Глава 10. Защита морской среды от загрязнения при разработке нефтяных и газовых месторождений

В процессе строительства скважин воды загрязняются химически­ми реагентами, вводимыми в растворы при бурении скважин, в море по­падает нефть, извлекаемая из скважин с разбуренной породой, нефть в больших объемах выливается в море при авариях в бурении, например, в случае выброса, разрыва трубопровода, море загрязняется нефтью и при авариях с танкерами. Для очистки морей предложен ряд способов удале­ния нефти и нефтепродуктов с поверхности воды с помощью различных реагентов, действие которых сводилось к обволакиванию частиц нефти и погружению их на дно водоема. Такие способы решают задачу очистки поверхности водоема, но введение хотя и безвредных химических реаген­тов, по существу, не способствует полной очистке вод.

Наиболее правильным представляется осуществление таких про­филактических мер в процессе бурения, которые исключили бы попада­ние нефти и химреагентов в море и могли бы обеспечить не­замедлительный сбор разлившейся нефти механическим способом с по­следующим сжиганием ее в форсунках либо транспортировкой на сушу.

Во многих странах и на международном уровне накоплен богатый опыт решения природоохранных проблем, связанных с освоением мор­ских нефтегазовых месторождений. Этот опыт закреплен в законодатель­ной и нормативно-правовой базе многих государств и в ряде международ­ных конвенций. Наиболее детальные нормы, правила и требования зафик­сированы в Конвенции по защите морской среды Северо-Восточной Ат­лантики (ОСПАРКОМ, 1992).

Основные общепризнанные подходы и принципы обращения с от­ходами нефтегазодобывающей отрасли на шельфе включают:

• введение системы запретов на сброс в море неочищенных или опасных отходов, а также системы разрешений на сброс в случаях и при условии, когда последствия таких сбросов носят локальный, кратковре­менный и обратимый характер и не нарушают способность морской среды к самоочищению;

• дифференцированный (региональный, субрегиональный и ло­кальный) подход к введению правил обращения с отходами с учетом эко­логической, биопромысловой или иной ценности данного региона (субре­гиона) и основных природных (океанологических, геоморфологических и др.) параметров среды в районе буровых и нефтепромысловых работ;

• широкое использование технологических и эколого-токсикологических регламентов (стандартов, норм), отражающих важные в эколо­гическом плане характеристики и свойства отходов и определяющих воз­можность их сброса, запрета либо иного регулирующего решения. К чис­лу широко распространенных и апробированных во многих странах и на

406

международном уровне конкретных мер обращения с отходами морской нефтегазодобычи относят:

1. разрешение сброса в открытые морские воды очищенных (в ос­новном от нефти) пластовых вод и отходов, полученных при буровых ра­ботах с использованием буровых растворов на водной основе;

2. ограничение (или запрет) буровых работ и (или) сброса их отхо­дов в мелководной прибрежной зоне (до 4 миль от берега), при экстре­мальной ледовой обстановке, а также в районах повышенной экологиче­ской, рыбохозяйственной и другой ценности;

3. запрещение использования базовых рецептур буровых раство­ров на нефтяной основе и (или) сброса соответствующих отходов за ис­ключением особых ситуаций, сопряженных с обстоятельствами техни­ческого и технологического характера, а также соображений безопасности персонала;

4. введение норм допустимого содержания нефти при сбросе в мо­ре шламов (до 10 г/кг) и пластовых вод (в пределах 10-100 мг/кг);

5. введение ограничений на токсические свойства отработанных буровых растворов и использование стандартных процедур биотести­рования для оценки их токсичности перед сбросом.

Характерными особенностями современного регулирования мор­ской нефтегазодобычи во многих странах и на международном уровне яв­ляются дифференцированное применение и корректировка (пересмотр) соответствующих стандартов, норм и правил обращения с отходами в за­висимости от конкретной ситуации и с учетом новейших достижений тех­ники, технологии и практики обращения с отходами.

Существуют четыре основных варианта обращения с отходами бу­ровых и промысловых работ при освоении морских нефтегазовых место­рождений: 1) первичная очистка и сброс в море непосредственно на месте работ; 2) закачивание в скважины для захоронения в подземных геологи­ческих структурах; 3) накопление и транспортирование на берег для по­следующей обработки или захоронения; 4) накопление, транспортирова­ние и сброс в море в других районах, например, на больших глубинах. Выбор того или иного варианта диктуется соображениями экологическо­го, технического (технологического) и экономического характера. Глав­ным обстоятельством при принятии подобных решений в конечном счете является вопрос о характере и масштабах экологических последствий реа­лизации каждого из возможных вариантов.

