CC BY
92
УДК 553.9: 622.32
В.Т. Трофимов1, А.В. Николаев2, А.Д. Жигалин3, Т.А. Барабошкина4, М.А. Харькина5, Е.В. Архипова6
РАСШИРЕНИЕ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА И ВОЗРАСТАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА
Добыча нефти и газа на суше сопровождалась и сопровождается авариями разной степени тяжести и негативными последствиями. Выход добычи на акватории окраинных морей и Мирового океана существенно усугубил ситуацию, выведя значительную часть чрезвычайных ситуаций, связанных с добычей углеводородов, на уровень региональных и глобальных. Использование новых технологий при добыче сланцевых углеводородов добавило новые проблемы — вероятность тотального загрязнения больших объемов геологического пространства высокотоксичными химическими веществами. Обнаружение нового перспективного ископаемого источника энергии — газогидратов — позволяет пока только наметить возможные попутные опасности, но показывает, что экологический риск может многомерно возрасти.
Для противостояния угрозе возникновения чрезвычайных ситуаций в связи с увеличением добычи углеводородов целесообразно создание на национальном уровне специальных структур контроля и быстрого реагирования. Такие структуры могут быть, в случае необходимости, открыты для международного сотрудничества и введены в юрисдикцию Организации Объединенных Наций.
Ключевые слова: добыча углеводородов, экологический риск, сланцевые углеводороды, газогидраты.
Oil and gas industry shows the danger of this kind of industry, including from the environmental point of view. Entering the waters of marginal seas and ocean significantly aggravated the situation, moving a significant part of the emergency situations related to hydrocarbon production, the level of regional and global. The use of new technologies in the production of shale hydrocarbons added new problems — the total probability of contamination of large amounts of geological space highly toxic chemicals. Tracking down of a new perspective mineral energy source — gas hydrates — allows to plan only while possible passing dangers, but shows, that the ecological risk can many times more.
For opposition to threat of occurrence of emergencies in connection with growth of extraction of hydrocarbons expediently creation at a national level of special structures of the control and fast reaction. Such structures can be if necessary opened for the international cooperation, and are entered into jurisdiction of the United Nations Organization.
Key words: extraction of hydrocarbons, ecological risk, slate hydrocarbons, gas hydrates.
Введение. В обозримом будущем, несмотря на некоторый прогресс в поисках альтернативных вариантов энергообеспечения, основными источниками энергии для удовлетворения разнообразных нужд народонаселения Земли по-прежнему будут уголь, нефть и природный газ. С середины прошлого столетия уголь, доля которого в энергетике составляла в 1935 г. 55% (в 1910 г. на его долю приходилось 65%), постепенно уступал позиции вследствие увеличения доли на топливном рынке сначала нефти, а по-
том и природному газу. В 2000 г. на долю угля в мировой энергетике приходилось всего 24%, тогда как доли нефти и природного газа составили 37 и 24% соответственно (суммарно 61%). Следует при этом иметь в виду, что углеводороды широко используются и как химическое сырье. Начиная с 80-х гг. прошлого столетия, в связи с распространением мнения о конечности запасов ископаемого топлива начались интенсивные поиски альтернативных источников энергии. К этому времени уже использовалась энергия падающей
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, заведующий кафедрой, профессор; e-mail: [email protected]
2 Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта, гл. науч. с., член-корр. РАН, профессор; e-mail: [email protected]
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, вед. науч. с.; Институт геоэкологии имени Е.М. Сергеева РАН, вед. науч. с.; e-mail: zhigalin.alek@ yandex.ru
4 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, ст. науч. с.; e-mail: [email protected]
5 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, ст. науч. с.; e-mail: [email protected]
6 Государственный университет «Дубна», кафедра экологии и наук о Земле, доцент; e-mail: [email protected]
воды (гидравлические электростанции), атомная энергия, предпринимались попытки использовать некоторые иные альтернативные источники. Однако основу энергетики по-прежнему составляла триада — нефть, природный газ и уголь. В конце прошлого столетия существовала уже достаточно развитая атомная энергетика, доля которой в мировом балансе к 2000 г. составляла 12%.
Если говорить о перспективе, относительно чего существуют разные точки зрения, то к 2030 г. основным источником энергии станет природный газ (31%), на несколько процентов опережающий нефть (25%) и уголь (21%). Нефть и уголь будут сохранять свои позиции в добывающей промышленности еще и потому, что нефть останется сырьем для химического производства, а уголь должен будет удовлетворять потребности растущей металлургии.
Мировое производство атомной энергии в перспективе к 2030 г. может достичь 17%, тогда как доля гидроэнергетики сохранится на весьма низком уровне — всего 3% от общего количества вырабатываемой энергии. Складывающаяся сейчас ситуация свидетельствует о том, что рассчитывать на какие-либо альтернативные источники энергии, которые могли бы заменить ископаемое топливо, несмотря на множащиеся предлагаемые варианты, в обозримом будущем не приходится. Таким образом, прирастание мирового энергетического потенциала, в том числе и в нашей стране, в ближайшие 50 лет будет осуществляться в первую очередь за счет увеличения добычи углеводородного сырья.
