Арктический шельф: технологии, разработки, оборудование

Запись от:admin Опубликовано:Июл 26,2017

В последние годы заметно возрос интерес к нефтепоисковым работам на арктическом шельфе, а также в других слабоизученных регионах. И хотя эта деятельность выглядит как нечто новое, нефтепоисковые работы, а в некоторых случаях и добыча нефти в Арктике, уже ведутся долгое время.

В 1970 и 1980 г почти 100 скважин было пробурено в канадских территориальных водах моря Бофорта и в Канадском Заполярье. В тот же период в территориальных водах США, в Чукотском море, было пробурено пять скважин. В заливе Кука, у южных берегов Аляски, нефтедобыча ведется уже 50 лет, а нефтедобыча на северном берегу Аляски началась более 30 лет назад, в основном на базе континентальных скважин, но также и с прибрежных искусственных островов, расположенных на мелководье.

В последнее время началась добыча нефти и газа на шельфах России. Продолжаются или планируются дальнейшие шельфовые нефтепоисковые работы в других регионах Арктики, например, в море Бофорта и у побережья Аляски, в Чукотском море, в Западной Гренландии, в Карском и в Баренцевом морях. Нефтяные разливы в море могут произойти на любом из этапов добычи, хранения или транспортировки нефти. Какие технологии для их ликвидации существуют сегодня?

Широко известно, что по совокупности показателей токсичности и масштабов вовлечения в хозяйственную деятельность нефть является одним из наиболее существенных факторов экологического риска для биоты вообще, а арктической, в силу особой уязвимости природной среды к техногенному и антропогенному загрязнению, особенно. В составе нефти содержатся мутагены, канцерогены, ингибиторы биосинтеза и другие токсиканты.

Нефтяные разливы в море могут произойти на любом из этапов добычи, хранения или транспортировки нефти. Среди потенциальных источников разливов нефти можно назвать фонтанирование скважины во время подводной разведки или добычи, выбросы или утечки из подводных трубопроводов, утечки из резервуаров для хранения нефтепродуктов, располагающихся на суше, или утечки из трубопроводов в береговой зоне, а также в результате аварий с участием судов, транспортирующих нефть, или разлива топлива с судов. По сравнению с водами Мирового океана, арктические морские воды имеют более низкие значения температуры и солености.

Типичные зимние условия в Арктике — низкие температуры, образование и движение морских льдов, экстремальные и непредсказуемые погодные условия и продолжительные периоды темноты (полярная ночь). Любое из перечисленных условий является фактором повышения рисков значительных аварийных разливов нефти и способно привести к снижению эффективности мероприятий по ликвидации таких разливов. Но одновременно наличие льда может помочь локализовать разлив нефти, за счет этого можно выиграть время на подготовку мероприятий по ликвидации разлива и, соответственно, снизить ущерб окружающей среде. А низкие температуры и малые амплитуды волн в ледяном поле замедляют выветривание разлитой нефти, что и увеличивает окно реализации некоторых способов уборки нефти.

Стоит отметить что, условия аналогичные арктическим (морской лед, низкие температуры), круглый год или какую-то его часть могут наблюдаться в таких регионах, как Сахалин, Балтийское море, Каспийское море и Лабрадор.

Ликвидация разливов нефти требует больших затрат и усилий в любых обстоятельствах, а арктические условия создают дополнительные сложности, связанные с защитой окружающей среды и логистикой. В то же время уникальные особенности арктической окружающей среды в некоторых случаях способствуют ликвидации разлива.

В этой статье рассмотрены некоторые из этих особенностей и их влияние на технологии и оборудование, используемые при ликвидации аварийных разливов нефти в условиях Арктического континентального шельфа. В некоторых случаях эти технологии являются стандартными приемами ликвидации разливов нефти, доработанными с учетом климатических температур региона, но во многих случаях способы уборки были специально разработаны для применения именно в Арктике. Некоторые из этих технологий разработаны недавно, тогда как другие являлись предметом исследовательской деятельности более 30 лет. Во всех случаях технологии продолжают совершенствоваться и дорабатываться в лабораторных и полевых условиях; в последующие годы планируется проведение дополнительных научно-исследовательских работ.

Технологии ликвидации разливов нефти на континентальном шельфе Арктики

Ликвидация нефтяного разлива на море ставит перед собой цель уменьшить ущерб для экологических и социально-экономических ресурсов, сокращая при этом время, необходимое для восстановления этих ресурсов и обеспечивая приемлемые стандарты очистки [4].

