Нефтяных и газовых месторождений
Сооружение объектов нефтегазопромыслов оказывает существенное влияние на окружающую природу, поэтому необходимо комплексное обеспечение экологической безопасности, учитывать уязвимость природной среды, не вступать в противоречия с естественными закономерностями, чтобы не вызвать необратимых процессов. Особенно это заметно в условиях освоения нефтяных и газовых месторождений Крайнего Севера, Западной Сибири, в зонах слабых с точки зрения экологической устойчивости и способности к самогенерации (тундровые биогеоценозы Ямбурга и Ямала). В настоящее время все проекты обустройства нефтяных и газовых месторождений включают в себя раздел «Охрана природы», однако более детально природоохранные мероприятия предусматриваются ОВОС в проектах производства работ.
В проектно-сметной документации обустройства предусматриваются специальные меры природоохранной инженерной подготовки, а также комплексные восстановительные работы (рекультивация), учитывающие особенности характера работ при обустройстве нефтяных и газовых месторождений. Природоохранных мероприятия, особенно при освоении месторождений северных районов, предусматривают долгосрочные планы и проекты и могут обусловить большие объемы капиталовложений, которые, на первый взгляд, могут казаться неоправданными, но в перспективе позволят избежать негативных последствий вмешательства в природные процессы, а также обеспечить высокую надежность и безопасность работы нефтегазопромысловых сооружений.
Освоение нефтяных и газовых месторождений резко выдвигает экологические проблемы в ряд важнейших, требующих глубокого и всестороннего изучения, превращения природоохранной деятельности в основной производственный компонент всех трудовых процессов.
При комплексном подходе к проблемам охраны окружающей среды на обустройстве нефтяных и газовых месторождений необходимо рассматривать не только собственно технологический уровень строительно-монтажных работ, но и все возможные факторы, связанные с освоением нефтяных и газовых месторождений.
Природоохранную программу условно можно подразделить на мероприятия, проекты производства строительно-монтажных работ, условия эксплуатации объектов, зданий и сооружений.
Воздействие нефтегазопромыслового строительства на природу может привести к изменению нормального функционирования элементов окружающей среды, температурного режима грунтов, активизации геокриологических процессов, нарушению целостности почвенно-растительного слоя в зоне строительства сооружений, развитию эрозионных процессов, нарушению земельного фонда лесов, ухудшения состояния водных объектов. Эти явления могут привести к изменению среды обитания животных, рыб, ухудшению их воспроизводства.
Утечки нефти, газа, конденсата приводят к пожарам, нефть и конденсат, впитываясь в грунт, губят верхние слои почвы, при испытании их атмосфера загрязняется легкимиУВ; в отдельных случаях нефть и конденсат непосредственно попадают в водоемы, при этом могут загрязняться и подземные воды. Загрязнителями окружающей среды при обустройстве газовых месторождений могут быть природные газы: метан, этан и др.; выхлопные газы газоперекачивающих агрегатов, одорант; жидкости: пластовые конденсационные поверхностные воды, УВ конденсат, минеральные масла, метанол, диэтиленгликоль, органические кислоты, поверхностно-активные вещества. Химические реагенты, применяемые для подготовки воды и чистки технологической аппаратуры, другие вещества (ртуть, применяемая в расходомерах); твердые компоненты (гидраты УВ, строительный мусор, гранитная крошка, загрязненные нефтепродуктами и т.п.).
В целях сокращения вредных выбросов в атмосферу и защиты окружающей среды проектами обустройства нефтяных месторождений, в том числе и с содержанием агрессивных компонентов в продукции скважин, предусматриваются следующие мероприятия:
- применение однотрубной герметизированной системы сброса, транспорта и подготовки нефти и газа;
- исключение постоянных выбросов на факел сероводородсодержащих углеродных газов;
- проведение постоянного автоматического контроля содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны в местах максимально возможного их появления;
- автоматизация и телемеханизация технологических процессов, предусматривающая возможность аварийной ситуации;
- ввод ингибитора коррозии в продукцию скважин;
- применение коррозионно-стойкого нефтепромыслового оборудования;
- использование труб с утолщенной стенкой для строительства промысловых и технологических трубопроводов;
- прокладка трубопроводов должна осуществляться по возможности на малоценных или непригодных для сельскохозяйственных целей землях и лесах малоценных пород;
- очистка бытовых, производственных и дождевых сточных вод, внедрение замкнутых систем водного хозяйства, без сброса сточных вод в водоемы, организация оборотных циклов;
- утилизация очистных сточных вод путем их закачки в продуктивные горизонты с целью поддержания пластового давления;
- устройство обвалования по периметру одиночных скважин, кустов скважин или группы скважин, резервуаров для нефти;
- применение кустового метода бурения скважин;
- рациональное решение генерального плана площадки строительства;
- прокладка коммуникаций в коридорах , гидравлическое испытание их после монтажа, контроль сварки трубопроводов гамма - лучами;
- сброс нефти и газа с предохранительных клапанов, замерных установок, сепараторов и других аппаратов, работающих под давлением, в дренажные емкости или на специальные свечи;
- сброс с помощью инвентарных металлических поддонов утечек нефти при подземном ремонте скважин и отвод в дренажную канализационную емкость.