В соответствии с многолетней мировой практикой, буровые раст­воры на водной основе (суспензии глины) и сопутствующие им шламы относят к категории нетоксичных веществ. Их удаление в открытом море не приводит к каким-либо необратимым экологическим последствиям, а наблюдаемые кратковременные эффекты носят локальный характер и аналогичны тем изменениям, которые происходят при природных повы­шениях мутности воды. Именно поэтому общепринятая практика обраще-

407

ния с такими отходами сводится к их сепарации (разделению жидкой и твердой фаз) и сбросу в открытом море непосредственно в районе буро­вых работ. Аналогичным образом поступают обычно с пластовыми вода­ми после их очистки от остатков нефти. Что касается отходов, получае­мых при использовании нефтесодержащих буровых растворов, то в боль­шинстве стран их сбросы в морскую среду запрещены.

Первичная обработка буровых растворов на водной основе и шламов перед их сбросом в море проста и обычно включает операции разде­ления фаз, дегазации и промывки. Буровые растворы на нефтяной основе и шламы, предназначенные для транспортирования на берег, иногда под­вергают операциям первичной обработки и очистки, включая промывку органическими растворителями для удаления остаточной нефти, дистил­ляцию при повышенной температуре с разделением твердого осадка и нефти, центрифугирование, обезвоживание и термическую обработку (сушка, сжигание, спекание) для удаления органической фазы и детоксикации отходов.

Практическое исполнение охранных работ в разных странах от­личаются, но суть одинакова.

На стационарных буровых платформах в Мексиканском заливе выбуренная из скважин и загрязненная порода, а также излишки раствора, содержащие вредные химические реагенты, и вода, которой смывали с буровой палубы раствор, извлекаемый из скважины при подъеме колон­ны, как правило, отвозятся баржами на сушу. При отсутствии вредных химических реагентов порода из скважин промывается и спускается на дно через специальную трубу диаметром до 1 м, являющуюся конструк­тивным элементом блока. Эта труба не доходит до дна на 2-3 м. При про­хождении породы через толщу воды из нее дополнительно извлекаются частицы нефти, которые накапливаются сверху в трубе, откуда затем нефть перекачивается в специальные емкости и затем сжигается.

Одна из профилактических мер заключается в том, что все сы­пучие материалы и реагенты доставляются на платформу только в упа­ковке. Участки приготовления растворов, а также пол в буровой вышке покрыты сплошным металлическим настилом. Для стока вод при очистке пола от раствора предусмотрена желобная система, из которой вся загряз­ненная вода попадает в специальную емкость, затем она либо вывозится, либо обезвреживается для повторного использования. На каждой из ста­ционарных буровых платформ предусмотрены специальные горелки, в которых сжигаются не только нефть и газ, но и смесь нефти с глинистым раствором и загрязненной водой, поступающими из скважины. При сжи­гании подается струя сжатого воздуха для распыления сырой нефти, для исключения образования копоти в горящий факел вводится струя воды.

408

Факел обеспечивает горение даже при сильном ветре и работает стабильно при самом минимальном объеме сжигания - до 0,5 т/ч. Нефть посылается в горелку из сепаратора, при низком давлении подключается насос. Горелка сжигает эмульсию, конденсат, вязкую нефть, а также не­большого размера твердые частицы породы. Применяются горелки и дру­гих типов («Морской дракон» и др.).

В ряде случаев для сжигания используется газ сепараторов. Все управление горелками осуществляется дистанционно.

Для ограждения акваторий от распространения разлитой нефти, для сбора нефти и грязи в портах, бухтах, на реках, заливах и т.д. приме­няются гибкие боны поплавкового типа.

Оградительный бон представляет собой гибкую вертикальную сте­нку-экран высотой до 1,8 м, состоящую из отдельных секций, связанных между собой непроницаемым гибким элементом. Высота и конструкции бона определяются в зависимости от района использования и его назначе­ния. Экран выполняется из полиэфирного материала с виниловым покры­тием. На некотором расстоянии от верха экрана на длину каждой секции закреплены поплавки, вшитые между двойной оболочкой экрана либо прикрепленные снаружи. Каждая секция имеет каркас из вертикальных оцинкованных трубок диаметром 2". Для удержания бона в заданном по­ложении и для его постановки используются тяговые тросы из нержа­веющей стали. Боны находятся в специальном боксе или намотаны на ба­рабаны, обеспечивающие быстрое извлечение бона для постановки. Как правило, в одном боксе или на одном барабане содержится секция длиной до 150 м. Для разворота бона и протягивания его в воде используется спе­циальный буксирный держатель, выполненный из короткой трубы с ко­нусным наконечником и с вертикальной трубкой, удерживающей экран в вертикальном положении.

Боны могут быть использованы в открытом море и успешно ра­ботают при волне 1,5 м и скорости ветра до 20 м/с. Бон высотой 1,8 м имеет в подводной зоне участок в 1,2 м, благодаря отличной плавучести и гибкости при накате волны бон всегда поднимается на ее гребень, нефтя­ная пленка через него не переплескивается. Помимо ограждения аквато­рии, загрязненной нефтью, тяжелые боны успешно применяются и для ограждения пляжей, предохраняя их от загрязнения.

Для сбора нефти с поверхности водоема применяется специальный нефтеулавливающий катер, у которого рабочим органом, собирающим нефть, является бесконечная лента с ворсистым покрытием, при движении увлекающая за собой нефть.

