Современные технологические схемы для охраны водных ресурсов в нефтедобывающей отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные технологические схемы для охраны водных ресурсов в нефтедобывающей отрасли

Головина К.В., Шевцов М.Н.

ТОГУ, г. Хабаровск, Россия

Аннотация

нефтяное загрязнение водный ресурс

В статье изложены особенности, компоненты и условия выбора современных технологических схем для охраны водных ресурсов в нефтедобывающей отрасли. Охрана водных объектов рассматривается с позиции превентивных мер и методов очистки уже загрязненной среды. Под превентивными технологическими мерами понимается обеспечение изоляции и выбор оптимальных геологических условий. Среди методов очистки от нефтяных загрязнений рассмотрены как традиционные подходы - механические, физикохимические, химические и биологические; так и современные, включая нанотехнологии.

Ключевые слова: нефть, нефтедобывающая промышленность, разработка месторождений, экологическая безопасность, водные ресурсы

Annotation

Golovina К.V., Shevtsov М.N.

PNU, Khabarovsk, Russia

The article describes the features, components and conditions for selecting modem technological schemes for water resources protection in the oil industry. Among the methods of oil cleaning pollution, we consider both traditional approaches - mechanical, physico-chemical, chemical and biological; and modem ones, including nanotechnology.

Keywords', oil, oil industry, field development, environmental safety, water resources

Oil and refined products are among the most common pollutants of environmental components, including water resources. The analysis of recent publications and research testifies to the extreme urgency of the problem of environmental pollution from objects of the oil refining industry. While choosing a wastewater collection and treatment system, the following main provisions are followed: the need to minimize the amount of wastewater and reduce the content of impurities in it; the possibility of excluding various impurities from waste water and their subsequent disposal; reuse of waste water in technological processes and recycling water supply systems.

While studying technological schemes for water resources protection in the oil industry, it is necessary to consider the main ways of entering and migrating pollutants into water bodies. Entering the geological environment in a liquid state, petroleum products migrate as a liquid without mixing with water. If the flow of petroleum products does not exceed the holding capacity of the soil, they remain in the aeration zone and further migration is possible by dissolving in infiltration water. If oil products exceed the holding capacity of the soil, they reach the soil aquifer, forming a lens on the water surface. It should be noted that the rate of migration in the geological environment is also affected by the viscosity of petroleum products - the lower the viscosity, the higher the migration properties. In the water environment, petroleum products migrate in various forms: in the form of a surface film, in emulsified and dissolved forms, and many others. Taking into account the above features of migration of oil-polluting substances, special attention in modem technological schemes of water resources protection is paid to ways and methods of isolation of environmental components from potential sources of pollution. Modem technological schemes for the protection of water resources in the oil industry involve the use of chemical, mechanical, physical, chemical and biological methods of water purification [2].

The most common mechanical methods for cleaning water objects are the following: localization of spills, collection of oil pollution using special hydrodynamic devices based on the use of centrifugal forces. Settling, filtering, and centrifugation methods are widely used. Thus, the development of oil fields is accompanied by a diverse impact on the environment: changes occur in the natural state of its components - soil cover, surface and groundwater, and others.

One of the main components of technological schemes is the planning and waterproofing of the site surface, which will ensure the impermeability of drilling mud, process fluids and underground fluids into underground water. The process of cleaning the polluted water environment involves the use of traditional and modem approaches. Traditional cleaning approaches include mechanical, physical, chemical, and biological methods. Modem approaches are focused primarily on innovative developments in organic chemistry and nanotechnology.

Введение

Нефть и продукты нефтеперерабатывающей промышленности являются одними из самых распространенных загрязнителей компонентов окружающей среды, включая водные ресурсы. По данным международной организации ЕМСО, общее количество нефти и нефтепродуктов, попадающих ежегодно в воды Мирового океана, достигает 10 млн тонн. Отличительная особенность негативного влияния нефтеперерабатывающей отрасли на экосистемы заключается в высокой токсичности и концентрированности отходов. В частности, к основным загрязняющим веществам относят: изомерные спирты, фталевый ангидрид, алкил фенолы, этилгексановую кислоту и многие другие [1]. Таким образом, возникает необходимость исследования современных методов и технологий охраны окружающей среды на разных этапах работы нефтеперерабатывающей промышленности.

Анализ последних публикаций и исследований свидетельствуют о чрезвычайной актуальности проблемы загрязнения окружающей среды от объектов нефтеперерабатывающей промышленности. Проблемы организации, достоверности и репрезентативности мониторинга загрязнения компонентов окружающей среды нефтью и нефтепродуктами рассматривается в работах С. А. Патина, В. Г. Бондура, Т. А. Одинцовой, О. Ю. Лавровой. Методам и технологиям охраны окружающей среды от нефтяных загрязнений посвящены исследования А. В. Артемова, В. В. Бордунова, Ю. Г. Смирнова, Е. А. Рогозиной, Е. В. Кузнецовой, В. В. Смольниковой и многих других.

