Размещено на http://www.allbest.ru/

37

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Астраханский Государственный Университет

Реферат

«Контроль за состоянием окружающей среды в

нефтяной и газовой отраслях»

Астрахань 2008

Содержание

Содержание

1. Введение

2. Охрана окружающей среды нефтяных и газовых месторождений

2. 1. Нефтегазовая отрасль и охрана окружающей среды

2. 2. Охрана воздушной среды, поверхностных и подземных вод, геологической среды и недр, почв, растительности, животного мира

2. 3. Оценка экологического риска и аварийных ситуаций

3. Экологический мониторинг нефтяных и газовых месторождений

3. 1. Понятие экологического мониторинга

3. 2. Структурно-логическая схема организации мониторинга

3. 3. Формирование сети режимных наблюдений

4. Нормирование загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами

4. 1. Методы контроля

4. 2. ИК-спектрофотометрия

4. 3. Люминесцентные методы

4. 4. Дистанционный мониторинг

5. Литература

Введение

В конце XX века в нашей стране и во всем мире все большее внимание стало уделяться вопросам экологии. Такой интерес обусловлен обостряющимися экологическими проблемами, которые подчас приобретают глобальный характер. В связи с этим все большее значение приобретают вопросы теории и методологии экологической геологии, определения ее положения в системе других наук.

Доля России в мировой добыче минерального сырья остается высокой и составляет по нефти 11.6%, по газу -- 28.1, углю -- 12-14%. По объему разведанных запасов минерального сырья Россия занимает ведущее положение в мире. При занимаемой территории в 10% в недрах России сосредоточено 12-13% мировых запасов нефти, 35% -- газа, 12% -- угля. В структуре минерально-сырьевой базы страны более 70% запасов.

Начав эксплуатацию месторождений нефти и газа, человек, сам того не подозревая, выпустил джина из бутылки. Поначалу казалось, что нефть приносит людям только выгоду, но постепенно выяснилось, что использование ее имеет и оборотную сторону. Чего же больше приносит нефть, пользы или вреда? Каковы последствия ее применения? Не окажутся ли они роковыми для человечества?

1. Охрана окружающей среды нефтяных и газовых месторождений

1. 1. Нефтегазовая отрасль и охрана окружающей среды

Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии - ниже земной поверхности и дна водоемов и водостоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (Закон РФ «О недрах», 1995). Закон регулирует отношения, возникающие в связи с геологическим изучением, использованием и охраной недр территории РФ. Углеводородные ресурсы имеют стратегическое значение. Поэтому большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей природной среды при поисках, разведке и эксплуатации нефтегазовых месторождений с использованием научно-методического аппарата экологической геологии.

Коллекторами называются породы, которые могут содержать в себе нефть и газ и отдавать их, хотя бы частично, при разработке. Нефть и газ, скапливаясь в ловушке, образуют залежь, под которой подразумевают любое элементарное их скопление. Скопление образуется потому, что ловушки обычно являются участками пониженного гидростатического давления в резервуаре. Большая часть известных в настоящее время залежей приурочена к свободным изгибам пластов - антиклинальным формам.

Нефть является природным горючим полезным ископаемым, относящимся к классу каустобиолитов. Месторождения нефти, горючего газа, углей и горючих сланцев большинство исследователей относит к биохимическим осадочным отложениям. По типу использования они принадлежат к топливно-энергетическим ресурсам. Нефть состоит из органических соединений, основными являются три группы или компоненты: углеводороды, смолы и минеральные вещества. 80-90 % нефти составляют углеводороды с примесью соединений серы, азота и кислорода.

Большинство современных исследователей придерживаются гипотезы органического происхождения нефти. Приуроченность нефтяных и газовых залежей к осадочным породам и химическое сходство с углем и живыми веществами свидетельство о том, что она представляет собой продукт органического вещества. Исходной органикой является древесина, угли, торф, морские растения, диатомовые илы, растительные и животные жиры, биогенные илы - смешанный растительно-животный материал. Выделяется ряд стадий преобразования органического вещества в нефть. Процесс преобразования состоит в разрыве связи высокомолекулярных соединений и глубоком восстановлении органического вещества под влиянием физических, химических и биологических факторов.

Нефтематеринской называется осадочная порода, отложившаяся в восстановительных условиях при длительном и быстром прогибании дна водоема. В ней накапливается органический материал, дающий начало нефтяным углеводородам. Основным признаком нефтематеринской породы является повышенное содержание углеводородов битумной части органического вещества. Главным условием для образования такой породы является субаквальное отложение и восстановительная среда.

Таким образом, нефть и газ, вмещающие их породы в совокупности представляют эколого-геологическую систему. Главное их отличие - наличие живого и неживого компонента. Биота, как живое, живет и функционирует в литосфере или непосредственно на ее поверхности. «Литосфера-биота» - объект исследования экологической геологии. Поэтому методический аппарат экологической геологии может быть использован в новой для нее области - формировании залежей и месторождений нефти и газа.

Залежи нефти, сформировавшиеся в ловушках, существуют не вечно. Причин их разрушения много, в том числе бактериальное окисление углеводородов.

Разведка и эксплуатация нефтегазовых месторождений с позиций экологической геологии относится к системе «литосфера - инженерные сооружения (техногенное воздействие) - биота».

Предприятия нефтяной и газовой отраслей рассматриваются как источники комплексного и концентрированного воздействия на окружающую среду. Прежде всего, через лито-, гидро- и атмосферу. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источников. Обмениваясь с окружающей средой веществом, энергией и информацией, промышленные предприятия формируют природно-техногенную систему или технобиогеоценоз.

