Экология и безопасность жизнедеятельности / Serikov - Ekologizaciya neftyanikh operaciy v more 2009

волжского стока привели к усилению водообмена между западом и востоком в северной части и, как следствие, к повышению роли восточной половины Северного Каспия для нагула полупроходных рыб. Но повышение уровня моря привело и к повышению нефтезагрязнений из-за подтопления нефтяных месторождений и из-за процесса инфильтрации нефти.

Несмотря на то, что добыча нефти и газа в шельфовых зонах в настоящее время базируется на новейших технологиях, сводящих до минимума вредное воздействие на окружающую среду, риск загрязнения имеется. Исследователи отмечают [65, 66], что с ростом объема

разведывательных работ и разработки нефтегазовых месторождений на шельфе Каспийского моря прикаспийскими странами, ускоренным темпом

ухудшается экологическое состояние Каспийского бассейна и прибрежных зон.

Предстоящее промышленное освоение углеводородных ресурсов дна в мелководной части казахстанского сектора Каспийского шельфа, при

невыполнении требовании экологической безопасности и природоохранных мероприятий, приведет к потере уникальных видов рыбных ресурсов и птиц Каспийского моря.

В суровых зимних условиях экосистема Северного Каспия весьма чувствительна к любому виду вмешательств. Анализ происходящих

изменений вокруг платформы позволит оценить и спрогнозировать последствия, к которым может привести масштабная эксплуатация месторождений в КСКМ.

Чтобы проанализировать какие последствия несет за собою процесс подводного бурения скважин, были организованы исследования в районах разведочных скважин. В работу вошли результаты мониторинговых

исследований гидрохимического и токсикологического состояния водной среды и донных отложений участка бурения. Полученные данные обобщены и разбиты по периодам буровых работ. Выделено три периода; период бурения, после бурения через 20-30 дней, после бурения спустя 7 месяцев.

Характеристика изменений, происходящих в районе буровой

платформы. Оценки загрязняющего действия проведены относительно фонового состояния экосистемы КСКМ. В качестве фоновых характеристик использовали показатели состояния водной среды, не затрагиваемых поисково-разведочными работами. Чтобы оценить

изменение гидрохимического состава воды КСКМ вследствие проведения нефтегазоразведочных работ, сопоставим фоновые результаты с данными, полученными во время проведения бурения и после него.

Компоненты солевого состава - хлориды и сульфаты находятся примерно в одном диапазоне варьирования значений. Незначительное повышение содержания этих веществ отмечено в период бурения, но оно

столь невелико, что можно говорить лишь о тенденции к изменению.

Содержание взвешенных веществ в период бурения увеличилось по сравнению с фоновыми значениями в три раза и составил 14,8 мг/дм3. Согласно «Правила охраны поверхностных вод. Типовые положения.» [67] превышение содержания взвешенных веществ не должно быть более 0,25 мг/дм3 для водоемов высшей рыбохозяйственной категории, к каким относится КСКМ, поэтому столь значительное повышение фонового

содержания взвешенных веществ является признаком технического воздействия.

После бурения участок повышенной мутности расположен примерно на этом же удалении от буровой установки, что и в период бурения - 2501000м, по количеству взвешенных веществ значительно выше. Максимальное содержание у дна отмечено на 250 метровом расстоянии от буровой и составляет 54,3 мг/дм3.

Содержание железа в воде также было снижено на всем исследуемом участке района бурения в период проведения работ и по прошествии месяца. Причем, количественных различий ни в пространственном распространении, ни по горизонтам не наблюдалось. Спустя 7 месяцев содержание железа было на фоновом уровне.

Фоновое содержание нефтепродуктов в воде находилось на уровне ПДК, установленной для водоемов рыбохозяйственного значения - 0,05мг/дм3. Концентрация нефтяных углеводородов в донных отложениях в среднем составляет 24 мг/кг, что незначительно превышает ПДК, равную

20мг/кг.

В период проведения разведочного бурения концентрация нефтепродуктов, как в воде, так и в грунтах увеличивается в два раза и составляет в среднем по участку работ 0,11мг/дм3 в воде 50мг/кг в грунте.

