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

Каспийского моря могут достигать 10 млрд.т. нефти и 2 трлн.куб.м. природного газа.

Водоем Северного Каспия является наиболее мелководной частью Каспийского моря (до 5-6 м глубиной), содержит лишь 0,2% всего объема воды этого бессточного моря, что определяет необходимость учета всех угроз технологического и геологического порядков [7]. Весьма важно, что

в казахстанской части Каспийского моря предполагается высокая концентрация углеводородов на отдельных месторождениях.

Поскольку Казахстан не имел опыта в планировании и проведении морских нефтяных операций, не располагал необходимыми для этого финансовыми средствами, техническим и кадровым потенциалом, то

единственный путь решения проблемы виделся в привлечении иностранных нефтяных компаний. При отборе участников подход был очень строгим: это наличие опыта работ в аналогичных Каспию условиях,

потенциальные возможности компаний по финансированию программы исследований, активное участие в становлении казахстанских специализированных морских предприятий и т.д. Большие капиталовложения иностранных компаний в ходе осуществления проекта,

взятые на себя риск и длительный срок погашения затрат в случае открытия месторождений предполагали и наделение членов консорциума определенными гарантиями по получению в последующем блоков для разведки.

Первым крупным мероприятием, которое провел международный

консорциум нефтяных компаний для реализации комплексной программы по изучению и разработке казахстанского сектора моря, было экологическое исследование Каспия. Компания «Артур Д.Литл» (США) совместно с местными специалистами провела сбор и анализ материалов,

составила отчет по определению исходного фонового состояния окружающей природной среды, а также сделала оценку воздействия на эту среду сейсморазведочных работ [8]. В таком объеме на современном

техническом и методическом уровнях подобные экологические исследования были проведены на казахстанском секторе Каспия впервые

[9].

В последующем в казахстанском секторе Каспийского моря консорциумом выполнена широкомасштабная сейсморазведочная программа. На площади около 100 тыс.кв.км отработано около 26 тыс.км. сейсмопрофилей 2Д. В результате их интерпретации не только подтвердились, но значительно расширились перспективы открытия на Каспии ряда нефтяных и газовых месторождений. В северной части, соответствующей окраине Прикаспийской впадины, перспективы

нефтегазоносности связываются с целым рядом нефтегазосодержащих комплексов. Основным из них является подсолевой карбонатный комплекс девонско-каменноугольного возраста. В нем выявлены разнообразные

карбонатные тела, имеющие схожее строение с выявленными на суше Астраханским, Тенгизским, Королевским и другими поднятиями, содержащими крупные запасы нефти и газа.

По аналогии с этими объектами ожидается, что и в акватории будут открыты такого же масштаба месторождения. Весьма многочисленные и

разнообразные ловушки установлены здесь же и в надсолевых отложениях Южной Эмбы, из которых уже целое столетие добывается высококачественная нефть. К югу от Прикаспийской впадины выделяется Северо-Каспийская зона, аналогичная Бузачинскому полуострову. Перспективы нефтегазоносности здесь связываются с мезозойскими, в основном юрскими и меловыми отложениями, в которых на суше выявлены крупные месторождения нефти.

Полученные материалы свидетельствуют о хороших геологических предпосылках создания на Каспии крупной сырьевой базы для развития морского нефтегазового комплекса. С учетом полученных новых

геологических данных разработана и утверждена карта блоков геологического изучения и освоения углеводородов в казахстанском секторе Каспийского моря. В соответствии с Соглашением о консорциуме, выделены первые 12 блоков для разведки и добычи.

Иностранными участниками консорциума выбрано 2 района работ. В

первом районе находятся наиболее привлекательные крупные подсолевые структуры (Кашаган, Кайран и др.), залегающие на глубинах около 4 км.

Прогнозируемые на каждой из них ресурсы углеводородов оцениваются значительно выше выявленных на Тенгизе запасов нефти и газа. Другой район охватывает мезозойские поднятия Каламкас-море, где также предполагается открыть крупные нефтегазовые месторождения. Первая скважина, известная как Восточный Кашаган, была пробурена в конце

1999 года.

Для бурения используется буровая баржа, модернизируемая с целью обеспечения ее соответствия ледовым условиям Северного Каспия. Бурение скважин ведется на основе «нулевого сброса». Кроме того, в

настоящее время закончено строительство двух новых ледокольных судов снабжения и трех буксиров ледового класса с мелкой осадкой, которые будут обслуживать буровые работы. Все работы спроектированы таким образом, чтобы обеспечить их минимальное воздействие на чувствительную окружающую среду Каспия.

