Воздействие нефтегазовых объектов на окружающую среду

Воздействие объектов нефтегазового комплекса на водную среду

Все загрязнения рано или поздно попадают в море. Главная опасность для морских прибрежных зон связана с освоением нефтяных месторождений континентального шельфа. При бурении скважины глубиной до 4000 м нарабатывается около 500 бурового шлама и примерно 5000 полужидких отходов. В мире пробурено более 65 тыс. морских скважин, около 20% мировой добычи нефти приходится на морские месторождения, поэтому легко представить степень нарушения состояния гидросферы в районах шельфа. С морских буровых установок, стационарных платформ на шельфе и танкеров, перевозящих нефть, в море попадает более 1,6 млн т в год.

Мировой океан бороздят более 4 тыс. танкеров, которые перевозят по морю более 60% добываемой нефти. Когда вблизи берега терпит аварию танкер, гибнут морские птицы, страдает прибрежная флора и фауна, пляжи покрываются слоем вязкой нефти. Аварийный танкер обычно окружают бонами из плавающих шлангов, которые препятствуют расплыванию нефтяного пятна и позволяют собрать насосами пролившуюся нефть. Разлившуюся нефть сжигают или засыпают песком и известью, которые захватывают нефть и погружаются вместе с нею на дно.

Активизация освоения нефтяных и газовых месторождений, увеличение объемов перевозок по морю требует создания системы мониторинга состояния морской среды, и в первую очередь - морских млекопитающих. В отличие от рыб млекопитающие теплокровны и дышат легкими. Например, загрязнение Каспия углеводородами и пестицидами вызвало падение численности каспийского тюленя. В апреле-июне 2000 г. погибло почти 30 тыс. особей. У большинства из них были выявлены патологические изменения в иммунной системе, а также инфицирование печени, почек и крови болезнетворной микрофлорой. По мнению специалистов, причиной массовой гибели тюленей явилось кумулятивное действие загрязнения природной среды вследствие разработки нефггяных и газовых месторождений Северного, Среднего и Южного Каспия.

В результате разработки морских месторождений увеличивается мутность воды, на поверхности появляется нефтяная пленка и, как следствие, уменьшается проникновение в толщу воды солнечного света, отчего процесс фотосинтеза замедляется. В итоге нарушается кормовая база рыб и падает их воспроизводство.

Загрязнение морских вод негативно сказывается на бентосных сообществах, а это основной корм моржей. Падение численности биомассы бентосных организмов вынуждает моржей мигрировать. В связи с потеплением климата в Арктике кромка льда отступает к краю шельфа в глубоководные районы океана. Условия для добычи корма ухудшаются, опасность гибели животных возрастает.

Самой крупной катастрофой за всю историю нефтедобычи на шельфе был выброс из скважины в Мексиканском заливе в 1979 г. Тогда из этой скважины в воды залива попало 300 тыс. т сырой нефти. В результате операции "Буря в пустыне" в 1991 г. в воды Персидского залива и на побережье также поступило несколько сотен тысяч тонн нефти.

От нефтяных загрязнений страдают обширные участки побережий. В частности, по этой причине на многих участках побережья Северного моря запрещено купание. На шельфе этого моря средняя глубина составляет менее 80 м. Самоочищению Северного моря не помогают ни приливы, ни штормовые волны. Северное море так густо усеяно буровыми вышками, по его дну проложено такое количество трубопроводов, его воды бороздит такое количество танкеров, что даже специалисты не могут дать окончательное заключение о масштабах и последствиях его загрязнения.

В результате деятельности человека в окружающую среду попадает около 40 тыс. различных химических веществ, их действие на фауну, флору и человека в большинстве случаев изучено слабо. Доказано, что сбросы в море бурового шлама оказывают отрицательное воздействие на морскую среду: вокруг морских платформ под толщей шлама в донных осадках сформировались анаэробные условия и макрофауна отсутствует. Съемки в Северном море выявили вблизи платформ повышенный уровень содержания углеводородов, которые являются остатками дизельного топлива - основы буровых растворов.

Главный механизм самоочищения воды состоит в деградации нефти. Углеводороды с цепочками атомов углерода до (температура кипения до ) улетучиваются с водной поверхности в течение 10 суток, в среднем испарение может удалить до 50% углеводородов нефти. Тяжелые фракции с цепочками атомов и выше практически не испаряются.

Установлено, что окончательная судьба нефти в море определяется активностью микроорганизмов: описано 70 родов микроорганизмов и 30 видов грибов, окисляющих углеводороды. В районах моря, подверженных хроническому загрязнению нефтью, углеводородоокисляющие бактерии наиболее многочисленны и составляют 10% от численности всего микробиоценоза. Содержащиеся в морской воде микроорганизмы в первую очередь потребляют н-алканы. а затем ароматические соединения. Сложность состава нефти и негртепродуктов требует разнообразия микроорганизмов, способных атаковать как компоненты нефти, так и продукты метаболизма. Поэтому нефть более эффективно разрушается не отдельными штаммами, а смешанным бактериальным населением.