Воздействие строительства нефтегазопромыслов на природные комплексы может носить постоянный и временный характер. Временное воздействие нефтегазопромыслового строительства происходит непосредственно в процессе производства работ. Факторами временного воздействия являются большое количество различных отходов, образующихся при производстве работ, шумы от строительной техники и транспортных средств, загрязнение водоемов, рек, озер при прокладке трубопроводов, вырубка леса. Загрязнение и разрушение почвенного слоя может быть не только механическим и тепловым, но также микробиологическим, химическим, радиоактивным и радиохимическим.
Одним главным природоохранным мероприятий, которые будут также служить и повышению надежности работы нефтегазопромысловых сооружений на участках развитых суффозионно-карстовых явлений, могут быть:
* непременное сохранение бронирующего чехла отложений на карстующихся породах;
* восстановление дернового покрова и растительности, т. е. искусственное создание благоприятных условий для поверхностного, а не грунтового стока;
* обязательная борьба с оврагами;
* укрепление склонов, проведение противооползневых мероприятий.
Важным фактором является организация экологического контроля функции и объемы работ должны быть возложены не только на службу экологического контроля, но и на другие контролирующие и инспектирующие организации (службы контроля качества строительно-монтажных работ, технадзора заказчика, авторский надзор на строительстве природоохранных объектов, общественные организации, общества и др.).
Эколого-хозяйственная эффективность рекультивации любых антропогенно нарушенных участков земель, в том числе загрязненных нефтью, определяется не количеством сдаваемых гектаров, а степенью восстановления на них исходных функций биогеоценоза, таких как, производство биологической продукции, депонирование углерода, выделение кислорода, биогенный круговорот веществ и др.
Серьезный недостаток заключается в отсутствии ранжирования предъявляемых требований по отношению к принимаемым участкам земель. Одни и те же критерии приемки и их значения установлены для всех без исключения рекультивируемых участков, уравнивая их, таким образом, друг с другом. При этом не учитывается, что большинство участков различаются между собой хотя бы по одному или нескольким характерным признакам: положению в ландшафте (склон, выровненная поверхность, бессточная котловина, стокообразующее болото и т. д.), почвенно-гидрологическим условиям (подзолы на дренированной песчаной поверхности, торфяные почвы на болотах верхового типа, аллювиальные почвы на затапливаемой пойме и т. д.), охранному статусу территории (водоохранная зона, территория обитания редких видов животных или произрастания ценных лесонасаждений, родовое угодье и т. д.) и/или давности нефтяного разлива (свежие - до 4-х лет, давние - от 4-х до 10 лет, старые - свыше 10 лет).
Допускается приемка рекультивированных участков земель с концентрациями углеводородов в почвах, которые, в зависимости от типа почв, могут составлять от 20 до 80 г на 1 кг. Согласно научным данным концентрация нефти в почве всего 1-2% уже вызывает токсическое воздействие на почвенных животных и растительные организмы. Кроме того, в начале 90-х годов в действующих федеральных нормативных документах были установлены нормы высокого и очень высокого загрязнения почв нефтью с гораздо меньшими значениями содержания нефти, соответственно, 3 и 5 г на 1 кг почвы. В соответствии с действующим документом, участки земель, на которых фиксируются подобные концентрации нефти в почвах, подлежат консервации с изъятием их из оборота.
Технологии рекультивации предусматривают активное воздействие на рекультивируемую поверхность загрязненных участков. При этом на них происходит радикальное преобразование микрорельефа исходного ландшафта, изменение почвенно-гидрологических условий, а также морфологической структуры и физико-химических свойств верхних горизонтов почвы. На территориях, где основная доля нефтяных разливов сосредоточена на болотах верхового типа, имеющих низкую устойчивость к механическому и химическому воздействию, применение в рекультивации традиционных сельскохозяйственных технологий приводит к деградации существующих болотных биогеоценозов.