Углеводородная сырьевая база. Традиционно разрабатываемое углеводородное сырье представлено в основном нефтью, природным газом, а также сланцевыми природными углеводородами. Растущие потребности в нефти и природном газе, стимулирующие расширение существующих и поиски новых месторождений, заставляют осваивать не только новые территории, но и акватории материковых шельфовых зон. В последнее время месторождениям углеводородов в шельфовых зонах, как Мирового океана, так и внутренних морей, уделяется все больше внимания. Заметим, что многие весьма перспективные месторождения газа (в первую очередь) и нефти сосредоточены в приполярной части Северного полушария Земли.
В табл. 1 приведены данные о мировой газо-и нефтедобыче для первой десятки добывающих стран в 2011—2013 гг. (добыча газа) и в 2014— 2015 гг. (добыча нефти).
В качестве альтернативы традиционному ископаемому топливу — нефти и газу — в последние десятилетия интенсифицируется добыча сланцевого газа с использованием технологии пластового гидроразрыва. В связи с этим сланцевый газ становится серьезным конкурентом в борьбе на мировом рынке углеводородного топлива.
Таблица 1
Газо- и нефтедобывающие страны, входящие в первую мировую десятку
Место в мире Страна Уровень добычи газа, млн м3/год Дата информации, год Место в мире Страна Уровень добычи нефти, барр./сут Дата информации, год
1 США 681 400 2012 1 Россия 10 107 000 2015
2 Россия 669 700 2013 2 Саудовская Аравия 9 735 200 2014
3 Иран 162 600 2012 3 США 9 373 000 2015
4 Канада 143 100 2012 4 Китай 4 189 000 2015
5 Катар 133 200 2011 5 Канада 3 603 000 2014
6 Норвегия 114 700 2012 6 Ирак 3 368 000 2015
7 Китай 107 200 2012 7 Иран 3 113 000 2014
8 Саудовская Аравия 103 200 2012 8 ОАЭ 2 820 000 2014
9 Алжир 82 760 2011 9 Кувейт 2 619 000 2014
10 Нидерланды 80 780 2012 10 Мексика 2 562 000 2014
Всего 2 278 640 Всего 51 489 200
Технология добычи сланцевого газа известна уже на протяжении 100 лет. Ее актуальность была признана в результате устойчивого увеличения спроса на газ и недостатка в этом ресурсе и, соответственно, увеличения стоимости природного газа, добываемого традиционным путем. Сланцевый газ — разновидность природного газа. Он образуется в недрах земли в результате анаэробных химических процессов (разложение органических веществ без доступа кислорода). Известно, что газ может быть сконцентрирован в виде скоплений метана в угольных пластах, газовых образований в пластовых условиях, попутного газа (смесь пропана и бутана) на месторождениях нефти, в толще жестких песков, в сланцевых пластах, а также в виде кристаллических газогидратов в толще морского дна.
Газовые отложения в сланце сконцентрированы в небольших газовых коллекторах, которые рассредоточены по всему сланцевому пласту. Сланцевые месторождения имеют огромную площадь, однако объем газа зависит от толщины и площади сланцевого пласта. Относительно оценки общемировых запасов сланцевого газа в настоящий момент имеются различные точки зрения. На карте, составленной в 2011 г. по данным стратосферного анализа, показаны обширные территории, перспективные для разработки этого ископаемого топливного ресурса (рис. 1). На карте видно, что возможность добывать сланцевый газ есть практически на всех континентах и не только. В пределах шельфовой зоны также встречаются участки, перспективные для добычи газа из так
называемых зрелых сланцев разного геологического возраста.
Технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 т), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливается значительный объем отработанной загрязненной воды, которая обычно не утилизируется добытчиками с соблюдением экологических норм. К тому же, как показывает опыт, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины для добычи обычного природного газа [Зеленцова, 2011].
Многие страны в разных частях света уже добывают сланцевый газ, и некоторые из них его экспортируют (табл. 2).
Таблица 2
Запасы извлекаемого сланцевого газа и его экспорт в различных странах, по [World Shale..., 2015]
Страна Объем экспорта природного газа, % от потребления Доказанные запасы природного 3 газа, млрд м Технически извлекаемые запасы сланцевого газа, 3 млрд м
Нидерланды 62 1386 481
Норвегия 2156 2037 2348
Дания 91 59,4 651
Канада 87 1755 10 980
Австралия 52 3313 11 206
Ливия 165 1548 8207
Алжир 183 4500 6537
Колумбия 21 56,6 537
Боливия 346 750 1358
Рис. 1. Перспективные площади добычи сланцевого газа (черное) согласно оценке методом стратосферного анализа, по [World Shell..., 2015]
Еще не начали разрабатываться, но уже обратили на себя внимание большие по объему скопления так называемых газогидратов. Как феномен газогидраты привлекают интерес ученых тем, что, предположительно, являются потенциально практически неиссякаемым источником газа. Фактически речь идет о появлении новой технологии промышленной добычи газа.
