Лекция 11 ОВОС объектов разведки и добычи углеводородного сырья (нефти и газа) Специалистами периодически высказываются мнения о снижении объемов нефтепереработки из за ограниченности мировых сырьевых ресурсов, но жизнь постоянно вносит коррективы в данные специалистов о запасах нефти. Например, в начале века полагали, что запасы нефти составляют 190 млн. т. Мировые ресурсы нефти по современным данным различных исследований составляют 196 200 млрд. т условного топлива (у. т. ). Условное топливо используется в мировой энергетике для сопоставления эффективности различных видов топлив и исчисляется в единицах топлива, имеющего на 1 кг теплоту сгорания 29, 3 МДж. Несмотря на развитие атомной энергетики, в период до 2020 г. вклад нефти в энергетический баланс сократится с 40 до 38%, но нефть останется основным энергоносителем в мире. В мировой нефтяной экономике за единицу измерения объема нефти принят 1 баррель (159 л). Предполагается, что к 2020 г. объем мирового потребления нефти составит 110 млн. баррелей в сутки, что на 35 млн.
Рис. Добыча нефти в мире. На рис. приведены данные прогноза по росту энергопотребления и нефтедобычи в различных регионах и экономических системах до 2020 г. Как видно из диаграмм, темпы роста линейно возрастают. Последнее обстоятельство свидетельствует о расширении масштабов экологических проблем. В соответствии с прогнозами, на прирост доли нефти в структуре мирового потребления в промышленно развитых странах приходится около 1/3 ожидаемого общемирового прироста, а среднегодовые темпы роста потребления нефти не превысят 1%.
Углеводородные системы нефть, продукты ее переработки и газоконденсаты оказывают отрицательное воздействие на воздух, воду и почву. Предприятия топливно энергетического комплекса (ТЭК) России, в том числе по добыче и переработке нефти, несмотря на снижение объемов производства, остаются крупнейшим в промышленности источником загрязнителей окружающей среды. На их долю приходится -около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, -27% сброса загрязненных сточных вод, -свыше 30% твердых отходов и до 70% общего объема парниковых газов. При этом, загрязняя окружающую природную среду, предприятия ТЭК несут существенные финансовые потери. Количество нефтепродуктов в водных объектах густонаселенных городов превышает предельно допустимую концентрацию в 9 15 раз, в сельской местности тысячи гектаров земли, частично или полностью, исключаются из хозяйственного оборота.
Экологические проблемы начинаются уже на стадии разведки и добычи нефтяного сырья и его поставки на предприятия. Так, в процессе добычи нефти наиболее характерными загрязнителями окружающей среды являются -углеводороды (44, 9% от суммарного выброса), -оксид углерода (47, 4%) - и различные твердые вещества (4, 3%). При этом улавливание вредных веществ остается очень низким и составляет 2, 5%. Даже, если учесть, что информация о части аварий предприятия нефтегазового комплекса является неполной, имеющиеся цифры говорят сами за себя. Ежегодно происходит более 60 крупных аварий и около 20 тыс. случаев, сопровождающихся значительными разливами нефти, попаданием ее в водоемы, гибелью людей, большими материальными потерями.
ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ БУРЕНИЯ После того как геолог-нефтяник обнаружит район, благоприятный для скопления нефти или газа, на этом месте начинается бурение нефтяных скважин. Так, в США ежегодно бурится более 2 млн. скважин, из которых примерно четверть оказываются продуктивными. Основные условия бурения. Бурение должно обеспечивать разрушение горных пород тех отложений, через которые проходит скважина, и вынос раздробленных частиц породы на поверхность; при этом необходимо контролировать высокий напор флюидов (воды, нефти и газа), которые могут неожиданно встретиться в проходимых скважиной пластах, а также обеспечивать поддержку стенок скважины, чтобы они не обвались и не образовывали каверн. Конечно, оборудование должно обеспечивать бурение скважин требуемого диаметра на любой необходимой глубине. Часто скважины бурятся на глубинах более 7500 м. (Сверхглубинная скважина на Кольском полуострове, заложенная с чисто научными целями, к 2000 достигла глубины 12 500 м. Аналогичная по назначению скважина в южной части ФРГ пробурена до глубины ок. 10 000 м. Продуктивная газовая скважина в Австрии имеет глубину 8553 м, в шт. Оклахома в США - 9583 м. Начальный диаметр скважины может достигать 90 см, но обычно в зависимости от условий он составляет от 25 до 70 см. Диаметр скважины обычно уменьшается с глубиной и у забоя иногда составляет 8 см, но чаще находится в пределах 10 -20 см.