Большая часть нефтезагрязненных земель приходится на поверхность торфяных болот и именно этим обстоятельством обусловлена актуальность проблемы восстановления нефтезагрязненного биоценоза торфяных болот.
Цель рекультивации лесных и болотных почв – восстановление естественных сообществ (биоценоза).
Действительно, целью деятельности по очистке загрязненных территорий является восстановление флоры и фауны до состояния, естественного для данной территории. На загрязненном участке должны быть восстановлены не любые естественные сообщества, а присущие именно для данного участка до его загрязнения. На торфяных болотах должны быть восстановлены болотные фитоценозы, на лесных участках – лесные, на лугах – луговые.
Возврат торфяно-болотной экосистемы в естественное для него состояние означает восстановление коренной растительности – растений-торфообразователей и только в этом случае можно ожидать продолжения процесса торфообразования. Помимо восстановления торфяных ресурсов, восстанавливаются болотные биоресурсы – ягодные и лекарственные растения, специфические болотные виды животных. Болото снова начинает выполнять биосферные функции – регулятора состава атмосферы и гидросферы, роль геохимических барьеров на пути загрязняющих веществ, ресурсную, рекреационную и др. функции.
Технологии рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот предусматривают применение чрезвычайно активных методов обработки (фрезерование, срезка и удаление загрязненного слоя почвы, промывка водой под давлением, работа машин и механизмов, осушение) которые приводят к последствиям, ухудшающим исходное состояние загрязненной природной экосистемы.
Фрезерование нефтезагрязненной поверхности торфяной залежи приводит к разрушению торфогенного (деятельного) слоя, то есть к уничтожению оставшейся наземной части растений, корнеобитаемого слоя, состоящего из развитой подземной части растений, к гибели микрофлоры и распространению загрязнения в глубь залежи. Поставленные же цели фрезерования неосушенных торфяных залежей (резкое снижение концентрации нефти в верхних слоях почвы путем разбавления более чистым грунтом из нижних горизонтов, увеличение поверхности соприкосновения остаточных нефтепродуктов с биологически активной средой, улучшение водно-воздушного режима почв), с точки зрения физики и химии торфа, не достигаются.
Создание искусственного микрорельефа из чередующихся микроповышений (гребней) и микропонижений (борозд) в целях ускорения микробиологического разложения нефти на переувлажненных торфяных болотах представляется более декларативным, чем реально осуществимым по той причине, что торфяные залежи, особенно сильнообводненные, являются легкодеформируемыми. Причем, верхний слой малоразложившегося торфа обладает высокоэластичностью (упругим последействием). По этой причине, возникающие в верхнем слое напряжения, быстро релаксируют (рассасываются) и созданные борозды заплывают, поэтому поверхность возвращается в исходное состояние. Такой прием рекультивации в отношении загрязненных поверхностей торфяных болот также не приводит к достижению цели рекультивации, а напротив приводит к ухудшению состояния объекта рекультивации.
Фитомелиорацию в отношении торфяных болот следует рассматривать как замену естественных болотных биоценозов на искусственные, что противоречит цели рекультивации. Болотный биоценоз развивается в определенных специфических условиях, характеризуется особенностями микроклимата, геологии, гидрологических микробиологических и иных факторов. Чтобы вырастить другой биоценоз, например луговой, необходимо целенаправленно изменить все условия и связи существующего ранее биогеоценоза, как внутренние, так и внешние.
При проведении рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот в несколько лет игнорируется опыт ликвидации разливов нефти, и результаты исследований, указывающих на то, что естественное восстановление болотных биогеоценозов может идти десятки лет.
Рекомендуемые технологические схемы как в целом, так и отдельные их операции, противоречат основным принципам природообустройства (принципу природных аналогий, сбалансированности и адекватности воздействий) и на основании ст.3 ФЗ РФ «Об охране окружающей среды» должны быть запрещены, так как «могут привести к деградации естественных экологических систем, изменению уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, истощению природных ресурсов и иным негативным изменениям окружающей среды».
Анализ зарубежного опыта восстановления нефтезагрязненных поверхностей торфяных болот также показывает, что приоритетными направлениями являются: локализация аварийных разливов и удалении значительных отложений нефти с использованием щадящих технологий.
