Формы воздействия на природную среду при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет геологии, геоинформатики и геоэкологии

Кафедра геологии и геохимии полезных ископаемых

РЕФЕРАТ

На тему «Формы воздействия на природную среду при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений»

Выполнил: студент группы НБ-05-2

ГJIОСТЕР

Проверил:

Филиппова. Л.А.

Иркутск 2008 год



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ

1.1 Источники загрязнения окружающей природной среды

1.2 Вредные выбросы основных технологических процессов и их опасность

1.3 Газовыделение при добыче и переработке сероводородсодержащего газа

1.4 Опасность локальных выбросов на объектах переработки сероводородсодержащего газа

1.5 Сернистые соединения как загрязнители атмосферы

2. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

2.1 Защита окружающей среды при бурении нефтяных и газовых скважин

2.2 Защита атмосферы на объектах добычи и переработки природного газа и газа содержащего сероводород

2.3 Источники загрязнения, образующиеся при бурении, добыче, транспорте и хранения нефти и газа

2.4 Охрана ландшафтов при разведке и эксплуатации месторождений северных районов

3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА УРОВНЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

3.1 Основные задачи контроля

3.2 Показатели, термины, единицы измерения в системе контроля

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



Введение

Ускоренный рост добычи, а соответственно транспорта, переработки использования нефти и газа, объемов разведывательного и эксплуатационного бурения, особенно в шельфах морей и океанов, широкое применение в технологии новых физических принципов, высоких давлений, температур, скоростей, обустройство промыслов технологическими установками большой единичной мощности, сооружение трансконтинентальных нефтегазопроводов в экологически легко ранимых районах Крайнего Севера и другие принципы значительно повысили экологическую опасность нефтегазовых производств, возможное и фактическое воздействие их на воздух, воду, почву, растения, животный мир и человека. Во многих случаях нефть, газ, их спутники и продукты переработки, многочисленные катализаторы, кислоты, щелочи, ингибиторы и другие опасные вещества, а также отходы и выбросы являются основными загрязнителями окружающей природной среды и ее основных элементов. Изменения в составе и функции этих элементов нарушили, например, естественный круговорот веществ и энергии в природе, заметно изменили в ряде случаев состав воздуха и воды, плодородие почвы, условия жизни и обитания всех живых организмов. Огромная по масштабам техносфера, созданная людьми в качестве второй природы, отрицательно воздействует на климат планеты, недра Земли, понижает защитные функции океана как чистилища атмосферы. Под влиянием ее происходят глубокие изменения во взаимоотношениях между обществом и природой, в обменных процессах, которые лежат в основе этого взаимоотношения



1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ

1.1 Источники загрязнения окружающей природной среды

Нефтяная и газовая промышленности остаются потенциально опасными по загрязнению окружающей среды и ее отдельных объектов. Возможное воздействие их на основные компоненты окружающей среды (воздух, воду, почву, растительный, животный мир и человека) обусловлено токсичностью природных углеводородов, их спутников, большим разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также все возрастающим объемом добычи нефти и газа, их подготовки, транспортировки, хранения, переработки и широкого разнообразного использования.

Источники загрязнения природной среды можно классифицировать: по происхождению -- искусственные -- антропогенные (удельная значимость 90% общего объема) и естественные; по месту поступления -- континентальные, морские и атмосферные; по временному признаку -- постоянные, эпизодические, разовые, случайные; по пространственно-временному признаку -- фиксированные и нефиксированные.

При современных способах разработка около 40--50% разведанных запасов нефти и 20--40% природного газа остаются неизвлеченными из недр. Около 1--16,5% нефти и продуктов ее переработки теряются в процессах добычи подготовки, переработки и транспортировки.

Все технологические процессы в нефтяной промышленности (разведка, бурение, добыча, сбор, транспорт, хранение и переработка нефти и газа) при соответствующих условиях могут нарушить естественную экологическую обстановку. Нефть, углеводороды нефти, нефтяной и буровой шламы, сточные воды, содержащие различные химические соединения, способны опасно воздействовать на воздух, воду, почву, растительный, животный мир и человека . Они в больших количествах проникают в водоемы и другие экологические объекты: 1) при бурении и аварийном фонтанировании разведочных нефтяных и газовых скважин; 2) при аварии транспортных средств; 3) при разрывах водоводов, нефте и продуктопроводов; 4) при нарушении герметичности колонн в скважинах и технологического оборудования; 5) при сбросе неочищенных промысловых сточных вод в поверхностные водоемы и водостоки на поля испарения.

Для некоторых районов характерны естественнее выходы нефти на поверхность земли. Один из береговых пунктов в Южной Калифорнии, например, был назван по этому признаку Нефтяным мысом». Такие выходы обычны в Карибском море, Мексиканском и Персидском заливах. В нашей стране они наблюдаются для ряда месторождений Азербайджана, Коми АССР (г. Ухта) и др. Нефть этих источников имеет специфический состав, который четко отличает ее от добываемой, транспортируемой нефти и т. п. Нередко эти выходы проявляются в виде грифонов на поверхности морей и океанов или истечений нефти на донных или береговых участках рек.

Фонтаны делят на нефтяные и газовые. При этом за нефтяные принимают фонтаны с большим дебитом нефти (1500--2000 т/сут и более) и меньшим количеством газа (750 тыс. м3/сут); газонефтяные-- с содержанием газа более 50%, газовые -- с 90--100° газа. По дебиту фонтаны делят на слабые (дебит до 500 тыс. м3/сут), средние -- 0,5--1 млн. м3/сут и мощные-->1 млн. м3/сут. Во всех случаях огромный экологический вред и опасность фонтанов для основных объектов природной среды (атмосферы, водоемов, почвы, недр и т. д.) очевидны. Вместе с тем отрицательные последствия каждого из них в одних и тех же условиях неодинаковы. Фонтан в штате Риверс залил нефтью поверхность земли площадью около 607 тыс. м2. В пределах аварийного участка земли были выделены четыре зоны с разной степенью загрязнения: 1 -- сильно загрязненная; 2 -- со средней степенью загрязнения; 3 -- слабо загрязненная; 4 -- с незначительными следами загрязнения распыленной нефтью. В первой зоне глубина проникновения нефти достигла 90 см.

