvo operativo dentro de las 5 horas posteriores a la llegada. Por lo tanto, en respuesta al punto de prueba No. 15, Configurado dentro de las 12 horas posteriores a la llegada, el OSBORS, en modo excavadora, cumplió claramente este requisito.

2.3.2. Eliminación de aceite

La mayoría de los puntos clave requeridos del plan de prueba se abordan durante la recuperación de petróleo y el manejo posterior de materiales. Estos puntos clave se anotarán a continuación en el informe de operaciones en cada bandeja.

Bandeja 9 – 18 de noviembre de 2011

La bandeja 9 tenía tres pilas de bloques de cemento colocados en los bordes del aceite. El aceite se colocó en una fila bastante uniforme en diagonal a través de la bandeja sobre una capa relativamente uniforme de 3 pulgadas de arena de albañil. Los datos de Ohmsett informaron una capa de 1 pulgada de aceite tipo Sundex (infundido con barita) y un volumen total de 35 galones. Se recolectó una muestra de fondo a menos de 1 pie por encima de la bandeja de prueba. El análisis indicó una turbidez de 1,7 NTU y un contenido cero de aceite en agua.

La recuperación de la bandeja 9 comenzó a las 12:03 pm y continuó hasta aproximadamente las 12:10 pm, con un tiempo transcurrido de 7 minutos y una duración real de bombeo de 5 minutos. La bomba funcionaba a 1600 RPM, proporcionando una velocidad de bombeo de 800 GPM. Esta fue la primera operación de bandeja. La bomba EDDY estaba equipada con las ruedas de la carcasa y la cubierta de roca. Como resultado de la alta tasa de bombeo de volumen y el cabezal de succión que se elevó demasiado por encima del aceite, se transfirió un alto volumen de agua y el tanque de recolección (capacidad de 6000 galones) se llenó rápidamente hasta un nivel casi máximo cercano (medido 5100 galones). Otro resultado mostró que, aunque solo se había eliminado un pequeño porcentaje del petróleo, la energía en la descarga abierta en el tanque de recolección aireó el aceite y flotó en la superficie. Sin embargo, la polea pesada en la máquina de fregona de cuerda fue golpeada a un lado por la fuerza de la descarga, y la máquina de fregona no se activó.

Comenzó la deshidratación del tanque de recolección. Usando una bomba de servicios públicos, el tanque de recolección se descomprimió hasta casi vaciarse en 1 hora. Nada del aceite de la superficie se retiró del tanque de recolección en este momento. Se tomó una muestra en la descarga abierta. La turbidez era alta porque la arena fina de mampostería era más pequeña de lo que los filtros de 100 micras podían atrapar. El aceite en agua era inferior a 10 ppm.

A la 1:55 pm, la operación de remoción de aceite se reanudó y continuó hasta las 2:20 pm. El operador de la bomba / excavadora enganchó la bomba intermitentemente mientras flotaba sobre puntos de aceite en un intento de reducir la ingesta de agua. El operador aprendió rápidamente y pudo eliminar casi todo el aceite visible de la bandeja antes de llenar el tanque de recolección. Los obstáculos no impidieron el funcionamiento de la bomba ni la visibilidad del operador. El volumen total de material retirado fue de 3,100 galones. Una vez más, como durante la primera operación de bombeo, la energía de descarga ayudó a reflotar el aceite. Las mediciones del espesor del material de aceite en la superficie del tanque de recolección indicaron un volumen de 55 galones (Volumen del tanque = 101 galones por pulgada). Una muestra de este material flotante se desnazó con el muestreador de agarre para su análisis en el laboratorio OHMSETT. Usando una centrífuga y probando el contenido básico de sedimentos y agua en el aceite, los resultados fueron:

Agua – 50.6%
Sedimentos – 2.6%
Aceite – 46.8% (o 25.75 galones de aceite)

Por supuesto, este volumen de 55 galones es solo el aceite reflotado. Al drenar el separador de fase más tarde, una cantidad indeterminada de aceite se adhirió al paño del filtro en el interior. La observación visual de la bandeja de prueba reveló pequeños parches, principalmente en gotas dispersas, de aceite en la bandeja. Los observadores acordaron mutuamente que el 90% del aceite había sido retirado de la bandeja.

