Экологическая устойчивость среды к техногенному воздействию. Основные понятия и законы экологии

1 МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Методические рекомендации «Учебное пособие (курс лекций)» для дисциплины Охрана окружающей среды в нефтегазовом деле Ставрополь, 2019 2 СОДЕРЖАНИЕ Раздел 1. Основные понятия и законы экологии Тема 1. Принципы и методы исследования природной среды Тема 2. Экологическая устойчивость среды к техногенному воздействию Раздел 2. Организация и управление охраной окружающей природной среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности Тема 3. Организация природоохранной деятельности на предприятиях нефтегазовой отрасли Тема 4. Принципы управления охраной природы в нефтяной и газовой промышленности Тема 5. Совершенствование системы управления Раздел 3. Экологическая характеристика нефтегазодобывающего производства Тема 6. Особенности нефтегазодобывающего производства Раздел 4. Источники техногенного загрязнения в нефтегазовой отрасли Тема 7. Источники техногенного загрязнения при строительстве нефтяных и газовых скважин Тема 8. Характер загрязнения природной среды при строительстве нефтяных и газовых скважин Раздел 5. Загрязнение природной среды при добыче нефти и газа Тема 9. Основные источники загрязнения на нефтепромыслах Тема 10. Загрязнение почвы и воды на объектах сбора и подготовки нефти Тема 11. Схемы водоснабжения системы заводнения нефтяных месторождений Тема12. Факельные установки Раздел 6. Охрана окружающей среды при транспортировке нефти и газа Тема 13. Взаимовлияние систем трубопроводного транспорта и природной среды Тема 14. Проблемы транспорта нефти и газа в районах Крайнего Севера Тема 15. Аварии на магистральных трубопроводах Раздел 7. Природоохранные технологии Тема 16. Основные требования к природоохранным технологиям Тема 17. Охрана недр и окружающей среды Тема 18. Технологии очистки сточных вод Тема 19. Мониторинг нефтяного загрязнения 5 5 8 13 13 18 24 28 28 35 35 44 50 50 52 55 61 63 63 69 72 82 82 88 97 101 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Целью и задачей изучения дисциплины является приобретение студентами знаний обохране окружающей среды. Эти знания нужны для применения на объектах будущей профессиональной деятельности выпускника. Дисциплина «Охрана окружающей среды в нефтегазовом деле» формирует следующие компетенции: - способность обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути её достижения (ОК-1); - стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-9); - уметь критически оценивать свои личностные качества, намечать пути и выбирать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-10); - самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК-1); - способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной математического анализа и деятельности, моделирования, применять методы теоретического и экспериментального исследования (ПК-2); В результате освоения дисциплины обучающийся должен: Знать: правила безопасной работы в учебно-научных лабораториях; организационные и правовые средства охраны окружающей среды Уметь: грамотно использовать нормативно-правовые акты при работе с экологической документацией; применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды Владеть: методами выбора воздействия на окружающую среду. рационального способа снижения 4 Раздел 1.Основные понятия и законы экологии Тема1. Принципы и методы исследования природной среды Природные процессы и явления на земной поверхности очень разнообразны. Это, во-первых, множество различных геологических процессов (вулканизм, землетрясения, тектонические подъемы и опускания участков суши, оползни, сели, лавины, карст, цунами), влияние которых на состояние природной среды может быть катастрофически разрушительным. К антропогенным явлениям относятся грозы, ливни, град, ураганы, засухи – разрушительные явления на земной поверхности. Они также могут отрицательно влиять на природную среду. Гидросферные процессы и явления также проявляются по-разному и могут носить катастрофический характер для природной среда (наводнения, исчезновение подземных вод, резкий подъем фунтовых вод, размывание речных берегов и морских побережий), но могут быть и полезными с точки зрения человека (формирование подземных пресных вод и гидрографической сети). Биосферные процессы охватывают создание, преобразование, разрушение и аккумуляцию органического вещества на земной поверхности, взаимоотношения между различными группами организмов, взаимодействие между организмами и средой их обитания. Указанные процессы и явления могут быть охарактеризованы как интегральные, комплексные, являющиеся результатом взаимодействия различных сил и процессов физической, химической и биологической природы, в основе которых лежат физические и химические процессы трансформации, транслокации и взаимодействия вещества и энергии. Все они в разной степени относятся к неблагоприятным факторам окружающей природной среды. Методологически и на практике все группы природных физических компонентов окружающей среды подразделяются на две большие подгруппы 5 – это не изменяемые и изменяемые человеком природные физические компоненты. Окружающая природная среда – это очень сложная поликомпонентная система, включающая в себя как многочисленные физические, природные и искусственно созданные компоненты и их многообразные связи и взаимодействия, так и социально-экономические компоненты, и являющаяся подсистемой в более общей системе "человек – окружающая среда". Исследование столь сложного объекта во всей его интегральной целостности обычным аналитическим путем или невозможно, или представляет существенные трудности и требует особого подхода. Наиболее результативно применение к таким объектам развитого в последнее время "системного подхода", который служит для исследования очень сложных систем и призван дать целостную картину объекта и закономерностей его существования и поведения. Проанализируем в общем виде характер связей в антропосфере в соответствии с ее составом, оговорившись, что полная количественная характеристика этих связей в большинстве случаев не возможна на данном уровне знаний вследствие исключительной обширности системы. Однако отдельные блоки, или элементы, системы исследованы уже достаточно подробно и могут быть описаны в количественных формальных терминах. Физические связи между отдельными блоками, или элементами, системы антропосферы проявляются в виде потоков вещества, энергии или информации. Важно подчеркнуть, что такой характер связей существует не только между крупнымиэкоблоками и социоблоками, но и внутри отдельно взятых экосистем в реальном пространстве. Представления о пространственном и вещественном элементахэкосферы и элементарном потоке как объектах системного анализа сводятся к следующему. Пространственный элемент экосферы — это однородная в каком-то заданном отношении территориальная единица земной поверхности. 6 Однородность пространственного элемента экосферы может быть задана и оценена различными путями для разных целей анализа, но всегда с учетом некоего пространственного единства. Нетрудно видеть, что любой пространственный элемент экосферы состоит из комплекса (однородного или чаще разнородного) вещественных элементов, причем в природе имеет место постоянный обмен различными вещественными элементами между пространственными элементами, как и обмен энергией и информацией между ними. Этот обмен имеет форму направленных открытых потоков или замкнутых обратимых потоков (циклов). Элементарный поток экосферы — это системообразующий поток (цикл), представляющий собой перемещение в пространстве одного вещественного элемента экосферы или одного вида энергии и информации. Примерами элементарных потоков могут быть: круговороты воды, углерода, азота, других химических элементов в пределах одного или между несколькими пространственными элементами экосферы; для биосферы — циклы синтеза, разрушения, гумификации и консервации органического вещества, жизненные циклы; газообмен между различными геосферами Земли; товарные потоки каких-то определенных предметов или материальные потоки в техносфере. Имея в виду данные представления, можно сказать, что системный анализ структуры антропосферы сводится к исследованию потоков (циклов) между различными пространственными элементами экосферы и влияния элементов социосферы на направление, вещественный (энергетический, информационный) состав, интенсивность и скорость этих потоков. Общий цикл технобиогеохимического круговорота веществ на земной поверхности складывается из ряда самостоятельных биологических, абиогенных, геологических и техногенных циклов, однако все они укладываются в большой геологический круговорот веществ, охватывающий все земные геосферы. 7 Контрольные вопросы: 1. Геологические процессы, влияющие на окружающую среду. 2. Гидросферные процессы и явления. 3. Биосферные процессы. 4. Окружающая природная среда. 5. Пространственный элемент экосферы. 6. Элементарный поток экосферы. 7. Общий цикл технобиогеохимического круговорота веществ. Тема2. Экологическая устойчивость среды к техногенному воздействию Основным техногенным фактором процесса строительства скважин является технологическое загрязнение объектов природной среды прежде всего отходами бурения, которые содержат в своем составе вредные для почвогрунтов, водоемов, почвенно-растительного покрова и биоценоза вещества органической и минеральной природы. При этом экотоксический эффект воздействия производственно-технологических отходов заключается в нарушении естественного экологического равновесия в районе ведения буровых работ, снижении народнохозяйственной ценности гидросферы, падений ресурсобиогенетического потенциала биосферы, ухудшении качества генофонда, а в ряде случаев и деградации отдельных компонентов природной среды. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть существующие точки зрения на устойчивость природной среды, раскрывающие механизм самоочищающей и самовосстанавливающей способности объектов окружающей среды при воздействии на них техногенных факторов нефтегазового производства. 8 Решению отдельных аспектов проблемы устойчивости природной среды к техногенному воздействию посвящены известные работы отечественных и зарубежных специалистов. На основании тщательного изучения структур ландшафтно- геохимических компонентов природной среды, развитости инфраструктуры различных регионов страны ею выделены зоны с различной степенью устойчивости к техногенезу и районирование территории проведено страны по ландшафтно-геофизическое степени самоочищающей возможности. Основу такого подхода составляет поэлементная оценка устойчивости отдельных компонентов природной среды к антропогенному фактору. Степень устойчивости компонентов природной среды оценивается путем сопоставления качественных и количественных характеристик энергетики биогеосферных процессов с учетом ландшафтно-географических условий регионов. Наиболее значимыми почвенно-растительных факторами, комплексов, определяющими являются устойчивость биологическая продуктивность, динамика растительного покрова, микробиологическая активность, литология и состав почвогрунтов, характер рельефа, условия увлажнения, температурные условия и уровень естественной радиации. Наиболее важным показателем считается биологическая продуктивность растительности. Он характеризует способность природных комплексов к саморегуляции. В естественных ненарушенных фитоценозах величины ежегодно возникающего и уходящего в опад органического вещества идентичны. Этим показателем определяется энергетический потенциал природного комплекса — чем выше продуктивность, тем выше энергетический потенциал и, следовательно, интенсивность биологического круговорота. 9 Таблица 2.1 – Градация показателя биологической продуктивности по баллам Потенциальная биологическая Активность Баллы продуктивность, ц/га 20 Очень низкая 1 20 – 60 Низкая 2 60 – 100 Средняя 3 100 – 150 Высокая 4 150 Очень высокая 5 Одной из основных характеристик самоочищающей способности природной среды является показатель микробиологической активности почв и почвогрунтов. От содержания в почвенных средах микроорганизмов, разлагающих органику, зависит эффект самоочищения. Микробиологическая нагруженность среды связана в первую очередь с природно-климатическими условиями, и для южных районов она в 10 - 12 раз выше, чем для севера. Градация почвогрунтов по микробиологической активности в баллах приведена ниже: Число микроорганизмов, млн. на 1 гпочвогрунтов: 300 — 600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 600 — 1000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1000 — 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2000 — 3000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 >3000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Важным показателем является и литология почвогрунтов. От литологической основы и механического состава почвогрунтов во многом зависит миграция загрязнителей в объекты гидросферы. Одним из главных факторов успешного функционирования природных экосистем служит их теплообеспеченность. Тепло необходимо главным образом для существования биотической составляющей биогеосистемы. Кроме того, температурные условия предопределяют скорость разложения органических веществ различного 10 происхождения, в частности опада. Корреляция между суммой биологически активных температур почв, воздуха и суммой среднегодовых температур, а также значением опадоподстилающего коэффициента Коп как характеристики самоочищающей способности природной среды наблюдается достаточно четко во всех природно-климатических и почвенно-ландшафтных зонах. На основе этой классификации авторами работы предложены приведенные ниже оценочные шкалы (в баллах) условий теплообеспеченности и опадоподстилающего коэффициента: Уровень теплообеспеченности, ºС: 800. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 800 — 12000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1200 — 16000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1600 — 2000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2000 — 2500. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 И наконец, показателем, характеризующим скорость и глубину разложения органических веществ, является уровень естественной радиации. Чем больше годовые дозы ультрафиолетовой радиации, тем быстрее, при прочих равных условиях, идет самоочищение природной среды. На территории б. СССР годовые дозы ультрафиолетовой радиации возрастают с севера на юг от 100 до 800 Вт•ч/м2. Оценочная шкала (в баллах) уровня естественной солнечной радиации в ультрафиолетовом спектре приведена ниже: Ультрафиолетовая радиация, Вт • ч/(м2 • год) 100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 100 — 200. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 200 — 300. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 300 — 400. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 400 — 500. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 500 — 600. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 600 — 700. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 700 — 800. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 800. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 11 Полученные разными специалистами сведения позволяют провести бонификацию природной среды по устойчивости к техногенному воздействию. В результате такой работы установлено, что объекты природной среды по уровню экологической опасности могут быть разделены на шесть групп (таблица 2). Таблица 2.2 – Бонификация природной среды по устойчивости к воздействию процессов бурения Устойчивость природной среды к техногенезу Экологически устойчивая Хорошая Сумма баллов Ранг устойчивости Необходимость проведения ПОМ 42 – 47 6 36 – 41 5 Относительная 27 – 35 4 Слабая 19 – 26 3 Неустойчивая 12 – 18 2 Крайне неустойчивая 9 – 11 1 В ограниченных масштабах Для защиты отдельных природных объектов Комплекс мер для потенциально опасных объектов Расширенный комплекс среднезащитных мер Широкий комплекс средозащитных мер Полный комплекс природоохранных мероприятий Контрольные вопросы: 1.Зоны с различной степенью устойчивости к техногенезу. 2. Факторы, определяющие устойчивость почвенно-растительных комплексов. 3. Биологическая продуктивность растительности. 4. Показатель микробиологической активности почв и почвогрунтов. 5. Теплообеспеченность. 6. Уровень естественной радиации. 12 Раздел 2. Организация и управление охраной окружающей природной среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности Тема 3.Организация природоохранной деятельности на предприятиях нефтегазовой отрасли Служба охраны окружающей среды на нефтедобывающих предприятиях создается с целью организации природоохранной деятельности предприятий и всех его подразделений. На нее возлагается ответственность за обеспечение осуществления мероприятий по охране окружающей среды, регламентированных соответствующими нормативными актами. В своей работе служба руководствуется принципами управления охраной окружающей среды, в основе которых лежат целевой и комплексный подходы к проблеме. Природоохранная деятельность предприятий строится с учетом единства цели и основных интересов охраны окружающей среды на всех уровнях хозяйствования от предприятия до народного хозяйства в целом. Основной целью природоохранной деятельности нефтегазодобывающих объединений и входящих в его состав предприятий и организаций является снижение отрицательного воздействия производственных процессов на. окружающую среду. Следовательно, основной задачей служб по охране окружающей среды является организация работ по снижению отрицательного воздействия предприятий на окружающую среду региона. Охрана окружающей природной среды охватывает целый комплекс технических, технологических, организационных и экономических мероприятий, осуществляемых с одной целью — снижения воздействия производственных процессов на окружающую среду. Отсюда возникает необходимость разработки подхода к организации управления этой сферой деятельности предприятий. 13 Принцип комплексности в управлении охраной окружающей среды предполагает учет всех сторон природоохранной деятельности, включая вопросы определения окружающей среды в процессе производства, источников и масштабов загрязнения оценки экономического ущерба, причиняемого народному природоохранных хозяйству мероприятий и загрязнением определения среды, их внедрения экономической эффективности, общей оценки природоохранной деятельности предприятий, разработки эффективных путей снижения отрицательного воздействия производственных процессов на окружающую среду. Определение путей повышения природоохранной деятельности нефтегазодобывающих объединений и его предприятий предполагает не только разработку и внедрение наиболее эффективных мероприятий, но и совершенствование нормирования и планирования затрат на охрану среды, совершенствование системы экономического стимулирования внедрения мероприятий, улучшение организации работ и материально-технического снабжения, повышение роли моральных стимулов, улучшение пропаганды и т.д. Одним из важнейших принципов управления природоохранной деятельностью предприятий является учет специфики воздействия отрасли на окружающую среду. Основная специфика нефтедобывающей промышленности состоит в территориальной разбросанности промысловых объектов, большой протяженности нефтепроводов и водоводов, токсичности и экологической опасности применяемых материалов и химреагентов, нефтепромысловых сточных вод и отходов производства для окружающей среды, водоемкости технологических процессов и потреблении большого количества пресной воды. Это усиливает опасность загрязнения водоемов, земель и воздушного бассейна на значительных территориях и нанесения ущерба большому числу предприятий и хозяйств, расположенных на территории нефтедобывающего района. Поэтому охрана окружающей среды выдвигается в число основных производственных задач коллективов предприятий. 14 Важным принципом управления охраной окружающей среды является народнохозяйственный, государственный подход к народнохозяйственного подхода прежде всего состоит проблеме. в Суть том, что деятельность предприятий должна быть оценена с точки зрения того ущерба, который причиняется различным отраслям народного хозяйства загрязнением окружающей среды данным предприятием. Кроме того, при расчетах экономической эффективности мероприятий по охране окружающей среды необходимо учитывать народнохозяйственный эффект от предотвращения загрязнения. Мероприятия, осуществляемые нефтяными предприятиями, несмотря на большие затраты по их внедрению, являются эффективными с точки зрения народнохозяйственных интересов. Такой подход позволит преодолеть субъективную преграду на пути внедрения природоохранных мероприятий, выражающуюся в отношении к затратам на охрану окружающей среды со стороны производственников как к неэффективным, снижающим рентабельность собственного производства. Для координации природоохранной деятельности всех предприятий и организаций, входящих в состав нефтегазодобывающего объединения, функционирует специальный отдел охраны окружающей среды в аппарате управления производственного объединения согласно существующему "Типовому положению об отделе охраны окружающей, среды и недр производственного предприятия". Согласно типовому положению, отдел подчиняется генеральному директору или главному инженеру предприятия. Основной функцией отдела является руководство подразделениями службы охраны окружающей среды предприятий и организаций и ведомственный контроль за их деятельностью. На отдел возлагается ответственность за разработку и осуществление мероприятий, направленных на уменьшение вредного воздействия производственной деятельности предприятия на окружающую среду, за технически правильное и перспективное развитие организаций в вопросах охраны окружающей среды. предприятий и 15 В соответствии с основными задачами по охране и рациональному использованию природных ресурсов на отдел охраны окружающей среды производственного предприятия возлагаются следующие функции: 1. Разработка и представление в установленном вышестоящую организацию, координирующим порядке в организациям сводных проектов комплексных программ, перспективных и годовых планов по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов по производственному предприятию и контроль за выполнением этих планов и программ. 