Состав и свойства нефти как потенциальный фактор загрязнения геологической среды и методы его оценки



страница2/14
Дата22.02.2016
Размер1.89 Mb.
ТипДиссертация
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

ВВЕДЕНИЕ


При добыче и транспортировке нефти происходит загрязнение природной среды, как правило, при аварийных ситуациях. Особенности и степень этого воздействия зависят от количества и состава нефти, а также от свойств природных систем, принимающих эти вещества. В одних случаях они устойчивы и даже инертны, в других – подвергаются быстрым преобразованиям и активно взаимодействуют с почвенно-грунтовой массой (Глазовская, 1988; Пиковский, 1988, 1993; Солнцева, 1998). В связи с этим возникает проблема, связанная с оценкой потенциального негативного воздействия нефтезагрязнений на природную, и в первую очередь, на геологическую среду.

Активное освоение северной части Тимано-Печорской провинции (ТПП) и реализация маршрута отгрузки нефти северным морским путем выводит в ряд первоочередных задач вопрос об экологической безопасности проводимых работ, и о проведении экологического прогнозирования (Аковецкий, 2008) возможных последствий намечаемой деятельности и реализуемых проектов. Впервые для северного региона такая оценка, где авторы учитывали характер загрязнения среды в зависимости от свойств и состава нефти, была выполнена на примере Центрально-Хорейверской впадины (Губайдуллин, Иванов, 2005) при поддержке РФФИ, грант


№ 05-05-97518.

В настоящее время существуют многочисленные методики оценки техногенного воздействия нефти на природную среду в различных регионах и климатических зонах. Однако отработанных методов интегральных количественных оценок экологической роли техногенных воздействий, включая опасность загрязнения природных систем нефтью и нефтепродуктами и общепринятых методов оценки вклада отдельных технических объектов в трансформацию ландшафтов нет. Большинство методик, где так или иначе ведется учет свойств и состава нефти, а также компонентов входящих в ее состав, направлены на оценку эффективности разрабатываемых способов очистки территории от нефтезагрязнений (Глязнецова, Тимофеев, Киреева, Зуева и др.), а также скорости и характере деградации отдельных загрязняющих веществ. Так, например, оценка техногенного воздействия нефти на почвы Западной Сибири (на примере Томской области), основывается на учете величины (концентрации) загрязняющего вещества (нефти) в почве, а также изучении изменения химических и физико-химических свойств грунтов с момента начала загрязнения и их динамика в процессе деградации и окисления нефти (Середина В.П.).

Другие методики оценки (Середин В.В., 1998), разработанные на основе результатов многолетних наблюдений за загрязненными почвогрунтами и подземными водами на территории «Лукойл-Пермнефтеоргсинтез», направлены на оценку ведущих геоэкологических признаков для определения эффективности использования известных способов санации. В рамках этой методики учитывается воздействие отдельных компонентов нефти на биоту. Здесь к рассмотрению приняты такие характеристики нефти как содержание легких фракций, метановых (включая твердые фракции) и циклических углеводородов, а также смол и асфальтенов. В итоге ведущие геоэкологические условия санации территорий представляются в цифровом виде, посредством энергетического критерия. Однако нельзя не отметить, что выделенные характеристики нефти учитываются в методиках лишь таблично (через отдельных представителей), безотносительно к их содержанию и расчеты сводятся к вычислению суммарной энергии разрушения загрязняющих веществ, что возможно к применению уже в рекультивационных работах. Необходимо отметить, что применение методов санации, предлагаемых по результатам применения этой методики, связано с нагревом грунтов и воды, что в рассматриваемом нами регионе неприемлемо. Это связано с опасностью последствий растепления многолетних мерзлых пород (ММП) и возможной активизацией таких процессов как солифлюкция, термокарст и пр., что может привести к разрушению строительных конструкций, выполненных по I (на замороженных грунтах) и II (исключающих тепловое воздействие на грунт) типу строительства и тем самым спровоцировать еще большие масштабы аварийных ситуаций. Кроме того, ввиду высокой заболоченности территории и близостью береговой линии, стоимость мероприятий, связанных с затратами энергии на нагрев, будет существенно больше, чем на приводимых в примере западно-сибирских районах.