Воздействие объектов нефтегазового комплекса обусловлено токсичностью природных углеводородов и сопутствующих им ресурсов, разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также спецификой добычи, подготовки, транспорта, хранения, переработки и разнообразного использования нефти и газа

1.2. Охрана воздушной среды, поверхностных и подземных вод, геологической среды и недр, почв, растительности, животного мира

Ускоренное развитие газовой промышленности превратило ее в одну из ключевых отраслей топливно-энергетического комплекса страны, оказывающую значительное влияние на рост производительности труда и ускорение технического прогресса всей экономики страны. Доля газа в топливном балансе страны уже сейчас составляет около 50 %. Для обеспечения роста добычи газа необходимо повышение степени извлечения газа и газового конденсата, ввод новых месторождений, создание на этой базе крупнотоннажного газохимического и топливно-энергетического производства.

Наряду с вводом новых мощностей по добыче газа, требующих крупных капитальных вложений, важное место в выполнении намеченной программы занимают работы по повышению эффективности разработки истощенных газовых и газоконденсатных месторождений, направленные на максимальное извлечение углеводородного сырья из недр и соответственно повышение конечного коэффициента газоконденсатного месторождения (Макаренко, 1996).

Нефтегазовая отрасль, занимая базовое положение в экономике страны, одновременно относится к числу производств, оказывающих наиболее сильное воздействие на окружающую среду (Мазур и др., 2001; Гриценко и др., 1997). Поэтому особое значение приобретает проблема обеспечения экологической безопасности этой отрасли. Эффективным приемом ее достижения являются технологии кустового безамбарного бурения, экологическое проектирование, учитывающее особенности окружающей среды в регионах.

В качестве критериев оценки воздействия на окружающую среду объектов нефтегазовой промышленности применяется ряд параметров (Временные .., 1992), выделяемых для каждого компонента окружающей среды. В последствии может быть проведен анализ того, как изменения в различных средах могут взаимодействовать друг с другом, а также анализ общей значимости воздействия на окружающую среду по всем компонентам.

Для атмосферного воздуха учитываются аккумуляция загрязняющих веществ (инверсии, штили, туман); их разложение в атмосфере (общая радиация, ультрафиолетовая радиация, температурный режим, число дней с грозами); вынос загрязняющих веществ (ветровой режим); разбавление загрязняющих веществ за счет воспроизводства кислорода (лесистость относительная, %; биомасса, т/га). Анализируются метеоусловия, способствующие концентрации вредных веществ в приземном слое. Проводятся расчеты климатических параметров по потенциальному загрязнению атмосферы для различных зон. Относительная оценка техногенного воздействия по зонам выглядит следующим образом. Зона, в пределах которой концентрации загрязняющих веществ превышают уровни чрезвычайно опасного состояния воздушного бассейна, считается зоной крайне сильного антропогенного воздействия. Зона, в пределах которой достигается предельно допустимая концентрация (ПДК) - сильного воздействия, от ПДК до 0,5 ПДК - среднего и меньше 0,5 ПДК - слабого воздействия. Необходимо при этом учитывать суммарный эффект загрязнения. Гигиеническая оценка состояния воздушного бассейна проводится путем сравнения реальных концентраций основных загрязнителей с санитарно-гигиеническими нормами ПДК.

Для поверхностных и подземных вод оценка их состояния включает - санитарно-гигиенические требования, пригодность для питьевого и технического водоснабжения, самоочищающая способность, ресурсы, напряженность водного баланса, коэффициент нормативной нагрузки сточными водами на водоемы, куда предлагается сброс сточных вод. Качественное состояние водных объектов определяется путем сравнения концентрации нормируемых загрязняющих веществ в воде со значениями ПДК для данной категории водоема. Интегральную качественную оценку ресурсов поверхностных вод по степени благоприятности к промышленному освоению следует проводить с учетом факторов водности, скорости течения, экспозиции склона, залесенности берегов, плотности населения, промышленного потенциала, наличия водного транспорта, фонового загрязнения, биохимической потребности в кислороде, концентрации водородных ионов.

Необходимым элементом оценки геологической среды является характеристика грунтовых условий и проявления геологических процессов при освоении территории. Выявляются участки различной степени устойчивости горных пород и степени проявления процессов. Региональные факторы геологической защищенности грунтовых вод определяются мощностью водоупорных пород в разрезе зоны аэрации. К региональным факторам защищенности напорных вод первого от поверхности напорного горизонта относятся мощность глин первого регионально выдержанного водоупора. Локальные факторы, нарушающие защищенность подземных вод, это линзы песков, погребенные долины, участки питания грунтовых вод, литология пород зоны аэрации, мощность слабопроницаемых отложений в разрезе зоны аэрации.

При оценке устойчивости геологической среды особое значение придается физико-механическим свойствам грунтов и гидрогеологическим условиям для карста. При оценке селевых процессов используются такие критерии, как частота схода и масштабность процессов.

Для оценки оползнеопасных явлений учитываются формы рельефа, условия залегания ослабленных зон, прочность на сдвиг, тип механизма смещения, льдистость ММП, температурный режим, техническая нарушенность пород, гидрогеологические условия разгрузки подземных вод.

Оценку устойчивости многолетнемерзлых пород (ММП) следует связывать с температурой, составом, льдистостью и просадочностью пород. Важным критерием является показатель просадочности при оттаивании, на основе которого определяются категории ММП при инженерно-геологическом обосновании всех наземных и полузаглубленных нефтепромысловых сооружений. Применительно к каждой категории ММП применяются соответствующие методы прокладки трубопроводов, принцип выбора типов фундамента, заглубления резервуаров, характер сооружения амбаров и т. п. Для обеспечения технической безопасности необходим прогноз образования сквозных и несквозных таликов.

