Экологические аспекты газо-и нефтедобычи

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГАЗО- И НЕФТЕДОБЫЧИ

1. Воздействие  бурения скважин на компоненты  биосферы

Нефть – природный продукт, который всегда попадал в биосферу естественным путем. В естественном углеродном цикле нефть не является загрязнителем. Загрязнение начинается тогда, когда в окружающую среду привносятся вещества в концентрациях, выводящих экосистему из состояния равновесия и приводящих к негативным последствиям. Иными словами: загрязнение – это то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве. Проблема заключается в том, что нефть в огромных количествах распространяется далеко за пределы промыслов и отходы ее использования попадают в воздух, почву и воду.

  Воздействие на гидросферу. Все загрязнения рано или поздно попадают в море. Главная опасность для морских прибрежных зон связана с освоением нефтяных месторождений континентального шельфа. При бурении скважины глубиной до 4000 м нарабатывается около 500 м³ бурового шлама и примерно 5000 м³ полужидких отходов. В мире пробурено более 70 тыс. морских скважин, около 20% мировой добычи нефти приходится на морские месторождения, поэтому легко представить степень нарушения состояния гидросферы в районах шельфа. С морских буровых установок, стационарных платформ на шельфе и танкеров в море попадает более 1,6 млн. тонн нефти в год.

  До 2010 года считалось, что самой крупной катастрофой за всю историю нефтедобычи на шельфе был выброс из скважины в Мексиканском заливе в 1979 г. Тогда из этой скважины в воды залива попало 300 тыс. т сырой нефти. Однако во время аварии в 2010 г на буровой платформе компании Deepwater Horizon в этот же залив вылилось уже более 600 тыс. тонн. От нефтяных загрязнений страдают обширные участки побережий. Например, Северное море так густо усеяно буровыми вышками, по его дну проложено такое количество трубопроводов, его воды бороздит такое количество танкеров, что даже специалисты не могут дать окончательное заключение о масштабах и последствиях его загрязнения. По этой причине на многих участках побережья Северного моря запрещено купание.

  Доказано, что сбросы в море бурового шлама  оказывают отрицательное воздействие  на морскую среду: вокруг морских  платформ под толщей шлама в донных осадках сформировались анаэробные условия, где макрофауна отсутствует. Съемки в Северном море выявили вблизи платформ повышенный уровень содержания углеводородов, которые являются остатками дизельного топлива – основы буровых растворов.

  Главный механизм самоочищения воды состоит  в деградации нефти. Углеводороды с  цепочками атомов углерода до С₁₅ (температура кипения до 250 °С) улетучиваются с водной поверхности в течение 10 суток, в среднем с испарением удаляется до 50% углеводородов нефти. Тяжелые фракции с цепочками атомов С₂₅ и выше практически не испаряются.

  Установлено, что окончательная судьба нефти в море определяется активностью микроорганизмов: описано 70 родов микроорганизмов и 30 видов грибов, окисляющих углеводороды. В районах моря, подверженных хроническому загрязнению нефтью, углеводородоокисляющие бактерии наиболее многочисленны и составляют 10 % от численности всего микробиоценоза. Содержащиеся в морской воде микроорганизмы в первую очередь потребляют н-алканы, а затем ароматические соединения. Сложность состава нефти и нефтепродуктов требует разнообразия микроорганизмов, способных атаковать компоненты нефти.

  Попавшая  в водоем нефть быстро растекается. Даже тончайшая нефтяная пленка изолирует  воду от кислорода воздуха, уменьшая тем самым ее аэрацию. По мере испарения  углеводородов плотность и вязкость нефтяной пленки увеличиваются, поверхностное натяжение уменьшается и растекание прекращается. Волны и течения разбивают пленку на отдельные капли.

  Со  временем образуются тяжелые и стойкие  агрегаты из парафиновых и ароматических  углеводородов, которые оседают  на дно. На образование этих агрегатов уходит до 10% разлитой нефти. Тяжелые фракции нефти, опускаясь на дно, образуют устойчивый к окислению слой на поверхности ила, в котором гибнут живые организмы. Тяжелые фракции нефти могут сохраняться в донных осадках в течение многих лет. При содержании нефти 0,2 мг/л вода приобретает характерный запах нефти или керосина, который не устраняется даже при хлорировании и фильтровании воды. Рыба под воздействием даже ничтожных концентраций нефтепродуктов приобретает стойкий керосиновый запах и не может быть скормлена даже скоту. Таким образом, нефть и нефтепродукты не только пагубно влияют на все звенья биологической цепи, но и нарушают обмен энергией, влаго- и газообмен между атмосферой и водоемами.

