Глава 7. Геоэкологический мониторинг нефтега-

зоНОСных районов западной части Арк-

тического шельфа

Недра запада Арктического шельфа России чрезвычайно богаты газом и нефтью. В Баренцевом море готовятся к эксплуатации месторождение нефти «Приразломное» и газоконденсатное – «Штокмановское». Освоение этих и других месторождений, строительство подводных нефтегазопроводов и морских терминалов является важнейшей частью государственной стратегии развития экономики России. Однако в связи с этим возникает целый ряд экологических, технических и социальных проблем. Проблемы эти связаны главным образом с обеспечением безопасности, как самих дорогостоящих сооружений, так и окружающей среды.

7.1. Факторы формирования экологического состояния морских

экосистем

Морская экосистема начинает рассматриваться как единый организм, в котором все компоненты тесно взаимосвязаны, и вопрос заключается в том, как эксплуатировать эти ресурсы без слишком сильного давления на всю экосистему в целом. В соответствии с требованиями законодательно-нормативных актов РФ, развертывание систем экологического мониторинга является обязательным условием нефтегазодобывающих компаний на арктическом шельфе России. В основе современной системы экологического мониторинга морей должен преимущественно лежать принцип прогнозирования с целью своевременного предупреждения нежелательной ситуации, а не реагирование на уже сложившуюся ситуацию. Для этого необходимо проведение непрерывных наблюдений во времени, исходя из продуманного распределения измерительных средств в пространстве, создание обобщенной математической модели, которая могла бы учитывать большое число влияющих факторов в их взаимосвязи.

Чтобы оценить, свести к минимуму или смягчить неблагоприятные воздействия на всех стадиях нефтяных и газовых работ мониторинг должен обеспечивать регистрацию и учет [5,13]:

• всех выбросов в воздух, сбросов в воду и на морское дно, тепловых и шумовых излучений;

• физическое возмущение морского дна, пелагической биоты;

• биологических сообществ на ледяных полях, островах и морском побережье;

• уровень содержания ЗВ в донных отложениях и толще воды;

• уровень содержания ЗВ в организмах животных и водорослей и их влияние на живые ресурсы, морских птиц и других представителей живой природы, уделяя особое внимание уязвимым стадиям жизненного цикла и районам, являющимся жизненно важными местами обитания;

• влияние нефтяных работ на группы местного населения, доступ к средствам пропитания и их добычу, а также другие виды человеческой деятельности;

• влияние среды на оборудование, гидротехнические сооружения и плавсредства.

Основные факторы, формирующие и определяющие состояние геоэкологической обстановки шельфовых зон можно разделить на две большие группы [5]: физические и химические (рис. 7.1). Последние подразделяются на две подгруппы, которые позволяют оценивать состояние ОС и непосредственное влияние ЗВ. Приведенные на данном рисунке факторы влияют на все подсистемы природно-техногенных комплексов шельфовых зон.

Рис. 7.1. Факторы, определяющие геоэкологическую обстановку

шельфовых зон

Информация, необходимая для оценки состояния морской экосистемы включает в себя данные о факторах воздействия, а также данные, отражающие изменения условий среды и состояния гидробионтов в ответ на эти воздействия (рис. 7.2). Наиболее характерными особенностями «информационной мишени» являются значительная дискретность наблюдений и нерегуляр-

Рис. 7.2. Информационная мишень морской экосистемы

ный характер информации, пространственно-временная изменчивость факторов воздействия, а также изменчивость реакции водной среды на одно и то же внешнее воздействие и др.

7.2. Методы, технические средства и организация проведе- ния геоэкологического мониторинга морских акваторий

Для осуществления мониторинга морских акваторий в районах развертывания нефтегазовых комплексов в настоящее время используются преимущественно судовые методы наблюдения и контроля. В ряде научно-исследовательских отечественных и зарубежных организаций имеются специальные суда, оснащенные спускаемыми и буксируемыми аппаратами для измерения различных параметров морской среды, приборами и оборудованием для взятия проб воды и донных осадков и оперативного анализа их в судовых лабораториях. Все крупные промышленные компании, осуществляющие строительство и эксплуатацию нефтегазовых месторождений на шельфе, располагают специальными судами и техникой, контролирующей состояние технических сооружений и экологической обстановки вокруг них. Однако эти организации и их судовое обеспечение ориентированы на свои узкие цели и не могут обеспечивать непрерывный и широкий мониторинг морских акваторий, вовлекаемых в развитие нефтегазового комплекса.