В процессе бурения, добычи, подготовки, транспортировки и хранения нефти и газа непрерывное загрязнение окружающей природной среды вызвано утечками углеводородов через неплотности во фланцевых соединениях (сальниках, задвижках), разрывами трубопроводов, отбором проб, опорожнением сепараторов и отстойников. Основная часть нефти и сточных вод на территории промысла накапливается и поступает в водоемы из устья скважин и прискважинных площадок; разлив нефти в этих случаях возможен через неплотности в устьевых сальниках (при насосной эксплуатации), в устьевой арматуре (при фонтанокомпрессорной эксплуатации), при ремонтных работах и освоении скважин тартанием и откачкой поршнем;

мерников и трапов групповых и индивидуальных сборных установок (разлив нефти из переполненных мерников, при очистке мерников и трапов от грязи и парафина). При переполнении трапов возможно попадание нефти в газовую и факельную линию с последующим опасным загрязнением территории и сточной воды;

сборных участковых и промысловых резервуарных парков (разлив нефти происходит при спуске сточной воды из резервуаров, при неполной очистке резервуаров от грязи и парафина и переливе нефти через верх резервуара). Обычно в резервуарных парках все эти загрязняющие вещества поступают в канализацию и значительно увеличивают загрязнение сточной воды.

Наиболее типичные утечки нефти из резервуаров обусловлены коррозией их днища под действием воды. Постоянный автоматический контроль содержимого в резервуаре позволяет своевременно обнаруживать даже небольшие утечки нефти и нефтепродуктов и устранять их.

О потенциальной опасности резервуарных парков для окружающей среды можно судить по их общему и единичному объему. Самый большой резервуар в Венесуэле, например, врытый в землю для хранения нелетучего жидкого топлива, имеет вместимость 1750 млн. л. В Пенсильвании разлив нефти из одного резервуара, деформированного при обвале насыпи, составил 13500 м3.

В нашей стране и за рубежом имеется опыт использования подземных резервуаров, образованных в солевых и других малопроницаемых геологических отложениях. При применяемых технологиях строительства зарегистрированы случаи загрязнения водоемов и почвы фенолом, образующимся при выщелачивании емкостей. Большинство хранилищ не исключают утечек, испарения, фильтрации нефти, газа, конденсата.

Строительство трубопроводов, особенно в северных районах, оказывает влияние на микроклимат тундры и лесотундры. Проходка траншей локально изменяет режим питания растительного покрова влагой, нарушает теплофизическое равновесие, растепляет вечномерзлые грунты, приводит к гибели чувствительный к механическому и другому воздействиям растительный покров малоземельной тундры.

Большую опасность для окружающей среды представляют трубопроводы. Утечки нефти, газа, конденсата, сточной воды, метанола и других загрязнителей на участках трубопроводов, расположенных под судоходными трассами морей, рек и каналов, наиболее подверженных механическим повреждениям из-за размывов, оползней, волочения якоря, углубления дна и т. д., нередко обнаруживают через 12 ч и более после начала их проявления. 1 Опасные утечки загрязняющих веществ остаются иногда незамеченными в течение длительного времени и наносят большой ущерб всем экологически значимым объектам окружающей среды.

Подсчитано, что в среднем при одном порыве нефтепровода выбрасывается 2 т нефти, приводящей в непригодность 1000 м2 земли.

Наиболее тяжелым и опасным по последствиям является загрязнение подземных и наземных пресных вод и почвы. К основным их загрязнителям в глобальном масштабе относятся нефть, буровой и нефтяной шламы и сточные воды.

Образующийся при бурении скважин буровой шлам может содержать до 7,5% нефти и до 15% органических химических реагентов, применяемых в буровых растворах. В относительно большом объеме шлам накапливается нередко и при подготовке нефти. В этом случае шламы могут содержать до 80--85% нефти, до 50% механических примесей, до 67% .минеральных солей и 4% поверхностно-активных веществ. Все эти токсичные, вредные вещества весьма опасны для окружающей среды и всех ее обитателей.

Основными же загрязнителями природной среды при бурении и эксплуатации скважин остаются буровые и промысловые сточные воды.

Объем их во всех развитых нефтедобывающих странах мира быстро растет и намного превышает объем добываемой нефти. В 1980 г. в нашей стране только нормативно очищенные воды составили 786 млн. м3. С учетом объема неутилизированной воды эту цифру, по-видимому, нужно удвоить.

Основные проблемы по охране окружающей среды в нефтяной промышленности должны решаться сегодня путем увеличения оборотного водоснабжения, рекультивации земель и внедрения эффективных технологических мероприятий по повышению надежности работы нефтепромысловых объектов и сооружений

Характерными остаются разливы нефти в результате, аварий на нефтегазосборных коллекторах и технологических установках, ликвидация которых нередко затягивается и выполняется некачественно. Из-за отсутствия системы канализации на некоторых КНС и ДНС промысловые стоки сбрасывают в близлежащие водоемы или болота, загрязняют их и грунтовые воды. На бурящихся кустовых скважинах могут разрушаться обваловки земляных амбаров для сбора отработанного бурового раствора и шлама в водоемы.

Для всех производственных объектов нефтяной и газовой промышленности остается актуальной проблема полной утилизации пластовых вод. Обусловлено это тем, что во многих случаях пластовые воды весьма агрессивны, вызывают интенсивную коррозию нефтепромыслового оборудования и сооружений, нарушают герметичность колонн в скважинах, в результате чего происходят утечки сточных вод при их сборе, подготовке и закачке, а также засолонение почвы и грунтовых источников питьевых вод, гибель растительности.

Устранение утечек во многих случаях затруднено из-за недостатка эпоксидных смол, лаков, кордовых волокон, герметизирующих смазок, центробежных насосов типа 1ДН в антикоррозионном исполнении, стальных задвижек и др.

