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

КМ = (Σ Hg * Vn - On)/(Σ Hg * Vn)

здесь Hg - фактический расход сырья, материалов; Vn - объём производства продукции или переработки сырья; On - неиспользуемый объём отходов или побочных продуктов.

Для определения коэффициента экологичности (КЭ) производства

необходимо установить коэффициент его отходоёмкости КО который можно рассчитать по формуле:

КО = (ΣOn * Кi)/(Σ Hg * Vn)

где Кi - показатель опасности отхода i-ого вида.

Тогда

КЭ = 1- КО или КБ = КМ * (1- КЭ)

Исходя из опыта ранжирования технологий в нефтегазовой промышленности, можно разделить на следующие категории [7]:

1.Условно безотходные при КБ = 0,9 ÷ 1, при этом абсолютно безотходные технологии должны иметь КБ = 1;

2.Малоотходные при КБ = 0,7 ÷ 0,9.

3.Рядовые при КБ ≤ 0,7.

Основным критерием оценки эффективности разработки и освоения нефтегазовых месторождений являются экономические показатели проекта (например, прибыль, получаемая от реализации продукции) и экологическая безопасность производства (сохранение экологического равновесия). Величина чистого дисконтированного дохода за период оценки вариантов рассчитывается как разность между выручкой (от продажи нефти, газа на внутреннем и мировом рынках) и затратами,

вложенными в освоение месторождения и в природоохранные мероприятия.

Ожидаемая максимальная величина чистого дисконтированного дохода позволяет определить стратегию промышленной разработки месторождения - прогноз развития добычи нефти, выбор оптимальной плотности сетки скважин, соответствующего ей коэффициента конечной нефтеотдачи, срок его достижения (при современном уровне техники и технологии добычи и действующей конъюнктуре цен), соблюдение

правил и норм экологической безопасности при освоении и переработке углеводородного сырья.

Ожидаемая минимальная величина чистого дисконтированного дохода (равенство затрат и выгод) определяет предельную рентабельную стоимость эксплуатации залежей. Она используется для экономического обоснования границы размещения скважин на залежи, в рамках которой

рассматриваются технологические варианты разработки и проводятся гидродинамические расчеты до года достижения предельной

обводненности скважин (момент прекращения эксплуатации месторождения). Отрицательная величина чистого дисконтированного дохода свидетельствует о неприемлемости варианта разработки.

Другим критерием оценки вариантов, наряду с основным критерием (чистым дисконтированным доходом), служит величина внутренней нормы рентабельности, рассчитанная при таком значении нормы дисконтирования, когда суммарные чистые потоки денежной наличности становятся равными нулю.

В качестве оценочного показателя инвестиционных вкладов может быть принят период окупаемости, то есть количество лет, которое потребуется для возвращения всего первоначального капитала, вложенного в проект. Срок окупаемости рассчитывается как без дисконтирования (по реальной величине потока денежной наличности), так и с учетом нормы дисконтирования. Инвестиционные проекты, которые имеют более короткий период окупаемости, характеризуют сравнительно меньшим риском и являются наиболее привлекательными.

Расчеты экономических и экологических показателей, оценка

вариантов разработки и освоения месторождения производятся в постоянных ценах и с учетом инфляции, как с использованием цен внутреннего рынка, так и цен мирового рынка. Однако, в условиях

непредсказуемости инфляционных процессов и соответствующих изменений затрат и выручки, ее можно не учитывать в расчетах, и это

допущение не приведет к нарушению сопоставимости вариантов в выборе рекомендуемого.

Для экономической оценки выбора рекомендуемого варианта разработки проводится сравнение вариантов по показателям, рассчитанным при одинаковых балансовых (геологических) запасах по эксплуатационным объектам и месторождению в целом.

Сравнение технико-экономических показателей проводится за 5, 10 лет и экономически обоснованный проектный срок оценки. При этом сопоставляются следующие основные показатели вариантов: плотность сетки скважин, срок разработки, коэффициент нефтеотдачи, извлекаемые запасы, максимальный уровень добычи (проектная мощность); капитальные вложения по источникам финансирования, включая иностранных инвесторов, эксплуатационные расходы с выделением амортизации и заработной платы, чистый дисконтированный доход, внутренняя норма рентабельности, срок окупаемости первоначального капитала, а также экологические показатели варианта: стоимость и надежность природоохранных мероприятий, степень риска загрязнения окружающей среды, вызванной выбросами, аварией и другими факторами.