2. Разработка и согласование с природоохранными органами, а также с Государственным санитарным надзором, Государственной инспекцией рыбоохраны, Государственной инспекцией по регулированию использования и охране вод и Государственной инспекцией по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок в установленном порядке сводных комплексных программ, перспективных и годовых планов внедрения достижений науки и техники по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов производственного предприятия и контроль за осуществлением этих программ и планов. 3. Определение соответствия техники и технологии, применяемой в производственном предприятии, современному уровню развития науки и техники в части требований охраны природы и рационального использования ресурсов. 4. Согласование заказов, технических заданий и условий на создание и внедрение новых технологических процессов, технических средств в части охраны природы, в том числе и технологических процессов, заимствованных из других отраслей и закупаемых за рубежом, 5. Участие в создании и внедрении новых технологических процессов, технических средств и организации оснащения источников загрязнения очистными сооружениями, обеспечивающими снижение выбросов вредных веществ в водоемы, атмосферу и в почву до нормативов предельно 16 допустимых выбросов (сбросов) или временно согласованных выбросов (сбросов). Осуществление контроля за эксплуатацией этих сооружений. 6. Рассмотрение проектной документации и выдача заключений в части соблюдения правил охраны природы и рационального использования природных ресурсов, включая: – проекты новых технологических процессов, технических средств, препаратов; – проекты реконструкции технологических процессов, технических средств, в том числе на применение техники, технологических процессов; внедрение пусковых комплексов и т.д. 7. Организация проведения конференций, совещаний, семинаров, школ передового опыта и выставок по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов. 8. Ведомственный плановый и выборочный контроль за деятельностью предприятий и организаций в части соблюдения правил охраны природы и рационального использования природных ресурсов. 9. Участие в планировании и контроль за рациональным использованием материальных, финансовых и людских ресурсов на охрану окружающей среды и недр производственного предприятия. С целью обеспечения эффективного контроля за состоянием природной среды на территории нефтегазовых месторождений, оперативного проведения мероприятий по предотвращению загрязнения окружающей среды на всех предприятиях и подразделениях (НГДУ,УБР) созданы эффективные, активно действующие службы охраны окружающей среды. Основная обязанность такой службы — организация работ по охране окружающей среды. Основной работой этого подразделения является ежегодная паспортизация всех источников загрязнения окружающей среды, разработка мероприятий по снижению отрицательного воздействия производственных процессов на окружающую среду, анализ и контроль результатов и их 17 выполнения, привлечение к делу охраны среды всех руководителей предприятий, цехов и подразделений и общественных организаций. Контрольные вопросы: 1.Служба охраны окружающей среды на нефтедобывающих предприятиях. 2. Основная цель природоохранной деятельности нефтегазодобывающих объединений. 3. Принцип комплексности в управлении охраной окружающей среды. 4. Учет специфики воздействия отрасли на окружающую среду. 5. Народнохозяйственный, государственный подход к проблемам охраны окружающей среды. 6. Функции отдела охраны окружающей среды производственного предприятия. Тема 4.Принципы управления охраной природы в нефтяной и газовой промышленности Проблему охраны природы невозможно решить в отрыве от целого ряда вопросов, связанных с функционированием экономического механизма природопользования. Основными функциями управления являются планирование, организация, контроль, регулирование, учет и т.п. Функция планирования при управлении качеством окружающей среды приобретает первостепенное значение, причем в управлении окружающей средой различают две стороны: управление через организацию экономической деятельности и управление непосредственно объектами окружающей среды. Главной целью управления должно быть развитие экономики при уменьшении потребления и использования ресурсов окружающей среды. При 18 этом необходимо добиваться ограничения отрицательного воздействия производства на окружающую среду и, если возможно, улучшения состояния окружающей среды. В соответствии с действующими принципами ответственность за состояние охраны окружающей среды возложена на главных инженеров предприятий и организаций производственных объединений, которые отвечают за: – организацию расследования и оперативное руководство ликвидацией загрязнений водоисточников и земельных угодий при залповых выбросах; – охрану окружающей среды и организацию расследования, оперативное руководство ликвидацией загрязнений водоисточников и земельных угодий; – охрану окружающей среды и организацию расследования, оперативное руководство ликвидацией загрязнений водоисточников при залповых выбросах при бурении скважин; – охрану недр и окружающей среды при разведке и разработке нефтяных месторождений. На предприятиях и организациях, входящих в состав производственных объединений, внедряется комплекс мероприятий по охране и рациональному использованию природных ресурсов. При бурении скважин производятся следующие мероприятия: – внедрение кустового способа строительства скважин с целью сокращения занятия сельскохозяйственных земель; – сохранение плодородного слоя почвы, рекультивация временно отведенных земель после окончания бурения; – организация учета земель; – очистка и повторное использование буровых растворов; – изоляция поглощающих и пресноводных горизонтов для исключения их загрязнений; 19 – применение нетоксичных реагентов для приготовления промывочных жидкостей; – применение соответствующих типов промывочных жидкостей для предотвращения нефтегазопроявлений; – цементирование скважин до устья для исключения загрязнения пресноводных горизонтов; – ликвидация буровых отходов и горюче-смазочных материалов без нанесения ущерба природе; – обеспечение цехов и подразделений УБР схемами подъездов к буровым, строительства ЛЭП и водоводов; – осуществление инструктажа водителей всех транспортных средств и спецтехники о маршрутах проезда к объектам и о недопустимости заезда на сельскохозяйственные угодья; – внедрение других мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов. При добыче, подготовке и транспортировке нефти и газа осуществляются следующие мероприятия: – очистка и повторное использование нефтепромысловых сточных вод в системе поддержания пластового давления (ППД) нефтяных и газовых месторождений; – строительство мощностей по очистке и утилизации сточных вод; – организация предварительного сброса попутной воды на месторождениях; – защита трубопроводов и оборудования от коррозии, подбор и применение ингибиторов и бактерицидов; – регулярный контроль за техническим состоянием и герметичностью фонда скважин, трубопроводов и оборудования, своевременное обнаружение и ликвидация утечек; – всемерное сокращение расхода пресной воды; – сбор и утилизация попутного нефтяного газа; 20 – использование сточных вод сторонних предприятий для заводнения продуктивных пластов; – ремонт и замена старых трубопроводов и оборудования нефтяных и нагнетательных скважин; – контроль за качеством строительства трубопроводов; – разработка мер по защите окружающей среды при ремонтных и восстановительных работах на скважинах; – охрана загрязнения; земельных ликвидация ресурсов, нефтяного восстановление шлама без земель нанесения после ущерба окружающей среде и т.д. В нефтегазодобывающих управлениях (НГДУ) в составе цеха научноисследовательских лаборатории и охраны промышленных окружающей работ (ЦНИПР) среды. организованы Лаборатория выполняет следующие работы: – исследование химического состава вод из контрольных водопунктов, составление обзорных карт районов деятельности НГДУ и схемы бассейнов рек с нанесением возможных источников загрязнения, разработка мероприятий по предотвращению загрязнения водных источников; – паспортизация нефтепроводов и водоводов, анализ их работы и причин аварийности, выявление опасных мест, разработка мероприятий по повышению их надежности и снижению аварийности; – определение и изучение скорости коррозии на установках и трубопроводах, разработка мероприятий по снижению аварийности: – испытание и внедрение новых ингибиторов коррозии и бактерицидов; – обоснование норм расхода ингибиторов, контроль за состоянием дозировки ингибиторов в систему трубопроводов; – контроль качества подготовки сточных вод, закачиваемых в продуктивные пласты; 21 – исследование параметров рабочих зон (замеры уровня шума, вибрации, эффективности работы вентиляционных установок,освещенности рабочих мест, загазованности в цехах и на рабочих местах), разработка мероприятий; – определение потерь нефти при подготовке, внутрипромысловом сборе и транспортировке. На службу охраны окружающей среды УБР возлагаются следующие обязанности: – организация учета земель; – составление графика и контроль за возвратом временно занимаемых земель; – обеспечение максимального внедрения кустового способа строительства скважин с целью сокращения занятия сельскохозяйственных угодий; – обеспечение цехов и буровым, строительства подразделений УБР схемами подъездов к ЛЭП и водоводов, согласованными с землепользователями; – осуществление инструктажа водителей всех транспортных средств и спецтехники о маршрутах проезда к объектам и о недопустимости заезда на сельскохозяйственные угодья; – осуществление контроля за выполнением всеми подразделениями и цехами УБР мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов. В состав задач служб охраны окружающей среды входят также разработка плана природоохранных мероприятий, оперативные (квартальные или месячные) планы внедрения мероприятий, ежемесячный контроль за выполнением этих мероприятий. Каждый месяц в отдел труда и заработной платы представляется справка о выполнении мероприятий по охране окружающей среды, где расшифровываются причины невыполнения мероприятий. Сведения о выполнении плана мероприятий по охране 22 окружающей среды учитываются при оплате труда инженерно-технических работников за результаты производственной деятельности предприятий. Несмотря на большую работу, проводимую службами и организациями по охране окружающей среды, все же имеются некоторые недостатки в организации природоохранной деятельности нефтегазодобывающих и буровых предприятий. Неудовлетворительным остается качество очистки нефтепромысловых сточных вод, что обусловлено, прежде всего, нехваткой очистных сооружений и аварийным состоянием имеющихся мощностей. Имеют место выбросы нефтяного газа в атмосферу и сжигание его в факелах из-за нехватки сооружений по его утилизации или отсутствия потребителей, особенно на сероводородсодержащий попутный газ. Не ликвидированы факты залповых сбросов загрязняющих промышленных стоков в водоемы, порчи земель в результате порывов нефтепроводов и водоемов сточных вод. Много аварийных организован учет случаев на нефтедобывающих. водопотребления и Не повсеместно водо-отведения, практически отсутствует учет потерь нефти и сточных вод при добыче, подготовке и транспортировке, выхода прочих загрязняющих веществ в окружающую среду. Контрольные вопросы: 1. Основные функции управления. 2. Функция планирования при управлении качеством окружающей среды. 3. Ответственность за состояние охраны окружающей среды. 4. Комплекс мероприятий по охране и рациональному использованию природных ресурсов. 5. Работы выполняемые в лаборатории охраны окружающей среды. 6. Задачи служб охраны окружающей среды. 23 Тема 5.Совершенствование системы управления 5.1 Совершенствование системы информационного обеспечения Сюда входят количественные показатели о ресурсах, загрязняющих агентах, их объемах, об источниках загрязнения, санитарном состоянии окружающей среды и т.п. В настоящее время в отрасли данные по использованию ресурсов и загрязнению окружающей среды представляются в директивные органы как сводный отчет по формам статотчетности № 2-ТП (водхоз) "Отчет по охране атмосферного воздуха", № 2-ТП (водхоз) "Отчет об использовании воды", № З-ОС "Отчет о ходе строительства водоохранных объектов и прекращения сброса загрязняющих сточных вод". Содержащаяся в этих документах информация в достаточном объеме отражает количество и качество веществ, загрязняющих водоемы и атмосферу. Однако контроль за заполнением документов еще затруднен. Особую представляет оснащенность сложность в получении первичный учет инструментальным необходимой загрязнений. Слабая оборудованием не информации техническая позволяет подразделениям, ответственным в отрасли за охрану природы, проводить достаточно точный контроль. В связи с этим для отрасли особую важность имеют методические разработки по экологической и экономической оценке, построенные на укрупненных показателях с использованием минимума информации. Другим направлением в области совершенствования информационного обеспечения является учет экономических результатов в разрезе отдельных природоохранных мероприятий. Использование в качестве основы информационного обеспечения данных по отдельным мероприятиям позволит наряду с совершенствованием планирования организовать качественный контроль и учет. 24 5.2 Совершенствование системы экономического стимулирования природоохранной деятельности нефтегазодобывающих предприятий Одной из причин имеющихся недостатков в работе предприятий по охране окружающей среды является отсутствие в настоящее время всеобщей, гибкой и достаточно эффективной системы экономического стимулирования внедрения природоохранных мероприятий. Мероприятия по охране окружающей среды могут быть осуществлены, как известно, с помощью технических, организационных и экономических мер. Действенность этих мер зависит от экономического стимулирования, повышающего материальную заинтересованность коллективов предприятий в разработке и внедрении природоохранных мероприятий. В настоящее время существуют следующие формы экономического стимулирования природоохранной деятельности предприятий: плата за водопотребление, штрафные санкции за загрязнение окружающей среды, банковские кредиты на строительство природоохранных объектов, освобождение от платы за производственные фонды по охране окружающей среды, материальное поощрение работников за внедрение природоохранных мероприятий. Их действенность и пути совершенствования можно рассмотреть на примере бывшего производственного объединения (ПО) "Башнефть". С целью сокращения потребления пресной воды на производственные нужды с 1 января 1982 г. была введена плата за воду, забираемую промышленными предприятиями из водохозяйственных систем. Расчеты с бюджетом производились согласно инструкции Министерства финансов СССР № 124 от 15 июня 1981 г. "О порядке начисления и сроках внесения в бюджет платы за воду, забираемую промышленными предприятиями из водохозяйственных систем". Объединения централизованно вносили ежемесячно в бюджет плату за воду. Месячные нормативы (лимиты) забора воды исчислялись 25 предприятиями-водопользователями в пределах годового норматива (лимита), установленного органами по регулированию использования и охраны вод (территориальными бассейновыми инспекциями). Затраты промышленных предприятий на оплату воды в пределах лимита включались в плановую себестоимость продукции. В смете затрат на производство плата за воду учитывалась в статье "Сырье и основные материалы". В расшифровке затрат по статьям калькуляции плата за воду относилась на статью "Расходы по искусственному воздействию на пласт". Затраты за сверхлимитный забор воды относились на фактическую себестоимость продукции и учитывались по статье "Непроизводительные расходы". В этот же период были законодательно введены штрафные санкции и компенсации за нарушение предприятиями установленных норм и правил водопотребления и водо-отведения, использования земельных и других видов природных ресурсов. Одним из видов штрафов являлся штраф за ущерб, нанесенный сельскому хозяйству загрязнением земель. Размеры этих штрафов за 1982 1985 гг. на примере бывшего ПО "Башнефть": в 1985 г. объединение уплатило из прибыли 103 тыс. руб. за причиненный сельскому хозяйству ущерб, что составляло около 0,4 % от суммы прибыли за реализацию продукции. Одним из экономических рычагов в стимулировании строительства природоохранных объектов являются налоговые льготы — освобождение от платы за производственные фонды. Плата за фонды не взимается с сооружений, предназначенных для предотвращения или уменьшения загрязнения водных и земельных ресурсов, воздушного бассейна и недр земли в процессе производства. Система налоговых льгот, выражающаяся в освобождении от платы за пользование основными фондами природоохранного назначения, не в 26 достаточной мере стимулирует предприятия к строительству новых и реконструкции действующих сооружений. Хотя стоимость основных фондов по охране окружающей среды растет более быстрыми темпами, чем стоимость общих промышленно- производственных основных фондов, тем не менее их все еще недостаточно для полного решения вопросов охраны окружающей среды В настоящее время основная доля работ по охране окружающей среды требует больших затрат на их проведение. Эти мероприятия дают народнохозяйственный экономический эффект, связанный со снижением ущерба в других отраслях народного хозяйства в результате уменьшения загрязнения окружающей среды в целом. Контрольные вопросы: 1. Информационное обеспечение охраны окружающей среды на производственных преприятиях. 2. Формы экономического стимулирования природоохранной деятельности предприятий. 3. Действенность и пути совершенствованияэкономического стимулирования природоохранной деятельности. 4. Система налоговых льгот. 27 Раздел 3. Экологическая характеристика нефтегазодобывающего производства Тема 6. Особенности нефтегазодобывающего производства Экологическая опасность производства характерна для многих отраслей - химической, пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, горнодобывающей, производства строительных материалов, транспорта и т.д. Не является исключением и нефтегазодобывающее производство. Первой производства характерной является особенностью повышенная нефтегазодобывающего опасность его продукции, т.е. добываемого флюида - нефти, газа, высокоминерализованных и термальных вод и др. Эта продукция пожароопасна, для всех живых организмов опасна по химическому составу, гидрофобности, по возможности газа в высоконапорных струях диффундировать через кожу внутрь организма, по абразивности высоконапорных струй. Газ при смешении с воздухом в определённых пропорциях образует взрывоопасные смеси. Степень такой опасности наглядно проявилась при аварии, которая произошла невдалеке от г. Уфы. Имела место утечка газа из продуктопровода, образовалось скопление взрывоопасных компонентов. От искры ( на этом участке двигались поезда ) произошел мощный взрыв, приведший к многим человеческим жертвам. Второй особенностью нефтегазодобывающего производства является то, что оно способно вызывать глубокие преобразования природных объектов земной коры на больших глубинах - до 10-12 тыс. м. В процессе нефтегазодобычи осуществляются широкомасштабные и весьма существенные воздействия на пласты ( нефтяные, газовые, водоносные и др.). Так, интенсивный отбор нефти в больших масштабах из высокопористых песчаных пластов - коллекторов приводит к значительному снижению пластового давления, т.е. давления пластового флюида - нефти, газа, воды. Нагрузка от веса вышележащих пород первоначально 28 поддерживалась как за счет напряжений в породном скелете пластов, так и за счёт давления пластового флюида на стенки пор. При снижении пластового давления происходит перераспределение нагрузки - снижается давление на стенки пор и, соответственно, повышаются напряжения в породном скелете пласта. Эти процессы достигают таких широких масштабов, что могут приводить к землетрясениям, как было, например, в Нефтеюганске. Здесь следует отметить, что нефтегазодобыча может воздействовать не только на отдельный глубокозалегающий пласт, но и на несколько различных по глубине пластов одновременно. Иными словами, нарушается равновесие литосферы, т.е. нарушается геологическая среда. В практике нефтегазодобывающего производства известны и многолетние истечения минерализованных вод из скважин и серопроявления из пластов. В целях поддержания пластового давления, широко применяется закачка поверхностных вод и различных смесей в пласты, что приводит к полному изменению физико-химической обстановки в них. Гридин считает, что в пластах образуются водонефтяные эмульсии, различныесуспензии, меняется химический состав вод, поры могут закупориваться осадками, образующимися в процессе реакции поверхностных вод с пластовыми, там могут развиваться инородные бактерии и т.д. В процессе сооружения основногопроизводственного объекта нефтегазодобывающего производства, т.е. при бурении скважины во вскрытом ею интервале все пласты получаютгидравлическийканал связи между собой и атмосферой. При определённых условиях, складывающихся в результате нарушения технологии бурения или её несовершенства, вскрытые пласты сообщаются между собой и могут происходить перетоки вод, нефти и газа между пластами. В аварийных ситуациях при открытом фонтанировании флюиды могут изливаться на дневную поверхность и непосредственно загрязнять окружающую природную среду - почвы, земли, воды, атмосферу, растительность. 