Datos básicos (bandeja 9):
Tiempo total de eliminación de aceite: 32 minutos
Tiempo total de bombeo: 12 minutos
Volumen total bombeado: 8,200 galones
Volumen promedio: 683.3 galones por minuto
Sólidos estimados: 500 galones
Aceite estimado recuperado: 31 galones
Nivel de turbidez (prebombeo) – 1.7 NTU
Nivel de aceite en agua (pre bombeo) – 0 ppm
Nivel de turbidez (durante el bombeo) – 1.7 NTU
Nivel de aceite en agua (durante el bombeo) – 0 ppm
Volumen decantado: 6,590 galones
Agua de decantación Aceite en agua – 8 PPM

Bandeja 10 – 18 de noviembre de 2011

Las operaciones de recuperación de petróleo de la bandeja 10 comenzaron aproximadamente a las 3:24 PM y continuaron intermitentemente hasta las 3:44 PM. Dos pilas de losa se ubicaron a lo largo de los bordes, de una franja continua de petróleo. Los datos de OHMSETT indicaron que había 60 galones de aceite Tesoro «Decant» que se mezcló con combustible diesel al 2.5%. El grosor del aceite varió de 6 pulgadas en un extremo y se adelgazó gradualmente a 1/2 pulgada en el extremo opuesto. La bomba estaba configurada para funcionar a 1200 RPM, lo que proporcionaba una velocidad de bombeo de aproximadamente 800 GPM. 1200 RPM parece ser la velocidad más baja a la que la bomba funcionará de manera efectiva. El kit de ruedas y la cubierta de roca todavía estaban unidos a la carcasa de la bomba. Esta bandeja tenía 11 pulgadas de arena. Teníamos la intención de hacer una breve bomba de prueba para saber si las ruedas se hundirían en la arena y permitirían que la entrada de la bomba se acercara más al aceite.

Las ventanas de visualización submarinas en el lado del tanque OHMSETT permitieron una buena vista lateral del cabezal de succión de la bomba y su posición relativa al producto. Como se configuró con el kit de ruedas y la cubierta de roca adjunta, el extremo de entrada de la bomba estaba a 9 pulgadas «del suelo». Las ruedas se hundieron en la arena y la bomba estaba eliminando el aceite, pero era obvio que el sistema sería más eficiente, al menos en estas condiciones, si se retiraban las ruedas y la cubierta de roca.

Se tomó la decisión de cesar las operaciones por el día. El plan era quitar las ruedas y la cubierta de roca, y agregar una extensión de seis pulgadas a la entrada de la bomba. Esta extensión permitiría una orientación más precisa del aceite sin preocuparse por los soportes de las ruedas. La grabación para las operaciones de Tray 10 comenzaría oficialmente al día siguiente.

Bandeja 10 – 19 de noviembre de 2012

La eliminación de las ruedas y el sudario de roca se logró en aproximadamente una hora. Se localizó y cortó una tubería de acero de cuatro pulgadas de diámetro. OHMSETT ayudó a soldarlo hasta el final de la entrada de la bomba. La cinta pelada se fijó al final de la boquilla para proporcionar un punto de referencia más preciso al operador.

Se tomaron muestras de fondo para la turbidez y el aceite en agua.

La modificación del extremo de la bomba resultó ser un ajuste muy beneficioso. El operador podría concentrarse en apuntar a los parches de aceite y maniobrar la bomba más libremente sin mayor preocupación por los obstáculos. Cuando había obstáculos en el área, el estrecho tubo de 4 pulgadas permitía una eliminación más precisa y completa del aceite. El operador de la excavadora dominó rápidamente la técnica de apuntar al aceite. Su experiencia en áreas sensibles y dragado de sedimentos contaminados fue aplicable a las mejores técnicas para la eliminación de petróleo.

La operación de bombeo abarcó un total de 14 minutos. La bomba se detuvo y se puso en marcha con frecuencia a medida que el operador se esforzaba por una extracción eficiente. Al comienzo de la operación, acordamos que haríamos todo lo posible para eliminar los 60 galones de aceite de la bandeja antes de que se llenara el tanque de recolección. Para cuando se llenó el tanque de recolección, solo quedaban pequeñas manchas de aceite en la bandeja. La evaluación visual estimó que se eliminó más del 90% del aceite.

La descarga de la operación de recuperación se bombeó a un separador de fase superior abierto. Una vez más, la aireación de la descarga permitió que una cantidad apreciable de aceite se reflotara a la superficie. Se utilizó una técnica de desnatado de presa utilizando una bomba de diafragma y un pequeño extremo en forma de pico de pato en la manguera de succión para limpiar la superficie de material aceitoso. Se llenaron dos tambores de 55 galones. La operación de decantación de agua comenzó dibujando desde la parte inferior del separador de fases. Se tomó una muestra de la descarga abierta aguas abajo de los filtros del recipiente. Esto se analizó más tarde utilizando el analizador de contenido de petróleo en agua de campo. Los resultados indicaron 8 PPM de aceite en agua.