Уровни экологического нарушения определяются с помощью ботанических, зоологических, почвенных и других критериев [44]. В

практике оценки состояния экосистемы используют индикаторные

методы, когда возникает потребность адекватно оценить степень

сохранности экосистем территории по отношению к нетронутому природному фону, а также степень самовосстановительной способности экосистем при антропогенном воздействии, если таковое имеется.

Наиболее пригодным для этого является подход с оценкой на бассейновой основе экосистем по показателям биоразнообразия. Бассейн, как ландшафтный выдел, рассматривается при этом как система, состоящая не только из наземной части, но включающая также и водный объект. При этом экосистема водного объекта понимается как единство среды и обитающей в ней биоты.

Состояние водной экосистемы является конечным показателем нагрузок трофических и, загрязняющих среду обитания веществ, и лишь косвенно может указывать на факторы, оказывающие влияние на экосистему или являющиеся результатом ее жизнедеятельности. С другой стороны, биотестирование по водным объектам дает частичную оценку среды, касающуюся лишь объекта тестирования.

Биоиндикационные методы на основе видового состава сообществ и обилия водорослей дают интегральную оценку результатов всех природных и антропогенных процессов, протекавших в водном объекте.

Более подробно опишем критерии оценки экологического состояния морских акваторий. При выделении зон экологического загрязнения используются показатели по бактериопланктону, фитопланктону, зоопланктону и ихтиофауне (% от контрольного уровня). Кроме того, для определения степени токсичности вод применяется интегральный показатель – биотестирование.

Критерии экологического бедствия:

∙биомасса планктона и макрозообентоса <30% или >300%;

∙число видов в планктонных сообществах <50%;

∙исчезновение ценных и редких видов рыб, отсутствие запасов промысловых рыб;

∙численность индикаторных форм микроорганизмов, более 60% от общей численности микроорганизмов;

∙доля гидробионтов – вселенцев >50% от общей биомассы;

∙уровень первичной продукции, около 0% или >300%;

∙исчезновение макрофитов;

∙морфологические изменения гидробионтов, >50%;

∙заболеваемость рыб, связанная с хроническим токсикозом >50% от годового улова.

Критерии, относительно удовлетворительной экологической ситуации:

∙биомасса планктона и макрозообентоса, 100%;

∙число видов в планктонных сообществах 90-100%;

∙наличие запасов промысловых рыб и беспозвоночных, в т.ч. коммерчески ценных, естественное состояние ихтиофауны;

∙состояние сообществ зообентоса, в т.ч. исходных видов характеризуется разнообразием. Наличие свободноживущих организмов (ракообразные и другие группы организмов);

∙численность индикаторных форм микроорганизмов, менее 10%;

∙доля гидробионтов – вселенцев, <5% от биомассы сообщества;

∙уровень первичной продукции, 100%;

∙морфологические изменения гидробионтов <5%;

∙заболеваемость рыб - отсутствие признаков.

Критерии оценки степени химического загрязнения морских вод при стабильном сохранении химического загрязнения в течение трех лет по оценкам выглядят следующим образом.

Экологическое бедствие:

∙1-2 класс опасности более 10 ПДК;

∙3-4 класс опасности более 100 ПДК.

Чрезвычайная экологическая ситуация:

∙1-2 класс опасности 5-10 ПДК;

∙3-4 класс опасности 50-100 ПДК.

Относительно удовлетворительная ситуация:

∙1-2 класс опасности 1 ПДК;

∙3-4 класс опасности 1 ПДК.

По этим показателям казахстанская часть шельфа Каспийского моря в целом находится пока относительно удовлетворительном экологическом состоянии, хотя в отдельных регионах наблюдается довольно сильное загрязнение нефтью, нефтепродуктами и отходами.

Рассмотрим вопросы оптимизации экологически безопасных норм освоения нефтегазовых месторождений. Экологические нормы

производственной деятельности людей являются объективной мерой защиты объектов природы от развития деградационных процессов в локальном и региональном масштабах.

