Экология и безопасность жизнедеятельности / Serikov - Ekologizaciya neftyanikh operaciy v more 2009
.pdfсероводород, им необходимо уделять особое внимание. К основным таким мероприятиям относятся:
∙правильный выбор материалов для оборудования, трубопроводов, арматуры, средств КИПиА, работающих в средах, содержащих кислые газы;
∙герметизация систем по добыче, транспорту и промысловой подготовке газа и углеводородного конденсата;
∙применение систем автоматических блокировок и аварийной остановки, обеспечивающих отключение оборудования и установок
при нарушении технологического режима без разгерметизации системы;
∙применение закрытой факельной системы для ликвидации выбросов сероводорода при продувке скважины, трубопроводов, при ремонте технологических установок и т.п. с последующим его сжиганием в факелах.
Экологическая безопасность трубопровода характеризуются следующими показателями:
∙вероятность отказов трубопровода с заданным уровнем экологического ущерба, определяющая вероятность того, что при
отказе трубопровода уровень воздействия на окружающую природную среду не превысит предельно допустимого,
установленного нормативными требованиями соответственно по компонентам природы, видам флоры и фауны;
∙возможные (максимальные) потери окружающей среды при отказах трубопровода по причинам строительства или эксплуатации,
определяющие максимально возможное значение ущерба окружающей природной среды при отказах трубопровода, обусловленных действием различных причин.
Рассмотрим некоторые рекомендации по обеспечению экологической безопасности трубопроводного строительства. Обеспечение
экологической безопасности трубопроводов требует комплекса природоохранных мероприятий. Магистральные трубопроводы следует прокладывать в пределах районов с наиболее благоприятными инженерно- геологическими условиями.
При сооружении подводных переходов магистральных трубопроводов необходимо обращать особое внимание на требования проекта в части предотвращения замутнения и загрязнения водоемов, разрушения берегов и переформирования русла. При необходимости
проведения подводных взрывных работ требуется предусматривать защиту ихтиофауны с помощью электрических полей, создаваемых системой электродов переменного тока промышленной частоты.
Проектирование подводных трубопроводов и переходов относятся к наиболее критическим и опасным, с точки зрения экологической безопасности, участкам трассы. Общим правилом проектирования трубопроводов является утолщение стенок трубы на подводных переходах. С целью повышения надежности, соответственной экологической безопасности можно прокладывать трассу методом «труба в трубе», однако при этом увеличивается стоимость проекта.
В период строительства экологические требования обеспечиваются путем оптимизации трассы подводных трубопроводов, повышением их надежности, защитой от внешних воздействий, применением высокопрочных материалов, специальной техники и технологии, а в период эксплуатации – поддержанием трубопроводов в рабочем состоянии благодаря регулярным профилактическим осмотрам, оперативной
ликвидацией аварийного состояния или аварий с помощью глубоководной техники.
Таким образом, при проектировании и эксплуатации морских трубопроводов следует учесть, что они должны быть особенно надежны, так как аварии, утечки в водной среде имеют весьма пагубное воздействие на окружающую среду, а их ликвидация очень трудна и дорогостояща. Надежность морских трубопроводов зависит от ветра, волнения, течения, геологических и геотехнических условий, температуры воды, состава воды, коррозионной агрессивности среды и т.п. Необходимо произвести расчет стояков с учетом воздействия на них ветра, который может вызвать вибрацию.
Особенности строительства и эксплуатации морских трубопроводов, предъявляемые высокие требования к их надежности, требуют применения труб из высокопрочных и пластичных сталей. К основным требованиям, предъявляемым к стали, из которой изготавливаются морские трубопроводы, можно отнести [71,72]:
∙отношение предела текучести стали к временному сопротивлению должно быть не более 0,75 для труб из углеродистых сталей и не более 0,80 для труб из низколегированных сталей;
∙относительное удлинение на пятикратных образцах должно быть ≤20%;
∙ударная вязкость при 00С должна составлять не менее 40 Дж/см2.
∙эквивалентность углерода не должна превышать 0,46%;
∙хорошая свариваемость.