29 После ликвидации фонтанов нередки перетокивысоконапорных флюидов через вышележащие пласты на дневную поверхность в виде грифонов. В случаях глушения фонтанов (газовых) с помощью атомных взрывов наблюдались некоторые незначительные повышения уровня радиоактивности. Современная технология крепления скважин несовершенна и не обеспечивает надёжного разобщения пластов за обсадной колонной. Поэтой причине через заколонное пространство большинства работающих скважин происходят межпластовые перетоки флюидов из высоконапорных пластов в низконапорные, т.е. чаще всего снизу вверх. В итоге резко ухудшается качество всей гидросферы. В процессе бурения скважин даже без нарушения технологии происходит поступление буровых растворов в поглощающие горизонты, а также проникновениефильтрата растворов в околоскважинное пространство. Таким образом осуществляется загрязнение гидросферы на всех этапахжизни скважины, на всех стадияхее работы. Именно перечисленные выше процессы привели к загрязнению питьевых вод на территории Татарстана. Его жители во многих населённых пунктах вынуждены пользоваться привозной питьевой водой. Третьей особенностьюнефтегазодобывающего производства является то, что практически все его объекты, применяемые материалы,оборудование, техника являются источником повышенной опасности. Сюдаже относится весь транспорт и спецтехника -автомобильная, тракторная, авиа и т.п. Опасны трубопроводы с жидкостями и газами под высоким давлением, все электролинии, токсичны многиехимреагенты и материалы. Могут поступать из скважины и выделяться из раствора такие высокотоксичные газы, как, к примеру, сероводород; являются экологически опасными факелы, в которых сжигается неиспользуемый попутный нефтяной газ. 30 Во избежание ущерба от этих опасных объектов, продуктов, материалов система сбора и транспорта нефти и газа должна быть герметизирована. Однако аварии на указанных объектах, а также на паро- и глинопроводах приводят к очень тяжёлым экологическим последствиям. Так, порывы нефтепроводов и глинопроводов загрязняют земли, почвы, воды. Четвёртой особенностьюнефтегазодобывающегопроизводства является то, что для его объектов необходимо изымать из сельскохозяйственного, лесохозяйственного или иного пользованиясоответствующие участки земли.Иными словами, нефтегазо-добывающее производствотребует отвода больших участков земли (нередко на высокопродуктивных угодьях). Объекты нефтегазодобычи(скважины, пункты сбора нефти и т.п.) занимают относительно небольшие площадки в сравнении,например, с угольными карьерами, занимающими очень большие территории (как сам карьер, так и отвалы вскрышных пород). Однако число объектов нефтегазодобычи очень велико. Так, фондскважин в нефтедобыче близок к 150 тысячам. Ввиду очень большой разбросанности протяжённость железных объектов коммуникаций дорог, водных нефтегазодобычи -постоянных путей, ЛЭП, и очень временных трубопроводов велика автодорог, различного назначения(нефте-,газо-, водо-,глино-,продуктопроводов и т.д.). Поэтому общая площадь отводимых поднефтегазодобычу земель - пашен, лесов, сенокосов, пастбищ, ягельников и т.д. достаточно велика. Пятой особенностью нефтегазодобывающего производства является огромное количество транспортных средств, особенно автотракторной техники. Вся эта техника - автомобильная, тракторная, речные и морские суда, авиатехника, двигатели внутреннего сгорания в приводах буровых установок и т.д. так или иначе загрязняют окружающую среду: атмосферу выхлопными газами, воды и почвы - нефтепродуктами ( дизельным топливом и маслами). 31 По уровню отрицательного воздействия на окружающую природную среду нефтегазодобывающее производство занимает одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства. Оно загрязняет практически все сферы окружающей среды - атмосферу, гидросферу, причём не только поверхностные, но и подземные воды, геологическую среду, т.е. всю мощность вскрываемых скважинойпластов с совокупности с насыщающими их флюидами. Характер воздействия на экологию обусловлен, в частности, и тем, чтовсе технологические процессы нефтегазодобываюшего производства разведка, бурение, добыча, переработка, транспорт - оказываютотрицательное влияние наокружающую среду. Следуетучитывать, что период, охватыващий разведку, изыскание и собственно строительство объектов нефтегазового комплекса (НГК), как правило, намного короче, чем плановый срок эксплуатации. Однако техногенные воздействия в этом периоде характеризуются гораздо большей интенсивностью, чем при эксплуатации, хотя носят иной Экологический ущерб обусловлен механическимивоздействиями фауну,дестабилизацией здесь на почвы, гидрологической в характер. основном физико- гручты, флору, обстановки, активизацией эрозионных процессов, сведением растительности, загрязнением водоёмов, гибелью ихтиофауны, распугиванием животных, негативным, как правило, влиянием на образ жизни коренного населения осваиваемых территорий и пр. Особенно опасными эти виды экологического ущерба становятся в сочетании с низкой технофильностью осваиваемых территорий. Уже только указанныеобстоятельствавыдвигают экологические проблемы нефтегазового строительства в ряд важнейших, требующих глубокого и всестороннего изучения, обязательного их учёта при проектировании, инженерных изысканиях и строительстве объектов НГК. Решение проблемы экологического обеспечения нефтегазового строительства осуществляется на основе системного программно-целевого 32 подхода, поскольку всякий раз требуется взаимосвязанное решение целого комплекса задач, связанных с определением источников вредных воздействий и загрязнений по всейсовокупности технологий нефтегазового строительства;экологическихрезервовосваиваемых территорий; характера взаимодействий строительного производства с компонентами природной среды с учётом региональных факторов; экологической ситуации на момент начала строительства (фоновое состояние) и прогноза на период строительства и эксплуатации,т..е. оценки реальной и потенциальной экологической опасности на весь период существования объекта для штатной иаварийной ситуаций; системы критериев и количественных показателей устойчивости ландшафтов к воздействиям и эффективности природоохранительных мероприятий и т.д. Особую остроту экологические проблемы нефтегазового строительства приобрели при освоении нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений Севера и Крайнего Севера Западной Сибири и Европейской части России. Экстремальность экологической ситуации там обусловлена повсеместным залеганием многолетнемёрзлых пород (ММП), низкой биологической активностью и скудностью местной флоры и фауны вследствие продолжительного Специфические периода отрицательных природно-климатические, температур. инженерно-геологические, геокриологические, гидрологические, геоботанические и т.п. условия районов распространения многолетнемерзлых грунтов, а также повышенная хрупкость и уязвимость экосистем Крайнего Севера осложняются к тому же социальными и бытовыми проблемами малых народностей, населяющих эти районы, что предъявляет особые требования к тактике и стратегиии освоения арктических и субарктических месторождений углеводородного сырья.Основные направления совершенствования - сокращение сроков и повышение качества строительства, сокращение площадей отчуждаемых земель,индустриализация строительства и соответствующеесокращение занятости работников, сезонная регламентация строителъства. Всё более 33 жёсткая ориентация на природосбережение привела к изменению структуры и состава проектов, включению в них самостоятельных природоохранных разделов, не только конструктивных, но технологических и организационных, предшествующих основным строительно-монтажным работам и завершающих их. Соответственно протерпеваетизменения и структура инвестиций Объемыфинансирования в всех нефтегазовом природоохранных строительстве. мероприятий - или комплексного инженерно-экологического обеспечения - должны достигнуть 7-10% от общих затрат, в зависимости от экологических характеристик того или иного осваиваемого региона. В районах со радикальным образом изысканий. В сложными них природно-климатическими изменяются состав включаются и условиями структура инженерных дополнительные детальные геокриологические изыскания, большойбиологический блок, исследование социальных проблем освоения и др. Новым элементомизысканий должна стать инвентаризация экологических нарушений, на основе и по результатам которой формируется система постоянно действующегоиженерно- экологическогомониторинга по всей осваиваемой территории. Контрольные вопросы: 1. Первая особенность нефтегазодобывающего производства. 2. Вторая особенность нефтегазодобывающего производства. 3. Третья особенность нефтегазодобывающего производства. 4. Четвертая особенность нефтегазодобывающего производства. 5. Пятая особенность нефтегазодобывающего производства. 6. Основные направления совершенствования. 34 Раздел 4. Источники техногенного загрязнения в нефтегазовой отрасли Тема 7. Источники техногенного загрязнения пристроительстве нефтяных и газовых скважин Применяемая ныне технология строительства скважин вызывает как техногенные нарушения на поверхности земли, так и изменения физикохимических условий на глубине при вскрытии пластов-коллекторов в процессе бурения. Загрязнителями окружающей среды при проходке и оборудовании скважин являются многочисленные химические реагенты, применяемые для приготовления буровых растворов. К настоящему времени не все реагенты, входящие в состав буровых растворов, имеют установленные ПДК и лимитирующие показатели вредности. Существенно загрязняют окружающую среду нефть и нефтепродукты, которые могут поступать на поверхность не только в качестве компонентов буровых растворов, но и при использовании горюче-смазочных материалов, при испытании скважин или в результате аварии. При строительстве буровой загрязнение атмосферы в основном ограничивается выбросами в атмосферу отработанных газов от двигателей транспортных средств. Работа дизельных установок в течение года на одной буровой обеспечивает выброс в атмосферу до 2 т УВ и сажи, более 30 т оксида азота, 8 т оксида углерода, 5 т сернистого ангидрида. Перевод буровых станков на электропривод позволит снизить расход нефтепродуктов, уменьшить загрязнение территории и ликвидировать выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива. В период проходки скважины негативное воздействие на почвенный слой, поверхностные и подземные воды оказывают буровые растворы, расход которых на один объект может достигать 30 м3/сут. Кроме того, при бурении скважин возможно применение нефтепродуктов в объеме до 1 тыс.т в год. 35 В период испытания скважины преобладает углеводородное загрязнение, а на этапе демонтажа буровой происходит загрязнение территории за счет использованных технических материалов и неподлежащего восстановлению оборудования. В состав промывочных жидкостей входит целый ряд химических ингредиентов, которые обладают токсичными свойствами (аммоний, фенолы, цианогруппы, свинец, барий, полиакриламиди пр.). Особенно тяжелые экологические последствия вызывает сброс промывочных жидкостей специального назначения, например, на соляровой основе. Наличие органических реагентов способствует образованию суспензий и коллоидных систем в сточных водах. Отработанные растворы складируются в земляных амбарах, стенки и дно которых укрепляются глинистыми коллоидно-химическими или пленочными экранами. Вместимость амбаров достигает нескольких тысяч кубических метров. Благодаря низкой водопроницаемости экранов, они в достаточной степени предохраняют почвенный покров, грунты зоны аэрации и подземные воды от загрязнения. Содержимое амбаров захороняется непосредственно на месте их расположения. Глубина заложения емкостей для хранения буровых растворов определяется положением уровня грунтовых вод. Мощность насыпного грунта при ликвидации накопителей должна быть не менее одного метра. Способ ликвидации амбаров путем засыпания их грунтом не исключает пространственного распространения загрязняющих веществ при их фильтрационно-диффузионной миграции. Установлено, что при годовом количестве осадков 600-650 мм скорость движения фронта засоления песчано-глинистых отложений и грунтовых вод достигает 30 м/год. В результате минерализация грунтовых вод, оказавшихся под влиянием рассматриваемого источника захоронения бурового раствора, возрастает в 200-250 раз, а площадь загрязнения может составить несколько гектаров. 36 На площадях интенсивного хозяйственного освоения практикуется сбор шлама и отработанных буровых растворов в контейнеры и вывоз их в специальные места захоронения. Для разработки природоохранных мероприятий, исключающих негативное влияние процессов строительства скважин на объекты природной среды, необходимо знание источников загрязнения окружающей среды. Под источником загрязнения понимаются технологические процессы, воздействующие на природную среду при строительстве скважин. Источником геомеханических нарушений являются следующие технологические процессы:  Снятие и складирование плодородного слоя земли при подготовке территории буровой;  Устройство насыпной площадки под буровую (при кустовом строительстве скважин);  Устройство шламовых амбаров (ША) (земляных котлованов) – для сбора и хранения отходов бурения;  Сооружение технологических площадок под оборудование буровой;  Засыпка ША при их ликвидации;  Рекультивация территории буровой;  Строительство дорог;  Вырубка, корчевание леса. Гидрогеологические нарушения связаны с процессом бурения и выражаются в поступлении в водоносные горизонты загрязнителей (поглощение буровых растворов) или водопроявлениях, что приводит к изменению гидрогеологического режима естественного функционирования водоносного комплекса. Процесс бурения сопровождается: 1) применением материалов и химических реагентов различной степени опасности; 2) значительными объемами водопотребления и 3) образованием отходов, опасных для флоры и 37 фауны: представленных буровыми сточными водами (БСВ), отработанным буровым раствором (ОБР) и буровым шламом (БШ). Объектами загрязнения при бурении скважин является геологическая среда и гидро- и литосферы (открытые водоемы, почвенно-растительный покров). Они процессов, загрязняются из-за попадания из-за в несовершенства них материалов, технологических хим. реагентов, нефтепродуктов и отходов бурения. Источники загрязнения при бурении скважин условно можно разделить на постоянные и временные. К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения из ША. Ко вторым – нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к заколонным проявлениям и межпластовым перетокам; поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; затопление территории буровой паводковыми водами или при таянии снегов и разлив при этом содержимого ША. Общим для второй группы является то, что источники загрязнения носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы. Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения. Соотношение отходов бурения каждого вида БСВ, ОБР, БШ определяется используемой технологией бурения. Наибольший объем среди отходов бурения составляют буровые сточные воды, т.к. строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов воды: суточная потребность буровой в технической воде колеблется от 25 до 120 м3 в зависимости от:1) природно-климатических условий; 2) геолого-технических особенностей проводки скважин и 3) от организации системы водообеспечения водоснабжения: служат открытые прямоточная водоемы (озера, – источниками ручьи, реки), артезианские скважины или оборотная - объем сточных вод меньше, но 38 степень их загрязненности выше. Как показала практика, в среднем норма водопотребления составляет 0.9-1.1м3 на 1м проходки. В среднем суточные объемы образующихся БСВ могут составлять 2040м3 на одну скважину (куст). По условиям образования БСВ можно разделить на 3 категории: -производственные сточные воды (формируются в процессе выполнения технологических операций, работы оборудования); -хозяйственно-бытовые; -атмосферные (связаны с атмосферными осадками, их объем может достигать 1.5 - 8% от общего объема БСВ). Основными объектами водопользования и водоотведения на буровой (т.е. источниками образования БСВ) являются: -насосная группа (охлаждение штоков шламовых насосов); -дизельный блок; -рабочая площадка буровой вышки (мытье); -блок очистки буровых растворов (от выбуренной породы); -узел приготовления и утяжеления растворов; -циркуляционная система (зачистка емкостей от осадка бурового раствора); -блок химреагентов. На бурящихся скважинах сбор производственных и атмосферных сточных вод осуществляется в водяные амбары, как правило, самотеком по водоводным каналам, устроенным либо в грунте, либо представляющих собой металлические или железобетонные желоба. Поступление БСВ из одного амбара в другой осуществляется естественным перетоком или с помощью перекачивающих устройств. Такие амбары в подовляющем большинстве случаев сооружаются в минеральном грунте с соблюдением требований гидроизоляции. Сточные воды загрязнены буровым раствором и его компонентами, выбуренной породой, хим. реагентами, нефтью, нефтепродуктами. Поэтому 39 водяные амбары представляют собой серьезный источник загрязнения природной среды. Одними из опасных видов отходов бурения считаются отработанный буровой раствор и буровой шлам или выбуренная порода. Промывочная жидкость, циркулирующая в скважине, служит для удаления продуктов разрушения горных пород с забоя. В мировой практике в 95% для этого используются глинистые буровые растворы на водной основе плюс хим. реагенты, т.к. качество промывочной жидкости определяет эффективность буровых работ: механическую скорость бурения, вероятность возникновения различного рода осложнений, в т.ч. поглощений, флюидопроявлений, нарушение устойчивости горных пород и т.д. Для регулирования реологических, фильтрационных и структурномеханических свойств буровых растворов и используют хим. реагенты. В качестве профилактической противоприхватной добавки большое распространение получила нефть. Промывочная жидкость – это химическая продукция, т.к. ее получения использован широкий ассортимент материалов, хим. реагентов и добавок. Только в США выпускается свыше 1900 наименований различных компонентов промывочных жидкостей, производством которых занимаются около 100 фирм. Таким образом, попадание промывочной жидкости, как и любой другой химической продукции, в природную среду потенциально таит в себе опасность проявления негативных последствий. Реальная же опасность ущерба ПС от промывочной жидкости и ОБР связана с совместным действием 3-х факторов: - высокой вероятностью попадания в объекты ПС; - токсичностью содержащихся хим. реагентов; - высокой концентрацией хим. реагентов. По степени воздействия на организм ВВ подразделяются на четыре класса опасности и токсичности (ГОСТ 12.1.007-76): 1-ый – вещества чрезвычайно опасные и токсичные; 40 2-й – вещества высоко опасные и высокотоксичные; 3-й – вещества умеренно опасные и токсичные; 4-й – вещества малоопасные и малотоксичные. Классы токсичности и опасности ВВ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице… Объемы образования ОБР и БШ зависят от многих факторов и нигде не регламентируются, но есть методики расчета объемов ОБР и БШ, в т.ч. и при ликвидации осложнений и аварий, в соответствие с которыми может быть сделан расчет при составлении рабочих проектов на строительство скважин. Иногда для расчетов используется «удельный норматив», т.е. объем отходов, образующихся при бурении 1м скважины. Такие удельные нормативы устанавливаются статистически для каждого региона. Например, для Западно-Сибирского региона удельный объем образования БСВ, ОБР и БШ при бурении скважин, соответственно, составляет 0.24; 0.2 и 0.18м3/1м проходки. Таблица 7.1 – Суммарные объемы отходов бурения по видам нефтегазодобывающей промышленности), тыс.м3 Год Виды отходов БСВ ОБР БШ 1986 8452.9 7044.1 6339.7 1990 10433.0 8561.7 7799.9 Удельный объем 39% (0.24) 32% (0.2) 28% (0.18) (на 1м проходки) (на предприятиях Всего 21836.7 26794.7 100% Ежегодно в отрасли образуется свыше 25 млн. м3 отходов. Такие объемы отходов с учетом их высокой загрязненности и предопределяют техногенез процессов строительства скважин. Объемы загрязнения природной среды определяются, в первую очередь, надежностью мест локализации отходов бурения, в частности, принятой в настоящее время технологии земляных котлованов для сбора и хранения отходов бурения. Такие амбары подлежат ликвидации после окончания строительства скважин. Однако и технология их ликвидации 41 несовершенна, поэтому ША являются основными источниками загрязнения природной среды при бурении скважин. Основными путями проникновения отходов бурения в объекты гидрои литосферы являются фильтрация в почвогрунты и утечки при нарушении обваловок и стенок амбаров, а также при паводках, в период дождей и интенсивного таяния снегов (смотри схему). Проблема ликвидации шламовых амбаров еще далека от своего решения. В целом по отрасли ежегодно неликвидированными остается до 16.3% амбаров. При этом из-за несвоевременного возврата земель наносится урон сельскому хозяйству, сами буровые предприятия несут экономические потери из-за выплаты компенсации (штрафов) основному землепользователю. Расчеты показали, что из-за несвоевременной ликвидации шламовых амбаров в объекты окружающей среды ежегодно попадает до 6.5% их содержимого. При этом средний объем составляет 127м3 для ША вместимостью 2000 м3. С этими отходами в природную среду поступает до 10% от использованных в буровых растворах материалов и химреагентов. При этом природе наносится колоссальный ущерб. Таким образом, основной загрязняющий фактор – отходы бурения, главный источник – шламовый амбар. Следует учесть то, что Западная Сибирь, как впрочем и большая часть территории России, относится к районам с неблагоприятными почвенноландшафтными и природно-климатическими условиями с позиций самоочищающей способности природной среды. Под самоочищающей способностью ПС понимают процессы, сопровождающиеся окислением (трансформацией) ЗВ, их разложением или распадом, а также нейтрализацией и биологическим превращением в другие, экологически чистые формы. Можно отметить, что под влиянием только западно-сибирского нефтегазового комплекса находится около 10 тыс. водных объектов, среди 42 которых явно преобладают мелкие озера, ручьи, реки, болота. Самоочищающая способность малых водотоков, особенно при низких температурах практически (5-6С), когда прекращаются, а процессы скорость биохимического химических окисления реакций резко замедляется, крайне низка, поэтому продолжительность их «самоочистки» от ЗВ составляет от 3-5 до 10-12 лет. Контрольные вопросы: 1.