Не менее острые проблемы возникают при транспорте нефти на НПЗ. На предприятия по переработке нефть подается трубопроводным, водным (танкеры, баржи) и железнодорожным (цистерны) транспортом. Наиболее экономична транспортировка нефти по трубопроводам себестоимость перекачки нефти в 2 3 раза ниже, чем стоимость перевозки по железной дороге. Но при этой транспортировке нефти возникают очень серьезные экологические проблемы. Средняя дальность перекачки нефти в нашей стране составляет до 1500 км. Нефть транспортируется по трубопроводам диаметром 300 1200 мм, подверженным коррозии, отложениям смол и парафинов внутри труб. Поэтому по всей длине магистральных нефтепроводов необходимы технический контроль, своевременный ремонт и реконструкция. Непоправимый ущерб природе нанесен, например, в 1994 г. в результате аварии на нефтепроводе в Коми, тогда более 14 тыс. т нефти попало в почву и воду. По данным специалистов, абсолютное большинство (89 96%) аварийных разливов нефти вызывают сильные и необратимые повреждения природных биоценозов.
При геологоразведочных работах на нефть и газ, основное негативное воздействие на окружающую природную среду оказывает строительство поисково разведочных скважин. Воздействие может быть разовым и длительным: 1. Разовое воздействие характерно для периодов подготовки площадки и осуществления буровых работ, что приводит к формированию техногенного биогеоценоза. Это воздействие проявляется в виде: антропогенных экзогенных и эндолитических геологических процессов и явлений (по классификации Ф. В. Котлова (1978); - механического уничтожения растительного и почвенного покрова; - химического загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, геологи ческой среды; - биологического загрязнения территории и геологической среды; - снижения численности ценных и редких видов животных в результате браконьерства или фактора беспокойства.
2. Длительное воздействие складывается из затухающего и возвратного. Причиной длительного затухающего воздействия является исходное техногенное воздействие при строительстве скважины, и проявляется оно в деградационно восстановительных процессах нарушенных экосистем, транслокационном эффекте химических загрязнителей, в самоочищении территории от химического загрязнения. Причинами длительного возвратного воздействия являются, во первых, неизбежные процессы разрушения скважины, приводящие к нарушению внутрискважинной и межколонной герметичности вследствие коррозии оборудования, а также разрушения цементных мостов (негативные проявления: открытые газовые и нефтяные фонтаны и утечки с устьев скважин, грифоны, засоление подземных пресных вод за счет высокоминерализованных пластовых и пр. ); во вторых, миграция загрязнителей из шламовых амбаров, с нефтезагрязненных участков почвы и мест складирования химических реагентов.
Механическое нарушение Таблица 1. Площадь отводимых во временное пользование земельных участков для строительства одной скважины с глубиной бурения 2900 м Назначение участка Площадь, м 2 Буровая 25000 Вертолетная площадка 6400 Подъездной путь 60000 Жилой поселок 3500 Технологический 11500 Химическое загрязнение Наиболее опасным видом воздействия непосредственно при бурении скважин и в последствии является химическое загрязнение окружающей среды: атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, геологической среды.
