RU2404422C1

RU2404422C1 - Method for determining age of oil spills on open surfaces

Info

Publication number: RU2404422C1
Application number: RU2009135935/28A
Authority: RU
Inventors: Вадим Юрьевич Савельев (RU); Вадим Юрьевич Савельев; Александр Валентинович Востоков (RU); Александр Валентинович Востоков; Сергей Александрович Самойленко (RU); Сергей Александрович Самойленко; Александр Максимович Солдатов (RU); Александр Максимович Солдатов
Original assignee: Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт"
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2010-11-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: method involves sampling and thermostatting of oil sample, lowering of calibrated capillary sample, measurement of oil rise height per fixed time period on calibrated capillary, determination of age of oil spill by comparing oil sample rise height on this capillary per fixed time with calibrated height level for specimens of fresh oil of the same kind.

EFFECT: development of simple, reliable and cheap method for determining the age of spilt oil, which is applied both in stationary laboratory conditions, and as a part of movable laboratories, and in field conditions.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к охране природных ресурсов и может быть использовано при мониторинге природных сред в нефтедобывающих районах.The invention relates to the protection of natural resources and can be used in monitoring natural environments in oil producing regions.

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).It is known that when monitoring natural environments in oil-producing areas and to determine the amount of penalties for causing damage, it is very important to know when the oil spilled onto the surface of the soil, reservoir or other surface and, accordingly, the time the oil was exposed to the natural environment (see Methodology for determining damage to the environment during accidents at oil pipelines. Guiding document. Approved by the Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation on 01.11.95, p. 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).Over time, in oil spilled on an open surface, the prevailing process of change is the process of evaporation of volatile low molecular weight hydrocarbon fractions (see Methodology for determining damage to the environment during accidents at oil pipelines. Guidance document. Approved by the Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation on 01.11.95, p. .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).Closest to the proposed one is a method for determining the age of spilled oil, in which methods based on determining the content of hydrocarbon fractions in a sample by chemical analysis methods can be applied (see Oil Chemistry. Manual for laboratory studies: A manual for universities / I.N.Diyarov et al. /. - L.: Chemistry, 1990, pp. 129-142, State standards of the USSR. Petroleum products. Test methods. Part 2. - M .: Publishing house of standards, 1987, pp. 259-269).

Предлагаемые методы длительны, трудоемки и требуют сложной и дорогостоящей аппаратуры, что делает их применение возможным только в условиях стационарной лаборатории.The proposed methods are long, laborious and require complex and expensive equipment, which makes their use possible only in a stationary laboratory.

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.The problem to which the invention is directed, is the development of a simple, reliable and cheap method for determining the age of spilled oil, applicable both in a stationary laboratory and as part of mobile laboratories and in the field.

Поставленная задача решается с помощью технического результата, заключающего в определения возраста разливов нефти на открытых поверхностях надежным и упрощенным путем.The problem is solved using the technical result, which consists in determining the age of oil spills on open surfaces in a reliable and simplified way.

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.This result is achieved by the fact that in the method for determining the age of oil spills on open surfaces, including sampling and temperature control of an oil sample, a calibrated capillary is lowered into the sample, the height of the oil rise for a fixed time is measured from the calibrated capillary, the age of the oil spill is determined by comparing the height of the oil sample for this capillary for a fixed time with a calibrated height level for samples of the same type of fresh oil.

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.According to the Great Soviet Encyclopedia (BSE 2, 3), the viscosity of oil varies widely and is determined by the fractional composition of oil and its temperature (the higher the temperature and the greater the number of light fractions, the lower the viscosity.

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)The volume of fluid flowing over time τ through a tube of length 1 under the influence of the pressure difference at the ends of the tube Δp is determined by the Poiseuille formula (see Manual for laboratory work in medical and biological physics. Edited by A.N. Remizov. - M .: Higher School, 1987, pp. 99-100)

V=πr⁴Δpτ/8η1,V = πr ⁴ Δpτ / 8η1,

где V - объем жидкости;where V is the volume of fluid;

η - вязкость жидкости;η is the viscosity of the liquid;

τ - радиус капилляра.τ is the radius of the capillary.

Из формулы Пуазейля следует, что объемы жидкостей, протекающих за равные промежутки времени по одинаковым капиллярам, обратно пропорциональны вязкостям этих жидкостей.It follows from the Poiseuille formula that the volumes of liquids flowing over equal periods of time along identical capillaries are inversely proportional to the viscosities of these liquids.

Кроме того, по мере заполнения капилляра жидкостью начинает сказываться сила тяжести F=πρghr², 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.In addition, as the capillary is filled with liquid, gravity begins to affect F = πρghr ² , where ρ is the density of the liquid, g is the acceleration of gravity, h is the height of the liquid column, r is the radius of the capillary. According to the chemistry of oil. Guide to laboratory studies: Textbook for universities / I.N.Diyarov and others /. - L., "Chemistry", 1990, p. 6, oil is a complex mixture.

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.The method consists in the fact that a sample of spilled oil is taken, placed in a thermostatic container. The viscosity of oil depends on temperature, so the sample must be thermostated. Spill age measurements may include various options.

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.1 option. The capillary is calibrated in advance for a specific type of oil (source of oil). The oil spill term is determined by the level of oil rise in this calibrated capillary. Then a standard sample is not necessary. In this case, everything is done in advance, and numerical determination of age is possible.

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.Option 2. No calibration. In this case, it is only possible to determine whether this spill is fresh or old, by comparing the height of the oil in the standard sample (fresh oil) and in the sample. For this option, the thermostatically controlled container can be divided into two parts. Then a standard oil sample is poured into one part, and the test sample into the other. Each pipeline has oil of a certain composition. Oil from the pipeline is considered standard. Dip the same calibrated capillaries into each part of the container. You need to wait about 2 minutes. And after 2 minutes, in fresh oil (standard), the oil will rise through the capillary one height, and through the other capillary installed in the oil sample under investigation, to another. The difference in these heights is proportional to the age of the spill.

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.Based on the presented data, it can be concluded that when it is on an open surface, over time, oil will lose an increasing amount of low molecular weight hydrocarbons, which leads to an increase in the density and viscosity of oil as the proportion of high molecular weight hydrocarbons increases.

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.As the content of high molecular weight hydrocarbons increases, an increase in the viscosity and density of oil leads to a decrease in the volume of its entry into the capillary under the action of capillary forces, which is recorded as a decrease in the length of the column of oil rising through the capillary over a certain time.

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.The method is illustrated in FIG. 1, on which the surfaces of a thermostated sample of the test oil 1 are touched by the end face of a calibrated capillary 2. After 2 minutes, the height of the column of oil 3 rising along the capillary under the influence of surface tension is measured on a scale. Then the same operation is carried out with a sample of fresh oil from a source corresponding to the proposed source of the spill. After that, according to the calibration graph characteristic of each source of oil spills, determine the age of the sample of the studied oil.

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.To verify the attainability of the technical result, a laboratory experiment was performed. For five months, measurements were daily performed using the described method for the properties of a sample of Brent crude oil, which was in an open Petri dish at 20 ° C in a laboratory room without forced ventilation. The results are presented in numerical form in Table 1 in Fig. 2, as well as in graphical form in Fig. 3, where the days during which the oil was spilled were plotted on the abscissa axis, the height of the oil level, which rose along the calibrated one, was plotted on the ordinate axis capillary 2 minutes after lowering the capillary into this oil.

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.From the graph in FIG. 3, it can be established that the level of oil rise in the calibrated capillary is inversely proportional to the number of days when the oil was in a spill state.

Claims

A method for determining the age of oil spills on open surfaces, including sampling and temperature control of an oil sample, characterized in that a calibrated capillary is lowered into the sample, the height of the oil sample is raised for a fixed time from the calibrated capillary, the age of the oil spill is determined by comparing the height of the oil rise from this capillary per fixed time with calibrated height for samples of the same type of oil.