Третья группа блоков в открытой акватории покрывает большую часть крупной структуры Курмангазы. Достигнуто соглашение между

Правительствами Республики Казахстан и Российской Федерации о совместном освоении этого объекта. Кроме работ на вышеуказанных блоках, Правительство Республики Казахстан разрешило национальной нефтяной компании проводить разведку и добычу углеводородов на 7 участках, расположенных в прибрежной полосе в труднодоступных

местах. Эти объекты проведенными исследованиями консорциума по

Каспийскому морю не охватывались и включают различные по геологическому строению структуры и надсолевые месторождения.

На основе изучения особенностей геологического строения прибрежной суши выделены факторы, которые могут оказать негативные

влияния на геологическую среду и экосистему Северного Каспия при нефтегазодобыче: сейсмодислокации по зонам, разломам и системам трещин при разработке крупных месторождений в подсолевом комплексе; выбросы газа при разбуривании структур надсолевого комплекса;

неотектоническая активность соляных куполов и образование на них карстовых провалов в гипс-ангидритовой толще; наличие сложных участков – топких плавней и протягивающихся на шельфе Каспия.

Как видно из изложенного материала, все выбранные и

предлагаемые для дальнейших работ объекты располагаются в северной части казахстанского сектора Каспийского моря, перспективы нефтегазоносности которого оцениваются выше, чем мангышлакской части Каспия. Имеющиеся на суше производственные базы и транспортные сети существенно облегчат организацию работ, и будут способствовать, в случае открытия месторождений, ускоренному

формированию собственной инфраструктуры по поддержке морских нефтяных операций.

Вто же время такая высокая концентрация работ в заповедной зоне создает повышенную нагрузку на природную среду. Потребуется

определенное время для выяснения экологических последствий такой нагрузки и уточнения планов дальнейших работ. Поэтому до получения

объективных данных о результатах воздействия на природную среду первого этапа буровых работ, дальнейшие морские операции в этой части бассейна не должны получить интенсивное развитие.

Вэтот период предпочтительным является проведение дополнительных геофизических исследований, оказывающих минимальное воздействие на водную среду и ее обитателей. Для проведения съемки можно наметить не менее 5 зон, расположенных как в северной, так и южной частях Каспийского моря. Такие съемки предполагается провести за счет средств иностранных инвесторов, от которых уже получены предварительные предложения.

Внастоящее время исследована, подготовлена и реализуется схема создания необходимой инфраструктуры. Основными местами создания

береговых баз поддержки морских нефтяных операций выбраны город Атырау в устье реки Урал и поселок Баутино на полуострове Тюб-Караган.

При создании инфраструктуры по поддержке морских нефтяных операций на Каспии Казахстан предусматривает тесно сотрудничать со своими соседями, в первую очередь с организациями России и Азербайджана. Рациональное использование имеющихся мощностей

машиностроения, морского флота, парка буровых установок, изготовление и ремонт бурового оборудования, авиаперевозки, трубопроводный транспорт – вот далеко не полный перечень направлений наших совместных действий.

Развитие морских нефтяных операций на Каспийском море достигло такого уровня, когда уже недостаточно ограничиваться планированием работ только в рамках отдельных государственных секторов. Настало

время уточнения общей стратегии и разработки межгосударственной программы освоения углеводородного сырья Каспийского региона. К

этому обязывает нас необходимость совместного рассмотрения не только перечисленных выше сугубо производственных проблем, но и выполнение единых требований по защите окружающей природной среды, проведения экологического мониторинга, разработка мероприятий по предупреждению техногенных землетрясений и других вопросов.

Внимание к экологической проблеме неслучайно, так как от ее

решения зависит не только целесообразность развития определенных направлений производственной деятельности, но и условия жизни современного и будущего поколений людей. Мировая практика нефтяных операций на море выработала оптимальные режимы их проведения. Мы

имеем в ряде стран прекрасные примеры разумного взаимодействия с природой. Наша задача сводится к правильному применению имеющегося опыта и возможностей в условиях мелководного Северного Каспия.

В настоящее время в Республике Казахстан формируется строгая система экологического контроля над проведением операций недропользователями. Обязательным начальным этапом работ на каждом объекте является оценка состояния природной среды. Этот этап очень важен для условий Северного Каспия, который, как показали исследования, загрязняется в основном за счет стоков рек Волги, Урала, а также вследствие затопления прибрежных месторождений. Поэтому во избежание необоснованных обвинений в свой адрес, все компании

стремятся получить наиболее объективные данные о состоянии окружающей природной среды перед началом работ.