Газогидраты (или газовые гидраты) представляют собой молекулы газа, чаще всего метана, «встроенные» в ледяную или водяную кристаллическую решетку. Газовый гидрат образуется при высоком давлении и низкой температуре, поэтому в природе встречается либо в глубоководных морских осадках, либо в сухопутной зоне многолетней мерзлоты на глубине несколько сотен метров ниже уровня моря. В процессе формирования этих соединений при низкой температуре в условиях повышенного давления молекулы метана преобразуются в кристаллы гидратов с образованием твердого вещества, по консистенции похожего на рыхлый лед.
В нашей стране запасы сланцевого газа в основном приурочены к каменноугольным месторождениям (рис. 2). В качестве наиболее перспективных по объему запасов сланцевого газа (связанного с угольными пластами) рассматриваются Талнырский, Тунгусский и Ленский каменноугольные бассейны.
Сланцевый газ пока только выходит на международный углеводородный рынок и в ближайшее время не сможет стать серьезной альтернативой традиционно добываемому природному газу. Заметим, что «соревнование» этих двух видов топливного ресурса в наши дни находится под сильным влиянием политической конъюнктуры, заметно большей, чем традиционная, экономическая, что не позволяет надежно оценивать рыночную перспективу сланцевого газа.
V/
3 \ S-'ifril-J^
4 «V* VL7
1
Рис. 2. Основные перспективные площади добычи сланцевого газа в России, по [Зеленцова, 2011]: угольные бассейны 1 — Талнырский, 2 — Тунгусский, 3 — Ленский, 4 — Восточный Донбасс, 5 — Кузнецкий, 6 — Иркутский, 7 — Зырянский, 8 — Печорский, 9 — Южно-Якутский
Согласно современным геологическим данным, в донных осадках морей и океанов в виде твердых газогидратных отложений находятся огромные запасы углеводородного газа. Так, потенциальные запасы метана в газогидратах оцениваются в 2-1016 м3. Однако газовые гидраты не единственный, все еще не разрабатываемый в промышленных объемах источник природного газа на Земле, который в перспективе может составить реальную конкуренцию традиционным углеводородам из-за огромных ресурсов, широкого распространения на планете, неглубокого залегания и весьма концентрированного состояния газового компонента (1 м3 природного метан-гидрата содержит около 164 м3 метана в газовой фазе и 0,87 м3 воды).
По прогнозным оценкам российских ученых, общее количество метана в залежах газогидратов под дном Мирового океана и морей оценивается в 2-1010 м3, что на несколько порядков превышает запасы углеводородов в традиционных месторождениях. К настоящему времени установлено, что около 98% залежей газогидратов сосредоточено на шельфе и континентальном склоне Мирового океана у побережий Северной, Центральной и Южной Америки, Северной Азии, Норвегии, Японии и Африки, а также в Каспийском и Черном морях. Установленная глубина нахождения скоплений газогидратов варьирует от 200—480 м на шельфе до 3100—3500 м на абиссали. Наибольшая глубина, на которой обнаружены газогидраты, составляет 6000 м (Перуанская впадина в Тихом океане) [Воробьев и др., 2011].
Расширение добычи углеводородного сырья и экологический риск. Разработка месторождений углеводородного сырья в настоящее время ведется по трем направлениям. Это традиционная промысловая добыча нефти и газа на материковой части, добыча углеводородов (преимущественно нефти) в Мировом океане, окраинных и внутренних морях и добыча сланцевого газа на континентах. Каждый вид добычи полезного ископаемого характеризуется своей спецификой, но все они несут с собой потенциальную экологическую угрозу окружающей среде, будь то литосфера, гидросфера, атмосфера или биосфера. И с этой точки зрения добычу нефти и газа можно рассматривать как существенный фактор трансформации экологических функций абиотических сфер Земли и непосредственного воздействия на живые организмы, населяющие нашу планету [Трофимов и др., 2006].
Разработка и эксплуатация месторождений углеводородного сырья, а также транспортировка и переработка получаемого продукта по ряду критериев относятся к категории экологически опасного производства [Гражданская..., 2015]. Это значит, что в случае возникновения чрезвычайных ситуаций на промыслах и предприятиях нефтегазовой промышленности возможны критические изме-
нения экологической обстановки. На карте мира появляется все больше перспективных площадей для нефте- и газодобычи и уже разрабатываемых месторождений, строящихся и эксплуатируемых трубопроводных транспортных сетей и других предприятий газонефтяной индустрии. Это обстоятельство не может не вызывать тревогу, поскольку за «углеводородной экспансией» неизбежно следует повышение риска возникновения аварийных ситуаций на всем пути от добычи полезного ископаемого до места его длительного хранения или использования. В табл. 3 приведены данные о добыче нефти одиннадцатью ведущими мировыми компаниями, которые априори, хотя предположительно и в разной мере, могут считаться ответственными за все чрезвычайные ситуации и катастрофы, произошедшие и будущие, связанные с нефтедобычей.