Таблица 2. Количество материалов и химических реагентов, используемых при бурении одной скважины с глубиной бурения 2900 м Химические реагенты Количес - и материалы тво, т ПЦТ-ДО-50 53, 70 ПЦТ-Д 20 -100 38, 31 Бентонитовый глинопорошок 43, 125 Сульфанол 0, 111 Хлористый кальций 0, 676 Кальцинированная сода 0, 128 КМЦ-700 2, 925 НТФ 0, 903 Графит серебристый 4, 495 КГЖ-10 2, 275 Буровой раствор 73, 10* э
К основным потенциальным химическим загрязнителям при строительстве геологоразведочной скважины по типовым технологиям относятся: • буровые растворы, промывочные и задавочные жид кости, а также химические реагенты и материалы, используемые для приготовления; • отходы бурения, состоящие из бурового шлама, отра ботанного бурового раствора и буровых сточных вод; • горюче смазочные материалы; • хозяйственно бытовые сточные воды и твердые быто вые отходы. Атмосферный воздух в процессе строительства скважины загрязняется: • продуктами сгорания топлива котельной и двигателей внутреннего сгорания; • при испарении, проливах токсичных соединений из емкостей или других мест их хранения; факелами сжигания попутного нефтяного газа при испытании скважины; при производстве сварочных работ; • в аварийных ситуациях, когда возможны газопроявления и возгорание продуктов выброса из скважины; • продуктами испарений пластовых флюидов в результате перетоков флюидов в случаях ненадежной конструкции
Почвы и природные воды могут быть загрязнены: при отсутствии системы сброса и накопления отходов бурения, надежной изоляции дна и стенок накопителей отходов бурения и разрушения конструкции накопителя; при отсутствии системы сбора загрязненных талых и ливневых вод; при разгерметизации системы циркуляции промывочных и других жидкостей, порывов трубопроводов, емкости с ГСМ; -при аварийных ситуациях в процессе строительства скважины, связанных с выбросом флюидов; - в процессе погрузки, транспортировки, выгрузки и хранения химических реагентов и материалов, используемых для приготовления буровых и цементных растворов; пластовыми флюидами в результате перетоков флюидов в случаях ненадежной конструкции скважины, некачественного цементирования колонн, негерметичности обсадных колонн. Буровой раствор используется для обеспечения стабильного бурения скважин в условиях высокого давления и представляет собой глинистую массу серого цвета. В состав бурового раствора на водной основе входят вода, бентонитовый глинопорошок, КГЖ 10, кальцинированная сода, KMЦ 700, НТФ и графит.
Таблица 3. Расчетные объемы отходов бурения от одной скважины с глубиной бурения 2900 м Виды отходов* Объе м, м 3 Буровой шлам 145 Отработанный буровой раствор 243 Буровые сточные воды 486 Хозяйственнобытовые 520 сточные воды Твердые бытовые отходы Итого 10 1404 *4 -й класс опасности.
Буровые отходы В процессе бурения скважины. образуется отработанный буровой раствор, буровой шлам и буровые сточные воды. Вся масса этих буровых отходов размещается в шламовых амбарах. Отработанный буровой раствор представляет собой раствор, исключаемый из технологического процесса как выполнивший свои первоначальные функции. Буровой шлам — это измельченная породоразрушающим инструментом и вынесенная на поверхность буровым раствором порода, удаленная из системы циркуляции средствами очистки. Он состоит из твердой и жидкой фаз. Твердая фаза бурового шлама — твердообразное пластичное тело, образовавшееся в результате отстоя и глубоких физико химических изменений отходов бурения в течение всего периода нахождения шламового амбара. Жидкая фаза бурового шлама это многокомпонентные системы устойчивых суспензий на основе дождевых и талых вод, а также отработанного бурового раствора, содержащие минеральные и органические coли, а также нефть. Буровые сточные воды образуются при обмывке и промывке технологического оборудования буровой установки и содержат остатки бурового раствора или других загрязнителей, а также талые и дождевые воды, скапливающиеся на территории под блоками технологического оборудования буровой установки.
Согласно многочисленным биотестам отходы промыслового бурения, содержащие незначительные количества нефти (до 5 % по массе), относятся к 4 му классу опасности. Основными загрязняющими веществами, на которые следует обращать внимание при планировании мероприятий по утилизации отходов бурения, являются нефть и нефтепродукты. Для различных производственных нужд на площадке разведочной скважины вырывают технологические котлованы, так называемые земляные или шламовые амбары. Шламовый амбар представляет собой накопитель бурового шлама, буровых сточных вод и отработанного бурового раствора в виде "земляного" сооружения, расположенного на территорий площадки бурения или рядом с ней, при условии конструктивного обеспечения экологически безопасного хранения отходов бурения. Объем обычно до 1000 м 3. Таблица 4. Валовое содержание тяжелых металлов, мг/кг сухого вещества, в донных отложениях шламовых амбаров Значение As Ва Среднее (130 амбаров) ПДК„ 1 а< (ОДК) [4, 5] Фон* [5] 7, 02 600, 2, 00 3 2, 20 Be Cd 0, 4 0, 1 7 7 2, 0 0 0, 1 2 Си Сг нд Ni Pb Sr V Zn 27, 6 3 132, 00 15, 0 0 83, 1 7 90, 0 0 0, 0 5 2, 1 0 0, 1 0 37, 1 6 80, 0 0 30, 0 0 23, 0 5 32, 0 0 151, 34 80, 0 3 150, 00 101, 2 7 220, 0 0 45, 00
Практически каждый второй амбар содержит отработанный буровой раствор, загрязненный нефтью, водная поверхность загрязнена свободной нефтью в виде слоя или пленки. В среднем содержание нефтепродуктов в диапазоне С 10 С 40 составляет 20 100 г/кг сухого веса, сумма н алканов С 6 С 10 — 0, 2, сумма алкилбензолов С 6 С 10 — 0, 2. Причем среднее содержание бензола составляет до 3 мг/кг, что в 10 раз превышает предельно допустимый уровень этого вещества — 0, 3 мг/кг. Среднее содержание 10 полиароматических углеводородов (нафталин, фенантрен, антрацен, флюорантен, бензо(а)антрацен, хризен, бензо(к)флюорантен, бензо(а)пирен, индено(1, 2, 3 с, с)пирен и бензо(оперилен) в донных отложениях всех обследованных амбаров.
Загрязнение нефтью в период бурения скважины происходит вследствие: аварийных выбросов нефтесодержащих пластовых флюидов; испытаний скважины; переполнения амбаров для сбора пластовых флюидов; утечек из резервуаров уранения дизельного топлива и смазочных материалов (склады ГСМ); утечек топлива и масла из дизельных генераторов электроэнергии и двигателей автомобилей на местах стоянок; утечек из продуктопроводов. После консервации или ликвидации скважины загрязнение происходит в результате: подтекания устья скважины при разгерметизации вследствие коррозии или некачественно проведенных ликвидационных работ; утечек нефти из загрязненных шламовых амбаров при их переполнении талыми и дождевыми водами; утечек из брошеных резервуаров, содержащих сырую нефть или топливо.
В районе нефтепроводов существуют области с постоянно нарушенным растительным покровом (до 7% от площади освоения). Наблюдается зона сплошного уничтожения растительного покрова на трассах трубопроводов, которая составляет около 15% всей площади освоения. На трассах трубопроводов ширина зоны разрушения природы изменяется от 40 до 400 м для одной магистральной нити. При сохранении существующих тенденций можно ожидать снижения на 20% общей численности видов млекопитающих в регионе, прилегающем к нефтепроводам. Кроме того, при сохранении существующего уровня аварийности нефтедобычи и транспортировки нефти и газа следует ожидать уменьшения численности промысловых животных более чем на 25%. При ликвидации последствий аварий на трубопроводах часто используются приемы, которые еще больше усугубляют экологическую ситуацию. В настоящее время основным способом ликвидации нефтяных разливов на местности является их механический сбор, в ряде случаев с использованием сорбентов, с последующим выжиганием или захоронением остатков путем отсыпки песком или торфом. При этом местность загрязняется токсичными и канцерогенными продуктами горения.
