СПОСОБ СБОРА НЕФТИ ИЗ-ПОД ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ВОДОЕМА Российский патент 2016 года по МПК E02B15/04 E02B15/06 B63H1/22 B63H1/26 B63B35/32 

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 добычи 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 E02B 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 E02B 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 E02B 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 E02B 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.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема (патент РФ №2533920, МПК E02B 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 известного способа (патент РФ №2533920) является низкая производительность, высокая трудоемкость и локальность характера очистки водоема (сбор нефти производится с небольшого участка акватории).

Задачей изобретения является повышение производительности, снижение трудоемкости и расширение возможностей сбора, удаления из-под ледяного покрова нефти (нефтепродуктов) на проточных и непроточных водоемах.

Задача решается за счет того, что в способе сбора нефти или нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема, включающем локализацию пятна нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой в нефтеприемник, в отличие от прототипа в области локализации пятна нефти или нефтепродукта в ледяном покрове бурят скважину, погружают через него в область пятна завихритель с откачным устройством, вращением завихрителя создают в воде подо льдом вихревую воронку, обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта, и производят откачку нефти или нефтепродукта из 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; проведение локализации пятна нефти или нефтепродукта размещением под ледяным покровом бонового заграждения путем размещения его через пробуренные по периметру пятна нефти или нефтепродукта скважины; использование 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.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана схема откачки нефтепродуктов из вихревой воронки. На фиг. 2 представлена схема развертывания устройства, на фиг. 3 - процесс удаления нефти из-подо льда с использованием мобильной установки.

Фиг. 1, 2 и 3 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.)

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 3) 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. 2а) и в ледяном покрове 1 бурят скважину, погружают через нее в область пятна завихритель 3 с откачным устройством (фиг. 2b). После погружения завихрителя 3 в воду на необходимую глубину раскрываются лопасти 14 завихрителя 3 (фиг. 2с, 3) и вращением завихрителя 3 создают в воде подо льдом 1 вихревую воронку 9 (фиг. 1 и 3), обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта 2, и производят откачку нефти или нефтепродукта 2 из вихревой воронки 9 (фиг. 1 и 3). При образовании в воде вихревой воронки 9 (фиг. 1) 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. 1) насосом 12 через трубопровод для откачки нефтепродуктов в емкость 13 откачивается в емкость для сбора нефтепродуктов 10 (фиг. 3). 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 №2533920) предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность от 1,7 до 2,2 раз и снизить трудоемкость в 3-5 раз.

Таким образом, реализация способа и устройства позволяет повысить производительность, снизить трудоемкость и расширить возможности сбора, удаления из-под ледяного покрова нефти (нефтепродуктов) на проточных и непроточных водоемах.

Способ сбора нефти или нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема включает локализацию пятна нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой в нефтеприемник, в области локализации пятна нефти или нефтепродукта в ледяном покрове бурят скважину, погружают через нее в область пятна завихритель с откачным устройством, вращением завихрителя создают в воде подо льдом вихревую воронку, обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта, и производят откачку нефти или нефтепродукта из вихревой воронки. Локализацию пятна нефти или нефтепродукта производят размещением под ледяным покровом надувного бонового заграждения путем его транспортировки управляемыми торпедами и/или подводными аппаратами или путем размещения его через пробуренные по периметру пятна нефти или нефтепродукта скважины. Под лед помещают боновые заграждения в ненадутом (спущенном) состоянии, а после размещения надувают их. Область, образованную боновым заграждением и ледяным покровом, на конечном этапе откачки нефти или нефтепродукта заполняют горячим воздухом. Технический результат - повышение производительности сбора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сбора нефти или нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема, включающий локализацию пятна нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой в нефтеприемник, отличающийся тем, что в области локализации пятна нефти или нефтепродукта в ледяном покрове бурят скважину, погружают через нее в область пятна завихритель с откачным устройством, вращением завихрителя создают в воде подо льдом вихревую воронку, обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта, и производят откачку нефти или нефтепродукта из вихревой воронки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локализацию пятна нефти или нефтепродукта производят размещением под ледяным покровом бонового заграждения путем его транспортировки управляемыми торпедами и/или подводными аппаратами.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локализацию пятна нефти или нефтепродукта производят размещением под ледяным покровом бонового заграждения путем размещения его через пробуренные по периметру пятна нефти или нефтепродукта скважины.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют надувные боновые заграждения.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вначале подо льдом размещают боновые заграждения в ненадутом состоянии, а после их размещения надувают их.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что область, образованную боновым заграждением и ледяным покровом, на конечном этапе откачки нефти или нефтепродукта заполняют горячим воздухом.