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

В результате различных технологических операций при бурении скважин применяются десятки и сотни реагентов. Все они в той или иной степени присутствуют в отходах бурения - отработанном буровом растворе, буровом шламе и т.д., сброс которых в море представляет одну из главных экологических опасностей морской нефтегазовой отрасли.

Наибольшую опасность для морской экосистемы представляют биоциды, которые являются компонентом буровых растворов и других

технологических жидкостей и применяются для подавления развития бактериальной микрофлоры по причине присутствия значительного количества органических добавок в буровых растворах. К числу биоцидов относятся гипохлорит натрия, соли четвертичного аммония, алифатические диальдегиды [13] (таблица 2.6).

Таблица 2.6.

Ориентировочная классификация компонентов буровых растворов и стоков в зависимости от степени их эколого-токсикологической опасности.

Гру-

Компонент бурового раствора

Коэффициент экологической опасности (КЭО)

ппа

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

105

Минеральные взвеси

I

Бентонит и др. глины

ФХСЛ, КМЦ, КССБ

Барит,

ОКЗИЛ,

лигносульфонаты

Смазочные,

поверхностно-

II

активные, моющие препараты

Нефть и нефтепродукты, ПАВ,

растворители, эмульгаторы

Тяжелые

металлы,

III

пеногасители и -образователи,

биоциды

Ингибиторы

коррозии

и

отложения, биоциды

Биоциды

I - группа компонентов слабой и умеренной токсичности; II - средней токсичности;

III -высокой токсичности

Объем отходов бурения составляет в среднем от 1 до 5 тыс. кубометров на одну скважину. Каждые 1000-1500т таких отходов для одной скважины содержат 150-250 т нефти и около 10т токсичных примесей. В жидких буровых сбросах с платформ часто присутствуют тонкодисперсные взвеси, что создает поля повышенной мутности вокруг

платформ. Сброс шламов с буровых платформ дает в среднем 30% общего поступления нефти в море от нефтегазовой промышленности [12]. Все

буровые отходы имеют повышенные содержания тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий, хром, медь, цинк), которые содержатся в горных породах и компонентах буровых растворов.

В общей структуре сбросов с платформ в количественном отношении преобладают сбросы пластовых вод, поступающих из подземных структур в процессе добычи углеводородов. Эти воды обычно загрязнены нефтью, неорганическими и органическими солями, тяжелыми металлами, химическими реагентами и поэтому нуждаются в очистке перед сбросом в море. Такая очистка в морских условиях представляет собой довольно трудную задачу, и для ее решения используют сепарационные установки на платформах, или транспортируют пластовые воды по трубопроводам на береговые очистные сооружения [7].

Нефтяные углеводороды всегда присутствуют в сбрасываемых пластовых водах. В пластовых водах Тенгизского месторождения на побережье Северного Каспия в 1991г. содержание нефтепродуктов превышало 25 г/л. В Северном море такой источник ответственен за 20% всех нефтяных сбросов в море от нефтегазодобывающей индустрии.

Нефтяное загрязнение морских экосистем является проблемой крайне актуальной в связи с быстрыми темпами развития морской нефтегазовой отрасли.

Известно, что морские организмы разных систематических и

экологических групп способны синтезировать и выделять в воду углеводороды. Суммарный поток биогенных углеводородов значительно

превосходит интенсивность всех антропогенных поступлений углеводородов в морскую среду. Только за счет фотосинтеза в мировом океане ежегодно продуцируется 10-12 млн. т углеводородов.

Обобщая оценки поступления углеводородов нефти (тыс.т/год и %) в мировой океан, можно сделать вывод, что соотношение между

количеством добываемой и теряемой при возможных авариях нефти не превысит 1 тонны на 1 млн. тонн добываемой нефти.

