Архив публикаций по охране окружающей среды и экологическим проблемам при освоении морских месторождений нефти и газа института ВНИПИшельф Газпром СССР (1987-90)

9Окт2009 Раздел: для реферата, презентации, доклада, курсовая работа, материалы и источники Публикация: zverozub

Эта небольшая подборка статей (в которых я был руководителем научных исследований больших многонациональных коллективов из Симферополя, Одессы, Ленинграда, Риги, Калининграда, Вильнюса, Каунаса, Мурманска, Баку, вьетнамского города Хошимин и других) характеризует уровень развития советской науки на ее лучшем этапе в смысле организации и оплаты на рубеже 1980-90-х годов. Работы финансировались мощными промысловыми и разведочными структурами Газпрома СССР: Арктикморнефтегазразведка, Калининградморнефть, Петробалтик, Черноморнефтегазпром, ВьетСовпетро.
Советская наука тесно и плодотворно сотрудничала с научными, инжиниринговыми и промысловыми структурами ведущих стран в освоении шельфа: США, Канады, Германии, Англии, Норвегии, Японии, Бразилии.

Хотя прошло 20 лет с тех пор, но в области охраны окружающей среды от нефтяного загрязнения и других опасных факторов воздействия на природную среду при освоении шельфа, в науке уже не происходит серьезного прогресса. Объяснение этому достаточно простое: к концу 1980-х годов мировая наука в буквальном смысле «навалилась» на экологические вопросы при освоении шельфа. Финансовые и технические вложения были огромными, и большинство теоретических, методических и технологических задач были решены.
Таким образом, тема охраны окружающей среды при освоении месторождений нефти и газа теперь является лишь одной из иллюстраций скачкообразного развития науки и техники.
Важным нюансом в экологическом «большом скачке» Газпрома начала 1990-х является роль общественного мнения и прессы, а также национально-демократических движений в союзных республиках.
Конкретно моя стремительная научная карьера началась с публикации в «Литературной газете» и мощной антигазпромовской кампании в Литве.
В 1986 году объединение «Калининградморнефть» допустило аварийный выброс нефти из разведочной скважины (не полностью согласованной с управленческими и экологическими структурами Литовской советской социалистической республики). Около 9 тонн нефти загрязнило значительные площади Куршской косы, прямо у Дома творчества писателей СССР. Аварийные работы землеройной техникой велись неквалифицированно, так что был допущен прорыв вод Балтийского моря в Куршский залив и значительный экологический ущерб.
В экологический скандал были вовлечены силы Литовской Академии наук, Союз советских писателей и широкие массы движения «Саюдис».
Газпром СССР должен был отреагировать быстро и эффективно. Были созданы экологические структуры как производственного, так и противоаварийного характера, а в проектной документации должны были участвовать вновь созданные научно-исследовательские и инжиниринговые подразделения.
В течение полугода экологическая тематика в моем лице из небольшой инженерной группы, которой я руководил только как научный сотрудник, развилась в научно-исследовательский сектор из 8 человек. На условиях субподряда по экологическим темам в институте ВНИПИшельф под моим научным руководством работало около 30-70 человек (переводчики специальной литературы, патентоведы, инженеры-судостроители, программисты и системотехники, географы, геологи, экономисты, технологи, химики), в том числе несколько докторов и кандидатов физико-математических, геолого-минералогических, технических и экономических наук.
Было зарегистрировано несколько изобретений (в том числе для арктических условий), а также создана информационно-поисковая система по выбору оптимальных средств ликвидации аварийных разливов нефти.
Литовская академия наук очень быстро из категории врагов Газпрома стала главным нашим партнером в решении экологических проблем. Естественно, и научные организации Латвии в Риге вскоре проявили сугубо прагматичный подход к освоению нефти Балтийского моря.
В отношении Баку и Каспийского моря, где я работал в составе Государственной комиссии СССР по изучению последствий пожара на нефтедобывающей морской платформе, можно сказать, что там к авариям и разливам нефти уже слишком привыкли.
Впрочем, и в условиях Арктики, в частности Баренцева моря и остров Колгуев, экономические выгоды от освоения морских месторождений слишком велики, а контроль общественности и уж тем более права малых народов Севера на сохранение среды традиционного хозяйства — слишком слабы.
Но еще раз подчеркну — в смысле науки и технологии, и даже в смысле организационных принципов даже для условий Севера все основные экологические задачи при освоении месторождений нефти и газа были решены к началу 1990-х годов.
Так что я надеюсь, что и нынешнему поколению студентов работы мои и моих коллег двадцатилетней давности пригодятся.

