PROнефть: Оценка эффективности реагента на основе биополимера для ликвидации нефтяных разливов в арктических условиях

Evaluation of the effectiveness of a biopolymer based reagent for the elimination of oil spills in arctic conditions

А.М. Кунакова, Ф.Г. Усманова
Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
А.В. Максимов
ПАО «Газпромнефть»
О.А. Барышникова
Университет ИТМО

Электронный адрес: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. 

Ключевые слова: эффективность очистки воды, нефтяная пленка, биополимер, арктические условия 

A.M. Kunakova, F.G. Usmanova
Gazpromneft NTC LLC, RF, Saint-Petersburg
A.V. Maksimov
Gazprom neft PJSC, RF, Saint-Petersburg
O.A. Baryshnikova
ITMO University, RF, Saint-Petersburg 

In connection with the high risks of emergencies in the operation of Arctic shelf deposits, an important task is to provide such facilities with effective and environmentally safe technologies for liquidating oil spills on the water surface. In this study, the effectiveness of the reagent the oil encapsulator, which is a biopolymer and used as an aqueous solution was evaluated. The physicochemical properties are investigated and the maximum oil capacity of the encapsulator is determined. As a test environment, sea water and oil from the Prirazlomnoye field were used. The effectiveness of cleaning the water surface from an oil film with an encapsulator in laboratory conditions at low temperatures is shown. 

Keywords: water purification efficiency, oil slick, biopolymer, arctic conditions 

DOI: 10.24887/2587-7399-2019-1-74-76 

ВВедение

Сохранение благоприятной окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов – приоритетные принципы ведения бизнеса для «Газпром нефти», единые для всех дочерних обществ компании. Принципы совершенствования природоохранных и ресурсосберегающих технологий с целью сохранения природных ландшафтов и минимизации негативного воздействия на окружающую среду определяют приоритетные направления устойчивого развития компании со следующими изменениями:

  • повышение уровня экологической безопасности производственных процессов;
  • соблюдение принципов рационального использования природных ресурсов;
  • минимизация объёмов образования отходов на основе применения современных технических средств и технологий по преобразованию отходов во вторичное сырье;
  • развитие экологической культуры управления и производства, компетенций порядных организаций;
  • осуществление научной деятельности для поиска новых эффективных природоохранных техник и технологий.

Технологии ликвидации аварийных разливов нефти в шельфовых зонах России в настоящее время основаны на применении механических способов с использованием различных технических средств и химических добавок. Наиболее перспективным и эффективным, опираясь на мировой опыт в данном направлении, является использование диспергентов или новых поверхносто-активных веществ, например, биополимеров [1].

Ликвидацию аварийного разлива для повышения эффективности проводить в два этапа. Первый этап – это устранение разлива механическими методами с применением боновых заграждений и скиммерных систем, позволяющих собрать основную массу нефтепродуктов.

Дальнейшую очистку рекомендуется проводить с помощью нефтяных сорбентов или диспергентов для вытеснения и устранения нефтяного пятна с поверхности воды.

Сорбент выбирают на основе следующих показателей:

  • способность удерживать нефть;
  • степень поглощения воды;
  • сорбирующая способность;
  • диапазон рабочих температур;
  • плавучесть.

Кроме того, учитываются предельное время нахождения в воде до начала негативных процессов (разрушения структуры, обратной отдачи нефти), удобство транспортировки, способ нанесения, сбор и стоимость материала.

Вследствие уязвимости и ценности водных экосистем Арктики современные химические средства для ликвидации разливов нефти на поверхности морей в арктических условиях должны быть экологически безопасными [2]. Поиск, разработка и оценка эффективности таких веществ являются актуальными задачами как для зарубежных, так и для российских нефтедобывающих компаний. 

ОПРедеЛение МАКСиМАЛЬнОй неФТееМКОСТи инКАПСУЛЯТОРА

В процессе исследований оценивалась эффективность реагента нового типа «Биомик-рогель – инкапсулятор нефтяных и масляных пленок» (далее БМГ), образцы которого предоставлены разработчиком – ООО НПО

«Биомикрогели». Испытания проводились в лабораторных условиях, приближенно моделирующих нефтяной разлив в морской воде. Моделирование разлива дает возможность определить основные параметры, влияющие на эффективность удаления нефти в различных условиях.

Испытываемый реагент переводит нефтепродукты, находящиеся в воде, из обычного состояния в желеобразное, предотвращая их растекание и воспламенение и позволяя извлекать их из воды. Данный реагент применяется в виде водного раствора концентрацией 2,5 . Являясь коагулянтом, он способствует образованию в воде глобул или капсул «нефть в БМГ», которые, слипаясь, образуют «хлопья» [3].

Из-за отсутствия практики применения подобных реагентов для ликвидации разливов и методик оценки их эффективности авторами была разработана программа, в соответствии с которой проводились исследования.

Для опытов использовались пробы нефти и морская вода с месторождения Приразломное. Исследуемая нефть характеризуется как тяжелая (плотность составляет 0,903 г/мл), повышенной вязкости.