В рамках проекта «Баренц-2020»на территории РФ активно внедряются зарубежные модели типа «OCKAR». Они разработаны с целью моделирования разливов нефти в открытом море и прибрежных акваториях и проработки сценария реагирования на нефтяной разлив с представлением информации о скорости и характере распространения загрязнения, а также возможностях деградации нефти в морских условиях. В этих моделях учитываются свойства нефти, длительность воздействия, объемы выброса загрязняющих веществ, характер аварий, погодно-климатические условия, а также океанографические данные (скорость ветра, волновой режим и др.) При оценке последствий аварий учитывается диспергация загрязнения волнами, испарение, растворение, био-деградация, а также фотоокисление нефти. Модель «OCKAR» была применена при оценке аварии в Мексиканском заливе и в 2007 году при разливе нефти в Норвегии. Однако в качестве характеристик нефти применяются только данные о ее углеводородном составе (С1-С22) и эта информация в модели учитывается лишь при расчете скорости разложения и окисления нефти. Модель «OCKAR» является сложным математическим продуктом, позволяющим учитывать многочисленные параметры и характеристики как техногенные, так и природные. Важно отметить, что оценка поведения нефти в условиях низкого заболоченного берега, где ее проникновение вглубь материка может достигать 10-15 км, что является характерным условием для юго-восточной части Баренцева моря, не представляется возможной без существенных доработок и вложения в модель комплексных данных, характеризующих район, которых в настоящее время нет.

Основной целью имеющихся методик является изучение форм преобразования уже загрязненных природных систем, анализ трансформации загрязняющих веществ и выявление эффективных методов восстановления и рекультивации нарушенных территорий и трансформированных почв, без возможности прогнозирования последствий и характера нефтезагрязнений до их возникновения.

В настоящее время центром активной добычи и транспортировки нефти на севере ТПП становится прибрежная зона юго-восточной части Баренцева моря, где объемы перевалки товарной нефти составляют более 10 млн. тонн в год. Являясь пограничной зоной «суша-море», данная территория характеризуется высокой чувствительностью к различного рода воздействиям и низкой самовосстановительной способностью природных комплексов.

Ввиду низкой плотности населения в районе исследования, основным природным объектом, подвергаемым воздействиям и трансформации в процессе разработки и эксплуатации месторождений и нефтетранспортных систем является геологическая среда1. Относительно слабая изученность района, низкая способность природных комплексов к самоочищению, присутствие близко залегающей многолетней мерзлоты, короткий вегетационный период, а также большое видовое разнообразие добываемой и транспортируемой нефти, выводят вопрос об оценке ее потенциального воздействия на геологическую среду в разряд важных и актуальных. Однако описание, и анализ таких сложных систем и механизмов невозможно достоверно оценить только экспериментально или теоретически, а математические модели потребуют существенных упрощений, поэтому для оценки потенциального воздействия нефти на геологическую среду прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря целесообразно использовать экспертный метод (Губайдуллин, 2003).

Целью работы является исследование состава и свойств нефти и разработка методики оценки ее потенциального воздействия на геологическую среду при аварийных разливах в прибрежной зоне юго-восточной части Баренцева моря.

Для достижения поставленной цели в работе рассмотрены и решены следующие задачи:



  • анализ факторов воздействия на верхнюю часть геологической среды, включая мерзлые породы, поверхностные и частично грунтовые воды, а также почвенно-растительный покров, как индикатор ее состояния;

  • исследование закономерностей изменения свойств нефти;

  • выявление характерных особенностей изменения состава и свойств нефти для месторождений прибрежной зоны;

  • исследование состава и свойств нефти, как потенциального фактора загрязнения, и методов его оценки;

  • разработка методики оценки воздействия нефти на верхнюю часть геологической среды (ГС) прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря;

  • районирование прибрежной территории по степени потенциального воздействия аварийных разливов нефти.

Положения, выносимые на защиту

  1. Нефть, добываемая из месторождений, расположенных в прибрежной зоне северной части ТПП, характеризуется большим видовым разнообразием и существенным изменением со временем ее состава и свойств, которые влияют на характер загрязнения ГС при аварийных разливах. Для месторождений рассматриваемой территории характерно повышенное содержание смолисто-асфальтеновых веществ, присутствие сероводорода, а также постепенное увеличение со временем содержания в нефти смол, асфальтенов, серы и других компонентов, опасное воздействие которых на ГС на данной территории наиболее вероятно.

  2. Разработанная методика, основанная на учете характера воздействия нефти на ГС путем проведения экспертного опроса, позволяет провести оценку уровня экологической опасности возможных нефтяных загрязнений для объекта воздействия на основе комплексного анализа многочисленных факторов и унификации единиц их измерения с применением балльных шкал.

  3. Использование методики экспертной оценки на основе балльных классификаций позволило районировать прибрежную зону по степени негативного воздействия возможных аварийных разливов с учетом индивидуальных свойств и состава нефти, а также климатических и геологических особенностей территории, что необходимо для разработки наиболее оптимального размещения пунктов экологического мониторинга и планирования способов рекультивации загрязненных земель.