Строительство и эксплуатация объектов нефтегазового комплекса оказывает сильное воздействие на почвенно-растительный покров и животный мир. Поэтому проводятся измерение, оценка и прогноз изменений абиотической составляющей и ответной реакции биоты на эти изменения. Состояние почв определяется физико-химическими параметрами, характеризующими изменения ее параметров в пространстве и во времени. Биологические свойства почв характеризуются набором функциональных и структурных параметров. Важным показателем состояния почвенно-растительного покрова является его нарушенность экзогенными геологическими процессами, пораженность территории, активность и интенсивность развития.

Решающее значение в поддержании устойчивого состояния почвы оказывает жизнедеятельность почвообразующих организмов. К наиболее важным почвенно-биологическим процессам относятся превращение органической составляющей почвы, превращение минеральной составляющей почвы, ее разрушение, создание биологической массы. Функциональные связи между органической и минеральной составляющими почвы осуществляются ферментативно. Такой подход может быть использован для оценки интенсивности и направленности экологической активности почвенно-биологических процессов. Для оценки химического состояния, формирования и развития почв может быть использована система показателей, включающая совокупность химических и биологических параметров: содержание аммонийного и нитратного азота, подвижных фосфатов, гумуса, величина рН. Показателем производительности почвы служит масса полезного биологического вещества.

Показателем загрязненности служит процентное содержание нефтяных углеводородов, хлорид - и сульфат-ионов. Загрязненность почвы нефтяными углеводородами, высокоминерализованными водами и другими загрязняющими веществами может быть установлена путем сравнения фактического количества загрязняющего вещества в почве с предельно-допустимыми нормами или фоновым их содержанием. Оценка почвенно-мелиоративного состояния земель по загрязненности высоко минерализованными водами производится по данным анализа по плотному осадку, содержанию хлора и сульфатов. Для оценки фауны используются показатели видового состава, встречаемости, распространения, продуктивности, промысловой значимости. Учитываются границы популяций или ареалов, наличие редких и краснокнижных видов, типы угодий или местообитаний, наличие кормовых, защитных, гнездовых и других стаций.

Большое значение для нефтегазовой отрасли придается социальным и эколого-экономическим вопросам. При оценке альтернативных проектных решений могут быть использованы следующие критерии: комплексное социально-экономическое развитие региона на базе отрасли; повышение жизненного уровня населения, комфортности его проживания, уровня культурно- бытового обслуживания, архитектурно-ландшафтных, рекреационных и санитарно-гигиенических условий, состояния здоровья.

1.3. Оценка экологического риска и аварийных ситуаций

Опасность и риск - связанные между собой и взаимно зависимые понятия.

Опасность - возможность, угроза чего-либо неблагоприятного, способного принести вред. Опасность определяется ущербом, который может оцениваться качественно и количественно, в натуральных или денежных показателях. Риск - это действие на удачу в надежде на успех задуманного мероприятия.

Риск - вероятность опасности. Вероятность наступления неблагоприятно события определяется от 0 до 1, или от 0 до 100 %. Риск и опасность - понятия социальные. Они возникают в различных общественных отношениях. Рассматривают экономические, производственные, политические, экономические, экологические и другие критерии риска. Опасность и риск проявляются в определенной ситуации. Для их оценки обязательна целевая установка, направленная на решение поставленной задачи, достижение намеченной цели.

Экологическая опасность (ЭО) и экологический риск (ЭР) находятся в сфере взаимодействия общества и природы. Взаимоотношения человека и его действия, происходящие вне окружающей природной среды, к экологическим отношениям не относятся. Критериями ЭО и ЭР является связь человека с природой, протекающие между ними процессы (рис. 1.3.).



Рис. 1.3. Виды и сферы проявления экологических рисков.

1 -- природа (природные риски),

2 -- хозяйство (производственные, техногенные и экономические риски),

3 -- население (социальные риски),

4 -- природно-хозяйственные риски,

5 -- социально-хозяйственные риски,

6 -- природно-социальные риски,

7 -- природно-социально-хозяйственные риски (интегральная оценка),

8 -- ситуация и целевая установка

Основой возникновения таких отношений служат экологические факторы, подразделяемые на события и действия.

Факторы, или условия, в которых протекает человеческая деятельность, могут быть природными и социально-хозяйственными.

События, которые возникают и порождают экологические отношения, происходят как с участием человека, так и помимо его воли. К первым относятся преднамеренные и случайные действия, например, не продуманные и совершенные по неосторожности. Вторые выступают как природные явления. Например, землетрясения и извержения вулканов, бури и наводнения. Но и они часто являются следствием непродуманной деятельности человека. Это стихийные бедствия, возникающие по чисто естественным причинам, но усугубляющиеся вследствие бездействия или неправильных действий людей. Таким образом, ЭР является следствие двух факторов - воздействия человека на окружающую природную среду, и природы на человека. ЭР может, также, проявиться при совместном участии двух указанных факторов, внешней и внутренней среды.

Действия, или антропогенная деятельность, рассматриваются как основная причина возникновения ЭР. В результате природопользования наносится вред окружающей среде, а через нее прямо (непосредственно) или косвенно (опосредованно) человеку. Действия или поступки человека могут быть экологически позитивными и негативными. В результате первых ЭР снижается. Такие действия направлены на охрану, рациональное использование, восстановление или снижение нагрузок на окружающую природную среду. К увеличению ЭР приводят нарушения правил природопользования, конфликтные или противоречивые отношения между хозяйствующими субъектами. В том случае, если отношения природопользования носят дополнительный характер, например, сбросы загрязнителей или отходы одного предприятия является сырьем для другого, ЭР снижается.

В общем, ЭР определяется взаимодействием трех факторов: свойств природных объектов, условий и ресурсов; вида природопользования и уровня научно-технического прогресса (рис. 1.3.).

Природные условия, в которых протекает человеческая деятельность, могут быть благоприятными и неблагоприятными. ЭР зависит от двух главных свойств компонентов ландшафта -устойчивости и значимости.

