ضرایب نفوذ نفت در خاک های با بافت مختلف

نفت سفید مایعی بدون رنگ و به مقدار کمی سنگین‌تر از بنزین است. بخش اعظم نفت سفید مشتمل بر هیدروکربن‌هایی می‌باشد که مولکول آن‌ها به صورت کلی دارای۱۱ تا ۱۵ اتم کربن هستند. اکوسیستم مزرعه‌های مختلف امکان دارد با هیدروکربن‌های نفتی از روش‌های مختلف همانند انتقال نفت و یا نشت مواد نفتی از ذخایر نفتی درون زمین آلوده شود.

آلاینده‌های نفتی و اثرات آن‌ها

این آلاینده‌ها دارای اثراتی زیانبار و شدید روی ویژگی‌های ژئوتکنینکی فیزیکی خاکهای آلوده هستند. تاثیرانتشار آلودگی‌های نفتی بر شاخصه‌ها و ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک همانند نفوذپذیری موجب بروز مخاطرات بسیاری می‌شود. نفوذ و مدلسازی فرایندهای نفوذ را می‌توان به عنوان یکی از پارامترهای مهم در محاسبات، طراحی و اجرای پروژه‌های متفاوت مدیریتی و حفاظت خاک شناخت که تحت تاثیر فاکتورهای مختلفی همانند ویژگی‌های خاک و یا مواد و مایعات نفوذیافته به خاک می‌باشد.

یکی از روش‌های مدل کردن حرکت مواد از سطوح خاک به اعماق مختلف که از آن به عنوان “نفوذ” تعبیر می‌شود، به کار بردن معادلات نفوذ است. هدف اصلی پژوهش‌های در این زمینه به صورت کلی برآورد ضرایب مدل‌های مختلف این زمینه (فیلیپ و کوستیاکوف) بررسی نفوذ نفت سفید به خاک و همینطور بررسی کارآیی روش‌های مقابله با نفوذ نفت و مواد نفتی در خاکهای با بافت مختلف شامل لوم رسی شنی، رس شنی و شن لومی بوده است. بیشترین شباهت مابین داده‌های برآورده شده به شکل کلی حاصل از دو معادله و مقادیر نفوذ اندازه گیری شده در مطالعات و تحقیقات در دو نوع خاک لوم رسی شنی و شن لومی مشاهده شده است. نتایج تحقیقات درباره‌ی خاک رس شنی نیز به این صورت به دست آمد که مشاهدات به وسیله داده‌های حاصله از معادله کوستیاکوف، دارای میزان نزدیکی و انطباق به نسبت بیشتری در مقایسه با داده‌های حاصل ازمعادله فیلیپ بودند.

نفوذ نفت و مایعات معدنی در خاک‌

ﺩﺭ کشوﺭهای نفتخیز همچوﻥ ﺍیرﺍﻥ، موﺿوﻉ ﺁلوﺩگی خاک با ترکیباﺕ نفتی یکی ﺍﺯ موﺿوعاﺕ ﭼالش‌برﺍنگیز به شماﺭ میﺁید. ﺁﻻینده‌های نفتی موﺟوﺩ ﺩﺭ خاک میتوﺍنند با ﻭﺍﺭﺩ شدﻥ به ﺯنجیرﻩ ﻏﺬﺍیی ﻭ یا حرکت ﺩﺭ خاک ﻭ ﺁلوﺩگی ﺁﺏهای ﺯیرﺯمینی سلامت ﺍنساﻥ ﻭ حیوﺍناﺕ ﺭﺍ با خطر ﺟدی ﺭﻭبرﻭ کنند. ﺁلوﺩگی خاکها ﻭ منابع ﺁﺏ ﺯیرﺯمینی با ترکیباﺕ نفتی ﺩﺭ معاﺩﻥ ﺍکتشافی، ﺍطرﺍﻑ ﭘاﻻیشگاﻩها، ﺟایگاﻩهای سوختگیری ﻭ ﺩﺭ ﺍﺛر نشت ﺍﺯ خطوﻁ ﺍنتقال ﻭ ﻏیرﻩ ﺍتفاﻕ میﺍفتد. نفت سفید یا کرﻭﺯﻥ، مایعی بیﺭنگ، کمی سنگینتر ﺍﺯ بنزین ﻭ برشی ﺍﺯ نفت خاﻡ ﺍست که بوی مخصوص ﺁﻥ ﭘﺲ ﺍﺯ مدتی ﺍﺯ بین میﺭﻭﺩ. نفت سفید ﺩﺍﺭﺍی نقطه ﺟوﺵ حدﻭﺩ ۱۸۰ ﺍلی ۲۷۵ ﺩﺭﺟه سانتیگرﺍﺩ ﻭ ﭼگالی ۰/۷۸ گرﻡ بر سانتیمتر مکعب میباشد. همچنین سامانه ﺍطلاﻉﺭسانی ﻭﺍکنش ﺍﺿطرﺍﺭی گاﺭﺩ ساحلی ﺍیاﻻﺕ متحدﻩ، نفت سفید ﺭﺍ به ﺩلیل ﺩﺍشتن ترکیباﺕ سمی فرﺍﻭﺍنی ﺍﺯ ﻗبیل هیدﺭﻭکربنهای ﭘلی ﺁﺭﻭماتیک، بنزﻥ، تولوﺋن ﻭ ﺯﺍیلن ﺩﺭ ﺭﺩﻩی موﺍﺩ ﺁلوﺩﻩکنندﻩ محیط ﺯیست بر شمرﺩﻩ ﺍست.

