Способ сбора разливов нефти из-под ледяного покрова водоема
METHOD FOR COLLECTION OF OIL SPILLS FROM THE ICE COVER OF THE WATER

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для сбора разливов нефти (нефтепродуктов) из-под ледяного покрова преимущественно арктических водоемов.
Несмотря на активизацию деятельности по добыче нефти в арктических регионах, в основном в морских акваториях Северного ледовитого океана, до настоящего времени не существует достаточно надежных способов и устройств для сбора разливов нефти и нефтепродуктов из-под ледяного покрова.
Известен способ сбора нефти из-подо льда, предусматривающий выполнение проруби во льду, установку на льду лебедки, размещение по контуру прямоугольника подо льдом надувного бонового заграждения, наматывание его на барабан лебедки, подтягивание нефти к проруби и ее откачку (Авт. св. СССР №1765292, МПК Е02В 15/04, Устройство для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема. Бюл. №36, 1992).
Известен также способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (патент РФ №2176701, МПК Е02В 15/04, Способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема. 2001), который предусматривает вскрытие ледяного покрова и сбор накопленной нефти в накопители. Вскрытие ледяного покрова осуществляют таким образом, чтобы кромка льда образовывала либо встречный течению реки клин, либо острый угол с одним из ее берегов. Отбирают накопившуюся в прибрежной зоне нефть, направляя ее в заранее подготовленные на берегу накопители, дно которых выполнено с обратным от водоема уклоном. Сообщение между водоемом и накопителями обеспечивают системой трубопроводов, с помощью одного из которых производят отбор нефти из прибрежной зоны, а с помощью другого подают в накопитель воду для обеспечения постоянного уровня жидкостей в накопителе, выдерживают их до кристаллизации льда на границе раздела жидкостей и производят сбор нефти с поверхности льда.
Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (патент РФ №2224842, МПК Е02В 15/04, Способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема. 2004). Сбор нефти из-под ледяного покрова проточного водоема осуществляют путем направления ее к открытому нефтеприемнику с помощью заграждения, установленного в прорези ледяного покрова поперек водного потока под углом к его динамической оси с последующим удалением нефти из нефтеприемника. В качестве заграждения используют гибкую эластичную оболочку с утяжелением по нижнему краю, верхний край которой закрепляют на ледяном покрове, после чего указанную оболочку наполняют водой под избыточным давлением. Изобретение позволяет оперативно и эффективно локализовывать и собирать нефть при авариях нефтепроводов и на нефтехранилищах в условиях ледостава.
Известен также способ сбора нефти из-подо льда проточного водоема (Патент РФ №2279508, МПК Е02В 15/04, Способ сбора нефти из-подо льда проточного водоема, преимущественно реки. Бюл. №12, 2006). Способ включает локализацию загрязняющего пятна нефти путем установки бонового заграждения, выполнение во льду проруби поперек реки выше пятна нефти относительно течения реки, установку вдоль проруби лебедок. При этом выполняют вторую прорубь поперек реки ниже пятна нефти относительно течения, а на концах поперечных прорубей - продольную прорубь. По краю первой поперечной проруби устанавливают нефтесборный узел, к которому присоединяют тросы, свободные концы которых перемещают по продольной проруби и присоединяют к барабанам лебедок, установленных по краю второй поперечной проруби. Нефтесборный узел соединяют с тросами, намотанными на барабаны лебедок, находящихся по краю первой поперечной проруби, опускают его под лед, прижимают к поверхности льда путем накачивания воздуха в его надувные оболочки и перемещают от первой поперечной проруби ко второй.
Недостатком указанных способов (Авт. св. СССР №1765292, патенты РФ №№2176701, 2224842, 2279508) является ограниченность их применения, поскольку эти способы могут быть использованы только в условиях проточного водоема.
