Роль трансформации нефтяного загрязнения в изменении свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств нефтезагрязненных грунтов.

При начальном загрязнении нефтью (<свежем разливе>) с увеличением процентного содержания нефти значения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности для грунтов в исследуемом диапазоне влажности и плотности уменьшаются (рис. 4). Для каждого вида грунта наиболее интенсивное изменение коэффициентов тепло- и температуропроводности выявлено при увеличении z от 1,5 до 2,5%; при z=1,5% снижение теплопроводности получилось меньше ожидаемого, что, по-видимому, связано с характером расположения нефти в грунте; при z=10% значения коэффициентов теплопроводности грунтов разного гранулометрического состава сближаются между собой ввиду преобладания влияния нефти при таком значительном загрязнении над влиянием различий в гранулометрическом и микроагрегатном составе. Наибольшие изменения коэффициента теплопроводности отмечены в суглинке и супеси, наименьшие - в глине, где наиболее выражены процессы агрегации, способствующие улучшению теплопроводных свойств.

В местах однократных проливов за 3 года трансформации нефти наибольшие относительные изменения λ во времени выявлены в глине, а наименьшие - в супеси. Относительное увеличение содержания асфальтенов во времени происходит в том же ряду, что и уменьшение коэффициента теплопроводности, и увеличение содержания микроагрегатов (для супесей - тонкие песчаные частицы, для суглинков - тонкие песчаные и крупные пылеватые частицы, для глины - крупные и мелкие пылеватые частицы).

С увеличением длительности трансформации нефти значения как λ, так и а уменьшаются. Значения коэффициентов тепло- и температуропроводности через 5 лет после загрязнения даже при небольшой степени загрязнения нефтью (от 0,3 до 1,5%) близки к значениям λ и а при заданном загрязнении z=10% (рис. 4-5).

Наибольшие изменения теплопроводности выявлены в грунте, слагавшем дно нефтяного амбара; при z=16% его теплопроводность снизилась более чем в 3 раза (рис. 5). При большой длительности инкубации и степени загрязнения нефтью, теплопроводность грунта приближается к теплопроводности нефти.

Значения коэффициента теплопроводности суглинка получились выше, чем для супеси, что связано с большими коэффициентами пористости последней.

При трансформации нефти изменяется состав, плотность и свойства нефтепродукта в грунте, вызывая изменения микроагрегатного состава грунта, образование вокруг микроагрегатов пленки, состоящей в основном из полярных смол и асфальтенов, что вызывает дополнительное термическое сопротивление, и образование микроагрегатов работает как фактор, понижающий теплопроводность грунтовой системы.

Температурные зависимости теплопроводности нефтезагрязненных грунтов аналогичны таковым для незагрязненных. В местах однократных порывов нефтепроводов соотношения λ_м/λ_т и a_м/a_т суглинков и супесей уменьшаются с ростом степени загрязнения и времени трансформации ввиду меньших изменений коэффициентов теплопроводности в талом состоянии. В суглинках, отобранных со дна нефтяного амбара, уменьшение отношения λ_м/λ_т, начиная с z=1%, не происходит.

После 5-летнего преобразования нефти в грунте содержание незамерзшей воды в нем будет меньше по сравнению с незагрязненным нефтью грунтом.

В суглинках это различие более выраженное, нежели в супесях. Это снижение содержания незамерзшей воды в грунтах, содержащих преобразованную нефть можно объяснить тем фактом, что при трансформации в составе нефти образуются тяжелые высокомолекулярные полярные компоненты (смолы, асфальтены), которые способны взаимодействовать с минеральной поверхностью грунтов, энергетические центры молекул грунта будут частично заняты этими полярными компонентами. Однако, это может служить предметом дополнительных исследований изменения фазового состава влаги нефтезагрязненных грунтов во время трансформации нефти.

На формирование теплопереноса в нефтезагрязненном грунте оказывают влияние конкурирующие по своему воздействию факторы; среди прочих основными по своему воздействию при трансформации нефти являются такие факторы, как изменение состава, плотности и свойств нефтепродукта во времени и изменение микроагрегатного состава нефтезагрязненных грунтов.