Экологический дизайн при формировании природно-технических систем на континентальном шельфе
В условиях роста хозяйственной нагрузки на экосистемы шельфа, уже нарушенные и значительно загрязненные, требуется переход на новый уровенъ освоения — формирование природно-технических систем с заданными свойствами. В такой системе необходимо рассматривать три компонента: природную среду, технику, персонал. Поскольку свойства среды задаются изначально, а свойства персонала также не могут значительно меняться, основным компонентом, уравновешивающим систему в целом, является техника. Связи между тремя компонентами регламентируются технологией и структурой управления, организацией.
Теоретической и методической базой формирования природно –технических систем, как ячеек ноосферы должен стать экологический дизайн, в котором экология играет не сервисную послепроектную роль, а задающую предплановую. Экология и экономика определяют технологию и технику, обусловливают исходные требования к комплексу оборудования и организации его функционирования.
Целью экодизайна является конструирование систем, имеющих связи саморегуляции, которые исключают нарушение равновесия.
Гидротехнические сооружения на шельфе являются субстратом для морских организмов и сами становятся частью окружающей среды, существенно изменяя динамику, состав, свойства экосистем. При создании промысловых объектов на шельфе в нарушенных аквальных комплексах пассивной защиты среды от загрязнения недостаточно. Нужно использовать все возможности для оздоровления, повышения самоочищающей способности и биопродуктивности экосистем. При этом должен моделироваться весь жизненный цикл природно-технической системы, все этапы ее развития. Каждый из них ставит свои проблемы требует обеспечивать равноэкологичность каждого этапа (строительства, обустройства, эксплуатации, ремонта, демонтажа, утилизации), иначе «слабое звено» сведет на нет многолетние усилия. Экодизайн позволит достичь стабильности среды на шельфе, не отказываясь от его промышленного освоения.

Русанов И.В. (ВНИПИшельф)
1989

Моделирование исходных требований к средствам ликвидации аварийных разливов нефти

Готовность к ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН) является важным условием освоения нефтегазоносных месторождений шельфа.
—————————-
Термин «нефть» здесь и далее, согласно конвенции МАРПОЛ 73/78, включает нефть в любом виде, сырую нефть, жидкое топливо, нефтесодержащие осадки, нефтяные остатки и очищенные нефтепродукты, которые не являются нефтехимическими веществами.
—————————
Как показывает мировой и отечественный опыт, в районах высокой природной и хозяйственной ценности это условие становится решающим для общественного мнения и во многом определяет возможности развития морской нефтегазодобычи.
Согласно постановлению Совета Министров СССР от 3.07.84 №697 обязанности по ликвидации аварийных разливов нефти в море, независимо от ведомственной принадлежности их источников, возложены на Министерство морского флота. Однако, расходы, связанные с вызовом морспецподразделений и проведением ликвидации аварийных разливов нефти, возмещаются владельцем объекта-источника разлива. Поэтому уже на стадии предпроектных разработок необходимо выяснить, в каких случаях и в каком объеме предприятиям морской нефтедобычи выгоднее быть готовыми к ликвидации аварийных разливов нефти собственными силами. В других случаях нужна ясность в том, какие именно силы и средства Минморфлота необходимы для ликвидации аварийных разливов нефти на нефтепромыслах, чтобы избежать затрат на доставку малоэффективного или бесполезного в данных условиях оборудования.
Общая структура затрат, на которую нужно ориентироваться при планировании и эколого-экономическом обосновании ликвидации аварийных разливов нефти в районах морской нефтегазодобычи такова:
1) капитальные вложения и текущие затраты предприятий нефтегазодобычи на поддержание готовности к ликвидации аварийных разливов нефти собственными силами;
2) затраты на проведение ликвидации аварийных разливов нефти собственными силами;
3) уплата штрафов за нанесение убытков, причиненных государству разливом нефти;
4) расходы на вызов, доставку, содержание (в период вызова) морспецподразделений;
5) расходы на проведение ликвидации аварийных разливов нефти морспецподразделениями и привлеченными силами.
Для того, чтобы снизить общую сумму затрат, можно ориентироваться на снижение какого-либо одного компонента (но это может привести к повышению другого или к повышению общей суммы) или на снижение нескольких компонентов. Общего рецепта предложить нельзя. Поэтому выработка исходных требований к средствам ликвидации аварийных разливов нефти – это чрезвычайно ответственный этап планирования.
Необходимо сократить до минимума число непредвиденных вариантов и предусмотреть широкие возможности для изменения технологии борьбы с разливами нефти в конкретных условиях, установить заведомо безнадежные для ликвидации аварийных разливов нефти ситуации (ориентация на штраф) и четко сформулировать изобретательские задачи по перспективным направлениям.