  Нефть и нефтепродукты относятся к  комплексным загрязнителям, действующим на водные организмы. Среди компонентов нефти наиболее токсичным обладают растворимые в воде нафтеновые кислоты, фенолы и ароматические углеводороды. Следствием загрязнения водной среды являются угнетение и подавление нормальной органической жизни, заморы рыбы и гибель нерестилищ. Проведенные биологами опыты с наиболее типичными составами буровых растворов показали, что нормальное развитие молоди рыбы в воде возможно лишь при разведении водой отработанного бурового раствора в 26 тысяч раз.

  При освоении месторождений на шельфе нужно  помнить об уязвимости, биологической  чувствительности морских экосистем  и их значении для народов, живущих  на берегах морей. На шельфе Сахалина добывается нефть с буровой платформы, установленной рядом с путями миграции серых китов. В результате действия шумов от сейсморазведки, интенсивного судоходства и загрязнения шельфа буровыми отходами эти животные вымирают. При бурении морских скважин выбуренный шлам, тара, технологические отходы должны транспортироваться на береговые базы.

  Разведка  и добыча углеводородного сырья  на шельфе Каспийского моря не отличаются высокой технологичностью. В 2000 г. там  погибло 3% всей популяции тюленей. Одна из причин – ослабление иммунной системы тюленей в результате нефтяного загрязнения их среды обитания.

  Море  в районе месторождения Нефтяные камни постоянно покрыто толстой  нефтяной пленкой. Нефтяное загрязнение  у восточного и западного берегов  моря в отдельные периоды в  десятки раз превышает допустимые пределы. Если аварии и разливы нефти на Каспии будут происходить в сегодняшних объемах, то через 40 лет в Каспийском море не останется ни нефти, ни промысловых биоресурсов. Выход один – интенсивность добычи нефти на Каспии следует регулировать, отталкиваясь не от условий рынка нефти, а от объема допускаемых и безопасных для биоты разливов нефти. Здесь может быть приемлемой только технология «нулевого сброса».

  Воздействие на атмосферу. Буровые установки, нефтяные и газовые промыслы являются технологическими объектами, выделяющими в атмосферу различные загрязняющие вещества.

  На  фотографии Земли, сделанной со спутника ночью, хорошо видны нефтяные и газовые  промыслы Западной Сибири, Мексиканского  и Персидского заливов, Каспийского  и Северного морей, освещенные горящими факелами. Сжигание попутного газа в факелах – это прямое загрязнение атмосферы. Горящие факелы загрязняют атмосферу сернистыми соединениями, отчего в радиусе до 250 м от факелов полностью уничтожается всякая растительность, а на расстоянии до 3 км сохнут деревья.

  При бурении скважин источниками загрязнений атмосферы являются залповые выбросы при нефте- и газопроявлениях, сжигание углеводородов на факельных установках при очистке призабойной зоны пласта, термическое обезвреживание буровых шламов, дизельные приводы и котельные установки на буровых.

  Ежегодно  в России в районах добычи нефти  и газа в год происходит один неуправляемый  выброс на 1000 скважин. Например, открытый выброс газа и конденсата, который  произошел на разведочной скважине Кумжа-9 в дельте реки Печоры, не удавалось заглушить в течение шести с половиной лет: скважина ежесуточно выбрасывала в атмосферу 2 млн м³ газа и сотни тонн конденсата. Горящая скважина – это вздымающийся на сотни метров в небо столб ядовитого дыма и огня. За годы аварии в факеле сгорело 4 млрд кубометров газа, что нанесло тяжелый удар по ранимой северной природе. Любая авария на буровой опасна и дорого обходится природе и нефтяной компании.

  При горении углеводородов окисление  их основных компонентов происходит с выделением тепла:

С + 0₂ -> С0₂ + 395 МДж/моль;

Н₂ + 1 /20₂ -* Н₂0 + 287 МДж/моль.

  Содержащиеся  в углеводородах серо- и азотосодержащие  примеси сгорают с образованием оксидов серы и азота.

  Оксид углерода – токсичный газ без цвета, запаха и вкуса –лишает ткани тела необходимого кислорода. Максимальная разовая ПДК в населенных пунктах–3 мг/м³.