Инженерная идеология экологического нормирования включает в себя два аспекта.

1. Нормирование предельных уровней антропогенных свойств:

а) природных объектов – предельно-допустимые концентрации веществ, определяющие пороговые (с точки зрения возможности развития необратимых смещений экологического равновесия); б) источников техногеных воздействий - предельно-допустимые

выбросы (в общем случае – воздействия) (ПДВ), определяющие объекты внешних (техногенных) нагрузок.

2. Нормирование конструкторских и технологических решений,

производственных форм исполнения трудовых процессов по экологически размерной цепи потенциально возможных потерь окружающей среды и их непревышения заданной величины.

В номенклатурном составе объектов нефтегазового комплекса насчитывается более 40 типов загрязняющих источников, характеризующихся интенсивностью и свойствами веществ - загрязнителей.

Наибольшую опасность для водной среды представляют нефть, нефтепродукты, конденсат, хлорорганические соединения, радиоактивные вещества и тяжелые металлы. Основными «поставщиками» этих загрязнителей воды являются нефтедобывающая, газовая, химическая, горнодобывающая виды промышленности. Опасность отравления нефтью возрастает с ростом ее концентрации. Токсичность в водной среде проявляется при концентрации более 1 мг/м3. Даже незначительное содержание нефти (200-300 мг/м3) приводит к нарушению экологически

равновесного состояния отдельных популяций рыб и других обитателей речной и морской фауны. В общем случае величина экологического риска связана с уровнем загрязнения среды, т. е.

Pэ ≈ ((v j)e j)/ (ej) пдк

где (v j)e j – фактическая концентрация загрязнителя в среде ej .

Известно, что 1т нефти способна образовать сплошную пленку площадью 2,6 км2 (одно капля – соответственно около 0,25 м2). В

зависимости от количества разлитой нефти толщина пленки существенно различается.

Нефть достаточно активно взаимодействует со льдом, который способен поглощать ее в количествах до одной четверти от своей массы. При таянии такой лед становится источником загрязнения моря.

При концентрациях нефтяных загрязнений выше 800 мг/м3

происходит подавление жизнедеятельности фитопланктона и возможно уничтожение планктона в целом. Это, в свою очередь, резко сокращает выработку кислорода морскими водорослями. Доля этого жизненно необходимого элемента в Земном балансе весьма значительна (известно, что океаны и моря обеспечивают производство около 50 % кислорода от атмосферного объема).

Организация экологического нормирования допускаемых антропогенных изменений конкретных объектов гидросферы должна учитывать общие требования к качеству воды. В частности для водоемов и водостоков такими требованиями являются следующие:

1.количество растворенного кислорода в воде после смешения с ней сточных вод не должно быть меньше 4 мг/л в любой период в пробе, взятой до 12 ч дня.

2.биохимическая потребность в кислороде при 200С не должна превышать 3 и 6 мг/л для водоемов и водотоков соответственно первой и второй категорий.

3.содержание взвешенных частиц в воде после спуска стоков не должно увеличиваться более чем на 0.25 и 0.75 мг/л для водоемов и водотоков соответственно первой и второй категорий.

4.вода не должна иметь запахов и привкусов интенсивностью свыше 2 баллов.

5.после смешения вод водоема и водотока с промышленными и коммунальными стоками кислотность должна находиться в пределах

6.5≤рН≤8.5.

6.не допускается содержание ядовитых веществ в концентрациях, могущих оказать вредное воздействие на объекты.

7.концентрация минерального осадка не должна быть более 1000 мг/л,

втом числе хлоридов – 350 и сульфатов – 500 мг/л.

Вхимическом составе воды ограничивается также содержание некоторых микроэлементов. Так, содержание железа в виде

гидрокарбоната железа Fe(HCO3)2, сернистого железа FeSO4 или в виде гуминокислого железа не должно превышать 0.3 мг/л [45].

Концентрация токсичных веществ в хозяйственно-питьевой воде

(в мг/л) не должна превышать: Pb - 0.1; As - 0.05; F – 1.5; C u- 3; Zn -5.