Удельный вес источников загрязнения (%) следующий: суда (танкеры)--41, наземный транспорт--1,2, нефтеперерабатывающие заводы -- 2,5, нефтебазы--5,1, морские сооружения -- 7,5 и другие источники -- 42,71. Концентрация нефти в сточных пластовых водах колеблется в пределах 15--1000 мг/м3 и значительно превышает предельно допустимую (14--16 мг/м3), а также опасную для рыбной икры (1200--1400 мг/м3) и планктона (100 мг/м3).

По данным А. М. Рябчикова (1973 г.), потери нефти в мире при ее добыче, переработке и использовании превышают 45 млн. т/ч год, что составляет около 2% годовой добычи. Причем из них 22 млн. т теряются на суше, около 7 -- в море и до 16 поступают в атмосферу из-за неполного сгорания нефтепродуктов при работе автомобильных, авиационных и дизельных двигателей.

Предполагается, что потенциально возможный аварийный выброс нефти в Северном море может длиться около 100 суток и иметь максимальный дебит до 10 000 т/сут. В самом худшем случае количество разлитой нефти может составить 1--2 млн. т. Около половины этой нефти, как показали расчеты, испарится в атмосферу, которой будет причинен ощутимый ущерб. Около 0,5--1,0 млн. т тяжелой нефти останется в морской воде и может вызывать тяжелые экологические последствия для подводных обитателей.

В мире все возрастает потребление нефти и нефтепродуктов это обусловило в последние годы значительный рост танкерного флота, а соответственно числа морских катастроф и выбросов в моря и океаны больших количеств нефти, нефтепродуктов и сбросовых вод.

Разливы и сбросы нефти и нефтепродуктов с судов происходят: во время загрузки и разгрузки нефти на конечных пунктах, сбросы с судов в портах, акваториях, переливы из танкеров (17%), сбросы, в том числе с балластными водами (23%), при аварийном столкновении и посадке их на мель (5%), сбросы с берега, включая сточные воды (11%), из городов (5%), приток с речными водами (28%), приток из атмосферы (10%); поступление при бурении на шельфе (1%). В опасных объемах нефть и загрязненные ею воды выбрасываются во время балластировки, очистки танков и закачки углеводородов в трюмы. Моря и их прибрежные зоны загрязняются также при разработке шельфовых месторождений нефти и газа. Из 6 млн. т нефти антропогенного происхождения, которая попадает в море в течение года, выбрасывается судами, 26%--привносится реками и 6% --в результате катастроф океанических супертанкеров. Вся поверхность Мирового океана покрыта в настоящее время нефтяной пленкой толщиной 0,1 мкм.

Защита окружающей среды предполагает заблаговременную количественную оценку уровня ее загрязнения нефтью. Отсутствие научно обоснованного метода прогноза ожидаемых изменений в экологическом состоянии природы вынуждает проводить в настоящее время в больших масштабах природоохранные мероприятия без достаточного обоснования и с малой эффективностью. Учитывая, что полностью удалить пролитую нефть и исключить разливы нефти и нефтепродуктов пока невозможно, оценка вероятности предполагаемых разливов, их последствий для экологической обстановки является необходимым условием для определения оптимального объема и вида профилактической работы.

Загрязнение окружающей среды возможно при добыче и промысловой обработке газа. Вредные жидкие отходы в данном случае представлены дренажными водами, содержащими значительное количество метанола, поступающего от установки регенерации.

Загрязнителями атмосферы на объектах дальнего транспорта являются природные газы от газоперекачивающих агрегатов, их спутники, одоранты и др.

Мощным источником опасных загрязнителей воздушного бассейна в нефтяной и газовой промышленности продолжают оставаться продукты сгорания нефти, конденсата, природного и нефтяного газа в факелах. Несмотря на то, что использование ресурсов нефтяного газа на предприятиях нефтяной отрасли возросло с 64,5 до 85%, этот источник среди загрязнителей в ряде случаев доминирует. При продувке магистральных газопроводов к потенциальным загрязнителям вод и грунтов относятся: углеводородный конденсат, минеральные смазочные компрессорные масла, метанол, органические кислоты, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие детергенты. Огромное количество загрязняющих веществ выбрасывается в воздух, водоемы и почву в процессе использования нефти, газа, продуктов их переработки. Это обусловлено малыми к. п. д. современных двигателей внутреннего сгорания, несовершенством энергетических и других технологических установок.

Большой объем загрязнений поступает в воздух в процессе очистки нефти от серы и сернистых соединений, при сжигании попутных газов, обессоливании и обезвоживании нефти, сепарации газа, стабилизации конденсата и т. д.

Известно , что степень загрязнения нашей планеты на 40% определяется в настоящее время объемами вредных выбросов в США. При этом 60% вредных веществ поступает в атмосферный воздух с автотранспорта 16 -- промышленности, 14 --электростанций, 6 -- труб отопительных систем и 4 -- при переработке отходов.

Химический состав и объемы вредных выбросов (млн. т) характеризуются при этом следующими данными:

Двуокись углерода ........ .......... ... 3000

Окись углерода ...................... 50

Пары, газы (углеводороды, окислы азота и др.) ....... 40

Окислы серы ........................ 20

Промышленная пыль .................... 6

Дым (угольный) ...................... 5

Природная пыль .................... 30

Энергетическое использование природных углеводородов реализуется в настоящее время во многих случаях без выделения легких фракций и ценных спутников (гелия, сернистых соединений и т. п.) по многоступенчатой технологии с использованием несовершенного оборудования и т. д. В этом одна из причин относительно высокой экологической опасности этих процессов.

Автотранспорт современного столичного города (Парижа, например) за один день выбрасывает в воздух более 50 млн. м3 окиси углерода и более 200 млн. м3 других продуктов неполного сгорания.Ежегодно от искусственных (не биологических) источников в атмосферу Земли поступает 100 млн. т выбросов.

Первоочередной задачей в области охраны природы на предприятиях нефтяной и газовой промышленности является всемерное и последовательное снижение выбросов вредных веществ в основные элементы биосферы и доведение их в ближайшие годы до установленных норм.