Аварии при буровых работах обычно представляют собой неожиданные залповые выбросы жидких и газообразных углеводородов,

когда в процессе бурения вскрываются зоны с аномально высоким пластовым давлением. В Северном море, где нефтегазовая индустрия

обеспечила выполнение жестких экологических и противоаварийных требований, с 1979 по 1987гг. зафиксировано 516 аварийных ситуаций технологического характера, при которых в море попало 21530 тонн нефти, из них 48% - в результате залповых выбросов на морских буровых установках.

Подобные аварии происходили и на Каспии. По материалам

Коллегии Миннефтепрома СССР на шельфе Каспийского моря в то время

эксплуатировались 84 морские платформы и 141км эстакад. Обследованию

с помощью приборов дефектоскопии не подвергался ни один объект за всю историю морской нефтегазодобычи советского периода. Как следствие, аварийность в месторождениях Каспийского моря выше, чем на аналогичных объектах в мире.

Помехи и ограничения для судоходства и особенно для рыбопромыслового флота являются очевидным следствием нефтепромысловой деятельности на шельфе. Это прежде всего отчуждаемые акватории при установке буровых платформ, ограничения,

связанные со строительными и транспортными операциями в районах освоения морских нефтегазовых месторождений.

Перечень ограничений определяется главным образом следующими мероприятиями: введением охранных зон, полностью закрытых для судоходства, радиусом 500-1000 м вокруг каждой разведочной и эксплуатационной платформы; прокладкой на морском дне трубопроводов,

в охранной полосе вдоль трубопровода запрещается постановка судов на якоря и траловый лов рыбы; установкой на дне донных устьевых

комплексов и конструкций для фиксации и оконтуривания устьев законсервированных скважин после разведочного бурения; взмучиванием воды при проведении строительных работ.

Контроль воздействия на морскую среду при разработке нефтегазовых месторождений осуществляется в мировой практике по двум основным направлениям. Одна группа нормативов регулирует

качественный и количественный состав поступающих в морскую среду сбросов. Вторая группа нормативов определяет допустимые уровни загрязнения морской среды или других параметров биоты.

Действующие сейчас в США ограничения при сбросе в море отходов бурения включают в себя следующие основные требования: отсутствие в сбросах нефти и нефтепродуктов в концентрациях, превышающих установленные нормы; ЛК50 при биотестировании образцов отходов в течение 96 часов не должна быть ниже 30 г/кг; ограничение на содержание ртути и кадмия в баритовых основах буровых растворов; запрет сброса отработанных буровых растворов и бурового шлама, загрязненных дизельным топливом; запрет сброса жидких и твердых буровых растворов на расстоянии ближе 3 миль от берега.

Внекоторых странах сбросы отходов морской нефтедобычи не подлежат регулированию.

Вмировой практике стандарты различных стран допускают сброс отходов морского бурения с содержанием нефти в таких сбросах в пределах 7-100 мг/л. В последние годы намечается тенденция к ужесточению норм. В США намечается переход от средней допустимой концентрации нефти в 48 мг/л к нормативу не более 7 мг/л. Аналогичные тенденции к ужесточению нормативов наблюдаются во многих странах. В

Норвегии допустимое содержание нефти при сбросе в море пластовых вод и буровых шламов снижено до 25 мг/л и 10 г/кг вместо нормативных уровней 40 г/л и 100 г/кг, предусмотренными международными соглашениями.

На практике нормирование уровня содержания нефтепродуктов в сбросах с платформ определяется технологическими возможностями и не имеет экологического обоснования. Нормирование содержания тех или

иных веществ в водной среде основывается на проведении тех или иных биологических тестов, которые достаточно объективно регламентируют их допустимые концентрации. Однако отсутствует единая методология такого нормирования, что приводит к разбросу результатов и соответствующих стандартов и норм. В США стандарты качества водной среды по показателю содержания нефтяных углеводородов, принятые в разных штатах, колеблется от 15 до 10000 мкг. В России существуют 2 системы нормативов качества воды - санитарно-гигиенические и рыбохозяйственные ПДК, которые нормируют более 1500 показателей.