Загрязнение окружающей среды при строительстве буровой. 2. Негативное воздействие на почвенный слой, поверхностные и подземные воды в период проходки скважины. 3. Состав промывочных жидкостей. 4. Земляные амбары. 5. Технологические процессыявляющиеся источником геомеханических нарушений. 6. Постоянные и временные источники загрязнения при бурении скважин. 7. Соотношение отходов бурения каждого вида БСВ, ОБР, БШ. 8. По условиям образования БСВ можно разделить на 3 категории. 9. Удельный норматив ОБР и БШ. 10. Основные пути проникновения отходов бурения в объекты гидро- и литосферы. 11. Проблема ликвидации шламовых амбаров. 12. Самоочищающаяся способностью природной среды. 43 Тема 8. Характер загрязнения природной средыпри строительстве нефтяных и газовых скважин Основными загрязнителями БСВ являются взвешенные вещества, нефть и нефтепродукты (НП), органические вещества, растворимые минеральные соли, а также различные примеси. Количественное соотношение между минеральными и органическими загрязнителями БСВ может изменяться в широких пределах. Оно зависит от: специфики обработки буровых растворов, системы водопотребления и др. Загрязняющие свойства БШ обусловлены минералогическим составом выбуренной породы и остающимися в ней остатками бурового раствора. Анализ состава и физико-химических свойств шлама показывает, что поверхность частиц шлама адсорбирует химреагенты из буровых растворов. За счет этого он проявляет загрязняющие свойства: в его составе имеется значительное содержание нефти и НП, опасной для объектов природной среды органики, растворимых минеральных солей. Таким образом, отходы бурения представляют опасность для объектов природной среды. В настоящее время характер и последствия загрязнения объектов природной среды при бурении скважин мало исследованы. Поэтому пока невозможно дать однозначную характеристику процессам, протекающим в природной среде вследствие ее загрязнения при бурении и оценить последствия этого негативного воздействия. Но можно обобщить и систематизировать данные о характере и последствиях загрязнения ПС при бурении. Если учесть, что все используемые при бурении материалы и химреагенты в конечном итоге уходят в отходы, то можно рассчитать, что в среднем на 1м3 отходов приходится до 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и НП и загрязнителей минеральной природы. 44 8.1Влияние отходов на водные объекты Установлено, что безвредная для рыб и беспозвоночных концентрация ОБР в условиях Каспийского моря составляет не более 12.1мг/л при содержании механических примесей до 1000 мг/л. в то же время показано, что концентрация ОБР в воде, превышающая 7мг/л, уже на седьмой день приводит к торможению развития икринок рыб, нормальное же их развитие возможно при разведении промывочной жидкости водой в 26 тыс. раз. Наиболее опасны для рыб: баритовый утяжелитель; известь, каустич. сода, бихромат калия и др. Особое внимание уделяется нефтяному загрязнению водоемов. По расчетам некоторых авторов, в водные объекты может поступать до 30% нефти, теряемой при строительстве скважины. Как закономерность, следует отметить повышенное содержание нефти и НП в реках основных районов бурения. Особенно это характерно для заболоченных местностей. Между объемами буровых работ и уровнем загрязненности объектов нефтью и НП имеется определенная взаимосвязь. Так, точно известно, что в 1985г на объектах буровых работ только Главтюменьнефтегаза использовано 35 тыс.т. хим. реагентов, из которых более 90% попало на поверхность водосборов, реки и озера. Очевидно, что такие сбросы ВВ в ОС вполне способны вызвать в ней необратимые экологические сдвиги. Так, из 47 видов ценных промысловых рыб, обитавших в Обском бассейне до начала освоения Западной Сибири (1964г.), к настоящему времени сохранился лишь 21. 8.2Влияние отходов на почву При этом следует рассматривать вопросы агроэкологической оценки загрязняющего влияния ОБР, БСВ, Ш и отдельных химреагентов. Что касается воздействия ОБР на почву, то известно, что они снижают ее микробиологическую деятельность в 8-29 раз. 45 Изучение последствий загрязнения наземного растительного покрова отходами бурения показало, что: 1)на всех пораженных участках наблюдаются лишь незначительное восстановление растительного покрова. Даже по истечении 15 лет растительность восстанавливается менее чем на половину; 2)во всех случаях срезу после разлива отходов бурения, особенно содержащих нефть, растительный покров практически полностью уничтожается. Основной причиной гибели растений являются вытеснение кислорода из почвы. Процесс загрязнения почвогрунтов отходами бурения разделяется на 3 стадии: 1.Характеризуется образованием поверхностного ареала загрязнения и незначительным проникновением компонентов отходов в грунтовую среду; 2.Происходит вертикальная инфильтрация жидких компонентов; 3.Характеризуется боковой миграцией загрязнителей. В условиях Крайнего Севера разлив промывочной жидкости на снеге и грунте интенсивно поглощает солнечные лучи, вызывая последующее таяние снега и подземных льдов. Эти процессы ведут к образованию просадок, провалов, склоновых оползней. Все это вызывает нарушение экологического равновесия, т.к. ландшафты разрушаются, а иногда утрачивают, полностью или частично, и биологическую продуктивность, т.к. гибнет растительность и животный мир. Отсутствие растительности, в свою очередь, ведет к расчленению рельефа, заболачиванию территории. Характер загрязнения почвогрунтов на 2 и 3 стадиях определяются проницаемостью грунта. При высокой проницаемости боковая фильтрация происходит лишь вблизи зеркала грунтовых вод. В менее проницаемой среде боковая фильтрация значительна и у дневной поверхности. Отходы бурения отрицательно влияют на фракционный состав и агрохимические показатели почв. Причина этого в высокой минерализации и щелочности бурового раствора: рН=9.5; содержание твердой фазы (глина) – 46 68.9%; содержание воды – 27.84%; содержание нефти – 3.26%. Солевой компонентный состав: Cl- - 4899мг/л; HCO- 3 – 1830; SO4 2- - 5450; Ca2+ - 50; Mg2+ - 60.8; Na+ - 6648мг/л. Жидкие буровые отходы, попадая в почву, плохо смешиваются с ней, образуя крупные глинистые комки, обладающие большой вязкостью и липкостью. При высыхании они не разушаются, а агрономическая ценность почвы ухудшается. В местах скопления буровых растворов происходит увеличение плотности почв от 1.12 до 1.5 г/см3, что является неблагоприятным фактором для развития растений. Попадание буровых растворов в почву увеличивает их щелочность: рН водной вытяжки – 6.8-7.048.35-8.37, а это угнетает растения. Высокая минерализация буровых растворов приводит к резкому увеличению засоленности почвы, что ведет к полной гибели растений. Резко возрастает количество токсичного для растений хлора, натрия. Таким образом, отходы бурения крайне негативно влияют на почву и растения. При попадании на почву нефти тяжелые фракции проникают на незначительную глубину и задерживаются верхними слоями грунта. Более легкие фракции загрязнение проникают происходит на большую главным образом глубину. легкими Следовательно, фракциями. На сильнозагрязненном участке глубина проникновения нефти может достигать 90 см и более. Однако, через некоторое время площадь загрязнения может уменьшиться в случае частичного смыва нефти дождями и разложения почвенной микрофлорой. По мере продвижения нефти вниз уровень ее содержания (насыщения) в грунте снижается. Ниже определенного уровня, называемого остаточным насыщением, и составляющего неподвижной. 10-12%, нефть перестает мигрировать и становится 47 Под действием капиллярных сил нефтяное загрязнение расширяется (боковое распространение). Это приводит к расширению площади распространения нефти под действием капиллярных сил и уменьшает насыщенность почв нефтью. Если новых поступлений нефти в грунт нет, то может быть достигнута остаточная насыщенность и дальнейшая миграция прекратится. Пески и гравийный грунт, обладающие значительными проницаемостью и пористостью, весьма благоприятны для миграции нефти, а глины и илы ограничивают расстояния, на которые она может перемещаться. Размеры вертикальной и горизонтальной миграции можно прогнозировать. Миграция нефтяного загрязнения зависит от сорбционной способности грунтов. В общем случае грунты могут сорбировать меньшее количество нефти, чем воды. Чем выше насыщенность грунтов водой, тем ниже их способность сорбировать нефть. Скорость изменения содержания нефти в почве неравномерна. Основная масса теряется в первые 3 месяца после попадания в почву, в дальнейшем процесс замедляется. Часть нефти механически уносится водой за пределы участков загрязнения и рассеивается на путях движения воды потоков. При этом загрязняются грунтовые воды. Остаточная нефть подвергается микробиологическому разложению. Незначительная часть нефти минерализуется, другая превращается в нерастворимые продукты метаболизма. В настоящее время проводятся опытные работы по обезвреживанию отработанных буровых растворов и шлама физико-химическими и термическими методами. При окислении перекисью водорода с добавкой калия токсичность буровых отходов уменьшается в 20 раз, а при введении растворов полимера и электролита на поверхности частиц образуется непроницаемая пленка, снижающая токсичность шлама в 80-100 раз. Значительное количество токсичных элементов поступает в биосферу при выбросах подземных минерализованных вод. Для свойственного 48 глубоким горизонтам многих нефтегазоносных регионов химического состава рассолов только одной аварийной скважиной с расходом всего 1,0 л/с в течение года могут быть вынесены на поверхность около 300 т хлора, 100 кг иода, 1,5 т брома и другие химические соединения. Сброс в водоем единицы объема такой воды делает 40-60 объемов чистой воды непригодными для употребления. При поисково-разведочном бурении на нефть должны проводиться гидрогеологические исследования с целью предотвращения нарушения геологической среды. Они включают изучение зоны активного водообмена, периодическую гидрохимическую съемку грунтовых вод для выявления фоновых содержаний загрязняющих веществ и обнаружения техногенных гидродинамических и газогидрохимических аномалий. Интерпретация полученных результатов выполняется с учетом материалов государственной гидрогеологической съемки в масштабе 1:200 000 . Строительство скважин в районах многолетнеймерзлоты приводит к развитиютермокарста и просадкам, что вызывает нарушение природных ландшафтов.Известны случаи аварий из-за протаиваниямерзлых пород в прискважинной зоне под действиемтеплав процессе бурения. В результате разрушения многолетнемерзлых пород может начаться интенсивное фонтанированиенефтии газа через устье или по заколонному пространству. Возможно также образование приустьевых кратеров, размеры которых в поперечнике достигают 250 м. Контрольные вопросы: 1. Влияние отходов на водные объекты. 2. Стадии процесса загрязнения почвогрунтов отходами бурения. 3. Последствия загрязнения наземного растительного покрова отходами бурения. 4. Нефтяное загрязнение. 49 Раздел 5. Загрязнение природной среды при добыче нефти и газа Тема 9. Основные источники загрязнения на нефтепромыслах Основными источниками загрязнения на нефтепромыслах являются эксплуатационные и нагнетательные скважины, кустовые насосные станции поддержания пластового давления. Сегодня большое внимание уделяется повышению нефтеотдачи коллекторов. Основным методом интенсификации является заводнение, с помощью которого в нашей стране добывается свыше 85% нефти. При поддержании пластового давления (ППД) возрастают темпы отбора УВ и сокращаются сроки разработки месторождения. Наиболее рационально с экологических позиций применение промысловых сточных вод, позволяющее осуществить замкнутый цикл оборотного водоснабжения по схеме нагнетательная скважина - пласт - добывающая скважина - блок водоподготовки -система ППД. Использование сточных вод с целью ППД позволяет уменьшить капитальные затраты на строительство водозаборных сооружений, сократить расходы на бурение поглощающих скважин, утилизировать все нефтепромысловые воды с целью охраны окружающей среды. В результате достигается не только экологический, но и экономический эффект. Сравнительно внедряться недавно физические, в практику промысловых физико-химические и работ химические стали методы интенсификации добычи нефти. Эффективность применения различных методов иллюстрируется таблице 2. Назначение применяемых методов заключается в повышении проницаемости призабойной зоны скважины и увеличении нефтеотдачи продуктивного пласта. Опытно-промышленные испытания на различных объектах позволили повысить годовые темпы отбора нефти в 3-6 раз. Наибольший эффект достигается при использовании тепловых методов воздействия и при закачке 50 газа. Положительные результаты дало применение химических реагентов различного состава. Перечисленные методы увеличения нефтеотдачи можно использовать в сочетании с отработанными на практике методами ППД. Например, закачка в пласт кислотных и щелочных растворов, углекислоты, ПАВ применяется при законтурном и внутриконтурномзаводнении. Таблица 9.1 – Сравнительная оценка методов интенсификации добычи нефти по данным ВНИИнефти (СССР) и Института нефти (Франция) Способ воздействия на пласт Метод Физический Физико-химический Химический Внутрипластовое горение Закачка пара Углекислый газ Попутный газ ПАВ Полимерные растворы Кислоты Щелочи Мицеллярные растворы Увеличение нефтеотдачи, % ВНИИнефть Институт нефти 15-25 20-40 15-25 5-10 5-10 2-5 2-8 3-7 2-8 8-15 20-40 20-30 10-20 10-20 5-10 15-35 В последние годы получили развитие микробиологические процессы воздействия на продуктивные пласты. Испытываются методы увеличения нефтеотдачи с помощью ультразвука и вибрации. Апробация различных вариантов перечисленных методов показала перспективность их применения при добыче нефти. Уровень научного обоснования и масштабности применения каждого из методов варьирует в широком диапазоне. Для всех используемых методов необходимо учитывать геологические особенности месторождения, этапность его разработки, технологические и технические параметры ведения эксплуатации. Выбор оптимальной модели работ на конкретном месторождении проводится с учетом данных математического моделирования и результатов физико-химических расчетов. Контрольные вопросы: 1. Основные источники загрязнения на нефтяных промыслах. 2. Интенсификация добычи нефти. 51 Тема 10.Загрязнение почвы и воды на объектах сбора и подготовки нефти Загрязнение почвы и воды может происходить и при сборе, подготовке, транспорте и хранении нефти, газа и воды. Однотрубная герметизированная система сбора имеет несомненные преимущества с точки зрения охраны окружающей среды. Применение герметизированных однотрубных систем сбора продукции скважин и блочного оборудования позволяет все процессы, связанные с выделением газа из нефти, подготовкой нефти, газа и воды, сосредоточить на установках, расположенных в одном центральном пункте. Система сбора нефти на промыслах является источником загрязнения водных ресурсов и почвы. Это обусловлено: а) большой протяженностью трубопроводной сети, которая достигает 100 км для среднего промысла; б) невозможностью практически предугадать место порыва коллекторов; в) невозможностью обнаружить мгновенно порывы коллекторов, особенно небольшие. В итоге объемы разлитой нефти, как правило, превышают объем остальных загрязнений. Внедрение герметизированных систем сбора и транспорта нефти, хотя в значительной степени и снижает вероятность коррозии оборудования и коммуникаций, однако при подготовке нефти и воды герметизация часто нарушается вследствие коррозии, что приводит к утечке нефти и пластовых вод и загрязнению тем самым объектов окружающей среды. Территория нефтепромыслов может загрязняться из-за неплотности в промысловых нефтепроводах и водоводах (утечки через сальники задвижек, фланцевые соединения, коррозия, эрозия, механические повреждения тела трубы и т. д.). Исследованиями БашНИПИнефть н ВНИИСПТнефть установлено, что основная причина аварий на водоводах в районах добычи нефти — коррозия металлов. 52 Работа промыслового оборудования в нефтяной промышленности происходит в крайне неблагоприятных условиях. Наряду с почвенной коррозией весьма существенное коррозионное воздействие на оборудование оказывает продукция самой скважины. Узлы промысловой предварительный обессоливания) сброс и подготовки пластовой воды, общепромысловые нефти блоки резервуарные (газосепарация, обезвоживания парки и являются конечными пунктами сбора н транспорта нефти на промыслах. Обычно они располагаются на одной территории и объединяются в одно хозяйство. Поэтому канализация резервуарных парков и деэмульсационных установок также объединяются в общую систему. При эксплуатации этих установок источниками загрязнения могут быть переливы и продукты, накапливающиеся в отстойной аппаратуре, резервуарах, которые составляют 0,5 – 12 г/т подготовленной нефти. Остатки подготовки нефти, нефтяные шламы, значительно отличаются по физико-химическим свойствам от самой нефти и требуют периодического удаления из аппаратуры, что осуществляется при чистке аппаратов и сопровождается загрязнением территории. Для интенсификации процессов разрушения эмульсии на установках подготовки нефти и даже в отдельные скважины дозируются поверхностноактивные вещества (ПАВ) — деэмульгаторы. Деэмульгаторы — химические реагенты с большой поверхностной активностью—могут быть использованы при всех способах разрушения водонефтяных эмульсий: механических (отстой, фильтрация, центрифугирование), термических (подогрев, промывка горячей водой), электрических (обработка в электрическом поле постоянного или переменного тока) и т. д. Деэмульгаторы — основное средство разрушения эмульсий и интенсификации любого способа разрушения эмульсий. Их применение позволяет улучшить качество товарной нефти, упростить технологический 53 процесс, сократить время отстоя, осуществить предварительный сброс основной массы воды из эмульсии и способствует более полной очистке отделившейся воды от нефти и взвешенных частиц. При подготовке нефти используют анионоактивные и неионогенные ПАВ: блоксополимеры окиси этилена и пропилена, оксиэтилированные амины, СЖК, высшие жирные спирты и алкилфенолы (проксанол-305, проксамин-385, дисольван-4411, дипроксамин-157, и др.). Расход современных эффективных реагентов составляет 40—100 г/т. Подачу химических реагентов на практике проводят двумя способами: в разбавленном виде и впрыском концентрированного деэмульгатора. Основными источниками загрязнения окружающей среды при эксплуатации систем сбора и транспорта продукции скважин на нефтяных месторождениях являются следующие сооружения и объекты нефтепромыслов: 1. Устья скважин и прискважинные участки, где разлив нефти, пластовых и сточных вод происходит из-за нарушений герметичности устьевой арматуры, а также при проведении работ по освоению скважин, капитальному и профилактическому ремонту. 2. Трубопроводная система сбора и транспорта добытой жидкости из пласта и закачки сточных вод в нагнетательные скважины из-за неплотностей в оборудовании, промысловых нефтесборных и нагнетательных трубопроводах. 3. Резервуарные парки и дожимные сборные пункты, где разлив добытой жидкости происходит при спуске из резервуаров сточных вод, загрязненных осадками парафино-смолистых отложений, переливах нефти через верх резервуаров. 4. Земляные амбары, шламонакопители и специальные площадки, в которые сбрасываются осадки с резервуаров и очистных сооружений, представляющие отложения тяжелых фракций нефти, парафино-смолистых веществ и всевозможных примесей, насыщенных нефтью, нефтепродуктами 54 и химреагентами, а также твердых минеральных примесей. В этих шламах могут содержаться до 80—85% нефти, до 50% механических примесей, до 70% минеральных солей и до 5% поверхностно-активных веществ. Контрольные вопросы: 1.Однотрубная герметизированная система сбора. 2. Работа промыслового оборудования в нефтяной промышленности. 3. Деэмульгаторы. Основные 4. источники загрязнения окружающей среды при эксплуатации систем сбора и транспорта продукции скважин. Тема 11. Схемы водоснабжения системы заводнения нефтяных месторождений На крупных нефтяных месторождениях обычно применяется внутриконтурное н законтурное заводнение. Поэтому в зависимости от системы разработки нефтяного месторождения определяется схема расположения нагнетательных скважин, магистральных водопроводов и размещение кустовых насосных станций по площади месторождения. В зависимости от площади нефтяного месторождения и коллекторских свойств продуктивного пласта определяется количество нагнетательных скважин, что, в свою очередь, обусловливает количество кустовых насосных станций. Из практики осуществления схем заводнения нефтяных месторождений можно принять 10—15 нагнетательных скважин на одну кустовую насосную станцию. Большое количество нагнетательных скважин, подключаемых к нерациональному одной кустовой удлинению насосной разводящих станциии, водоводов, приводит что ведет к к необходимости применения водоводов большего диаметра, особенно при высокой приемистости скважин. При большой площади заводняемого нефтяного месторождения желательно рассредоточить 55 водозаборныесооружения Туймазинском в нефтяном нескольких местах. месторождении Так, например, Башкирии на водозаборные сооружения расположены в четырех местах, что позволило снизить количество дожимных и насосных станций II и III подъема, а также для магистральных водоводов применять трубы меньшего диаметра (200—300 мм) и уменьшить длину магистральных водоводов. Большое влияние на схему водоснабжения оказывает принятый источник водоснабжения: его характер, мощность, качество воды в нем, удаленность его от нефтяного месторождения и т. д. При использовании воды открытых русел водоемов применяются водоприемники различных типов и конструкций, представляющие собой иногда весьма сложные гидротехнические сооружения. При использовании подрусловых вод водоприемные сооружения выполняются в виде подрусловых скважин (артезианских) и водосборных галерей. Сопоставление качества воды источника и требований, предъявляемых к ней, определяет необходимость очистки, а также степень и технологию очистки. Вода открытых водоемов, особенно рек, в большинстве случаев содержит значительное количество примесей. Поэтому во многих случаях появляется необходимость предварительной очистки речных вод до определенной степени, т. е. строительство очистных сооружений. При отсутствии необходимости очистки воды схема водоснабжения значительно упрощается. Образующиеся сточные воды нефтепромыслов практически полностью используются или должны использоваться повторно в процессах нефтедобычи. Отрасль не относится к производству, технологические процессы которого обязательно должны приводить к загрязнению окружающей среды. Если и допускается загрязнение окружающей среды, то оно является результатом аварий, нарушения технологической дисциплины и правил охраны окружающей среды. 