Среди нефтяных компаний в мире по объему нефтепереработки (270 млн. т в год нефти) лидируют американские компании Exxon Corp. и Mobil Corp. , которые владеют 44 собственными НПЗ. В Европе лидером является компания Royal Dutch/ Shell с объемом переработки 211 млн. т нефти в год. Крупнейшая в азиатском регионе Китайская компания Sinopec перерабатывает 125 млн. т нефти в год. Кроме того, в крупных компаниях зачастую реализуется весь цикл передовых нефтяных технологий, от разведки и разработки месторождений до переработки нефти и нефтехимии. Основу нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности России составляют 26 крупнейших НПЗ разного профиля: топливного, топливно масляно нефтехимического. Среди крупнейших средняя мощность одного НПЗ составляет 9, 71 млн. т, средний объем переработанной в 2000 г. нефти 6, 067 млн. т. Средняя мощность одного российского НПЗ с учетом мини НПЗ 5, 59 млн. т в год, средний объем переработки на одном НПЗ в 2000 г. составил 3, 477 млн. т, максимальный 15, 966 млн. т.
Кроме того, на самих предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и нефтебазах происходит загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная глобальная проблема загрязнение почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. Кроме перечисленных выше опасностей наблюдается сильное геомеханическое воздействие из за изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, ухудшение качества почв, эрозия почв. Выжигание (особенно на поверхности почвы) является наиболее опасной формой ликвидации загрязнения окружающей среды, поскольку из за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества, которые разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию числа онкологических заболеваний местного населения.
Решение проблемы очистки почвенного покрова от загрязнений нефтью и продуктами, его трансформации в настоящее время относится к числу приоритетных. К сожалению, у специалистов отсутствуют аттестованные методики определения содержания нефти и продуктов ее превращений, нормативы допустимого содержания нефти и нефтепродуктов в почвах разных типов, в том числе, остаточного содержания их после проведения рекультивационных работ на почвах различного хозяйственного назначения. Это обусловливает многочисленные проблемы во взаимоотношениях между предприятиями и природоохранными органами, затрудняет планирование и проведение рекультивационных мероприятий, приемку земель.
Не менее актуальна проблема выбросов газов и пыли. Результат воздействия загрязнение атмосферы в виде запыленности и загазованности. Так, нефтеперерабатывающими предприятиями выбрасывается в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47, 5%. Основной состав выбросов предприятий в атмосферу: 23% углеводороды; окислы: 16, 6% серы, 7, 3% углерода, 2% азота. По некоторым данным, в российской нефтеперерабатывающей промышленности выбрасывается в атмосферу около 0, 45% перерабатываемого сырья, в то время как на Западе 0, 1%. Непоправимый вред окружающей среде наносит факельное хозяйство НПЗ. При сжигании топлива в факельных печах образуются аэрозольные частицы продукты конденсации углерода и канцерогенные углеводороды типа бенз(а)пирена.
Отдельного обсуждения требует проблема загрязнения гидросферы нефтью и нефтепродуктами. Существует серьезная проблема загрязнения водного бассейна, начиная от небольших водоемов и рек и заканчивая великими реками и Мировым океаном. Кроме того, существует отдельная проблема загрязнения грунтовых вод. Со сточными водами нефтеперерабатывающих предприятий в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфидов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов, взвешенных веществ и др. Природные катастрофы землетрясения, цунами и т. д. сопровождаются разрушением нефтебаз, портовых нефтехранилищ и гибелью судов.
Ежегодно в океан сбрасывается около 10 млн. т нефти. К сожалению, в настоящее время не существует научно обоснованного четкого определения какую концентрацию нефтепродуктов и нефти следует считать катастрофической для водоема в зависимости от его объема, гидродинамических характеристик и биоресурсов. По существующим международным нормативам авария на море определяется как утечка более 50 т нефти. Понятно, что для небольшой речки, озера или морского лимана, фиорда эта концентрация может быть губительной, так как для гибели большинства морских и речных рыб достаточно средней концентрации нефтепродуктов порядка 0, 01 мг на 1 л морской или пресной воды. Из за особого значения поверхностного слоя гидросферы в воспроизводстве водной флоры и фауны загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами наносит ущерб на порядок, превышающий другие виды отрицательного воздействия на природу.
Скачать презентацию Лекция 11 ОВОС объектов разведки и добычи углеводородного
лекция _углеводор.ppt