Применение чрезвычайно активных методов (удаление загрязненной почвы, совмещенное удаление растительности и почвы, вымывание горячей водой под высоким давлением и др.) являются причиной задержки естественного процесса восстановления, могут резко изменить среду и увеличить период естественной рекультивации в несколько раз.
Стратегия рекультивации должна включать:
* максимально возможное удаление нефти с поверхности;
* локализация аварийных разливов с помощью засыпки пораженных участков воздушно-сухим торфом;
*ежегодный мониторинг рецидивных участков, с целью определения уровня содержания остаточной нефти, достаточного для сдачи таких земель контролирующим органам;
Логика технологии рекультивации нефтезагрязненных поверхностей торфяных залежей в неосушенном состоянии заключается в активизации существующих в нефтезагрязненном торфогенном слое микроорганизмов, количество которых обусловлено биохимическим процессом торфообразования, и значительно выше, чем у любых других почв. Сорбируя определенную часть нефти, слой воздушно-сухого торфа частично разгружает торфогенный слой залежи, одновременно давая ему возможность самовосстанавливаться.
Воздушно-сухой торф, наносимый на пораженный участок торфяной залежи, является пористой системой, в которой воздуха содержится на два порядка больше, чем твердого вещества, и в которой, также, содержится достаточно большое количество микроорганизмов, в том числе и окисляющих УВ сырьё. Специфические условия существования болотной растительности сделали ее более «агрессивной», значительно быстрее восстанавливающей поврежденный покров, чем растительность суходолов. Восстановившийся болотный биоценоз также будет в дальнейшем способствовать более интенсивному разложению остатков нефти.
Заключение
В структуре мирового энергобаланса в последние годы нефть занимает порядка 40%. При этом доля нефти в энергобалансе экономически развитых стран достигает почти 43%, в развивающихся странах – 40% (т.е. столько же, сколько по миру в целом), а в республиках бывшего СССР – около 20%. Но! В энергобалансе большинства республик бывшего СССР преобладает природный газ. Согласно долгосрочному прогнозу (МАГАТЭ, ОПЕК, ООН) к 2020 г. доля нефти составит в мировом энергобалансе 30%, а в 2050 г. – 28-29%. По прогнозу специалистов Международного энергетического агентства к 2030 г. доля нефти в мировом энергобалансе сохранится на уровне начала ХХI в. (39-40%).
Геологическая служба государства, отрасли добычи и переработки (угольная, нефте- и газодобывающая, черной и цветной металлургии, урановой промышленности, производства строительных материалов, и др.) составляли мощный горнопромышленный комплекс, обеспечивший во второй половине XX в. устойчивое развитие народного хозяйства страны, львиную долю валютных поступлений и экономическую безопасность России. После распада СССР в критический период рыночных реформ, именно ТЭК и его ресурсная база обеспечили бесперебойное тепло- и энергоснабжение, функционирование всех видов транспорта, удовлетворение бытовых нужд населения. Топливно-энергетические ресурсы, прежде всего нефть и газ, сыграли решающую роль - стабилизировали экономику страны и на внутреннем, и на внешнем рынке.
Решающее значение в ТЭК России имеют органические виды топлива: нефть, газоконденсат, газ, горючие сланцы, бурый и каменный угли. В ОПБ, которые занимают более 60% территории России, заключены исключительные по масштабам ресурсы всех видов органического топлива, которые могут полностью обеспечить как внутренние потребности страны, так и возрастающий объем экспорта. Трудно представить развитие социально-экономической ситуации в 1990-е гг., если бы Россия была не экспортером УВ-сырья, а страной, вынужденной покупать нефть и газ. Настоящий период характеризуется возрастанием роли государства в управлении сырьевой составляющей ТЭК страны, что определяет необходимость глубокого анализа ее состояния и разработки программы комплексного развития ресурсной базы с учетом современных реалий.
Значительные резервы ресурсов нефти и газа заключены в нетрадиционных источниках и резервуарах. Их изучение и освоение позволит заполнить ту неизбежную паузу в обеспечении нефте-, а затем и газодобычи, которая неизбежно возникнет до ввода в освоение новых сырьевых баз в экстремальных по условиям освоения регионах. В перспективе нетрадиционные источники УВ могут стать основой их сырьевой базы.
Поэтому актуально изучение основ знаний о топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) и его главных составляющих – природных нефти и газе, типовыми НГК и ловушками УВ-сырья, условиями поиска и разведки залежей нефти и газа, типовыми месторождениями и их геолого-экономическими классификациями.
Завершает учебное пособие рекомендуемая для самостоятельного изучения основная и дополнительная литература.