СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА ОТКРЫТЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
METHOD FOR DETERMINING AGE OF OIL SPILLS ON OPEN SURFACES

Изобретение относится к охране природных ресурсов и может быть использовано при мониторинге природных сред в нефтедобывающих районах.
Известно, что при мониторинге природных сред в нефтедобывающих районах и для определения размеров штрафных санкций за причинение ущерба очень важно знать, когда произошел разлив нефти на поверхность почвы, водоема или иную поверхность и, соответственно, время воздействия нефти на природную среду (см. Методику определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. Руководящий документ. Утв. Минтопэнерго РФ 01.11.95 г., стр.23).
С течением времени в нефти, разлитой на открытой поверхности, преобладающим процессом изменения является процесс испарения летучих низкомолекулярных фракций углеводородов (см. Методику определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. Руководящий документ. Утв. Минтопэнерго РФ 01.11.95 г., стр.6).
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения возраста разлитой нефти, в котором могут быть применены методы, основанные на определении содержания в пробе углеводородных фракций методами химического анализа (см. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям: Учебное пособие для вузов /И.Н.Дияров и др./. - Л.: Химия, 1990 г., стр.129-142, Государственные стандарты Союза ССР. Нефтепродукты. Методы испытаний. Часть 2. - М.: Издательство стандартов, 1987, стр.259-269).
Предлагаемые методы длительны, трудоемки и требуют сложной и дорогостоящей аппаратуры, что делает их применение возможным только в условиях стационарной лаборатории.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка простого, надежного и дешевого способа определения возраста разлитой нефти, применимого как в условиях стационарной лаборатории, так и в составе передвижных лабораторий и в полевых условиях.
Поставленная задача решается с помощью технического результата, заключающего в определения возраста разливов нефти на открытых поверхностях надежным и упрощенным путем.
Указанный результат достигается тем, что в способе определения возраста разливов нефти на открытых поверхностях, включающем пробоотбор и термостатирование пробы нефти, в пробу опускают калиброванный капилляр, измеряют высоту поднятия нефти за фиксированное время по калиброванному капилляру, определяют возраст разлива нефти путем сравнения высоты поднятия пробы нефти по этому капилляру за фиксированное время с откалиброванным уровнем высоты для образцов того же вида свежей нефти.
Согласно Большой советской энциклопедии (БСЭ 2, 3) вязкость нефти изменяется в широких пределах и определяется фракционным составом нефти и ее температурой (чем выше температура и больше количество легких фракций, тем ниже вязкость.
Объем жидкости, протекающей за время τ через трубку длиной 1 под влиянием разности давлений на концах трубки Δp, определяется по формуле Пуазейля (см. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Под ред. А.Н.Ремизова. - М.: Высшая школа, 1987, стр.99-100)
4
V=πrΔpτ/8η1,
где V - объем жидкости;
η - вязкость жидкости;
τ - радиус капилляра.
Из формулы Пуазейля следует, что объемы жидкостей, протекающих за равные промежутки времени по одинаковым капиллярам, обратно пропорциональны вязкостям этих жидкостей.
2
Кроме того, по мере заполнения капилляра жидкостью начинает сказываться сила тяжести F=πρghr, где ρ - плотность жидкости, g - ускорение силы тяжести, h - высота столба жидкости, r - радиус капилляра. Согласно Химии нефти. Руководство к лабораторным занятиям: Учебное пособие для вузов /И.Н.Дияров и др./. - Л., "Химия", 1990 г., стр.6, нефть представляет собой сложную смесь.
Способ заключается в том, что берется проба разлитой нефти, помещается в термостатированную емкость. Вязкость нефти зависит от температуры, поэтому проба должна быть термостатирована. Измерения возраста разлива могут включать различные варианты.
1 вариант. Заранее калибруется капилляр по конкретному виду нефти (источнику нефти). Срок разлива нефти определяется по уровню поднятия нефти в этом калиброванном капилляре. Тогда стандартного образца не надо. В этом случае все сделано заранее, и возможно численное определение возраста.
2 вариант. Калибровка отсутствует. В этом случае можно только определить свежий этот разлив или давний, сравнивая высоту поднятия нефти в стандартном образце (свежей нефти) и в пробе. Для этого варианта термостатированная емкость может быть разделена на две части. Тогда в одну часть наливается стандартный образец нефти, а в другую исследуемая проба. В каждом нефтепроводе нефть определенного состава. Нефть из нефтепровода считается стандартная. Опускаем одинаковые калиброванные капилляры в каждую часть емкости. Нужно около 2 минут подождать. И через 2 мин в свежей нефти (стандартной) по капилляру поднимется нефть на одну высоту, а по другому капилляру, установленному в исследуемой пробе нефти, - на другую. Разница этих высот пропорциональна возрасту разлива.
На основании представленных данных можно сделать вывод, что при нахождении на открытой поверхности нефть с течением времени будет терять все большее количество низкомолекулярных углеводородов, что приводит к увеличению плотности и вязкости нефти по мере увеличения доли высокомолекулярных углеводородов.
По мере увеличения содержания высокомолекулярных углеводородов увеличение вязкости и плотности нефти приводит к уменьшению объема ее поступления в капилляр под действием капиллярных сил, что регистрируется как уменьшение длины столбика нефти, поднимающегося по капилляру за определенное время.
Способ иллюстрируется фиг.1, на которой поверхности термостатированного образца исследуемой нефти 1 касаются торцом калиброванного капилляра 2. Через 2 мин по шкале измеряют высоту столбика нефти 3, поднявшегося по капилляру под действием сил поверхностного натяжения. Затем такую же операцию проводят с образцом свежей нефти из источника, соответствующего предполагаемому источнику разлива. После этого по калибровочному графику, характерному для каждого источника нефтяных разливов, определяют возраст образца исследуемой нефти.
Для проверки достижимости технического результата был поставлен лабораторный эксперимент. В течение пяти месяцев ежедневно проводились измерения по описанному способу свойств образца нефти марки «Brent», находившейся в открытой чашке Петри при 20°С в помещении лаборатории без принудительной вентиляции. Результаты представлены в численном виде в Таблице 1 на фиг.2, а также в графическом виде на фиг 3, где по оси абсцисс откладывались дни, в течение которых нефть находилась в разлитом состоянии, на оси ординат откладывалась высота уровня нефти, которая поднималась по калиброванному капилляру через 2 мин после опускания капилляра в эту нефть.
Из графика на фиг.3 можно установить, что уровень поднятия нефти в калиброванном капилляре обратно пропорционален количеству дней, при которых нефть была в состоянии разлива.