Durante la descarga en el tanque OHMSETT, se observó que la corriente de descarga estaba coloreada y obviamente contenía sólidos en suspensión. Esto fue el resultado de que el tamaño de micras de la arena en las bandejas de prueba era inferior a los filtros de 100 micras en los botes. A petición de OHMSETT, dejamos de descargar en el tanque OHMSETT.

Bandeja 10 – Datos básicos
Tiempo total de extracción de aceite: 14 minutos
Tiempo total de bombeo: 8-9 minutos
Volumen total bombeado: 5,200 galones
Volumen promedio: 611 galones por minuto
Sólidos estimados: 1200 galones
Aceite estimado recuperado: 55 galones
Nivel de turbidez (prebombeo) – 1.7 NTU
Nivel de aceite en agua (pre bombeo) – 0 ppm
Nivel de turbidez (durante el bombeo) – 1.7 NTU
Nivel de aceite en agua (durante el bombeo) – 0 ppm
Volumen decantado: 900 galones*
Agua de decantación Aceite en agua – 8 PPM

* La decantación cesó a petición de OHMSETT debido al alto contenido de sólidos.

Bandeja 2 – 19 de noviembre de 2011

La bandeja 2 tenía una capa de arena de concreto de 2 pulgadas y una pila de roca en el centro de la bandeja. 350 galones de aceite Tesoro (sin cortar con diesel) se distribuyeron uniformemente en toda la superficie de la bandeja. El espesor del aceite era de 3.5 a 4 pulgadas. Esta bandeja había sido trabajada previamente por otro contratista, y se había agregado aceite a su superficie.

La estrategia para esta bandeja fue maximizar la velocidad de recuperación. Indicamos al operador que hiciera barridos largos de la bomba a través de la bandeja para recuperar el aceite lo más rápido posible. El viento de 10 mph causó una onda en la superficie de la piscina y la visibilidad no era relativamente tan buena desde arriba. Debajo de la superficie, había buena visibilidad. El bombeo comenzó a las 9:50 am y se extendió intermitentemente hasta las 10:35, con un tiempo de bombeo real estimado de 16 minutos durante 45 minutos de operación. La descarga de la bomba EDDY se desvió al tanque de roll-off superior cerrado (Adler). Este tanque tiene una capacidad de 8,400 galones. El operador no tuvo problemas para maniobrar el cabezal de la bomba alrededor de la pila de rocas y a través de la bandeja. Cerca de los bordes de la bandeja, se requirió más precaución para evitar el contacto con los soportes de las ruedas. Sin embargo, se logró la eliminación del aceite que colinda con las paredes de la bandeja.

El bombeo se detuvo cuando el tanque Adler contenía 6,333 galones de material. El análisis visual de la bandeja estimó que el aceite se había eliminado de más del 50% de la superficie. El volumen estimado de aceite extraído fue de 200 galones. Se permitió que el material en el tanque de recolección se asentara durante el descanso del mediodía. A su regreso, el tanque fue calibrado por palo y se determinó que se habían descargado aproximadamente 1260 galones de sólidos en el tanque. Esto es probablemente el resultado del objetivo del operador para la recuperación de la velocidad sin tener en cuenta la cantidad de sólidos recuperados en el proceso.

El objetivo se estableció al comienzo del día para operar en dos bandejas al final de la jornada laboral normal. Aunque, todo el aceite podría haber sido retirado de la Bandeja 2 con más capacidad de tanque de recolección, se acordó que pasáramos a la bandeja final que contenía el aceite más pesado. El tanque Adler se decantó en el separador de fase superior abierto para dejar espacio para la siguiente operación de recuperación de la bandeja. Se decantaron 1400 galones del tanque Adler al separador de fase superior abierto.

Bandeja 2 – Datos básicos
Tiempo total de eliminación de aceite: 45 minutos
Tiempo total de bombeo: 16 minutos
Volumen total bombeado: 6,333 galones
Volumen promedio: 395 galones por minuto
Sólidos estimados: 1260 galones
Aceite estimado recuperado: 200 galones
Nivel de turbidez (prebombeo) – 2.0 NTU
Nivel de aceite en agua (pre bombeo) – 0 ppm
Nivel de turbidez (durante el bombeo) – 4.0 NTU
Nivel de aceite en agua (durante el bombeo) – 0 ppm
Volumen decantado: 1400 galones*
Agua de decantación Aceite en agua – No muestreado

* Decantado directamente al tanque secundario; no por la borda

Bandeja 7 – 19 de noviembre de 2011

La bandeja 7 consistía en una capa de arena de mampostería de 6 pulgadas sobre la cual se colocó una franja de dos pies de ancho de aceite Sundex de 4 pulgadas de espesor en diagonal a través de la bandeja. OHMSETT informó que se colocaron 80 galones de aceite en la bandeja. Se colocaron dos conjuntos de obstáculos en el borde del aceite en lados opuestos. Un extremo de esta bandeja estaba muy cerca de las ventanas de visualización submarinas del tanque OHMSETT.