Важным преимуществом юридической основы ликвидации аварийных разливов нефти в нашей стране является полная определенность ожидаемых штрафов за разлив нефти. Их величина учитывает только объем разлива, а снижение штрафа определяет объем собранной нефти с учетом времени.
Успех выработки исходных требований зависит от точности прогнозирования возможных ситуаций. В этом отношении морская нефтегазодобывающая отрасль находится в неизмеримо более выгодном положении, чем морской транспорт. Ее отличает:
— фиксированное местоположение возможных источников выбросов нефти;
— достаточная определенность состава, свойств, объемов нефтяных загрязнений, позволяющая надежно прогнозировать их поведение с помощью компьютерного моделирования;
— возможность расчета ожидаемых величин штрафов.
Анализ зарубежного опыта показал, что исходные требования к средствам ликвидации аварийных разливов нефти формулируются по-разному и не всегда четко. Например, в Финляндии это 2 часа на разворачивание сил и средств ликвидации аварийных разливов нефти после сигнала аварии; в Нидерландах – 3 дня на полный сбор разлива в 30 тысяч кубических метров, возможного раз в 50 лет; в США на месторождении Дорджес-банк – 6 часов на разворачивание основного и 48 часов на прибытие дополнительного оборудования.
Размещение и комплектование средств ликвидации аварийных разливов нефти ведется экспертным путем, причем чаще всего в несколько этапов, что связано с ограниченностью финансовых возможностей, а также постепенным появлением новых проблем.
Несмотря на использование математических моделей и компьютерной имитации поведения нефтяного пятна, метод проб и ошибок остается главным в определении исходных требований к средствам ликвидации аварийных разливов нефти. Успех в проведении аварийных операций во многом зависит от опыта и интуиции специалистов и умения быстро находить решение технических проблем в ходе самой операции.
Неопределенность поведения нефтяного загрязнения не может быть полностью устранена. Разнообразие ситуаций при ликвидации аварийных разливов нефти можно оценить в сотни тысяч вариантов, ввиду сложного переплетения технических, гидрометеорологических, биологических и социально-экономических факторов. Подбор средств и технологий к каждому варианту экспертным путем невозможен. Не меньшую трудность представляет анализ тактико-технических характеристик, граничных условий применения и совместимости друг с другом различных технических средств.
Только нефтесборного оборудования 60 фирм мира выпускают более 3 тысяч наименований. Кроме того, нужно подбирать и средства для обнаружения загрязнений, их обработки и утилизации, а также вспомогательное и ремонтное оборудование.
При анализе техники ликвидации аварийных разливов нефти широко практикуется сопоставление отдельных методов сбора нефти: механического, химического, биологического, а также генерализация, обобщение характеристик средств ликвидации аварийных разливов нефти и их сведение в компактные таблицы. Все это приводит к большим потерям информации, которые оправданы для обзорных, познавательных целей, но не годятся для практики:
— устройства, работающие на одном принципе, имеют широкий «разброс характеристик и граничных условий применения;
— существует множество комбинированных устройств, сочетающих разные методы, например, перед механическим сбором нефть обрабатывается химическими веществами или химическое вещество обеспечивает не только рассеивание, но и последующее биологическое разложение нефти;
— сочетание, комбинирование, кооперирование различных средств, объединение их в комплексы позволяет получить синергический эффект и превысить граничные условия отдельных методов и отдельных средств, входящих в состав комплекса.
Поэтому сопоставлять с возможными ситуациями необходимо не только каждое из нескольких тысяч средств ликвидации аварийных разливов нефти, но и целые комплексы, состоящие из десятков элементов в самых разных сочетаниях.
Такие операции под силу лишь современной микропроцессорной технике. О перспективности этого направления можно судить по материалам международной конференции «Ойл спил 1987», хотя сейчас экспертные, или советующие, системы на базе персональных компьютеров используются лишь для оперативных задач и требуют информации о конкретном разливе.
Можно предполагать, что к концу 80-х годов в ведущих промышленных странах будут разработаны компьютерные системы комплектования средств и составления технологий ликвидации аварийных разливов нефти. Успех их применения будет зависеть не столько от возможностей ЭВМ, сколько от строгости методологических принципов, правильности выделения элементов, анализа прямых и обратных связей, учета, наряду с количественными, и качественных характеристик.