Эти и другие требования обусловлены высокими гидростатическим
ирабочим давлениями в трубе, особенностями укладки трубопроводов на дно моря, а также необходимостью увеличения надежности морских сооружений по сравнению с сухопутными.
Все трубы морских трубопроводов должны иметь антикоррозионную защиту, рассчитанную на полный срок службы трубопровода (20–30 лет и более). Кроме того, морские трубопроводы, должны быть устойчиво проложены по дну моря. Устойчивость трубопровода в прибрежной полосе зависит от глубины укладки, рельефа дна, параметров влияния и придонных течений, а также от расположения трубопровода на дне моря (в грунте или поверх него). Поэтому перед выбором конструкции
трубопровода и способа его укладки необходимо всесторонне изучить морской участок по трассе и определить параметры волн при их трансформации и рефракции.
Охрана окружающей природной среды должна осуществляться в соответствии с природоохранным законодательством Республики Казахстан и соответствовать международным нормам и правилам [56-59, 73-76].
Разработка и освоение углеводородных ресурсов сопровождается следующим техногенным воздействием на окружающую природную среду
инедра:
∙влиянием на акватории или на почву в результате производственно- хозяйственной деятельности и выбросом отходов;
∙использованием пресной воды на производственные нужды;
∙сжиганием попутного газа в факелах, испарением легких фракций нефти;
∙аварийными разливами нефти и пластовой воды;
∙сбросом на рельеф местности и захоронением в поглощающие горизонты извлекаемых с нефтью высокоминерализираванных пластовых вод;
Косновным источникам загрязнения в этих процессах относятся: неплотности сальников устьевой арматуры, насосов, фланцевых соединений, задвижек; продукты от сжигания газа в факелах и испарения нефти; химические реагенты; пластовая вода, промышленные отходы и так
далее
Для предотвращения нефтезагрязнения при освоении нефтегазовых месторождений предлагаем следующие природоохранные мероприятия:
∙уменьшение объемов использования промывочных растворов за счет повторного использования сточных вод, улучшения технологии их очистки;
∙разработки и внедрения эффективных методов и средств отделения выбуренной породы (шлама) от буровых сточных вод и вывода его в специально отведенные места;
∙разработки и внедрения биологической очистки почв от загрязнений нефтью и нефтепродуктами;
∙широкое внедрение в технологических объектах нефтегазовой отрасли замкнутых систем водоснабжения с ограниченным забором свежей воды и минимальным использованием для заводнения пластов промысловых сточных вод;
∙внедрение эффективных методов и способов подготовки нефти и газа и пластовых вод с целью снижения потерь углеводородов;
∙замена водяного охлаждения действующих систем (УКПН, газокомпрессорных станций и др.) воздушным;
∙внедрение надежных методов защиты оборудования и коммуникаций от коррозионного воздействия;
∙внедрение малоотходной и безотходной технологии.
Косновным проблемам освоения морских месторождений Северного Каспия можно отнести:
∙суровые климатические условия (4-5 месяцев ледостава в году);
∙мелководье (1,7 м на Кайране);
∙экологическая чувствительность;
∙технические сложности (высокое давление, высокое содержание
H2S);
∙размещение газа (давление обратной закачки 820 бар.);
∙размещение серы (от 1000 до 2000 тонн/сутки);
Компанией Аджип ККО главной концепцией освоения месторождений определено:
∙поэтапное освоение, первый этап: «Экспериментальная программа». Добыча нефти в течение 3-х лет увеличится до 300,000 барелей в сутки;
∙дальнейшие этапы освоения, направленные на достижение пика добычи примерно 1,300,000 бар.нефти в сутки;
∙изготовление плавучих модулей для заводов на море;
∙предпочтительным вариантом является частичная закачка сернистого газа в пласт для снижения риска (очень высокое давление закачки газа и геологические неопределенности) и производить
очистку оставшегося объема газа на газоперерабатывающем заводе на суше;
∙необходимо построить перерабатывающий завод в 35 км к северо- востоку от Атырау;
∙максимальное использование существующих мощностей нефтепроводов (КТК, Атырау-Самара-Новороссийск, и т.д.)
