CC BY
145
УДК 502/504:553.98
12 3
М.Д. Козориз , В.А. Середович , И.П. Шмыговский
1 ОАО «Независимая Ресурсная Компания», Москва
2 СГГА, Новосибирск
3 ООО «Нефтеюганский научно-исследовательский и проектный институт», Нефтеюганск
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ, ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ НЕДР ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ
1 2 3
Michael D. Kozoriz , Vladimir A. Seredovich , Ivan P. Shmugovsky
1 General Mine Surveyor, JSC «Independent Resources Company», PhD, Corresponding Member of International Academy of Ecology, Man and Nature Protection Sciences
2 Professor, Vice Rector for Innovation Activities, Siberian State Academy of Geodesy
3 Director General, JSC «YUGANSKNIPI»
CONSTITUENT ELEMENTS OF ENVIRONMENTAL AND INDUSTRIAL SAFETYAND CONSERVATION OF MINERAL RESOURCES IN OIL PRODUCTION
A wide aspect of environmental problems and those of related to conservation of mineral resources taking place in intense field development for the purposes of commercial hydrocarbon material production is considered.
Man-made (technogenic) and natural impacts in oil production disrupt the balance of geological environment, cause mire formations, land subsidence, karst processes, landslips, cavities, and excited seismicity. The ground subsidence negatively influences on the technical state of pipelines, lead to the leakage of technological objects, and sometimes can cause technogenic earthquakes.
At each stage of field development are needed particular procedures and measures to decrease an ecological load on geological and natural environment. It is recommended to create the geodynamic sites, carry out the geological and environmental monitoring for territories to be developed. It is necessary to project, construct and exploit the oil-and-gas fields taking into account the improvement of environmental situation, minimization of easily vulnerable territorial-and-natural complexes damnification using advanced technologies and equipment.
Одним из главных компонентов в развитии энергетического комплекса России является углеводородное сырье.
Но в то же время развитие энергетики сталкивается с целым рядом экологических проблем, становящимися все более острыми, так как нефтегазодобывающая промышленность является одной из самых экологически опасных отраслей хозяйствования. Она отличается большой землеемкостью, значительной загрязняющей способностью и высокой пожаро- и взрывоопасностью промышленных объектов. Большинство химических реагентов, применяемых при бурении скважин, при добыче и подготовке нефти, а также добываемые углеводороды и примеси к ним являются веществами, вредными для всего растительного и животного мира и человека.
Одной из крупнейших экологических проблем в ТЭК, особенно острой для традиционных нефтедобывающих регионов, является загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами. Темпы
утилизации отходов остаются низкими, прогнозы крупномасштабного использования отходов не реализуются.
Серьезной проблемой является концентрация негативного воздействия деятельности предприятий ТЭК в энергодобывающих и энергопроизводящих регионах. К этому следует добавить недостаточный уровень экологичности технологических процессов, высокий моральный и физический износ основного оборудования, недостаточную развитость природоохранной структуры (систем предотвращения и снижения негативных воздействий на природную среду).
Нефтегазодобыча опасна повышенной аварийностью в связи с тем, что основные производственные процессы происходят под высоким давлением, промысловое оборудование и трубопроводные системы работают в агрессивных средах.
Техногенные и природные воздействия нарушают равновесие геологической среды, что приводит к заболачиванию территорий, просадке грунта, оползням, провалам, возбужденной сейсмичности и другим неблагоприятным экологическим последствиям. Они, в свою очередь, обуславливают деформации различных наземных инженерных объектов и могут вызвать аварии и катастрофы.
Кроме того, в последние десятилетия наукой были получены принципиально новые данные о современном геодинамическом состоянии земных недр. Оказалось, что имеют место современные суперинтенсивные деформации (СД) земной поверхности со скоростями до 50-70 мм/год, которые приурочены к зонам тектонических нарушений (разломам различного типа и порядка). При этом, наиболее неожиданный результат заключается в том, что наибольшая интенсивность геодинамических аномалий наблюдается в платформенных асейсмичных областях.