Таблица 3
Основные мировые нефтедобывающие компании
Название фирмы Страна Добыча нефти, млн барр./сут
Сауди Арамко (Saudi Aramco) Саудовская Аравия > 12
Газпром Россия 9,7
Национальная нефтяная компания Ирана (National Iranian Oil Company, NIOC) Иран 6,4
Эксон Мобил (Exxonmobil) США 5,3
Петрочайна-интернешнл (Petrochiha-interneshnl) Китай 4,4
Роснефть Россия 4,1
Бритиш Петролеум (British Petroleum, ВР) Великобритания 4,1
Роял Датч Шелл (Royal Dutch Shell) Великобритания, Голландия 3,9
Петролеос Мексиканос (Petroleos Mexicanos, PEMEX) Мексика 3,6
Шеврон (Chevron) США 3,5
Топливная корпорация Кувейта (Kuwait Petroleum Соrporation) Кувейт 3,2
Многовековая история добычи нефти, которая как вещество, способное гореть, известна людям и используется ими уже не одну тысячу лет, изобилует сведениями об экологических катастрофах, связанных с добычей и транспортировкой этого горючего полезного ископаемого. До начала добычи на акваториях такого рода события, хотя и могли нанести значительный ущерб и иногда сопровождались человеческими жертвами, но, как правило, редко выходили на уровень чрезвычайной ситуации или экологической катастрофы регионального уровня. В этом случае при оценке экологического ущерба следует принимать во вни-
мание, что такие события могут локализоваться в пределах территории аварийного объекта или в его ближайших окрестностях, там, где экосистемы уже практически перестали существовать как природные и, в лучшем случае, трансформировались в природно-технические экосистемы с доминированием технического компонента.
При нерегулярном росте объема добычи нефти и газа могут возникать негативные геологические процессы в верхних слоях литосферы, например, обвалы, просадки, локальные землетрясения и др. Одна из причин частых землетрясений заключается в увеличении напряжения земной коры под воздействием закачиваемой в скважины воды под высоким давлением. Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых более 500 составляют жидкие углеводороды. После попадания в почву или на водную поверхность из нефти в атмосферу выделяются легколетучие фракции углеводородов. Ежегодно под бурение нефтяных скважин, прокладку трубопроводов и автомобильных дорог отводится более 1000 га земель, из них значительная часть возвращается в хозяйственный оборот после рекультивации. Однако, несмотря на проведение работ по рекультивации, часть земель возвращается с ухудшенной агрохимической структурой или вовсе становится непригодной для выращивания сельскохозяйственных культур.
Одним из существенных загрязнителей атмосферного воздуха при добыче нефти служит попутный газ, который наряду с фракциями легких углеводородов содержит сероводород. Миллионы кубометров попутного газа десятки лет сжигали на факельных установках, что привело к образованию сотен тысяч тонн оксида азота, оксида углерода, диоксида серы и продуктов неполного сгорания углеводородов, попавших в итоге в атмосферу. Такая смесь газов может оказаться пожароопасной, чему есть исторические примеры. Так, известен случай скопления паров углеводородов вдоль железной дороги из-за аварии на трубопроводе с конденсированным углеводородом в Башкирии, когда при прохождении пассажирского поезда эти пары воспламенились, и возникший сильный пожар вокруг поезда привел к многочисленным человеческим жертвам. При переработке нефти возникают специфические экологические проблемы, связанные прежде всего с первичной очисткой нефти и удалением из нее серы. При этом в атмосферу поступают сотни тысяч тонн газообразных загрязняющих веществ. Содержание продуктов горения попутного газа в приземных слоях атмосферы может негативно влиять на здоровье персонала и жителей близлежащих населенных пунктов.
При содержании в воде нефти в количестве 200—300 мг/м3 происходит нарушение экологического равновесного состояния отдельных видов
рыб и других гидробионтов. Нефть также активно взаимодействует со льдом, который способен поглощать ее в количестве до 1/4 своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения любого водоема. С талыми водами в водоемы поступают тысячи тонн загрязняющих веществ. Подземные воды также подвергаются загрязнению предприятиями нефтяной промышленности. Изучение процессов загрязнения подземных вод показало, что 60—65% загрязнений происходит при аварии водоводов сточных вод и бурении скважин, а 30—40% загрязнений — из-за неисправностей глубинного оборудования скважин, способствующих перетоку минерализованных вод в пресноводные горизонты. Таким образом, следует констатировать, что нефть и нефтепродукты относятся к загрязняющим веществам, вступающим в химическое взаимодействие с компонентами природной среды и являющимися действенными агентами ее трансформации в негативную сторону [Базанова, 2010]. В табл. 4 показан пример оценочной классификации аварийных ситуаций на нефтяных месторождениях.