Увеличение содержания нефтяных углеводородов, по всей видимости, связано с проводимыми буровыми работами, так как спустя 7

месяцев в воде концентрация нефтепродуктов была на уровне фоновых величин - 0,04мг/дм3. В грунтах также отменена тенденция к снижению содержания нефтепродуктов, но их величина все еще превышала ПДК и составляла 42мг/кг.

Результаты анализа содержания тяжелых металлов в воде и донных отложениях в районе буровой скважины представлены в виде таблицы 4.3.

Исследования токсикологической ситуации в районе буровой установки показали следующее (таблица 4.4) [64].

Таблица 4.3.

Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях в районе буровой скважины (апрель 2006, 2007 гг.).

Станции		Вода, мкг/дм3					Донные отложения, мг/кг
		Zn	Ni	Pb	Cu	Hg	Zn	Ni	Pb	Cu	Hg
Район		0.87	1.94	9.5	5.56	0.03	137.1	57.1	20.76	33.03	0.04
скважины
100м		0,15	1,37	9,61	4,64	0,04	140	138,6	25,7	31,4	0,03
250м		6,4	3,23	2,0	4,26	0,05	144,3	51,4	18,6	28,6	0,04
500м		1,96	1,12	3,46	4,52	0,03	120,0	51,4	22,14	28,57	0,05
Среднее	по	2,35	1,91	6,14	4,74	0,04	135,4	74,6	21,8	30,4	0,04
участку
ПДКр/о ПДКп		10	10	6	1	0,01	23(50)	4(40)	6(10)	3(20)	1(0,03)

Таблица 4.4.

Содержание нефтепродуктов и токсичность воды и грунтов (средние показатели по 500м зоне)

Период		Нефтепродукты		Токсичность
наблюдений
		В воде	В	Выживаемость		Изменение		скорости
		мг/дм3	донных	дафний, % к		движения		протоплазмы
			отложен	контролю		клеток, %		отклонения
			иях,			от нормы
			мг/кг	В	В донных	В воде		В донных
				воде	отложения			отложениях
					х
Фон		0,05	24,2	91	91	10		11
В	период	0,11	50	83	76	14		17
бурения
После		0,1	44	80	73	13		18
бурения
(20дн.)
После		0,04	42	87	90	8		5
бурения
(8мес.)

Дафниевый тест выявил наличие слабой токсичности в воде и в грунте в период бурения. Отклонения выживаемости дафний составляли 17-24%. После бурения, спустя 20 дней, токсикологическая обстановка сохраняется. Отклонения выживаемости незначительно увеличиваются и составляют 20-27%, хотя не выходят за пределы интервала слабой токсичности.

Спустя 7 месяцев после прекращения буровых работ, токсичность присутствует только в воде (отклонения выживаемости рачков составляли 13%), Корреляционная зависимость на достоверном уровне существует между токсичностью и содержанием в воде меди (τ-0,52) и ртути (τ-0,5).

Именно по этим компонентам установлено превышение норм ПДК.

Возможно токсический эффект в какой то мере обусловлен и этим фактором.

Токсические свойства воды в период бурения могут быть связаны и с наличием в ней специфических органических веществ, используемых в составе буровых растворов [68, 69]. Теоретически буровые растворы могут являться потенциальными загрязнителями водной среды, но поскольку

аналитически определить наличие компонентов буровых растворов в воде не представляется возможным, то наши выводы о взаимосвязи

токсичности с наличием компонентов буровых растворов остаются на уровне предположений.

Воды Северного Каспия (согласно комплексной оценке качества вод по гидрохимическим показателям) оцениваются как непосредственно загрязненные, а в районе Уральской Бороздины – как загрязненные. В целом от года к году качество вод Северного Каспия ухудшается [44]. В начале 1999 года по сравнению с предыдущим годом во всем Каспийском море увеличилось содержание нефтепродуктов. В Среднем Каспий, например, до 3-6 ПДК. Загрязнение моря фенолом здесь колебалось на уровне 5 ПДК, среднее содержание ртути составляло 1,5–4 ПДК. В конце 80гг. и начале 90гг. произошел заметный рост загрязнения моря нефтью и нефтепродуктами, что объясняется затоплением площадок нефтепромыслов на побережье Северного Каспия.