Проводимые ранее, по заказам Миннефтепрома, изучения современных движений земной коры в нефтегазоносных осадочных бассейнах Русской платформы (Припятский прогиб, Башкирский свод и Соликамская впадина), Западно-Сибирской плиты (Вартовский свод), предгорных и межгорных прогибов складчатых областей (Терско -Каспийский, Предгиссарский. Рионо -Куринский) позволили ученым вывести ряд эмпирических обобщений, касающихся интенсивности и масштабов современного аномального геодинамического состояния земных недр:
1. Выявлено наличие интенсивных локальных аномалий вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности, которые приурочены к зонам тектонических нарушений (разломов, разрывов и т. д.) различного типа и порядка. Эти аномальные движения высокоградиентны (свыше 50мм/год), короткопериодичны (от 0.1 года до первых лет), пространственно локализованы (от 0.1 км до первых км) и обладают пульсационной и знакопеременной направленностью;
2. Основные пространственно-временные характеристики аномальных движений идентичны как для сейсмоактивных, так и для асейсмичных
разломных зон, при этом интенсивность деформационного процесса в разломах асейсмичных, платформенных регионов выше, чем в сейсмоактивных (Н.А. Касьянова, Ю.О. Кузьмин «Современная аномальная геодинамика недр и ее влияние на объекты нефтегазового комплекса». М.: Изд. Геоинформмарк, 1996 г.).
Существование всех перечисленных неблагоприятных факторов вызывает необходимость выполнения постоянных детальных наблюдений (мониторинг) за состоянием окружающей природной среды и недр. Поэтому многими нефтяными предприятиями создаются геодинамические полигоны и проводятся режимные, циклические наблюдения за движением земной поверхности влияющих, в том числе и на состояние целостности трубопроводов.
Вредные вещества, попадая из источников загрязнения в одну из природных сред (воздушную, водную) вовлекаются в общую миграцию (круговорот) веществ и, как правило, в течение того или иного промежутка времени распространяются во всех природных средах. Скорость распространения загрязняющих веществ и скорость самоочищения среды во многом зависят от природно-климатических условий и количества загрязнителя.
С другой стороны, известно, что с незначительными концентрациями нефти природа справляется самостоятельно, а минимальное ее содержание иногда служит катализатором роста растений.
Поэтому в вопросах охраны окружающей среды существует два противоположных мнения. Одно мнение сводится к тому, что вмешательство в природную среду необходимо резко сократить, поскольку современные методы ведения хозяйства могут привести к катастрофическим последствиям. Другие считают, что потенциал самовосстановления природы достаточно велик и не следует затрачивать большие средства на ее охрану и проведение рекультивационных работ.
Применительно к нефтегазовому региону концепция подхода к проблемам охраны окружающей среды должна опираться на следующие факторы:
1. Для того чтобы выжить человек должен хозяйствовать на земле, должен добывать нефть, газ и другие полезные ископаемые.
2. На современном этапе развития науки и техники не существует таких технологий добычи, транспортировки и переработки нефти, которые позволяли бы осуществлять эту деятельность без отрицательного воздействия на природу.
3. Это оптимальное совмещение первого и второго факторов, т. е. добывать и осваивать месторождения, необходимо сводя к минимуму негативные последствия, максимально восстанавливая нарушенные территории. Важно не допускать аварийных, катастрофических разливов нефти, когда ее содержание в почве превысит 30 %, что приводит к необратимым процессам и может нарушить сложившийся природный баланс.
В таких случаях восстановление природных комплексов может длиться десятки лет и требует значительных затрат труда и средств.
Для полной естественной переработки нефтяных компонентов в условиях Крайнего Севера требуются десятилетия. Физико-химическое разрушение нефти на поверхности почв происходит только в самом верхнем слое. После этапа микробиологического разрушения (3-4 года) сохраняется нефтяное загрязнение, при этом количество наиболее токсичных углеводородов в верхних слоях почвы в несколько раз превышают фоновые значения.
Эффективные методы детоксикации многих загрязнителей не разработаны, их накопление в природных объектах может привести к непредсказуемым последствиям. Нарушения во много раз легче предупредить, чем их исправить, поэтому приоритет должен всегда отдаваться профилактическим, предупредительным мерам.
