Промышленная экология

атмосфереобразуютсяударныевоздушныеволнызначительноменьшей интенсивности. Помимо перечисленных ранее мероприятий, обеспечивающихснижениеинтенсивностиУВВ, примассовыхвзрывах вкарьерахнеобходимоучитыватьатмосферныеусловия(прискорости ветра, направленноговсторонужилыхрайонов, более6,5 м/смассовые взрывыпроизводитьнеследует).

Для защиты работающих от вибрации ручные перфораторы оборудуютсяспециальными виброгасящимиустройствами. Основной деталью виброзащитных устройств является упругий элемент - пружины, работающиенаизгиб, сжатие, кручениеилисжатыйвоздух.

ГЛАВА3 НЕФТЕДОБЫВАЮ ЩАЯПРОМЫШЛЕННОСТЬ

3.1. Добычанефиигаза

Добыча нефти и газа заключается в нахождении мест их накопления, проникании(иногданаоченьбольшую глубину) через толщугорныхпород, образующихипокрывающихкупол, кнефтяному илигазовомупластуиизвлечениитопливаизпласта. Поэтомуработана нефтепромысле, который заранее найден и изучен геологами, подразделяетсянадваэтапа: бурениескважин; эксплуатацияскважин.

Бурениескважин Скважиной(нефтянойилигазовой) называютколодецкруглого

сечения, пробуриваемыйвземле. Верхскважиныназываетсяееустьем, адно, вкотором буровой инструментразрушаетпороду, - забоем. Глубинаскважининогдадостигает4000-6000 миболее.

Раньшеприпрохождениискважиныпородудолбилиспециальнымдолотом, закрепленнымнадлиннойштанге. Такойметодназывалсяударнымбурением. Затем перешли к методу вращательного бурения, по которому разрушение породы производится бурильным инструментов, прикрепленным к вращающейся, периодически наращиваемой бурильной трубе. Непрерывный поток воды со взмученнойвнейглиной(глинистыйраствор) промываетскважину, выносяизнее раздробленную породу, охлаждая инструмент, закрепляя стенки скважины и создаваявскважинегидравлическийзатвор, препятствующийвыбросамнефтии газа.

В1924 г. М.А. Капелюшников(СССР) предложилметодтурбинногобурения, покоторомумеханизм, вращающийбуровойинструмент, переноситсявзабой. Таким механизмом явиласьспециальнаятурбина, вращаемаяподаваемым внее глинистымраствором. Применениетурбобураисключилонеобходимостьвращать

81

всютяжелуюколоннубурильныхтруб, чтоупростилотехникубуренияисделалоее болееэкономичной. Позже, такжевСССР, былсконструированэлектробур— буровой инструмент, вращаемый специальным электродвигателем, также опускаемымвзабой. Припомощитурбоиэлектробуровможнобуритьнетолько вертикальные, ноинаклонныескважины. Этопозволяетпробуриватьскважиныпод морское дно, под здания и сооружения, бурить с одной площадки 8-12 расходящихсяскважин(кустовоебурение).

Эксплуатацияскважин

Способдобычинефтиигазазависитоттого, находятсялионив пластеподдавлениемилинет. Впервомслучае, кактолькоскважина пройдетчерезнепроницаемый, сдерживавший слой, газили нефть вырываютсяпонейнаповерхностьтакойметодеедобычиназывается фонтанным. Над устьем скважины ставят специальную запорную арматуру, через которую газ или нефть отводят по трубам в специальныеприемныеустройства. Подпластовымдавлениемнефть, и особенногаз, можно перемещатьназначительныерасстояния, что повышает экономичность данного метода добычи. По мере эксплуатации скважины давление в пласте падает, его удается искусственно поддерживать, например, закачивая в пласт (по его контуру) водучерезисчерпанныескважины.

Во втором случае, когда давление в пласте отсутствует, осуществляют подъем нефти при помощи газа (или воздуха) или откачиваниемееглубинныминасосами. Попервомуспособусжатый газ, подаваемый впласт, соприкасаетсяснефтью и вспениваетее. Легкая газо-нефтяная пена по подъемной трубе поступает в газоотделитель, а из него нефть поступает в хранилище, откуда расходуютсяпоназначению.