Концентрация остаточного активного хлора в водопроводной воде не должна превышать в ближайшей точке от насосной станции 0.5, а в конечной точке 0.3 мг/л.

Основными факторами, определяющими сложность описания и оптимизации экономико-экологических критериев нефтегазового производства являются:

∙переход к интенсификации производства за счет усложнения агрегатов и технологии производства;

∙необходимость расширения и изменений номенклатуры изделий, быстрая сменяемость видов продукции;

∙увеличение сложности изделий, повышение требований к качеству продукции и экологическим показателям производства;

· функционирование ЭЭС в условиях неопределенности, вызванной

вероятностным характером результатов работы объекта (стохастичность системы) и субъективными факторами, свойственными человеку, который является неотъемлемой частью системы управления производством.

Приведем результаты исследования, проведенного нами по определению комплексной (системной) оценки экономической

эффективности и экологической безопасности производственных объектов и процессов нефтегазовой отрасли. Для проведения такой

оценки и управления объектами и процессами нефтегазовой отрасли на основе эколого-экономических критериев предлагаем системный подход

к формализации и решению задач управления этими объектами и процессами в условиях многокритериальности и нечеткости исходной информации, так как эти объекты и процессы функционируют, как правило, именно в этих условиях. В качестве объекта исследования рассмотрим технологические объекты нефтедобычи. В этих технологических комплексах протекают процессы по добыче нефти, и в

процессе работы они должны отвечать определенным природоохранным требованиям, экологическим критериям.

Проблему оптимизации технологических объектов нефтедобычи при векторе критериев и нечеткой исходной информации можно формализовать в виде задачи принятия решений (ПР). Принятие

решений заключается в оценке возможных вариантов решений и выборе наилучшего из них по заданным критериям экономической эффективности и экологической безопасности. Формализацию и

математическую постановку задач в этих условиях можно получить на основе модификации компромиссных схем принятия решений [46].

Пусть f(x) = f1(x),…,fm(x) вектор критериев, оценивающий качество работы, например, экономическую эффективность и экологическую безопасность технологического комплекса нефтедобычи. Каждый из m критериев зависит от вектора n параметров (управляющих воздействий, режимных параметров) x = (x1,…,xn), например: температура, давление, скорость и т.д. технологического объекта. Эту зависимость описывают математические модели объекта и процесса, разрабатываемые соответствующими методами. На практике всегда имеются различные ограничения (экономические, технологические, экологические), которые можно описать некоторыми функциями – ограничениями jq³bq, q=1, L . Следует отметить, что некоторые из рассмотренных локальных критериев

и ограничений сводятся к качественным ограничениям вида не более или не менее чем bq (jq ~> bq). Режимные и управляющие параметры также имеют свои интервалы изменения, задаваемые технологическим

регламентом установки: xjΩ = [xjmin, xjmax], xjmin, xjmax – нижний и верхний пределы изменения параметра xj. Эти ограничения могут быть нечеткими

( >~, <~, ~= ).

Требуется выбрать оптимальное решение – режим работы технологического комплекса нефтедобычи, обеспечивающее

экстремальное значение вектора критериев при выполнении заданных ограничений и нечеткости некоторых исходных данных, а также учитывающее предпочтения ЛПР.

Формализованную задачу в условиях многокритериальности и нечеткости можно записать в виде следующей задачи оптимизации:

max fi(x), i=

1,m

(2.1)

x X

Х = { xΩ, ϕq(x) ~> bq, q=1, L }

(2.2)

Решением данной задачи является значение вектора режимных параметров x*=(x1*,…,xn*), обеспечивающее такие значения локальных критериев, которые удовлетворяют ЛПР (лицо, принимающее решение).

Во многих случаях качественные факторы (нечеткие высказывания и суждения) являются основными и привычными для человека. Преобразование нечеткого описания в количественное не всегда удается или оказывается нецелесообразным. В связи с этим, в данной работе предлагается наиболее перспективный подход, основанный на разработке методов принятия решений (ПР), приспособленных к человеческому языку, к качественным факторам любого характера, к человеческим процедурам принятия решений, которые ставятся и решаются в нечеткой среде, не преобразуя их к детерминированным задачам, т.е не теряя доступной информации нечеткого характера.

