Лабораторное изучение основных процессов выветривания нефти при ее разливе в морской акватории

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.

1. Зольников 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.

2. 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.2021.113272

3. Хасанов 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: 10.24412/0131-4270-2022-5-6-54-60

4. Dachev Y., Milev D. Oil Spills Weathering / Ann. Rev. Resear. 2022. Vol. 8. N 1. P. 1 – 4. DOI: 10.19080/ARR.2022.08.555730

5. 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.

6. 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.e10153

7. Nordvik 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/pac199971010005

8. Hettithanthri 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.3128

9. Панюкова 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: 10.26896/1028-6861-2024-90-1-26-33

10. 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.

11. 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.

12. 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.2022.114085

13. Осипов 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: 10.26896/1028-6861-2021-87-1-23-29

14. 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.

15. 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/jmse9020181

16. Guidelines on the Use of Dispersants for Combating Oil Pollution at Sea, 2024 Edition. — International Maritime Organization: London, 2024. — 208 p.

17. 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)80034-6

18. Overton 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.2022.928576

19. 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.

20. 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)00016-1