Таблица 4
Критерии оценки экологического ущерба при авариях на материковых нефтепромыслах
Категория аварии Критерии оценки потенциального экологического ущерба
Локальная 1. Масса нефти, попавшей в водные объекты, до 1,0 т 2. Масса нефти, попавшей на рельеф местности, до 29,0 т 3. Общая площадь загрязнения до 0,04 га, не выходит за территорию объекта
Местная 1. Масса нефти, попавшей в водные объекты, от 1,0 до 5,0 т 2. Масса нефти, попавшей на рельеф местности, от 29,0 до 145,0 т 3. Общая площадь загрязнения от 0,05 до 0,2 га, выходит за пределы отвода земель под объект
Территориальная 1. Масса нефти, попавшей в водные объекты, от 5,0 до 500,0 т 2. Масса нефти, попавшей на рельеф местности, от 145,0 до 1450,0 т 3. Общая площадь загрязнения от 0,2 до 20 га, не выходит за пределы территории административного округа
Региональная 1. Масса нефти, попавшей в водные объекты, >500,0 т 2. Масса нефти, попавшей на рельеф местности, >1450,0 т 3. Общая площадь загрязнения >20,0 га, выходит за пределы территории административного округа
Нефтяной промысел всегда был и остается делом рискованным (как в событийном плане, так и с точки зрения возможного материального ущерба и катастрофических последствий). Добыча нефти и газа на континентальном шельфе представляет со-
бой еще более экологически опасное предприятие. И хотя крупные аварии редки (в среднем один раз в десятилетие), так как сказываются более жесткие меры безопасности и дисциплина по сравнению с сухопутной добычей, но от этого они нисколько не менее трагичны. С начала добычи углеводородов на континентальном шельфе и материковом склоне тяжесть аварийных случаев существенно возросла и продолжает увеличиваться. Причина этого в первую очередь заключается в подвижности среды, затрагиваемой аварийной ситуацией. Так, разливы нефти по поверхности акватории наносят непоправимый экологический ущерб, который ощущается в течение многих лет и заставляет квалифицировать последствия таких разливов как экологические катастрофы территориального (регионального), а иногда и глобального уровня. Наиболее дорогостоящая, трудоемкая и экологически опасная разработка морских месторождений в северных морях.
Помимо решения сложных задач, характерных для континентального промысла, при добыче на акваториях возникает комплекс проблем, обусловленных морской спецификой, при этом угрозы экологической безопасности в районах нефте- и газодобычи многократно увеличиваются. От успешности их разрешения во многом зависят промышленная безопасность и экологическое благополучие района ведения разработки. В частности, при поисково-разведочных работах на нефть и газ наибольшую опасность для природной среды представляют нарушение покрова донных осадков и сообществ бентосных организмов при внедрении буровых снарядов в морское дно; воздействие нетоксичных буровых растворов на биоту, в том числе повышение мутности вод в окрестностях буровых платформ; попадание в воду нефтеуглеводородов при аварийных выбросах нефти, возможных при вскрытии продуктивных залежей [Проблемы..., 2014]. На рис. 3 в форме диаграммы показана доля отдельных технологи-
Плавучая буровая установка
Скважина
Плавучее хранилище
Скважина с подводным устьем
Плавучий причал
Буровая установка
Платформа
35%
Рис. 3. Доля отдельных технологических элементов (звеньев) в цикле добычи углеводородов в наносимом ущербе при возникновении чрезвычайных ситуаций, по [Мельников и др., 2014]
ческих элементов (звеньев) в цикле добычи углеводородов в возможном наносимом ущербе при возникновении чрезвычайных ситуаций. Как и ожидалось, пальма первенства принадлежит морским технологиям и трубопроводному транспорту [Мельников и др., 2014].
Добыче газа и нефти на морском шельфе неизбежно сопутствуют различного рода аварии. Причин таких катастроф множество, это штормы, ураганы, аварийные взрывы, пожары, поломки оборудования, ошибки персонала. Ниже приведены примеры наиболее серьезных аварий, приведших к гибели большого числа людей [Семь..., 2013].
При буксировке платформы «Кольская» с западного побережья Камчатки к Сахалину 16 декабря 2011 г. караван в Охотском море попал в полосу штормов. На борту находились 67 человек. На платформе сорвало обтекатель носовой опоры, оказалась повреждена обшивка корпуса, образовался крен, 18 декабря платформа затонула. Спасти из воды живыми удалось только 14 человек. И хотя этот пример не может рассматриваться как классическая экологическая катастрофа, а, скорее, как проявление преступной халатности, гибель людей ставит ее в ряд технологических катастроф.
Самой крупной мировой экологической катастрофой на сегодняшний день признана авария, произошедшая 20 апреля 2010 г. на нефтяной платформе «Deepwater Horizon» в 80 км от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе на месторождении компании ВР. Во время взрыва и пожара на платформе погибли 11 и пострадали 17 человек. За 152 дня борьбы с последствиями аварии в Мексиканский залив вылилось около 5 млн баррелей нефти, площадь нефтяного пятна достигла 75 тыс. км2.
16 марта 2001 г. у берегов Бразилии взорвалась крупнейшая в мире нефтяная платформа Р-56, которая принадлежала фирме «Petrobras». Погибли 10 нефтяников. После серии разрушительных взрывов платформа затонула, нанеся непоправимый ущерб окружающей среде.
В июле 1988 г. недалеко от Англии на нефтедобывающей платформе «Occidental Petroleum's Piper Alpha» в результате взрыва, последовавшего за утечкой газа, погибли 167 человек из 226 находившихся в тот момент на платформе. Платформа полностью сгорела.
В сентябре 1982 г. недалеко от берегов Канады перевернулась и затонула американская нефтяная буровая платформа «Ocean Ranger». Причиной катастрофы стал небывалый ураган. Ударами 15-метровых волн были разбиты окна и затоплены жилые поме-
Трубоп^овод
щения. На платформе находились 84 человека. Спастись не удалось никому.
