Анализ источников попадания нефти в гидросферу Земли

УДК 504.5

 

Анализ  источников попадания нефти в  гидросферу Земли 
 
Селуянов А.А., Шутов Н.В. ФГБОУ ВПО УГНТУ. 
 
The analysis of sources of hit of oil in hydrosphere of the Earth 
 
Seluyanov A.A., Shutov N.V. Ufa State Petroleum Technical University 

 

Рассмотрены факторы отрицательного влияния нефти  и нефтепродуктов на гидросферу. Систематизированы источники попадания углеводородов в пресную и морскую воду. Проанализированы способы попадания нефти и нефтепродуктов в гидросферу земли. Отмечены факторы, влияющие на процесс возникновения аварийных разливов нефти на воде. Обоснована необходимость широкого применения и совершенствования методов и средств ликвидации аварийных разливов нефти на воде и очистки нефти от воды. Предложены направления по уменьшению отрицательного воздействия нефти и нефтепродуктов на все компоненты водной среды.

 

Ключевые  слова: нефть, река, море, океан, авария, чрезвычайная ситуация, разработка месторождений, добыча нефти, морской шельф, транспортировка и хранение нефти, аварии танкеров, аварийные разливы нефти на воде, мониторинг окружающей среды. 

 

Factors of negative influence of oil on hydrosphere are considered. Sources of hit of hydrocarbons in fresh and sea water are systematized. Ways of hit of oil in earth hydrosphere are analysed. The factors influencing process of occurrence of emergency floods of oil on water are nоted.  Necessity of wide application and perfection of methods and means of liquidation of emergency floods of oil on water and clearings of oil of water is proved. Directions on reduction of negative influence of oil by all components of the water environment are offered.

 

Keywords: Oil, the river, the sea, ocean, failure, emergency situation, working out of deposits, oil recovery, sea shelf, transportation and storage of oil, failures of tankers, emergency floods of oil on water, environment monitoring.

 

 

Осенью 2011 года мировое сообщество признало Россию как глобального лидера в добыче углеводородов [1].

Россия занимает седьмое место в мире, по доказанным запасам нефти,  после стран Ближнего и Среднего Востока и Венесуэлы. Прогнозы показывают цифру в 6,65 млрд т. Что составляет 4,7 % от мировых запасов нефти. Расчеты показывают, что разведанной нефти нам хватит на 20,5 лет [2]. Возникает угроза энергетической и экономической безопасности страны. Правительством были предприняты шаги для оптимизации топливно-энергетического баланса страны [3]. Увеличивать нефтедобычу предполагается за счет: применения современных методов нефтеотдачи на старых промыслах; расконсервации месторождений, признанных ранее нерентабельными; вовлечения в разработку разведанных месторождений углеводородов, в том числе с трудноизвлекаемыми и сложнокомпонентными топливно-энергетическими ресурсами; поиском новых месторождений нефти; поиском новых и разработкой открытых месторождений на континентальном шельфе морей России.

Это, в свою очередь, приведет к увеличению количества скважин, протяженности промысловых и магистральных нефтепроводов, увеличению объемов перевозок нефти и нефтепродуктов танкерами и по железной дороге, увеличению нефтяных отходов (нефтешламов), увеличению техногенных нагрузок на инфраструктуру ТЭК и как следствие увеличение техногенных аварий на предприятиях нефтяного и нефтеперерабатывающего комплексов. Экологическая нагрузка на окружающую природную среду (ОС) возрастет, так как решение этих задач усугубляется сравнительно низким уровнем обеспечения технологических процессов, высоким моральным и физическим износом основного оборудования [3].

ТЭК России сегодня это не только экономическая опора страны, но и  его «пороховая бочка». Деятельность предприятий нефтеперерабатывающего и нефтяного комплексов России, на современном этапе, приводит к сильно отрицательному техногенному воздействию на ОС. На их долю приходится около 23% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты и около 22% образования вредных отходов [4, 5].

К 2010 году эксплуатационный фонд нефтяных скважин в России составил около 160 тыс ед., насчитывается 487 перекачивающих станций на нефте- и нефтепродуктопроводах и 425 резервуарных парков вместимостью 17,4 млн. куб.м. Общая протяженность нефтепроводов составляет 46,7 тыс км., а нефтепродуктопроводных - 19,3 тыс км., соответственно [6]. В России более 700 перерабатывающих и химических предприятий производящих нефтепродукты [7].