Важное значение имеет определенность возможных ситуаций при разливах нефти. Наиболее благоприятные предпосылки создания экспертной системы комплектования средств ликвидации аварийных разливов нефти и компьютерного моделирования исходных требований к этим средствам сложились в морской нефтегазодобывающей отрасли СССР. Если в целом число возможных вариантов условий ликвидации аварийных разливов нефти оценивается в сотни тысяч, то для отдельных регионов добычи нефти и газа оно снижается до тысяч, а для конкретных месторождений – до сотен.
Близкие ситуации можно сводить в типы, и тогда технологическая цепоцка ликвидации аварийных разливов нефти формируется как разветвленное «дерево» решений, ствол которого соответствует типу ситуации, а ветви – конкретному варианту сочетания условий.
Основным носителей информации об условиях ликвидации аварийных разливов нефти является географическая карта. Применение ЭВМ здесь возможно, но не обязательно, если традиционные географические методы (районирование, генерализация) дают нужный уровень знаний. В любом случае анализ ожидаемых ситуаций начинается с карты и заканчивается картой.
Свойства нефтяного загрязнения и возможности ликвидации аварийных разливов нефти определяют следующие условия:
1) характер источника аварийного разлива;
2) начальные свойства разлитой нефти;
3) гидрологические и метеорологические условия;
4) особые условия трансформации пятна;
5) время трансформации.
Характер источника определяет все начальные свойства разлитой нефти (плотность, вязкость, токсичность, наличие газа и посторонних примесей), а также объем и скорость выброса, которые в свою очередь влияют на процессы трансформации.
Буровая установка или вспомогательное судно могут быть источником поверхностного разлива топлива малого объема. Максимальный зарегистрированный в мире объем такой утечки составил 50 кубических метров.
Выброс из скважины при эксплуатационном бурении достигал 490 тысяч кубических метров, выброс при добыче – 24 тысячи кубометров, разливы при добыче, не связанные с выбросом – 240 кубометров.
Поведение пятна будет разным в случае донного выброса или фонтана на устье скважины, находящемся под водой. Технология ликвидации донного выброса, в свою очередь, зависит от типа основания буровой:
— эстакада, стационарная платформа, искусственный остров;
— буровое судно, плавучая буровая установка.
Максимальный разлив при аварии танкера составил 240 тысяч кубических метров. Здесь необходимо учитывать такие варианты:
— поверхностный разлив;
— дрейф части судна с остатками нефти без утечки;
— затопление судна без утечки;
— излияние из затопленного судна.
Последний вариант близок по своим параметрам к утечкам из подводного хранилища нефти. Максимальный зарегистрированный в мире объем утечки – 120 тысяч кубометров.
Разрыв подводного трубопровода приводил к утечкам до 25 тысяч кубических метров. Следует планировать раздельно операции по ликвидации аварийных разливов нефти на морских участках и в зоне выхода на берег. Скорость излияния из трубопровода может быть малой (свищи, микротрещины) или очень большой (разрыв), но без средних значений.
При изучении и картографировании гидрологических и метеорологических условий важно учитывать не только пределы сезонной и суточной изменчивости отдельных элементов, но и частоту устойчивых сочетаний гидрометфакторов – типов погод. Например, в районе Джорджес-банк 2/3 всего времени в году приходится на так называемые «окна погоды» с небольшим волнением, слабым ветром, малой облачностью и т.д. Эта устойчивая погода длится в среднем 70 часов. Понятно, что именно на окна погоды рассчитывается здесь проведение ликвидации аварийных разливов нефти.
К особым условиям трансформации пятна, которые пока слабо учитываются в планировании относятся:
— плавающий мусор, бревна и остатки древесины;
— водоросли, морская трава на мелководье;
— твердые взвеси (мутьевые потоки вдольберегового переноса, подводных каньонов, устьев рек).
Во многих случаях их можно предусмотреть в технологии ликвидации аварийных разливов нефти заранее.
Фактор времени в безлёдных условиях умеренных широт определяет, по И.А. Фэю, 3 режима трансформации:
1) часы – инерционный режим, растекание;
2) недели – гравитационно-вязкий режим, турбулентная диффузия;
3) месяцы – режим поверхностного натяжения, эмульгирования, разложение нефти.
В ледовых условиях арктических морей время трансформации определяют 3 других режима:
1) дни – растекание, ограниченное неровностями нижней стороны льда, гравитационное распространение, заполнение трещин и «карманов»;
2) вмерзание в лед, образование «бутербродов – лед-нефть-лад», безопасных для окружающей среды;
3) месяцы (годы) – вытаивание, подъем на поверхность, испарение, фотоокисление во время полярного дня, вынос с движущимся льдом, уплотнение и затопление.
