Distinguishing characteristics of emission spectra of crude oils of the Absheron peninsula’s detected by KA-14 LIDAR.pdf Введение В Национальной академии авиации Азербайджана при финансовой поддержке Государственной нефтяной компании Азербайджанской Республики (ГНКАР) в рамках проекта «Контроль окружающей среды ЛИДАРом при добыче нефти и газа» был разработан ЛИДАР КА-14, успешно применяющийся для обнаружения разливов сырой нефти на поверхности Каспийского моря и земной поверхности Апшеронского полуострова [1-5]. Принцип действия ЛИДАРа КА-14 основан на детекции лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) нефтяных пятен. В Азербайджанe на настоящий дeнь двенадцать нефтегазодобывающих компаний (НГДК), в том числе восемь в составе ГНКАР (SOCAR) и четыре совместныx предприятия. Сырая нефть состоит из смеси аминов, солей (например, NaCl), углеводородов (например, ароматических соединений, парафинов и т.д.), металлов (например, Ni, Fe и т.д.), а также S и соединений S (например, сульфиды). Основные важные компоненты сырой нефти включают: C (83-87%); H2 (11-14%); O2 (до 3%); N2 (от 0.1 до 2%); S (от 0.05 до 6%) и микроэлементы ( 0.1%). Наиболее распространенными металлами являются Fe, Ni, Cu и V [6-8]. Обнаружение разливов нефти на водной поверхности является очень важным для охраны окружающей среды прибрежных морских бассейнов, а также судоходных рек и озер. Анализ сырой нефти с использованием флуоресцентных методов стал популярным благодаря высокой флуоресцирующей способности составляющих компонентов сырой нефти. Основным преимуществом анализа составляющих соединений с помощью флуоресцентных методов является получение информации об исследуемом объекте. Масла, облученные ультрафиолетовым лазерным излучением, будут излучать свет с большей длиной волны. Естественно ожидать, что нефти, взятые из разных месторождений НГДК, будут иметь различные спектры излучения. Флуоресценция сырых нефтяных масел происходит, в основном, из фракции ароматических углеводородов, и это излучение сильно зависит от химического состава, а также от концентрации флуорофора и его окружения, физико-химических характеристик нефти. Флуоресценция сырой нефти имеет длину волны более 260 нм и охватывает спектральную область ультрафиолетового и видимого света, наиболее значимый спектральный диапазон находится в области от 270 до 500 нм [9-11]. В настоящей работе приведены результаты исследований спектров лазерно-индуцированной флуоресценции сырых нефтей, взятых из различных месторождений нефтегазодобывающих компаний Азербайджана, анализ которых позволит установить отличительные особенности этих спектров. Методология Калибровка ЛИДАРа КА-14 проводилась следующим образом: а) измерялась длина волны используемых лазерных излучений; б) измерялась энергия лазерных импульсов; в) проверялась система охлаждения лазера; г) проводилось измерение спектров ЛИФ эталонных образцов: - «чистой» морской воды; - листа белой бумаги формата A4; - нефтяных пятен на морской воде с известными спектрами; - полупроводниковых кристаллов с известными спектрами излучения (GaSe, GaS, CdGa2S4 ). Спектры ЛИФ возбуждались излучением 3-й гармоники (l = 355 нм) Nd:YAG-лазера CRF 200 фирмы «QUANTEL» и собирались параллельно оси возбуждения. Параметры излучения возбуждения: диаметр пучка d = 5 мм (после коллимации - 40 мм); частота следования импульсов f = 20 Гц; энергия и длительность импульса Е = 60 мДж и = 7 нс соответственно. Регистрация спектров осуществлялась спектрометром Maya 2000 фирмы «Ocean Optics». Измерения проводились ЛИДАРoм КА-14 в следующей последовательности: а) сначала проводили измерение фона с закрытым выходом лазерного луча (лазер работал); б) затем измеряли спектр ЛИФ заданной сырой нефти; в) в конце проводили вычитание спектра фона из спектра ЛИФ заданного объекта и регистрировали спектр для дальнейшего анализа. Время накопления сигнала во всех измерениях составляло 120 с [1-5]. Процедура измерений, описанная выше, проводилась при измерении спектров ЛИФ морской воды и разливов нефти в морской воде. В последнем случае в качестве фона также вычиталась флуоресценция морской воды. Типичный спектр ЛИФ воды Каспийского моря в области Апшеронского полуострова, включая район «Нефтяные Камни», приведен на рис. 1. Рис. 1. Спектр ЛИФ воды Каспийского моря при комнатной температуре (* - шум) Результаты и их обсуждение На рис. 2 и 3 приведены спектры флуоресценции сырых нефтей, взятых из различных месторождений Азербайджана, которые отчетливо демонстрируют особенности этих спектров (таблица). Спектры, показанные ниже, были выбраны в качестве типичных из