Большой комплекс исследований выполнен для оценки воздействия на окружающую природную среду нефтепоисковых работ. Во время их проведения осуществлялся также мониторинг природной среды. Были

получены объективные данные о минимальном воздействии на природную среду примененных методик сейсморазведки.

Особенно важной для Северо-Восточного Каспия представляется проблема погружения дна в процессе интенсивной добычи нефти и газа,

что в совокупности с колебанием уровня моря может приводить к затоплению огромных площадей. Нужно считаться и с явлением погружения и подъема поверхности морского дна. Как показывает опыт разработки месторождений Северного моря, на ликвидацию последствий в

связи с оседанием кровли резервуара приходилось тратить огромные средства на переоборудование морских платформ.

Успешное решение обсуждаемых вопросов безопасного проведения нефтяных операций при минимизации нагрузки на природную среду будет возможно только при условии согласованных действий со стороны Прикаспийских государств и нефтяных компаний, непосредственных производителей работ.

В первую очередь требуется улучшить координацию работ. Наряду с

подготовкой государственных экологических программ нужно ускорить разработку и реализацию Каспийской экологической программы, работу над которой координируют международные организации. В ближайшее

время должна быть создана единая сеть мониторинга за состоянием окружающей природной среды в Каспийском регионе, согласована методика наблюдений и стандартизована лабораторная база, решены

проблемы межгосударственного обмена информацией и начата подготовка сводных документов по экологическим проблемам Каспия.

Таким образом, проведение нефтяных операций: поисковых работ и

решения вопроса о промышленной добыче углеводородного сырья на Северном Каспии, являющегося важнейшим рыбохозяйственным водоемом, возможно только при условии проведенных полномасштабных экологических исследований, организации системы мониторинга, разработки и внедрении природоохранной технологии освоения, решения технологических задач по полной утилизации отходов бурения, а также создания аварийно-спасательной службы.

Для повышения уровня экологической безопасности нефтяных операций необходимо произвести:

∙анализ экологической напряженности и оценку риска нефтегазового производства, разработку методов расчета и путей снижения

вероятностей возникновения возможных аварийных ситуаций и выброса вредных веществ в окружающую среду;

∙разработку и внедрение природоохранных методов при разведке, добыче и транспортировке нефти и газа;

∙разработку и внедрение мониторинга окружающей среды,

включающего методы исследования и контроль воздушного и водного бассейнов, выявление основных экологически вредных компонентов (ЭВК) и их источников, разработка и внедрение методов снижения выбросов ЭВК;

∙повышение экологического уровня производства путем комплексного исследования и интенсификации основных технологических процессов нефтяных операций;

∙интенсификацию и реконструкцию технологического оборудования,

в т.ч.: внедрение автоматизированных систем управления и контроля режимов технологических процессов; увеличение

производительности и снижения выбросов экологически вредных компонентов.

Сокращение загрязнения окружающей среды и атмосферы углеводородами, сероводородом, сернистым ангидридом, а также неконденсируемыми углеводородными газами, прежде всего зависит от

строгого соблюдения технологического режима процессов нефтяных операций. Своевременная профилактика и замена устаревшего оборудования на новое или их ремонт могут предотвратить, аварии и, связанные с ними выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сточные воды и почву [10].

Специфическими источниками загрязнения атмосферы на нефтяных предприятиях являются неорганизованные выбросы,

нагревание углеводородов при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов, а также организованные выбросы, выделяющиеся при сжигании углеводородных газов на факельных установках. В последние годы возникла необходимость резкого снижения вредных выбросов, в частности, при добыче и переработке нефтей с повышенным содержанием серы, какими являются нефти месторождения Тенгиз. Актуальность этой проблемы становится все важней, т.к. предварительные результаты исследований показывают, что нефти

морских подсолевых месторождений казахстанского сектора Каспийского моря по составу похожи на нефти Тенгизского месторождения, т.е. являются сернистыми [11].