El tiempo total de la operación de extracción de aceite fue de 23 minutos. El tiempo estimado de bombeo fue de 7 minutos. El material total retirado fue de 3,166 galones. Como esta era la cuarta bandeja trabajada por el operador de la bomba de la excavadora, era obvio que estaba adquiriendo el conocimiento y la técnica para la eliminación eficiente del aceite. De manera experta, inició y detuvo la bomba para apuntar al aceite y reducir la cantidad de sólidos tomados con el aceite. También utilizó la capacidad de inclinación y articulación del brazo de la excavadora para maniobrar suavemente el cabezal de la bomba a lo largo de una línea de aceite que estaba bordeada por la arena. Los obstáculos de bloques de concreto no obstaculizaron la recuperación, y el petróleo a una pulgada de los bloques se eliminó de manera efectiva. Esencialmente se eliminó el 100% del aceite. También marcó la operación de recuperación más eficiente, ya que se eliminaron 80 galones de aceite, pero solo se bombearon 3,166 galones de material total al tanque de recolección.

Como antes, la decantación del agua no se intentó a petición de OHMSETT.

Se tomó y analizó una muestra del material aceitoso flotante. Los resultados de la prueba BS&W fueron: 63,5 % de agua, 3,0 % de sólidos, 33,5 % de aceite.

Bandeja 7 – Datos básicos
Tiempo total de eliminación de aceite: 23 minutos
Tiempo total de bombeo: 7 minutos
Volumen total bombeado: 3,166 galones
Volumen promedio: 452 galones por minuto
Sólidos estimados: 360 galones
Aceite estimado recuperado: 80 galones
Nivel de turbidez (prebombeo) – 2.0 NTU
Nivel de aceite en agua (pre bombeo) – 0 ppm
Nivel de turbidez (durante el bombeo): 9,0 NTU*
Nivel de aceite en agua (durante el bombeo) – 0 ppm
Volumen decantado: 0
Agua de decantación Aceite en agua – No muestreado

* Considerable turbidez liberada de la bomba cuando la bomba se apagó y el material se drenó de las mangueras a través de la bomba cuando se sumergió y apuntó hacia abajo.

3.0 Discusión de los experimentos

La siguiente es una discusión de los OSBORS y cada uno de los objetivos establecidos de la sección Métodos y Materiales.

3.1 Requisitos del plan de pruebas: logros y lecciones aprendidas

Compatibilidad con sistemas de detección de aceite

Se probó la capacidad del sistema de cámara de la bomba para proporcionar retroalimentación en tiempo real como un tipo de informe de video. La cámara de video de circuito cerrado en la nariz de la bomba se activó para permitir al operador y a otros espectadores una confirmación visual de la ubicación del material a retirar. La cámara también ayudó al operador a determinar la tasa de extracción de forma instantánea, así como dónde debe estar la bomba vertical y lateralmente para maximizar la eficiencia de eliminación, es decir, la mayor cantidad de aceite con la menor cantidad de sólidos y agua. Los videos proporcionaron una confirmación visual de los resultados clave de las pruebas.

Antes de acercarnos a cada una de las bandejas, estudiamos los datos proporcionados por OHMSETT en forma de diagramas que ilustran la forma y ubicación del aceite en la bandeja. Se discutió la estrategia sobre el mejor enfoque para eliminar primero las concentraciones más altas de petróleo. Si las tecnologías de detección e imágenes proporcionaran datos similares, se haría el mismo enfoque.

Lecciones aprendidas

• Dos cámaras son mejores que una. El operador sugirió que si tuviéramos dos cámaras de ala enfocadas en el área de bombeo, en lugar de una directamente en línea, podría ser más preciso.
• La iluminación será necesaria para las operaciones del mundo real. Sabemos que esto va a entrar. Sin embargo, la claridad del agua en el tanque OHMSETT no requería iluminación.
• El buque de apoyo para el OSBORS, ya sea en modo Sub Draga o Excavadora, debe tener instrumentación GPS de precisión para apuntar al aceite localizado por la tecnología de detección.