Основной задачей при проведении данной работы было определение максимальной нефтеемкости БМГ-инкапсулятора, необходимой для расчета количества раствора БМГ, который расходуется для поглощения определенного объема нефти или нефтепродукта. Данный параметр определяли визуально при смешивании определенных соотношений морской воды, нефти и раствора БМГ при комнатной температуре (20±5 ºС) (табл. 1). По результатам исследований максимальная нефтеемкость принята равной 50 г нефти на 1 г сухого БМГ. 

ОценКА ЭФФеКТиВнОСТи РеАГенТА ПО СТеПени ОЧиСТКи ВОдЫ ОТ неФТи 

На следующем этапе оценивалась степень очистки воды от нефтяной пленки раствором БМГ при нанесении его методом распыления (см. рисунок).

Результат взаимодействия БМГ с нефтью на поверхности морской воды

Серия экспериментов проводилась на пленке нефти толщиной приблизительно 0,1 мм в объеме морской воды 1000 мл. Опытным путем определили количество раствора БМГ для нанесения распылением: три нажатия распылителя соответствует примерно 0,3 г раствора, что соответствует количественному соотношению БМГ:нефть 1:20 г/г. Испытания проводились на образце морской воды при температуре 10±2 ºС и на образце льда, полученного из морской воды, при температуре 0±5 ºС. Результаты испытаний показаны на рисунке.

После нанесения БМГ на пленку нефти ждали 15 мин, затем удаляли капсулированную нефть с поверхности воды с помощью сетки из полимерного материала с размером пор 1~2 мм. Для определения остаточного количества нефти пробу воды анализировали флуориметрическим методом на приборе «Флюорат-02» согласно методическим указаниям МУК 4.1.1262–03. Результаты оценки степени очистки воды от нефти при количественном соотношении БМГ:нефть, равном 1:20 г/г, представлены в табл. 2.

Заключениие 

Раствор БМГ-инкапсулятора показал высокую эффективность при применении его методом распыления для ликвидации тонких нефтяных пленок на поверхности воды или льда. Максимальная нефтеемкость инкапсулятора составляет 50 г нефти на 1 г сухого БМГ, что значительно превышает данный показатель для известных применяемых сорбентов. Сухая форма реагента удобна для транспортировки и хранения в условиях платформы. Раствор БМГ можно использовать в арктических водах, так как температура его застывания составляет -7 °С, однако необходимо обеспечить соответствующие условия приготовления и хранения раствора. Чтобы оценить возможность использования реагента в промышленных масштабах требуется проведение полевых бассейновых испытаний в условиях, приближенных к реальным. Кроме того, для дальнейшего применения реагента обязательными являются выбор и адаптация технологий нанесения раствора на поверхность воды, последующего сбора и утилизации сорбированной нефти к условиям шельфа. 

Список литературы 

  1. Антропова Н.А., Шефер Я. Е. Эффективность методов ликвидации разливов нефти на акваториях/ Проблемы геологии и освоения недр: Труды XVI Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, Томск, 2—7 апреля 2012 г. в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт природных ресурсов (ИПР); Общество инженеров-нефтяников, Студенческий чаптер; под ред. О. Г. Савичева. — 2012. — Т. 2. — С. 408–410.
  2. Хаустов А.В., Редина М. М. Проблемы планирования и предупреждения аварийных ситуаций на нефтепроводах // Право и безопасность. — 2010. — № 2 (35). — С. 62–64.
  3. Высокоэффективные экологичные средства на основе микрогелей полисахаридов. — http://exportvl.ru/profiles-list/item/vysoko-effektivnye-ekologichnye-sredstva-na-osnove-mikrogeley-polisakharidov-13039/

  Reference

  1. Efficiency of methods of liquidation of oil spills in water areas. [Electronic resource] / N. A. Antropova, Ya. E. Shefer // Problems of Geology and Subsoil Development: Proceedings of the XVI International Academic M. A. Usov, Symposium of Students and Young Scientists, Tomsk, April 2–7, 2012 in 2 tons / National Research Tomsk Polytechnic University (TPU), Institute of Natural Resources (IPR); Society of Petroleum Engineers, Student Chapter; Ed. O. G. Savicheva. 2012. T. 2. [P. 408–410].
  2. Khaustov A.v. , Redina M. M. Problems of Planning and Prevention of Emergency Situations in Oil Pipelines // Law and Security. M., 2010. № 2 (35). P. 62–64.
  3. Higly effective eco-friendly products based on polysaccharide microgels. [Electronic resource] / Access mode: http://exportvl.ru/profiles-list/item/vysoko-effektivnye-ekologichnye-sredstva-na-osnove-mikrogeley-polisakharidov-13039/
  • Автор: В.А. Шашель, В.В. Жуков, Р.А. Ошмарин, Е.С. Богданович, А.В. Сизых, Р.Р. Газалиев, А.Ю. Попов, Ф.Г. Гайнетдинов, Д.Е. Перминов
СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "Экология"