Изложение основного материала

Поиск технологических решений по очистке воды от нефтепродуктов ведется постоянно. При выборе системы сбора и очистки сточных вод руководствуются следующими основными положениями: необходимостью максимального уменьшения количества сточных вод и снижение содержания в них примесей; возможностью исключения из сточных вод разных примесей и их последующей утилизации; повторным использованием сточных вод в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения.

Наибольшие потери нефти связаны с ее перемещением из мест добычи. В частности, аварийные ситуации на трубопроводах и месторождениях приводят к утечке нефти в подземные воды и почвенный покров с дальнейшим стоком в водные объекты: океаны, речные и морские экосистемы. Слив танкерами за борт промывочных и балластных вод, в свою очередь, обусловливает постоянное наличие полей загрязнения на трассах морских путей. Основными загрязнителями водных объектов являются буровой шлам и буровые сточные воды, горючесмазочные материалы, а также флюиды, поступающие во время аварийного фонтанирования, испытания скважин и интенсивных нефтегазопроявлений, вызванных нарушением состояния консервации залежей углеводов, герметичности скважин и так далее.

При исследовании технологических схем охраны водных ресурсов в нефтедобывающей отрасли следует рассмотреть основные пути поступления и миграции загрязняющих веществ в водные объекты. Поступая в геологическую среду в жидком состоянии, нефтепродукты мигрируют как жидкость, не смешиваясь с водой. Если поступление нефтепродуктов не превышает удерживающую способность почвы, они остаются в зоне аэрации и дальнейшая миграция возможна путем растворения в инфильтрационной воде. Если поступления нефтепродуктов превышают удерживающую способность почвы, они достигает почвенного водоносного горизонта, формируя на водной поверхности линзу. Отдельные углеводороды способны выветриваться, формируя газовую оболочку над линзой и в дальнейшем с инфильтрацией попадать в грунтовые воды, другие растворяться в подземных водах и переноситься водным потоком. Скорость миграции зависит от коэффициента фильтрации и пористости пород. При этом процессы сорбции и деструкции замедляют скорость миграции нефтепродуктов в геологической среде, однако не могут считаться способом естественного самоочищения подземных вод.

Следует отметить, что на скорость миграции в геологической среде также влияет вязкость нефтепродуктов - чем ниже вязкость, тем выше миграционные свойства. Нефтепродукты с высокой вязкостью могут не достигать грунтовых вод, оставаясь неподвижными в зоне аэрации. Сильно летучие нефтепродукты способны мигрировать в подземном воздухе зоны аэрации, что расширяет область загрязнения. Отдельные составляющие нефтепродуктов характеризуются высокой растворимостью. Чем выше растворимость нефтепродукта - тем выше его концентрации в подземных водах, и больше площадь загрязнения водоносного горизонта.

В водной среде нефтепродукты мигрируют в различных формах: в виде поверхностной пленки, в эмульгированной и растворенной формах, и также многих других. Количественное соотношение миграционных форм нефти в воде не остается строго постоянным во времени и определяется не столько механизмом поступления, сколько составом и свойствами нефтяных углеводородов, гидродинамическим режимом, уровнем и характером фоновой загрязненности водного объекта.

Учитывая вышеизложенные особенности миграции нефтезагрязняющих веществ, особое внимание в современных технологических схемах охраны водных ресурсов уделено методам и способам изоляции компонентов окружающей среды от потенциальных источников загрязнения. Изоляция предусматривает использование следующих технологических мероприятий: предотвращение размывания устья скважины и перекрытие неустойчивых геологических отложений; перекрытие кондуктором верхних водоносных горизонтов и защиты их от загрязнения фильтратом бурового раствора; охват кондуктора специальным противовыбросовым оборудованием с целью предупреждения возможных нефтепроявлений; оборудование устья колонной головкой и фонтанной арматурой; цементирование обсадных колонн с поднятием тампонажного раствора до устья; цементирование всех обсадных колонн для предотвращения миграции подземных вод и пластовых флюидов; проведение бурения нефтегазовых скважин в нетоксичных глинистых растворах и другие.

Кроме того, для сокращения до минимума затрат технической воды в процессе строительства нефтегазовой скважины должна быть предусмотрена система обратного водоснабжения. С этой целью в системе проектируется специальная система двухконтурного водоснабжения. Первый закрытый контур обеспечивает точки потребления чистой воды, второй - обеспечивает водой после отстаивания в емкостях-отстойниках. Также в местах разработки месторождений должна быть предусмотрена система сбора сточных промышленных вод для повторного их использования, а также система отвода загрязненных дождевых и талых сточных вод с объекта за счет рельефа и организации стока в емкость буровых сточных вод. Важным является наличие системы водоотведения производственных стоков в емкость для сбора и отстаивания сточных вод.

