Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование систем ликвидации разливов нефти (ЛРН) в замерзающих морях

ВАК РФ 25.00.18, Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование систем ликвидации разливов нефти (ЛРН) в замерзающих морях"

На правах рукописи

Маричев Андрей Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ МОРЯХ

Специальность: 25.00.18 - "Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых "

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003479695

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ»

Научный руководитель:

д.т.н. Самсонов Р.О.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Бухгалтер Э.Б. к.т.н. Ефремкин И.М.

Ведущая организация: ООО «Газпром газобезопасность»

Защита состоится «11» ноября 2009 г. в 12 час. 00 мин.

на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при ООО «Газпром ВНИИГАЗ по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, Газпром ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Автореферат разослан « ¿> » октября 2009г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

д.г.-м.н.

Соловьев Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Согласно Энергетической стратегии России основные объемы прироста запасов, увеличение и стабилизацию добычи углеводородного сырья планируется осуществлять за счет континентального шельфа, в первую очередь, арктического. Как заявил В.В. Путин: «Особое стратегическое значение для России имеет освоение природных богатств арктической зоны и континентального шельфа. Как известно, все перспективные запасы газа находятся в море. И здесь альтернативы морским технологиям нет». Однако шельф арктических и дальневосточных морей представляется наиболее трудным с точки зрения доступности для освоения, что добавляет еще один уровень технико-технологической сложности к задачам прогнозирования возможных последствий, обоснованию принципов и методов обеспечения промышленной и экологической безопасности.

По этим причинам исследования проблем надежной и безаварийной эксплуатации арктических морских промыслов и транспортировки продукции, среди которых особенно важными являются предотвращение и ликвидация аварийных разливов жидких углеводородов в труднодоступных районах с суровыми климатическими и ледовыми условиями, а также отсутствии необходимых объектов береговой инфраструктуры являются весьма насущными. Поэтому совершенствование систем ликвидации разливов нефти (ЛРН) является актуальной задачей исследований.

Цель диссертационной работы: разработка методов и совершенствование систем обнаружения и ликвидации разливов нефти в замерзающих морях.

Для достижения указанной цели в работе рассмотрены вопросы информационного, технического и организационного обеспечения планирования и проведения операций ЛРН.

Информационное обоснование разработок основывается на средствах и способах сбора, накопления, обработки и использования данных о процессах эксплуатации существующих систем ЛРН, результатов анализа сведений по мерам предупреждения, ликвидации и защиты от последствий разливов жидких углеводородов. Количественная оценка риска, основанная на соответствующей статистике, позволяет разработать и принять обоснованные решения по совершенствованию систем и управлению работами по борьбе с разливами.

Техническое обоснование разработок определяется современным уровнем развития техники и технологии ликвидации нефтяных разливов

замерзающих морях, а также нормативными требованиями оперативного реагирования и деятельности при возникновении разлива.

Организационное обоснование включает в себя планирование и реализацию работ по созданию технического оснащения подразделений ЛРН, совершенствование самой организационной структуры, обеспечивающей высокую эффективность деятельности, и т.д.

Основные задачи исследований

- Оценка риска возникновения и объемов разливов нефти при технологических операциях по добыче и транспортировке нефти и газа на шельфе замерзающих морей;

- Оценка эколого-экономических последствий нефтяных разливов при реализации нефтегазовых проектов в замерзающих морях;

— Моделирование распространения нефтяного разлива в ледовых условиях;

— Анализ применимости физико-химических методов обнаружения, локализации и ликвидации нефтяных разливов в ледовых условиях;

- Разработка технических требований к судовым системам проведения операций ЛРН в замерзающих морях;

— Разработка рекомендаций по совершенствованию систем ЛРН на объектовом, региональном и национальном уровнях, включая нормативно-правовое, финансовое и информационное обеспечение.