Планы развития нефтяной промышленности в ближайшей перспективе должны привести к значительному увеличению добычи нефти. Прогнозные уровни добычи нефти в 2015 году составляют 90,0- 100,0 млн. тонн. В то же время, казахстанская нефть имеет высокий газовый фактор, в частности, газовый фактор тенгизской нефти – 488,0- 500,0 куб. м. на тонну (примерно такой же газовый фактор ожидается у кашаганской нефти), а это означает, что с ростом добычи нефти будут

пропорционально расти объемы добываемого попутного газа и в определенный момент газовый фактор окажется одним из условий лимитирующих объем добычи углеводородного сырья. Строительство заводов или установок по подготовке газа, а также строительство

газопроводов является дорогостоящим мероприятием и для осуществления таких проектов необходимы серьезные эколого- экономические основания. Но в то же время дальнейшее продолжение

ранее сложившейся практики сжигания газа на действующих месторождениях является неприемлемым как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономических подходов к использованию сырья. В связи с этим необходимо ужесточение нормативно-правовых требований

к нефтяным компаниям в части выполнения ими обязательств по утилизации газа.

Рассмотрим некоторые особенности процессов добычи и транспортировки нефти и газа при освоении морских месторождений на примере Каспийского моря. Добыча нефти на континентальных шельфах развивается намного быстрее чем на суше. Предполагается, что в ближайшие годы на долю нефти получаемой из морских месторождений, будет приходиться около 50% всей добываемой в мире нефти. В Прикаспийских государствах, в т.ч. Казахстане, на углеводородное сырье наиболее перспективно Каспийское море. Одновременно это море – уникальный бассейн, где обитают промысловые рыбы и морские животные ценнейших пород.

Разведка, добыча и транспортировка нефти и газа на морских

месторождениях сопровождаются загрязнением водной среды нефтью и нефтепродуктами. В процессе бурения, добычи, подготовки и

транспортировки нефти побережье и вода могут загрязняться не только нефтью, но и буровым шламом, утяжеленными промывочными жидкостями и особенно сточными водами, содержащими разнообразные химические соединения, которые пагубно воздействуют на флору и фауну морской акватории. Каспийское море и его побережье относятся к экологически чувствительной и природоохранной зоне. Поэтому

проблема охраны и рационального использования природных ресурсов в районе нефтяных и газовых месторождений Каспийского моря и его побережья приобретают в настоящее время особую актуальность.

Основные источники и виды возможного воздействия на морскую среду при освоении морских нефтегазовых месторождений приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Источники и виды возможного воздействия на морскую среду при освоении морских нефтегазовых месторождений.

Этап	Вид деятельности		Тип и характер воздействий
Поисковые	Сейсморазведка	и	Акустические и др. физические
работы	инженерные изыскания		воздействия, помехи судоходству
			и рыболовству.
Разведка	Разведочное	бурение,	Отчуждение	акваторий,
месторождений	испытания и консервация		технологические	выбросы	и
	поисково-оценочных		сбросы, акустическое и др.
	скважин.		физические	воздействия,
			аварийные ситуации, помехи
			судоходству и рыболовству.
Обустройство	Строительство	буровых	Отчуждение	акваторий,
месторождения	платформ, трубопроводов		технологические	выбросы	и

	и	других		объектов		сбросы, загрязнение акватории,
	освоения месторождений,					акустическое и др. физические
	бурение,		опробование		и	воздействия,			аварийные
	ввод	в	эксплуатацию			ситуации, помехи судоходству и
	скважин.					рыболовству.
Эксплуатация	Бурение,					Отчуждение			акваторий,
	технологические,					технологические			выбросы и
	транспортные			и другие		сбросы при бурении добыче,
	операции.					акустическое и др. физические
						воздействия,		аварийные разливы
						и	выбросы,		отчуждение
						акваторий, помехи судоходству и
						рыболовству.
Ликвидация	Демонтаж			платформ,		Выбросы, сбросы, акустическое
	консервация			скважин	и	и др. физические воздействия,
	другие операции.					отчуждение		акваторий, помехи
						рыболовству и судоходству.

Специфика строительства и эксплуатация морских трубопроводов требует применения труб из высокопрочных, вязких и пластичных сталей. Стальные трубопроводы, предназначенные для строительства морских трубопроводов, должны отвечать определенным требованиям.

Для морских трубопроводов также первостепенное значение имеет хорошая свариваемость, которая, в первую очередь, зависит от содержания углерода в трубных сталях. При сооружении морских трубопроводов необходимо учитывать факторы, влияющие на устойчивое положение трубопровода, проложенного по дну моря. При

этом обязательным условием является обеспечение устойчивости трубопровода под воздействием различных нагрузок, стремящихся

вызвать сдвиг трубопровода или его всплытие с неизбежным повреждением последнего.

Новыми нормами проектирования предусмотрено значительное повышение требований к проектированию подводных трубопроводов, с учетом требований охраны окружающей среды. Так, например,

предусмотрено для подводных трубопроводов использование труб специальных категорий с повышенной толщиной стенок, также

предусмотрено повышение требований к обеспечению устойчивости положения трубопровода препятствующего всплытия и ужесточение требования по испытанию подводных трубопроводов на давление, превышающее рабочее в 1,5 раза.