Если в условиях чистой ото льда воды проведение ликвидации аварийных разливов нефти эффективно при первом режиме, а также возможно во втором, то в ледовой обстановке наиболее благоприятным для ликвидации аварийных разливов нефти режимом является третий. Отсюда задачи оперативного ограничения разлива нефти, столь важные в теплых морях, в Арктике отступают на задний план перед задачами слежения за перемещением загрязненного льда.
В режиме ледяных бутербродов с нефтью сбор ее невозможен и, самое главное, не нужен – фактически она изолирована от окружающей среды и не наносит ей ущерба (хотя, конечно, это временная отсрочка).
Сбор в ледовых условиях непосредственно в момент разлива пока не получил развития. Тем не менее, учитывая преимущества объектов нефтегазодобычи (прежде всего фиксированное положение), именно в первые часы разливов, как в безлёдных, так и в ледовых условиях могут быть прияты эффективные меры по ликвидации аварийных разливов нефти или, как минимум, подготовительные операции по снижению негативного воздействия разлива, например, применение химических собирателей, затопителей, отвердителей, эластомеров.
Следующий этап картографического анализа ситуаций при ликвидации аварийных разливов нефти – выявление условий, налагающих ограничения на технологию сбора нефти и, в конечном итоге, определяющих целесообразность операций по сбору нефти; выделение для каждого месяца или сезона следующих районов:
— надежного применения традиционных (серийно выпускаемых) средств ликвидации аварийных разливов нефти;
— ограниченного применения традиционных средств ликвидации аварийных разливов нефти;
— принципиальной невозможности сбора нефти;
— нецелесообразности сбора нефти (низкий ущерб, высокая самоочищающая способность среды);
— проблемных ситуаций.
На данном этапе следует учесть, что чувствительность морских и береговых объектов к отдельным технологиям ликвидации аварийных разливов нефти или вообще к очистным операциям не менее важна, чем уязвимость по отношению к нефтяному загрязнению. Отдаленные последствия химических и биологических препаратов в море или тяжелых скреперов на пляже могут быть серьезными и даже катастрофическими.
Для оценки уязвимости экосистем рассматриваются с учетом сезонности:
— нерестилища и места нагула молоди, пути миграции рыб, ареалы морских животных (ограничения на химические вещества, повышенное внимание к токсичности нефти);
— ареалы распространения водоплавающих птиц, маршруты их миграций (отпугивание; борьба с нефтяной пленкой, в т.ч. химическими методами);
— устойчивые экосистемы;
— малоценные экосистемы (в двух последних случаях ограничений на технологию нет).
Уязвимость хозяйственных систем также может изменяться от сезона к сезону. К ним относятся:
— курорты, места добычи лечебных грязей или илов, рыбопромысловые угодья, места добычи водорослей, марикультура (ограничения на химические и биологические препараты);
— места отдыха и туризма (повышенные требования к срокам и внешнему качеству очистки);
— места добычи минерального сырья (допустимо применение пара, горячей воды, диспергентов и других агрессивных по отношению к природной среде веществ);
— места добычи илов для производства удобрений (не допускать осаждения нефти на дно).
Все крупные разливы сопровождаются выбросом нефти на берег. Существуют ситуации, когда береговые операции по ликвидации аварийных разливов нефти эффективнее и дешевле морских. Но нередко максимум усилий следует приложить в открытом море, а если нефть все же попала на берег, то все усилия бесполезны (приморские марши, болота). Есть и другой вариант, когда ликвидации аварийных разливов нефти неэффективна, а точнее не нужна: высокая волноприливная (или волноприбойная) энергия скалистых берегов может и без того обеспечить естественное диспергирование и разложение нефти.
Удерживающую способность берегов (продолжительность воздействия нефти на берег) и особенности очистных операций определяют:
— береговая растительность волно-приливной зоны;
— рельеф берега и волно-приливное воздействие;
— интенсивность вдольберегового переноса;
— механический состав и литология отложений, их плотность и твердость;
— геологическое строение и характер современных геологических процессов, формирующих берег (обвалы, оползни, размыв или, наоборот, аккумуляция наносов).
Последовательный анализ условий, определяющих разнообразие ситуаций при ликвидации аварийных разливов нефти, позволяет разделить регионы освоения месторождений нефти и газа на районы с типовыми ситуациями, подобрать места базирования оборудования, обозначить исходные требования и граничные условия комплексов ликвидации аварийных разливов нефти по каждому месту базирования.
При помощи компьютерной экспертной системы мы подобрали из патентно-информационного справочника, хранящегося в памяти ЭВМ, состав технических средств ликвидации аварийных разливов нефти для каждого места базирования, а затем из этого состава формируем комплексы для каждой типичной ситуации. Если машина не может «подсказать» средство для какой-то сложной ситуации (а таких еще много), то, во всяком случае, мы получим точную формулировку изобретательской задачи и технического противоречия.