Описаннымиспособамиудаетсяизвлечьизпластадалеконевсю находящуюсявнемнефть. Взависимостиотспособадобычиотдача нефтисоставляет40 %, редкодо60 % еезапасоввпласте. Увеличить отдачунефтиудаетсятолькоспециальнымиприемами.

Дляповышенияэффективностигазоинефтедобычиприменяют различныехимическиереагенты, полученныенабазеуглеводородов нефтиигаза(углеводородныерастворители, поверхностно-активные вещества, полимерные реагенты и т.д.), а также отходы нефтеперерабатывающихинефтехимическихпроизводств. Утилизация побочныхпродуктови отходовнефтепереработки и нефтехимии, с одной стороны, позволяет в значительной степени решить экологическиепроблемы этих производств, ас другой - широкое применение органических реагентов для нефтяной и газовой промышленностиусложняетвэтихотрасляхрешениезадачпоохране

82

окружающейсреды. Используемыехимическиереагентыразнообразныпохимической

природе, физико-химическим свойствам, функциональному назначению. Некоторыеприменяемыереагентынеопасныдляобъектов природнойсреды. Так, многиеполимерныереагенты, используемыев бурении, нетоксичны из-за высокой молекулярной массы, которая лишаетихвозможностиразрушатьживую пленку. Бактерициды, как правило, высокотоксичны. Опасность для окружающей среды представляют применяемые для обработки буровых растворов нефтепродукты, синтетические жирныекислоты и спирты, серо- и фосфорорганические соединения и др. Особого внимания с точки зрения охраны окружающей среды заслуживают поверхностноактивныевещества, припроизводствеиприменениикоторыхвозможно значительноезагрязнениеводныхресурсов.

3.2. Источникизагрязненияокружающейсреды

Воздействиенефтянойигазовойпромышленностинаосновные компоненты окружающейсреды (воздух, воду, почву, растительный, животный мир и человека) обусловлено токсичностью природных углеводородов, большим разнообразием химических веществ, используемыхвтехнологическихпроцессах, атакжевсевозрастающим объемом добычи нефти и газа, их подготовки, транспортировки, хранения, переработкииширокогоразнообразногоиспользования.

Все технологические процессы в нефтяной промышленности (разведка, бурение, добыча, сбор, транспорт, хранениеипереработка нефти и газа) при соответствующих условиях могут нарушить естественнуюэкологическуюобстановку.

Нефть, углеводородынефти, нефтянойибуровойшламы, сточные воды, содержащие различные химические соединения в больших количествахпроникаютвводоемыидругиеэкологическиеобъекты:

1)при бурении и аварийном фонтанировании разведочных нефтяныхигазовыхскважин;

2)приавариитранспортныхсредств;

3)приразрывахнефтеипродуктопроводов;

4)при нарушении герметичности колонн в скважинах и технологическогооборудования;

5)при сбросе неочищенных промысловых сточных вод в поверхностныеводоемы.

83

1) Для некоторых районов характерны естественные выходы нефтинаповерхностьземли. ОдинизбереговыхпунктоввЮжной Калифорнии, например, был назван по этому признаку Нефтяным мысом. Такиевыходы обычны вКарибском море, Мексиканском и Персидском заливах. В нашей странеони наблюдаются для ряда месторожденийреспубликиКоми(г. Ухта) идр. Нередкоэтивыходы проявляютсянаповерхности морей иокеановили надонных или береговыхучасткахрек.

Фонтаны, возникающиевпроцесседобычинефтиигаза, делятна нефтяныеигазовые. Приэтом занефтяныепринимаютфонтаны с большим дебитом (суточнаяпроизводительность) нефти (1500-2000

3

т/сут и более) и меньшим количеством газа (750 тыс. м/сут); газонефтяныессодержаниемгазаболее50 %, газовые- с90-100 % газа. Во всех случаях огромный экологический вред и опасность фонтанов для основных объектов природной среды (атмосферы, водоемов, почвы, недрит. д.) очевидны.

Отрицательныепоследствиякаждогоизфонтановводнихитехжеусловиях неодинаковы. ФонтанвштатеРиверсзалилнефтьюповерхностьземлиплощадью

2

около607 тыс. м. Впределахаварийногоучастказемлибыливыделенычетыре зоны сразнойстепенью загрязнения: глубинапроникновениянефти всильно загрязненнойзонедостигла90 см.

2) Всевозрастающеепотреблениенефтиинефтепродуктоввмире обусловиловпоследниегодызначительныйросттанкерногофлота. В последние годы наметилась тенденция к резкому увеличению вместимости нефтеналивных судов. Эксплуатация супертанкеров выгоднаэкономически, носоздаетбольшуюпотенциальнуюопасность длязагрязненияокружающейсреды, т.к. приавариивводувыливаются десятки и сотни тысяч тонн нефти. Очень часто нефтепродукты выбрасываютсязабортсудовсосточнойводой, котораяиспользуетсяв качествебалластаилидляпромывкитанков. Загрязнениеморейпри использовании танкеровпроисходитво времязагрузкии разгрузки нефти наконечных пунктах, засчетпереливовпри загрузке, при аварийном столкновенииипосадкесудовнамель. Всяповерхность Мирового океана покрыта в настоящее время нефтяной пленкой толщиной0,1 мкм.

3) Большую опасностьдляокружающей среды представляюти

трубопроводы.

Строительство трубопроводов, особенно всеверных районах, оказываетвлияниенамикроклиматтундры илесотундры. Проходка траншей локально изменяетрежим питаниярастительного покрова влагой, нарушает теплофизическое равновесие, растопляет

84

вечномерзлые грунты, приводит к гибели чувствительный к механическомувоздействиюрастительныйпокровтундры.

Приэксплуатациитрубопроводовутечкинефти, газа, конденсата, сточнойводы, метанолаидругихзагрязняющихвеществнаучастках трубопроводов, расположенныхподсудоходнымитрассамиморейи рек, наиболееподверженных механическим повреждениям, нередко остаютсянезамеченнымивтечениедлительноговремении наносят большойущербвсем экологическизначимым объектам окружающей среды. Подсчитано, чтовсреднем приодном порывенефтепровода

2

выбрасывается2 тнефти, приводящейвнепригодность1000 м земли.

4) В процессе бурения и добычи непрерывное загрязнение окружающейприроднойсредывызваноутечкамиуглеводородовчерез неплотности во фланцевых соединениях (сальниках, задвижках), разрывами трубопроводов, разливами нефти при опорожнении сепараторовиотстойников.

Основнаячастьнефти источныхводнатерритории промысла накапливается и поступает в водоемы из устья скважин и прискважинныхплощадок. Разливнефтивэтихслучаяхвозможенчерез неплотностивсальниках; приремонтныхработахиосвоениискважин; изпереполненныхмерников; приочисткемерниковитраповотгрязии парафина; разлив нефти происходитпри спуске сточной воды из резервуаров; припереливенефтичерезверхрезервуараидр.

Наиболеетипичныеутечкинефтиизрезервуаровобусловлены коррозиейихднищаподдействиемводы. Постоянныйавтоматический контроль содержимого в резервуаре позволяет своевременно обнаруживать даже небольшие утечки нефти и нефтепродуктов и устранятьих. Большинствохранилищ неисключаютиспарениянефти, газа, конденсата.

Характернымиостаютсяразливы нефтиврезультатеаварийна нефтегазосборных коллекторах и технологических установках, ликвидация которых нередко затягивается и выполняется некачественно.

5) Наиболее тяжелым и опасным по последствиям является загрязнениеподземныхиназемныхпресныхводипочвы. Косновным ихзагрязняющим веществам относятсянефть, буровойинефтяной шламы, сточныеводы.

Образующийся при бурении скважин буровой шлам может содержать до 7,5 % нефти и до 15 % органических химических реагентов, применяемыхвбуровыхрастворах.

В относительнобольшом объеменефтянойшлам накапливается приподготовкенефти. Вэтомслучаешламы могутсодержатьдо80-

85

85 % нефти, до50 % механическихпримесей, до67 % минеральных солейи4 % поверхностно-активныхвеществ.

Основное же загрязнение природной среды при бурении и эксплуатациискважиндаютбуровыеипромысловыесточныеводы.

Объемихвовсехразвитыхнефтедобывающихстранахмирабыстро растетинамногопревышаетобъемдобываемойнефти. Из-заотсутствия системы канализациипромысловыестокисбрасываютвблизлежащие водоемыилиболота, значительнозагрязняяихигрунтовыеводы.

3.3. Выбросыосновныхтехнологическихпроцессов

К наиболее распространенным загрязняющим веществам атмосферного воздухапри добыче, подготовке, транспортировке и переработке нефти и газа, а также при их сжигании относятся углеводороды, сероводород, оксидыазотаисеры, механическиевзвеси.

Сернистый газ, углеводороды, сероводород - основные загрязняющие вещества при разработке нефтяных месторождений, содержащихсероводород. К выбросам ихпридобыченефтиигаза приводятследующиеслучаи: аварийноефонтанирование, опробование ииспытаниескважин, испарениеизмерниковирезервуаров, разрывы трубопроводов, очистка технологических емкостей. Кроме того, выделение загрязняющих веществ происходит на установках комплекснойподготовкинефти(приобезвоживании, обессоливании, стабилизации, деэмульсации нефти), на очистных сооружениях (с открытых поверхностей песколовок, нефтеловушек, прудов дополнительного отстаивания, фильтров, аэротенков). Значительное количество углеводородов выделяется в атмосферу в результате негерметичностиоборудованияиарматуры.

Источникамиоксидовуглерода, азота исеры, сажиявляются

факельныесистемы, накоторыеподаютсявредныегазопарообразные веществадлясжиганияизтехнологическихустановок, коммуникацийи предохранительныхустройствприневозможностиихиспользованияв качестветопливавкотельныхустановках.

Все производственные объекты газовой промышленности характеризуются наличием постоянной фоновой загазованности, которая неодинакова для различных объектов и во всех случаях возрастаетсувеличением времениэксплуатации. Вомногихслучаях фоноваяконцентрациятоксичныхгазовпредставляетопасностьдля производственногоперсонала, населенияиокрестнойтерритории.

86

Источниками газовыделения на объектах газовой промышленностиявляютсяскважины, газопроводы, аппараты, факелы, предохранительныеклапаны, емкости, дымовыетрубы и постоянно действующие свечи, аварийные выбросы. Утечки газов через неплотности в запорной арматуре являются наиболее опасными источникамивредныхвыбросовнаустановкахкомплекснойподготовки газа. Абсолютнаягерметичностьтехнологическогооборудованияпри современномсостояниитехникинедостижима.

В составе загрязняющих веществ, характерных для объектов газовой промышленности, обычно выделяют сероводород, углеводороды и продукты сгорания. Кроме названных веществ содержатсятакжемеркаптаныRSH, входящиевсоставприродногогаза, парыметанола, используемоговкачествеингибитора, диэтиленгликоль

(НОСН) О иаммиак, применяемыедлясушкигазаинейтрализации

2 4 2

сернистыхсоединений.

Производственные объекты транспорта и хранения нефти, нефтепродуктов, природного газа вносят значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха. Основная часть загрязняющих веществ поступаетватмосферу изрезервуарови технологических аппаратов при сливоналивных операциях. Значительно загрязнение атмосферыиприхранениинефтиинефтепродуктовврезервуарах. В качествезагрязняющихвеществвыступаютсложныесмесибольшого количестваиндивидуальныхуглеводородов.