Ускоренное окисление нефтяных углеводородов происходит при достаточном насыщении воды кислородом: для полного окисления 1 л нефти требуется 3,30 кг кислорода. Наиболее благоприятные условия для этого создаются на границе раздела вода-воздух, так как здесь процесс окисления стимулируется действием солнечной радиации. В ясную погоду на поверхности плавающей пленки может окислиться до 2 нефти за сутки.

Судьбу нефти, попавшей в море, невозможно описать во всех подробностях. Попавшая в водоем нефть быстро растекается. Даже тончайшая нефтяная пленка изолирует воду от кислорода воздуха, уменьшая тем самым ее аэрацию. Легкие фракции быстро испаряются, а оставшиеся превращаются в устойчивую водонефтяную эмульсию.

По мере испарения углеводородов плотность и вязкость нефтяной пленки увеличиваются, поверхностное натяжение уменьшается и растекание прекращается. Волны и течения разбивают пленку на отдельные капли. Действие волн и ветра на нефть усиливают химические диспергаторы. которые разбивают сплошной слой на мелкие капли. Формируются эмульсии типа "нефть в воде" и "вода в нефти". Такие эмульсии могут существовать более 100 дней. Диспергаторы ускоряют биологическое разложение нефти, так как предоставляют бактериям огромную поверхность для заселения.

Со временем образуются тяжелые и стойкие агрегаты из парафиновых и ароматических углеводородов, которые оседают на дно. На образование этих агрегатов уходит до 10% нефти. Тяжелые фракции нефти, опускаясь на дно, образуют устойчивый к окислению слой на поверхности ила. в котором гибнут живые организмы. Тяжелые фракции нефуги могут сохраняться в донных осадках в течение многих лет. При содержании нефти 0,2 мг/л вода приобретает запах керосина, который не устраняется даже при хлорировании и фильтровании воды. Рыба под воздействием даже ничтожных концентраций нефтепродуктов приобретает стойкий керосиновый запах и не может быть скормлена даже скоту. Нефть и нефтепродукты не только пагубно влияют на все звенья биологической цепи, но и нарушают обмен энергией, влаго- и газообмен между атмосферой и водоемами.

Нефть и нефтепродукты относятся к комплексным загрязнителям, действующим на водные организмы. Среди компонентов нефти наиболее токсичным обладают растворимые в воде нафтеновые кислоты, фенолы и предельные углеводороды. Следствием загрязнения являются угнетение и подавление нормальной органической жизни, изменение состава биоценозов, заморы рыбы и гибель нерестилищ. Проведенные биологами опыты с наиболее типичными составами буровых растворов показали, что нормальное развитие молоди рыбы в воде возможно лишь при разведении водой отработанного бурового раствора в 26 тыс. раз.

По предварительным подсчетам в бассейне Каспийского моря залегает около 20 млрд т нефти. Разведка и добыча углеводородного сырья на шельфе Каспийского моря должны соответствовать уровню нового экологического мышления. Эти процессы должны отличаться высокой технологичностью, которая позволит сохранить уникальные биологические ресурсы этого крупнейшего в мире бессточного озера. В Каспийском море обитают 379 видов организмов бентоса. В 2000 г. там погибло 3% всей популяции тюленей. Одна из причин — ослабление иммунной системы тюленей в результате нефтяного загрязнения их среды обитания.

Шельфовая зона Каспийского нефтегазового региона является одной из наиболее перспективных районов добычи нефти в XXI в. Разведанные запасы нефти составляют более 12 млрд т - это второе место в мире после Персидского залива.

Реализация нефтяных проектов в казахстанском секторе шельфа осложнена рядом природных факторов:

• чувствительная экосистема этого участка моря;
• мелководье и замерзающая акватория северной части моря;
• большие глубины залегания продуктивных пластов;
• высокая концентрация сероводорода в продукции скважин;
• действие нагонных волн и заболоченность береговых территорий.

Каспийское море - уникальный природный объект.

Современный с 1978 г. подъем уровня моря на 2,4 м привел к ухудшению экологической обстановки в регионе в результате затопления низменных участков побережья. Ситуация обостряется вследствие повышения уровня при штормовых нагонах. Продолжительность нагонов составляет от нескольких часов до нескольких суток, а подъем уровня моря может достигать 2,5 м. что вызывает перемещения береговой линии в глубь территории до 30 км. Полоса затопления может достигать 40 км. Штормовые нагоны и сгоны способствуют интенсивному переносу загрязняющих веществ с моря на сушу и с суши в море.