56 Нефтепромысловые сточные воды в зависимости от химического состава обладают различной агрессивностью по отношению к металлу, бетону и др. материалам. Основными коррозионными агентами сточной воды являются растворенные соли различного состава, кислород, сероводород и др. Скорость коррозии труб и оборудования изменяется в широких пределах. Стальные трубопроводы для сточных вод с высокой температурой (до 70 о С), содержащих более 100 мг/л сероводорода, выходят из строя через один-два года. Коррозия приводит к сквозным поражениям труб. Причем наиболее интенсивному разрушению подвергаются сварные швы. По данным БашНИПИнефть, ВНИИСПТ и других, содержание кислорода оказывает одно из основных влияний на коррозионную агрессивность вод. Например, при наличии 1 мг/л кислорода в месте водоподготовки при работе КНС с буферным резервуаром на расстоянии около 10 км от места содержание кислорода возрастает до 5 мг/л, в то же время на соседней КНС, работающей с того же водовода, но без буферного резервуара, количество О2 составляет 0,5 мг/л. Соответственно изменяется и величина порывов от 0,5—0,1 на км при давлении 100 атм КНС до 1,5—1 на км при давлении 60 атм(КНС-З). В 79-х годах частота повреждений из-за коррозии на трубопроводах в Башкирии достигала 0,88 случая на 1 км протяженности, соответственно в Татарии—1,48, Куйбышевской области—0,74 и в Азербайджане—1,24 случая. По данным ВНИИСПТнефть, в целом по всем нефтедобывающим предприятиям количество аварий на водоводах на 1 км действующей трубы составляло: на подводящих водоводах — 0,447, на нагнетательных водоводах—0,341. Наблюдается вследствие аварий следующее (в %): соотношение коррозионные величин разлива разрушения нефти труб—50,1, некачественное проведение строительно-монтажных работ—19,8, прочие причины—30,1. 57 Значительно увеличивается количество аварий на водоводах, перекачивающих сточные воды, содержащие сероводород, где среднее число аварий, приходящихся на 1 км действующего водовода (по данным ВНИИСПТ) распределяется следующим образом: водоводы пресных вод— 0,7; водоводы сточных вод, не содержащих сероводород,—2,9; то же, содержащих сероводород,—3,4. В значительной степени такое положение характерно и для многих других нефтяных районов. Ежегодный ущерб от коррозии в нефтяной промышленности составляет сотни миллионов рублей, плюс большая потеря металла и добычи нефти в результате аварий, а также загрязнение объектов окружающеисреды. Разлитая пластовая вода засолоняетпочву и приводит к гибели растительности, а утечка ее через обсадные колонны эксплуатационных и нагнетательных скважин вызывает нежелательное загрязнение подземных водоносных горизонтов. На большинстве нефтяных месторождений способы очистки и утилизации сточных вод на промыслах предусматривают выделение основной массы нефтепродуктов и твердых примесей, содержащихся в сточных водах, в резервуарах-отстойниках. В зависимости от свойств сточных вод основными рекомендованными способами очистки служат следующие: механический, химический, физикохимический и биохимический (последний, к сожалению, практически не используется). Качество промысловых сточных вод различных нефтяных месторождений имеет чрезвычайно разнообразный характер, изменяется в широких пределах и зависит от геологических свойств месторождения нефти, времени его разработки, технической оснащенности и метода очистки стоков на очистных сооружениях. Основную массу сточных вод (85%) нефтепромыслов составляют пластовые (добываемые с нефтью) воды. Количество пластовой воды, отделяемой от нефти, зависит от обводненностннефти в продуктивном 58 пласте. На старых, давно разрабатываемых нефтепромыслах обводненность нефти может достигать 70—80% и более (например, на ПО «Башнефть» обводненность нефти в среднем составляет около 80—85%). От 2 до 10% сточных вод нефтепромыслов составляют ливневые воды, которые в большинстве случаев состоят из пресных технических и дождевых вод. Эти воды загрязнены в основном нефтепродуктами и механическими примесями, содержание которых изменяется соответственно от 100 до 2000 мг/л и от 100 до 5000 мг/л. При закачке сточных вод в нефтяные пласты под высоким давлением они могут просачиваться в верхние пресноводные горизонты по затрубному пространству обсадных колонн из-за просадки цемента или из-за некачесвенногоцементажа, или по “окнам водоупорных толщ”. Все это может привести в полную негодность для употребления в хозяйственно бытовых и питьевых целях ближайшие водоемы и питьевые колодцы. Нефтепромысловые сточные воды могут оказать отрицательное влияние на состояние водоснабжения населения. Обнаружено, например, что частые аварийные порывы водоводов сточных вод цехов ППД, подготовки и перекачки нефти в местах водопользования населения пос. Шкапово, Озеровка, Мелисоново и других районов размещения ПО «Башнефть» ) привели к попаданию стоков в подземные воды и резко ухудшили состав воды в колодцах и родниках населенных пунктов. На практике были случаи загрязнения и осолонения колодезных вод изза перелива сточных вод из насосных станций. Ухудшение качества воды, прежде всего, выражалось изменением ее органолептических свойств. Подземные воды приобретали горько- солоноватый привкус и запах нефтепродуктов до 5 баллов. Наблюдалось увеличение в воде хлоридов, сухого остатка и жесткости, При оценке степени загрязнения нефтепродуктами поверхностных водоемов Тюменской области получены данные, указывающие на определенную зависимость наличия нефтепродуктов в воде от степени 59 освоения района нефтепромыслов. Для периода исследований была характерна эксплуатация ряда объектов нефтедобычи с большим количеством недоделок, большим числом временных сооружений, не отвечающих необходимым требованиям, что привело к значительному загрязнению водоемов территории в результате аварийных порывов нефтепроводов и т. п. Таблица 11.1 – Оценка экологической опасности вод и почв согласно Российским (санитарно-бытовым ПДК) и голландским нормативам ПДК (Россия) Экологический норматив (Голландия) Для Для почв и Загрязняющее Для Для Для воды, грунтовых и донных вещество почвы, поверхностн мг/л подземных отложений, мг/кг ых вод, мг/л вод, мг/л мг/кг ** * ДДТ 0,1 0,1 но но / 0,00001 0,0025 / 4 Полихлорированные 0,00001 / 0,0001 но но 0,02 / 1 бифенилы 0,00001 0,00001 / Гексахлорбензол 0,05 0,03 но 0,0025 / но 0,0005 Мышьяк 0,05 2,0 0,005 0,01 / 0,06 29 /55 0,00005 / Ртуть 0,0005 2,1 0,00002 0,3 / 10 0,0003 Цинк 1,0 23,0 0,009 0,065 / 0,8 140 / 720 Хром 0,55 6,0 0,005 0,001 / 0,03 100 /380 Медь 1,0 3,0 0,003 0,015 / 0,075 36 / 190 числитель – экологический норматов, знаменатель – норматив санации, но – не определялся. Контрольные вопросы: 1.Использовании воды открытых русел водоемов. 2.Нефтепромысловые сточные воды. 3. Коррозия в нефтяной промышленности. 60 Тема12. Факельные установки Факельные установки предназначены для сжигания некондиционных газов, образующихся при пуске, продувке оборудования или в процессе работы, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна или невозможна. Сжигание сбросных газов на факельной установке позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды токсичными и горючими веществами. Факельные установки характеризуются повышенной степенью опасности по сравнению с другим технологическим оборудованием. Mаксимальная опасность взрыва возникает в случае образования в факельных установках смеси горючего газа и воздуха.Если к такой смеси добавить инертный газ, то при определенном его содержании смесь становится негорючей. Количество инертного газа определяется его видом и составом горючего газа и составляет 50-75%. Образование взрывоопасных смесей в факельных установках связано в основном с попаданием в них кислорода воздуха. Опасность проникновения атмосферного воздуха в факельные установки возникает прежде всего при большом ветре, низкой скорости потока сбрасываемого газа и сбросе газов с относительной плотностью по воздуху меньше 1 или нагретых газов. Воздух в факельную систему может попасть в основном через срез факельной трубы или через неплотности при нарушении герметичности оборудования. В последнем случае подсос воздуха в установку обусловлен разрежением в факельной трубе. Другим фактором, обусловливающим повышенную опасность факельных установок, является постоянно горящий факел (открытый огонь). Для уменьшения опасности взрыва факельную систему постоянно продувают инертным или топливным газом. 61 Кроме того, для ограничения распространения пламени устанавливают гидрозатворы, лабиринтные уплотнители, огнепреградители и другие устройства. Одной из причин аварий на факельных установках является засорение (замерзание) факельных трубопроводов. Поэтому трубопроводы следует выполнять с наклоном и без карманов. Во всех случаях, когда вода может попасть в систему извне (промывка, пропарка), трубопроводы должны быть проверены на отсутствие влаги. Конденсат пара (зимой) может быстро превратиться в лед. Кроме того, конденсация пара может привести к созданию разрежения в факельной системе и подсосу воздуха. Попадание в факельный трубопровод сырой нефти может привести к закупориванию факельной системы. При оценке реальной опасности следует учитывать, что взрыв невозможен, если содержание кислорода ниже так называемого кислородного предела, который зависит от состава смеси. Для алканов кислородный предел всегда выше 10%. Для окиси углерода он составляет 5-10%. На практике принимают, что при сбросе алканов высокие факельные трубы безопасны, если содержание кислорода на расстоянии 7,5 м от верха трубы не превышает 6%. Контрольные вопросы: 1.Предназначение факельных установок. 2. Повышенная степень опасностифакельных установок. 3. Аварии на факельных установках. 62 Раздел 6. Охрана окружающей среды при транспортировке нефти и газа Тема 13. Взаимовлияние систем трубопроводного транспорта и природной среды Находясь в постоянном взаимодействии с природой, человек все острее ощущает необходимость налаживания таких взаимосвязей с окружающей средой, при которых был бы обеспечен устойчивый экологический компромисс, не нарушающий естественного природного баланса и эволюционного развития планеты. На этом пути человечество имеет огромные неиспользованные резервы. Такой разумный устойчивый компромисс должен быть найден во «взаимоотношениях» систем трубопроводного транспорта газа, нефти, нефтепродуктов с природной средой. Ни одно инженерное сооружение не связано так тесно с окружающей природой как трубопроводные системы. Это объясняется обширной географией трубопроводного транспорта, огромной протяженностью газопроводов и нефтепроводов, которые пересекли все природно-климатические пояса, подземным расположением линейной части, а также размещением насосных и компрессорных станций в самых разных природных условиях, сообразуясь с гидравлическим расчетом трубопроводов. Трубопроводные системы уже сейчас накрывают 35% территории, на которой проживает 60% населения страны. На всей этой территории рассредоточены искусственно созданные сооружения, которые находятся в сложном взаимодействии с окружающей средой. Как правило, взаимовлияние трубопроводных комплексов и природной среды носит негативный характер. Отсюда и основная задача, с одной стороны, свести к минимуму техногенные воздействия в период строительства и эксплуатации трубопроводов, с другой — ослабить отрицательное влияние природных компонентов на их надежность и безопасность. 63 Трубопроводные системы России обладают мощным энергетическим потенциалом. Уникальная газотранспортная система имеет протяженность 150 тыс. км, в том числетрубопроводы диаметром 1220-1420 мм составляют 60%. На газопроводах работают 249 компрессорных станций общей мощностью 40,2 млн кВт. Годовая производительность единой системы газоснабжения (ЕСГ) страны измеряется в 600 млрд м3. Помимо внутренних потребителей газ поставляется в 25 зарубежных стран. Трубопроводная сеть АК «Транснефть» самая крупная нефтепроводная система в мире. Она имеет протяженность 46,8 тыс. км со средним диаметром 860 мм. Средняя дальность трубопроводной поставки нефти — 2000 км. На магистральных нефтепроводах работает 395 насосных станций (НС), резервуарные вместимостью 13,1 парки млн насчитывают 898 м3.Трубопроводный резервуаров транспорт — общей самый экологически чистый вид транспорта углеводородов, но при условии проектирования, строительства и эксплуатации газопроводов и нефтепроводов на современном технологическом и техническом уровне с соблюдением жесткой экологической дисциплины. В последние годы наметился серьезный поворот в сторону осмысления, изучения и принятия конкретных программ, направленных на защиту природных массивов, целых территорий от различных техногенных воздействий формирующих при строительстве потенциальные и уровни эксплуатации трубопроводов, антропогенного изменения биогеоценозов регионального ландшафта. Создаются отраслевые системы производственного экологического мониторинга. Это продиктовано, с одной стороны, ужесточением природоохранного законодательства с механизмом платного природопользования, основанного на присоединении к Монреальской, Рио-де-Жанейровской и другим экологическим конвенциям ООН устойчивого развития. С другой — появилось понимание того, что человечество очутилось на грани экологической катастрофы и более нельзя приближаться просчетами к этой грани. Как пример такой глубокой 64 осознанности можно привести создание целого ряда общественных экологических организаций, в их числе Российской экологической академии, неправительственного фонда Вернадского и многих других. В России появилась серьезная экологическая наука и, что отрадно, инженерная экология, которая вооружает конкретными знаниями специалистов, работающих практически во всех сферах народного хозяйства, включая нефтегазовый комплекс. Исключительно важное значение приобретает задача оптимизации структурно-рациональных ограничений на процессы строительства и эксплуатации с точки зрения минимального воздействия на природный ландшафт, в первую очередь на особо охраняемых территориях. К таким территориям, как известно, относятся субарктические районы Западной Сибири и Европейской части страны, где расположены основные месторождения природного газа и нефти и откуда берут свое начало мощные трубопроводные системы. Именно в эти районы переместился «центр тяжести экологических проблем», в том числе и трубопроводного транспорта. И это несмотря на, казалось бы, незначительную освоенность территории западно-сибирского нефтегазового комплекса, которая в центральной зоне составляет около 2%, а на севере — менее 1 % территории. Не считая геологоразведки, нефтегазовый комплекс осваивает 11 тыс.км3 северных территорий. Археологические исследования показывают, что российский Север был заселен несколько тысяч лет тому назад, то есть значительно раньше, чем образовались первые славянские государства. Поэтому биологическая цивилизация (культура, традиции, жизненный уклад, промыслы и др.) имеет более глубокие корни, чем у любого из европейских народов. Поэтому речь идет не только об охране хрупкой природы Севера, но и о значительно большем, о защите биологической цивилизации, земель и народов этого региона. 65 Все малочисленные народности Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока, насчитывающие 180 тыс. человек, неуклонно приближаются к опасной черте — полной ассимиляции. Возведение и эксплуатация нефтегазового комплекса вызывает негативные геоэкологические последствия как при аварийных, так и при штатных ситуациях. Область с постоянно нарушенным почвенно- растительным покровом составляет до 5-7%, а области с импульсным (одноразовым) нарушением покрова — до 50% площадей, вовлеченных в освоение. Зона сплошного уничтожения растительного покрова, где применяется планировка трасс трубопроводов, составляет 15% всей площади освоения. Наибольшее нарушение земельного ландшафта наблюдается вдоль северных магистральных трубопроводов, проложенных в неустойчивых грунтах. Исследования, выполненные на газопроводах общей протяженности 15 тыс. км, позволили установить, что на северных трассах в начальный период эксплуатации (3-4 года) происходят интенсивные процессы обводнения, заболачивания, приводящие к разрушению обвалования и всплытию трубопровода. Относительная стабилизация природных условий вокруг газопровода с зарастанием растительностью трассы составляет 7-8 лет, правда, как правило, самозарастание идет по механизму замещения, а не восстановления, что создает иллюзию некоторого осушения и благополучия на трассе. Но полная реабилитация природных процессов вдоль северных магистральных газопроводов наступает только по прошествии 15-16 лет. Хрупкость способствует природы широкое заболоченность мохорастительный и северных регионов распространение заводненность покров, общеизвестна. вечной мерзлоты, сильная весьма тонкий территории, замедленное Этому протекание процессов из-за долгой полярной зимы и другие факторы. биохимических 66 При нарушении растительного покрова, служащего теплоизоляцией, мерзлый грунт обнажается и активизируются термоэрозионные явления, нарушается гидрогеологический Стабилизация режим, геокриологической и деградирует ландшафт гидрогеологической обстановки наступает через длительное время, порой через 10 и более лет,возникает реальная опасность для устойчивости трубопроводов. Территория при этом выводится из сельскохозяйственной эксплуатации на долгий срок. Для восстановления нарушенных территорий в зонах вечной мерзлоты успешно используется технология технической рекультивации, а также технология инженерно-биологической стабилизации, которые позволяют остановить процессы деградации тундровых земель. Первый успешный эксперимент частичного восстановления был осуществлен на Ямбургском газоконденсатном месторождении. Впервые было показано, что не так уж безнадежны процессы восстановления тундры. Строители в прошлые годы рекультивировали и сдавали землепользователям почти 7 тыс. га в год. Главная задача проектировщиков, строителей и эксплуатационников — построить и эксплуатировать экологически безопасные трубопроводы. В соблюдении строгого экологического режима важную роль играют нормативы и проектные решения. К сожалению ни то, ни другое не вызывают пока чувства удовлетворения. Например, нормы отвода земель под строительство трубопроводов не пересматривались с 1973 года. Строительные организации, для того чтобы доказать свое преимущество и выиграть тендер, предлагают новые технологии производства земляных работ и рекультивации с использованием скреперов, что позволяет сократить строительную полосу почти вдвое, но нормы пока действуют старые. Недостаточные изыскания, усеченные сметы — все это не способствуют экологической подготовке строительства. Для технического исполнения всех требований к защите окружающей среды на Трансаляскинском нефтепроводе понадобилось 2 млрд долл., из которых 200 67 млн долл. было израсходовано на стадии проектирования. Стоимость природоохранных мероприятий составляла около 15 % от общей стоимости трубопровода. Возникает сложное механическое и тепловое взаимодействие собственно трубопроводов с геологической и гидрогеологической средой на многолетнемерзлых грунтах и заболоченных территориях. В процессе строительства и эксплуатации трубопроводов происходит их «вживание» в естественную природную среду. Часто это осуществляется с нарушением динамического равновесия, сопровождающегося активацией опасных природных процессов, негативным влиянием на техническое состояние трубопроводов, приводящим нередко к аварийным ситуациям. К подобным «реакциям отторжения» природной средой техногенного воздействия относятся: пучение и просадка промерзающих, протаивающих грунтов, выпучивание (всплывание) участков мерзлотных процессов деструктурных трубопроводов, (термокарст, активация солифлюкция, морозобойные трещины, бугры пучения и др.), эрозионных, оползневых процессов и процессов обводнения и заболачивания трасс трубопроводов. Различают сезонное и многолетнее пучение, хотя физико-механические процессы, их вызывающие, и последствия имеют одинаковый характер. При промерзании происходит увеличение грунта в объеме, что вызывает подъем земной поверхности с последующей просадкой при протаивании. Процессы криогенного пучения опасны для трубопровода прежде всего неравномерностью проявления по трассе, изменчивостью, связанной с закономерностью климата, почвенно-растительным покровом, ландшафтными особенностями, генезисом, минералогическими составом и строением промерзающих пород. Контрольные вопросы: 1.Трубопроводные системы. 2. Инженерная экология. 3. Геоэкологические последствия при возведение и эксплуатация нефтегазового комплекса. 