Устойчивость определяется чувствительностью и восстанавливаемостью тех либо иных компонентов в отношении определенных видов воздействия. Значимость подразделяется на экологическую и ресурсную. Экологическая значимость связана с природными функциями ландшафта, такими как средозащитными, средоформирующими, средостабилизирующими, средовосстановительными и др. Они трудно поддаются экономической оценке. Ресурсная или социально-хозяйственная значимость обусловлена потребительскими свойствами природных объектов и возможностями их использования. ЭР уменьшается, если в хозяйственный оборот вовлекаются территории с устойчивыми ландшафтами, их использование не приводит к снижению экологических функций, естественные ресурсы благоприятны по запасам, местоположению, скорости исчерпания, возможностям самовосстановления и или рекультивации, темпам экономического восстановления, возможности замены одного ресурса другими.

Наибольшим экологическим риском характеризуется ситуация, при которой в сферу техногенного воздействия попадают ландшафты с низкой устойчивостью и высокой значимостью. Наименьший риск при высокой устойчивости и низкой их значимости.

Управление ЭР осуществляется посредством использования процедуры нормирования. Экологическая безопасность в системе природопользования достигается выполнением субъектами хозяйственной деятельности эколого-правовых норм. В качестве эталона или объекта сравнения существующего (наблюдаемого) и требуемого качества экологического состояния обычно используются базовые государственные стандарты и требования, выраженные в виде природоохранных норм и правил. Чтобы конкретизировать местные экологические условия и привязать их к определенной хозяйственной или иной деятельности, воздействующей на природу, разрабатываются и применяются региональные нормативы допустимого ЭР.

Анализ аварийных ситуаций. Существенный ущерб при добыче газа наносится атмосферному воздуху. В связи с этим ряд населенных пунктов, расположенных в местах добычи и переработки газа, входят в перечень городов с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Дополнительный ущерб окружающей среде наносят аварии на буровых установках и платформах, а также на магистральных газонефтепроводах, которые являются наиболее типичными причинами загрязнения нефтью поверхностных вод и земельных угодий.

Исключительно высокие требования к экологической безопасности выдвигаются при глубоком бурении высоконапорных горизонтов, поскольку в этом случае резко возрастает риск аварийности при вскрытии пластов. Возникающие чрезвычайные ситуации (аварии) сопровождаются загрязнением или частичным уничтожением окружающей природной среды, выходом из строя промышленного оборудования, установок, технических узлов и целых циклов, порою человеческими жертвами. Это обусловливает значительные финансовые затраты на ликвидацию аварий, рекультивацию земель, компенсационные и страховые выплаты, судебные издержки и т. д. Поэтому в качестве главного условия экологической безопасности в процессе буровых работ следует рассматривать профилактику аварийных ситуаций.

2. Экологический мониторинг нефтяных и газовых месторождений

2. 1. Понятие экологического мониторинга

Экологический мониторинг рассматривается как совокупность систем комплексных наблюдений за антропогенными и природными источниками воздействия, состоянием окружающей среды, динамикой происходящих в ней изменений, прогнозом развития ситуаций и управления ими. В качестве основных элементов мониторинг включает наблюдения за факторами воздействия и состоянием окружающей среды, прогноз ее будущего состояния и оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды. Ключевой задачей экологического мониторинга является обеспечение систематических наблюдений за экологическими эффектами взаимодействия природы, населения и хозяйства на определенной территории.

Мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг), согласно Закону Российской Федерации «Об охране окружающей среды» (2002) - это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. Государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) - мониторинг окружающей среды, осуществляемый органами государственной власти РФ и органами государственной власти субъектов РФ. В Российской Федерации осуществляется государственный, производственный, муниципальный и общественный контроль в области охраны окружающей среды. Контроль в области охраны окружающей среды проводится в целях обеспечения органами государственной власти РФ, органами государственной власти субъектов РФ, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами исполнения законодательства и соблюдения требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды, а также обеспечения экологической безопасности.

В России сформирована Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая создана с целью:

- информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды;

- рационального использования природных ресурсов;

- обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов;

- ведения государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия.

Основными задачами являются:

- проведение наблюдений за изменением состояния окружающей среды и экосистемами, источниками антропогенных воздействий с определенным пространственным и временным разрешением;

- проведение оценок состояния окружающей среды, экосистем территории страны, источников антропогенного воздействия;

- прогноз состояния окружающей среды, экологической обстановки на территории России, уровней антропогенного воздействия при различных условиях размещения производительных сил, социальных и экономических сценариях развития страны и ее регионов.

Организация и функционирование ведомственной наблюдательной сети осуществляется с соблюдением основных принципов деятельности гидрометеорологической службы:

- репрезентативности пунктов наблюдений;

- единства и сопоставимости методов наблюдений, обработки и обобщения результатов наблюдений;

- обеспечения достоверности получаемых результатов и доступности информации для пользователей.

Ведомственные стационарные и подвижные пункты наблюдений (далее - пункты наблюдений) осуществляют свою деятельность на основании лицензий, получаемых от Росгидромета, и с соблюдением требований нормативных документов, регламентирующих производство наблюдений. Росгидромет, его территориальные органы и организации оказывают ведомствам (их организациям) необходимую помощь по организационным, техническим и методическим вопросам обеспечения деятельности пунктов наблюдений на основе договоров.

Информация в рамках экологического мониторинга может представляться:

- в соответствии с порядком, установленным нормативно- методической документацией по ведению государственной статистической отчетности;

- в соответствии с порядком, установленным специально уполномоченными государственными органами по экологическому мониторингу.

Системы экологического мониторинга России тесно взаимосвязаны с международным мониторингом, который осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) и охватывает национальные и региональные (межнациональные) системы мониторинга. Эти системы мониторинга являются научно-методической основой для различных отраслевых и ведомственных систем мониторинга, например, нефтегазовой промышленности (Гриценко и др., 1997), или отдельных его сегментов, таких как Ковыктинского газового комплекса (КГК). Пример разработки производственного экологического мониторинга этого комплекса приведен в дальнейших разделах (Концепция…, 2006; Саксонов и др., 2006).