Технологии ликвидации разливов нефти — это, по существу, способы сбора и извлечения нефепродуктов.

Основными способами ликвидации аварийных разливов являются [2]:

— механический способ (основан на применении механических нефтесборных устройств различной конструкции: крупногабаритных нефтесборных систем и скиммеров);

— сжигание на месте (нефть является воспламеняемым веществом при нормальных условиях и может быть свободно сожжена на поверхности воды или льда);

— применение химреагентов (многократное ускорение природного эмульгирования нефти в море под воздействием волнения и течений, поглощение сорбентами).

Также для локализации разлива нефти в определенной зоне и препятствования его распространения по поверхности воды применяются боновые заграждения. Боны могут иметь как обычную конструкцию, так и быть огнестойкими

Выбор технологий локализации и ликвидации разлива производится, исходя из условий разлива и реальных возможностей, определяющихся имеющимися силами и средствами, а также местными условиями, связанными с разрешением использования сжигания, диспергентов для защиты районов высокой экологической ценности [3].

Механическое ограждение и сбор нефти

Нефть, разлитая на открытой водной поверхности, быстро растекается, формируя тонкую пленку. В таких условиях в первую очередь необходимо осуществить локализацию нефтяного пятна, чтобы предотвратить дальнейшее растекание нефти и обеспечить максимальную толщину нефтяной пленки для ее эффективного сбора [1].

Для локализации разливов нефти на открытой воде при малой сплоченности льда (до 30%) зачастую используют следующие традиционные технологии [5, 6]:

— боновые ограждения «нулевого» рубежа — заранее или оперативно устанавливаемые ограждения судов, платформ и причалов, являющихся источниками разливов нефти (рисунок 1);

— сбор спускаемыми на воду плавающими морскими скиммерами в местах с наибольшими концентрациями нефтепродуктов, создаваемыми в U- или J-образных нефтесборных ловушках с использованием буксируемых линий бонов (рисунок 2);

— сбор нефти и нефтепродуктов скиммерами, установленными (закрепленными) на судах в нефтесборных ловушках, образующихся при тралении разлива (рисунок 3);

— отклонение/остановка дрейфа — линии направляющих боновых ограждений с закреплением концов бонов на берегу или на морских сооружениях;

— использование комбинированных схем для получения преимуществ каждой из технологий (рисунок 4).

РИС. 1. Схема организации нулевого рубежа локализации и нефтесборных заграждений на акватории

РИС. 2. Традиционные схемы организации сбора нефти и нефтепродуктов с буксируемыми линиями бонов

РИС. 3. Схема сбора нефти тралением

РИС. 4. Комбинированные схемы сбора нефти

Как говорилось выше, для локализации и концентрации разлитой нефти и для дальнейшего сбора на открытой водной поверхности обычно применяются боновые системы. Традиционный сбор нефти с использованием боновых заграждений наиболее эффективен на открытой водной поверхности и при сплоченности льда до 10%, но может быть использован с относительной эффективностью и при сплоченности ледяного покрова до 20-30% и в сопровождении ледокола, если концентрация льда превышает 70%. Нефтесборные системы с одним судном, оборудованным выносными бортовыми стрелами, на которых закреплены боны, могут маневрировать между крупными льдинами и работать при большей концентрации льда, чем это возможно для традиционных боновых систем. По мере увеличения сплоченности льда использование бонов ограничивается и на приток нефти можно рассчитывать только при наличии течения, приносящего нефть к нефтесборным устройствам или прижимающего разлив к кромке сплоченного льда, у которой могут формироваться участки с толщиной, достаточной для эффективного сбора. При концентрации льда более 70% лед выполняет функцию барьера, препятствующего растеканию нефти, и при достаточной сплоченности полностью предотвращает растекание и утончение нефтяного пятна. Такая естественная локализация может быть преимуществом при мероприятиях ЛАРН, так как в таких условиях нефтяное пятно занимает меньшую площадь и собирается в более толстую пленку между льдинами, откуда ее легче собрать, чем при разливе среди множественных фрагментов разреженного льда или в открытой воде. Кроме того, присутствие льда изменяет характер ветрового волнения в море, так как льдины гасят короткие волны. В отсутствие разбивающихся волн нефть, скопившаяся между льдинами, выветривается не так быстро, как в условиях открытой воды, когда под действием атмосферных условий она эмульгируется и выветривается, становясь вязкой [1].