семи измерений для сырой нефти, взятых из конкретных нефтяных скважин ГНКАР и совместных предприятий. Следует отметить, что спектры, измеренные с морской платформы НГДК имени Тагиевa (месторождение Гала) и ЛИДАРoм КА-14 в лабораторных условиях, совпадают. Измерения в морских условиях показали, что ЛИДАР КА-14 позволяет проводить надежную регистрацию спектров с расстояний примерно до 200 м. Рис. 2. Спектр флуоресценции сырой нефти Совместного предприятия Апшеронской НГДК Азербайджана Рис. 3. Спектр ЛИФ сырой нефти НГДК «Нефтяные Камни» Сравнение спектров показывает, что флуоресценция сырых нефтей Апшеронских НГДК характеризуется широким спектральным диапазоном излучения в области от 425 до 725 нм. Кроме того, спектр флуоресценции нефти, приведенный на рис. 2, показывает, что спектральный диапазон 450-525 нм имеет слабое «плечико» с максимумом при l ~ 500 нм. Эти особенности делают спектр сырой нефти, добываемой Апшеронской НГДК, отличительным при сравнении со спектрами нефтей, взятых из других месторождений (рис. 3 и таблица). Флуоресцентные свойства сырых нефтей Месторождение Азербайджана Характеристики полосы ЛИФ сырой нефти Максимум полосы, нм Ширина полосы, нм Область «плеча» в спектре ЛИФ, нм Совместное предприятие Апшеронской НГДК 550 250 Нет, широкая полоса НГДК имени Тагиевa (Гала) 550-570 230 480-520 НГДК «Бинагади Ойл» 540 220 490-520 и 560-700 НГДК «Балаханы Ойл» 600 220 440-470 НГДК имени Н. Нариманова 525 230 440-470 и 475-490 «Нефтяные Камни» 545 200 440-450 и 580-610 НГДК имени Амирова 560 300 430-460 и 470-490 Апшеронская НГДК 500 220 550, 600 Сураханская НГДК 440 150 550 НГДК «Сиязань Ойл» 525 220 Широкая полоса НГДК «28 Мая» 560 230 460-540 Бибигейбатская НГДК 500-560 200 420-460 Отличительные особенности спектров ЛИФ сырых нефтей Апшеронского полуострова Азербайджана, включая НГДК имени Н. Нариманова и «Нефтяные Камни», характеризуются спектральным максимумом при l » 525 нм и двумя «плечиками» в диапазоне коротких волн спектра излучения 440-470 и 475-490 нм. Спектры ЛИФ сырой нефти из НГДК имени Н. Нариманова характеризуются спектральным максимумом при l » 525 нм и двумя перегибами в диапазоне коротких волн спектра излучения 440-470 и 475-490 нм (таблица). Спектры ЛИФ сырой нефти, полученные из скважин НГДК «Нефтяные Камни», характеризуются максимумом при длине волны l » 545 нм и двумя слабыми «плечиками» в коротковолновой и длинноволновой областях спектра в диапазонах 440-450 и 580-610 нм соответственно (таблица). Спектры ЛИФ сырой нефти из НГДК имени Амирова достаточно асимметричны и характеризуются спектральным максимумом при l » 560 нм и двумя слабыми «плечиками» в коротковолновом диапазоне ~ 430-460 и ~ 470-490 нм. Спектры ЛИФ сырой нефти, взятые из НГДК «Сиязань Ойл», характеризуются максимумом излучения при l » 525 нм. Месторождение НГДК имени Тагиева характеризуется широким спектральным диапазоном ЛИФ сырой нефти с максимумом при l » 560 нм и заметным «плечом» в коротковолновом диапазоне ~ 480-520 нм. По вышеприведенным результатам, следует отметить, что спектры ЛИФ сырой нефти различных НГДК Апшеронского полуострова, включая месторождение «Нефтяные Камни», возбуждаемые лазером с длиной волны l = 355 нм, проявляют заметные отличительные особенности: положение спектральных максимумов излучения; наличие особенностей в коротковолновой и длинноволновой областях спектра ЛИФ, проявляющихся в виде слабых перегибов или «плечиков». Все это говорит в пользу создания банка спектров ЛИФ сырой нефти, отобранных из различных месторождений НГДК Азербайджанской Республики. Последнее подтверждается также и результатами исследований спектров ЛИФ, взятых из других НГДК Апшеронского полуострова Азербайджана, включая НГДК «28 Мая»; «Бибигейбат Ойл»; «Мурадханлы Ойл»; НГДK имени Н. Нариманова, НГДК «Сиязань Ойл» и других. Анализ спектров излучения показывает, что спектры сырой нефти, взятые из НГДК «28 Мая», относятся к спектральному диапазону 430-715 нм, имеют область перегиба 460-540 нм со слабым «плечиком» и максимум полосы ЛИФ при l » 560 нм. Эти характеристики указывают на отличие нефти из других месторождений. Заключение Результаты экспериментов настоящей работы показывают, что спектры ЛИФ сырых нефтей, взятых из различных месторождений НГДK Азербайджанской Республики, имеют отличительные характеристики: - положение спектральных максимумов излучения; - наличие перегибов в виде «плеча» со стороны коротких и длинных волн; - ширины и форма полос излучения. Все это говорит в пользу создания банка данных спектров ЛИФ сырых нефтей, добываемых в Азербайджане.

Скачать электронную версию публикации