2. 2. Структурно-логическая схема организации мониторинга

Мониторинг следует обеспечивать на всех иерархических уровнях (рис. 2.2.1). Каждый уровень мониторинга должен включать три подсистемы:

1) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных отказами объектов различного уровня иерархии;

2) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных ошибочными действиями операторов объектов;

3) мониторинг инцидентов и аварий, обусловленных природными воздействиями.

Рис. 2.2.1. Иерархическая структура мониторинга

Локальный (объектный) уровень мониторинга предназначен для оценки и прогнозирования технического состояния и надежности оборудования опасных технических объектов. Он осуществляется посредством мониторинга состояния этого оборудования и получения значений вероятности (или частоты) возникновения инцидентов и аварий, причинно-следственного комплекса формирования инцидентов и аварий, данных о качественном и количественном составе опасных утечек, неорганизованных выбросов и других экологических, экономических и социальных последствиях.

Производственный уровень мониторинга предназначен для оценки и сравнения технической безопасности (уровня риска) отдельных технических объектов и территориальных производственных подсистем объектов (месторождение, трубопровод и т. п.), а также КГК в целом.

Основные задачи субрегионального уровня:

1) получение, накопление и систематизация данных о состоянии опасных объектов КГК;

2) информационное обеспечение долгосрочного и оперативного прогнозирования технической безопасности КГК, в том числе при возникновении чрезвычайных ситуаций;

3) обеспечения эффективного информационного сопряжения с другими подсистемами ПЭМ КГК;

4) информационное обеспечение управления технической и экологической безопасностью КГК.

Сеть режимных наблюдений должна соответствовать технологической схеме объектов КГК и обеспечивать контроль технической безопасности для следующих групп производственных объектов:

- системы жизнеобеспечения - связь, энерго- и теплоснабжение, водоснабжение, защитные сооружения, системы защиты и др.;

- промышленные системы - крупные блоки (ЗПК, КГКМ и др.);

- технические системы - объекты производственного и вспомогательного назначения, площадные и линейные сооружения, инженерные коммуникации и др.;

- механические системы - энергетическое, буровое, подъемно-транспортное, насосно-компрессорное, емкостное оборудование, технологические трубопроводы и др.;

- отдельные технические объекты - компрессор, насос, емкость, участок трубопровода и др.

Система ПЭМ КГК должна включать контроль состояния основных компонентов окружающей среды (природа, социально-хозяйственная сфера) и воздействующих на нее производственных объектов на всех этапах освоения и развития КГК (рис. 2.2.2).

Соответственно система ПЭМ КГК должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

- о состоянии окружающей среды, об источниках и факторах воздействия;

- о причинах наблюдаемых и прогнозируемых изменений состояния ОС и технических объектов;

- о допустимости изменений и нагрузок на ОС и ее элементы (компоненты, экосистемы).

Рис. 2.2.2. Принципиальная схема организации экологического мониторинга

2.3. Формирование сети режимных наблюдений

Создание сети наблюдения и разработка принципов процедуры ведения мониторинга является важным этапом мониторинга, на котором с учетом поставленных задач и имеющегося опыта функционирования систем мониторинга определяются основные структурные подразделения сети наблюдений, в том числе территориальные и локальные, с указанием их назначения.

При разработке сети пунктов наблюдения необходимо предусмотреть меры по соблюдению оптимального соотношения между видами наблюдательных сетей.

Наблюдения подразделяются на следующие типы:

- стационарные - проводятся на пунктах, действующих длительное время по определенной относительно неизменной программе;

- территориальные краткосрочные обследования для выявления пространственных аспектов загрязнения;

- интенсивные локальные наблюдения в местах с наибольшей вероятностью и опасностью загрязнения и других негативных последствий воздействия. При этом необходимо решить вопрос о целесообразности и масштабах использования автоматизированных, дистанционных и других подсистем мониторинга.

Пространственные аспекты мониторинга, включая выбор мест расположения пунктов контроля, определяются в зависимости от важности объекта и его состояния, экологической ситуации, предусмотренной проектом производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры, особенностей зонирования территории (зоны влияния источников воздействия, вне влияния источников воздействия - фона). Особое значение для обоснования сети мониторинга придается учету географических условий, конкретных местных и региональных факторов, их взаимному влиянию и взаимодействию.

С учетом сказанного принята следующая схема формирования пространственной структуры сети экологического мониторинга (рис. 2.2.3.). Все пункты и маршруты наблюдения должны быть ординированны относительно производственных объектов КГК. Экологический контроль осуществляется в следующих зонах: рабочей, промышленной, санитарно-защитной, буферной и фоновой.

При размещении пунктов наблюдения учитывается взаимное расположение зон экологического контроля Ковыктинского газового комплекса, а также защитных и охранных зон природных и социально-хозяйственных объектов, попадающих в сферу влияния комплекса.

Например, водоохранной, нерестовой, орехопромысловой и других зон. Заключительное решение о местоположении пункта наблюдения принимается с учетом свойств окружающей среды, применяемых методов, требуемых периодичности и точности измерения, приборно-аппаратурной базы, технико-экономических возможностей.

Рис. 2.2.3. Объекты производственной инфраструктуры

Привязка пунктов наблюдения к местности осуществляется как в координатной сети топографических карт, так и в системе землеустройства. Для определения требований к получаемой информации по качеству окружающей среды необходима детализация и взаимоувязка поставленных перед мониторингом задач.

