zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-2-5-19zldm-2390Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISЛабораторное изучение основных процессов выветривания нефти при ее разливе в морской акваторииLaboratory study of main weathering processes of oil spilled in the marine environmentОсиповК.OssipovK.

Константин Осипов

141701, Московская область, г. Долгопрудный, МФТИ, Институтский пер., д. 9

Konstantin Ossipov

9, Institutsky per., Dolgoprudny, Moscow obl., 141701

osipov.kb@stratasolutions.ruМарютинаТ. А.MaryutinaT. A.

Татьяна Анатольевна Марютина

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 19.

Tatiana A. Maryutina

19, ul. Kosygina, Moscow, 119334

ООО «Страта Солюшенс»РоссияStrata Solutions LLCRussian FederationИнститут геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наукРоссияVernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RASRussian Federation202520022025912519Copyright © Осипов К., Марютина Т.А., 20252025Осипов К., Марютина Т.А.Ossipov K., Maryutina T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2390

В работе представлены методология и результаты изучения основных процессов выветривания нефти, таких как испарение, растворение, эмульгирование и естественное диспергирование, при ее разливе в морской акватории. Оценено их влияние на выбор способа ликвидации разливов нефти — механического, физико-химического или термического. Испытания осуществлены с применением различных образцов нефти, добываемой на территории Российской Федерации, с соблюдением гидрометеорологических условий морей, находящихся в умеренных широтах. Установлено, что величина естественного диспергирования нефти в морской воде незначительна, особенно в условиях слабого волнения и в случае разлива битуминозной сверхвязкой нефти. Подтверждено, что наиболее важными процессами выветривания с точки зрения выбора способа ликвидации разлива нефти являются испарение и эмульгирование. В ходе протекания данных процессов физико-химические свойства нефти могут кардинально изменяться. Показано, что потери при испарении для легкой нефти незначительной вязкости много больше, чем для битуминозной сверхвязкой нефти, что отражается на плотности и динамической вязкости образуемых нефтяных остатков. Отмечено, что испарение значительной доли легких фракций нефти может негативно сказываться на эффективности применения диспергентов и сжигания в целях ликвидации последствий загрязнения. Выявлена (вне зависимости от условий) большая склонность к эмульгированию битуминозной сверхвязкой нефти в морской воде, что приводит к получению эмульсий с очень высоким содержанием воды и предельными значениями динамической вязкости. Отмечено, что при выборе способа ликвидации разливов нефти и для моделирования процессов распространения нефтяного разлива нужно учитывать физико-химические свойства нефтяных остатков, образующихся в результате испарения и эмульгирования нефти на водной поверхности. В образцах воды, отобранных после завершения испытаний по изучению процесса растворения нефти, идентифицированы соединения (алканы, циклоалканы, ароматические углеводороды и органические сульфиды), способные изменять ее токсикологические характеристики.

The methodology and results of studying the main weathering processes of oil spilled in the marine environment are presented in this paper. Evaporation, dissolution, emulsification and natural dispersion were considered. The influence of oil weathering processes on the selection of oil spill response method (mechanical, physicochemical, or thermal) was estimated. The tests were carried out using various oil samples recovered in the Russian Federation taking into account the hydrometeorological conditions of the seas located in temperate latitudes. The low significance of natural dispersion for the fate of oil spill was established (especially under conditions of calm sea state and in the case of bituminous superviscous oil). Evaporation and emulsification were confirmed to be the most important oil weathering processes from the point of view of selecting an oil spill response method. The physicochemical properties of oil can change dramatically during these processes. It was shown that the evaporation losses for light low-viscosity oil were much greater than those for bituminous superviscous oil. This was reflected in the density and dynamic viscosity of the resulting residues. It was noted that evaporation of a significant proportion of light oil fractions can negatively affect the effectiveness of dispersant application and in situ burning. A high tendency to be emulsified (regardless of conditions) was revealed for bituminous superviscous oil. This led to obtaining emulsions with very high water content and dynamic viscosity. The necessity to take into account the physicochemical properties of residues formed as a result of oil evaporation and emulsification on the water surface when selecting oil spill response method or oil spill modeling method was noted. The compounds (alkanes, cycloalkanes, aromatic hydrocarbons and organic sulfides) capable of changing water toxicological characteristics were registered in the water samples taken after tests of studying the oil dissolution process.