Буровые установки, элементы системы перекачки и транспортировки нефти и нефтепродуктов, нефтяные терминалы и нефтебазы, железнодорожный транспорт (цистерны), речные и морские нефтеналивные танкеры, заводы по переработке нефти и автозаправочные комплексы являются потенциально опасными объектами [8,9]. Более 70% из потенциально опасных объектов сосредоточены в крупных городах с населением более 300 тыс человек. В зонах возможного возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций на предприятиях ТЭК, проживает около 60 млн человек, что составляет 40% населения [10].

 

Отрицательные факторы разлива нефти на воде

 

Аварии  танкеров и нефтедобывающих платформ в начале ХХI века показали, что человечество до сих пор не может предотвратить катастрофическое влияние углеводородов на гидросферу Земли. Спутниковые наблюдения Земли из космоса показали, что 30 % мирового океана покрыто нефтяной пленкой. В прибрежных водах России в последние годы концентрация углеводородов составила от 0,5 до 13 ПДК [11].

Проблема актуальна, так как территория России характеризуется огромным скоплением поверхностных и подземных вод, заключенных во множестве крупных и мелких озер, обширных болотных массивах, медленно текущих полноводных реках, обильных грунтовых водах и крупных артезианских бассейнах. Берега России омывают 12 морей и два океана.

Нефть, попавшая в воду проходит стадии растекания, испарения, диспергирования, эмульгирования и растворения. В безветренную погоду 1 м³ сырой нефти за 10 мин растекается на  водной поверхности пятном площадью 1800 м² при средней толщине слоя 100 мкм. При испарении из нефти улетучиваются легкие фракции, что приводит к изменению физических и химических свойств нефти (в частности, ее плотности, вязкости, содержания воды и т.д.). Колебания воды и течения смешивают нефть с водой, в результате чего получается либо нефте-водяная эмульсия, которая со временем диспергирует, либо водо-нефтяная эмульсия, образовавшаяся вследствии эмульгирования нефти. Диспергированная нефть осаждается на дно и включается в состав донных отложений водоема. Или поглощая, оставшимися загрязнителями, минеральные вещества из воды, нефть эмульгирует с водой, образует стойкие 50-80% эмульсии, которые растворяются очень медленно и могут оставаться на воде или берегу без изменения в течение многих месяцев [12].

Международная Ассоциация Нефтяной Индустрии по Сохранению Окружающей Среды (International Petroleum Industry Environmental Conservation Association) указывает, что при поступлении нефтяных загрязнений в водную среду происходит отрицательное воздействие на планктон и бентос, серьезный вред наносится популяции птиц, морских млекопитающих и рыб. Наблюдается загрязнение покровных тканей и участие углеводородов в обмене веществ водных организмов. В тканях промысловых рыб могут накапливаться вредные вещества, наиболее опасные из которых полициклические ароматические углеводороды. Прямое летальное воздействие нефти и нефтепродуктов на водные организмы наблюдается в первые 5-20 ч, когда концентрация углеводородов в воде составляет 1-100 мг/л, а наиболее токсичных ароматических углеводородов 1-100мкг/л [13].

Масштабность загрязнения водотоков нефтью определяется в основном количеством излившейся нефти, дальностью распространения нефтяного загрязнения и формой присутствия основной массы нефти в водотоке, что во многом определяется сочетанием природных факторов [14]. Загрязнения воды в одной точке, наносит вред экологической системе всего водного бассейна. Изменение экологических параметров среды приводит к сокращению воспроизводства биологической продукции на всех уровнях трофической цепи, что вызывает сокращение запасов и уловов промысловых видов рыб [15].

 

Анализ  способов попадания нефти в воду

 

По данным американских исследователей, всего 2% нефти, попадающей в морскую воду, приходится на долю терпящих аварию танкеров и барж и  по 1% выливается из протекающих трубопроводов и при бурении скважин. 63% попадает в воду, просачиваясь со дна естественным образом [16]. Ежегодно при шельфовой добыче нефти, перекачке и транспортировке нефти, обычных морских перевозках, авариях и незаконных сбросах в океаны попадает примерно 600 000 тонн нефти [17, 18].

Способы попадания углеводородов в воду, весьма разнолики по своим проявлениям и причинам, их вызывающим. Вероятность, частота возникновения, масштаб, интенсивность и экологические последствия аварийных разливов нефти на воде различаются в зависимости от широкого спектра природных и технологических факторов. Источники поступления нефти в воду показаны на рисунке 1.

Источники попадания нефти в воду имеют природный и техногенный характер. Природными, в чистом виде, можно назвать просачивание нефти в грунтовые воды, водные горизонты и через дно в водоносные бассейны.

Причины, вызвавшие  аварийные разливы нефти на воде, вследствие опасных природных процессов (землетрясение, обвал, шторм, ураган, проседание земной поверхности, наводнение и др.), по мнению автора нельзя отнести к природным, так как они воздействуют на техногенную составляющую.