Важную роль играет формулирование представления о требуемом качестве окружающей среды и способах его оценки. На основании четко сформулированных задач, а также с учетом ранее накопленных данных о состоянии окружающей среды, определяются требования к информации, включая тип, форму и сроки ее предоставления потребителям, а также пригодность для управления охранной природы и природопользованием.

Особое значение придается выбору основных статистичес-ких методов обработки данных, так как от них в значительной мере зависят частота и сроки наблюдения, а также требования к точности получаемых значений.

3. Нормирование загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами

загрязнение почва нефтепродукты экологический риск

Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду, будь то воздух, вода или почва, вызывает изменение их физических, химических, биологических свойств и характеристик, нарушая протекание естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводороды нефти способны образовывать токсические соединения, обладающие опасными для здоровья человека свойствами, в том числе и канцерогенными, которые характеризуются стойкостью к микробиологическому расщеплению.

Сложность проблемы заключается не только в ее масштабах, но и в разработке критериев и методов борьбы с этим слож-ным и непостоянным по своему составу загрязнением.

Предельно допустимые концентрации нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды зависят от вида нефтепродуктов или назначения воды и составляет:

- для воды - от 0,001 (фенол) до 3 мг/л. Принятое суммарное содержание нефтепродуктов в соответствии с ОСТ 38.01378-85 -0,05 мг/л;

- для почвы -- 0,1 мг/кг. Однако ПДК суммарного содержания нефтепродуктов в почве не стандартизировано; установлены ПДК для некоторых видов нефтепродуктов: бензол - 0,3 мг/кг; толуол -- 0,3 мг/кг; ксилол -- 0,3 мг/кг;

- для воздуха - 0,05 - 5 мг/м³.

Разлитые нефтепродукты обычно существуют в четко различимых формах:

- свободной -- разлитые НП плавают на поверхности открытых водоемов либо, просачиваясь через грунт, образуют на по-верхности подземных водоносных горизонтах так называемые линзы (погребенная форма или техногенные месторождения НП);

- растворенной - НП растворимы в поверхностных или под-земных водах;

- адсорбированной -- НП связаны с почвогрунами;

- испаренной - НП, испаряющиеся с поверхности воды или почвы, а также их пары, мигрирующие в атмосферу через почвогрунты либо защемленные в их поровом пространстве.

Многообразие нефтепродуктов заключает в себе сложность проблемы их мониторинга: каждый из продуктов, имея собственный обусловленный химический сосостав, обладает индивидуальной растворимостью и биодеградацией.

Выработка методологии борьбы с загрязнением окружающей среды нефтью и НП крайне сложное дело, поскольку реакция почвы, например, далеко не одинакова с реакцией воздуха или воды. Даже реакция почв на загрязнение нефтью и НП, их чувствительность к этим загрязнителям отличаются в разных почвенных зонах, а также в пределах сопряженных ландшафтов. В случае с водой проблема заключается в том, что нефтяные загрязнения в природных водах имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. Различие наблюдается и в поведении объектов водной среды: поверхностных, подземных водах и почвогрунтах. Так, например, в поверхностных водах состав НП под влиянием испа-рения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения, а в подземных водах, наоборот, процессы разрушения заторможены.

3.1. Методы контроля

Мониторинг нефтяных загрязнений в окружающей среде является одной из наиболее сложных задач. Обеспечение надеж-ного экономического контроля невозможно без разработки и применения современных измерений (ГОСТ 8 010-90; ГОСТ 08 563-96). В таблице 3.1. приведены методики контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды.

Таблица 3.1. Методы контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды

Объекты анализа	Метод измерения	Определяемый компонент	Диапазон измерения, мг/дм3	Граница погрешности (р = 0,95)	Наименование метода
Вода
Питьевые, поверхностные, подземные	ФЛ	НП (массовая концентрация)	0,005 - 0,1 0,1 - 0,5 0,5 - 50	± 65% ± 50% ± 25%	МУК 4.1.068-96
Питьевые	Спектрометрический метод с применением КХ	Нелетучий НП	0,005 - 0,1 0,1 - 0,5	± 50% ± 40%	ЦВ 1.02.1В-94 «А»
Природные, сточные	ИКС	НП (массовая концентрация)	0,05 - 0,10 0,10 - 1,0 1,0 - 25 25 - 50	± 0,68% ± 0,24% ± 0,10%	ПНД 14.1:2.5-95
Природные, питьевые, сточные	ФЛ	То же	0,05 - 0,10 0,10 - 0,50 0,50 - 50	± 65% ± 50% ± 25%	ПНД Ф 14.1:2:4.35-95
Природные, очищенные, сточные	КХ КХ с гравитометрическим окончанием	То же	0,02 - 2 0,3 - 0,9 0,9 0,3 - 0,5 0,5 - 30 0,04 - 2,0	±(0009+0,20)% ± 50% ± 25% ± 50% ± 25% ± 10% ± (0,01+0,19)%	ПНД Ф 14.1:2.62-96 ПНД Ф 14.1:2.116-97 РД 52.24.476955 МУ
Сточные	Гравитометрический	НП	1-50 50-100 0,25 - 12,5 12,5 - 10	-	ЦВ 2.02.12-91 «А» МВИ
Природные, питьевые,	ГХ	НП	0,02 - 0,4	± 50%	ЦВ 1.12.31-96 «А» МВИ
Природные, питьевые, сточные	ГХ и ИКС окончанием	НП	0,05 - 0,1 0,1 - 0,5	± 50% ± 40%	ЦВ 3.22.07-96 «А» МВИ
Морские	ИК	НП	0,1 - 1,0	± 20%	РД 52.10243-92
Почвы, донные отложения	ИК	НП	20 - 90 млн-1 90 - 950 мин-1	± 21% ± 7%	РД 52.18.МУ. МВИ
Почвы, донные отложения, воды	ИК	НП	-	± 5·10-4%	-
Воздух	ГХ	УВ компоненты нефти в смеси с воздухом	2,0 - 95,0 объем.%	± 25%	ПНД Ф 13.1:3.1-96

Примечание: ФЛ - флуориметрия; КХ - колоночная хромотогра-фия; ГХ - газовая хромотография; ИКС - инфракрасная спектрометрия; ИК-инфракрасная фотометрия

Наибольшее распространение при количественных оценках уровня нефтяных загрязнении получили методы инфракрасной спектрофотометрии, ультрафиолетовой люминесценции, газовой и газожидкостной хроматографии. Методы инфракрасной спектрофотометрии и ГЖХ используются также для идентификации типов нефтей в технологических целях (при переработке) и в целях обнаружения источника загрязнения для предъявления исков причинителю экологического вреда.

3.2 ИК-спектрофотометрия

Все органические вещества имеют в инфракрасном диапазоне свои индивидуальные спектры поглощения Положение полос поглощения в ИК-спектрах веществ характеризуется волновым числом v, см^-1 , или длиной волны л, мкм (Митчелл и др., 1980). Для ИК-анализа углеводородов используют диапазон от 0,7 до 25 мкм, который обычно разделяют на три области: ближнюю -- 0,7 - 2,5 мкм или 14300-5000 см^-1, область основных частот -- 2,5-6 мкм или 4000-1600 см^-1, дальнюю -- 6-25 мкм или 1600-400 см^-1.

Ближняя ИК-область аналитических определений в технологических и экологических целях в нашей стране в отличие от многих развитых стран практически не осваивается.

Наиболее широко используется область основных частот. Нормативные документы по анализу суммарных загрязнений окружающей среды нефтепродуктами с ИК спектрометрическим окончанием регламентируют проведение измерений в интервале длин волн 3,30 - 3,5 мкм. Стандартная смесь, содержащая 37,5% изооктана, 37,5% метана, 25% бензола, предназначена для калибровки приборов в этой области. Это обеспечивается рядом причин особенностью приборной базы (достаточно чувствительные и дешевые приемные устройства -- фоторезисторы без охлаждения или пироэлектрические приемники, кварцевая оптика, простые оптические схемы); наличием интенсивных полос поглощения 2960 см^-1 (3,38 мкм), 2924 см^-1 (3,42 мкм), 2850 см^-1 (3,5 мкм).

Дальняя ИК-область используется в основном для идентификации источника загрязнения, а также для определения типов нефтей (Проскуряков, 1995) по показате-лю ароматизированности и для структурно-группового анализа.

Пробоподготовка для ИК-детектирования не вызывает сложностей Анализ с помощью ИК-спектрометрии требует малого количества вещества любой молекулярной массы в любом агрегатном состоянии. После анализа вещество сохраняется неизменным (Богомолов и др., 1984). Что касается приборов для ИК-спектроскопии, принципиально новым шагом явилось создание лабораторных ИК-спектрометров на основе Фурье-преобразования Следует заметить, что большинство отечественных и зарубежных портативных ИК-анализаторов нефтепродуктов проводят измерение концентраций нефтяных загрязнений на одной длине волны. Из этого ряда следует выделить прибор ИКАН-1, в котором предусмотрена возможность установки любой длины волны в диапазоне от 1,85 до 3,5 мкм с индикацией ее значения на цифровом табло. Это дает принципиально новую возможность проводить анализ многокомпонентных смесей на нескольких длинах волн, что позволяет реализовать измерения по стандартной методике ASTM (ISO). Кроме того, с помощью этого прибора возможно определение других органических веществ.

3.3. Люминесцентные методы

Люминесцентный методы характеризуются высокой экс-прессностью и чувствительностью, что позволяет их использо-вать для систематического контроля за состоянием биосферы и гидросферы и для определения микроэлементов, а также сум-марного содержания загрязняющих органических веществ и индивидуальных органических соединений (таблица 3.3).

Таблица 3.3. Основные технические характеристики ИК-приборов, хроомтографов, флуориметров

Прибор	Среда	Диапазон	Рабочая длина волны л, мкм/t, оС	Погрешность, %
ИК-приборы
ИКАН-1	Природные сточные воды	0,05 - 1000 мг/дм3	1,85 - 3,5	> 2
КН-2	То же	0,05 - 5 мг/дм3	3,39	± 2 - 3
ИКС-Фурье ФСЛ - 05 (лаб.)	Вода, воздух, почва	0,4 мг/дм3	2,5 - 22,2	> 0,1
ИКС-Фурье ФСМ-001	Воздух	-	2,5 - 22,2; 1,1	> 0,1
pHOX500 (фирма ELE Int.)	Пресные, морские, сточные воды	Нижний предел обнаружения толщины плёнки 0,1 мкм	-	-
Хроматографы
Колион-1	Воздух	0,5 - 2000 мг/м3	(-10)-45 оС	-
Периан-1	То же	До 300 мг/м3	50 - 100 оС	-
Хромеет 1020	То же	2·10-12 г (по бензолу)	До 400 оС	-
Эхо	То же	До 0,1 ПДК (по бензолу ПИД, ФИД)	-	-
Флоуриметры
Флюорат 411	Технические очищенные воды	0,05 мг/л	0 - 45 оС	-
Флюорат-02, 02М, 03	Воды, воздух	0,01 - 10 мг/л НП 0,001мг/л СПАВ 0,00001 мг/л ПАУ	0,2 - 0,65	> 3
Флюорат-02	Почва, грунт	0,005 - 20 мг/г	-	± 35 - 45

Люминесцентный метод относят к числу наиболее чувствительных эмиссионных методов определения следовых количеств органических и неорганических примесей в воздухе Люминесцентный анализ применяют при определении в воздухе полиароматических углеводородов и их производных. Если определяемое соединение не обнаруживается люминесцентным методом анализа, возможен перевод его в производное, обладающее эмиссией флуоресценции. Для количественного анализа используют также явление тушения люминесценции.

Приборы для люминесцентного анализа могут быть разделены на две группы, флуориметры и спектроф-луориметры. Во флуориметрах используют светофильтры, а в спектрофлуориметрах -- дифракционные решетки. В нашей стране наибольшее распространение получил люминесцентно-фотометрический анализатор «Флюорат-0,2» В этом приборе источником возбуждения люминесценции служит газоразрядная лампа (для измерения нефтепродуктов -- ксеноновая). Спектральная селекция осуществляется интерференционными и стеклянными светофильтрами или монохроматором -- дифракционной решеткой. В качестве приемника возбуждаемого света лю-минесценции служит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Пробоподготовка при анализе НП в воде проводится экстракцией гексаном. Прибор позволяет измерять содержание целого ряда элементов и органических веществ, в том числе нефтепродуктов, фенолов, ПАВ, полиароматических углеводородов (например, 3,4-бензпирен определяют с помощью криоприставки, разработанной фирмой «Люмэкс»). Несмотря на высокую чувствительность люминесцентного метода, при использовании приборов типа «Флюорат-0,2» для измерения суммарного содержания НП возникает проблема калибровки прибора по стандартному раствору, что необходимо для получения достоверных измерений. Однако до настоящего времени такой стандартный раствор для люминесцентных методов отсутствует (Люминесцентные методы .…, 1996). Стандартный раствор изооктан -- цетан -- бензол, используемый для ИК-спектрометрии, изготавливается на четы-реххлористом углероде, который поглощает в рабочей области флуориметра, поэтому калибровку проводят по какому-либо из-вестному НП, например маслу Т-22. В результате при измерениях «тяжелых» НП (мазут и про-чее) прибор может дать погрешность до 40 - 50%, а при определении «легких» НП (бензин и прочее) результаты измерений кон-центрации могут быть занижены в несколько раз. Следует отметить, что в европейских странах ультрафиолетовые методы анализа применяются мало (Берне и др., 1997).

К настоящему времени создано множество методик и приборов для экологического мониторинга нефтей и нефтепродуктов. Однако с точки зрения экологии нельзя считать закрытым вопрос о разработке наиболее оптимальных методов определения и идентификации нефтей и нефтепродуктов, поскольку у каждого метода есть свои преимущества и недостатки. К тому же само понятие «нефтепродукт» весьма расплывчато, особенно с учетом непостоянства химического состава нефтей и нефтепродуктов. Необходим мониторинг нефтепродуктов с одновременной идентификацией и расшифровкой его химического состава. Наиболее перспективными в этом отношении являются методы газовой, газо-жидкостной или высокоэффективной жидкостной хроматографии.

3.4. Дистанционный мониторинг

Одним из важнейших этапов реализации экологического мониторинга является дистанционный мониторинг (Василенко и др., 1997). Как способ получения информации дистанционный мониторинг условно может быть разделен на космический, авиационный, наземный, подземный и подводный. Дистанционный мониторинг, в частности аэрокосмический, применяется для кон-троля состояния природно-техногенных объектов нефтегазовой отрасли. Основными задачами дистанционного мониторинга являются: техническое состояние магистральных нефте- и газопроводов: определение нефтяных загрязнений окружающей среды в местах добычи, переработки и транспортировки углеводородов; оценка масштабов загрязнений при аварийных ситуациях; определение нефтяных загрязнений водной поверхности; контроль ландшафтных изменений в районе расположения техногенных объектов; обнаружение мест и объемов утечек нефтяных углево-дородов из наземных и подземных магистральных трубопроводов. Аэрокосмический мониторинг особенно важен для труднодоступных объектов, где проведение непосредственных измере-ний затруднено или невозможно

Для решения задач промышленно-экологического мониторинга (ПЭМ) наибольшее распространение получили следующие методы:

1. Методы мониторинга средствами активного зондирования, к которым относятся лидары, работающие по методу комбинационного рассеяния, на резонансных эффектах и по принципу дифференциального поглощения. Наиболее пригодными для дистанционного контроля нефтяных загрязнений являются системы ак-тивного ИК- и УФ-зондирования, а также флуоресцентный лазер (Энциклопедия…, 1998; Баринов, 1996), позволяющий опреде-лять наличие нефти на поверхности: воды, почвы, снега, льда.

2. Многоспектральные сканеры являются наиболее универсальными системами пассивного дистанционного зондирования, так как они могут объединять функции телевизионных, тепловизионных и спектрометрических систем.

3. Методы теплового контроля являются косвенными и основаны на регистрации теплофизических свойств загрязненной поверхности. Таким образом, тепловизоры, ИК-сканеры могут зафиксировать, как правило, факт наличия за-грязнения, а не определять концентрацию;

4. Радиотехнические методы мониторинга (Кравцова, 1995) -- радиотепловые измерения в СВЧ-диапазоне (Энциклопедия…, 1998) и активное радиолокационное зондирование (Энциклопедия…, 1998).

5. Особенно эффективно применение СВЧ-радиометрии (миллиметровый диапазон) для обнаружения и контроля нефтяных загрязнений водной поверхности, а также измерения толщины пленки. Например, двухканальный СВЧ-радиометр (Энциклопе-дия…, 1998), работающий в диапазоне 10,7 - 3,5 ГГц, способен измерять толщину пленки в пределах от 0,1 до 7,0 мм при полосе захвата 1600 м с высоты 800 м и скорости полета 200 км/ч.

6. Физико-химические методы позволяют определить концентрацию многих веществ, загрязняющих окружающую природную среду, но это не всегда достаточно для корректной оценки каче-ства атмосферного воздуха, воды, почвы. По современным представлениям для этого необходимо анализ природных сред, выполняемый физико-химическими методами дополнить исследованиями, проведенными биологическими методами.