выветривание нефтииспарениерастворениеэмульгированиеестественное диспергированиеликвидация разливов нефтиcrude oil weatheringevaporationdissolutionemulsificationnatural dispersionoil spill responseReferencesЗольников Д. Н., Секисов Н. С., Зольников Н. Н. Разлив нефти и нефтепродуктов: последствия и пути решения / Арктика: Современные подходы к производственной и экологической безопасности в нефтегазовом секторе. Материалы Международной научно-практической конференции. 2023. Т. II. С. 66 – 70.Zol’nikov D. N., Sekisov N. S., Zol’nikov N. N. Oil and petroleum product spills: consequences and solutions / Arctic: Modern approaches to industrial and environmental safety in the oil and gas sector. Proc. of the International Scientific and Practical Conference. 2023. Vol. II. P. 66 – 70 [in Russian].Bonvicini S., Bernardini G., Scarponi G. E., et al. А methodology for Response Gap Analysis in offshore oil spill emergency management / Mar. Pollut. Bull. 2022. Vol. 174. P. 1 – 16. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2021.113272Bonvicini S., Bernardini G., Scarponi G. E., et al. A methodology for Response Gap Analysis in offshore oil spill emergency management / Mar. Pollut. Bull. 2022. Vol. 174. P. 1 – 16. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2021.113272Хасанов И. И., Шакиров Р. А., Павлова Е. Е., Сакаев А. А. Об особенностях методов ликвидации разливов нефти в арктическом шельфе и открытом море / Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2022. ¹ 5 – 6. С. 54 – 60. DOI: 10.24412/0131-4270-2022-5-6-54-60Khasanov I. I., Shakirov R. A., Pavlova E. E., Sakaev A. A. Special aspects of oil spill response methods in the arctic shelf and in the open sea / Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2022. N 5 – 6. P. 54 – 60 [in Russian]. DOI: 10.24412/0131-4270-2022-5-6-54-60Dachev Y., Milev D. Oil Spills Weathering / Ann. Rev. Resear. 2022. Vol. 8. N 1. P. 1 – 4. DOI: 10.19080/ARR.2022.08.555730Dachev Y., Milev D. Oil Spills Weathering / Ann. Rev. Resear. 2022. Vol. 8. N. 1. P. 1 – 4. DOI: 10.19080/ARR.2022.08.555730Brandvik P. J., Resby J. M., Daling P. S., et al. Meso-scale weathering of oil as a function of ice conditions. Oil properties, dispersibility and in situ burnability of weathered oil as a function of time. Report N 19 (SINTEF A15563), 2010. — 112 p.Brandvik P. J., Resby J. M., Daling P. S., et al. Meso-scale weathering of oil as a function of ice conditions. Oil properties, dispersibility and in situ burnability of weathered oil as a function of time. Report N 19 (SINTEF A15563), 2010. — 112 p.Adofo Y. F., Nyankson E., Agyei-Tuffour B. Dispersants as an oil spill clean-up technique in the marine environment: A review / Heliyon. 2022. Vol. 8. N 8. P. 1 – 19. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10153Adofo Y. F., Nyankson E., Agyei-Tuffour B. Dispersants as an oil spill clean-up technique in the marine environment: A review / Heliyon. 2022. Vol. 8. N 8. P. 1 – 19. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10153Nordvik A. Time window-of-opportunity strategies for oil spill planning and response / Pure Appl. Chem. 1999. Vol. 71. N 1. P. 5 – 16. DOI: 10.1351/pac199971010005Nordvik A. Time window-of-opportunity strategies for oil spill planning and response / Pure Appl. Chem. 1999. Vol. 71. N 1. P. 5 – 16. DOI: 10.1351/pac199971010005Hettithanthri O., Nguyen T. B. T., Fiedler T., et al. A review of oil spill dynamics: Statistics, impacts, countermeasures, and weathering behaviors / Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2024. Vol. 19. P. 1 – 21. DOI: 10.1002/apj.3128Hettithanthri O., Nguyen T. B. T., Fiedler T., et al. A review of oil spill dynamics: Statistics, impacts, countermeasures, and weathering behaviors / Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2024. Vol. 19. P. 1 – 21. DOI: 10.1002/apj.3128Панюкова Д. И., Осипов К., Марютина Т. А. Исследованием распределения микроэлементов в углеводородных группах нефти / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. ¹ 1. С. 26 – 33. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-1-26-33Panyukova D. I., Ossipov K., Maryutina T. A. Study of the distribution of microelements in oil hydrocarbon groups / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. N 1. P. 26 – 33 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-1-26-33Sorheim K. R., Hellstrom K. C. Weathering study of TOR II and evaluation of oil weathering properties on Eldfisk S and Ekofisk J. Report (SINTEF OC2022 A-050), 2022. — 100 p.Sorheim K. R., Hellstrom K. C. Weathering study of TOR II and evaluation of oil weathering properties on Eldfisk S and Ekofisk J. Report (SINTEF OC2022 A-050), 2022. — 100 p.Sorheim K. R., Hellstrom K. C. Limited laboratory study of Rolvsnes in comparison with existing weathering properties of Edvard Grieg and Solveig crude oils. Report (SINTEF OC2021 A-117), 2022. — 28 p.Sorheim K. R., Hellstrom K. C. Limited laboratory study of Rolvsnes in comparison with existing weathering properties of Edvard Grieg and Solveig crude oils. Report (SINTEF OC2021 A-117), 2022. — 28 p.Wade T. L., Driscoll S. K., McGrath J., et al. Exposure methodologies for dissolved individual hydrocarbons, dissolved oil, water oil dispersions, water accommodated fraction and chemically enhanced water accommodated fraction of fresh and weathered oil / Mar. Pollut. Bull. 2022. Vol. 184. P. 1 – 11. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2022.114085Wade T. L., Driscoll S. K., McGrath J., et al. Exposure methodologies for dissolved individual hydrocarbons, dissolved oil, water oil dispersions, water accommodated fraction and chemically enhanced water accommodated fraction of fresh and weathered oil / Mar. Pollut. Bull. 2022. Vol. 184. P. 1 – 11. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2022.114085Осипов К., Мокочунина Т. В., Панюкова Д. И., и др. Сравнение стандартных методик определения эффективности диспергентов нефти в лабораторных условиях: их преимущества и недостатки / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. ¹ 1. С. 23 – 29. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-1-23-29Ossipov K., Mokochunina T. V., Panyukova D. I., et al. A comparison of standard test methods for determining the laboratory effectiveness of oil spill dispersants: their benefits and drawbacks / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. N 1. P. 23 – 29 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-1-23-29Daling P. S., Brandvik P. J., Mackey D., Johansen O. Characterization of crude oils for environmental purposes / Oil Chem. Pollut. 1990. Vol. 7. P. 199 – 224.Daling P. S., Brandvik P. J., Mackey D., Johansen O. Characterization of crude oils for environmental purposes / Oil Chem. Pollut. 1990. Vol. 7. P. 199 – 224.Keramea P., Spanoudaki K., Zodiatis G., et al. Oil Spill Modeling: A Critical Review on Current Trends, Perspectives, and Challenges / J. Mar. Sci. Eng. 2021. Vol. 9. N 2. P. 1 – 41. DOI: 10.3390/jmse9020181Keramea P., Spanoudaki K., Zodiatis G., et al. Oil Spill Modeling: A Critical Review on Current Trends, Perspectives, and Challenges / J. Mar. Sci. Eng. 2021. Vol. 9. N 2. P. 1 – 41. DOI: 10.3390/jmse9020181Guidelines on the Use of Dispersants for Combating Oil Pollution at Sea, 2024 Edition. — International Maritime Organization: London, 2024. — 208 p.Guidelines on the Use of Dispersants for Combating Oil Pollution at Sea, 2024 Edition. — International Maritime Organization: London, 2024. — 208 p.Shiu W. Y., Bobra M., Bobra A. M., et al. The Water Solubility of Crude Oils and Petroleum Products / Oil Chem. Pollut. 1990. Vol. 7. N 1. P. 57 – 84. DOI: 10.1016/S0269-8579(05)80034-6Shiu W. Y., Bobra M., Bobra A. M., et al. The Water Solubility of Crude Oils and Petroleum Products / Oil Chem. Pollut. 1990. Vol. 7. N 1. P. 57 – 84. DOI: 10.1016/S0269-8579(05)80034-6Overton E. B., Adhikari P. L., Radovic J. R., Passow U. Fates of petroleum during the deepwater horizon oil spill: A chemistry perspective / Front. Mar. Sci. 2022. Vol. 9. P. 1 – 25. DOI: 10.3389/fmars.2022.928576Overton E. B., Adhikari P. L., Radovic J. R., Passow U. Fates of petroleum during the deepwater horizon oil spill: A chemistry perspective / Front. Mar. Sci. 2022. Vol. 9. P. 1 – 25. DOI: 10.3389/fmars.2022.928576Rishika V., Lakshmipathi M. T., Sampath Kumar B. Analysis of water soluble fractions of crude oil by gas chromatography: Mass spectroscopy / Pharma Innovation J. 2022. Vol. 11. N 4 S. P. 1119 – 1122.Rishika V., Lakshmipathi M. T., Sampath Kumar B. Analysis of water soluble fractions of crude oil by gas chromatography: Mass spectroscopy / Pharma Innovation J. 2022. Vol. 11. N 4 S. P. 1119 – 1122.Daling P. S., Moldestad M. O., Johansen O., et al. Norwegian Testing of Emulsion Properties at Sea — The Importance of Oil Type and Release Conditions / Spill Sci. Technol. Bull. 2003. Vol. 8. N 2. P. 123 – 136. DOI: 10.1016/S1353-2561(03)00016-1Daling P. S., Moldestad M. O., Johansen O., et al. Norwegian Testing of Emulsion Properties at Sea — The Importance of Oil Type and Release Conditions / Spill Sci. Technol. Bull. 2003. Vol. 8. N 2. P. 123 – 136. DOI: 10.1016/S1353-2561(03)00016-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.