Eliminación de aceite del fondo marino

Una prioridad de las pruebas fue extraer aceite de una serie de bandejas de entre varios tipos de obstáculos cercanos. Las bandejas se colocaron en la parte inferior del tanque de prueba OHMSETT. Estas bandejas contenían diferentes tipos de aceite, todas con gravedades específicas mayores que el agua en el tanque de prueba. Las viscosidades oscilaron entre 75.000 y 175.000 centistokes. Los aceites de alta viscosidad no fueron un problema para la bomba EDDY. Como la bomba EDDY es una bomba de dragado y está diseñada para transferir hasta un 80% de sólidos en purín, simplemente manejó el aceite de alta viscosidad como si fuera un sólido. El volumen de agua que se bombea también ayudó en el transporte del aceite viscoso a través de las tuberías y mangueras.

Como era de esperar, se eliminó un gran porcentaje de agua, en relación con el petróleo y los sólidos. Además, los tanques de recolección utilizados para esta prueba eran esencialmente modelos a escala de los que se utilizarían en el campo. Los tanques más grandes se pueden adaptar fácilmente para manejar grandes volúmenes de agua aceitosa desnatando el aceite de la superficie, filtrando el agua y decantándola de nuevo al cuerpo de agua.

Otro aspecto de la prueba fue determinar la cantidad de turbidez generada por la operación. Se recogieron muestras de agua para detectar la turbidez como se describió anteriormente. Los resultados mostraron que esencialmente no se produjo turbidez por esta acción de bombeo. Esto es el resultado del tipo de arena utilizada y el sistema de bombeo de vórtice, que fue diseñado específicamente para no perturbar los sedimentos del fondo cercanos mientras se bombean los materiales.

También se requería determinar si el petróleo se estaba dispersando en el agua circundante. Se tomaron muestras de zona en el área del cabezal de la bomba para determinar si la operación estaba dispersando aceite en el agua alrededor de la operación. El análisis de estas muestras indicó que no se dispersó aceite durante la operación de bombeo. La visibilidad fue excelente en el tanque de prueba, tanto desde arriba como a través de los orificios de babor cerca de las bandejas de prueba. La observación visual mostró que esencialmente no había redistribución de aceite en el agua circundante durante el bombeo.

La bomba OSBORS demostró que podía operar cerca de paredes verticales, pilotes de roca y obstrucciones verticales como bloques de concreto. El operador podía maniobrar la nariz de la bomba bastante cerca de estas obstrucciones. La cámara digital funcionó bastante bien.

Las pruebas realizadas fueron en agua con una salinidad de aproximadamente 15 ppt, que es típica del agua de mar de baja salinidad. No hay ninguna razón por la que el sistema de bombeo no deba funcionar en ningún tipo de agua, desde agua dulce hasta condiciones súper salinas (mayores de 35 ppt), siempre y cuando el producto esté sumergido y descansando sobre el fondo del océano.

Lecciones aprendidas

• Una sonda de detección de fondo sería útil. Una simple varilla de contacto que activaría una luz, o emitiría un sonido audible, ayudaría al operador al proporcionar una señal de que puede activar la bomba y el material objetivo. Esto ayudaría a reducir el bombeo de agua libre solamente.
• Se debe instalar una válvula de retención unidireccional en un punto adecuado de la línea de flujo. Cuando el bombeo cesaba y la bomba permanecía suspendida, apuntando hacia abajo, los materiales que aún estaban en la línea de flujo se drenaban. Esto creó una turbidez innecesaria en el área y también podría permitir que se liberara aceite bombeado.

Movilización

Todos los componentes llegaron a las instalaciones de OHMSETT en transporte comercial o privado de camiones. Se registró un registro de cada artículo que llegaba y se descargaba. Cada componente fue nombrado apropiadamente en el inventario. Se tomaron fotos para confirmar la entrega y el estado de cada artículo.

El montaje del sistema fue realizado por cinco (5) miembros del equipo de OSBORS con asistencia ocasional del personal de OHMSETT. Se registró la siguiente información.

• Tiempo de montaje, desde la llegada hasta que esté listo para la operación: 5 horas
• Número de personal necesario para el montaje: 5
• Herramientas requeridas: Herramientas manuales estándar y herramientas eléctricas que funcionan con baterías
• Equipo auxiliar requerido: Carretilla elevadora o grúa (también se utilizó excavadora)
• Espacio total requerido. Montaje: 100 pies cuadrados; Operación: 750 pies cuadrados
• Peso total de los componentes: 76,200 libras (Excavadora = 54,300 Lbs.)