Территория казахстанского сектора Прикаспия представляет собой прилегающую к морскому мелководью слабо террасированную песчано-солонковую равнину с высотами (-27,0)-(-23) м абс. Малые уклоны поверхности суши и дна (0,0001-0,0005) обусловливают затопление огромных площадей побережья при многолетнем повышении уровня и при нагонных повышениях уровня. Зона максимального нагонного затопления ограничена горизонталью - 25 м абс., которая проходит на расстоянии 3-10 км от современного положения уреза воды.

Сектор казахстанского Прикаспия относится к районам интенсивного техногенного воздействия, связанного с добычей нефти и газа, их хранением и транспортировкой. В зоне современного затопления и подтопления за счет многолетнего и нагонного повышения уровня моря находятся несколько десятков месторождений нефтги и газа и свыше 1ООО действующих скважин. Помимо этого здесь сконцентрировано большое число фактических и потенциальных источников загрязнения моря и береговой зоны: открытые резервуары с нефтью, представляющие собой искусственные выемки или естественные понижения рельефа с невысокой грунтовой обваловкой; места аварийных разливов нефти; скопления различных по составу отходов нефтедобычи; участки, загрязненные сбросовыми водами.

Поступление в море нефти и нефтепродуктов с прибрежных территорий, затапливаемых при нагонах, приводит к массовой гибели рыбы, тюленей и птиц. Все это позволяет оценить ситуацию в регионе как неблагоприятную для всего Северного Каспия.

Ситуация может усугубиться в связи с открытием новых месторождений в акватории Каспия. Совокупное техногенное воздействие на земную кору десятков разрабатываемых казахстанских месторождений, включая такие крупнейшие, как Тенгиз и Кашаган, может спровоцировать большие осадки земной поверхности суши и морского дна. Вероятность того, что подобное проседание земной коры произойдет, достаточно велика. Последствия этого техногенного события, по всей видимости, будут катастрофическими. Поэтому требуется оценка экологического риска, вызванного массовым извлечением углеводородов из продуктивных пластов нефтегазоносного бассейна Северного Каспия, с прогнозом возможных последствий для размещенных в регионе промышленных объектов и населенных пунктов.

Море в районе месторождения Нефтяные камни постоянно покрывается нефтяной пленкой, а Бакинская бухта превратилась в нефтяной отстойник. НецЬтяное загрязнение у восточного и западного берегов моря в отдельные периоды в десятки раз превышает допустимые пределы. Если аварии и разливы нефти на Каспии будут происходить в сегодняшних объемах, то через 40 лет в Каспийском море не останется ни нефти, ни промысловых биоресурсов.

Выход один - интенсивность добычи нефти на Каспии следует назначать, отталкиваясь не от условий рынка нефти, а от объема допускаемых и безопасных для биоты разливов нефти. Особенно экологически уязвимым является мелководный и заповедный Северный Каспий. Здесь может быть приемлемой только технология "нулевого сброса".

Источниками нефтесодержащих стоков на нефтебазах и перекачивающих станциях являются танкеры, резервуары, системы охлаждения подшипников насосов и ливневые воды с территории технологических установок. На основании опыта эксплуатации объектов транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов установлены нормативы нефтесодержащих стоков (табл. 6.4).

Таблица 6.4. Нормы водоотведения нефтесодержащих стоков на нефтебазах, перекачивающих станциях и наливных пунктах ( на 1000 т нефтепродукта)

Предприятие	Годовой грузооборот, тыс. т/год	Количество стоков
Перевалочные базы	От 100 до 500	49,2-62,5
	От 500 до 1000	62,5-197,9
	От 1000 до 5000	197,9-101,9
Распределительные базы	От 30 до 60	27,0-32,0
	От 60 до 100	32,0-68,0
	От 100 до 300	68,0-54,4
Головные насосные станции	От 1000 до 5000	6,8-4,4
	От 5000 до 10000	4,4-2,8
Промежуточные насосные станции	До 1000	3,8
	От 1000 до 5000	3,8-2,7

На НПЗ вода используется для производственных, хозяйственных и противопожарных целей. Расход воды зависит от схемы и глубины переработки нефти, количества перерабатываемой нефти и числа используемых аппаратов воздушного охлаждения. Суммарный расход воды на НПЗ мощностью 12 млн т нефти в год составляет 430000 при прямоточной схеме водоснабжения. На НПЗ применяются теплоносители - пар, горячая вода, которые в результате технологических операций загрязняются различными нефтепродуктами и сбрасываются в систему канализации.

Современные электрообессоливающие установки (ЭЛОУ) обеспечивают обессоливание поступающих смесей с содержанием хлоридов 136 мг/л до остаточного содержания 5,8 мг/л. Для достижения глубокого обессоливания на установках ЭЛОУ на каждой ступени требуется добавлять до 10% воды, при этом количество соленых стоков, требующих дорогостоящей биологической очистки, достигает 20% от сбрасываемого объема. Содержание нефтепродуктов в сбрасываемой с установки дренажной воде составляет 217 мг/л.