В марте 1980 г. в Северном море разломилась и опрокинулась норвежская буровая платформа «Alexander Keilland». Из 212 человек, находившихся на платформе, погибли 123. Как заявили эксперты, причиной катастрофы была усталость металла.
25 ноября 1979 г. во время буксировки в открытом море китайская буровая платформа «Бохай I—II» попала в 10-балльный шторм. В результате платформа перевернулась и затонула. Погибли 72 человека.
Добыча сланцевой нефти и сланцевого газа также вызывает у геоэкологов много серьезных вопросов, поскольку методы добычи не всегда отвечают современным экологическим требованиям, предъявляемым к разработке энергоресурсов.
С целью добычи углеводородов используется технология гидроразрыва, которая предполагает закачку специальных растворов под высоким давлением в пласты горных пород. В результате происходит образование множественных микротрещин, и в итоге формируется искусственно созданный трещиноватый объем горных пород, который в дальнейшем является источником комплекса геоэкологических проблем практически для всех компонентов природной среды. Использование технологии гидроразрыва пластов чревато, по мнению экспертов, во-первых, проникновением большого объема высокотоксичных и загрязняющих веществ в эксплуатируемые водоносные горизонты и, во-вторых, разливом их на поверхности в окрестностях мест добычи. Возможен также выход газа, следов нефти и токсичных веществ на дневную поверхность с трудно предсказуемыми негативными экологическими последствиями.
Дестабилизация естественного геодинамического равновесия в напряженно-деформированных горных породах может повлечь за собой активизацию сейсмопроявлений. Именно поэтому применение технологии гидроразрыва иногда рекомендуют как средство для разрядки упругих напряжений в горных породах с целью предотвращения сильных землетрясений. Вместе с тем дестабилизация естественной устойчивости массивов горных пород сначала проявляется в ближней зоне — в окрестностях непосредственного воздействия, но затем постепенно распространяется на значительные расстояния как по вертикали, так и по латерали. При исследовании процессов наведенной сейсмичности отмечено, что сейсмическая активизация в ближней зоне прекращается с прекращением воздействия, тогда как активизация в дальней зоне продолжается, и процесс перестройки напряженно-деформированного состояния геологической среды постепенно захватывает значительную область, объем которой многократно превышает объем горных пород, пораженных техногенной трещиноватостью.
Еще одна «мишень» при использовании гидроразрыва пласта — гидролитосфера. Естественное природное строение осадочных пород, включающих залежи углеводородов, предполагает наличие слоистости с чередованием пористых и проницаемых коллекторов и слабопроницаемых водоупорных горизонтов. Наличие водоупоров обеспечивает изоляцию отдельных горизонтов подземных вод, отличающихся по химическим и термодинамическим свойствам. Появление и разрастание сквозной техногенной трещиноватости приводит к установлению гидравлической связи водоносных горизонтов и смешиванию подземных вод разных глубинных уровней. Ближайшие к поверхности напорные горизонты подземных вод со сравнительно низкой природной минерализацией, наиболее ценные в плане питьевого и промышленного водоснабжения, оказываются загрязненными в районах нефтедобычи, в том числе и поступающими снизу напорными естественно минерализованными и нагретыми водами более глубоких артезианских горизонтов. Перемешивание вод водоносных горизонтов ведет к нарушению их геохимического и термодинамического равновесного состояния, появлению вод, химически агрессивных к водовмещающей среде. Частичное растворение пород коллекторов ведет к уменьшению внутрипластового давления и изменению химического состава подземных вод, в частности, к их природно-техногенному загрязнению растворимыми соединениями, имеющимися в составе горных пород.
Вследствие появления сквозной трещинова-тости происходит также дегазация геологической среды. С появлением техногенных путей миграции улетучиваются радиоактивные газы, такие, например, как радон и торон, а также летучие углеводородные соединения. Появление таких газов вблизи нефтегазовых месторождений обеспечивает формирование их атмосферных геохимических аномалий. В итоге применение технологии гидроразрыва пласта влечет за собой комплексные системные изменения практически всех компонентов природной среды, находящихся во взаимосвязи и системном взаимодействии. Насколько серьезны при добыче сланцевых углеводородов перспективы возникновения чрезвычайных ситуаций, затрагивающих практически все сферы планеты, в том числе и биосферу, можно увидеть в схеме, приведенной на рис. 4.