68 Тема 14. Проблемы транспорта нефти и газа в районах Крайнего Севера Неравномерность деформации поверхности и ее абсолютная величина изменяется в широком диапазоне в зависимости от мощности слоя промерзания и влажности грунтов и достигает 40-50 см, что создает большие дополнительные нагрузки на трубопровод. Институтом ВНИИГаз разработана методика определения напряженно деформированного состояния и несущей способности трубопровода при пучении грунтов. Предложены технологические и конструктивные решения по снижению нагрузок от пучения на подземные трубопроводы. Деформация грунта при его многолетнем промерзании значительно превышает деформацию при сезонном пучении из-за протекания процесса в условиях «открытой системы» т.е. с возможностью миграции влаги к фронту промерзания. Поэтому в первые годы эксплуатации аварии наблюдались чаще, так как многолетнее пучение грунтов происходит наиболее интенсивно в начальной период их промерзания. В теплое время года в процессе протаивания пород идет их осадка, сопровождающаяся деформациями усадки. На севере Западной Сибири в первые три-пять лет эксплуатации «горячих» газопроводов на многолетней мерзлоте формируются ореолы оттаивания, достигающие в глубину 10 м. Их образование, как правило, сопровождается просадкой поверхности грунта над трубопроводом, а иногда и вдоль целого технического коридора. Создаются благоприятные условия для внутригрунтового стока вдоль газопровода. Вода же, как известно, хороший природный теплоноситель и теплоаккумулятор, оказывает значительное отепляющее действие на мерзлые породы, обусловливает на отдельных участках затопление значительных площадей коридоров трубопроводов и способствует потере их продольной устойчивости. Чередующиеся процессы сезонного пучения и сезонной осадки грунтов в 69 результате воздействия кристаллизационного давления, достигающего 220 МПа при каждом цикле промерзания, вызывает выпучивание. К числу природных сложностей, накладывающих серьезные ограничения на выполнение строительных работ в этом регионе, и относятся особая ранимость природной среды, ее слабая способность к восстановлению. Поэтому прокладка трубопроводов в этом регионе практически возможна только в зимнее время. Потеря продольной устойчивости трубопроводов в отдельных случаях с выходом (всплыванием) их на поверхность, образованием арок и гофров, как правило, происходит в грунтах с низкой несущей способностью, сильно обводненных и торфяных. Многолетнемерзлые грунты после перехода в талое состояние также многократно снижают свои несущие свойства. Провоцирует потерю продольной устойчивости газопроводов разница температур их укладки в зимний период и летней эксплуатации, которая достигает 80°С и более. В результате возникают огромные осевые усилия, выталкивающие даже на самых пологих выпуклых участках трубопровод на поверхность. Так, на газопроводах диаметром 1420 мм осевое усилие достигает 1,5 тыс. т. Для погашения плавучести газопроводов и интенсивных деформаций от продольного сжатия балластировка на газопроводах диаметром 1420 мм достигает от 2 до 4 тыс. т на 1 км. И все равно, в отдельных случаях пригрузы неспособны удержать газопровод в проектном положении. О масштабах этого явления можно судить по данным Главтюменгазпрома. Весной 1988 г. из 24 тыс.км действующих газопроводов со средней продолжительностью эксплуатации 12 лет было отмечено всплытие участков общей протяженностью около 2 тыс. км (более 8%). За 1981-1987 гг. на действующих газопроводах было устранено 52 арки, которые образовались устойчивости. вследствие В последнее время потери выход газопроводами продольной на поверхность участков 70 газопроводов заметно сократился, а эксплуатационники научились более квалифицированно ликвидировать последствия такого явления. Одно из радикальных решений обеспечения продольной устойчивости — искусственное снижение температуры транспортируемого газа. Однако установки искусственного охлаждения газа на Уренгойском, Ямбургском промыслах были построены после того, как в течение многих лет на участках, проложенных на территории распространения постоянномерзлых пород, подавался теплый газ. Переход на подачу холодного газа по таким магистралям таит много сложностей. Реставрация вечной мерзлоты в ореолах протаивания неизбежно будет сопровождаться защемлением труб, неравномерным пучением на границах контакта грунтов, имеющих различную величину абсолютного пучения. Поэтому перед сменой температурного режима газопроводов необходим прогноз его взаимодействия с грунтовым массивом. В зоне газопровода Соленинское-Мессояха-Норильск в зимнее время имеет место растрескивание грунта с образованием морозобойных блоков размером примерно 1,5 х 1,5 м. Это явление вызывает дополнительные напряжения в трубопроводе и в сочетании с другими нагрузками может приводить к авариям. Такие разрушения имели место на высокой пойме Енисея. Еще большие трудности для прокладки трубопроводов представляют морозобойные трещины, постепенное развитие которых связано с сезонным заполнением водой в летний период и замерзанием с наступлением холодов. В таких условиях трещины раздвигаются и идет их углубление. Ледяные жилы имеют глубину до 12 м, а ширина их достигает 2 м, региональножильные образования разбивают поверхность с интервалами 6-10 м. Осевые растягивающие усилия в трубопроводе могут вызвать большие дополнительные напряжения и его разрушение. Трассу трубопровода, как правило, выбирают с обходом районов, склонных к морозо-бойному растрескиванию. 71 Контрольные вопросы: 1.Деформация грунта при его многолетнем промерзании. 2. Эксплуатация «горячих» газопроводов на многолетней мерзлоте. 3. Ранимость природной среды, ее слабая способность к восстановлению в районах Крайнего Севера. 4. Погашение плавучести газопроводов. 5. Установки искусственного охлаждения газа. Тема 15. Аварии на магистральных трубопроводах Газотранспортная система России отличается беспрецедентной в мировой практике концентрацией энергетических трубопроводных мощностей. Многониточные газопроводы объединены в технические коридоры. От газовых месторождений северных районов Тюменской области действует уникальная газотранспортная система из 20 трубопроводов 12201420 мм, к которой вскоре присоединятся еще две магистрали диаметром 1420 мм СРТО-Торжок и СРТО-Черноземье, а потом и газопроводы ЯмалЕвропа. По техническим коридорам транспортируется до 250 млрд м3 в год, а на отдельных участках суммарная производительность достигает 340 млрд м 3 в год. Естественно, такая концентрация создает зону высокого риска. Но, пожалуй, наибольший риск представляют пересечения технических газовых коридоров с другими коридорами или трубопроводами другого назначения. К надежности и безопасности таких узлов предъявляются особые требования. Модель оценки риска на пересечениях должна учитывать возможность проявления при авариях «эффекта домино», выводящего из строя пересекающиеся нитки. Самый чувствительный экологический урон приносят аварии на трубопроводах. При разрушении газопровода и мгновенном высвобождении энергии газа возникают механические повреждения природного ландшафта и 72 рельефа, нарушение целостности почвенно-растительного покрова. Примерно половина аварий сопровождается возгоранием газа. Поэтому механическое и бризантное воздействие усугубляется тепловой радиацией. Радиус термического влияния определяет зону полного поражения окружающего растительного покрова в очаге отказа, имеется зона трансформации ландшафтов, буферная зона при механических повреждениях. При авариях на газопроводах диаметром 1420 мм максимальный разброс отдельных кусков металла достигал 480 м, зона термического воздействия — 540 м. Потери газа при разрушении газопровода в среднем составляют около 5 млн м3. На газопроводах в 1985-1986 гг. аварии составляли 0,41-0,44% на 1000 км в год, в последние годы 0,18-0,22. Наибольшее количество аварий связано с коррозией под напряжением. Так, в 2009 году аварии по этой причине составили 27% от всех аварий на газопроводах. Как показывает практика, более 51 % общей длины трассы магистральных трубопроводов прокладывается по лесным массивам. Это обусловливает значительную вероятность возникновения лесных пожаров в результате аварий на газопроводах. На 25% общей длины магистральные газопроводы пересекают пашни и другие сельскохозяйственные угодья. Из-за аварий при термическом воздействии горящего газа происходит выгорание посевов на площадях в сотни гектаров и спекание грунта на глубину нескольких сантиметров. При разрушении продуктопровода широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) в Башкирии территория поражения составила 2 км2. Имели место аварии трубопроводов с каскадным развитием разрушения. В этом случае выходят из строя последовательно элемент за элементом, конструкция за конструкцией трубопровода. Такого ряда очень редкие аварии наносят наибольший экономический и экологический ущерб. Ярким примером каскадного разрушения трубопровода может служить 73 авария на Южно-Солененском газоконденсатном месторождении в ноябре 1989 г. Основным источником химического трубопроводном транспорте являются загрязнения компрессорные атмосферы станции. в При использовании для привода турбин природного газа, в результате его сгорания в атмосферу выбрасываются вредные вещества, в том числе окислы азота, окись углерода, окислы серы (в случае, если газ содержит соединения серы). Количество выбросов зависит от типа газотурбинных агрегатов. Их количество составляет около 0,5 млн т на 1 млрд м3 товарной добычи газа. В 1996 г. они составили 2,5 млн т. Ставится задача за счет модернизации камер сгорания и замены устаревших газоперекачивающих агрегатов снизить содержание оксидов до 50 мг/нм3. ВНИИприроды, изучая трансграничный перенос загрязнителей, установил, что оксиды в продуктах сгорания газа, рассеиваемые ветром с избыточной влагой воздуха, могут образовывать кислоты, которые, выпадая на землю, угнетают растительность, воздействуют на некоторые виды ценных рыб. В результате таких процессов, например, вокруг Норильска возник «лунный ландшафт». Наибольшее шумовое загрязнение атмосферы происходит за счет работы ГПА и строительных механизмов. Уровни шума на КС значительно превышают действующие санитарные нормы, что создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала и обитания местных диких животных и птиц. Из-за воздействия шумов животные и птицы вынуждены покидать привычные места ареалов обитания. Известны примеры, когда даже такие приспособленные к жизни в экстремальных условиях виды, как, например, волки, вынуждены откочевывать для вывода потомства на 100-300 км от КС или строящегося объекта. Метан является парниковым газом и может внести при утечках из газотранспортных систем вклад в глобальное потепление. Один килограмм 74 метана на временном горизонте в 20 лет эквивалентен потенциалу глобального потепления от 21 кг углекислого газа. Существует расхожее мнение, что не следует заострять внимание на потерях метана в системах газовой промышленности, коль скоро безгранично много его отдают в атмосферу болота, угольные шахты. Из последних в России поступает в атмосферу более 12 млрд м3 метана в год. Вероятно, значительно больше из болот. И все же, необходимо оценить влияние на климат утечек метана, в том числе из газотранспортных систем при авариях, через свищи и трещины, неплотность арматуры, сбросах при ремонте и переиспытаниях. В среднем в расчете на один год учтенные потери газа от утечек через свищи и другие повреждения газопроводов как минимум в 1,5 раза выше, чем при аварийном разрыве труб. Данные РАО «Газпром» подтверждают потери газа при средней дальности транспортировки 2500 км в 1,0% от общего объема перекачки. Таким образом, газоплотность трубопроводных систем и при сдаче объектов, и еще больше в период эксплуатации является важнейшим фактором экологической дисциплины. Наиболее тяжелые экологические последствия вызывают аварийные ситуации на нефтепроводах, хотя разрушающий эффект на них значительно меньший, чем на газопроводах. В этом случае доминирующую роль играет выход большого количества нефти при аварийном разливе. Физикохимическое воздействие продукта на почву и воду часто приводит к трудновосстанавливаемому или практически невосстанавливаемому режиму естественного самоочищения. Разрушение трубопроводов по своему характеру вызывает техногенное воздействие, затрагивающее биохимические процессы, происходящие в атмосфере, в почве и водоемах. В период аварийных ситуаций концентрация нефти и нефтепродуктов в воде достигает 200-300 мг/л. Загрязнение рек и водоемов отрицательно сказывается на рыбных запасах регионов. 75 На нефтепроводе Харьяга-Усинск в Коминефть, или, точнее, на промысловом коллекторе длиной 148 км, начиная с 1994 года имели место разрушения с крупными потерями нефти, в основном по причине внутренней коррозии. О потерях при этих авариях до сих пор еще спорят. Истинные размеры разлива нефти оказались в «вилке» между завышенными оценками западных экспертов и мнением российских специалистов. Но и у последних очень разные результаты подсчетов: от 14 до 103 тыс. т. Словом здесь перемешалась политика, бизнес, техника и экология. Так или иначе, это было большой экологической бедой с загрязнением значительной территории, попаданием нефти в реки Уса и Кольва. Напомню, что такие аварии дорого стоят. Коминефть для ликвидации последствий разлива нефти получила кредит в 124 млн долларов. Разлив нефти при катастрофе с танкером ЭксонВольдерс обошелся компании «Эксон» более миллиарда долларов. О масштабах потери нефти из коллектора Вазой-Уса можно судить по данным Коми-нефть о добыче 49 тыс.т нефти из шлама, образовавшегося в результате утечек. Предполагается добыть еще 40 тыс. т. Утечки нефти из трубопроводов на промплощадках в отдельных случаях приобретали катастрофический характер. Так, на территории Пермьнефтеоргсинтеза, Новокуйбышевского и Ангарского нефтеперерабатывающих заводов в результате потерь нефти и нефтепродуктов из трубопроводов и разлива при аварийных ситуациях образовались техногенные залежи, объем которых достигает 900 тыс.т нефтепродуктов. Из одной из них добывается 40-60 т бензина марки 50 в день. Проведение выборочного ремонта на нефтепроводах по результатам внутритрубной диагностики позволило за период с 1993 г. по 1998 г. уменьшить количество аварий с 0,25 до 0,06 на 1000 км. Конечно, это очень обнадеживающий результат. Еще в 1977 году АК «Транснефть» предстояло вырезать 47 тысяч дефектов на магистральных нефтепроводах, в том числе и строительного происхождения. 76 Многие ремонты связаны со сливом нефти в амбары, т.е. связаны с нарушением экологии. Однако значительно большие потери нефти через свищи, трещины, неплотности арматуры, сбросы при ремонтах. По данным Европейской организации нефтяных компаний «Конкау» с 1971 по 1995 г. количество разливов (утечек) нефти на 1000 км уменьшилось с 1,4 до 0,4. Как видно, частота отказов (утечек) для хорошо обслуживаемых европейских нефтепроводов значительно большая, чем показатель аварий на российских нефтепроводах, но она и должна сопоставляться с зафиксированными утечками, а не с авариями. По утверждению экологов в условиях острого топливно-энергетического кризиса ежегодно теряется с учетом нефтяных газов в пересчете на нефтяной эквивалент примерно 16 млн т нефти. К сожалению, до сих пор проектирование трубопроводных систем ведется без предварительной оценки и анализа риска их эксплуатации, т.е. уровня потенциальной опасности для окружающей среды. Задача теории риска — не только выявлять «слабые» звенья технологической цепи, но и прогнозировать развитие событий в случае возникновения аварий. Иначе говоря, речь идет о построении достоверных «сценариев» (т.е. логических схем) развития аварий, а также математическом описании и программном обеспечении сопутствующих физических процессов. Вся эта методология разработана ассоциацией «Высоконадежный трубопроводный транспорт», ВНИИГазом, Российским государственным университетом нефти и газа им. И. М. Губкина. Серьезную опасность для трубопроводов представляют оползневые процессы, особенно часто наблюдаемые на береговых участках подводных переходов. Перемещение грунта, особенно если оно идет под углом к оси трубопровода, вызывает оползневое давление — пассивное давление в пределах высоты трубы. Следствием этого является изгиб трубопровода в плане, повреждение изоляции и при достижении предельных деформаций разрушение. Так на 9-ти ниточном переходе газопроводов через р. Каму, несмотря на то что крутой оползневый правый берег был существенно 77 уположен в коридоре 600 м (крутизна склона составила 9-10°), в 1990 г. произошел разрыв трубопровода. В результате взрыва образовалась воронка диаметром 40 м. Выполненные дополнительные противооползневые мероприятия оказались недостаточными, и в 1995 г. в результате оползневой деформации произошел разрыв другой нитки газопровода. По этому переходу Гипроречтранс сделал контрольные расчеты по программе Ризт и подтвердил его неблагополучие. Эта программа оказалась надежным средством оценки оползневой опасности. Ею следует пользоваться при проектировании и мониторинге, когда требуется оценить устойчивость склона, расположение, глубину и протяженность массива грунта, вовлекаемого в оползневой процесс, эффективность мероприятий по инженерной защите склона, выявить наиболее неблагополучные с точки зрения возможных деформаций участки трубопровода. Оползневые участки — частое явление по трассам трубопроводов. Так, газопровод «Голубой поток» на протяженном участке пересечет оползневый район. Для снижения риска возникновения аварийных ситуаций, связанных с оползневыми процессами, необходимо ускорить выпуск обновленной нормативно-технической документации, регламентирующей современные правила проектирования и расчета сооружений на оползневых склонах. Для трубопроводов окружающий мир — это грунтовый массив, это земля, живущая по своим законам, в том числе и по законам геодинамики. Но если доказано, что «тектонические стрессы», зарождающиеся в глубинах недр, находят отражение даже в атмосфере, трассируя «метеопятна», то нельзя пренебрегать возможностью влияния этих явлений на трубопроводы, как бы вросшие в земную поверхность. Научно-исследовательский маркшейдерского дела институт попытался связать горной геомеханики аварийные ситуации и на трубопроводах с сейсмическими явлениями. Изучив природу 1021 отказа, Институт пришел к выводу что практически все разрушения на трубопроводах большой протяженности произошли в зонах возможного 78 влияния тектонических разломов. Так интервалы времени между авариями подчинялись определенной периодичности, совпадающей с периодами сейсмической активности, установленной по материалам Таштагольской сейсмостанции. Для более глубокого изучения и предотвращения аварий Институт предлагает провести геодинамическое районирование земной коры вдоль трасс действующих, строящихся и перспективных трубопроводов. Отдельные районы Восточной Сибири, Прибайкалья и Дальнего Востока, где намечается большая программа строительства трубопроводов, сейсмически опасны. Здесь возможны землетрясения 6-10 баллов по шкале МЗК-64. Появление повреждений на трубопроводах обычно наблюдается при интенсивности около 7 баллов по шкале МЗК-64. Разрушения на старых поврежденных коррозией трубопроводах можно ожидать и при меньших по интенсивности сейсмических воздействиях. Серьезным источником загрязнения окружающей среды являются процедуры очистки полости и испытания трубопроводовперед сдачей в эксплуатацию. В зависимости от района строительства, сезонности работ, особенностей технологических операций сооружения газопровода его внутренняя полость может быть загрязнена грунтом, продуктами коррозии, сварочным гратом и огарками, водой, снегом, льдом и, наконец, случайно попавшими предметами. Как показала практика, масса загрязнений в расчете на метр длины очищаемого газопровода диаметром 1420 мм составляет до 0,6 кг, а в отдельных случаях это количество увеличивается в 2-3 раза. Только продукты коррозии составляют 20 г/м3 объема полости. При продувке участка в 30 км из такого трубопровода выносится до 50 т загрязнений, в том числе до полтонны продуктов коррозии. Выброс такого количества загрязнений через открытый конец газопровода приводит к загрязнению площади до 1000 м в длину и до 300 м в ширину. 79 При промывке газопроводов диаметром 1420 мм на участке протяженностью 30 км объем загрязненной воды составляет 55 тыс. м3. Сброс такого количества воды на рельеф чреват загрязнением и засолением грунта, размывом поверхности и растеплениемвечномерзлых грунтов. Такой неорганизованный сброс запрещен. Вода после промывки направляется в отстойники и после осветления опускается в водоемы. Однако в случае разрушения трубопровода при испытании неизбежен сброс большого объема воды в незапрограммированном месте с развитием эрозионных процессов. Большой урон окружающей среде наносят сооружение и эксплуатация речных переходов. При строительстве подводных траншей загрязняется вода, происходит нарушение гидрологических условий территории при рытье траншей трубопроводов на водных переходах, нарушение нерестилищ рыб при дноуглубительных работах, подводного складирования грунта для обратной засыпки траншеи после укладки дюкера, заготовки песчаногравийных смесей в руслах рек. В водотоки попадает растворенная целлюлоза из захороненных на трассе «древесных остатков», отходами древесины захламляются русла рек. До сих пор в скальных грунтах выполняются буровзрывные работы. Все это резко отрицательно сказывается на ихтиофауне. При проектировании часто не прогнозируются техногенные деформации русел, особенно тундровых рек. С этим связаны многие негативные последствия, обусловленные русловыми процессами. К зоне риска должно быть отнесено состояние отдельных речных переходов, главным образом, из-за обнажения в русловой части, ненадежного закрепления берегов в створе перехода, невозможности пропуска по отдельным ниткам внутритрубных диагностических снарядов. К тому же следует отметить, что из общей длины в 3500 км речных переходов 40% проложены более 20 лет назад. В годы трубопроводного «бума» ежегодно только в русловой части рек прокладывалось по 30 км дюкеров с 80 переработкой до 15 млн м3 донного грунта в год. На размытые (открытые) участки подводных трубопроводов действуют гидродинамические силы. Накопление усталостных повреждений может привести к выбросу максимальных динамических напряжений за допустимый уровень, возможен рост трещин до критических размеров и, как следствие, разрушение подводного трубопровода. В самой технологии укладки дюкеров в траншею на дне водоемов таится много не предвиденных и осложняющих обстоятельств. Гораздо большая надежность и безопасность переходов может быть достигнута при использовании метода наклонно-направленного бурения. В этом случае трубопровод укладывается в скважину, проведенную в массиве ненарушенного грунта на большой глубине. Очевидно, что в этом случае просадки, размывы и всплытие подводного трубопровода, т.