Исключить естественное попадание нефти в гидросферу мы не можем. Поэтому подробно разберем причины техногенного характера. Загрязнение  гидросферы нефтью происходит на всех стадиях её путешествия от месторождения до конечного потребителя.

Источниками нефтезагрязнения могут быть буровые скважины различного назначения (поисковые, разведочные, параметрические  и т.д.). Наиболее сильное загрязнение  происходит при разведочном бурении, когда вскрывается нефтепродуктивный пласт [19, 20].

Источники загрязнения  при бурении скважин условно  можно разделить на постоянные и  временные. К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения  из шламовых амбаров. Ко второй группе принадлежат источники временного действия - поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к межпластовым перетокам и заколонным проявлениям; аварии технических трубопроводов; затопление территории буровой вследствие паводка и разлив при этом содержимого шламовых амбаров.

 

Источники загрязнения воды нефтью

Природное загрязнение

Нефтесодер-жащие  стоки

Хранение нефти

Хранение нефтепродуктов

Коммерческое  использо-вание нефтепродуктов

Преступные  или военные действия

Разработка  нефтяных месторождений

Добыча нефти

Транспортировка нефти

Транспортировка нефтепродуктов

Разработка  нефтяных месторождений на континенте

Добыча нефти   на континенте

Трубопроводный транспорт

Трубопроводный транспорт

Разработка  нефтяных месторождений на морском  шельфе

Добыча нефти  на морском шельфе

Танкерный флот

Танкерный флот

Железнодорожный транспорт

Железнодорожный транспорт

Автомобильный транспорт

Рисунок 1. Источники попадания углеводородов в гидросферу Земли

 

Большая часть  скважин пробурена 25-30 и более  лет назад. Контроль за такими скважинами осуществляется только на обустроенных месторождениях и требует больших экономических затрат, остальные скважины, как правило, вообще не осматриваются и не обследуются. Брошенные или законсервированные  скважины начинают существовать в виде мощной аномалии, возмущающей режим природных процессов в земной коре, гидросфере и биосфере. Из-за длительного простоя в скважинах происходят необратимые процессы разрушения, их следствие - появление открытых газонефтяных фонтанов, разливов нефти, пожаров, засоление почв и водоносных горизонтов пресных вод [19, 21-23]. На сегодняшний день в «черном списке» около 500 таких скважин.

На сегодняшний день в России зарегистрировано свыше 13 тыс лицензий на право пользования  недрами, а мониторинг выполнения лицензионных соглашений не проводился на протяжении всех последних лет [24]. В настоящий момент, известно техническое состояние 6 тыс скважин нераспределенного фонда недр и 10 тыс скважин распределенного фонда, не имеющих балансодержателя, которые представляет опасность для ОС. Цена ликвидации одной скважины колеблется от 1 до 50 млн рублей. К тому же, ликвидировав скважину, никогда нельзя исключать вариант, что под влиянием природных факторов она может вновь «ожить». Технологий, обеспечивающих 100%-ную гарантию, пока не существует [15].

В последние годы основной объем добычи нефти приходился на 9 вертикально-интегрированных нефтяных компаний. Совокупный объем добычи нефти по прогнозам Минэнерго в РФ в 2011 году составляет 509-510 миллионов тонн [25].

Увеличение  объемов добычи нефти, ежегодно прогрессирующий износ (до 70 %) основных производственных фондов, влияние целого ряда природных процессов и явлений предопределяют увеличение количества чрезвычайных ситуаций (ЧС) техногенного характера на всех нефтепромысловых объектах.

Потери от порывов промысловых нефтепроводов достигают, по разным данным, 7-20% добываемого сырья. В 2009 г. произошло около 26 тыс порывов трубопроводов (на 11% больше, чем в 2008 г.). Возрастание количества порывов трубопроводов объясняется изношенностью основных фондов и высокой капиталоемкостью работ по реконструкции трубопроводов, на фоне уменьшения инвестиций в охрану ОС в 2009 г. по отношению к 2008 г. на 34%, которые составили 11,4 млрд руб. [11].

Из общего числа  аварий 50-55% приходится на долю систем нефтесбора и 30-35% - на долю коммуникаций поддержания пластового давления. 42% труб не выдерживают пятилетней эксплуатации, а 17% - даже двух лет. Более 90% порывов и аварий на промысловых трубопроводах связано с внутренней и внешней коррозией. Сроки эксплуатации нефтепромысловых труб составляют - 12-18 месяцев, при нормативном сроке 7 лет [7].