При использовании технологии гидроразрыва пласта при добыче углеводородов всегда надо иметь в виду, что значительная часть реагентов, иногда высокотоксичных, выносится на поверхность и вместе с промывочной буровой жидкостью и другими вспомогательными флюидами формирует локальные очаги химического заражения в окрестностях мест извлечения полезного продукта. И если с таким локальным загрязнением при на-
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ПРИ ДОБЫЧЕ СЛАНЦЕВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
УВЕЛИЧЕНИЕ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА ГИДРОЛИТОСФЕРА ТРОПОСФЕРА
Нарушение геодинамического режима
1. Возможность индуцированных
землетрясений
2. Наведенная сейсмичность в ближней зоне
3. Наведенная сейсмичность в дальней зоне
Появление гидравлической связи водоносных горизонтов
Эманации подземных
углеводородных, радиоактивных газов
1. Загрязнение нефтью и буровыми растворами по всей зоне трещиноватых пород
2. Попадание техногенно загрязненных поверхностных и грунтовых вод в артезианские горизонты
3. Загрязнение артезианских горизонтов естественно минерализованными рассолами нижних горизонтов подземных вод
1 Нарушение геохимического равновесия | в системе «вода-порода» I
Растворение водовмещающей среды агрессивными подземными водами
Загрязнение артезианских вод растворимыми природными компонентами
Рис. 4. Трансформация природных сред в результате применения технологии гидроразрыва пласта
при добыче сланцевых углеводородов
личии доброй воли и достаточности технических и материальных средств можно справиться с определенной долей успеха, то оставшиеся в глубоких горизонтах технологические жидкости могут распространяться на значительное расстояние как по вертикали, так и по латерали, попадая в эксплуатируемые водоносные горизонты и выводя «из строя» значительное по объему геологическое пространство с практически неизвестными экологическими потерями.
Отдельно необходимо упомянуть о перспективах (возможно, уже в ближайшем будущем) возникновения неординарных ситуаций, вплоть до катастрофических, в связи с прогнозом освоения месторождений газогидратов. По предположениям изыскателей запасы газогидратов, скопления которых обнаружены и продолжают обнаруживать практически повсеместно как на материках, так и на акваториях, как уже упоминалось, по общему
объему многократно превышают запасы углеводородов всех известных месторождений. В то же время исследователи, изучающие скопления газогидратов на дне морей, указывают на возможность высачивания газа на поверхности суши и на акваториях, что может создавать в определенных местах пожаро- и взрывоопасные ситуации, а также вызывать иные непредвиденные последствия. Так, например, обнаруженные провалы на п-овах Ямал и Таймыр по одной из версий интерпретируются как следствие глубинных взрывов метана, выделенного из глубинных слоев в виде выбросов метана, что обусловлено присутствием газогидратов под слоем многолетнемерзлых пород. Недавно на дне Баренцева моря у побережья Норвегии на глубине около 45 м были обнаружены подводные воронки с диаметром до 800 м. Обнаружившие их исследователи из Арктического университета Норвегии считают, что подобные кратеры могли
образоваться из-за мощных прорывов метана из-под дна на морском шельфе. Океанологам уже известны случаи появления газовых «пневматических» хлопков в океане. Это происходит, когда сжиженный и кристаллизованный газ, находящийся в виде льда, постепенно разогревается и приобретает летучую форму. Огромные объемы такого газа, вырываясь на поверхность воды, значительно повышают ее температуру. Из-за резкого перепада давления объем метана резко увеличивается (приблизительно в 150 раз в зависимости от глубины залежей). Такой выброс газа может приводить к возникновению локального урагана в океане.
В обоих приводимых в качестве примеров случаях ни образование провалов на суше, ни нахождение кратеров на дне Баренцева моря не повлекло за собой какого-либо ущерба. Это объясняется в первую очередь тем, что районы, где обнаружены провалы на суше и кратеры на дне Баренцева моря не относятся к категории освоенных территорий и акваторий. Тем не менее этот феномен вызывает не только научный интерес, но и определенное беспокойство в связи с неясностью его природы и перспективами обнаружения подобных геологических структур в будущем.
Заключение. Добычу, транспортировку, хранение и переработку углеводородов следует относить к категории производств, характеризующихся весьма высокой потенциальной экологической опасностью, а все предприятия этой отрасли — к категории «объектов особой важности» [Гражданская., 2015]. Возрастание объема добычи углеводородов, появление новых технологий, перспективы освоения месторождений сланцевых углеводородов и газовых гидратов на континентах и акваториях морей и Мирового океана в совокупности способствуют увеличению степени экологического риска. Под экологическим риском в данном случае подразумевается возможность и оцениваемая вероятность возникновения негативных изменений состояния биосферы (деградация экосистем вплоть до исчезновения отдельных видов флоры и фауны) или переход ее в неустойчивое состояние под воздействием техногенных стресс-факторов [Базовые., 2012; Снакин, 2008].
В нашей стране приняты федеральные законы, призванные обеспечивать безопасность объектов особой важности: Законы РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», «Об охране окружающей природной среды», «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» и др. Согласно этим законам добывающие компании должны придерживаться унифицированного подхода к оценке риска и понуждаются к осуществлению мер контроля. Это делается с целью предотвращения происшествий и аварийных ситуаций на всех этапах освоения углеводородного сырья. Принимаемые меры на-
правлены на снижение риска разливов нефти и выброса газа или уменьшение объема разлива и выброса до целесообразного низкого уровня. Они также предусматривают организацию мониторинга состояния всего оборудования, и в первую очередь эксплуатационных скважин, промысловых и магистральных трубопроводов (рис. 3), а также контроль за состоянием окружающей среды. При возникновении чрезвычайных ситуаций основные мероприятия направляются на обеспечение безопасности персонала и населения, защиту экологически чувствительных районов и видов фауны, имущества и экономических ресурсов. Такие меры позволяют оперативно решать задачи в случае, если аварийные ситуации не выходят за рамки ординарных событий.