Обустройство и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений сопровождается неизбежным техногенным воздействием на объекты природной среды. Рациональное природопользование в современных условиях обуславливает необходимость учета жестких экологических ограничений и разработку мероприятий, направленных на охрану и восстановление окружающей среды.
Наиболее экологически опасным видом работ является бурение скважин на нефть и газ, что сопровождается:
- Химическим загрязнением почв, грунтов, горизонтов подземных вод, поверхностных водоемов и водотоков, атмосферного воздуха веществами и химреагентами, используемыми при проходке скважин, буровыми и технологическими отходами, а также природными веществами, получаемыми в процессе испытания скважин;
- Физическим нарушением почвенно-растительного покрова, грунтов зоны аэрации, природных ландшафтов на буровых площадках;
- Нарушением естественного режима многолетнемерзлых грунтов в криолитозоне с возможной деградацией верхних горизонтов ММП;
- Изъятием водных ресурсов;
- Нарушением температурного режима экзогенных геологических процессов (термокарст, термоэрозия, пучение, наледеобразование, заболачивание, просадки и др.) с их возможным негативным проявлением в техногенных условиях на буровых площадках.
Основные пути проникновения загрязнителей в объекты геологической среды следующие:
- Поглощение бурового раствора в процессе промывки скважин и фильтрации его водной фазы в проницаемые отложения;
- Нарушение обсадных колонн и цементного камня в заколонном пространстве;
- Некачественное цементирование и не подъем тампонажного раствора за обсадными колонами;
- Попадание жидких отходов бурения в водоносные горизонты из-за плохого качества крепления кондуктора;
- Инфильтрация отходов с поверхности земли из амбаров-накопителей через почвогрунты и через устье скважины.
При строительстве площадных объектов (кустов скважин, площадок ДНС, КНС, ЦПС и др.) основным воздействием на окружающую среду является изъятие части территории месторождения из общего пользования и преобразование существующего рельефа в результате проведения вертикальной планировки, предусматривающей сплошную систему организации рельефа. В случае размещения объектов без учета функции экосистем и невыполнения природоохранных мероприятий может нарушиться компонентная структура ландшафтов: нарушается
микрорельеф, поверхностный сток, возможно нарушение гидрологического режима и, в первую очередь, происходит деградация почвенно -растительного покрова.
В условиях повышенной увлажненности, при наличии большого количества гидроморфных ландшафтов, пересечение их внутрипромысловыми и магистральными трубопроводами и автодорогами, т. е. линейно-протяженными объектами, может существенно влиять на гидрологический режим и поверхностный сток территорий.
Поэтому одним из главных направлений по уменьшению воздействий на окружающую среду при строительстве таких объектов являются мероприятия по сокращению площади отводимых земель путем формирования всех линейных сооружений в единые технологические коридоры. Это позволяет сократить площадь отводимых земель более чем на 30 %.
В целях исключения заболачиваемости примыкающей к дороге местности на участках пересечения автодорог с временными плоскостными стоками проектируются водопропускные сооружения.
Проектирование переходов трубопроводов через реки требуют знания особенности русловых деформаций: скоростей размыва дна и берегов, перемещение песчаных гряд и других форм руслового рельефа. Учет русловых процессов позволяет своевременно устранять негативные последствия их воздействия на инженерные сооружения. В тоже время сами сооружения изменяют русловой рельеф и условия существования руслового потока, что приводит к возникновению новых свойств в его руслоформирующей деятельности, которые также необходимо предвидеть, чтобы обеспечить сохранность реки как природного объекта.
Классифицируя виды воздействия на поверхностные воды, можно выделить основные из них:
- Изменение сложившегося гидрологического режима из-за пересечения гидроморфных систем и связанное с этим подтопление территорий и отторжение пойм;
- Загрязнение воды;
- Водопотребление.