На рис. 7.3 изображено современное научно-исследовательское судно, оснащенное комплексом контрольно-измерительной аппаратуры для проведения геоэкологического мониторинга [5]. Водоизмещение такого судна желательно не менее 1000 тонн для обеспечения высоких мореходных качеств, достаточной автономности плавания, возможности удобного обслуживания приборов. Судно должно иметь надежную спутниковую навигационную систему, высокоразрешающую гидроакустическую и радиолокационную аппаратуру. На корабле должны быть хорошо оборудованные лаборатории, специальные помещения для подготовки измерительных приборов и обработки результатов измерений.

В числе специальных приборов следует отметить следующие (рис. 7.3):

Рис. 7.3. Судовые технические средства геоэкологического мониторинга морских акваторий:

1 - многолучевой эхолот, 2 - сейсмо-профилограф; 3 - гидрологический зонд; 4 – мно-гоканальный зонд-профилограф; 5 - гидрооптический зонд; 6 - акустический измери-тельный комплекс; 7 - биоокеанологический комплекс; 8 - измерительный метео-комплекс; 9 - измеритель параметров приповерхностного ветра и волнения; 10 – оби-таемый (телеуправляемый) подводный аппарат.

• многолучевой эхолот (1), служащий для съемки рельефа дна с широкой полосой захвата и быстрого обнаружения различных подводных объектов и крупных скоплений морских животных;

• двухчастотный параметрический эхолот (2), позволяющий осуществлять точную съемку рельефа дна и определять его структуру на несколько метров в глубину, обнаруживать объекты под слоем осадков (подводные трубопроводы и др.);

• гидрологический зонд (3), служащий для определения ряда гидрофизических характеристик водной среды: температуры, скорости и направления течений, электромагнитных полей и др.;

• многоканальный зонд-профилограф (4), служащий для определения основных водных характеристик (солености, температуры, гидростатического давления) на различных глубинах;

• гидрооптический зонд (5) для определения прозрачности и цвета водных масс;

• акустический измерительный комплекс (6), позволяющий определять скорость звука на различных глубинах, что необходимо для уточнения условий распространения гидроакустических сигналов в водной среде и плотности воды;

• биоокеанологический комплекс (7) предназначен для взятия проб в водной среде и на дне акватории. Он включает сетки, тралы, драги, батометры и др.

Научно-исследовательское судно должно иметь развитое метеорологическое оснащение (8) и приборы для измерения параметров поверхностных волн (9). Для детального обследования подводных объектов (оснований буровых платформ, подводных трубопроводов, нефтеналивных терминалов и др.) судно необходимо оснащать подводными обитаемыми или телеуправляемыми аппаратами (10).

Для оценки численности макрофитов и зообентоса необходима подводная видеокамера с дистанционным управлением. Кроме того, необходимы управляемые пробоотборники для жидких и мягких фракций, предназначенные для взятия проб на дне или в толще вод и их транспортировки в лабораторное помещение на платформе или на берегу.

Для размещения кабельных станций на дне и их периодического осмотра, замены датчиков или дополнительной комплектации необходимы обитаемые или дистанционно-управляемые подводные аппараты. Такие аппараты могут применяться и для периодических осмотров подводной части буровых платформ, колонн труб и др. Поэтому эти процессы могут быть в значительной степени совмещены.

Следует отметить, что использование только судовых методов исследований не позволяет достигнуть необходимой оперативности измерений и непрерывности временных рядов. Судовые измерительные комплексы целесообразно использовать для периодического определения таких параметров среды и характеристик биосферы, которые не требуют непрерывного контроля, а также для оценки последствий аварийных разливов. Морские экспедиционные работы в настоящее время стоят очень дорого по сравнению с эксплуатацией стационарных донных станций, и в дальнейшем необходимо переходить к автоматизации измерений все большего числа контролируемых параметров.