1.2 Вредные выбросы основных технологических процессов и их опасность

К наиболее распространенным загрязнителям атмосферы при добыче, подготовке, транспортировке и переработке нефти и газа, а также при их сгорании относятся сернистый ангидрид, сероводород, окислы азота, углеводороды и механические взвеси.

Основные вредные выбросы этих веществ при добыче нефти и газа происходят при аварийном фонтанировании, опробовании и испытании скважин, испарениях из мерников и резервуаров, разрывах трубопроводов, очистке технологических емкостей, на установках комплексной подготовки и очистных сооружениях.

Сернистый газ, углеводороды, сероводород -- основные загрязнители атмосферы при разработке нефтяных месторождений, содержащих сероводород. Большой объем их выделяется с открытых поверхностей очистных сооружений: песколовок, нефтеловушек, прудов дополнительного отстаивания, фильтров, аэротенков (табл.1).

В парообразном состоянии большой объем нефти и конденсата удаляется в атмосферу через неплотности оборудования и арматуры. Установлено, например, что при нормальной работе один насос в течение 1 ч выделяет до 1 кг газов и паров, а один компрессор -- до 3 кг.

таблица 1

Объемы газовыделений с поверхностей очистных сооружений.

Источник газовыделения Количество выделяющихся газов, г/ч

Углеводороды сероводород

Песколовки 10600 103,3

Нефтеловушки 50700 26,7

Пруды дополнительного отстаивания 135700 7,35

Кварцевые фильтры 28600 14,7

Источниками сернистого ангидрида, окиси углерода, сажи являются факельные системы, на которые подаются вредные газопарообразные вещества из технологических установок, коммуникаций и предохранительных устройств для сжигания при невозможности их использования в качестве топлива в специальных печах или котельных установках.

Загрязнение атмосферы сернистым ангидридом в основном происходит при сжигании высокосернистых нефтепродуктов. Ожидается, что выбросы сернистого ангидрида достигнут в 2000 г. 333 млн. т. При этом на долю производства и сжигания нефти и нефтепродуктов будет приходиться свыше 30%.

В атмосфере газ распределяется крайне неравномерно. В промышленных районах концентрации его составляют 0,00001 -- 0,0001; для сельских районов 0,000001; для морей и океанов 10-7--10-8 %. Эта неравномерность обусловлена относительно небольшой продолжительностью существования сернистого ангидрида и неравномерным распределением основных источников -- промышленных районов. Над континентальными областями она равна около 10 ч. В течение этого периода сернистый ангидрид распространяется в нижней тропосфере на расстоянии до 500 км. В сильно загрязненной атмосфере продолжительность существования и соответственно расстояние распространения резко уменьшаются .

При трансформации в атмосфере сернистый газ превращается в сульфаты и сернистую кислоту. Реакция перехода в сульфаты особенно быстро протекает в присутствии аммиака. С ростом влажности воздуха растет количество серной кислоты.

Выбросы сероводорода составляют около 3 млн. т/год и определяются в основном процессами деструктивной переработки нефти и очистки природного газа. Вредное влияние на человека сероводород оказывает при концентрации -- 0,008 мг/м3. В зоне выбросов содержание его значительно выше указанной концентрации.

Большое количество сероводорода образуется при многих естественных процессах восстановления сульфатов. Велик удельный вес сероводорода в глобальном балансе серы. Фоновое содержание в тропосфере этого газа обычно не превышает 3--8 мг/м3 , в том числе вблизи естественных источников.

Выбросы в атмосферу окислов азота составляют более 55 млн. т/год. При сжигании топлива окислы азота образуются как за счет азота, содержащегося в самом топливе, так и при реакции атмосферного азота с кислородом воздуха. Для окислов азота, образующихся при сгорании топлива, в общем объеме этого загрязнителя составляет 98%.

Содержание окислов азота в нижней тропосфере обычно равно 2-5Ч10-7% и представлено в основном окисью азота. В городах оно в 10--100 раз больше и его удельный вес в составе двуокиси азота повышается. Существование окислов азота в атмосфере при фоновых концентрациях составляет 3-4 сут . Оно обычно тем ниже, чем выше загрязнение воздуха, и сильно зависит от содержания углеводородов.

По разным оценкам, в атмосферу поступают от 20 до 100 млн. т углеводородов при испарении нефти и нефтепродуктов. В их составе выделяют три класса: насыщенные (парафиновые); нафтеновые и ароматические. Порядка 10--50 млн. т углеводородов выбрасывается автомобильным транспортом. Максимальные концентрации углеводородов над сушей достигают 10-4, а над океаном --10-5 г/м3.

В результате неполного сгорания топлив в атмосферу поступают полициклические ароматические углеводороды. Они довольно устойчивы, способны накапливаться в окружающей среде и вызывать разные виды онкологических заболеваний. Индикаторным веществом на присутствие всей группы полициклических углеводородов является бенз(а)пирен. Особенно много бенз(а)пирена содержится в атмосфере городов. Хотя присутствие его обнаруживается практически повсеместно.

Концентрации ароматических углеводородов в воздухе изучены недостаточно. Вероятно, при фоновых уровнях они не превышают 10-12-10-14 г/м3 .

Распределение аэрозолей по размерам зависит от ряда факторов. Частицы радиусом менее 5Ч10-3 мкм осаждаются на Основными предприятий, хранение, погрузка и транспорт твердой серы и т. д. При химических превращениях сернистого, углекислого газов и окислов азота в атмосфере образуются вторичные аэрозоли. Общее количество естественных аэрозолей составляет 2Ч103, а антропогенных -- 3Ч102 млн. т/год. источниками аэрозолей служат сжигание топлива, выбросы газонефтедобывающих и перерабатывающих крупных пылинках. Очень крупные частицы с радиусом >20 мкм под действием сил тяжести быстро выпадают. Концентрация дисперсной Фазы аэрозолей в промышленных районах колеблется в пределах 0,1--1 мг/м3, в сельской местности составляет обычно 10-2 мг/м3; над океанами --5Ч10-4 мг/м3. Наблюдается устойчивый рост концентрации аэрозолей в атмосферном воздухе.