Врезультате анализа нами выделены два аспекта, которые затрудняют реализацию проекта по ОВОС – воздействие окружающей среды на работы (мелководье, в результате которого предполагаемый
участок будет покрываться льдом, поэтому необходима ледовая защита), и обратное влияние ледового покрытия на проведение работ. Планируется, что газ на факелах не будет сжигаться постоянно, а только в исключительных случаях для уменьшения давления.
Относительно строительства искусственных островов для осуществления разведочного бурения экологи высказали мнение, что
острова образуют микросреду для живой природы и не будут служить преградой на участках промышленной ловли рыбы, обитания тюленей или гнездования птиц.
При разработке месторождений нефти происходит загрязнение почв и грунтов в результате проливов нефти, сбросов пластовой воды. На нефтепромыслах неизбежно образование отходов, которые включают в себя: нефтешлам, почву, загрязненную нефтью и солями, отходы металлов, материалы, загрязненные радиоактивными веществами естественного происхождения, отходы капитального ремонта скважин. Здесь же имеются площади, занятые технологическими амбарами, куда помещают излишки нефти, появляющиеся в результате чрезвычайных ситуаций (аварий) или при работах по капитальному ремонту скважин.
Вцелом, складывающаяся обстановка в Каспийском регионе
свидетельствует о необходимости осуществления конкретных мер по сохранению экосистемы Каспия. Нельзя приостановить экономическое развитие региона, но, при этом, в первую очередь, требуется подчинение
всей хозяйственной деятельности на нем критериям экологической безопасности. Сейчас, когда уже начаты разработки основных запасов месторождений нефти в Каспийском регионе, важно принять меры по
введению жесткого контроля за нарушением условий экологической безопасности, разработать систему экологических платежей, обеспечить
повышение объективности и значения государственной экологической экспертизы при утверждении крупных экономических проектов.
Существующие природоохранные мероприятия при освоении морских месторождений Каспия исходят из требований директивных документов, запрещающих сброс в море отходов, образующихся при строительстве и эксплуатации морских сооружений, добычи и транспортировки углеводородного сырья.
Вцелях предотвращения загрязнения моря шламом, химически обработанной и утяжеленной промывочной жидкостью, буровой и сточной водой, химическими реагентами стационарные платформы и приэстакадные площадки для бурения скважин необходимо оснащать:
∙техническими средствами по сбору и вывозу шлама (шламосборники, подъемные краны и транспортные контейнеры):
∙герметической системой приема и выдачи ГСМ и эвакуации отработанных масел (емкости, трубопроводы и раздаточные краны);
∙блоками приема, хранения и выдачи порошкообразных химических реагентов и утяжелителя по замкнутой пневмосистеме (блоками БПР);
∙закрытой циркуляционной системой промывочной жидкости и дополнительными емкостями для сбора и вывоза химически обработанных и утяжеленных промывочных жидкостей (емкости и трубопроводы);
∙системой сбора, очистки и утилизации буровых сточных вод (установка по сбору и очистке буровых сточных вод, трубопроводы);
∙системой оборотного и повторного водоснабжения (емкости, трубопроводы).
В целях предотвращения нефтегазопроявлений, выбросов, открытых
фонтанов и подводных грифонов при бурении скважин на Каспийском море необходимо проводку скважины, монтаж и эксплуатацию
противовыбросового оборудования проводить в соответствии с требованиями «Единых технических правил ведения работ при бурении скважин»; после спуска кондуктора и промежуточной колонны устье
скважины оборудовать противовыбросовым оборудованием с гидравлическим управлением; противовыбросовое оборудование для всех разведочных скважин монтировать на колонной головке, обвязывающей техническую колонну и кондуктор;
Природоохранные мероприятия, осуществляемые в настоящее время
при бурении и освоении морских скважин нельзя считать окончательными
игарантирующими 100%-ное сохранение чистоты вод при этих процессах,
так как загрязнение среды вызвано развитием техники и технологии бурения и освоения скважин и с изменением техники и технологии будут изменяться и проводимые природоохранные мероприятия.