Сейчас изобретатель случайным образом наталкивается на проблему, решает ее, затее ведет поиск прототипа и аналога и нередко убеждается в том, что его решение не оригинально и вся работа прошла впустую. Экспертная система при условии полноты патентно-информационного справочника гарантирует, что выделенную машиной задачу для данных исходных требований и граничных условий еще никто не решил.
Комплекс средств ликвидации аварийных разливов нефти в общем случае будет состоять из оборудования для таких целей:
1) обнаружение источника загрязнения;
2) наблюдение, прогноз поведения нефтяного пятна;
3) локализация разлива;
4) сбор разлитой нефти или откачивание из поврежденных хранилищ;
5) очистка побережий;
6) перевозка и обработка собранной нефти.
На всех этапах операции должна обеспечиваться стыковка отдельных элементов комплекса по граничным условиям применения, например высоте волны, скорости ветра, а также по объему и физико-химическим свойствам загрязнения.
Кроме основного, должно быть оборудование для ремонта, переоснащения, очистки техники; дополнительное оснащение для проживания и работы привлеченного персонала; средства для снижения биологического ущерба, например для отпугивания птиц, рыб, животных.
Окончательное решение о составе средств ликвидации аварийных разливов нефти в местах базирования, а также состав средств на отдельных носителях – платформах, вспомогательных судах, специализированных судах и т.д. – основывается на машинном анализе экономической эффективности предполагаемых операций ликвидации аварийных разливов нефти путем сопоставления величины штрафов с затратами нефтегазодобывающих предприятий на ликвидации аварийных разливов нефти собственными силами и с оплатой работы морспецподразделений. Это позволяет также определить ведомственную принадлежность комплексов ЛАРН и источники их содержания:
— собственные силы и средства;
— аренда на время повышенной опасности разлива (испытание и ремонт скважин);
— вызов спецморподразделений в составе, необходимом для работы;
— привлечение сторонних сил и средств, например оборудования береговых ведомственных нефтебаз на условиях аренды или в экстренном порядке.
Таковы, в общих чертах, методологические принципы машинного моделирования исходных требований к ликвидации аварийных разливов нефти в регионах морской нефтегазодобычи. Разработка программного обеспечения и патентно-информационного фонда к экспертной системе комплектования средств ЛАРН позволит выйти на передовые позиции в защите окружающей среды при освоении ресурсов шельфа.

Э.Х Векилов, С.А Кононенко, И.В. Русанов

Газпром СССР

Перспективы развития средств ЛАРН (ликвидации аварийных разливов нефти) для арктических условий

Развитие нефтегазоразведочного бурения в арктических морях увеличивает вероятность аварийных разливов нефти в условиях, препятствующих применению тирадиционных средств ликвидации аварийных разливов нефти. К таким условиям можно отнести суровый климат региона, сложные ледово-гидрологические условия, слабую заселенность и недостаточную транспортную освоенность территории. Ледовитость региона, мелководность Печорского и Карского морей, обилие туманов и штормов создают серьезные трудности для проведения работ по ликвидации аварийных разливов нефти и транспортного обеспечения операций.
В 1984 году при Минморфлоте СССР создана Госморспецслужба, на которую возложена обязанность по ликвидации аварийных разливов нефти в море независимо от ведомственной принадлежности источников загрязнения. Учитывая существующий уровень техники и технологии и реальные возможности предприятий морского транспорта, можно утверждать, что если аварийный разлив нефти произойдет на значительном расстоянии от мест дислокации сил Мурманского отделения Госморспецслужбы, возможность сбора сколько-нибудь значительного количества разлитых нефти сомнительна, даже если разлив произойдет на акватории, свободной ото льда. Для проведения работ в условиях битого сплошного льда или при интенсивном ледообразовании – Госморспецслужба не обладает ни техникой, ни технологией.
Решению задач ликвидации аварийных разливов нефти в арктическом регионе будет способствовать создание комплекса нетрадиционных технических средств и технологий.
Задачи, связанные с созданием материально-технической базы, включают:
— усовершенствование имеющихся средств,
— создание новых и их серийное изготовление,
— закупку импортных средств ликвидации аварийных разливов нефти;
— освоение технологий ЛАРН, предусматривающих использование технических средств как имеющихся, так и перспективных.
Преодоление имеющейся межведомственной разобщенности организаций, занимающихся решением проблем, связанных с загрязнением моря нефтепродуктами, поможет выполнить постановление ГКНТ СССР «О создании технических средств и материалов, необходимых для выполнения работ по ликвидации аварийных разливов нефти в море» от 1985 года.