Анализ результатов исследований показывает, что загрязнение вод Каспия нефтью и фенолами связано не только с поверхностным стоком, но и с подземным. Зоны разгрузки подземных вод глубинных горизонтов характеризуются аномальным содержанием фенолов, нефти и нефтепродуктов: концентрация нефтепродуктов составляют 0.21, фенолов

– 0.05-0.2, нафтеновых кислот – 3.8 мг/л, причем подземный сток в Северный Каспий составляет около 0.72 –1.23 км3/год.

Среднегодовые показатели качества воды Северного Каспия представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5.
Загрязненность воды	в Северном Каспии	за последние 5 лет
(среднегодовая).
Ингредиент, мг/л	Концентрация, мг/л	Превышение ПДК
Нефть	0,17	4
Фенолы	0,0035	3
Аммиак	0,025	<1
Кислород	9,10	<1

С целью определения экологического состояния в казахстанском секторе Каспийского моря (на местах разведочного бурения) проведено

исследование состояния воды и атмосферного воздуха в районе размещения первой морской платформы (46025′ с.ш., 52015′ в.д.) и в п. Пешном, расположенном в устье р.Урал [70]. В воздухе контролировалось содержание сероводорода, поскольку предполагается, что углеводородное сырье с шельфа Каспия по составу аналогично Тенгизскому, в попутном газе которого содержание сероводорода достигает 20% по объему.

Поскольку результаты таких исследований заканчиваются оценкой состояния окружающей среды, строго использовались ГОСТированные методы и приборы. Исследование воздуха проводилось согласно ГОСТ 17.3.01-86, по неполной программе. Результаты исследований воздуха в п. Пешном в виде диаграмм приведены на рисунке 4.1.

В районе расположения п. Пешной практически отсутствуют антропогенные источники загрязнения атмосферы, это заповедная зона. Поэтому удивляет пусть незначительное, но стабильное содержание сероводорода в его атмосфере. Чтобы разгадать данный природный феномен, проанализированы динамика среднемесячных изменений концентрации сероводорода в атмосфере поселка.

1997

1999

2001

2003

2005

ПДК

Сероводород

Рисунок 4.1. Среднегодовая концентрация сероводорода в воздухе п.Пешной (мг/м3)

В результате определено, что высокая концентрация Н2S наблюдается в мае месяце. В этот период года в результате штормов происходит нагонный процесс. Вода затапливает береговую зону до нескольких десятков километров, а после окончания шторма вода отходит назад. В грунте остаются микроорганизмы, которые под действием солнечной энергии разлагаются, и в воздухе накапливается сероводород.

Состояние загрязненности водной среды замкнутых водоемов, таких как Каспийское море, формируется под влиянием загрязняющих

веществ, поступающих с речным стоком, со сточными и коллекторно- сбросными водами, в результате процессов массопереноса в системе «атмосфера-вода-донные отложения», а также при разведке и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений.

Загрязняющие вещества в морской воде северной части Каспийского моря можно ранжировать в следующем порядке: фенолы, тяжелые металлы (ртуть, кадмий и др.), нефтяные и полиароматические углеводороды, хлорированные углеводороды.

Выводы: Таким образом, в данном параграфе работы исследованы

факторы негативного воздействия процесса бурения скважин на качество воды и на экологическое состояние морских акваторий на примере казахстанского сектора Каспийского моря.

4.2. Разработка природоохранных мероприятий при проведении оффшорных нефтегазовых операций

Исследование и разработка эффективных и экологически безопасных технологий, методов и средств борьбы с нефтяными загрязнениями водной

среды при освоении морских нефтегазовых месторождений представляют особую важность. Необходимо разработать наиболее эффективные природоохранные мероприятия, предусматривающие полное или максимальное предотвращение нефтяных загрязнений, например, за счет новых, экологически безопасных технологических схем, приборов и средств контроля и автоматизации, путем оптимизации и управления

производством на основе современных математических методов и компьютерных технологий.