Спутниковые методы экологических наблюдений находят в настоящее время широкое применение. Они могут успешно использоваться в процессе геоэкологического мониторинга для определения концентраций взвеси, растворенного органического вещества, пигментов фитопланктона, нефтяных загрязнений и исследования их пространственной и временной изменчивости. В то же время, спутниковые методы, обеспечивая огромную производительность работ, ограничены погодными условиями, ледовой обстановкой и позволяют оценивать состояние водной поверхности и слоя воды только до глубины в несколько метров. Эти наблюдения необходимо сопровождать контактными методами для идентификации полученных результатов.

Для создания стационарной морской мониторинговой сети целесообразно использовать подводные кабели для питания станций, управления ими и передачи информации на берег. Однако стоимость прокладки морских глубоководных кабелей чрезвычайно высока и может составлять много млн. долларов при больших расстояниях, обычно значительно превышает стоимость самих донных станций. Существенные трудности связаны с выводом кабелей на берег, так как волны прибоя размывают берега и обрывают кабели, а ледяные образования, такие как торосы и стамухи, перерезают их. Для энергопитания донной аппаратуры на больших расстояниях от берега (сотни и тысячи километров) приходится подавать на кабели высокое напряжение (несколько тысяч вольт).

Если создавать кабельную систему мониторинга, используя высокотехнологичную инфраструктуру буровых (добывающих) платформ в качестве центров сбора и обработки информации (рис. 7.4), то общая длина кабельных линий связи, а значит и стоимость систем мониторинга, будет значительно меньше по сравнению с вариантом береговых центров обработки информации. По предварительным оценкам [5] стоимость такой системы может составлять около 1% от стоимости морских буровых платформ. Поэтому она легко может финансироваться самими нефтяными компаниями в рамках инвестиционных проектов строительства морских буровых платформ и обеспечения безопасной эксплуатации месторождений. В качестве альтернативы может рассматриваться система заякоренных буев, снабженных источниками питания, с автоматической передачей данных по спутниковым каналам связи. Такие буи в автономном режиме могут работать несколько месяцев. Однако стоимость их все еще достаточно высока, а необходимость подзарядки или замены батарей требует обслуживания их при помощи судов. К тому же в арктических морях большинство из них не приспособлены к работе в ледовых условиях и их необходимо снимать в зимний период. Помимо дополнительных расходов, это ведет также к перерыву в наблюдениях.

Р ис. 7.4. Техническая система мониторинга нефтегазодобывающего комплекса:

1 - морская платформа, 2 - вертикальная система гидрохимических датчиков, 3 - лазерный измеритель загрязнений поверхности (лидар). 4 - управляемый осмотровый аппарат, 5 - донный кабельный сейсмограф. 6 - автономная донная обсерватория, 7 - обитаемый подводный аппарат, 8 - многоцелевая донная станция с притопленным буем. 9 - научно-исследовательское судно, 10 - вертикальная гидроакустическая антенна

Морские нефтяные и газовые платформы и терминалы могут быть хорошей основой для размещения комплекса специального оборудования и развития кабельной донной системы, позволяющей в автоматическом или полуавтоматическом режимах контролировать состояние морской среды. Передача данных производится на промысловую платформу и одновременно основные данные передаются через спутниковую связь на берег в центр мониторинга. Другой важной особенностью такого подхода является то, что система мониторинга будет согласована по времени с развитием нефтегазового комплекса, от начала изыскательных работ, в течение всего строительства, в ходе эксплуатации и до времени ликвидации промышленного объекта. Таким образом, система мониторинга ОС, интегрированная в инфраструктуру морских нефтяных платформ, будет служить важным инструментом защиты ОС шельфовых акваторий.

Экологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий проводится в три основных этапа: на стадиях обустройства, эксплуатации и ликвидации месторождения. При этом общим требованием является точная координация компонент мониторинга – измерения всех компонент выполняются по одной и той же сетке станций.

Первая стадия комплексного экологического мониторинга включает фоновую экологическую съемку, предшествующую началу бурения поисково-оценочных скважин. К настоящему времени накоплен значительный практический опыт и фактический материал, показывающий фоновое состояние морских экосистем до начала работ на нефтегазовых месторождениях в Баренцевом море.

Синхронно с процессом бурения поисково-оценочных скважин, по регулярной сетке станций и стандартной методике производится первая мониторинговая съемка. Ее основная задача – обеспечение экологической безопасности при буровых работах.

Повторная фоновая экологическая съемка обычно проводится или на стадии разработки технико-экономического обоснования (ТЭО), или непосредственно перед началом обустройства месторождения. Необходимость ее выполнения диктуется следующими причинами. Во-первых, после выполнения поисково-оценочных работ и началом обустройства месторождения, как правило, проходит достаточно много времени. Во-вторых, законодательство РФ требует фиксации фонового состояния экосистем уже непосредственно перед выполнением тома «Охрана окружающей среды» на стадии ТЭО. Иногда для этого можно использовать данные первой фоновой съемки – в том случае, если с момента завершения комплекса поисково-оценочных работ на месторождении прошло немного времени (около года) и по результатам экологического мониторинга за процессом поискового бурения достоверно установлено, что оно не внесло существенных изменений в ОС.

С началом обустройства месторождения необходимо разработать программу долгосрочного комплексного геоэкологического мониторинга, и все работы следует выполнять в соответствии с этой программой. Стадия строительства морских объектов при обустройстве конкретных месторождений может быть различной. Учитывая сложную экологическую ситуацию во многих шельфовых морях, а также тот факт, что максимальная антропогенная нагрузка на экосистемы ожидается именно в момент строительных работ, в этот период должен осуществляться оперативный мониторинг. Он подразумевает установку непосредственно в местах проведения работ сетки автономных донных и буйковых станций с возможностью оперативной передачи информации об аварийных ситуациях, ежедневные визуальные осмотры поверхности акватории в районах проведения работ, периодические (ежемесячные) осмотры мест работ подводными управляемыми аппаратами, ежегодные судовые исследования по сформированной в результате фоновой съемки сетке станций.

В течение всей эксплуатации месторождения проводится долгосрочный мониторинг. В этом случае мониторинговые съемки, проводимые с помощью судов на значительной площади, целесообразно выполнять каждые три года. Спутниковый контроль загрязнения поверхности акватории следует проводить в этот период ежемесячно (в безледные сезоны). Мониторинг параметров среды в районе добывающего комплекса проводится практически непрерывно с помощью автономных и кабельных донных и притопленных буйковых станций. Кроме того, осуществляется непрерывный контроль с помощью соответствующих датчиков технических параметров самого промышленного объекта.

После полной ликвидации морского промышленного объекта необходимо выполнить, по крайней мере, две геоэкологические съемки района бывшего месторождения с промежутком в несколько лет. Этот срок определяется длительностью процессов естественной рекультивации в данном регионе. Если последствия ликвидации объекта будут по-прежнему наблюдаться, то судовой мониторинг должен быть продлен.

При наличии системы подводных магистральных трубопроводов или танкерной транспортировки продукции, измерения вдоль трассы выполняются регулярно, желательно с дискретностью в 5…10 км. Если в процессе измерений будет установлено наличие сильного или ранее не ожидаемого воздействия, то в районе разворачивается оперативная локальная регулярная сетка станций с шагом 200…500 м с целью точной локализации его источника.

Таким образом, экологический мониторинг ОС должен осуществляться на всех стадиях морских нефтегазовых работ. Основные работы по мониторингу должны проводиться во время бурения, разработки, добычи, вывода из эксплуатации и восстановления, а также во время транспортировки нефти, газа, поставляемых материалов и персонала. Мониторинг должен иметь долгосрочную перспективу, показывая динамику загрязнения и его воздействий, а также закладывать основу для прогнозирования того, какие влияния следует ожидать в предстоящие годы. На протяжении первых лет наблюдения контрольные изыскания должны производиться с высокой частотой до того момента, пока не будет прояснены основные воздействия и тенденции, а в последующие годы так часто, как это будет необходимо. Частью системы мониторинга должны быть связанные с ОС учёт и расчеты, показывающие, какие и в каком количестве химические продукты и вещества были использованы и сброшены, какие влияния на ОС были отслежены и чего следует ожидать на протяжении нескольких следующих лет.