Даже нетоксичная пыль отрицательно влияет на здоровье людей. Запыленность воздуха на производстве и в населенных пунктах нормируется. Предельно допустимые среднесуточные концентрации пыли в воздухе равны 0,1, а разовые -- 0,5 мг/м3.

Нефтяная, газовая и нефтеперерабатывающая промышленности являются также источниками специфических загрязнителей атмосферы: углеводородов, выделяющихся в основном при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов; окиси углерода и других вредных веществ, образующихся при сжигании газов в факелах; отходящих газов регенерации с установок каталитического крекинга.

Источниками газовыделения на объектах газовой промышленности являются скважины, газопроводы, аппараты, факелы, предохранительные клапаны, емкости, дымовые трубы и постоянно действующие свечи, аварийные выбросы. Источники разделяются на три группы: первая объединяет фоновые постоянные утечки природного газа; вторая -- технически неизбежные эпизодические утечки; третья -- технологически неизбежные постоянные выбросы.

Мероприятия по инвентаризации всех источников выбросов вредных веществ в атмосферу (четвертая группа) регламентированы на основе ГОСТ 17.2.3.02--78.

Выбросы вредных веществ разделяются на организованные и неорганизованные. К первым относятся выбросы, которые отводятся от мест выделения и улавливаются с помощью специальных установок. Ко вторым -- возникающие за счет не герметичности технологического оборудования, резервуаров и т. п.

Инвентаризации подлежат оба вида выбросов.

1.3 Газовыделения при добыче и переработке сероводородсодержащего газа

В процессе добычи и переработки нефти, природного газа, конденсата, а особенно при широком использовании получаемых из них разнообразных продуктов в окружающую среду выделяется значительное количество различных загрязнителей. В составе загрязнителей, характерных для объектов газовой промышленности и родственных им производств по переработке сернистых нефтей, обычно выделяют сероводород Н2S, углеводороды HnHm и продукты сгорания: сернистый газ SО2, окись СО и двуокись СО2 углерода. В составе загрязнителей помимо названных содержатся также меркаптаны RSН, входящие в состав природного газа, пары метанола СН3ОН, используемого в качестве ингибитора, диэтиленгликоль С4Н3(ОН)2 и аммиак NН2, применяемые для сушки газа и нейтрализации серы, а также сточные воды, пыль, шламы, копоть и т. д.

Известно, что в различных топочных устройствах при сгорании углеводородов в атмосферу в значительных количествах выделяются серный ангидрид SО3, окислы азота N0x, сажа и бенз(а)пирен С20Н12.При сжигании природного газа, например, в воздух выделяется 2--3 % (от всего объема) сернистого ангидрида и 0,4-- 1,2% окислов азота. Продукты сгорания природного газа, кроме того, содержат в своем составе от 15ЧЮ-4--50Ч10-4 % окислов азота .

Экологическая опасность выделяющихся в воздух производственных объектов веществ характеризуется данными табл. Из таблицы видно, что вещества, в большинстве случаев не контролируемые в настоящее время в составе воздуха и выбросов на объектах нефтяной и газовой промышленности (S0з, N0), по токсичности и опасности для человека нередко превосходят контролируемые (SО2, углеводороды). Необходимость комплексного учета всех опасных загрязнителей атмосферы производственных объектов обусловлена также тем, что большинство их (окислы азота, сернистый газ, окись углерода и оксиданты) названы в 1972 г. комитетом экспертов, наиболее распространенными загрязнителями воздуха Земли.

Большое число источников загрязнений и сложность химического состава выбросов выдвигают необходимость обстоятельной оценки их влияния на условия труда и жизни человека. Вместе с тем для основных производственных объектов газовой промышленности, разрабатывающих и перерабатывающих сероводородсодержащие газы, таких исследований не проводилось. Газ Оренбургского газоконденсатного месторождения, содержащий от 1,5 до 4,5 % H2S, весьма актуализировал эту проблему. Помимо опасного хронического отравления сероводород и другие яды способны изменять работу ответственных анализаторных систем организма человека, его поведение. Последние имеют важное значение для безопасности труда и эффективной работы .

Отсутствие информации о количествах вредных выбросов объектами добычи, подготовки и переработки газа не дает возможности пока что оценить их реальное влияние на условия труда и окружающую среду и выдвигает необходимость комплексного изучения и оценки всех источников, опасности их для человека и окружающей среды.

Более полно эти проблемы изучались на примере предприятий, добывающих и перерабатывающих сернистые нефти. Информация о составе и масштабах загрязнений, об опасности, которую они представляют для работающих и окружающей среды, здесь более обширна. В работе , например, приводятся данные по выбросам нефетеперерабатывающего завода. Эти выбросы достаточно велики. Вредные вещества, выделяющиеся на НПЗ мощностью 12 млн. т, составляют, т/год:

Углеводороды Сероводород Окись углерода Сернистый ангидрид 190000 640 219000 115000

Вместе с тем более сложная технология и состав газа на производственных объектах газовой промышленности позволяют предполагать, что выбросы предприятий по переработке газа более опасны и экологически значимы, чем выбросы в нефтяной промышленности.

При переработке нефти с содержанием сероводорода около 3 % концентрация Н2S на рабочих местах оказывается в 3--20 раз выше, чем при переработке нефти с 1,5%-ным содержанием сероводорода. Все пробы на сероводород, отобранные в 1,5 км от НПЗ, являются положительными.

Результаты исследований по изучению загрязнения воздуха в окрестности крупного нефтехимического комплекса приведены в табл. 2.

Добыча и переработка сероводородсодержащих газов, токсичность и летучесть компонентов которых выше, чем у нефтей, способствуют выделению больших количеств газа в атмосферу, являются более опасными по загрязнению воздуха и других экологических объектов по сравнению с природным газом, свободным от Н2S.