е. изменение его проектного положения, исключаются, не нарушается естественный ландшафт, не угнетается флора и фауна. Главная задача проектировщиков, строителей и эксплуатационников — построить и эксплуатировать экологически безопасные трубопроводы, КС, НС, резервуарные парки и подземные хранилища, а техногенные воздействия, практически, не сказывались бы на окружающей среде, были бы скомпенсированы до нормального фонового состояния природы. Пока этого достигнуть не удается. Контрольные вопросы: 1. Аварии на магистральных газопроводах. 2. Основной источник загрязнения атмосферы при транспорте нефти и газа. 3. Потери метана в системах газовой промышленности. 4. Аварии на магистральных нефтепроводах. 5. Оползневые процессы на трассах трубопроводов. 81 Раздел 7. Природоохранные технологии Тема 16. Основные требования к природоохранным технологиям Буровые работы, проведенные без учета возможных негативных последствий, в настоящее время очень сильно влияют на загрязнение окружающей среды производственно-технологическими отходами бурения. Сброс таких отходов предопределяется несовершенством как основных технологий ведения буровых работ, так и отсутствием специальных техникотехнологических решений по их обезвреживанию и утилизации. Размещение же в объектах природной среды отходов бурения, превышающих пороговую ассимилирующую способность этой среды, и интенсивная эксплуатация при этом возобновляемых природных ресурсов, превышающих продуктивность циклов их самовозобновления, являются основными причинами прогрессирующего ухудшения качества окружающей среды в районах ведения буровых работ. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при строительстве скважин возможно принципиально двумя путями — совершенствованием основных технологических процессов в направлении резкого повышения уровня их экологичности и созданием специальных технологий утилизации отходов бурения и нейтрализации их вредного воздействия при сбросе в объекты окружающей среды с оптимальным рассеиванием остаточного загрязнения в лито- и гидросфере. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют жидкие отходы бурения (главным образом, БСВ), так как они являются самым подвижным и легко аккумулирующимся загрязнителем отходом. Вместе с тем как сырье для регенерации из них активных компонентов буровые сточные воды являются "тощими" и представляют собой разбавленный раствор вредного вещества с концентрацией, как правило, до 0,1—1% и, за редким исключением, до 2,5%. Требуемая глубина извлечения из БСВ загрязнителей составляет 0,01—0,03% от определяемого нормативами 82 экологически безопасного уровня как для сброса, так и для утилизации в технологическом цикле буровой. Как видно, система обезвреживания БСВ относится к технологии, более сложной, трудоемкой, энергоемкой и дорогостоящей, чем обычная технология. Полная утилизация более концентрированных суспензий (ОБР) или шламовых масс путем регенерации и извлечения из них ценных компонентов (утяжелителя, глинопорошка, отдельных химреагентов и т.д.) в промысловых условиях в настоящее время также экономически невыгодна из-за сложности и громоздкости технологических процессов. Буровые же установки на сегодняшний день специальной техникой для решения указанных задач не оснащены. Поэтому требуется пересмотреть не только сложившееся положение с переработкой и обезвреживанием отходов, но и всю концепцию буровых работ с позиций экологии. В связи с этим на повестку дня поставлен вопрос разработки экологически безопасной малоотходной ресурсо-сберегающей и природовосстанавливающей технологии бурения скважин, предусмотрев очистку, обезвреживание и максимально возможную утилизацию отходов бурения. Решение этого вопроса невозможно в первую очередь без перехода на замкнутый цикл водообеспечения буровой. Как известно, процесс бурения — водопотребный технологический цикл. Поэтому одним из основных требований к технологии бурения должно стать требование обязательного введения оборотного водоснабжения буровой. Водопотребление — это расход воды по целевому назначению для различных технологических нужд процесса бурения. Соответственно основным функциям воды в технологическом процессе бурения формируются и требования к ее качеству. Такие требования в настоящее время окончательно еще не разработаны, хотя в специальной литературе нередко приводятся разнообразные нормативы, не имеющие в большинстве случаев убедительного теоретического обоснования и представляющие 83 большей частью формальный перенос на другие объекты показателей из смежных областей науки и техники. Следует отметить, что при разработке соответствующих показателей качества БСВ в первую очередь следует исходить из накладываемых экологических ограничений. Вследствие многообразия природно-климатических условий и особенностей технологии проводки скважин единых и универсальных правил разработки замкнутых и бессточных систем водообеспечения буровой не имеется. Можно лишь сформулировать наиболее общие правила, водоснабжения буровой являющиеся характерными для бурения. Проектирование системы оборотного начинается с оставлением схемы водопотребления и водоотведения с указанием качественной и количественной характеристик воды в каждой технологической операции и научно обоснованных требований к качеству используемой воды. Проектирование системы оборотного водоснабжения должно проходить в увязке с основной технологией. Для этого следует разработать: рациональную научно обоснованную схему использования технической воды в водопотребных точках буровой с учетом требований к качеству воды во всех технологических операциях и многократного повторно-последовательного ее применения; рациональную систему канализации БСВ; локально замкнутую систему технического водоснабжения буровой; рациональную технологию очистки и доочистки буровых сточных вод с учетом возможности безопасного сброса в объекты природной среды, откачки в нефтепромысловый коллектор для использования в системе поддержания пластового давления или закачки в поглощающие горизонты на захоронение. Образующиеся при очистке БСВ осадки следует максимально утилизировать или обезвреживать. 84 После разработки схемы водопотребления и водоотведения должна производиться оценка качества БСВ как по концентрационному признаку, так и характеру загрязнения, что является основой выбора необходимого метода и технологии очистки и доочистки сточных вод с учетом утилизации и сброса очищенных сточных вод. Причем очистке и утилизации должен подвергаться такой объем стоков, чтобы остаточная загрязняющая нагрузка, отводимая с очищенными сточными водами, не превышала пороговой ассимилирующей способности объектов природной среды в районе ведения буровых работ. Принципиальная схема водообеспечения буровой, обеспечивающая решение природоохранных задач, должна в общем случае предусматривать следующие блоки: инженерную систему канализации стоков и их отвод в места организованного сбора; блок очистки БСВ; блок накопления очищенных стоков; водораспределительную емкость для направления технической воды на точки водоиспользования с целью вовлечения ее в водооборот. В настоящее время на практике в технологических схемах водообеспечения буровой реализуются лишь три из перечисленных выше блоков - первый, третий и четвертый. Основой рационального водоиспользования является глубокая очистка, которая, как правило, технологическими схемами не предусматривается из-за отсутствия научно обоснованных технико-технологических решений по ее осуществлению. Как видно, без этого основного закона достичь резкого повышения экологичности технологического процесса бурения не представляется возможным. Поэтому необходимо принятие мер многопланового характера по разработке и внедрению в промысловую практику эффективной техники и технологии водоочистки. Одной из актуальных проблем природоохранных технологий в бурении является максимальная утилизация образующихся отработанных буровых 85 растворов и шлама. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что утилизация и переработка отходов, эффективное использование вторичных ресурсов - это не только радикальные средства предотвращения загрязнения окружающей среды, но и одновременно решение проблемы рационального природопользования. Основополагающими принципами концепции малоотходной технологии строительства скважин применительно к полужидким и твердым отходам бурения, т.е. ОБР и шламу, являются: создание и внедрение технологических процессов комплексной переработки отходов с получением товарной продукции с соответствующими потребительскими свойствами; создание и внедрение принципиально новых технологических процессов с образованием минимально возможных объемов отходов бурения. При этом остающиеся после утилизации отходов бурения остатки должны быть обезврежены и безвредно захоронены Кроме того, при утилизации отходов следует стремиться к максимально возможной полноте их использования в принятых областях утилизации. Одним из показателей эффективности утилизации отходов бурения следует принять по аналогии с другими отраслями народного хозяйства показатель-коэффициент утилизации (КУ), представляющий собой отношение объемов утилизации отходов к общему объему образующихся отходов. Как показывают расчеты, при общем объеме ежегодно образующихся только в Западной Сибири 6,2 млн.т отходов в виде ОБР и бурового шлама утилизируется немногим более 4,6 тыс.т указанных отходов, т.е. коэффициент, утилизации составляет немногим более 0,0007. Причем основным направлением утилизации является повторное использование буровых растворов для проводки новых скважин. Другие направления утилизации еще широкого распространения не получили из-за отсутствия как научных разработок, так и готовых инженерных решений. Вместе с тем в ряде отраслей горной промышленности коэффициент утилизации достигает 86 значения 0,22—0,27. Как видно, весьма заметно отставание нефтяной и газовой промышленности от других горнодобывающих отраслей народного хозяйства в области рационального природопользования и ресурсосбережения. В то же время состав указанных отходов бурения, представленный в основном высокодисперсным глинистым минералом, открывает широкие возможности их использования в различных областях. Расчеты свидетельствуют, что повышение КУ до 0,2—0,25 позволит снизить расходы буровых предприятий на ликвидацию шламовых амбаров, не говоря уже о существенном повышении уровня экологичности буровых работ. Расширение возможностей использования отходов бурения в качестве вторичного сырья на смежных производствах либо исходных материалов в основном цикле строительства скваждн требует разработки специальной системы их сбора и технологических процессов утилизации. Причем наиболее рациональным представляется максимальное приближение таких технологий к технологическому процессу бурения — они должны являться продолжением основного процесса строительства скважин. С проблемой утилизации ОБР и шлама теснейшим образом переплетается и проблема обезвреживания указанных отходов бурения. При этом технология обезвреживания отходов должна решать вопросы максимально возможного снижения уровня техногенного воздействия их на объекты природной среды, а места сброса таких масс не должны являться источником вторичного загрязнения окружающей среды и органически вписываться в естественную ландшафтную структуру мест сброса или ведения буровых работ. Таким образом, технологиям являются: нормативов ведения основными требованиями соблюдение буровых в работ полной и к природоохранным мере экологических максимальная производственно-технологических отходов бурения. утилизация 87 Контрольные вопросы: 1. Причины прогрессирующего ухудшения качества окружающей среды в районах ведения буровых работ. 2. Обеспечение нормативного качества природной среды при строительстве скважин. 3. Жидкие отходы бурения. 4. Замкнутый цикл водообеспечения буровой. 5.Утилизация образующихся отработанных буровых растворов и шлама. 6. Основные требования к природоохранным технологиям. Тема 17.Охрана недр и окружающей среды Разведка, разбуривание и разработка нефтяных месторождений должны осуществляться при полном и строжайшем соблюдении мер по охране недр и окружающей среды. Охрана недр предусматривает осуществление комплекса мероприятий, направленных на предотвращение потерь нефти в недрах вследствие низкого качества проходки скважин, нарушений технологии разработки нефтяных залежей и эксплуатации скважин, приводящих к преждевременному обводнению или дегазации пластов, перетокам жидкости между продуктивными и соседними горизонтами, разрушению не-фтесодержащих пород, обсадной колонны и цемента за ней. Охрана направленные окружающей на среды обеспечение предусматривает безопасности мероприятия, населенных пунктов, рациональное использование земель и вод, предотвращение загрязнения поверхностных и подземных вод, воздушного бассейна, сохранения лесных массивов, заповедников, охранных зон и т.п. 88 17.1. Охрана водных ресурсов Природные воды являются одним из объектов нефтяного загрязнения и наряду с атмосферой и литосферой испытывают техногенное воздействие при разведке и добыче углеводородов. При этом, в первую очередь, происходит снижение качества вод в результате загрязнения нефтью, промысловыми стоками, химреагентами, буровыми растворами. Величина мировых потерь нефтепродуктов составляет по различным оценкам несколько сот миллионов тонн в год, из них около 20 % ежегодно попадает в Мировой океан. При поступлении углеводородов в природные воды увеличиваются концентрации органических веществ и высокотоксичных продуктов (фенолов, нафтенов). Одновременно снижается скорость газообмена между водной средой и атмосферой. Растворимость нефти в воде является определяющим свойством в процессе загрязнения гидросферы. Увеличение этого показателя отмечается в следующей последовательности: парафины - нафтены - олефины - ароматические вещества. Наивысшей нефтепродукты, растворимостью Максимальное характеризуются суммарное более содержание легкие растворенных ароматических углеводородов в воде может достигать 1,5 г/л. Одним из распространенных представителей полициклических ароматических углеводородов является бензпирен, обладающий сильным канцерогенным действием, ПДК которого в воде установлено в 0,05 мкг/л. Присутствие нефти и нефтепродуктов в природных водах, превышающее ПДК, как правило, сокращает или полностью исключает практическое использование последних. В табл. 2.1 приведены сведения по ПДК загрязнителей нефтяного происхождения в различных объектах водопользования. 89 Поверхностные воды Поступление нефти в океан приводит к сокращению и ухудшению биологических и рекреационных морских ресурсов. Площадь загрязнения от разлива 1 т нефти при толщине пленки несколько сотых микрометра может составить более 30 км2 . Таблица 17.1 – Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в природных водах Наименование загрязнителя Нефть и нефтепродукты Нефть высокосернистая Этилен Мазут Бензин топливный в расчете на углерод Керосин в расчете на углерод Нафтеновые кислоты Бензол Масло соляровое ПДК, мг/л Хозяйственнопитьевые 0.3 водоемы 0,1 0.5 0,3 0,1 0.1 0.3 0.5 - Рыбохозяйственные объекты 0.05 0.5 0.01 Интенсивность процессов самоочищения зависит от климатических условий региона и от свойств самой нефти. Миграция нефти и нефтепродуктов в водной среде осуществляется в пленочной, эмульгированной и растворенной формах, а также в виде нефтяных агрегатов. Донные осадки аккумулируют нефть, однако этот процесс нельзя рассматривать как самоочищение акваторий. В этом случае разложение сорбированных углеводородов происходит значительно медленнее, чем в водной среде. Кроме того, на контакте среды и русловых отложений устанавливается динамическое равновесие и осадки могут служить повторным источником загрязнения водоема. Известна деятельностью прямая связь микрофлоры, между очищающей температурным воду от режимом нефти. и Наиболее эффективно процессы самоочищения проходят в районах экваториального шельфа и гораздо медленнее на глубоководных акваториях и в приполярных морях, где нефть может сохраняться в растворенном состоянии или в виде эмульсии на водной поверхности в течение нескольких десятков лет. 90 Аналогичные закономерности наблюдаются и при поступлении нефти в речную сеть. По данным Р.И.Медведского (1978 г.), в средней климатической зоне самоочищение рек от нефтяного загрязнения происходит на участке длиной 200-300 км, а в условиях Крайнего Севера для этой цели требуется 1500-2000 км. Такие протяженные пути транспортировки нефтяного загрязнения не исключают возможности поступления углеводородов в шельфовую зону Северного Ледовитого океана. Основными поставщиками нефтяного загрязнения океана служат поверхностные водотоки, протекающие через площади интенсивного хозяйственного освоения и сточные воды промышленных предприятий, расположенных в береговой зоне. Морской флот занимает второе место в статистических данных как источник поступления углеводородов и гидросферу. Разведка и добыча нефти на континентальном шельфе также сопровождается техногенным загрязнением Мирового океана. По зарубежным оценкам, поступление нефти в океан из этого источника не превышает 200-300 тыс. т /год. Аварийные разливы наиболее часто происходят при испытаниях скважин и транспортировке углеводородного сырья по трубопроводам на береговые сборные пункты. Для охраны распространение гидросферы должны от получить нефтяного загрязнения превентивные большое природоохранные мероприятия, снижающие или исключающие вероятность аварии при добыче и транспортировке углеводородного сырья. Они связаны с увеличением затрат на строительство судов, морских стационарных платформ н подводных трубопроводов, но их объем значительно меньше расходов на применение методов очистки воды и убытков от ухудшения биологических и рекреационных ресурсов Мирового океана. Подземные воды Масштабность техногенного воздействия разведки и разработки месторождений углеводородов на подземные воды зависит от геологического 91 строения, гидродинамических и термобарических условий, технологии эксплуатации нефтегазоводоносных комплексов. Влияние техногенных факторов непосредственно сказывается на изменениях физико-химического состава и органолептических свойств грунтовых вод, а с некоторым запозданием во времени - и на качественных характеристиках подземных вод глубоких структурных горизонтов. Как следствие, гидрохимическая и температурная обстановка в водоносных горизонтах, сформированная под воздействием техногенных факторов, оказывает влияние на фильтрационные свойства пород. Экспериментальные данные свидетельствуют, что при изменении температуры от 20 до 80 ° С проницаемость глин возрастает на один или два порядка, что, в свою очередь, обусловливает увеличение скорости латеральной миграции подземных вод и вертикального водообмена. При фильтрации воды, загрязненной нефтепродуктами, происходит их постоянное накопление во вмещающих породах. Вместе с тем, параллельно накоплению идут процессы разложения органических веществ с учетом реальной физико-химической обстановки в коллекторе. Случаи нефтяного загрязнения широко распространены во многих промышленно развитых странах. Обычно на этот вид загрязнения приходится 30-40 % общего загрязнения подземных вод и по масштабам негативного воздействия нефть стоит в одном ряду с ведущими химическими загрязнителями - соединениями азота, серы, хлора и фосфора. Из отечественной и зарубежной практики известны примеры, когда подземные водозаборы были выведены из строя на десятки лет в результате загрязнения нефтепродуктами. невозможно На отдельных ликвидировать с объектах приемлемыми загрязнение практически технико-экономическими показателями. Эффективность борьбы с нефтяным загрязнением подземных вод в значительной степени снижается из-за недостаточной изученности механизма загрязнения нефтепродуктами и слабой разработанности методов его индикации. 92 Существенное влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод оказывают попутные воды, которые извлекаются из продуктивного пласта на поверхность вместе с нефтью или газом. Наряду с высоким содержанием солей в этих водах присутствуют токсичные злементы (бор, литий, бром, стронций и др.) и органические вещества (нафтеновые кислоты, фенолы, эфиры, бензол и др.). В попутных водах встречаются механические примеси, нефтепродукты, а также утяжелители и химреагенты, которые применяют в процессе бурения скважин Утилизация вод нефтяных месторождений В настоящее время для нейтрализации воздействия сточных вод на окружающую среду применяется их естественное упаривание в прудахиспарителях и на полях фильтрации, закачка в глубокие поглощающие горизонты и заводнение продуктивных коллекторов для ППД. Первые два способа используются ограниченно, так как косвенно влияют на загрязнение воздушной среды и подземных вод. Наиболее приемлемым с экологических и экономических позиций является заводнение нефтеотдачи, ППД продуктивных позволяет горизонтов. уменьшить Кроме повышения вероятность изменения пространственного положения или разрушения залежей из-за увеличения градиентов напоров в продуктивных резервуарах. В отечественной и зарубежной практике накоплен опыт захоронения промысловых сточных вод в глубокие поглощающие горизонты. Они должны иметь значительное площадное распространение, высокие емкостные и фильтрационные характеристики, быть приуроченными к зоне застойного или замедленного гидродинамического режима, обладать выдержанными водоупорами, исключающими гидравлическуто связь пластаколлектора с другими водоносными горизонтами. Обязательным условием должна быть совместимость составов пластовых и закачиваемых вод. В противном случае происходит отложение солей в призабойной зоне нагнетательных скважин, что отрицательно сказывается на их приемистости. 