При хранении легкоиспаряющихся жидкостей в резервуарах различаютдвавидапотерь: оттакназываемых«малых» и«больших дыханий». Этивыбросыдополняютсяпотерямиот«обратноговыдоха» иотвентиляциигазовогопространстварезервуаров.

Потери от «малых дыханий» возникают при неподвижном хранении жидких углеводородов. Обусловлены они суточным изменениемтемпературыилибарометрическогодавления.

В дневноевремяпринагреверезервуараиверхнегослоянефтепродуктов количество паров и давление в герметичной емкости увеличиваются. Когда давление превышает расчетное, предохранительный клапан выпускает часть избыточныхпаровватмосферу.

В ночное, болеехолодноевремя, наблюдаетсяпротивоположныйпроцесс: частичная концентрация паров понижает давление в газовом пространстве резервуара, образуя вакуум, и создает условия для поступления в емкость наружноговоздуха.

Потери от «больших дыханий» происходят при наполнении резервуаранефтьюивытесненииизнегопаро-воздушнойсмеси.

87

Давлениесжимаемойсмесиоказываетсябольшесоответствующегодавления дыхательныхклапанов, ионивыбрасываютчастьсмесиватмосферупроисходит «выдох». Этипотериназываюттакжепотерямиотвытесненияпаровналиваемой жидкостью.

При откачкенефтепродуктов врезервуарвходитатмосферный воздух, увеличивающийобъемпаро-воздушнойсмеси. Избытокпаровоздушной смеси при этом выходит наружу, т. е происходит дополнительный «обратный выдох». Объем потерь от «обратного выдоха» составляетвсреднем10 % от«большихдыханий».

Потериот вентиляциивозникаютврезультатенедостаточной герметичностирезервуаров. Ониделятсянапотериотвыдуванияиот газовогосифона. Первыенаблюдаютсяврезервуарахснегерметичными крышками, через неплотности которых пары углеводородов выдуваютсяветром. Потериотгазовогосифонапроисходятвслучаях, когдаодинконецтрубысоединенсгазовымпространством, адругой- с нижнейчастью резервуараиатмосферой. Приэтом паро-воздушная смесьвыходитизрезервуаранаружу.

Фактическиепотеринефтепродуктовизрезервуаровчащевсего определяютнепосредственнымзамером. Приэтомобъемвыходящейиз резервуарапаровоздушнойсмеси замеряютгазовыми счетчиками, а объемную концентрацию вредныхвеществвнейгазоанализаторами.

3

Напримеретиповогоназемногорезервуара(объем5000 м) сбензином длялетнеговременивсреднейклиматическойзонебылоустановлено, чтопотериот«малогодыхания» составляют100 кг/сут, от«большого дыхания» - 1 кг/сут.

3.4. Защитаатмосферы

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна нефте- и газодобывающими предприятиями предусматривают различные технологические и организационно-технические мероприятия. На месторождениях, вгазекоторыхсодержитсясероводород, имуделяется особоевнимание.

Косновнымтакиммероприятиямотносятся: правильныйвыборматериаловдляоборудования, трубопроводов,

арматуры, средствконтрольно-измерительныхприборовиавтоматики, работающихвсредах, содержащихкислыегазы;

герметизация системы по добыче, транспорту и промысловой подготовкегазаиуглеводородногоконденсата;

88

применение систем автоматических блокировок и аварийной остановки, обеспечивающихотключениеоборудованияиустановокпри нарушениитехнологическогорежима.

Для уменьшения выбросов сероводорода и углеводородов с поверхностей испарения очистных сооружений рекомендуют использовать нефтеловушки закрытого типа и с отсосом газов на сжигание.

Работуфакельнойустановкисчитаютудовлетворительной, если происходитполноеибездымноесгораниегазов. Бездымногосжигания газовобычнодостигаютприсмешиванииихсводяным паром или подачейраспыленнойводы.

Сокращениепотерьнефти и нефтепродуктовпри перекачкеи хранении, снижениезагрязнения атмосферы достигаютс помощью организационно-техническихмероприятийиспециальныхтехнических средств.