1.4 Опасность локальных выбросов на объектах переработки сероводородсодержащего газа

Объемы добычи, подготовки и переработки природного газа непрерывно растут. Такое быстрое увеличение добычи предполагается обеспечить преимущественно за счет ввода в эксплуатацию месторождений северных, южных и юго-восточных районов СССР. Природный газ этих месторождений во многих случаях содержит токсичный и агрессивный сероводород. Концентрация этого опасного яда в составе газов месторождений (%): Оренбургского 1,5-- 4,5, Мубарекского -- 6, а вновь открытого Астраханского -- 30. 'Сложный химический состав газа требует комплексной технологии его переработки и характеризуется большой насыщенностью оборудования. В процессе переработки происходит разрушение и износ оборудования, в результате чего выделяются в окружающую среду в опасных объемах сероводород и сопутствующие ему токсичные сернистые, азотные и другие соединения. Высокий уровень безопасности труда, предотвращение выбросов в окружающую среду предполагают глубокое изучение основных источников, их состава и

структуры, объемов, характера превращений, продолжительности существования и распространения вредных веществ в атмосферном воздухе и т. д. .

До исследований в настоящее время отмечался некоторый пробел в наших знаниях о составе, структуре и свойствах внешней газодинамики на производственных объектах газовой промышленности. Это приводило к тяжелым осложнениям в работе. На примере Оренбургского газохимического комплекса авторы предприняли попытку восполнить этот пробел. Ниже излагаются основные результаты этих исследований.

Основными источниками вредных выбросов в пределах пром-площадки Оренбургского газоконденсатного месторождения являются: газоперерабатывающий завод ОГПЗ, установки комплексной подготовки газа УКПГ, скважины в период их продувки, оборудование устья скважин и внутренние трубопроводы при наличии в них неплотностей.

В экологическом отношении источники' вредных веществ разнообразны и рассредоточены на площади около 2000 км2 .

Опасные выбросы содержат сероводород, углеводород, углекислый газ и меркаптаны, входящие в состав природного газа и конденсата, а также продукты их окисления: SО2, СО, СО2, сажу, образующиеся при сжигании газа, SО3 -- продукт дальнейшего окисления SО2, окислы азота, образующиеся из атмосферного азота при сжигании газа, бенз(а)пирен, выделяющийся в воздух при неполном сгорании газов, а также используемые в технологическом процессе метанол, аммиак, диэтиленгликоль и др.

К основным источникам газовыделений на ОГКМ относятся шесть производственных объектов: тепловая электроцентраль (ТЭЦ), предприятия управления буровых работ (УБР), установка комплексной подготовки газа (УКПГ), установка трансгаза и газоперерабатывающий завод.

В составе вредных выбросов в каждом из указанных выше источников более девяти компонентов: СnН2n+2, Н2S, SО2, SО3, N0x, СО2, СО, RSН, СН3ОН и др. Каждый отдельный источник представляет неодинаковую экологическую и токсикологическую опасность для человека, фауны, флоры, воздуха, воды и почвы, имеет разный состав, концентрацию отдельных компонентов, температуру к объем. Состав, структура и состояние вредных веществ в выбросе свидетельствуют о неодинаковом воздействии их на экологически значимые объекты, химическое превращение (трансформацию) в атмосфере, распространение, накопление и т. д. Влияние одних источников, по этой причине, ограничивается только рабочей зоной (утечки), других -- рабочей зоной и объемно-пространственной средой производственного объекта (дымовые трубы), третьих -- рабочей зоной, объемно-пространственной средой и ближней и дальней окрестностью предприятия, месторождения (продувка скважин, свечи и др.).

1.5 Сернистые соединения как загрязнители атмосферы

В ходе научно-технической революции масштабы воздействия загрязнений на природу стали превышать ее восстановительный потенциал. Объем загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве, непрерывно растет. Окружающая природная среда неотразимо и опасно изменяется в региональном и локальном измерении.

Значительная часть месторождений нефти и газа содержит сернистые соединения. Использование природного газа быстро расширяется. Этому благоприятствуют возможность легкой транспортировки природного газа к потребителю; способность газа равномерно смешиваться с окислителем и гореть с более высокой технологической и экономической эффективностью по сравнению с другими видами топлива; все процессы по добыче, подготовке и переработке газа легко автоматизируются и т. д.

Понятно, что с ростом объемов потребления природного газа, а особенно с освоением в крупных масштабах месторождений природного газа с большим содержанием сероводорода удельный вклад сероводорода и других сернистых соединений в загрязнение окружающей среды все более увеличивается. Производственные объекты газовой промышленности еще долго будут оставаться источниками опасного загрязнения окружающей среды и особенно атмосферы. Это означает, что обстоятельное изучение различных аспектов загрязнения атмосферного воздуха, а особенно трансформации газов и газовых смесей, состава, структуры и свойств серусодержащих веществ и др. будет весьма актуальным в видимый период будущего.

По данным ряда исследователей, все возрастающее загрязнение атмосферы сернистыми соединениями обязано источникам антропогенного и природного происхождения (табл. 3).

Количество NОx (т/год), выбрасываемое в атмосферу, характеризуется следующими данными:

Искусственные источники ................ 53Ч106

Природные источники .................. 770Ч106

Количество углеводородов, выбрасываемое в атмосферу, следующее (т/год):

Промышленные отходы. ................. 88Ч106

Природный метан .................... 1600 Ч106

Природные терпены ..................... 1000Ч106

У природы огромные возможности и многообразные способы самоочищения: осаждение чистка и рассеивание их в высоких слоях атмосферы, вымывание дождями и растворение в водоемах, разрушение вредных соединений в химических и биохимических процессах и др. . Вместе с тем количество вредных выбросов так велико, что уже в настоящее время значительно превышает защитные возможности природы по самоочищению и в ряде случаев опасно изменяет химический состав атмосферы, создавая угрозу отравления для жителей больших городов и промышленных центров .

Количество СО (т/год), выбрасываемое в атмосферу, приведено ниже:

Промышленные отходы ................. 304Ч106

Лесные пожары ..................... 11Ч106

Океаны. ...........................11Ч106

Реакции терпенов ......................12Ч106

Существует мнение, что количество антропогенной серы, поступающей в окружающую среду, вскоре будет равняться соответствующему объему серы природного происхождения . Однако в отдельных районах (к таким относится Оренбургская область), где добывается и перерабатывается природный газ с повышенным содержанием сероводорода, соотношение выбросов сернистых веществ антропогенного и природного происхождения уже в настоящее время сдвинуто в сторону антропогенного.



2. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ.

2.1 Защита окружающей среды при бурении нефтяных и газовых скважин

Среднесуточный расход воды на одну бурящуюся скважину составляет в среднем 100--120 м3. Объем сточных вод при этом изменяется от 25 до 40 м3/сут. К основным загрязнителям сточных вод относятся буровые растворы (особо опасны на нефтяной основе), химические реагенты, а также диспергированные глины, выбуренные породы, утяжелители (механическая примесь), смазочные масла, буровой шлам, содержащий все химические соединения, использующиеся при приготовлении буровых растворов, в том числе 0,8--7,5% нефти, 15% химических реагентов (УЩР, КССБ, КМЦ и др.), выбуренную породу, 30--90% глин и 10-- 30% утяжелителя .

Вместе с буровым раствором в сточных водах содержатся реагенты УЩР, КССБ, ПФЛХ, гипан, нитропилнин, хромкан, ВЖС,КМЦ, ПАВ (образует пену, затрудняет самоочищение водоема) и другие токсичные вещества. Биохромная окисляемость сточных вод составляет от 7,3-103 до 5,2-105 мг О2/м3 и окисляемость -- от 9,4-104 до 5,2-106 мгО2/м3. Буровые сточные воды, попадая в водоемы или поглощающие скважины, опасно загрязняют подземные пресные воды, другие водоемы и почву и убивают все живое, обитающее в этих средах. Причины опасного загрязнения растворами водоемов (особенно при наличии земляных ) связаны с переливами и выбросами бурящихся скважин, избыточного раствора, образующегося при разбуривании глинистых пород, сбросом растворов во враги и водоемы, перетоками их по поглощающим горизонтам (пластам), «выдавливании» перемычки между траншеями (глубиной до 5 м) и отбором и др. При этом не вытекающий густой осадок остается в земляном амбаре и при затвердевании засыпается землей.

Более современным является способ удаления буровых растворов на поля орошения, где для захоронения используют бетонированные (облицованные) амбары вместимостью 15--20 тыс. м3. Жидкие остатки в «их отстаиваются в течение 2-х и более лет.

Объем «наработки» бурового раствора, а следовательно, и загрязненные территории вокруг буровой можно значительно снизить удалением выбуренной породы (шламоочистными сооружениями) . Для очистки неутяжеленных растворов можно эффективно использовать вибрационные сита, гидроциклонные пескоотделители и шламоочистители; для утяжеленных -- вибросита, гидроциклонные установки и центрифуги.

Потери бурового раствора минимальны при очистке его с помощью вибросита. Более эффективна трехступенчатая система --вибросито -- пескоотделитель -- илоотделитель. Объем удаляемого шлама в этом случае в 4 раза меньше объема раствора, нарабатываемого без механической очистки. Использование илоотдели-теля в третьей ступени в 3,5 раза уменьшает избыточный объем раствора. Потери бурового раствора в этом случае почти в 5 раз меньше объема раствора, «нарабатываемого» при отсутствии такой очистки. При этом улучшаются технико-экономические показатели буровых работ.

Актуальной научно-прикладной проблемой в бурении остается изыскание наиболее простых и дешевых способов утилизации отработанных буровых растворов. Наиболее перспективным здесь остается многократное их использование. Этот метод пригоден только при плотной сетке бурящихся скважин.

Эффективно использование отработанных буровых растворов для приготовления на их основе отвержденных смесей для крепления и изоляции зон поглощения. В качестве отвердителей можно использовать синтетические смолы, цемент, гипс и другие материалы. Образованное таким образом вещество нерастворимо в пластовых флюидах, непроницаемо и устойчиво к коррозии в водных растворах солей -- одновалентных металлов. Доказана возможность использования обработанного бурового раствора в производстве керамзитового гравия по методу скоростной термообработки глинистых пород.

Опасными остаются загрязнения, образующиеся при глушении скважин. При нагнетании отработанного раствора в скважину при глушении и ремонте из-за чрезмерно высокого давления возникают открытые выбросы из скважины, которые загрязняют почву нефтью, нефтепродуктами, глинистым раствором и высокоминерализованными водами.

Проникая в продуктивный пласт, буровой раствор повышенной плотности засоряет его и призабойную зону, закупоривает (кольматирует) поры, снижает приемистость и продуктивность скважин, изливаясь на поверхность, и сильно загрязняет почву минерализованными жидкостями.

Находят применение для глушения скважин нетоксичные водные растворы фосфорнокислых солей, полимерные растворы плотностью 1,7--1,8 г/см3, жидкости на углеводородной основе, гидрофобноэмульсионные растворы на углеводородной основе. Последние представляют собой эмульсию типа вода в масле, плотность которой может изменяться от 0,8 до 2 г/см3. К преимуществам этого раствора относятся:

взвешенное состояние твердого компонента, что предотвращает засорение призабойной зоны пласта;

высокая вязкость раствора, позволяющая использовать его для глушения скважин с высоким пластовым давлением;

сохранение неизменных коллекторских свойств пласта при повторном использовании;

возможность повторного применения после закачки;

простота технологии приготовления.

Большой вклад в загрязнения окружающей среды при бурении скважин вносят постоянные, периодические и аварийные источники, связанные с конструктивными и другими недостатками эксплуатируемого бурового оборудования. В числе их:

буровой раствор, разбрызгиваемый при спускоподъемных операциях;

дизельное топливо и смазочные материалы;

воды льяльные, образующиеся после обмыва лебедки и свечей квадрата.

Для сбора всех этих загрязнителей в подвышенном основании предусмотрен разъемный поддон, изготовленный из листовой стали (над превентором в 1,5 м от пола, бурового основания), с бортом по периметру высотой 0,2 м.

Дизельные помещения и технологические емкости имеют металлический пол со стоком в общий поддон подвышечного основания, оборудованный двумя сливами из шести труб с задвижками. Один слив проложен в емкость с рабочим раствором, его используют при спускоподъемных операциях; второй -- направлен в шламовый амбар.

