Введение к работе
Актуальность проблемы
Нефтяная промышленность является базовой валютообразующей отраслью топливно-энергетического комплекса, оказывающей существенное влияние на экономическое состояние страны. Ежегодно в России добывается примерно 300 млн т нефти. Дальнейший рост уровня её добычи до 2020 года будет обеспечиваться за счет ввода новых месторождений на территориях ХМАО-Югра, Томской области, Тимано-Печорского бассейна, Восточной Сибири, Республики Саха и системы «Ямал».
Западная Сибирь остается главной нефтедобывающей провинцией России, на долю которой приходится более половины объема добычи в стране. Здесь же сосредоточены и крупнейшие в мире массивы болот (~ 66 % территории заболочено).
Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов имеют место на всех стадиях обращения с ними: при добыче, транспортировке, хранении. Другие загрязнители не могут сравниться с нефтью по масштабам распространения и количеству источников загрязнения окружающей природной среды. Статистика аварийности указывает на значительное количество аварий на магистральных и межпромысловых нефтепроводах. Потери нефти при этом составляют не менее 4,5 млн т/год. Поэтому территория Западной Сибири характеризуется значительными загрязнениями компонентов природных комплексов.
Существующие методы и средства не всегда оказываются способными достичь главную цель при аварийных разливах нефти – быстро и без последствий удалить загрязнители окружающей среды. Известные методы рекультивации болотных почв (сжигание, засыпка болотных ценозов песком, снятие плодородного слоя, фрезерование и др.) приводят к разрушению деятельного слоя, гибели микрофлоры, ухудшению режима водовоздушного торфогенного слоя. Такие приемы нарушают основной принцип восстановления природных комплексов – «не навреди» - и ряд законодательных актов.
Восстановление переувлажненных почв, многочисленных болотных озерков, «техногенных» котлованов, сплавинных болот и т.д. с помощью известных технологий невозможно или малоэффективно из-за присутствия на них водной растительности, эмульгированной нефти и битуминозной корочки. Реабилитация таких объектов затягивается на 10…20 лет.
Отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают летучие фракции нефти, недоокисленные продукты горения при выжигании разлитой нефти и горении попутных нефтяных газов (ПНГ) на факелах. При пиролизе углеводородов образуются обширные ореолы загрязнения атмосферы опасными газами, аэрозолями, сажей, содержащей канцерогенные вещества и тяжелые металлы. В среднем уровень использования ПНГ на лицензированных промыслах Западной Сибири составляет менее 70 %.
Под руководством и при непосредственном участии заслуженных ученых Чижова Б.Е., Гашева С.Н., Сороматина А.В., Вавера В.И., Вершини-
на Ю.А. и др. разработаны и внедряются методические и практические рекомендации по комплексной рекультивации нефтезагрязненных ландшафтов Среднего Приобья. Вопросам повышения надежности и безопасности линейной части и технологического оборудования, ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов и их последствий посвящены известные работы Гумерова А.Г., Бородавкина П.П., Черняева В.Д., Галюка В.Х., Хасанова И.Ю., Идрисова Р.Х., Гумерова Р.С., Шаммазова А.М., Хлесткина Р.Н. и др.
Однако, в силу обострения экологических проблем, связанных с возрастающей техногенной нагрузкой на природно-территориальные комплексы Западной Сибири, со специфическими условиями формирования органогенных почв в болотных и аквальных ландшафтах, атмосферы, отличающихся слабой эколого-химической устойчивостью к техногенным воздействиям, малой несущей способностью, небольшим потенциалом для самоочищения и самовосстановления, использование существующих методов защиты составляющих природной среды далеко недостаточно. Имеющиеся разработки ещё не привели к должным результатам.
Целью настоящей работы является разработка новых рациональных техники и технологий минимизации воздействия разливов нефти и газообразных выбросов на болотные и аквальные экосистемы, восстановления и сохранения биотического равновесия в природно-территориальных комплексах окружающей среды при добыче, подготовке и транспорте нефти.
Основные задачи исследований
1. Провести анализ физико-химических свойств нефтей и их составляющих, оказывающих вредное воздействие на компоненты природных комплексов; динамики аварийности на магистральных и внутрипромысловых трубопроводах; техногенных ситуаций и их причин, связанных с выбросами нефти, нефтепродуктов и углеводородных газов в окружающую природную среду.
2. Предложить оперативные методы определения типа болот для оценки проходимости аварийной техники с минимальным разрушением массива; методики определения механических свойств торфяных почв в полевых условиях, площади и объема разлива.
3. Разработать технику и технологии для локализации, сбора и удаления разливов нефти, в том числе застарелых, с поверхности болотных и аквальных ландшафтов.
4. Разработать технические средства и технологии сокращения потерь нефти от испарения (ПНИ) с открытой поверхности.
5. Разработать способ рационального использования попутного нефтяного газа малых и удаленных месторождений.
Методы решения поставленных задач
При решении поставленных задач использовались аналитические методы решения дифференциальных уравнений.
Для подтверждения выводов и реализации предложенных в работе расчетных методов использованы экспериментальные данные стендовых и опытно-промышленных испытаний, при этом применялись современные методы обработки результатов наблюдений.
Научная новизна
1. Для обеспечения безопасного для болотного массива передвижения аварийной техники и очистки болотных ландшафтов от нефтяного загрязнения предложены инженерно-графический метод оценки проходимости массивов болотоходной техникой, методики определения механических свойств торфяных почв в полевых условиях, метод определения площади и объема разлива.
2. Разработаны и научно обоснованы комплект оборудования и технологии для удаления нефтяных разливов с болотных и аквальных ландшафтов.
3. Разработана математическая модель, позволяющая на новом уровне оценить технические решения по удалению нефти в болотных системах.
4. Разработан метод получения изолирующего состава для снижения потерь нефти от испарения в условиях 2-стороннего переноса вещества через границу раздела фаз «газ - жидкость».
5. Предложен метод утилизации попутного нефтяного газа на мобильных блочных установках на отдаленных труднодоступных месторождениях.
На защиту выносятся результаты экспериментальных и теоретических исследований, их обобщение и практические рекомендации по обеспечению высокой эффективности процессов локализации и удаления разливов жидких углеводородов с болотных массивов, снижения потерь нефти от испарения с открытых поверхностей, утилизации попутного нефтяного газа на малых труднодоступных нефтегазовых месторождениях.
Практическая ценность и реализация результатов работы
1. Предложен метод прямой оценки объема разлитой нефти.
2. Разработаны техника и технологии для локализации и сбора нефти с поверхности болотных почв, многочисленных болотных озерков, ловчих ям, «техногенных» котлованов, сплавинных болот и зыбунов.
3. Разработаны способы сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения с открытой поверхности.
4. Предложен метод утилизации попутных нефтяных газов на малодебитных нефтегазовых месторождениях.
Всепогодный барабанный нефтесборщик и боновое заграждение аэродинамического принципа действия выпускаются серийно на ОАО «Белебеевский механический завод» в кооперации с ОАО «Салаватнефтемаш» и
ОАО «Витязь». Нефтесборщик внедрен во многих нефтяных компаниях
ОАО «НК «Роснефть», ОАО «АНК «Башнефть», ТО «Таза-Мунай» (Республика Казахстан).
Предложенные технологии рекомендуются для защиты от нефтяных загрязнений природно-территориальных комплексов Западной Сибири.
Апробация работы
Основные результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях, проходивших в рамках:
- VII Конгресса нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 22 мая 2007 г.;
- VII Российского энергетического форума, г. Уфа, 24 октября 2007 г.;
- VIII Конгресса нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 26 мая 2009 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 в соответствии с Перечнем ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 142 наименования, и 6 приложений; содержит 155 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 14 таблиц.