Уплотнение разливов у участков высокой сплоченности или у кромки сплошного льда создает опасность захвата нефти льдами и сбор нефти на таких участках должен производиться максимально оперативно.

Сбор крупного разлива нефти в битом льду не будет непрерывным и потребует многократных перестановок нефтесборных устройств в покрытых нефтью разводьях между льдами. При этом производительность нефтесборного оборудования может быть далека от его паспортных характеристик в силу перерывов в его работе, по свойствам собираемой нефти, имеющей повышенную вязкость при низких температурах, и характеристик разливов. Сбор значительных количеств разлитой нефти требует много времени, многочисленных нефтесборных устройств и их носителей с вытекающими отсюда задачами ресурсного и организационного характера.

Скиммеры могут использоваться при скоплениях нефти практически в любых ледовых условиях, если специализированные суда могут подойти к месту разлива без нарушения естественной локализации нефти льдинами.

В настоящее время существует 4 основных типа скиммеров, используемых для сбора нефти в море: олеофильные, пороговые, вакуумные и механические. Несмотря на то, что принципы работы нефтесборных систем не претерпели существенных изменений за последние тридцать или даже больше лет, сейчас, благодаря усовершенствованному дизайну и новым разработкам, эффективность их работы существенно увеличилась. Каждый из типов нефтесборных систем имеет свои преимущества и недостатки, но любые системы механического сбора нефти, разлитой в присутствии льда, должны быть оборудованы системой удаления льда для получения доступа к нефти и эффективного ее сбора. Такие системы должны быть рассчитаны на работу при низких температурах, поэтому скиммеры оборудуют системами защиты и/или подогрева, защищающими их от замерзания.

Выбор типов скиммеров определяется следующим образом:

— при незначительной сплоченности льда и сплоченности до 30% — все типы скиммеров, размещаемые на участках чистой воды в сочетании с искусственной локализацией боновыми заграждениями;

— в условиях крупнобитого льда повышенной сплоченности льда могут использоваться спускаемые на воду в разводьях специализированные скиммеры, позволяющие отделять нефтеводяную смесь ото льда (типа Lamor Arctic Skimmer);

— в условиях мелкобитого льда предпочтительно использование небольших спускаемых с судна скиммеров (например, съемных устройств типа Rope Mop или Fox Tail, а также щеточных скиммеров, которые крепятся к стреле-манипулятору).

Стоит отметить, что разлив нефти не останавливает процесс ледообразования, который будет продолжаться после выравнивания температуры разлитой нефти с температурой морской воды под слоем разлитой нефти. Этот процесс является одним из факторов, ограничивающих подвижность разлива нефти в зимнее время.

В случаях, когда отделение нефти ото льда оказывается невозможным (ледовая каша, вмерзшая в лед нефть и т.п.) может потребоваться подъем загрязненного льда на палубу судна, хотя возможности обработки загрязненного льда на судах без специально оборудованных палубных площадок обычно ограничены.

Не исключена и такая ситуация, когда разлив нефти происходит под сплошным или сильно сплоченным льдом (например, при авариях на морских трубопроводах). В таком случаи в предполагаемых местах скопления нефти производится вскрытие ледового покрова ледоколами и разрушение крупных льдин, способных удерживать нефть, для обеспечения сбора нефти. Если использование ледоколов невозможно (например, при разливе на мелководье) и имеется возможность высадки людей на лед, то производится поиск локальных скоплений нефти точечным вскрытием ледового покрова и, при обнаружении нефти, устройство ледовых каналов для сбора всплывающей в них нефти. Если вскрытие льда ледоколами и вручную оказывается невозможным, то место предполагаемого скопления нефти отмечается выставлением индикаторных буев для отслеживания положения до появления технической возможности вскрытия льда или его сезонного разрушения [5].

Сжигание нефти на месте

Технология сжигания на открытой воде позволяет очень быстро и эффективно удалить нефть с водной поверхности. Применение буксируемого огнеупорного бонового заграждения, с помощью которого улавливается разлитая нефть, увеличивает ее толщину, а также изолирует некоторую часть разлива на открытой воде или в разреженных льдах, с последующим воспламенением нефти гораздо проще проводить операции по ЛАРН, предусматривающие использование механических средств сбора, транспортировки, хранения, обработки и утилизации. Воспламенение нефти осуществляется путем выброса на нефть запального устройства (желатинообразного топлива), как правило, с вертолета или с судна. В случае успешного воспламенения некоторая часть или вся нефть выгорает с поверхности воды или льда. Но некоторое количество нефтепродуктов после горения остается в любом случае. Эти остаточные продукты могут оставаться на плаву, оседать на дно или обладать нейтральной плавучестью (в зависимости от типа разлитой нефти и условий горения).