3.1 Desmontaje y descontaminación

El desmontaje del equipo fue observado por el equipo y los observadores de la Guardia Costera, pero no cronometrado. Artículos que requirieron descontaminación antes del transporte público incluidos; todas las mangueras, el conjunto de la bomba y los accesorios del bastidor de la bomba, como las ruedas. Los principales elementos que no requerían descontaminación incluían la excavadora, incluidas las orugas y el sistema hidráulico. La limpieza de la mayoría de los componentes se realizó utilizando lavadoras a presión en la losa de lavado en OHMSETT. Los tanques de recolección se bombearon y enjuagaron utilizando camiones de vacío contratados. Las mangueras requerían una limpieza especial para eliminar los residuos aceitosos del interior. Esto fue realizado fuera del sitio por el contratista de alquiler de equipos.

Maniobrabilidad

Se requirió que el operador de la bomba controlada por la excavadora maniobrara entre los obstáculos para eliminar la cantidad fija de aceite altamente viscoso que yacía sobre la arena en las bandejas. Se registró el volumen de aceite, agua y sólidos eliminados en un período de tiempo medido.

Usando guía visual, la bomba de la excavadora se colocó justo encima del aceite sumergido mientras se enganchaba la bomba. El cabezal de succión se bajó lentamente hasta que se logró la máxima eficiencia de eliminación de aceite. Esto fue verificado por el sistema de video digital. El cabezal de la bomba se maniobraba lateralmente entre los obstáculos hasta que se retiraba la cantidad máxima de aceite, según lo verificado por la cámara de video y los observadores externos que estaban en comunicación verbal con el operador. Los resultados mostraron que el sistema OSBORS maniobraba bastante bien entre y junto a los obstáculos.

La bomba se observó desde arriba del tanque de prueba y desde las ventanas en el costado del tanque. Se tomó un video digital de toda la operación de bombeo. De interés fue cómo se movía el cabezal de la bomba alrededor de los lados de la bandeja de prueba y los obstáculos colocados en las bandejas. El cabezal de la bomba es bastante pesado y puede derribar las pilas de bloques y piedras planas. Durante las limpiezas reales, podría ser aconsejable evitar objetos como el coral, pero rastrear objetos más grandes como piedras y rocas. La bomba se puede operar bastante cerca de elementos sensibles, como algas marinas y bentos, ya que no perturba el área a más de unos pocos centímetros de la cabeza.

Como el sistema de excavadora es un modo viable de recuperación, se observó que la excavadora en sí no era complicada de maniobrar y operar, incluso en los cuartos estrechos en la carretera de acceso elevada del tanque. Necesitaba ser elevado aproximadamente 4 pulgadas para que la tapa despejara los rieles de seguridad junto al tanque de prueba. Esto se logró fácilmente utilizando tableros de andamios de 2 pulgadas de grosor.

Durante esta operación se registró lo siguiente para la excavadora/bomba:

• Longitud de alcance desde la parte delantera de las vías de conducción: 28 Ft.
• Alcance vertical: 22 Ft.
• Rango de movimiento de lado a lado (arco de franja) – Como se despliega: 180 Grados. En teoría: 360 Grados.
• Control de desplazamiento: 1 pulgada
• Ángulo de inclinación: 160 grados.

Lecciones aprendidas

• En el modo excavadora, se requiere una observación y planificación cuidadosas para evitar puntos de pellizco en la manguera de descarga.

5. Manejo de materiales del lado superior

Se realizaron una serie de pruebas con respecto a la capacidad del OSBORS para recolectar todos los materiales bombeados de la draga Sub, separar estos materiales en sólidos, aceite y agua, y manejar cada uno de estos materiales con respecto al almacenamiento y la eliminación.

Los materiales bombeados se recolectaron en un separador de fase Baker de 5,100 galones o en un tanque Adler de 8,400 galones. El tanque Baker era descapotable y el Adler era cerrado. El tanque Baker se midió de acuerdo con la capacidad reportada por el proveedor de 101.7 galones por pulgada. El tanque Adler incluía una mesa de flejado que ayudaba a medir el volumen con una tubería y cinta métrica para determinar el volumen de materiales en los tanques en los momentos apropiados. El aceite sumergido fue transformado por el proceso de bombeo en una mousse de agua en aceite que flotaba en los tanques. Esta mousse es difícil de manejar para la mayoría de los tipos de skimmers, ya que no fluye, incluso cuando se coloca en una superficie inclinada. Se utilizó un skimmer Rope Mop para ayudar a eliminar el producto flotante. El material aceitoso se aferró a la fregona de cuerda, pero los rodillos de escobilla no fueron totalmente efectivos para eliminar el aceite de la fregona. El aceite espeso se acumularía en los rodillos y los rodillos perderían fricción para agarrar e impulsar la fregona. La fregona de cuerda no fue totalmente ineficaz, pero el proceso fue lento. El uso de un simple accesorio de manguera en forma de pico de pato a través de la bomba de diafragma resultó más conveniente. Era evidente que no todo el petróleo estaba reflotado. El agua entre la mousse flotante y el fondo del tanque contenía partículas de aceite en suspensión. Sin embargo, dado que el agua se decantó desde la parte inferior del separador de fases, parecía como si la combinación del paño del filtro y los sólidos acumulados creara una barrera de filtro que atrapaba y evitaba que cualquier aceite apreciable quedara atrapado en el agua de decantación.