С развитием нефтяного промысла увеличилось загрязнение Каспия нефтью и нефтепродуктами. Достаточно сказать, что при освоении месторождения «Нефтяные Камни» почти на трех десятках скважин образовались искусственные грифоны с дебитом от 100 до 500 тонн нефти в сутки, продолжительность действия которых составила от нескольких дней до 2 лет [14].

В то же время нельзя не отметить, что на Каспии до этого

существовали и продолжают существовать в настоящее время естественные источники углеводородов. В частности, таковым является подземный сток, ежегодный

объем которого равен 4-5км3, при этом содержание углеводородов в подземных водах составляет 0,3-3,0 мг/л.

Выделение углеводородов в морскую среду происходит и при извержениях многочисленных грязевых вулканов и при функционировании естественных грифонов, среднесуточная производительность которых на

Азербайджанском шельфе составляет 15-20 тонн сырой нефти в сутки.
Основным источником нефтяного загрязнения Каспия	в

шестидесятые годы был танкерный флот, в связи с чем существенную роль

в охране Каспийского моря от нефтяного загрязнения сыграло принятое в 1968 году Постановление «О мерах по предотвращению загрязнения Каспийского моря», запретившее сброс балластных вод с судов, перевозящих нефтепродукты [15].

Транспортировка нефти, будучи обязательным атрибутом нефтегазодобывающей деятельности на шельфе Мирового океана,

одновременно является одним из основных источников его нефтяного загрязнения, причем наиболее крупные аварийные розливы нефти связаны именно с ее перевозкой, а не с добычей или переработкой.

Указанное правило целиком относится и к Каспийскому морю. Так же, как в

Мировом океане основным источником поступления нефтепродуктов в Каспийское море является поверхностный сток.

Многолетняя практика разведки и разработки морских нефтяных месторождений на Каспии показывает, что основным фактором

воздействия нефтяного промысла на морскую среду является загрязнение последней буровым раствором и шламом, сточными и пластовыми водами, нефтью и нефтепродуктами. Исследования влияния этого загрязнения на состояние биоты и экосистем Каспийского моря начались в 70-х годах и продолжаются поныне.

Наибольшее число опубликованных работ посвящено воздействию сырой нефти на организмы различных видов и экологических групп Каспийского моря. Показано, в частности, что

устойчивость организмов к токсическому воздействию нефти зависит от их таксономической принадлежности и стадии развития, концентрации углеводородов, продолжительности воздействия и его сочетания с другими факторами и условиями среды.

Научные работы последних лет показывают, что нефтяные углеводороды в концентрации от 0,05 до 0,5 мг/л, как правило, не влияют на выживаемость морских организмов, если их токсическое действие не усугубляется действием других токсикантов. Более того, в этих пределах, они порой стимулируют рост организмов. Однако при этом, практически

во всех тканях и органах наблюдаются физиологические и биохимические изменения. Последние приобретают необратимый характер при увеличении концентрации нефти от 0,5 до 50 мг/л [16]. Уже у самой нижней границы (0,5-1,0 мг/л) этого интервала изменения

физиологических и биохимических показателей сопровождаются нарушениями роста и развития, а также плодовитости рыб.

Среди биологических ресурсов Каспия наибольшую ценность представляют осетровые. Токсическому воздействию нефти на их рост и развитие в естественных условиях, по-видимому, благоприятствует то, что

детритная пищевая цепь каспийской экосистемы характеризуется высокой степенью аккумуляции углеводородов, особенно предельных, которых в планктоне, моллюсках и рыбе (осетре, севрюге), содержится в 1,5-2,0 раза больше, чем ароматических.