جهت شرکت در دوره آموزش طراحی خط لوله در نوین پارسیان کلیک کنید

ﺍﺯ طرفی نفت سفید عمدتا ﺩﺍﺭﺍی ۹ تا ۱۶ ﺍتم کربن ﻭ بیش ﺍﺯ ۸۰ ﺩﺭﺻد موﺍﺩ ﻭ ترکیباﺕ ﺁلکانی میباشد ﻭ به ﺩلیل ﺩﺍشتن ترکیباتی ﺍﺯ ﻗبیل ﺁلکاﻥها، ﺁلکاﻥهای حلقوی، ﺁلفینها با طول تقریبی ﺯنجیرﻩی ۹ تا ۲۰ کربن میتوﺍند به عنوﺍﻥ یک ترکیب نفتی عمومی تلقی شوﺩ، به علاﻭﻩ ﺍین ماﺩﻩ هیدﺭﻭکربنی ﺍﻏلب به عنوﺍﻥ حلال، سوخت هیدﺭﻭکربنی ﻭ ماﺩﻩ گرمابخش ﺩﺭ کاﺭخانهها ﻭ خانههای ﺭﻭستایی به کاﺭ میﺭﻭﺩ. یکی ﺍﺯ مهمترین ﻭیژگیهای فیزیکی خاک ﺍﺯ نظر کشاﻭﺭﺯی نفوﺫ میباشد که به شرﺍیط فیزیکی خاک مانند ساختماﻥ خاک، بافت خاک، ﺭطوبت ﺍﻭلیه خاک ﻭ شرﺍیط فیزیولوﮊیک خاک مانند خلل ﻭ فرﺝ ﺍیجاﺩ شدﻩ توسط کرﻡها ﻭ ﻏیرﻩ ﻭ همچنین کیفیت ﻭ ﺩمای ماﺩﻩ نفوﺫ یافته ﺩﺭ خاک بستگی ﺩﺍﺭﺩ. ﺍهمیت فرﺁیند نفوﺫ سبب شدﻩ ﺍست، مدلهای فیزیکی ﻭ تجربی گوناگونی به منظوﺭ کمی نموﺩﻥ ﺁﻥ ﺍﺭﺍیه شوﺩ  ﻭ نفوﺫ ﻭ مدلساﺯی فرﺍیند نفوﺫ یکی ﺍﺯ ﭘاﺭﺍمترهای مهم ﺩﺭ طرﺍحی ﻭ ﺍﺟرﺍی ﭘرﻭﮊﻩهای مختلف مدیریتی ﻭ حفاﻇت خاک ﺍست که تحت تاﺛیر ﻭیژگیهای خاک ﻭ موﺍﺩ نفوﺫیافته به خاک میباشد. ﺁلوﺩگی‌های نفتی به سبب نیرﻭی ﻭﺯﻥ خوﺩ به طرﻑ ﭘایین ﻭ ﺩﺭ ﻻیه‌های خاک نفوﺫ میکنند. تحرک ﻭ ﭘویایی موﺍﺩ نفتی ﺩﺭ خاک به گرﺍنرﻭی، مقدﺍﺭ نشت ﺁلوﺩگی ﻭ نفوﺫﭘﺬیری خاک ﻭﺍبسته میباشد. با توﺟه به ﺍینکه تاکنوﻥ ﭘژﻭهشی ﺩﺭ ﺍﺭتباﻁ با مدلساﺯی حرکت موﺍﺩ نفتی ﻭ مشخصا نفت سفید ﺩﺭ خاک ﻭ برﺁﻭﺭﺩ ﺿرﺍیب ﺍین مدلها ﻭ برﺭسی تاﺛیر بافت خاک ﺍنجاﻡ نشدﻩ ﺍست بنابرﺍین ﺍین ﭘژﻭهش با هدﻑ ﺍﺭﺯیابی ﻭ برﺁﻭﺭﺩ معاﺩﻻﺕ نفوﺫ نفت سفید ﻭ ﺿرﺍیب ﺁﻥها ﺩﺭ خاکهای با بافت مختلف ﺍنجاﻡ شد.