Большинство морских месторождений Каспия сложены из слабо устойчивых нефтесодержащих пород, которые в процессе эксплуатации

легко разрушаются в призабойной зоне пласта как под действием небольшой скорости фильтрации жидкости, так и вследствие уменьшения давления на забое скважины.

Для борьбы с пробкообразованием и восстановлением нормальной работы скважины в качестве эффективного мероприятия применяют способ промывки песчаных пробок водой. Если нефтесодержащий песок, загрязненная промывочная жидкость попадают в море, то они систематически загрязняют водную среду. Для эффективного отмыва песка от нефти можно применять различные химические реагенты.

Для обеспечения надежной охраны морской среды на казахстанском секторе Каспийского моря (КСКМ) от возможных нефтяных загрязнений можно применить технологическую схему, позволяющую раздельную

транспортировку жидкостной и газовой составляющей (нефти и газа) углеводородного сырья [7].

По результатам анализа и исследования можно предложить технологическую схему обустройства стационарной платформы и расположения технологического оборудования для добычи нефти и газа в условиях морских месторождений казахстанского сектора Каспийского моря (рисунок 4.2).

Предложенная схема предусматривает следующие технологические процессы:

По нефти – замер дебита каждой скважины и учет добычи нефти действующим фондом скважин, расположенных на платформе; первую ступень сепарации газа; отделение свободной воды и механических примесей с последующей обработкой и утилизацией песка; обработку

нефти ингибиторами с целью предотвращения отложений парафина и снижения вязкости; откачку нефти дожимными головными насосами по

подводным магистральным нефтепроводам на береговые пункты обработки.

1-блок скважин; 2, 3 - сепараторы; 4-насосы для подачи нефти с сепараторов; 5-установки дозировки ингибитора; 6-головные насосы для очистки нефти; 7-установка для замера количества и качества нефти; 8- стояк подводной магистральной линии; 9-линия отбора попутного газа; 10- сепаратор осушки газа; 11-замер газа; 12-установка для компрессии газа;

13-установка дозировки метанола; 14-установка для охлаждения газа; 15- сепаратор; 16- расходомер газа; 17-стояк подводного магистрального газопровода; 18-сброс газа на факел; 19-факел; 20-газораспределительная будка; 21-подача газа на прием насосов; 22-подача воды на гидроциклон; 23, 29-гидроциклон; 24, 33-установка для дозировки ПАВ и ингибитора коррозии; 25-установка флотации; 26-блочная кустовая насосная станция (БКНС) для закачки воды; 27, 36-нагнетательные скважины; 28-откачка остаточной нефти; 30-сброс песка в море или вывод; 31-сброс воды на установку по флотации; 32-насосы для забора морской воды на инженерно-технические нужды; 34-подача воды на охлаждение; 35- головные насосы БКНС для закачки морской воды в пласт; 37-подача газа на выработку электроэнергии.

Рисунок 4.2. Технологическая схема обустройства стационарной морской

платформы

По газу – замер дебита каждой скважины и учет объема добычи газа всех скважин на платформе; двухступенчатую осушку, дожатие газа до давления 10 МПа, охлаждение с доведением точки росы до –50С и

транспортировку его по подводному магистральному газопроводу на береговые сооружения; отделение конденсата, жидких фракций и

транспортировку их на осушку с последующим смешиванием с сырой нефтью или раздельно по подводному трубопроводу; обработку ингибитором с целью предотвращения гидратообразования, использование

части газа в качестве топлива для выработки электроэнергии на платформе.

По воде – отделение пластовой воды от механических примесей, очистку от нефтепродуктов; обработку воды ПАВ и ингибиторами коррозии; закачку воды дожимными насосами в нагнетательные скважины с целью поддержания пластового давления; забор морской воды и обработку ее ингибиторами коррозии и обескислороживание;

использование морской воды для технического и противопожарного водоснабжения, а также закачку ее при необходимости дожимными

насосами в нагнетательные скважины с целью поддержания пластового давления.

Кроме того, для предотвращения загрязнения морской среды на

платформе предусмотрены устройства для сбора промышленных стоков и нефти в местах возможных пропусков.

Такие технологические схемы в полной мере отвечают современным требованиям охраны морской воды от загрязнения. Для решения проблемы

полного предотвращения загрязнения Каспийского моря необходимо применить технические средства и сооружения (блочное оборудование),

позволяющие вести разведку и разработку нефтегазоконденсатных

месторождений без сброса в море, загрязняющих веществ, вредных для флоры и фауны.

К этим средствам и оборудованию относятся:

∙специальные контейнеры для сбора и вывода судами выбуренной породы (бурового шлама и мусора);

∙комплекс блочного оборудования, устройств и сооружений,

предотвращающих загрязнения морской среды и использующийся для различных технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа;

∙устройства для локализации и сбора плавающей нефти в открытом море.

Одним из проблем, возникающих при освоении морских

нефтегазовых месторождений КСКМ являются вопросы сооружения и эксплуатации морских трубопроводов и мероприятий по защите морских акваторий от возможных загрязнений нефтью и нефтепродуктами.

По сравнению с другими видами транспортировки углеводородов магистральные трубопроводы отличаются высокой производительностью и значительной протяженностью, что объективно обуславливает, в случае аварии, выброс в окружающую среду больших объемов нефти. Особую

опасность представляет повреждение морского трубопровода при эксплуатации и, как следствие, попадание нефти и газов месторождений казахстанского сектора Каспийского моря, содержащих сероводород в окружающую среду. Предложенные основные мероприятия по

предотвращению загрязнения окружающей среды подводными магистральными трубопроводами приведена в таблице 4.6.

Таблица 4.6.

Основные мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды подводными магистральными трубопроводами

Основные
факторы,		Возможные	Характер		Рекомендуемые
вызывающие		последствия	разрушений		мероприятия	по защите
повреждения		повреждений			окружающей среды
трубопровод
ов и стояков
Воздействие		Потеря	Истирание		Совершенствование
окружающей		устойчивости	нижней		методики	расчета
среды:		трубопровода	образующей		устойчивости	морских
		на дне, его	трубы	при	трубопроводов.
-силовое		перемещение и	трении о грунт;		Применение	бетонного
дав-ление		колебания,	усталостные		покрытия с повышенной
волн	и	потеря	трещины;		механической	и

течения.		бетонного		и	разрыв		химической стойкостью к
		изоляционного			трубопровода и		воздействию окружающей
		покрытия.			стояка.		среды
-ветровые		Вибрация			Усталостные		Прокладка стояка внутри
воздействия;		стояка			трещины,		опорных	трубчатых свай
					разрыв стояка.		платформы.
-		Обнажение			Деформация	и	Заглубление
перемещени		трубопровода и			разрыв		трубопровода				ниже
е грунта;		образование			трубопровода и		предельного				уровня
		провисания;			стояка.		возможных		перемещений
		изгиб		и			грунта. Применение труб
		смещение					из стали		повышенной
		стояка;					пластичности.
		искривление
		трубопровода и
		стояка.
-электро-		Коррозия			Снижение		Совершенствование
химическая		металла.			прочности		средств защиты наружной
активность;					металла труб;		и внутренней поверхности
					образование		трубопровода и стояка от
					свищей;		коррозии во всех зонах.
					коррозионно-		Совершенствование
					усталостные		электрохимической
					разрушения.		защиты				всей
							трубопроводной системы.
Сейсмическа		Недопустимое			Разрыв		Ограничение			сооружения
я активность		перемещение			трубопровода и		морских трубопроводов в
		трубо-провода			стояка		районах	с	сейсмической
		и стояка.					активностью
Воздействие		Удары	по		Образование		Ограничение				стоянок
судов	и	трубопроводу			вмятин	и	судов	и			рыбного
механизмов,		якорями,			трещин; разрыв		промысла			по	трассе
работающих		рыболовными			трубопровода и		трубопровода,
в	зоне	тралами;	удары		стояка.		транспортирующего
расположени		по	стояку				жидкие углеводороды.
я		плавучих
трубопровод		объектов.
а

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна можно предложить различные технологические и организационно-технические мероприятия. На месторождениях, в газе которых содержится