Принципиальная схема сбора нефти приведена на рис. 10.1.

409

Рис. 10.1. Сбор нефти:

А — схема сбора нефти с использованием бесконечной ленты:

1 - уровень моря; 2 - сбор нефти; 3 - бесконечная лента;

4 - направление движения баржи; 5 - нефтяная пленка.

Б - схема сбора нефти нефтеулавливающей баржей:

1 - буксиры; 2 - плавучий бон;

3. - нефтеулавливающая баржа (катер);

4. - баржа для сбора нефти; 5 - кормовой буксир

Для повышения эффективности сбора пленки нефтеулавливающим катером дополнительно применяются ограждающие боны, которые одним концом подсоединяются к носовой части баржи, а вторым к буксирам. В зависимости от скорости перемещения баржи назначается угол сектора, образованного этими бонами. Первые 30 м бона от баржи закрепляются поперечными связями под углом 30°. Общая длина до 150 м.

Фирма Беннет разработала так называемый миниотделитель. Он предназначен для очистки от нефти поверхности закрытых водоемов. Ми­ниотделитель представляет собой круглую алюминиевую чашу диаметром 1,05 м, закрытую с боков решеткой. В средней части установлен погруж­ной насос (мощность 2 л.с) производительностью 60 л/мин. Чаша имеет три поплавка, удерживающие ее на плаву в притопленном положении, диаметр системы с поплавками 1,85 м. Включением насоса нефть с по­верхности засасывается им и отводится в емкость, расположенную на ка-

410

тере (барже) или на берегу. Миниотделитель имеет небольшие габариты и вес (45 кг). Миниотделитель может работать даже в плохую погоду. Со­бираемая нефть отводится по 2-дюймовым шлангам, удерживаемым по­плавками. На таких же поплавках подается питание к насосу.

В зарубежной практике на всех ПБУ и ППБУ, а также на тендерах и на стационарных основаниях смонтированы обычно биологические ус­тановки (например, Био-ньюз). Они представляют собой резервуар, куда стекают все фекальные и сточные воды. Модель ВР-30-М обеспечивает очистку около 12 т стоков в день.

411

ЛИТЕРАТУРА

1. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и ос­воение морских нефтегазовых месторождений. М.: Изд. Академии горных наук, 1999.

2. Скрыпник С.Г. Техника для бурения нефтяных и газовых сква­жин на море. М.: Недра, 1986.

3. Самоподъемные плавучие буровые установки (Ю.А. Гусейнов, Э.Л. Вишневская, И.П, Кулиев и др.). М.: Недра, 1979.

4. Возний В.Р., Гльныцький М. К., Яремшчук Р.С. Морск нафтога-зов1 споруды. Львов, Видавництво «Свгт», 1977.

5. Басарыгин М. Ю., Басарыгин Ю.М., Булатов А. И. Строительст­во и эксплуатация морских нефтяных и газовых скважин: В 4 т. (6 кн.). Краснодар: Изд. «Просвещение Юг», 2002-2003.

6. Булатов А. И., Просёлков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и тех­нология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов. М: Недра, 2003.

7. Пронкин А.П., Хворостовский И. С, Хворостовский С.С. Мор­ские бурвые моноопорные основания / Под ред. д.т.н. С,С. Хворостовско-го. М.: Недра, 2002,

8. Иллюстрированная англо-русская и русско-английская энцикло­педия морских технологий нефтегазовой промышленности. США, AllonWoods, Dallas.

9. Горяйнов Ю.А., Федоров А.С, Фейгин Б.Л. Особенности усло­вий строительства морского участка газопровода «Голубой поток» и их влияние на проектные решения: Труды РАО-01. 5-я Международная кон­ференция RAO-1 (Газпром) «Освоение шельфа арктических морей Рос­сии». СПб., 2001, 11-14 сент.

10. Бойко A.M., Шайхутдинов А.З., Салюков В.В., Харионовский В.В. Эксплуатация морского участка газопровода Россия-Турция. М.: Газовая промышленность. 2001. № 3.

11. Регистр СССР. Справочные данные по режиму ветров и волне­ния на морях, омывающих берега СССР. Л.: Морской транспорт, 1962.

12. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Не­дра, 1974.

412

Учебной издание

БУЛАТОВ Анатолий Иванович ПРОСЕЛКОВ Юрий Михайлович

МОРСКИЕ НЕФТЕГАЗОВЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Техника и технология разработки и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений

Изд. лиц. № ЛП47-И от 12.05.99 г.

Подписано в печать 02.08.2005. Формат 70 х 100 7₁₆.

Бумага SvetoCopy. Заказ № 6091, 6092.

Усл.печ.л. 33,21. Доп. тираж 200 экз.

Издательство ООО «Просвещение-Юг» 350042, г. Краснодар, пер. Элеваторный, 2а.

Типография ООО "Просвещение-Юг"

350059, г. Краснодар, ул. Селезнева, 2. Тел./факс 239-68-31.