Большое количество исследований посвящено также изучению воздействия сточных и пластовых вод, буровых растворов и шламов на организмы Каспийского моря. С точки зрения организации производственного экологического контроля важно, что в этих

исследованиях выявлена зависимость токсического действия этих продуктов от их состава, а также от условий обитания организмов [15]. Из этого следует, что токсикологическому испытанию в условиях

максимально приближенных к естественным должны быть подвергнуты

все компоненты и отходы, используемые и образующиеся при бурении, даже в том случае, когда для них уже установлена предельно-допустимая концентрация.

Наиболее трудным оказалось проследить, как нефтяное загрязнение

Каспийского моря воздействует на состояние морских экосистем на популяционном и биогеоценотическом уровнях, где на функционирование биологических сообществ, помимо загрязнения, оказывает воздействие множество других факторов. Порой даже численность нефтеокисляющих

бактерий в морских водах не связана с содержанием в них нефтепродуктов и, потому, не может быть индикатором нефтяного загрязнения. И все-таки, наибольшая частота встречаемости рыб с патологическими нарушениями гонадо- и гаметогенеза была

зафиксирована в период наибольшего загрязнения Каспия нефтепродуктами.. На фоне происходившего в 90-х годах уменьшения

содержания нефтепродуктов в водах Каспия наблюдалась тенденция к улучшению физиолого-биохимических и морфо-функциональных показателей осетровых.

Говоря о негативном воздействии нефтяного загрязнения на биологические сообщества Каспийского моря, нельзя забывать, что основной вклад в него вносит отнюдь не нефтяной промысел, а речной сток. Именно многолетние изменения содержания нефтепродуктов в их

воде оказываются наиболее тесно связанными с частотой морфологических нарушений в развитии осетровых.

Но и нефтяной промысел, в тех случаях, когда он осуществляется в

нарушение установленных или необходимых природоохранных правил требований, также может вносить весомый вклад в нефтяное загрязнение Каспия. Так, только в период с 1989 по 1997 год имели место 45 аварийных розливов нефти на нефтяных промыслах Республики Азербайджан [17].

Жизнедеятельность морских биологических сообществ в районе островов Апшеронского и Бакинского архипелагов угнетена. За три десятилетия (60- е, 70-е, 80-е годы) продукция фитопланктона здесь уменьшилась в среднем в 12-15 раз. Резко изменился также видовой состав биологических сообществ.

В 80-е годы началась эксплуатация нефтяных месторождений (Каламкас, Каражамбас, Тенгиз) на северном и восточном побережье Северного Каспия, при этом имелись случаи, когда дамбы, защищающие месторождения от моря разрушаются при нагонах, морская вода заливала нефтепромыслы, а отступая уносила с собой в море большое количество нефтепродуктов и других токсикантов, используемых при разведке и добыче нефти. Как следствие, концентрация нефтяных углеводородов в

прибрежных морских водах у Восточного побережья Северного Каспия в период 1991-1997 гг. изменялась в пределах от 4 до 25 ПДК.

Из вышеизложенного можно сделать определенные выводы. Во- первых, негативное воздействие нефтяного загрязнения на состояние

каспийской биоты прослеживается на всех уровнях биологической организации: от молекулярного до биогеоценотического. Однако,

основным источником нефтяного загрязнения Каспийского моря является речной сток, а отнюдь не нефтяной промысел. Во-вторых, при разведке и

добыче нефти в морскую среду помимо нее может попасть множество других не менее токсичных веществ, определение комплексного токсичного воздействия которых в условиях, максимально приближенных к естественным, является одной из главных задач ведомственного экологического контроля.