93 Участки размещения нагнетательных скважин необходимо располагать за пределами сейсмически активных районов. Контроль за гидрогеологическими параметрами поглощающих горизонтов осуществляется с помощью наблюдательных скважин. Однако даже при соблюдении всех мер предосторожности, предъявляемых к системе нагнетания и поглощающему объекту, захоронение сточных вод в подземные горизонты представляет потенциальную опасность для геологической среды. Наиболее рациональное использование подземных вод и рассолов, добываемых вместе с нефтью, возможно при заводнении продуктивных горизонтов для поддержания пластового давления. Применение системы ППД позволяет повысить нефтеотдачу пластов и темпы отбора нефти и, как следствие, сократить срок разработки месторождения. Кроме того, решается вопрос оборотного водоснабжения нефтедобывающих предприятий и сокращаются расходы на бурение поглощающих скважин. В настоящее время свыше 1,5 млрд. м3 пластовых вод откачивается из коллекторов вместе с нефтью, из них 90 % попутных вод находит применение в системах заводнения, а по отдельных объединениям этот показатель достигает 95-100 %. Благодаря утилизации этих вод, в оборотном водоснабжении частично компенсируется расход пресных вод для технологических целей при добыче нефти. Использование пластовых или сточных вод позволяет повысить коэффициент вытеснения нефти на 5-8 % по сравнению с применением пресных вод поверхностных для вод той при же цели. разведке Однако и суммарное эксплуатации потребление месторождений углеводородного сырья еще весьма значительно, Особое внимание следует уделить биологической и химической совместимости закачиваемых вод. Применение пресных вод для заводнения нефтяных коллекторов способствует развитию микробиологических процессов и, как следствие, заражению продуктивных пластов аэробными и анаэробными бактериями. Скорость формирования микробиологического сообщества в призабойных зонах нагнетательных скважин зависит от 94 физико-химических условий пласта и количества закачиваемой воды, содержащей кислород. В среднем этот период времени исчисляется несколькими месяцами, реже первыми годами от момента начала разработки месторождений с ППД. Наибольшую опасность в связи с высокой коррозийной активностью представляют сульфатвосстанавливающие, нитрофицирующие, тионовые и железобактерии. Среди обнаруженных в разнообразных попутных водах, групп следует микроорганизмов, отметить сульфат- восстанавливающие бактерии, содержание которых достигает нескольких миллионов клеток в 1 мл воды. Оптимальными условиями для жизнедеятельности этого типа бактерий являются близкая к нейтральной реакция водной среды, отсутствие или минимальное содержание свободного кислорода, минерализация воды в пределах 10-100 г/л, температура 20-40 °С. Именно они обусловливают процесс восстановления сероводорода и сульфатов, усилению который явлений ведет коррозии к накоплению нефтепромыслового оборудования . Требования, предъявляемые к качеству закачиваемой речной воды, постоянно возрастают, и сегодня для их использования в заводнении нефтяных пластов рекомендуется комплекс технологической подготовки. С помощью двухступенчатого фильтрования или последовательных операций, связанных с коагулированием, отстаиванием и фильтрованием, содержание в речной воде твердых механических примесей ограничивается 2-5 мг/л, растворенного кислорода - не более 0.1 мг/л, а коррозионная агрессивность не должна превышать 0,15 мм/год. При подготовке речной воды должны быть полностью удалены сульфатвосстанавливающие бактерии. При контакте закачиваемых и подземных вод отмечается изменение термодинамических условий миграции флюидов, сопровождающееся нарушением солевого равновесия и интенсификацией процессов биогенной сульфатредукции. 95 Известно, что около 80 % потерь от коррозии нефтепромыслового оборудования связано с деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий. Под воздействием этих микроорганизмов проиходит окисление водорода металла и осаждение железа в сульфидной форме. Сульфид железа образует гальваническую пару с железом, в которой сульфид железа является катодом, а железо подвергается анодному растворению. Скорость коррозии металла может достигать 6 мм/год. Для защиты оборудования и коммуникаций от коррозии широко используют ингибирование всей добываемой жидкости и закачиваемой в пласт воды. Для предотвращения солеотложения в продуктивных пластах и дня защиты от микробиологической коррозии нефтепромыслового оборудования применяют для ППД природные и сточные растворы, совместимые по химическому составу с подземными водами. Возможно использование химических реагентов-ингибиторов в композиции с полимерами, бактерицидами и другими активными веществами. При наличии в природной зоне глинистых минералов под влиянием нагнетаемой воды снижается проницаемость пласта и приемистость скважин. Разбухание интенсивно развивается при контакте с пресными водами и существенно снижается при использовании попутных вод повышенной минерализации. Опытные данные показывают, чгго разбухание глин не происходит при минерализации закачиваемой воды более 20-30 г/л и содержании ионов кальция и магния более 10 %. Контрольные вопросы: 1. Охрана недр. 2. Охрана водных ресурсов. 3. Подземные воды. 4. Поверхностные воды. 5. Утилизация вод нефтяных месторождений. 96 Тема 18.Технологии очистки сточных вод Основная цель водоохранных мероприятий на предприятиях нефтегазокомплекса – минимизация вредного воздействия на водную среду путем эффективной очистки бытовых и производственных сточных вод. Водоочистные сооружения включают сбор, очистку сточных вод, контроль качества очистки и сброс очищенных вод. Еще раз отметим: циркуляция воды позволяет уменьшить количество воды, забираемой из внешнего источника; свести к минимуму объемы сбрасываемых стоков, то есть организовать экологически более совершенную систему. Существует большое разнообразие технологий очистки стоков и, соответственно, очистных сооружений. Эффективность их различна. Таблица 18.1 – Эффективность очистки сточных вод разными методами Концентрация, мг/л до очистки после ЗВ Метод очистки Нефть Фильтрование 20-200 (песок) Нефтеловушки 26000 Биохимическое 17,6 окисление Степень очистки, % 10-25 50-87 57 8,2 99,7 53 Выбор метода очистки зависит от типа загрязняющих веществ. Механические методы очистки сточных вод используют гравитационные и центробежные силы для очистки сточных вод от загрязняющих веществ. Мелкодисперсные загрязняющие частицы отделяются фильтрованием. Грубодисперсные загрязняющие вещества (минеральные и органические) выделяют отстаиванием и разделением в поле центробежных сил на гидроциклонах или центрифугах. 97 К оборудованию, использовающему метод отстаивания, относятся песколовки, буферные резервуары, нефтеловушки, отстойники или пруды. Буферные резервуары применяются, если стоки поступают от разных объектов и отличаются по качеству. Вода находится в них в течение 6-24 часов. Нефтеловушка основное сооружение для отстаивания нефтесодержащих сточных вод. В ней оседает и значительное количество твердых механических примесей. Сточная вода попадает в распределительную камеру, затем в отстойные камеры (секции нефтеловушки), в конце последней вода проходит под нефтеудерживающей стенкой и через водослив попадает в поперечный сборный лоток, затем в сборный коллектор. Всплывшие нефтепродукты собираются и отводятся щелевыми поворотными трубами. Осадок выпадает на дно секции и собирается в приямок скребком. Для дополнительного отстоя и отделения механических примесей используются отстойники или как самостоятельный очистной объект или как вспомогательные устройства. В зависимости от направления движения воды отстойники могут быть горизонтального, вертикального, радиального или комбинированного типа. Для дополнительного отстоя сточных вод после нефтеловушек или установок физико-химической очистки используют пруды, глубина которых 1-1,5 м. Откосы и дно – покрывают глиной, асфальто-бетоном или бетоном. Продолжительность отстаивания 1-2 суток. Содержание нефтепродуктов не должно превышать 15-30 мг/л. Физико-химические методы очистки сточных вод. К ним относятся методы флотации, коагуляции. Физико-химические методы позволяют интенсифицировать отделение взвешенных частиц минеральных и органических загрязняющих веществ, позволяют извлекать из стоков необходимые компоненты (экстракция, сорбция и др.). 98 Флотация. Флотация – способ удаления из сточных вод загрязняющих веществ (эмульгированной нефти, нефтепродуктов, твердых минеральных загрязнителей, которые не задерживаются в нефтеловушках) за счет прилипания частиц примесей к пузырькам воздуха и выносу загрязненных веществ вместе с ними. В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию: компрессионную (напорную), пенную, химическую, вибро-, биои электрофлотацию. Компрессионная – образование пузырьков газа в газонасыщенной воде в аппарате по мере снижения давления. Время пребывания во флотационной зоне r = 20мин, а в отстойной зоне – 3 ч. Количество газа (при снятии давления) не менее 15 л/м 3; содержание нефти и механических примесей не более 250-300 мг/л, деэмульгатор – нежелателен, т.к. снижает эффективность очистки. При таком способе очистки воды возникает проблема обработки и утилизации шлама. За рубежом данный метод нашел широкое распространение. Биологические методы очистки. Для удаления из сточных вод растворенных органических веществ часто применяют биологическое окисление в природных или искусственных условиях Биохимическую очистки, имеющих очистку проводят пропускную на станциях способность 50-100 биохимической м3/сут, после механической и физико-механической очистки. Могут быть испытаны различные микроорганизмы-деструкторы (аэробные бактерии), иммобилизованные на твердых частицах, способные «поедать» органические вещества, содержащиеся в сточных водах. 99 Преимущества биофильтров: простота эксплуатации, надежность работы, малые затраты энергии, способность выдерживать 2-9 кратные перегрузки по загрязненным веществам и расходу сточных вод. Работа аэротенка в условиях перегрузок – нарушается, состояние активного ила ухудшается. Материал – щебень, гравий, пластмасса и полимерные материалы всевозможной конструкции. Недостаток – биомасса на загрузке распределяется неравномерно. Биосорбция – это совместное использование сорбентов (активные угли, порошкообразные) и активного ила. Повышается глубина биологической очистки и процесс интенсифицируется. Технология путевого сброса воды. В технологическом плане специалисты АНК Башнефть предлагают осуществлять путевой сброс воды, то есть осуществлять отбор воды во всех точках технологической схемы, где она выделяется в виде свободной фазы – в сборных коллекторах, на пониженных участках трассы, где скапливается вода, сепараторах на ДНС, вблизи кустовых насосных станций системы ППД. Это приводит к отстойники, уменьшению коррозии, печи, предотвращает снижению нагрузки на возможность повторного диспергирования, что позволяет облегчить подготовку и повысить качество воды для закачки в пласт. В качестве водоотделителей при путевом сбросе воды в АНК Башнефть испытываются трубные водоотделители (ТВО) водаиспользуется непосредственно на месторождении). (сброшенная 100 Рисунок 17.1 – Принципиальная схема установки путевого сброса воды: 1- нефтегазопровод, 2- трубный разделитель, 3- успокоительный коллектор, 4вход успокоительного коллектора в трубный разделитель, 5-6 - датчики уровня, 7отстойник воды Степень очистки воды от нефти: до 20-60 мг/л. Для более глубокой очистки воды трубные водоотделители применяются в сочетании с отстойниками воды. Контрольные вопросы: 1.Механические методы очистки сточных вод. 2. Физико-химические методы очистки сточных вод. 3. Биологические методы очистки. 4. Технология путевого сброса воды. Тема 19. Мониторинг нефтяного загрязнения Мониторинг - система долгосрочных наблюдений, оценки, контроля и прогноза состояния и изменения объектов. Принято делить мониторинг на базовый (фоновый), глобальный, региональный и импактный (в особо опасных зонах и местах), а также по методам ведения и объектам наблюдения (авиационный, космический, окружающей человека среды). 101 Поисково-разведочные работы на нефть и газ, добыча и первичная переработка углеводородов на промыслах сопровождаются нарушением естественного состояния природной среды и ее загрязнением. Масштабы техногенных изменений в нефтегазоносных районах зависят от природных условий и особенностей геологического строения, техники и технологии геолого-разведочных. и эксплуатационных работ, продолжительности разработки месторождений. Актуальной научно-практической задачей является разработка для основных объектов нефтяной и газовой промышленности единой научно обоснованной системы контроля, которая позволяла бы контролировать и выявлять выделение вредных веществ - загрязнителей атмосферного воздуха и других природных объектов, связь количественных показателей выбросов с технологией, метеорологическими параметрами. Полученные при этом данные должны служить научной основой для: – прогнозирования вероятности образования опасных концентраций вредных веществ в воздухе, воде и почве; – определения размеров загрязненных участков, опасных зон, возможных последствий. Мониторинг нефтяного загрязнения - это отдельный раздел системы управления качеством окружающей среды, включающий сбор и накопление информации о фактических параметрах основных компонентов окружающей среды и составление прогноза изменения их качества во времени. Концепция мониторинга предусматривает специальную систему наблюдений, контроля, оценки, краткосрочного прогноза и определения долгосрочных тенденций в состоянии биосферы под влиянием техногенных процессов, связанных с разведкой и разработкой нефтяных месторождений. Система наблюдения за нефтяным загрязнением. Ведение мониторинга базируется на создании и оборудовании специальной режимной сети и наличии долгосрочной программы наблюдений. В программе предусматривается необходимость изучения 102 фонового состояния биосферы и определения антропогенного воздействия на окружающую среду. При этом с учетом темпов изменения экологической обстановки и скорости поступления загрязняющих веществ проводится выбор объема и количества проб, частоты и периодичности отбора, объектов опробования и их распределение по площади. В зависисмости от места нахождения региона и целевых задач режимной сети система наблюдений может быть региональной или локальной, а также осуществляться на типовых участках и опытных полигонах. Под региональным прогнозом понимается прогноз для крупных территорий преимущественно на качественном уровне, отражающем наиболее общие природоохранные аспекты. Характеристика ожидаемых явлений составляется по результатам анализа фактического материала с учетом пространственной и временной последовательности. В данном случае широкое применение находит метод аналогий. Локальный прогноз выполняется для конкретного объекта (скважина, месторождение, промысел). Интерпретация результатов стационарных наблюдений за динамикой всех компонентов окружающей среды, как правило, проводится на математических моделях с использованием аналоговых, численных и аналитических методов. Режимная сеть включает существующие и специальные пробуренные скважины, наблюдательные гидрогеологических посты характеристик за изменением поверхностных метеоусловий водотоков. и При стационарных исследованиях на ключевых участках выполняется контроль за составом и формами нахождения загрязняющих веществ в воздухе. почве, воде и грунтах. Количественная оценка нефтяного загрязнения проводится при сопоставлении содержания индикаторных компонентов с величиной их фоновых значений и ПДК. Комплексное изучение физико-химической трансформации нефтяных углеводородов во всех основных компонентах окружающей среды позволяет оконтурить очаг загрязнения, составить 103 прогноз его развития как по площади, так и по разрезу и предложить мероприятия по его ликвидации. Одновременно на полигонах ведутся наблюдения за оседанием земной поверхности, которое возможно при интенсивной эксплуатации нефтяных месторождений. Для этой цели проводится периодическая нивелировка специальных реперов, размещение которых уточняется в процессе наблюдений. Сеть пунктов должна быть динамичной и ежегодно пересматриваться с учетом возникновения или ликвидации отдельных очагов загрязнения и результатов анализа проб. Периодичность отбора проб устанавливается в зависимости от площадных параметров объекта, ландшафтно-климатических условий, сложности геологического строения, а также от характера и интенсивности возможного поступления загрязняющих веществ. Частота отбора проб в каждом наблюдательном пункте определяется его местонахождением по отношению к источнику загрязнения. При детальных исследованиях и в условиях аварийного выброса углеводородов интервал между отборами проб может уменьшаться до нескольких часов. Для осуществления оперативного контроля за состоянием нефтяного загрязнения окружающей среды в качестве индикаторов могут быть рекомендованы содержания нефтепродуктов и полициклических ароматических углеводородов. Для этих веществ характерны токсичность, устойчивость к разрушению, высокая растворимость и повышенная миграционная активность в различных средах Контроль за загрязнением окружающей среды в зоне деятельности нефтегазодобывающих управлений. В зоне производственной деятельности нефтегазодобывающих управлений, использующих при разработке месторождений химические реагенты, достаточно широко применяются системы контроля за состоянием пресных водоисточников, почвы и атмосферного воздуха. 104 Контроль за изменением физико-химических свойств воды начинается с геологического и гидрогеологического изучения источника. Обычно в зоне деятельности нефтегазодобывающих управлений строится поверхностная карта водостоков, совмещенная с коммуникациями по транспорту нефти, газа, воды и их смесей. Наибольшее внимание уделяется трубопроводам, перекачивающим сточные воды. Определяются границы распространения водостока (истока и русла), населенные пункты и источники питьевых вод (колодцы, пруды, родники). Строится карта поверхности, совмещенная с картой расположения коммуникаций, и определяются контрольные пункты наблюдения. При пересечении местности в зоне деятельности НГДУ реками, ручьями пункты наблюдены выбираются в начале, середине и конце стока воды. Отбор проб и их анализ на токсичность проводится по известным методикам отбора и исследования вод. Определяются ионы Са2+, Мg2+, Ка+, НСО3-, С1-, SO42-, рН, общая жесткость воды, наличие ПАВ (химреагентов). Строятся графики изменения физикохимических свойств пресных вод. Наиболее распространенная методика определения начала загрязнения вод - сопоставление изменения хлор-иона, предельно допустимая концентрация которого для питьевых источников лимитируется 350 мг/л. Для большинства месторождений Урало-Поволжья концентрация хлоридов в пресных водах колеблется от 20 до 40 мг/л, текущее значительное отклонение от которых указывает на загрязнение пресных вод. Контроль за качеством подземных вод включает гидрогеологическое изучение разреза до источников пресных вод и определение границ их распространения. Обычно зона распространения пресных вод приурочена к верхней части разреза с зоной активного водообмена. Также строится карта распространения подземных вод и намечаются контрольные наблюдательные скважины. В случае их отсутствия бурят специальные наблюдательные скважины глубиной от 30 до 100 м. Отбор проб на исследования и частота отбора устанавливаются геологической службой НГДУ. 105 Анализами определяются те же физико-химические характеристики вод, что и для поверхностных. Сопоставляя графики изменения отдельных параметров характеристики вод, определяют место, интенсивность и объемы загрязнения, по результатам которых проводятся организационно- технические мероприятия по ликвидации утечек - источников загрязнения. Контроль за состоянием почвы проводится как визуально, путем осмотра, так и лабораторным методом. Визуально исследуется изменение внешних (видимых) характеристик, таких как цвет, плотность, наличие растительности. Лабораторный анализ включает отбор проб почвы, измельчение, отмыв в пресной, предварительно исследованной воде, отстой и химический анализ этой воды. Загрязнение воздушного бассейна связано с выделением СО2, Н2S в местах подготовки нефти, сжигания газа или шлама в факелах. При этом, кроме воздушного бассейна, могут загрязняться почва и водоемы. При выпадении осадков (дождь, снег) СО2, Н2S могут образовывать кислоты, находящиеся в капельно-взвешенном и жидком состоянии, которые могут конденсироваться на поверхности и образовывать скопления. Поэтому для своевременной разработки и осуществления текущих организационнотехнических мероприятий по предупреждению загрязнения воздушного бассейна и поверхности почвы и водоемов, необходимо учитывать и вести наблюдения за изменением ветра, выпадением осадков. Отобранные пробы воздуха, как правило, исследуются путем хроматографического анализа. Применяются и экспресс-методы, основанные на использовании индикаторных материалов, при введении которых в пробу изменяется цвет. Контрольные вопросы: 1. Определение мониторинга. 2. Система наблюдения за нефтяным загрязнением. 3. Контроль за загрязнением окружающей среды в зоне деятельности нефтегазодобывающих управлений. 106 Учебное издание Вержбицкий Вячеслав Владимирович, Андрианов Игорь Ильич, Полтавская Марина Дмитриевна Охрана окружающей среды в нефтегазовом деле Учебное пособие (курс лекций) для студентов направления 131000.62 Нефтегазовое дело Редактор: -------------------------------------------------------------------Подписано в печать Формат 60 × 84 1/16 Усл. п. л.Уч. изд. л.Бумага газетная Тираж 70 Заказ № Тираж ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»