  Диоксид углерода – бесцветный тяжелый газ, повышенное содержание которого в воздухе вызывает сердцебиение и удушье. ПДК в воздухе составляет 1 %. Увеличение содержания С0₂ в атмосфере может привести к парниковому эффекту – повышению средней температуры на Земле.

  Диоксид серы – бесцветный газ с резким запахом – губительно влияет на здоровье человека, растительный и животный мир, разрушает металлы и ткани. При фотохимических реакциях образует в воздухе аэрозоли, ухудшающие видимость. Порог раздражающего действия – на уровне 20 мг/м³. Сероводород–горючий высокотоксичный газ, выбрасываемый объектами нефтегазового комплекса. Среднесуточная ПДК в воздухе населенных пунктов – 0,008 мг/м³. Природные газы могут содержать значительное количество сероводорода. Например, природный газ Астраханского месторождения содержит до 25 % сероводорода.

  Оксид азота – бесцветный газ без запаха, в больших концентрациях вызывает удушье. Диоксид азота – газ красно-бурого цвета с удушливым запахом, оказывает общетоксическое, раздражающее и аллергенное воздействие. Максимальная разовая ПДК – 0,085 мг/м³.

  Для регулирования качества окружающей среды введен и строго контролируется предельно-допустимый выброс (ПДВ), который устанавливается для каждого источника выброса вредных веществ в атмосферу. ПДВ есть обоснованная техническая норма выброса вредных веществ из промышленных источников в атмосферу. На предприятиях нефтегазовых отраслей работы по нормированию выбросов начинают с инвентаризации вредных выбросов.

  Наиболее  эффективным методом обезвреживания шламов считается термический метод, когда шламы сжигаются в печах  разных конструкций. Этот метод позволяет  уничтожить токсичные примеси в  шламах и получить полностью обезвреженную  твердую фазу. Однако при сжигании шламов химические соединения, содержащие хлор, превращаются в токсичные диоксины, которые вместе с выбросами печей попадают в атмосферу.

  Следствием  выбросов в атмосферу диоксидов  серы и азота являются кислотные дожди, основными составляющими которых являются слабые растворы азотной и серной кислот. Кислотные дожди могут выпадать на больших расстояниях от источника выбросов оксидов серы и азота вследствие переноса их воздушными массами. Кислотные дожди оказывают разрушающее воздействие на конструкционные материалы и действуют на дыхательную систему человека.

  Считается, что следствием выбросов в атмосферу  парниковых газов – углекислого газа, метана и закиси азота – является глобальное потепление климата на планете. За последние 150 лет, то есть с начала индустриальной эпохи, концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 31 %, метана – на 151 %, закиси азота–на 17 %, в результате средняя температура у поверхности Земли увеличилась на 0,6 °С. По разным оценкам в XXI в. следует ожидать повышения глобальной температуры в пределах 1,5–6,0 градусов. Даже нижняя граница этого диапазона чревата для мировой экономики серьезными опасностями и может повлиять на образ жизни целых народов.

  Воздействие на почву. При бурении скважин и добыче углеводородов образуются значительные площади земель, оказавшиеся в зоне подработки и потерявшие свою первоначальную ценность.

  При бурении скважин загрязнителями почв, морских и грунтовых вод  являются буровые растворы, содержащие различные химические реагенты, буровые растворы на нефтяной основе, а также пластовые воды, которые могут содержать в одном кубометре до 300 кг солей. На некоторых месторождениях на каждую добытую тонну нефти из недр извлекается до 10 тонн пластовых вод.

  Одной из важных задач природоохранной деятельности буровых предприятий является внедрение в промысловую практику почвозащитных агроэкологических мероприятий, поскольку установлено угнетающее действие отходов буровых растворов (ОБР) и высокоминерализованных пластовых вод на активность почв.

  Шламовые  амбары – это токсичный очаг для прилегающих территорий. Во избежание утечек в грунт места размещения емкостей для хранения ГСМ и растворов, котлованов для сточных вод и бурового шлама должны быть обвалованы и гидроизолированы. Шламонакопители выводят из сельскохозяйственного оборота значительные площади. Обследование шламовых амбаров на месторождениях, где бурение велось с использованием соленасыщенных буровых растворов, показало, что на месте работы буровой установки площадь засоления грунтов и подземных вод достигает 4,5 га. При этом плодородие почв не восстанавливается много лет. Полное рассоление почв не зафиксировано ни на одном из участков, примыкающих к ранее пробуренным скважинам.