Большой объем льяльных вод образуется при обмыве рабочих насосов и площадок. Растекание этих вод по помещению предотвращают сооружением борта по периметру каждого насоса. Для слива вод из насосного отделения в шламовый амбар в ограждении предусмотрены люки.

Циркуляционная система на буровой включает в себя спаренное вибросито СВ2Б для очистки бурового раствора от выбуренной породы; пескоотделитель ПГ-1 для вторичной более тонкой очистки бурового раствора; гидравлический перемешиватель бурового раствора для поддержания требуемой консистенции. Все указанное оборудование обвязывают желобной системой, трубопроводами с запорной арматурой по определенной технологической схеме, герметизируют в местах стыковки узлов, периодически спрессовывают на герметичность (манифольд и хозяйственная линия). Буровой раствор циркулирует по замкнутому циклу.

Для приготовления, утяжеления и обработки бурового раствора химическими реагентами используют специальное оборудование и агрегаты. При работе агрегатов возможно загрязнение рабочей зоны, окружающей среды за счет потерь сыпучих материалов, химических реагентов, утечек раствора, воды через разуплотнения. Для утилизации предусмотрены поддоны с ограждением по периметру установленного оборудования. Цементировочное оборудование включает: насосный агрегат;

две цементно-смесительные машины СМП-20. Загрязнение производственной и окружающей среды возможно при затаривании цемента в бункер смесителя, приготовлении цементного раствора, цементировании скважин и др. Цементировочное оборудование имеет устройство для отвода льяльных вод в шламовый амбар.

Для предотвращения загрязнения окружающей среды при испытании продуктивного горизонта предусмотрено: сжигание на факеле полученного притока газа, направление притока нефти или пластовой воды в специальные емкости и их утилизация. По мере накопления продукции, образующейся при испытании скважин, пластовую воду отводят в места захоронения, .нефть используют в качестве топлива.

Охрану окружающей среды при бурении скважин а нефть и газ осуществляют в виде разноплановых мероприятий

1.. Для предупреждения нефтегазопроявления и открытых выбросов применяют промывочные жидкости с параметрами, соответствующими геолого-техническому наряду (ГТН).

Промывочную жидкость по удельному весу и вязкости конт
ролируют: в емкостях не реже 1 раза в неделю; при разбуривании газоопасных горизонтов через каждые 30 мин.

При необходимости промывочный раствор дегазируют вакуумным дегазатором ДВС-2. Перед вскрытием горизонта на буровой установке создают запас химических реагентов, утяжелителя, обсадных труб и др. Для герметизации устья при нефтегазопроявлениях, скважину оборудуют превенторной установкой (требование ЕТП), обвязку которой выполняют по утвержденной схеме и согласованной с органами Госгортехнадзора и Военизированной частью по предупреждению и ликвидации нефтяных и тазовых фонтанов.

При вскрытых продуктивных и водонапорных горизонтах в случае вынужденного простоя устье скважины герметизируют превентором при спущенном бурильном инструменте для периодических промывок с целью выравнивания параметров глинистого раствора. При наличии признаков газопроявления в процессе бурения на скважине выполняют работы в соответствии с «Инструкцией по предупреждению нефтегазопроявлений и открытых фонтанов в бурении» и «Инструкции по действию обслуживающего персонала при нефтегазопроявлениях».

2. Для предотвращения загрязнения окружающей среды горюче-смазочными материалами дизельное топливо и другие горюче-смазочные вещества, необходимые для работы буровой установки, хранят в специальных емкостях, которые перед заполнением испытывают на прочность, оборудуют мерными трубками, дыхательными и предохранительными клапанами. Обвязка емкостей трубопроводами и запорной арматурой обеспечивает возможность использования каждой емкости в отдельности и перекачку топлива из одной емкости в другую. После монтажа топливопровод спрессовывают воздухом. В местах возможных утечек (запорная арматура и др.) предусмотрены металлические поддоны. Отработанные дизельные масла накапливают в специальных емкостях и вывозят на регенерацию.

3. Для защиты окружающей среды от химических реагентов, цемента и глинистого порошка все химические вещества (УЩР, КССБ, КМЦ, СМАД, кальцинированная сода и др.) доставляют на буровые в заводской упаковке, полиэтиленовых мешках или резино-кордовых контейнерах и хранят в специальных помещениях. После растворения в воде химические реагенты вводят в раствор без потерь и остатков. Бумажную и другую тару от цемента, барита, графита, мела и т. п., полиэтиленовые мешки от химических реагентов вывозят в специальных контейнерах на пункты утилизации.

4. Для защиты окружающей среды от выбуренной породы, избыточного глинистого раствора и многократно обработанной механической воды выбуренную породу и избыточный глинистый раствор отводят или вывозят в специально отведенные для утилизации и захоронения места, согласованные с районной санэпид-станцией. Шлам и песок с вибросит и пескоотделителя по проемам и направляющим желобам отводят в амбар. Раствор, теряемый вместе со шламом, излишний буровой раствор, образующийся при цементировании скважин, отводят в амбар с последующим захоронением. По специальной методике рассчитывают объемы выбуренной породы и керна, утерянного вместе с шламом <на виброситах бурового раствора, и отдельно объем излишнего раствора при цементировании скважин.

2.2 Защита атмосферы на объектах добычи и переработки природного газа и газа содержащего сероводород

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна газодобывающими предприятиями предусматривают различные технологические и организационно-технические мероприятия. На месторождениях, в газе которых содержится сероводород, им уделяется особое внимание. К основным таким мероприятиям относятся: правильный выбор материалов для оборудования, трубопроводов, арматуры, средств КИП и автоматики, работающих в средах, содержащих кислые газы; герметизация системы по добыче, транспорту и промысловой подготовке газа и углеводородного конденсата; применение систем автоматических блокировок и аварийной остановки, обеспечивающих отключение оборудования и установок при нарушении технологического режима без разгерметизации системы; применение в качестве топлива и для различных технологических нужд газа, прошедшего осушку и сероочистку на газоперерабатывающем заводе или локальных установках на промыслах; применение закрытой факельной системы для ликвидации выбросов сероводорода при продувке скважин, трубопроводов,