Esta agua de decantación se bombeó de nuevo al tanque de prueba después de ejecutarla a través de un sistema de filtración de doble bolsa de bote. Se utilizaron dos tipos de bolsas de filtro en los botes. Ambos tenían una clasificación de filtro de 100 micras. Esta agua se probó para determinar el contenido de aceite utilizando una muestra de agarre en la descarga abierta de regreso al tanque de prueba.

Ha sido un objetivo importante del OSBORS aumentar el sistema de bombeo con componentes de tratamiento de lado superior que están fácilmente disponibles en todas las regiones geográficas donde se puede implementar el sistema. Los tanques de recolección como cajas Roll-off, tanques frac y separadores de fase son ofrecidos por proveedores en todas las áreas costeras de los Estados Unidos. Del mismo modo, dondequiera que haya exploración de petróleo y gas o actividad petroquímica en todo el mundo, este tipo de herramientas se pueden obtener y alquilar. Lo mismo puede decirse del sistema de filtración de doble recipiente. El hecho de que el sistema fuera capaz de demostrar la capacidad de recibir los materiales, procesar el agua de decantación y manejar los sólidos, utilizando equipos alquilados localmente, fue un evento positivo de la prueba.

Lecciones aprendidas

• El separador de fases es un componente valioso. En una operación a gran escala, no tiene suficiente capacidad para ser el tanque de recolección de material primario e inicial. Si hubiera varios configurados uno al lado del otro, podrían ser factibles, pero la operación de recuperación de petróleo tendría que cesar mientras las mangueras de descarga se movían de un tanque lleno a un tanque vacío.
• Los tanques Frac de tamaño completo (400-500 Bbl) pueden ser más adecuados como el tanque de recolección principal. Los materiales podrían transferirse al separador de fases para el tratamiento intermitente y la preparación para la decantación del agua y la eliminación del aceite superficial.
• La aireación creada por la alta energía de la descarga ayudó a reflotar un porcentaje del aceite. Un desnatador de aceite de superficie adecuado y un sistema de recolección deben ser un componente permanente del sistema de tratamiento del lado superior.
• Los tanques abiertos parecen ofrecer más versatilidad que los tanques cerrados. Sin embargo, esto puede ser un problema para permitir durante las operaciones de campo, particularmente las operaciones a través del agua, por lo que se deben revisar y planificar alternativas a los tanques abiertos.
• Una variedad de tamaños de filtro deben estar disponibles. La mayoría de las arenas de playa son más grandes que 100 micras, pero las arenas utilizadas en esta prueba eran obviamente más pequeñas que el tamaño de la malla y, por lo tanto, los sólidos no se filtraron adecuadamente para su descarga.

Requisitos generales

• Fácil de operar y requiere un entrenamiento mínimo. Cualquier operador de excavadora experimentado puede dominar rápidamente las técnicas necesarias para operar la bomba.
• Durabilidad del equipo y facilidad de descontaminación. No hubo problemas mecánicos con ninguno de los equipos utilizados en el sistema. Todos los componentes, con la excepción de las mangueras de transferencia, se descontaminaron adecuadamente utilizando lavadoras a presión de agua caliente.
• Capacidad para operar día y noche. La operación nocturna no se probó específicamente, pero no hay razón para creer que con una iluminación adecuada, los componentes superiores no podrían operarse de manera segura.
• Operar con un impacto mínimo en el ecosistema bentónico : en modo excavadora, el sistema tendrá un impacto muy mínimo en el ecosistema bentónico. En la mayoría de las ocasiones, incluso el extremo de la entrada de succión no estaba en contacto directo con la superficie inferior. Existe la probabilidad de que los epibentos cercanos y algo de infauna sean absorbidos por la poderosa bomba. Estos organismos serán destruidos por la poderosa bomba. Sin embargo, en relación con una operación de dragado convencional con un cucharón o un cabezal de corte, el OSBORS sería mucho menos impactante.

4.0 Resultados y conclusiones

Las pruebas de recuperación dieron como resultado que hasta el 97% del aceite se recuperara de cada bandeja. En todos los casos se recuperó un volumen considerable de agua. Era obvio para todos los observadores que todo el volumen de petróleo podría haberse eliminado de todas las bandejas si la capacidad del tanque de recolección hubiera sido mayor.