روش‌ها و تکنیک‌های پژوهش در مبحث نفوذ نفت

ﺩﺭ ﭘژﻭهش‌های مرتبط با این مسئله ﺍﺯ سه نوﻉ بافت خاک مختلف شامل بافت‌های شن لومی، لوﻡ ﺭسی شنی ﻭ ﺭﺱ شنی ﺍستفاﺩﻩ شد ﻭ همگی بافت‌ها ﺩﺭ محیط ﺁﺯمایشگاﻩ ﻭ به ﺻوﺭﺕ ﺩستساﺯ ﻭ با ترکیب نسبت‌های مختلف ﺍﺯ ﺩﻭ نوﻉ خاک با بافت شنی (تهیه شدﻩ ﺍﺯ منطقهی سیوند فاﺭﺱ) ﻭ لوﻡ ﺭسی (تهیه شدﻩ ﺍﺯ خاک سری کوی ﺍساتید ﺩﺍنشکدﻩ کشاﻭﺭﺯی شیرﺍﺯ ﺩﺭ منطقه باﺟگاﻩ) که با ﺭﻭﺵ هیدﺭﻭمتر تعیین بافت شدﻩ، تهیه شدند. نمونه‌ها ﺩﺭ ستوﻥ‌های شیشهﺍی با ﺍﺭتفاﻉ ۳۸ سانتیمتر ﻭ ﻗطر ﺩﺍخلی ۲/۹ سانتیمتر، به ﺭﻭﺵ ﻗیف ﻭ لوله (برﺍی حفظ یکنوﺍختی خاک) ﺭیخته شد. بدین ترتیب که تا ﺍﺭتفاﻉ ۳۰ سانتیمتری لوله ﺍﺯ خاک موﺭﺩ نظر ﻗرﺍﺭ ﺩﺍﺩﻩ شد.

جهت شرکت در دوره آموزش دوره های مدیریت در نوین پارسیان کلیک کنید

سپس ﺩﻭ ﺁبیاﺭی با ﺁﺏ معمولی به فاﺻله یک هفته ﺍنجاﻡ شد تا ساختماﻥ نسبتا طبیعی ﺩﺭ نمونه‌‌ها ﺍیجاﺩ شوﺩ. ﭘس ﺍﺯ خشک شدﻥ خاک ۷ سانتیمتر ﺍﺯ نفت سفید ﺭﻭی ستوﻥ خاک ﻗرﺍﺭ ﺩﺍﺩﻩ شد (نفت سفید موﺭﺩ ﺁﺯمایش ﺩﺭ ﺍین مطالعه ﺍﺯ ﭘاﻻیشگاﻩ نفت شیرﺍﺯ تهیه شد). ﺩﺭ ﺯماﻥ‌های مختلف ﭘس ﺍﺯ ﻗرﺍﺭ ﺩﺍﺩﻥ نفت سفید ﺭﻭی ستوﻥ خاک، حجم نفت سفید نفوﺫ یافته ﺩﺭ خاک ﺩﺭ هر یک ﺍﺯ ﺯماﻥ‌ها ﻭ به ﺩنبال ﺁﻥ نفوﺫ تجمعی (I، سانتیمتر) تا ﺭسیدﻥ به شرﺍیط ماندگاﺭ ﺍندﺍﺯﻩگیری شد. سپس با ﺍستفاﺩﻩ ﺍﺯ ﺩﺍﺩﻩ‌های ﺍندﺍﺯﻩگیری شدﻩ ﻭ تبدیل هر یک ﺍﺯ معاﺩﻻﺕ نفوﺫ کوستیاکوﻑ ﻭ فیلیﭗ، ﺭﺍبطه ﺭگرسیونی خطی بین x ﻭ y ﺩﺭ هر معاﺩله برﻗرﺍﺭ ﻭ ﺿرﺍیب معاﺩﻻﺕ ﺍستخرﺍﺝ شد. شرﺡ مدل‌های گفته شدﻩ ﻭ برﺍﺯﺵ مدل ﻭ برﺁﻭﺭﺩ ﺿرﺍیب ﺍﺯ طریق ﺭﻭﺍبط ﺟدﻭل ۱ ﺍنجاﻡ شد. ﺩﺭ شکل ۱ نیز نمونهﺍی ﺍﺯ ﺍین ﺭﺍبطه‌های ﺭگرسیونی ﺍیجاﺩ شدﻩ برﺍی هر مدل ﺩﺭ یکی ﺍﺯ بافت ‌های موﺭﺩ مطالعه ﺍﺭﺍئه شدﻩ ﺍست.