Для обоснования исходных требований к системе ликвидации аварийных разливов нефти, обеспечивающей все расширяющуюся эксплуатацию плавучих буровых установок (ПБУ) в Арктике, проведен анализ возможных аварийных ситуаций и их последствий в море и на берегу. Определена экспертным путем вероятность крупных и мелких утечек для различных типов ПБУ, их причины. На основании этого и с учетом экономических аспектов выработаны принципы развития системы ликвидации аварийных разливов нефти для арктических плавучих буровых установок:
1. неконтролируемый выброс из скважины или повреждение топливных баков ПБУ с большим запасом нефтепродуктов может быть причиной опасного разлива с объемом свыше 150 тонн. В таких случаях следует ориентироваться на силы Госморспецслужбы;
2. необходимо обеспечить готовность ликвидации собственными силами аварийного разлива объемом до 50 тонн при высоте волны до 1,5 метра и в условиях чистой воды или мелкобитого льда. В сложных гидрометеоусловиях или при объемах свыше 50 тонн необходимо обеспечить предварительную обработку загрязненной акватории в течение кратчайшего срока, максимально снизить биологический ущерб, маркировать пятно и сопровождать его до разворачивания средств Госморспецслужбы. Для этого (в соответствии с отчетом о патентных исследованиях по данной теме) рекомендуется лидар ЛСБ-6 и судовой детектор ЛДНП-2, навесное нефтесборное устройство вертикально-вихревого типа, собиратель нфети СН-5, диспергатор ОМ-84. Для дистанционного сжигания нефти в море, во льдах и на берегу рекомендуется инициатор горения МИГ-3. Для снижения биологического ущерба при штормовых условиях, когда сбор нефти невозможен, а также для окончательной очистки акватории после применения механических средств эффективно удобрение для активизации нефтеокисляющей микрофлоры. Необходимо разработать компактный переносной разбрызгиватель для его нанесения этого удобрения с борта судов, катеров, вертолетов, а также стационарные диффузоры для впрыскивания из глубины к поверхности воды, которые должны крепиться к нижней части корпуса плавучих буровых платформ. Для снижения биологического ущерба при разливе нефти при бурении на шельфе институтом ВНИПИшельф предложено 3 изобретения: нефтесборное устройство для морской платформы, устройство для очистки твердых поверхностей от загрязняющих веществ и устройство для очистки морского дна. Из них первые два получили положительное решение государственной научно-технической экспертизы изобретений.
3. анализ возможных последствий аварийных разливов нефти в Арктике показывает, что в сравнении с умеренными широтами здесь существуют как слабые, так и сильные стороны. Лед не только затрудняет проведение ликвидации аварийных разливов нефти, но и значительно снижает биологический ущерб, он может служить надежной защитой против загрязнения берегов.
4. слабая хозяйственная освоенность региона определяет ориентацию на собственные силы в ликвидации разливов в море и на берегу. Главное при этом – быстрота первой реакции на разлив, снижение биологического ущерба в первые часы.
5. различные типы берегов совершенно по-разному определяют устойчивость нефти к разложению, ущерб от ее воздействия, возможности сбора. Большого внимания требует разработка технологий сбора для берегов, представляющих собой «ловушки» нефтяного загрязнения. Учитывая опыт многочисленных береговых операций при разливах, следует ориентироваться на разработку ручного шанцевого инструмента, который можно быстро производить в нужном количестве, используя общедоступные материалы, а также на применение распространенных инструментов: черпаков, ведер, бочек и т.п.
6. анализ факторов, ограничивающих применение механических средств ликвидации аварийных разливов нефти в Баренцевом море, показывает, что от 25 до 58% дней в году он невозможен. Учитывая что разливы нередко вызываются штормовыми условиями и еще чаще сопровождаются штормом, не следует ожидать большого эффекта от ликвидации аварийных разливов нефти силами Госморспецслужбы. Основной упор нужен на достижение быстрой и всепогодной реакции на разлив на самих плавучих буровых установках.
7. при переходе на круглогодичное бурение, в условиях полярной ночи применение традиционных средств ликвидации аварийных разливов нефти становится невозможным, это требует новых технологий. Перспективным на наш взгляд является флотация, химическое отверждение нефти, применение эластомеров, затапливаемых биоразложимых сорбентов. Для подачи химических и биологических препаратов в пятно необходимы стационарные и мобильные диффузоры.

Русанов, И.В., Кудашев В.Х.
ВНИПИшельф

Повышение экологической безопасности плавучих буровых установок в Арктике

Развитие нефтегазоразведочного бурения в Арктике, этом экологически уязвимом регионе, требует повышенного внимания к природоохранному оснащение техничесикх средств и, прежде всего, плавучих буровых установок (ПБУ), как источников самого мощного и длительного воздействия на среду.
Анализ выявленных нарушений показывает, что источниками загрязнения моря являются:
· утечки бурового раствора через сальниковые и резьбовые соединения;
· нефтяное и масленое загрязнение происходит в основном при ремонте и обслуживании оборудования, уборке помещений и мытье палубы;
· буровой шлам, неудовлетворительно очищенный на виброситах, переполняет контейнеры – все это может просачиваться на спайдерную палубу, не имеющую отбортовки, и смываться в море.
Система утилизации продукции опробования скважины не обеспечивает полного сгорания жидкой фракции, пластовые воды сбрасываются за борт, неочищенные от минеральных солей. Существует опасность аварийных разливов нефти, к ликвидации которых ПБУ и обслуживающий их флот не готовы.
Недостаточная экологическая безопасность ПБУ объясняется:
1) возможностью нарушений технологической дисциплины со стороны буровой бригады;
2) ориентацией при проектировании ПБУ на заниженные объемы отходов бурения;
3) недостаточной герметизацией помещений и палуб ПБУ в местах возможных утечек загрязняющих веществ;
4) недостаточной эффективностью систем сбора отходов бурения и очистного (обезвреживающего) оборудования;
5) отсутствием емкостей достаточного объема для хранения неподлежащих сбросу в море отходов бурения на период автономности ПБУ;
6) отсутствием контрольно-измерительной аппаратуры для непрерывного слежения за качеством морской воды в месте работы ПБУ.
Для решения этих проблем Заказчик ПБУ должен предъявлять максимальные экологические требования к конструкции, технологическим процессам и оборудованию еще на стадии разработки технического задания, технико-экономического обоснования и проектирования, а затем следить за их соблюдением при строительстве. Система контроля за качеством морской среды должна исключать возможность произвольного нарушения технологической дисциплины. Это позволит упростить организационно-технические природоохранные мероприятия, сократить текущие затраты на эти цели. Устранение источников и причин загрязнения исключит штрафы и санкции природоохранных органов.
Наряду с вопросами нормальной эксплуатации ПБУ и их ремонта, внимания требуют и возможные аварийные ситуации. Анализ аварийных утечек нефти с ПБУ на основе мировых данных показал, что в условиях Баренцева, Печорского и Карского морей должна обеспечиваться готовность к ликвидации собственными силами разлива до 50 тонн при высоте волны 1,5 метра на чистой воде или в битом льду. В более сложных ситуациях необходимо снизить биологический ущерб и сопровождать пятно до прибытия сил Госморспецслужбы. Для этого должны быть задействованы рабочие и спасательные катера, базирующиеся на ПБУ, вертолеты и суда обслуживания.
Рекомендуется следующий комплекс средств ликвидации аварийных разливов нефти:
1) воздушные и судовые средства обнаружения разливов нефти;
2) навесные нефтесборные устройства;
3) собиратели нефти, сорбенты, диспергаторы микробиологические удобрения с устройствами для их разбрызгивания на поверхности и в толще воды; инициаторы горения.
В связи с тем, что ПБУ являются более устойчивыми к штормовым условиям, чем суда-нефтесборщики, обладают высокой автономностью, имеют вертолетные площадки, емкости для хранения нефтепродуктов, очистное оборудование, целесообразно поставить вопрос перед Госкомприродой СССР и Госморспецслужбой СССР об образовании кооператива по ликвидации разливов нефти в море. Средства для кооператива должны предоставить все потенциальные виновники разливов, в том числе береговые нефтебазы и предприятия. За счет этих средств должны комплектовать технику ликвидации аварийных разливов нефти не только в портах, но и на танкерах, ледоколах, ПБУ, с тем, чтобы она работала с нефтяными пятнами независимо от их происхождения.
Для повышения экологической безопасности ПБУ в целом необходимы:
1) реалистический подход в оценке объемов образующихся вредных веществ и выявлению возможностей их попадания в море;
2) детальный анализ возможных осложнений при бурении и аварийных ситуаций, ведущих к утечкам загрязняющих веществ, прежде всего нефти;
3) внедрение ряда конструктивных и технологических решений, предложенных авторами;
4) установке дополнительного оборудования для утилизации и обезвреживания загрязняющих веществ, а также технических средств для ликвидации аварийных разливов нефти;
5) утверждение в установленном порядке Общих технических требований заказчика ПБУ по предотвращению загрязнения моря при их эксплуатации.