Нефть может попасть на поверхность льда в результате непосредственного разлива либо вследствие ее миграции сквозь лед в весеннее время (из слоев нефти, заключенных под ледовым покрытием или внутри него, после подводного выброса в зимнее время). В таких ситуациях сжигание на месте может рассматриваться как одна из контрмер для удаления нефтяных пятен. В случае с большим количеством проталин, разбросанных на большой территории, для воспламенения отдельных нефтяных пятен можно применять вертолеты с воспламенителями. На небольших территориях могут применяться способы ручного воспламенения. Под действием ветра нефть в проталинах может сгоняться к подветренной кромке льда, где ее толщина достигает нескольких миллиметров. Эффективность сжигания нефти в отдельных проталинах может превышать 90-95%. Общая эффективность сжигания на месте при удалении нефти с поверхности льда, установленная при проведении полевых испытаний, лежит в пределах от 30 до 90% и в среднем составляет 60-70%. Эффективность зависит от обстоятельств разлива, например, от распределения размеров проталин относительно точности внесения воспламенителя, толщины пленки, степени эмульгирования и т.д. Для областей неподвижного льда, где нефть может появиться на поверхности ранней весной, возможно вручную смыть и/или собрать остатки горения до момента окончательного разрушения ледового покрова [1].

Нефть, разлитая на поверхности льда и смешавшаяся со снегом, может успешно сжигаться в сугробах даже в условиях арктической зимы. Загрязненная нефтью снежная масса, доля снега в которой достигает 70%, может сжигаться на месте. Для смесей с более низким содержанием нефти для инициации горения могут использоваться катализаторы, такие как дизельное топливо или свежая сырая нефть. Для еще более разжиженных смесей нефти в снегу целесообразно сгребать загрязненный нефтью снег в сугробы, пока нефть не сконцентрируется до уровня, допускающего успешное воспламенение и сжигание. При этом сугробы загрязненного нефтью снега должны быть конусообразными с углублением посередине, куда помещается воспламенитель. Под действием тепла от пламени тают окружающие внутренние стенки конического сугроба, при этом из снега высвобождается нефть, которая стекает в центр сугроба и служит топливом для огня. При таком способе образуются значительные количества талой воды у основания сугроба, которую следует отводить.

Ключ к эффективному применению технологии сжигания — это достаточная толщина нефтяного пятна. С помощью огнеупорного бонового заграждения можно собирать пятна и поддерживать их достаточную толщину на относительно открытой воде. Однако при повышении сплоченности льда применение бонового заграждения становится затруднительным. В таком случае для увеличения толщины нефтяного пятна применяют собирающие поверхностно-активные веществ (ПАВ), которые во множестве экспериментов доказали свою эффективность за счет значительного уплотнения нефтяных пятен в холодной воде, а также в битом и снеговом льду при сплоченности ледового покрова до 70% [1].

Несмотря на множество факторов, побуждающих к рассмотрению технологии сжигания на месте как основного способа борьбы с разливами нефти, применение данного метода может вызывать некоторые возражения. Отмечается три главных проблемы:

  1. Эффективность технологии в значительной мере зависит от первоначальных условий разлива, а особенно — от толщины пятна. В случае если разлив нефти произошел на неподвижном поле относительно сплоченного льда, нефть в основном не растекается, при этом образуя пятно с толщиной, достаточной для эффективного сжигания. С другой стороны, при разливе нефти на менее сплоченный лед, отмечается ее тенденция к распространению и истончению слоя с течением времени, что делает сжигание неэффективным, если не применять какие либо средства локализации пятна.
  2. Опасения по поводу вторичных возгораний, представляющих угрозу для человеческой жизни, имущества и природных ресурсов.
  3. Потенциально вредные воздействия на окружающую среду и здоровье человека со стороны побочных продуктов сжигания, в первую очередь — дыма.

Ввиду выше изложенного, технология сжигания нефти на месте разлива является дополнительной и применяется в тех случаях, когда ее механический сбор, транспортировка или ликвидация оказываются невозможными.


admin

Нет описания. Пожалуйста, обновите свой профиль.

ОТВЕТИТЬ

    Март 2019
    Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
    « Ноя    
     123
    45678910
    11121314151617
    18192021222324
    25262728293031