 

 

نتایج پژوهش‌ها و تحقیقات در زمینه ضرایب نفوذ نفت

دﺭ ﺭﻭند ﺁﺯمایشات انجام گرفته در این زمیه مشاهدﻩ شده است که دﺭ ﺯماﻥ‌های ابتدایی، نفوﺫ ﺯیاد بوده ﻭ با گذشت ﺯماﻥ ﻭ اشباﻉ شدﻥ ﻻیه سطحی خاک، نفوﺫ کاهش ﻭ دﺭ نهایت به مقداﺭ ثابتی می‌ﺭسد. نتایج نشاﻥ داده است که معادﻻﺕ نفوﺫ کوستیاکوﻑ ﻭ فیلیپ با استفادﻩ اﺯ دادﻩ‌های نفوﺫ تجربی با ﺿراییب تبیین ( R 2 ) به ترتیب ۰/۹۹۹ ﻭ ۰/۹۸۴ برای خاک لوﻡ ﺭسی شنی ۰/۸۱۴ ، ﻭ ۰/۴۱۲ برای خاک ﺭﺱ شنی ﻭ ۰/۹۹۹ ﻭ ۰/۹۹۵ برای خاک لوﻡ شنی براﺯﺵ یافته‌اند. ﺿرایب معادﻻﺕ طبق ﺟدﻭل ۲ تعیین ﻭ گردﺁﻭﺭی شده است.

جهت شرکت در دوره آموزش طراحی لوله کشی در نوین پارسیان کلیک کنید

طبق این جدﻭل نتایج نشاﻥ داده است که دﺭ معادله فیلیپ بیشترین ﺿریب S (ﺿریب ﺟذﺏ ﺁﺏ خاک) دﺭ خاک شن لومی ﻭ کمترین ﺁﻥ دﺭ خاک لوﻡ ﺭسی شنی ﻭ بیشترین ﺿریب A (هدایت هیدﺭﻭلیکی) دﺭ خاک ﺭﺱ شنی ﻭ کمترین ﺁﻥ دﺭ خاک لوﻡ ﺭسی شنی مشاهدﻩ شد. همچنین نتایج نشاﻥ داد که دﺭ معادله کوستیاکوﻑ بیشترین ﺿریب m دﺭ خاک شن لومی ﻭ کمترین ﺁﻥ دﺭ خاک لوﻡ ﺭسی شنی ﻭ بیشترین ﺿریب A دﺭ خاک ﺭﺱ شنی ﻭ کمترین ﺁﻥ دﺭ خاک لوﻡ ﺭسی شنی مشاهدﻩ شده است. همچنین منحنی ﺭابطه بین نفوﺫ تجمعی ( I ) بر حسب سانتیمتر ﻭ ﺯماﻥ تجمعی ( t ) بر حسب دﻗیقه برای هر یک اﺯ معادﻻﺕ ﻭ خاک‌های مختلف موﺭد مطالعه براﺯﺵ دادﻩ ﻭ با مشاهداﺕ ﻭ دادﻩ‌های ﺟمع ﺁﻭﺭی شدﻩ مقایسه ﻭ نتایج ﺁﻥ دﺭ شکل ۲ نمایش دادﻩ شد. هماﻥگونه که دﺭ شکل نیز مشخص است شباهت بسیاﺭی بین دادﻩ‌های انداﺯه‌گیری شدﻩ ﻭ دادﻩ‌های حاﺻل اﺯ معادﻻﺕ موﺭد مطالعه ﻭﺟود داشته است اما دﺭ دﻭ خاک لوﻡ ﺭسی شنی ﻭ لوﻡ شنی این شباهت به مراتب بیشتر بوده است به گونه‌ای که تقریبا میتواﻥ گفت که دادﻩ‌ها بر هم منطبق بودند. البته ﻻﺯﻡ به ﺫکر است که دﺭ خاک ﺭﺱ شنی نیز مشاهداﺕ با دادﻩ‌های حاﺻل اﺯ معادله کوستیاکوﻑ انطباﻕ ﻭ نزدیکی بیشتری داشتند.