Научная новизна исследований

  1. На основе имеющихся и полученных автором новых данных впервые исследованы и установлены основные закономерности изменения химического состава и физических свойств нефти по всему разрезу продуктивных пластов месторождений прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря. Это позволило выявить особенности и динамику изменения отдельных характеристик добываемого сырья, и, как следствие, оценить степень его потенциальной опасности для ГС в случае аварийных разливов.

  2. Усовершенствована и адаптирована методика экспертной оценки применительно к задаче исследования потенциального негативного воздействия нефти на геологическую среду с учетом ее индивидуальных физико-химических характеристик.

  3. Проведено районирование рассматриваемой территории по результатам оценки с использованием установленных весовых коэффициентов, учитывающих индивидуальный состав нефти и особенности геологической среды прибрежной зоны севера ТПП.

Практическая значимость

Районирование территории по степени потенциальной опасности добываемого и транспортируемого углеводородного сырья на основании результатов проведенной оценки позволяет заблаговременно выделять участки, где в случае возникновения аварий, последствия загрязнения будут наиболее неблагоприятными. Кроме того, выполненное геоэкологическое районирование позволяет обосновать систему экологического мониторинга объектов и участков, находящихся в зонах высокого уровня потенциальной опасности воздействия нефти на приповерхностную часть геологической среды, а также планировать и рекомендовать мероприятия по рекультивации нефтезагрязненных территорий.

Результаты диссертационной работы учтены в ООО «Варандейский терминал» при актуализации программы проведения производственного экологического мониторинга на береговых объектах нефтеотгрузочного комплекса и используются при проведении учебных занятий в Институте нефти и газа САФУ имени М.В. Ломоносова.

Личный вклад автора и методы исследований

К основной идее диссертационной работы – оценке воздействия нефти на геологическую среду с учетом ее состава и свойств автор пришел в процессе участия в научно-практических конференциях под руководством профессора М.Г. Губайдуллина, а также в результате продолжительного личного исследования свойств нефти месторождений северо-востока Тимано-Печорской провинции и анализа экологической обстановки в исследуемом районе. Основы использованного подхода, в части экспертной оценки влияющих факторов, изложены в более ранних работах (Айвазян и др. 1989; Саати, Кернс, 1991; Солнцева, 1998; Губайдуллин, 2002, 2005; Коробов, 2008 и др.), но его адаптация и апробация применительно к данной проблеме и территории впервые выполнена непосредственно автором.

Методы исследований заключались в использовании широкого комплекса средств, включающих более 1000 лабораторных анализов образцов нефти Варандейского, Торавейского, Южно-Хыльчуюского и других месторождений расположенных в районе исследования, а также их смесей, транспортируемых через Варандейский нефтеотгрузочный терминал, и анализ состояния верхней части геологической среды исследуемого региона (исследования почв, грунтов и поверхностных вод), выполненных автором в период с 2008 по 2013 годы. Исследования также включали в себя анализ и обобщение фондовых и литературных источников; аналитическую и статистическую обработку данных и графическую интерпретацию результатов, с использованием различных электронных приложений. В качестве практического результата, автором выполнено районирование месторождений, расположенных в районе исследования, а также участков действующей сети межпромысловых нефтепроводов с целью выявления наиболее потенциально опасных зон. Результаты районирования можно использовать для минимизации площадей первичных нефтезагрязнений, уменьшения риска попадания поллютантов в почвенно-грунтовые и поверхностные воды, для заблаговременного выделения участков, где наиболее возможно возникновение аварийных ситуаций. Кроме того, полученные результаты являются инструментом для обоснования расположения пунктов экологического мониторинга и методов рекультивации нефтезагрязненных территорий.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на российских и международных конференциях и семинарах: на II Международной научно-практической конференции «Проблемы развития энергетической и транспортной инфраструктур в условиях освоения Европейского Севера и Арктического региона на ближайшую перспективу» (Архангельск, 2012); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2013» (Москва, 2013); Международной российско-норвежской научной конференции «Исследование и освоение углеводородных ресурсов прибрежных регионов» (Архангельск, 2013); в международном семинаре "Рассохинские чтения" (Ухта, 2012, 2014); на Х научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2014); на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2012); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии – нефтегазовому региону» (Тюмень, 2013), а также ежегодных научно-технических конференциях АГТУ-САФУ (Архангельск, 2008-2013).

По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка использованной литературы, включающего 121 источник. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 10 таблиц.




Каталог: diss2 -> files


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница