В настоящее время более 40 стран разрабатывают или готовят к эксплуатации морские месторождения нефти и 80 стран провели геологоразведочные работы на принадлежащих им континентальных шельфах.В Советском Союзе промышленная добыча нефти из морских месторождений осуществляется в Каспийском море.
По некоторым зарубежным данным поступление нефти и нефтепродуктов в океан за последнее время увеличилось и оценивается в 10 млн. т в год.Из всего объема антропогенных загрязнений наибольший объем (до 45%) их приходится на морские перевозки нефти и нефтепродуктов танкерным флотом и аварии с торговыми, военными и пассажирскими судами.
К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть и нефтепродукты, а также отдельные металлы (ртуть, свинец, кадмий), хлор и фосфорорганические пестициды.Особую опасность представляет совместное действие загрязняющих веществ. Так, например, И. А. Симонов указывает, что смесь меди и цинка в восемь раз токсичнее, чем каждый из этих металлов. Многочисленными исследованиями установлено, что количество нефти и нефтепродуктов, пестицидов и соединений ртути в морских водах часто превышает установленные предельно допустимые концентрации (ПДК). Значительная часть этих загрязнений приходится на прибрежные воды крупных промышленных центров и устья рек, а также на районы интенсивного судоходства.
За последнее время в печати опубликованы многочисленные работы, в которых рассматриваются различные методы и способы удаления с поверхности моря разлитой нефти.О. Г. Миронов, рассматривая самоочищение моря от нефтяных загрязнений, большую роль отводит различным микроорганизмам (простейшие инфузории, двустворчатые моллюски типа мидии, планктонные ракообразные), способным перерабатывать углеводороды.
Длительная практика бурения морских скважин со стационарных платформ и приэетакадных площадок показывает, что одним из основных загрязнителей Каспийского моря служат буровые сточные воды и выбуренная порода (шлам). Иногда при бурении на стационарных платформах и приэетакадных площадках из-за ограниченной их площади отсутствует возможность использования специальных устройств для сбора отходов.
По классификации б. Гипроморнефти основные загрязнители при бурении морских нефтяных и газовых скважин следующие.Выбуренная порода — компоненты химически обработанного бурового раствора, породы, слагающие разрез (песчаник, глина, ангидрид и др.).
Блочная установка для освоения и опытнопромышленной эксплуатации разведочной скважины. Наиболее интенсивно море загрязняется в процессе опробования и освоения скважин. Обычно после прострела эксплуатационной колонны скважину оставляют заполненной глинистым раствором. Для освоения и вызова притока жидкости и газа из пласта в скважину спускают насосно-компрессорные трубы и заменяют глинистый раствор водой.
Море загрязняется также при разработке морских нефтяных и газовых месторождений в процессе эксплуатации и ремонта скважин, сбора,-подготовки и транспорта нефти и газа, а также за счет сброса в море высокоминерализованных пластовых вод и загрязненных жидкостей.
Блочная гидроциклонная установка для отделения и очистки песка от нефти. Длительная практика использования на морских нефтесборных пунктах песколовок позволила установить, что их конструкция не обеспечивает эффективное отделение песка от пластовой воды. Поэтому при последующей перекачке этих вод по внутрипромысловым водоводам быстро выходят из строя рабочие органы насосов, забиваются песком трубопроводы и создаются дополнительные осложнения. Для очистки нефтесодержащего песка в пластовых водах разработаны и применяются блочные гидроциклонные установки (рис. 15). Они позволяют отделять от пластовой воды песок, и после очистки его от нефти сбрасывать в море. Техническая характеристика установки приведена ниже.
Технологические схемы очистки пластовых вод морских нефтяных месторождений. В процессе морской добычи нефти водные источники загрязняются не только нефтью, но и добываемой вместе с нефтью высокоминерализованной пластовой водой. В табл. 11 и 12 дауы химический анализ и физико-химические свойства пластовых вод некоторых морских нефтедобывающих предприятий.
Отечественные нефтяные месторождения разрабатываются в «основном с поддержанием пластового давления закачкой воды в .продуктивные горизонты.Суть этого метода заключается в том, что в продуктивные горизонты нагнетается вода в расчетных объемах и, таким образом, энергия пласта, потраченная ,на подъем жидкости из скважин, ли-«бо полностью компенсируется, либо поддерживается на оптимальном уровне. При этом продлевается период фонтанной эксплуатации скважин и улучшаются многие показатели разработки нефтяных месторождений. Из табл. 13 видно, что на заводнение продуктивных горизонтов нефтяных месторождений с целью поддержания пластового давления расходуется большое количество воды.
Большой практический интерес с точки зрения выбора наиболее оптимального способа подготовки воды представляет процесс смешения различных по своему физико-химическому составу пластовых вод. Многочисленные исследования, проведенные в различных районах добычи нефти, показали, что при смешении разнотипных пластовых вод и изменении их pH образуются взвеси из твердых механических примесей, которые выпадают в виде нерастворимых осадков и создают определенные трудности при подготовке пластовых вод (повышается стойкость эмульсии, откладываются соли в трубопроводном и технологическом оборудовании и др.).
Работа промыслового оборудования в нефтяной промышленности и главным образом подземных сооружений (магистральные и внутрипромысловые трубопроводы, обсадные колонны, насоснокомпрессорные трубы, насосные штанги) проходит в крайне неблагоприятных условиях. Наряду с почвенной коррозией, весьма существенное коррозионное воздействие на оборудование оказывает и продукция самой скважины. Исследованиями в этой области установлено, что во многих случаях агрессивность пластовых нефтей резко возрастает при поступлении в них одного из наиболее активных стимуляторов коррозии — кислорода. Источниками »вступления кислорода в пластовые воды могут быть пресные (промывные) воды, добавляемые в нефть в процессе обессоливания, подача на установки подготовки нефти пластовой воды или канализационных вод, смешение сточных вод с пресными на кустовых насосных станциях и т. д. Кроме того, другая возможность загрязнения пластовых вод — появление в них на поздней стадии разработки месторождения сероводорода за счет жизнедеятельности сульфатовосстанавливающих бактерий (СВБ).
Степень очистки промысловых сточных и пластовых вод для последующей их закачки в продуктивные пласты зависит от физико-химических свойств пород, пористости и проницаемости коллекторов, а также наличия Ич состава механических примесей, газов, солей и т. д.
Быстрый рост добычи нефти в Западной Сибири связан с созданием новых городов и малонаселенных газонефтепромысловых поселков в отдаленных районах, где отсутствуют очистные сооружения, необходимые для защиты водных источников от загрязнений. Вместе с тем возрастают и объемы водопотребления населения, а следовательно, и количество сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Обычно в малонаселенных поселках отсутствуют централизованные системы канализации и стоки вывозятся.
В отличие от морских нефтяных месторождений, при разработке и эксплуатации которых используются технические средства, предотвращающие загрязнение водной поверхности, для судоходных рек пока еще нет эффективных средств сбора разлитой нефти в аварийных случаях.
Высокие темпы добычи нефти в СССР обеспечиваются внедрением рациональных систем разработки нефтяных месторождений с поддержанием пластового давления закачкой воды в продуктивные горизонты. Строительство всех объектов для заводнения пластов (насосных станций, очистных сооружений, водозаборов, водоводов и т. д.) требует большого времени и средств. В процессе эксплуатации этих объектов нередко допускаются нарушения, в результате которых происходит загрязнение окружающей среды высокоминерализованными сточными и пластовыми водами.
Под загрязнением окружающей среды понимается всякое искусственное или естественное изменение физических, химических и биологических характеристик атмосферы, земли и воды, ухудшающее условия жизнедеятельности растительных или животных организмов немедленно, а также в будущем. Непрерывное наращивание мощностей промышленного производства, как известно, связано с интенсивным использованием природного сырья, значительным расходованием воды и увеличением выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. Поэтому нельзя недооценивать последствий усиленного воздействия человека на природу и связанной с этим опасности нарушения экологического баланса.
Наиболее важная составная часть почвы — гумус (или перегной). В состав гумуса входят высокомолекулярные органические кислоты, соли и другие вещества.Другая составная часть почвы — почвенные коллоиды, представляющие собой совокупность мелких органических и минеральных частиц, обеспечивают ионообменную способность, кислотность и буферность почвы. Обычно загрязнения нефтью приводят к значительным изменениям физико-химических свойств почв. Так, разрушение слабых почвенных структур и диспергирование почвенных частиц сопровождается снижением водопроницаемости почв.
Исследованиями БашНИПИнефть установлено, что в процессе бурения и эксплуатации нефтяных месторождений создаются условия для нарушения экологического равновесия недр. Так, длительная практика заводнения продуктивных пластов на некоторых нефтяных месторождениях показывает, что с ростом объемов закачки существенно уменьшаются минерализация пластовой воды и концентрация хлоридов и увеличивается концентрация сульфатов.
В нефтяной промышленности поверхностно-активные вещества широко применяются при различных технологических процессах бурения и добычи нефти. Многочисленными исследованиями (БашНИПИнефть) установлено, что добавка ПАВ в нагнетаемую воду значительно повышает эффективность процесса вытеснения нефти водой по сравнению с обычным заводнением. Поэтому при заводнении пластов широко используют закачку водных растворов ПАВ.
В процессе бурения нефтяных и газовых скважин на одну буровую в среднем расходуется около 100—120 м3/сут воды. Обычно на территории бурящихся скважин в земляных амбарах скапливается значительное количество сточных вод, загрязненных диспергированной глиной, смазочными маслами, химическими реагентами, выбуренной породой, солями и т. д.
За последние годы ЦНИЛом объединения Укрнефть проведены исследования по очистке буровых сточных вод фильтрами, центрифугированием, окислением органических примесей озоном и коагулированием для повторного исследования. Установлено, что один из наиболее дешевых и доступных — метод коагуляции (табл. 38, 39). В процессе коагуляции от воды отделяются нефть, муть, взвешенные частицы, физико-химические свойства которых не позволяют или делают нерациональным удаление их простым отстаиванием. Лучшая очистка буровых сточных вод достигается при обработке сернокислым алюминием.
В процессе строительно-монтажных работ по возведению буровой вышки и привышечных сооружений на территории, где производятся эти работы, в результате расчистки и планировки площадок, копки траншей для циркуляционных систем и земляных амбаров нарушается почвенный и растительный покров. Наибольшие нарушения и загрязнения допускаются буровыми предприятиями на отчужденных участках земли в процессе бурения скважин и их освоения.
В процессе бурения химически обработанный буровой раствор, включающий некоторые токсичные вещества (КССБ, КМЦ, РС-2, сульфонолы, высшие жирные спирты и др.), смешиваясь со сточными буровыми водами, загрязненными нефтью, нефтепродуктами, отработанными смазочными маслами и др., и попадая в открытые водоемы, образует весьма стойкие, не отстаивающиеся суспензии. Загрязняются водоемы и буровым шламом, который вместе с выбуренной породой и нефтью включает все химические соединения, используемые для приготовления буровых растворов. Количество глины в шламе составляет от 30 до 90%, утяжелителя 10—30%.
Грозненским нефтяным институтом и Карабулакским УБР предложена новая схема гидроциклонной очистки бурового раствора в основу которой положено регулирование плотности бурового раствора (р), за счет изменения в нем концентрации твердой фазы (С). При этом изменяется абсолютное дифференциальное давление на забое скважины, а следовательно, и степень влияния его на эффективность разрушения горных пород.
Во многих случаях глушение скважин осуществляется с серьезными отклонениями от заданной технологии и отсутствием контроля за изменениями давлений на забое скважин. В результате снижается эффективность работ, допускаются открытые выбросы из скважин и, как следствие, загрязнение почвы нефтью, нефтепродуктами, глинистым раствором и высокоминерализованными водами.
При бурении скважин на отдельных .месторождениях Татарии, Башкирии, Куйбышевской и Оренбургской областей и т. д. встречаются пласты, при вскрытии которых возникает опасность выделения сероводорода, усугубляемая тем, что в процессе бурения сероводород в смеси с воздухом взрывается.
Известно, что добываемая нефть содержит в своем составе большое количество низкокипящих фракций и растворенный газ. В промысловых условиях, при сборе, транспорте и хранении этих нефтей часто теряются растворенные в нефти газы. Кроме того, значительны потери и легких нефтяных фракций, так как при испарении таких компонентов, как метан, этан и, частично, пропан, содержащихся в газе, из нефти увлекаются и более тяжелые углеводороды (бутаны, пентаны и высшие). К легким углеводородам обычно относятся все фракции, испаряющиеся из нефти при ее транспортировке от скважины до центральных пунктов сбора и подготовки нефти, газа и воды. Наибольшая опасность загрязнения атмосферы связана с нефтяными газами, содержащими сернистые соединения.
Преимущество той или иной системы сбора, подготовки и транспорта продукции скважин, с точки зрения удовлетворения условиям охраны окружающей среды, можно оценить по числу источников и потерям нефти.Негерметичность этой системы способствует испарению не только нефти, но и значительного количества сернистого газа и сероводорода, что сильно загрязняет атмосферу.
Добываемая из скважин продукция представляет собой сложную смесь, состоящую из нефти, газа и воды и различных взвешенных веществ (песка и др.).Пластовая вода, содержащаяся в нефти, является вредной примесью и наличие ее связано с поступлением к забою скважины подстилающей воды или воды, закачиваемой в пласт при поддержании давления. При совместном движении нефть и пластовая вода в стволе скважины или внутрипромысловых нефтесборных трубопроводах перемешиваются и, как следствие, дробятся (диспергируются).
За последние годы в целях оптимизации технологических процессов сбора и подготовки продукции нефтяных скважин Гипро-востокнефть, ВНИИСПТнефть, ВНИИКАнефтегаз разработали «Унифицированные технологические схемы комплексов сбора и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов».
За последние годы магистральные нефтепроводы занимают значительное место в общей транспортной системе страны, на их долю приходится около 10% перевозок всех народнохозяйственных грузов. Нефтепроводами осуществляется 48% перевозок всех нефтегрузов, перевозимых всеми видами транспорта, и 57% грузооборота. В 1976 г. удельный вес нефтепроводов в транспорте нефти составил 87%. Протяженность нефтепроводов с каждым годом увеличивается. Развитие сети магистральных нефтепроводов сопровождается непрерывным повышением уровня технической оснащенности трубопроводов. Так, например, освоен технологический процесс перекачки «из насоса в насос», уменьшающий потребность в резервуарной емкости, широкое внедрение получила периодическая очистка нефтепроводов и безрезервуарный метод приема и сдачи нефти. Большие работы выполнены по освоению новой техники и эксплуатации нефтепроводов больших диаметров. Широкое развитие получили автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов.
Потребность народного хозяйства страны в увеличении добычи нефти и в то же время возрастающие требования к чистоте окружающей среды выдвигают целый комплекс задач в области рационального использования этого природного ресурса и охраны окружающей среды от загрязнения при добыче, транспортировке и переработке нефти. Современное положение вещей таково, что разработка экономических методов охраны окружающей среды может стать одним из важных направлений рационализации использования природных ресурсов и, в частности, нефти.
Ущерб окружающей среды, наносимый нефтяным производством, точнее та его часть, которую в настоящее время можно оценить в денежной (стоимостной) форме, в то же время ущерб и для различных отраслей народного хозяйства, следовательно, целесообразнее говорить об ущербе отраслей и народного хозяйства в целом.
Любой выявленный ущерб от загрязнения водных источников определяется затратами на мероприятия, предотвращающие использование загрязненной воды или обеспечивающие восстановление потерянной продукции, При расчете ущерба от загрязнения водных источников за базу (эталон) качества «чистой» воды для сравнительной оценки загрязненности источников следует принимать качество вод источников, регламентированное «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Если естественное состояние воды оказывается лучше регламентированного этими Правилами, то за эталон качества «чистой»‘воды целесообразно принять качество воды источника в ее естественном состоянии.
Са.р — стоимость аварийного ремонта, руб.; Пп.0 — потери от простоя оборудования, руб.Потери от простоя оборудования (Я„.о) складываются из эксплуатационных затрат (условно-постоянных). Предприятие несет их независимо от того, функционирует ли в данное время оборудование или нет.