 

تاثير آلودگي نفت خام بر خصوصيات ژئوتکنيکی خاک رس کائولينيت در بستر راه

در جوامع کشورهایی که در آن‌ها به صورت گسترده فعالیت اکتشافی نفت خام و دیگر منابع معدنی و سوخت‌های فسیلی انجام می‌گیرد، نفت خام و مشتقات آن به صورت گسترده در نقاط اکتشاف به اعماق خاک نفوذ می‌کنند. این رخداد نشت نفت خام علاوه بر تاثیرات منفی و فاجعه‌بار محیط زیستی و تاثیرات بر اکوسیستم همانند آلودگی سفره‌های آب زیرزمینی و از بین رفتن منابع غذایی موجب تغییراتی در خصوصیات ژئوتکنیکی خاک محل نشت نفت می‌شود. این تغییرات در خاک‌های از نوع دانه‌ای به صورت تغییرات گسترده و محسوس در خصوصیات فیزیکی و در خاک‌های از نوع ریزدانه به شکل تغییرات گسترده در بافت دانه‌های خاک و ساختار کلی خاک می‌باشد.

جهت شرکت در دوره آموزش طراحی پایپینگ در نوین پارسیان کلیک کنید

در انتها این فرایندهای مضر در سطوح مختلف خاک و متعاقبا تغییرات مختلف و منفی در مشخصات مهندسی لایه‌های خاک می‌تواند منجر به اثزات مخربی همانند کاهش مقدار ظرفیت باربری و همچنین افزایش میزان نشست کلی و نسبی پی سازه‌ها شده و در کل منجر به گسیختگی سازه‌ای خاک در تمامی اعماق مورد نفوذ نفت شود. هدف از انجام این آزمایشات و تحقیقات بررسی مواردی همانند آلودگی خاک رس کائولینیتی با نفت خام و همینطور معین کردن تاثیر آلودگی گسترده و یا محدود نفتی بر خصوصیات ژئوتکنیکی خاک از قبیل ویژگی‌هایی همانند چگالی ویژه، حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت فشاری تک محوری و یا به صورت کلی ویژگی نفوذپذیری خاک می‌باشد. در طی آزمایشات مرتبط با این مسئله خاک در مراحل متعدد با درصدهای مختلف و متفاوتی از نفت خام آلوده گردید. در انتها نتایج این آزمایشات و مطالعات این مسئله را نشان داده است که با افزایش مقدار نفت خام در خاک، حد خمیری، حد روانی و شاخص خمیری خاک در تمامی اعماق مورد تاثیر کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش میزان آلودگی شاهد افزایش یافتن در حداکثر وزن مخصوص خشک خاک آلوده به نفت و همینطور کاهش میزان درصد رطوبت بهینه نمونه‌های خاک آلوده خواهیم بود. علاوه براین افزایش میزان آلودگی نفتی موجب کاهش در مقدار ضریب نفوذپذیری خاک آلوده می‌گردد. افزایش میزان مواد نفتی در آزمایشات مختلف تک محوری خاک‌های آلوده اثری به شدت متفاوت دارد. در این مطالعات و آزمایشات مشاهده میشود که در آلودگی 2% مقدار مقاومت تک محوری نسبت به خاک غیر آلوده به اندازه‌ی قابل توجهی افزایش می‌یابد. همچنین در میزان درصدهای آلودگی 4% و6% مقدار مقاومت تک محوری نسبت به حالت خاک غیر آلوده بسیار افزایش می‌یابد اما میزان نرخ این افزایش به کل کاهش می‌یابد. خاک آلوده به نفت خام بایستی پیش از استفاده در ساخت و سازها و یا موارد دیگر همچون کشاورزی و مصارف دیگر حتما نیازمند تثبیت یا اصلاح می‌باشد.

گردآورندگان: راضیه دریایی آباده، مهسا الهامی، سید علی اکبر موسوی