Задачи системы в прогнозировании социально-экономических последствий, вызванных проявлением чрезвычайных геодинамических событий природно-техногенного генезиса на территории природно- технических систем нефтегазового комплекса Каспия, состоят в оценке:

∙степени вероятного поражения людей в зоне влияния чрезвычайных геодинамических событий;

∙вероятности повреждения (аварий) скважин, трубопроводов, емкостей для промышленных отходов, хранения газа и продуктов переработки;

∙вероятности повреждения (разрушения) производственных зданий и сооружений, энерго-, тепло- и водоснабжения, линий связи и транспортных коммуникаций;

∙вероятности повреждения (разрушения) особо ответственных объектов, находящихся на территории месторождений или

прилегающих районов

∙вероятности воздействия на населенные пункты, расположенные в

зоне влияния чрезвычайных геодинамических событий

Оценка геодинамического и промышленно-экологического риска при

освоении морских нефтегазовых месторождений будет зависеть от конкретной природной, промышленной, социальной обстановки в случае реализации природно-техногенных геодинамических событий и от конкретизированных негативных последствий, которые возможны для этой обстановки (среды). При этом необходимо учитывать, что собственно

геодинамические события в незаселенной местности не содержат в себе столь значительной опасности, а сравнительно небольшие по интенсивности природно-техногенные события в районах сильной кон- центрации систем и объектов нефте-газодобывающего комплекса могут

привести к существенно высокому промышленному и экологическому риску и ущербу.

Весь комплекс мероприятий должен обеспечить получение следующих результатов:

∙учет геодинамического фактора и прогнозирование сейсмической и деформационной ситуации на разрабатываемых месторождениях углеводородов может привести к снижению аварийности скважин,

связанных с влиянием аномальных напряжений в земной коре природного и техногенного генезиса. Это может быть достигнуто за счет оптимизации их размещения, что, в свою очередь, уменьшит риск возникновения экологических последствий таких аварий.

Прогноз возможных аномальных просадок земной поверхности за счет извлечения флюида из резервуара месторождений в условиях аномального изменения уровня моря позволит заблаговременно принять превентивные меры (в том числе по изменению технологии и режима разработки), снижающие риск негативных экологических и

экономических последствий от подтопления и затопления территорий нефтегазопромыслов;

∙система геодинамического мониторинга на территории Каспийского региона в целом и районах нефтегазодобывающих комплексов,

которая должна рассматриваться в комплексе с экологическим мониторингом окружающей среды региона, обеспечит надежный контроль развития природно-техногенных сейсмических и деформационных процессов;

∙реализация стратегии геодинамической безопасности освоения угле-

водородного потенциала недр Каспийского региона и внедрение результатов в общий комплекс работ по обеспечению устойчивого развития Каспийского региона будут способствовать повышению обоснованности инвестиционных договоров (снижение риска инвестиций) и договоров страхования, а также повышению гарантированности выполнения бизнес-планов при освоении недр региона. Обоснованное выделение участков повышенного

геодинамического риска может быть использовано при размещении новых объектов нефтегазодобычи, а также для оценки безопасности действующих комплексов, магистральных трубопроводов, что позволит в итоге минимизировать экономический (финансовый), геоэкологический и страховой риски;

∙разработанные меры снижения возможного ущерба от проявлений геодинамических событий природно-техногенного генезиса

приведут в возрастанию заинтересованности нефтяных компаний к необходимости учета реального современного геодинамического состояния недр при проведении операций по недропользованию, что обусловит формирование рынка новых страховых услуг.

Таким образом, исходя из основных положений вышеизложенного, совершенно очевидно, что в систему промышленно-экологической

безопасности объектов нефтегазового комплекса должна быть включена

геодинамическая составляющая. При этом природные объекты должны рассматриваться более широко, включая в это понятие и их геодинамическую активность природно-техногенного генезиса. Контроль (мониторинг) поверхностных экосистем органически дополняется мониторингом современных природно-техногенных геодинамических процессов, замыкая тем самым весь цикл возможных источников негативных процессов, связанных с функционированием систем и объектов нефтегазового комплекса.

Решение проблемы обеспечения геодинамической безопасности освоения углеводородного потенциала недр Северного Каспия явится важным вкладом в улучшение экологической ситуации во всем Каспийском регионе и в конечном счете позволит снизить ущерб от возможных аварийных ситуаций на производственных объектах с воздействием современных природно-техногенных геодинамических процессов.