Рассмотрим влияния процессов бурения на природную среду.

Буровые растворы являются неотъемлемым компонентом технологии бурения скважин. Они предназначены для смазки и охлаждения работающего бурового инструмента, выноса на устье скважины для

последующего отделения выбуренной породы, стабилизации стенок скважины в период бурения, компенсации пластового давления. Буровой шлам - выбуренная в скважине порода, поднятая на поверхность буровым раствором и отделенная от раствора на сепараторах.

Характерные обобщенные показатели сбросов наиболее опасных компонентов бурения в море с буровых платформ показаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3.

Ориентировочные объемы сбросов отходов при разведке и добыче нефти и газа в море.

Тип сброса	Примерное количество (т)
В районах разведочного бурения для одной скважины:
Отработанный буровой раствор	150-400
Буровой шлам (сухая масса)	200-1000
Нефть в буровом шламе	120-300
В районах нефтяного промысла для 50 скважин:
Отработанный буровой раствор	45000
Буровой шлам	50000
Пластовые и продукционные воды (1 платформа)	1500 т/сут

В результате анализа проблем и методов удаления отходов при морском бурении определено, что существующие методы, в основном, не соответствуют экологическим критериям. В мировой практике чаще всего буровые отходы сбрасываются в море после той или иной очистки. К

числу возможных вариантов сброса буровых растворов и бурового шлама относится шунтирование, что означает сброс бурового шлама через трубу, спущенную с буровой платформы почти до самого дна, что снижает интенсивность разноса взвешенных фракций на большие расстояния. На

шельфе Аляски и в Мексиканском заливе применена технология закачки бурового раствора и шлама в глубинные геологические структуры.

Диспергирование и закачка в глубинные геологические структуры является наиболее перспективной технологией удаления буровых отходов. Для применения этой технологии необходим ряд условий, таких как

наличие хорошо проницаемых поглощающих горизонтов и непроницаемых экранов, обеспечивающих изоляцию поглощающего

горизонта сверху и снизу от продуктивных горизонтов и придонных слоев морской воды в границах зоны избыточных пластовых давлений, создаваемых нагнетанием. Вопрос о возможности ее использования может быть решен на основе анализа геологических данных, полученных в ходе разведочного бурения [12].

Одним из методов удаления данного типа отходов является их транспортировка на берег для захоронения и утилизации. Данный метод может применяться в прибрежных водах и является дорогостоящим.

Стоимость удаления отходов одной типичной скважины в среднем составляет 500 тыс., долларов. Известны также методы

электротермической обработки и инертизации буровых шламов, что позволяет существенно снизить токсичность этих отходов.

Химический состав буровых шламов зависит в первую очередь от химических реагентов, применяемых при бурении скважин, в его состав входят также углеводороды нефти и газа. В настоящее время в практике морского бурения используют два главных типа буровых растворов,

основу которых составляют либо нефтепродукты и другие смеси органических веществ, либо вода (таблица 2.4).

В последние годы предпочтение отдается малотоксичным водоосновным буровым растворам. Начиная с 80-х годов стали разрабатываться рецептуры буровых растворов, в которых дизельное

топливо заменено на менее опасные в экологическом отношении низкомолекулярные ароматические соединения и вещества парафиновой структуры (таблица 2.5).

Композиции реагентов в составе буровых растворов применяются для регулирования гидростатического давления в скважине, поддержания изотонического осмотического баланса между зоной бурения, пластовой областью и циркуляционной средой бурового раствора, обеспечения

оптимального режима бурения при проходке пластов с различной геологической структурой.

Таблица 2.4.

Содержание основных химических компонентов в буровых растворах на нефтяной основе, используемых при бурении одной скважины в море.

Компонент	Используемое количество
	т	%
Барит	409	60,8
Базовая углеводородная фракция	210	31,3
Хлорид кальция	22	3,3
Эмульгаторы	15	2,2
Смачивающие агенты и разжижители	12	1,8
Известь	2	0,2
Агенты, контролирующие вязкость	2	0,2

Таблица 2.5.

Базовые компоненты буровых растворов на водной основе

Базовые	Содержание (г/л)
Бентонит	0-140
Барит	0-1400
Каустическая сода	0-14
Прокаленная сода	0-9
Бикарбонат натрия	0-9
Морская вода	Любые пропорции
Выбуренная порода	0-100