Когда ситуация выходит из-под контроля, практикуется привлечение армейских подразделений и спасательных отрядов МЧС. Такая практика хорошо себя зарекомендовала на современном этапе развития газонефтедобывающей отрасли. В то же время перманентное отвлечение армейских подразделений и аварийных служб МЧС на ликвидацию последствий чрезвычайных и катастрофических ситуаций нельзя признать единственно правильным решением задачи обеспечения безопасности этой отрасли. Надо иметь в виду, что приходится сталкиваться с ситуациями трех типов.
Первый тип представляет собой комплекс аварийных ситуаций, возникающих при уже ставших традиционными технологиях добычи углеводородов на суше и акваториях шельфовых зон морей и Мирового океана. Можно считать, что в данном случае уже есть большое количество наработанных алгоритмов работы по противодействию чрезвычайным ситуациям, что, конечно, не исключает дальнейшие научно-практические исследования с целью усиления потенциала противодействия.
Второй тип касается набирающей силу добычи сланцевых углеводородов. Технология извлечения ископаемого топлива из сланцев известна давно, однако сама задача гидроразрыва пласта, способы его осуществления, применяемые реагенты и, главное, возможные экологические последствия на разных геологических уровнях остаются в значительной мере terra incognita в научном плане и с точки зрения эффективности практической (экономической, экологической и социальной) реализации этой технологии.
Третий тип ситуации, с которым еще предстоит столкнуться, возможно, уже в недалеком будущем, — разработка месторождений газогидратов. В этой области все пока новое — и теории, и практика, и все, что связано с добычей и использованием углеводородов. Однако новизна надвигающейся проблемы не снимает, а наоборот, усиливает необходимость специальных исследований в этой области, пока больше научных, но
ориентированных уже и на практическое использование этого вида сырья.
Учитывая сложность сформировавшейся проблемы, представляется целесообразным создать на федерально-отраслевом уровне специальные научно-производственные структуры и подразделения для курирования и осуществления перманентного мониторинга всего цикла нефтегазового производства. Эти подразделения должны взять на себя ответственность за разработку и эксплуатацию месторождений углеводородов в стране на основе межотраслевых отношений с учетом раз-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Базанова А.А. Экологические проблемы нефтедобывающей промышленности. 2010. Сайт Смоленского государственного университета: URL: http://works. doklad.ru/view/lGRqPtICihM.html (дата обращения: 14.03.2015).
Базовые понятия инженерной геологии и экологической геологии: 280 основных терминов. М.: ООО «Геомаркетинг», 2012.
Воробьев А.Е., Болатова А.А., Молдабаева Г.Ж., Че-кушина Е.В. Экспертная оценка современных мировых запасов аквальных залежей газогидратов. Официальный сайт журнала «Бурение и нефть». 2011. № 12: URL: http://burneft.rU/archive/issues/vars/view_mode/2011-12/1 (дата обращения: 02.03.2015).
Гражданская защита: Энциклопедия. 3-е изд., пере-раб. и доп.: В 4 т. / Под общ. ред. В.А. Пучкова. Т. 4. М.: МЧС России, 2015.
Зеленцова Ж. Сланцевый газ, мифы и перспективы мировой добычи, 2011 23.12. URL: https://pronedra. ru/gas/2011/12/23/slancevyj-gaz/ (дата обращения: 07.03.2015).
Мельников Н.Н., Калашник А.И., Калашник Н.А., Каспарьян Э.В. Научно-организационные основы геодинамического мониторинга нефтегазовых объектов в
личных форм собственности с целью снижения общего потенциального экологического риска на фоне растущего объема добычи углеводородов — основного вида топлива и богатейшего сырья для современной химической промышленности. Такие структуры будут более подвижны и в силу этого открыты для международного сотрудничества, что очень важно тогда, когда чрезвычайные ситуации выходят на региональный, национальный или глобальный уровень. В этом случае такого рода структуры необходимо ввести в юрисдикцию Организации Объединенных Наций.
целях защиты окружающей природно-технической среды // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2014. № 6. С. 5-9.
Проблемы обеспечения экологической безопасности при освоении нефтегазовых месторождений Баренцева моря. Сайт интернет-медиапроекта «Нефтяник», 20.08.2014. URL: http://neftynik.ru/problemy-obespecheniya-ekologicheskoj-bezopasnosti-pri-osvoenii-neftegazovyx-mestorozhdenij-barenceva-morya/ (дата обращения: 06.02.2015).
Семь самых страшных аварий на буровых платформах. 18.12.2013. Новостной сайт Россия 24: URL: http://www.vesti.ru/doc.html?id=1168280 18.12.2013 (дата обращения: 08.03.2015).
Снакин В.В. Экология и природопользование в России: Энциклопед. словарь. М.: Academia, 2008.
Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г., Барабошкина Т.А. и др. Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза. М.: Ноосфера, 2006.
World Shale Resource Assessments. Официальный сайт U.S. Energy Information Administration Last updated: 24.09.2015: URL: http://www.eia.gov/analysis/studies/ worldshalegas/index.cfm (дата обращения: 07.03.2015).
Поступила в редакцию 01.03.2017