Организационныемероприятия

Основополагающим условием экологической безопасности в данномслучаеявляетсявысокоекачествогерметизациивсейсистемы транспортаихранениянефтии нефтепродуктов. Приэксплуатации резервуаров учитывают, что потери от вентиляции газового пространстваимеютбольшойудельныйвесвобщемобъемепотерь.

Число внутрипарковых перекачек должно быть предельно сокращено.

Всеемкостиповозможностинеобходимодержатьсмаксимальным заполнением. Этообстоятельствозначительноуменьшаетпотерипри «большом» и «малом дыханиях». Расчеты показывают, что потери бензинаотиспаренияпри храненииеговназемныхметаллических резервуарахдлясреднейполосы Россиисоставляют(в% отобъема резервуара):

0,3 - призаполнениирезервуарана90 %;

1,0 - призаполнениина70 %;

9,6 - призаполнениина20 %. Соответствующиепотеривюжныхрайонахнашейстраны в1,5

разабольшеуказанных.

Специальныетехническиесредства

1. Применение резервуаров с уменьшенным объемом газового пространства(применениерезервуаровсплавающимикрышамиили

понтонами).

89

2.Хранение нефтепродуктов под повышенным давлением (полностью исключаютсяпотериот«малыхдыханий», апотериот «большихдыханий» сокращаютсяна50-60 %).

3.Применениесистемиустановокпоулавливаниюпаровнефтии нефтепродуктов. Помимо высокой экономической целесообразности этих систем, сохраняющих огромное количество дорогостоящих природныхуглеводородов, ониимеютисключительноприродоохранное значение.

Фирмой«Доукемиклкомпании» (США) разработанаадсорбционнаясистема улавливания нефтепродуктов, образующихся при испарении и выходящих из резервуаров. Выделяющиесяуглеводороды, проходячерезслой сополимерного адсорбента, сорбируютсянанем. Приопорожнениирезервуараилипонижении температурыокружающейсредывоздухзасасываетсяврезервуартакжечерезслой адсорбента. Если этот воздух предварительно подогреть, то он десорбирует поглощенные углеводороды. При этом возникает опасность образования взрывчатойсмеси. Дляисключенияэтойопасностивоздухзаменяютазотом.

4.Во многих случаях системы улавливания паров заменяют сжиганием их на факеле или в закрытом аппарате. В условиях динамического удорожания нефти и нефтепродуктов этот способ являетсяархаичным, апоотношениюкокружающейсредеопасным.

5.Использованиеотражательно-тепловойзащиты резервуаровот солнечной радиации для уменьшения диапазона изменения температурыгазовогопространства.

Отрицательноетепловоевоздействиесолнечнойрадиациирезкоограничивают соответствующей окраскойнаружныхи внутренних поверхностейрезервуаров, устройствомэкрановотражателей, орошениемкрыш резервуаровидр. Наиболее эффективнаокраскаповерхности резервуаровв светлыетона, для этой цели используюталюминиевуюкраскуибелуюэмаль. Окраскавнутреннихповерхностей резервуарауменьшаетпотоктеплаотстеноккповерхностинефтепродуктазасчет низкогокоэффициентаизлучения. Одновременнаяокраскавнутреннейинаружной поверхностейрезервуараснижаетпотериотиспаренияна50-60 % посравнениюс неокрашеннымрезервуаром.

6.Одним из перспективных направлений в снижении потерь легкоиспаряющихся нефтепродуктов является использование заглубленныхиподземныхрезервуаров. Притакомспособехранения практическиисключаетсяпотерянефтепродуктовот«малыхдыханий», таккакрезервуарынаходятсявнеоблучения.

7.Дляуменьшениявыбросовчерезпредохранительныеклапанына

аппаратахиспользуютконтрольныеклапанысосбросомгазовойсмеси взакрытую системупридавлениина15 % вышеноминальногои аварийныеклапаны свыбросомвредныхвеществватмосферучерез

сепараторпридавлениина20 % вышеноминального. Приэтомпотери

90