Таким образом, сведем задачу (2.1)-(2.2) к многокритериальной

задаче оптимизации с учетом качественного характера исходной информации.

Пусть μ0(x) = (μ01(x),…, (μ0m(x)) – нормализованный вектор критериев – fi(x), i=1, m , оценивающий экономико-экологические критерии объекта управления. Допустим, что для каждого нечеткого ограничения ϕq(x) ~> bq, q=1, L построена функция принадлежности его выполнения μq(x), q=1, L . Известен либо ряд приоритетов для локальных критериев Ik = {1,…,m} и ограничений Ir = {1,…,L}, либо весовой вектор, отражающий взаимную важность критериев (γ = (γ1, …,γm)) и ограничений (β = (β1,…,βL)).

Тогда, например, на основе идеи методов главного критерия и

максимина многокритериальную задачу оптимизации с векторным ограничением с учетом качественной исходной информации (2.1)-(2.2) можно записать в следующей постановке [47]:

max m01(x),					(2.3)
x X
X={x:xÎWLarg(m0i(x)³mri)Larg( max min (bqmq(x)),i=		,q=		}	(2.4)
	2, m		1, L
xΩ q L

где L - логический знак «и», требующий, чтобы все связываемые им утверждения были истинны, mri – граничные значения для локальных критериев m0i(х), i= 2, m , задаваемые ЛПР. Область определения

переменных х и выполнения нечетких ограничений определяется на основе принципа максимина (гарантированного результата).

Меняя mri и вектор важности ограничений b = (b1,…,bL), получаем семейство решений задачи (2.3)-(2.4) - x*(mr, b). Выбор наилучшего решения можно осуществлять на основе диалога с ЛПР.

Таким образом, в данном параграфе монографии изучены экономико-экологические критерии оценки эффективности освоения нефтегазовых в т.ч. оффшорных месторождений. Предложен интегральный

коэффициент безотходности производства и описана формула для его расчета. Рассмотрены вопросы оптимизации экологически безопасных

норм освоения нефтегазовых месторождений и вопросы экологического нормирования допускаемых антропогенных изменений конкретных объектов гидросферы с учетом общих требований к качеству воды.

Формализована и получена постановка задачи принятия решений по нефтедобыче по экономико-экологическим критериям.

Выводы по разделу 2

2.1 Описаны зоны казахстанского сектора Каспийского моря, соответствующие основным седиментационным бассейнам: (Прикаспийская (Прикаспийская впадина), Устюрт-Бузачинская (Северо- Каспийское поднятие), Мангышлакская (Сегендыкско-Центрально- Мангистауский и Песчаномысско-Ракушечный районы). Рассмотрены

принципы и вопросы реализации Государственной программы освоения углеводородных ресурсов казахстанского сектора Каспийского моря.

Изучены и изложены принципы освоения и экономической оценки запасов нефти и газа континентального шельфа казахстанского сектора Каспийского шельфа и описаны принципы экономической оценки запасов нефти и газа континентального шельфа в условиях Северного Каспия.

Изложена методика оценки морских углеводородных ресурсов применительно к условиям казахстанского сектора Каспийского моря.

Рассмотрены основные задачи исследования при подготовке Комплексного плана развития береговой полосы КСКМ. Определено, что по шельфам морей, в которых уже выявлены углеводородные месторождения, в

качестве основного критерия экономической ценности ресурсов и запасов месторождения газа или нефти используется показатель дисконтиро-

ванного экономического эффекта за период подготовки и отработки запасов, приведена формула для его расчета.

2.2 Рассмотрены экономико-экологические критерии оценки эффективности освоения нефтегазовых, в т.ч. оффшорных месторождений.

Предложен интегральный коэффициент безотходности производства и описана формула для его расчета. Рассмотрены вопросы оптимизации

экологически безопасных норм освоения нефтегазовых месторождений и вопросы экологического нормирования допускаемых антропогенных изменений конкретных объектов гидросферы с учетом общих требований к качеству воды. Формализована и получена постановка задачи принятия решений по нефтедобыче по экономико-экологическим критериям.