Известно, что никакие мероприятия не могут исключить вероятность осложнений и аварий или довести ее до нуля, так как они зависят от множества объективных и субъективных причин. Поэтому необходимы средства для локализации и сбора аварийных разливов нефти.
Необходимо разработать планы ликвидации аварийных разливов для каждого нефтедобывающего района, включая контроль за состоянием акватории, оповещение и сигнализацию на случай аварийного разлива, средства доставки, а также взаимодействия со всеми организациями, занятыми эксплуатацией месторождений шельфа Каспийского моря.
Поскольку существующие методы охраны воды, основанные на сборе и вывозе всех отходов бурения, зависят от гидрометеорологических условий на Каспийском море, в настоящее время разрабатываются методы
итехнические средства по обезвреживанию отходов на месте, создаются безвредные химические реагенты и промывочные жидкости, внедряются
средства по бездымному сжиганию всей продукции опробования и освоения скважин и т.д.
В данном параграфе монографии исследованы природоохранные мероприятия для обеспечения экологической безопасности нефтегазовых операций в морских условиях. Предложена технологическая схема
обустройства стационарной платформы и расположения технологического оборудования для добычи нефти и газа в условиях морских месторождений казахстанского сектора Каспийского моря, отвечающая современным требованиям охраны морской воды от загрязнения.
Рассмотрены основные мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды подводными магистральными трубопроводами.
4.3 Комплекс технологических и технических решений для очистки нефтесодержащей воды
Очистные сооружения предназначены для очистки загрязненной нефтью воды с морской акватории, балластной воды, а также воды ливневого стока и подтоварной воды нефтехранилищ [77,78]. Очистные
сооружения для очистки нефтесодержащей воды делятся на береговые сооружения и на плавучие сооружения очистки нефтеводяной смеси.
Сначала рассмотрим береговые очистные сооружения для очистки нефтесодержащей воды.
Существующая технология очистки сточной воды предполагает три технологические линии [79]. Учитывая неравномерное поступление сточной воды на очистку, а также разные условия отведения очищенной воды, эти линии отличаются производительностью очистки и качеством очищенной воды.
Кроме того, технологическая линия, которая предназначена для очистки балластной воды и воды с поверхности водоема, представляет собой три параллельные линии, каждая из которых может работать как самостоятельная. Такое предложение определяется наиболее
неравномерным характером поступления балластой воды и воды с морской акватории, а также большими объемами этих категорий сточной воды.
Разные требования к качеству очистки определяются возможностью использовать очищенную воду поверхностного стока в котельной и необходимостью сбрасывать в водоем очищенную льяльную, подтоварную, балластную воду и воду с поверхности акватории.
Очищенная вода, которая используется в котельной, должна содержать нефти и нефтепродуктов не более 1-3мг/л и взвешенных веществ - до 5 мг/л, а очищенная вода, которая сбрасывается в водоем,
должна быть очищена до содержания нефти и нефтепродуктов не более 0,05мг/л и взвешенных веществ - 1-2 мг/л.
Технологические линии предусматривают возможность переключения очищенной воды ливневого стока для доочистки до требований, которые позволяют эту воду после доочистки сбрасывать в водоем. Такое мероприятие становится необходимым в том случае, когда котельная не требует потребления очищенной воды.
Первая технологическая линия включает в себя следующие операции по очистке воды: очистка в гидроциклоне от грубодисперсных частиц загрязняющих веществ; первичная седиментация; напорная рециркуляционная флотация; тонкослойная седиментация; фильтрование; адсорбция. Перед операциями флотации, тонкослойной седиментации и
фильтрования в очищаемую воду добавляют коагулянты для повышения эффективности очистки воды указанными способами очистки.
По этой технологической схеме очистка ливневого стока осуществляется следующим образом. На очистку вода поступает в гидроциклон 1 (см. рисунок 4.3), где выделяются наиболее крупные грубодисперсные частицы загрязняющих веществ, прежде всего, взвешенных веществ.
Рисунок 4.3. Технологическая линия для очистки ливневого стока
Далее очищаемая вода поступает в резервуар-накопитель 2, который обеспечивает достижение двух целей. Во-первых, резервуар выполняет роль компенсационной емкости, которая сглаживает неравномерность поступления сточной воды на очистку.