El manejo de sólidos por parte de la bomba fue extraordinario. La maniobrabilidad de la unidad dependía del operador, pero solo se requería una cantidad mínima de capacitación para que un nuevo operador tuviera la habilidad adecuada en la técnica de recuperación para completar las pruebas.

La decantación de aceite y agua y la eliminación gratuita de aceite de los tanques de almacenamiento no fueron un éxito total, pero se obtuvo suficiente conocimiento para demostrar la viabilidad del sistema tal como fue diseñado para las pruebas. El principal problema observado es que, debido al alto volumen de materiales recuperados por la bomba, se debe desarrollar una operación de decantación más fluida y continua para permitir un bombeo de recuperación ininterrumpida.

En el modo excavadora, las limitaciones del sistema, tal como se probaron, incluían su alcance y profundidad de agua en la que se podía utilizar el sistema. Hay excavadoras de «palo largo» que permitirán la operación en hasta 50 pies de profundidad de agua. No hay razón para dudar de que el sistema funcionará como se demuestra en aguas más profundas. La huella de los componentes se puede operar desde una barcaza de cubierta estándar o una plataforma flotante de tamaño similar. El uso de la bomba EDDY con la sub draga submarina a control remoto resolverá la mayoría de las preguntas de alcance y profundidad. El Sub Dredge puede operar y bombear aceite desde 200 pies de profundidad y puede llegar hasta 350 pies de distancia del terminal umbilical.

5.0 Resumen

Las pruebas en OHMSETT demostraron ser muy valiosas en el desarrollo del OSBORS. Algunas áreas superaron las expectativas. Algunos aspectos respondían a incertidumbres. Se observaron deficiencias, pero no demasiado alarmantes. El USCG-RDC había establecido una lista de conceptos de diseño que se abordarían en las pruebas. De los diecinueve elementos de la lista, quince pudieron abordarse, hasta cierto punto, durante las pruebas OHMSETT. Podría justificarse que algunos de los ítems tuvieran un valor más crítico que otros en la evaluación general. Si uno pusiera la mayor gravedad en la capacidad del sistema para eliminar el petróleo hundido del medio ambiente, en primer lugar, entonces el consenso sería que la prueba fue un éxito. Al final, las pruebas proporcionaron la confianza de que el OSBORS está listo para el campo y puede ser una herramienta muy viable para recuperar petróleo del fondo marino.

Componentes

1. Bomba EDDY

2. Excavadora CAT 320DD

3. Mangueras: manguera tipo camión cisterna de 4 pulgadas con conexiones de brida ANSI; Manguera de succión tipo camión cisterna de 3 pulgadas con accesorios Camlock; Manguera de descarga de PVC de 3 pulgadas con accesorios Camlock

4. Separador de fase baker- Estas unidades utilizan un medio filtrante desechable (tela de filtro) que mejora la eficiencia de deshidratación. La caja se puede limpiar sin quitar ningún componente o panel de filtro debido al espacio entre las pantallas de soporte y las paredes / piso.

5. Adler Roll-Off Bulk Tank – Tanque Mini-Frac superior cerrado

6. Baker – Filtro de bolsa dúplex de 3 pulgadas – Dos carcasas de filtro independientes están montadas en patines y tuberías de tal manera que una unidad de filtro está activa mientras la otra está fuera de servicio. Las conexiones de entrada y salida se proporcionan en cada extremo del patín. Se utiliza para filtrar una amplia gama de fluidos de procesos industriales y comerciales, descargas de aguas subterráneas de sitios de construcción, aguas pluviales o escorrentía urbana.

7. Bomba de diafragma Spate 75C – La Spate 75C es una bomba de diafragma recíproca de alta velocidad

8. Modelo C-13e Mop skimmer

9. Analizador portátil de aceite en agua 500D de Turner Instruments: el TD-500DTM es un fluorómetro de mano de doble canal diseñado para mediciones rápidas, fáciles y confiables de petróleo crudo, fueloil, aceite lubricante, diesel, algunos condensados de gas e hidrocarburos refinados en agua o suelo. Cuando se calibra correctamente con un método de correlación o un estándar conocido, el TD-500DTM se puede utilizar para medir las concentraciones de hidrocarburos de las muestras de agua en menos de 4 minutos.

10. Analizador de turbidez de mano – Turbidímetro 2100Q: cumple con los criterios de diseño del método USEPA 180.1.

11. Muestreadores y herramientas de medición

12. Medios filtrantes

13. Cámara submarina de alta definición Kronsberg

14. Piscinas de contención secundarias

15. Bolsas de deshidratación (no utilizadas)