Современные технологические схемы для охраны водных ресурсов в нефтедобывающей отрасли предполагают использование химических, механических, физико-химических и биологических методов очистки воды [2]. Наиболее распространенными механическими методами очистки водных объектов являются следующие: локализация разлива, сбор нефтяных загрязнений с помощью специальных гидродинамических устройств, основанных на использовании центробежных сил. Широкое распространение получили методы отстаивания, фильтрования и центрифугирования.

Отстаивание сегодня является наиболее простым и часто применяемым механическим способом выделения из сточных вод загрязняющих примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне нефтяного отстойника или всплывают на его поверхности. Особую значимость метод имеет для использования в технологических схемах на нефтяных месторождений. Наряду с системой обратного водоснабжения, которая была рассмотрена выше.

Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей. При использовании данного метода из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные примеси, а также разрушающиеся органические вещества, которые не окисляются или плохо окисляются. Существенным недостатком этого метода очистки является образование и накопление отходов, которые требуют утилизации, что свидетельствует о неэкологичности технологической схемы. Исходя из этого, метод физико-химической очистки также не рекомендуется использовать как самостоятельный, поскольку после него необходима доочистка.

Химический метод предполагает использование разных типов химических реагентов, которые вступают в химические реакции с нефтью. Результатом реакции является оседание загрязненных веществ в виде нерастворимого осадка.

Однако применение детергентов только усиливает поражающее действие нефтяного пятна, поскольку эмульгированная нефть легче попадает в организм водных обитателей. В связи с этим, химический метод включают в технологические схемы преимущественно для ликвидации локальных нефтяных загрязнений на водных объектах. [5]

Биологический метод базируется на микробиологическом разложении нефти с использованием нефтеокисляющих бактерий при определенной температуре - 20-30 оС. Преимущества метода включают в себя возможность удалить разнообразные токсичные и органичные соединения. Но при этом использование биологического метода влечет значительные капитальные затраты для производства.

В последнее время в разработке технологических схем охраны водных ресурсов распространение приобретает использование методов органической химии и нанотехнологий, применяемых преимущественно для разделения нефти и воды. Такие технологические схемы включают три основных подхода [3]: 1) метод фильтрации, использующий специфическую смачиваемость, которая позволяет проникать только маслу или воде; 2) метод абсорбции с использованием пористых губок, волокон и аэрогелей, которые могут избирательно поглощать масло или воду; 3) фильтрацию или абсорбционную технологию, которая переключается и контролируется по функциональности.

Выводы

Таким образом, разработка нефтяных месторождений сопровождается разнообразным воздействием на окружающую среду: происходят изменения естественного состояния её компонентов - почвенного покрова, поверхностных и подземных вод и других. Эти изменения могут привести ко многим негативным последствиям: заболеваемости населения, гибели экосистем и отдельных видов живых организмов. Вероятность возникновения указанных последствий обуславливает актуальность исследований в сфере технологическим схем охраны водных ресурсов в нефтедобывающей промышленности. [4]

Одними из главных составляющих технологических схем являются планирование и гидроизоляция поверхности площадки, что обеспечит непроницаемость бурового раствора, технологических жидкостей и подземных флюидов в подземные воды. Процесс очистки загрязненной водной среды предполагает использование традиционных и современных подходов. Традиционные подходы очистки включают механические, физико-химические, химические и биологические методы. Современные подходы ориентированы преимущественно на инновационные разработки органической химии и нанотехнологии.

Библиографические ссылки на источники

1. Мухаматдинова А.Р. Оценка влияния предприятий нефтехимического комплекса на объекты окружающей среды / А.Р. Мухаматдинова, А.М. Сафаров, А.Т. Магамусова, Р.М. Хатмулина // Георесурсы. - 2012. - № 8. - С. 46-50.

2. Полозов М. Б. Экология нефтегазодобывающего комплекса» / М. Б. Полозов. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2012 г. - 174 с.

3. Lee С. Water purification: oil-water separation by nanotechnology and environmental concerns / C. Lee, B. Tiwari, D. Zhang , Y. Yap // Environmental Science: Nano. - 2017. - № 3. - 514-525.

4. Яркович O.A. Статья 58-й научной конференции ТОГУ, « Экологические проблемы загрязнения нефтепроуктов водных объектов Хабаровского края» / под ред. Пугачева И.Н./

5. Шевцов М.Н., Александрова Л.Н., Махинов А.Н. Проблема мониторинга и ликвидации последствий загрязнения окружающей среды. /Дальний восток. Научная конференция под ред. Пугачева И.Н./,254-260 с.

Размещено на Allbest.ru