Во-вторых, в резервуаре-накопителе осуществляется первичная седиментация, которая обеспечивает удаление грубодисперсных частиц взвешенных веществ и нефтепродуктов.
Кроме того, в резервуаре-накопителе по необходимости
предусматривается подогрев воды для обеспечения наиболее благоприятных температурных условий для процесса коагуляции.
При начальном содержании нефтепродуктов Сн=30-60 мг/л и взвешенных веществ Св=300-500мг/л после гидроциклона и резервуара-
накопителя концентрация этих загрязняющих веществ снижается до
Сн=25-30мг/л и Св=150мг/л.
Последующая флотация и тонкослойная седиментация осуществляется в одном устройстве - комбинированном флотаторе 3. В
описываемой технологической схеме предусмотрена напорная рециркуляционная флотация. После флотатора 50% очищаемой воды направляется на обеспечение процесса флотации. Эта вода прокачивается через сатуратор 4 для ее насыщения воздухом путем его растворения под давлением около 5 кгс/см2. Воздух подается от компрессора 5. Вода, насыщенная воздухом под давлением, подается во флотационную камеру флотатора. В поток очищаемой воды перед флотатором подаются коагулянты. Подачу коагулянтов обеспечивает реагентная группа устройств 6.
При реагентной флотации обеспечивается удаление мелкодисперсных нефтепродуктов и взвешенных веществ. Эффективному удалению таких загрязнений способствует обработка коагулянтом, что обеспечивает укрупнение (коагуляцию) мелкодисперсных частиц в более крупные.
Для усиления эффекта очистки воды от мелкодисперсных взвешенных веществ, предусмотрена тонкослойная седиментация, которая обеспечивается при движении очищаемой воды через блок 7 параллельно расположенных пластил.
После флотации и тонкослойной седиментации концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн=7-10мг/л и взвешенных веществ Св=10-15мг/л.
Далее вода направляется на фильтрование в напорных фильтрах 8. Перед напорными фильтрами в очищаемую воду подаются коагулянты - растворы сернокислого алюминия и полиакриламида.
Предусмотрено две ступени напорных фильтров. Фильтрование обеспечивает удаление мелкодисперсных взвешенных частиц. Снижение
концентрации взвешенных веществ одновременно повышает эффективность использования адсорбента в адсорбционных фильтрах. В качестве фильтрующей загрузки применяется вспененный полистирол.
Окончательная очистка воды обеспечивается адсорбцией в адсорбционных фильтрах 9. В качестве адсорбента используется активированный уголь. При адсорбции из очищаемой воды извлекаются эмульгированные нефтепродукты.
В конце технологической схемы очистки воды концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде составляет Сн=1-3мг/л и взвешенных веществ Св=5мг/л.
Флотатор представляет собой сложное устройство, в котором
конструктивно объединено несколько разных по своему назначению в технологической схеме очистки устройств. В это устройство вода поступает через приемную трубу 1 (см. рисунок 4.4) в камеру 2 хлопьеобразования [77].
Для более интенсивного перемешивания реагента с очищаемой водой и коагуляции загрязнений очищаемая вода перемешивается лопастной мешалкой 3. Часть загрязнений 3 всплывает в верхнюю часть камеры и отводится через устройство 4. Часть загрязнений 5 оседает в одном из накопителей 6 и периодически отводится из него.
Рисунок 4.4. Принципиальная схема комбинированного флотатора
Далее вода поступает во флотационную камеру 7, куда по трубе 8 подается вода, насыщенная воздухом. Флотационная камера оборудована устройством 9 для удаления пены и загрязняющих веществ из флотационной камеры.
Из флотационной камеры вода протекает через устройство 10 для тонкослойной седиментации. Устройство представляет собой блок параллельно и наклонно расположенных пластин.
Для накопления осадка загрязнений, в нижней части флотатора предусмотрены накопители, из которых осадок периодически сбрасывается. Очищенная вода по трубе 11 отводится из флотатора.