Экосистема Каспия уникальна, его восполнимые биоресурсы бесцен- ны. Загрязнение моря нефтепродуктами, сероводородом при крупномас-

штабных работах нефтегазового комплекса способно нарушить критическое биологическое равновесие, уничтожить его самоочищаемость, возобновимость биоресурсов. Недопущение попадания токсических веществ в море при современных технологиях ведения работ возможно.

Рассматриваемый регион продолжает испытывать геодинамическую нестабильность, колебания уровня моря связаны с изменением геодинамического режима в нем. Извлечение значительного объема углеводородов в этих условиях может «спровоцировать» возникновение природно-техногенных (индуцированных) чрезвычайных геодинамических событий, которые по интенсивности сравнимы с сильными и катастрофическими природными процессами. Поддержание существующего природного деформационного режима в литосфере - новая актуальная проблема. Учет техногенно-индуцированного фактора и

обеспечение безопасности в районах нефтегазодобычи на основе мирового опыта и современных технологий является первоочередной задачей.

Серьезность проблемы эколого-геодинамической безопасности природно-технических систем и объектов нефтегазовой промышленности,

инфраструктуры и экосистемы Каспийского региона требует адекватного отношения к ней. Решение ее должно перейти в категорию межгосударственных комплексных исследований высшего приоритета, стать обязательным для нефтегазодобывающих компаний.

Таким образом, в данном параграфе монографии

проанализировано современное геоэкологическое состояние и рассмотрены проблемы проведения нефтяных операций в условиях казахстанского сектора Каспийского моря. По результатам проведенных исследований предложены мероприятия, обеспечивающие повышение

уровня экологической безопасности проведения нефтяных операций.

Проведено обобщение показателей сбросов наиболее опасных компонентов бурения в море с буровых платформ, рассмотрены подходы к их решению. Описаны стандарты контроля воздействия на

морскую среду при разработке нефтегазовых месторождений используемые в мировой практике.

1.2 Подход к решению геоэкологической задачи Каспийского моря в связи с развитием нефтегазового комплекса

Работы по освоению нефтегазового потенциала Северного Каспия в настоящее время происходит возрастающими темпами. Одновременно

возрастает возможность загрязнения бассейна Каспийского моря и разрушения экосистемы. Следует отметить, что причиной дисбаланса

геоэкологии Каспия являются не только возрастающий темп промышленного освоения морских месторождений, но и другие факторы. Например, водами рек Волги, Урала и др. выносится большое количество загрязняющих веществ. Донное отложение моря и изменение геодинамического режима региона, природно-техногенные явления также

являются источниками загрязнения и нарушения экологического состояния Каспийского региона [18].

В связи с этим, в настоящее время очень актуальными являются

решения геоэкологической задачи Северного Каспия в связи с развитием нефтегазового комплекса и с учетом влияний других факторов нарушающих экологический баланс региона. Данную задачу необходимо решить с оптимизацией экономико-экологических критериев, т.е. надо развивать нефтегазовый комплекс, применяя экологически безопасные технологии (в отдельных случаях необходимо найти компромисс между этими критериями).

При формализации и решении такой геоэкологической задачи, кроме

разработки и внедрения природоохранных методов освоения морских месторождений мелководной части Северного Каспия, необходимо

оценить возможные геодинамические воздействия на объекты нефтегазового производства. В данной работе проанализируем и предложим подход к решению второй части поставленной задачи.

Целый ряд тектонических, геоморфологических, физико- географических, ландшафтных особенностей региона обусловлен приуроченностью Каспия и прилегающей суши к протяженной (несколько тысяч километров) меридиональной волне прогибания земной коры [19].

Важнейшим достижением последних лет в области прикладной геофизики является установление закономерных связей между структурно-