При обустройстве и эксплуатации месторождений неизбежно образуются различные отходы, которые можно разделить на три группы:
- К первой относятся отходы, образующиеся при строительстве промысловых сооружений;
- Ко второй - при эксплуатации;
- К третьей - отходы, образующиеся при авариях на промысловых трубопроводах.
При строительстве промысловых сооружений в основном образуются следующие отходы:
- Остатки стройматериалов;
- Порубочные материалы;
- Сточные воды при промывке и гидравлических испытаниях оборудования;
- Шламовые амбары.
- При эксплуатации образуются следующие отходы:
- Продукты зачистки трубопроводов, оборудования и РВС;
- Загрязненная вода;
- Отработанные масла;
- Нефтесодержащие шламы;
- Различная тара.
При возникновении аварий характер отходов изменится, образующиеся отходы становятся более токсичными; к ним относятся:
- Нефть;
- Газ.
Основным источником атмосферного загрязнения на месторождениях являются скважины, установки подготовки нефти и факела сжигания газа.
Наибольшее количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на долю факелов, особенно при аварийных ситуациях. Анализ результатов расчетов показал, что в среднем 75 % от общего количества валовых выбросов составляет оксид углерода. При неполном сгорании природного газа он переносится в верхние слои атмосферы, где окисляется до углекислого газа, участвующего в создании «парникового эффекта» в глобальном масштабе.
Несгоревшие углеводороды образуют газовую фазу (от метана и этана до конденсированных углеводородов - всего до 16 %) и сажу - 9 %. Концентрированный выброс больших количеств вредных загрязняющих веществ от объектов нефтедобычи создает на месторождении зоны, где приземные концентрации превышают предельно допустимые нормы.
Приведенные расчеты показали, что оксиды азота и углеводорода рассеиваются до предельно допустимых концентраций в пределах 1-2 км от источника загрязнения, а зона рассеивания оксидов углерода в приземном слое атмосферы может достигать 5-8 км.
Для стабилизации и улучшения экологической ситуации на территории месторождений необходимо проводить комплекс технологических и организационных мероприятий:
- Прекращение сжигания нефтяного газа и его 100 % утилизация;
- Переход на безамбарное бурение;
- Замена старого оборудования на новое, более надежное;
- Исключение аварийных разливов нефти, пластовых и подтоварных вод, других токсичных жидкостей;
- Своевременная рекультивация земель;
- Строительство полигонов промышленных и бытовых отходов.
В последние годы большинство предприятий, с целью борьбы с нефтяными загрязнениями, создают звенья или цеха по ликвидации последствий аварийных разливов нефти, оснащают их современными технологиями и оборудованием экологической направленности, как отечественного, так и зарубежного производства. К сожалению, оборудование российских производителей не отличатся высокой производительностью, надежностью, и главное, широким ассортиментом выпускаемой продукции. Среди зарубежных компаний, поставляющих на российский рынок нефтесборное оборудования самого широкого ряда, производительности и назначения, можно отметить несколько фирм, самыми известными из них являются: английская «Вайкома», американская «Эластек», голландская «Десми», финская «Ламор». Среди перечисленных выгодно отличается ценой, качеством, реагированием на нештатные ситуации фирма «Ламор», открывшая не только свое представительство в Москве, но и создавшее совместное с ОАО «Роснефть-Юганскнефтегаз» экологическое предприятие «Ламор-Югра», (в настоящее время прорабатывается вопрос о создании совместного с ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» предприятия «Ламор-Ямал»).
С целью минимизации вредного воздействия на окружающую среду, ее постоянного улучшения, по сравнению с экологическим наследием прошлых лет, нефтегазовые предприятия должны разрабатывать, принимать и неукоснительно соблюдать экологическую политику предприятия, создавать систему управления охраной окружающей среды на основе ИСО - 14001.
Несмотря на все предусмотренные мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения природной среды, нарушение экосистем, к сожалению, всегда возможны. Уровень этих нарушений будет полностью зависеть от выполнения всего состава мероприятий, неуклонного соблюдения технических и технологических норм, а также от экологической культуры работников.
© М.Д. Козориз, В.А. Середович, И.П. Шмыговский, 2008