Известен также способ для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема (патент РФ №2533920, МПК Е02В 15/04, Способ и устройство для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема. Бюл №33, 2014), включающий бурение во льду скважины, установку под ледяной покров полой оболочки, оснащенной по контуру надувным ограждением, закачку в их полости воздуха, а в зону контакта оболочки с загрязненным участком льда рабочего агента, удаление из-под ледяного покрова загрязняющих веществ, из полостей оболочки, надувного ограждения воздуха и удаление оболочки, надувного ограждения из скважины, бурение в ледяном покрове другой скважины с проведением операций, включающих удаление из-под ледяного покрова загрязняющих веществ, при этом бурение во льду скважин, установку в них оболочки с надувным ограждением осуществляют непосредственно в зоне разлива нефти, полости оболочки, надувного ограждения заполняют горячим воздухом.
Основным недостатком данного способа является низкая производительность, высокая трудоемкость и локальность характера очистки водоема (сбор нефти производится с небольшого участка акватории).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема (патент РФ 2572765, МПК Е02В 15/04, Способ сбора нефти из-под ледяного покрова водоема. Опубл. Бюл №2, 2016), включающий локализацию пятна нефти или нефтепродукта, пробуривание в ледяном покрове скважины, погружение через скважину в область пятна завихрителя с откачным устройством, создание вращением завихрителя в воде подо льдом вихревой воронки, обеспечивающей сбор в нее нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой из вихревой воронки в нефтеприемник.
Основным недостатком прототипа является низкая производительность и локальность характера очистки водоема (сбор нефти производится с небольшого участка акватории).
Задачей изобретения является повышение производительности и увеличение площади сбора и удаления из-под ледяного покрова нефти (нефтепродуктов) на проточных и непроточных водоемах.
Указанная задача решается тем, что в способе сбора разливов нефти или нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема, включающем локализацию пятна нефти или нефтепродукта, пробуривание в ледяном покрове скважины, погружение через скважину в область пятна завихрителя с откачным устройством, создание вращением завихрителя в воде подо льдом вихревой воронки, обеспечивающей сбор в нее нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой из вихревой воронки в нефтеприемник, согласно изобретению производят локализацию пятна нефти или нефтепродукта, охватывая область локализации пятна, превышающую зону действия вихревой воронки, и по мере откачки нефти или нефтепродукта сужают область локализации пятна до размеров, равных или меньших зоне действия вихревой воронки.
Кроме того, возможны следующие варианты реализации способа: локализация пятна нефти или нефтепродукта размещением под ледяным покровом бонового заграждения путем его транспортировки управляемыми торпедами и/или подводными аппаратами; локализация пятна нефти или нефтепродукта размещением под ледяным покровом бонового заграждения с замкнутым контуром в виде спирали и выполненного с возможностью сужать указанный замкнутый контур путем закручивания этой спирали перемещением бонового заграждения управляемыми торпедами и/или подводными аппаратами; локализация пятна нефти или нефтепродукта размещением под ледяным покровом бонового заграждения путем размещения его через пробуренные по периметру пятна нефти или нефтепродукта скважины; использованием надувных боновых заграждений; размещение вначале подо льдом боновых заграждений в ненадутом состоянии, а после их размещения их надувание; заполнение области, образованной боновым заграждением и ледяным покровом, на конечном этапе откачки нефти или нефтепродукта горячим воздухом.
Реализация способа включает локализацию пятна нефти или нефтепродукта, бурение в ледяном покрове в области локализации пятна нефти или нефтепродукта скважины, погружение через скважину в область пятна завихрителя с откачным устройством и их размещение с использованием механизированного комплекса под ледяным покровом, приведение во вращение завихрителя и создания за счет его вращения в воде (и нефтепродуктах) подо льдом вихревой воронки. В результате действия центробежных сил в воде подо льдом образуется воронка и в образованную воронку с поверхности воды (с границы «вода - нефтепродукты - лед») собираются разлитые в воде нефть и нефтепродукты. Далее собранная в вихревой воронке нефть (нефтепродукты, нефтяные или аналогичные им загрязнения) откачивается насосом через перфорации отборника в полом валу завихрителя в нефтеприемник. При этом локализацию пятна нефти или нефтепродукта производят, охватывая область локализации пятна, превышающую зону действия вихревой воронки, и по мере откачки нефти или нефтепродукта сужают область локализации пятна до размеров, равных или меньших зоне действия вихревой воронки.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема развертывания мобильной установки, на фиг. 2 - показан процесс удаления нефти из-подо льда с использованием мобильной установки и бонового заграждения с изменяемой зоной охвата локализуемого пятна нефти.
Фиг. 1 и 2 содержат: 1 - ледяной покров, 2 - нефть или нефтепродукты, 3 - завихритель, 4 - полый вал завихрителя, 5 - труба для откачки нефти, 6 - перфорации в полом валу, 7 - мобильная установка для бурения и откачки нефти, 8 - боновые заграждения, 9 - вихревая воронка, 10 - емкость для сбора нефтепродуктов, 11 - собранные нефтепродукты, 12 - насос, 13 - трубопровод для откачки нефтепродуктов в емкость, 14 - лопасти завихрителя (стрелкой показано направление откачки нефти.) Dmax и Dmin - максимальная и минимальная зоны охвата нефтяного пятна.
Способ осуществляется следующим образом. Производят локализацию пятна нефти или нефтепродукта, которое может быть осуществлено, например, размещением под ледяным покровом 1 бонового заграждения 8 (фиг. 1 и 2) путем его транспортировки управляемыми торпедами и/или подводными аппаратами (не показано). Над областью локализованного пятна нефти или нефтепродукта 2 размещают мобильную установку для бурения и откачки нефти 7 (фиг. 1а) и в ледяном покрове 1 бурят скважину, погружают через нее в область пятна завихритель 3 с откачным устройством (фиг. 1b). После погружения завихрителя 3 в воду на необходимую глубину раскрываются лопасти 14 завихрителя 3 (фиг. 1с, 3) и вращением завихрителя 3 создают в воде подо льдом 1 вихревую воронку 9 (фиг. 2), обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта 2, и производят откачку нефти или нефтепродукта 2 из вихревой воронки 9 (фиг. 2). При образовании в воде вихревой воронки 9 (фиг. 2) из-за разности плотностей воды и нефти более легкая нефть собирается в центральной части вихревой воронки 9. Далее через перфорации 6 в полом валу 4 завихрителя 3 нефть или нефтепродукты 2 через трубу для откачки нефти 5 (фиг. 2) насосом 12 через трубопровод для откачки нефтепродуктов в емкость 13 откачивается в емкость для сбора нефтепродуктов 10 (фиг. 2). При этом вначале удаления разлива нефти боновые заграждения 8 охватывают максимальную зону разлива Dmax (фиг. 2а), затем, по мере удаления нефтяных загрязнений зона охвата бонового заграждения постепенно сужается и доходит до минимальной зоны, соответствующей зоне действия вихревой воронки (фиг. 2b). Затем после удаления нефти или нефтепродуктов 2 лопасти 14 завихрителя 3 складываются и завихритель 3 удаляется из-подо льда, и мобильная установка для бурения и откачки нефти 7 переезжает на другой участок, где необходимо удалить нефтяные загрязнения.
Модельные сравнительные эксперименты показали, что по сравнению с прототипом (патент РФ №2572765) предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность от 1,3 до 1,6 раз и снизить трудоемкость в 2-3 раза и увеличить площадь сбора и удаления из-под ледяного покрова нефти (нефтепродуктов) в 4-6 раз.
Таким образом, реализация способа и устройства позволяет повысить производительность, снизить трудоемкость и увеличить площадь сбора и удаления из-под ледяного покрова нефти (нефтепродуктов) на проточных и непроточных водоемах.