Научная новизна заключается в комплексном междисциплинарном подходе к технической организации процессов планирования, обнаружения, локализации и ликвидации аварийных разливов жидких углеводородов с учетом реальных океанологических факторов ледовитых морей и формулируется в следующих основных положениях.

Разработана методика количественной оценки риска и возможных объемов разливов нефти на различных технологических объектах обустройства месторождений в замерзающих морях, основанная на анализе существующих статистических показателей, практике эксплуатации технических средств и требованиях нормативного реагирования при возникновении аварийных ситуаций. Обоснована теоретическая модель движения загрязненного нефтью льда, использование которой позволяет квалифицированно планировать операции ЛРН в замерзающих морях.

Разработаны технические требования к судовым системам ликвидации разливов нефти в замерзающих морях, а также метод определения необходимого количества технических средств, оборудования и персонала для оснащения региональных систем ЛРН. Проведен комплексный анализ

состояния российской нормативно-правовой базы и оснащения бассейновых аварийно-спасательных подразделений Минтранса РФ, на основе которых разработаны рекомендации по совершенствованию объектовых, региональных и национальной систем JIPH в замерзающих морях.

На защиту выносятся

- Методика оценки риска, объемов и эколого-экономических последствий разливов нефти при технологических операциях по добыче и транспортировке жидких углеводородов на шельфе замерзающих морей.

- Теоретическая модель перемещения загрязненного нефтью льда, позволяющая прогнозировать траекторию нефтяного разлива и планировать операции JIPH в замерзающих морях.

- Метод определения необходимых технических средств, оборудования и персонала для оснащения региональных систем JIPH и обоснование технических требований к судовым системам ликвидации разливов нефти в замерзающих морях.

- Рекомендации по совершенствованию систем ЛРН, включая нормативно-правовое, финансовое и информационное обеспечение.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты работы направлены на научно-обоснованный выбор стратегии борьбы с углеводородными разливами в замерзающих морях и обоснование технических и организационных требований по созданию новых и совершенствованию существующих объектовых и региональных систем ЛРН в замерзающих морях России.

Результаты работы использованы при разработке:

- «Программы освоения ресурсов углеводородов на шельфе Российской Федерации до 2030 года» (2005) и Корректировке «Программы освоения ресурсов углеводородов на шельфе Российской Федерации до 2030 года» (2009);

- «Плана мероприятий по охране окружающей среды при освоении Приразломного нефтяного месторождения»;

- «Плана ликвидации аварийных разливов нефти Варандейского нефтяного терминала».

Апробация работы

Положения диссертационной работы обсуждались на международных конференциях «Освоение шельфа арктических морей России» RAO-2005 и RAO-2007 (Санкт-Петербург, 2005 и 2007 гг.), «Безопасность морских

сооружений» SOF-2007 (Москва, 2007), «Управление рисками и устойчивое развитие ЕСГ России» RIMS-2006 (Москва, 2006), «Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток» ROOGD-2006 (Москва, 2006), семинаре МЧС «Современные требования в области предупреждения чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2005), а также на заседаниях секции Ученого Совета ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 в издании, включенном в «Перечень...» ВАК Минобрнауки РФ.

Объем и структура диссертационной работы

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, основные результаты с выводами, список использованной литературы из 99 наименований. Содержание изложено на 117 страницах машинописного текста и включает 17 рисунков и 33 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и основные защищаемые положения.

В первой главе рассмотрена современная и планируемая хозяйственная деятельность на шельфе замерзающих морей России, обуславливающая риск разливов жидких углеводородов. Показано, что при освоении нефтегазовых месторождений континентального шельфа особое внимание необходимо уделять мероприятиям по предупреждению и ликвидации разливов нефти, поскольку эколого-экономические последствия этих аварийных ситуаций могут быть катастрофическими.

Исходя из климатических особенностей шельфовой зоны арктических и дальневосточных морей определены последствия аварийных разливов при технологических операциях по добыче и транспортировке жидких углеводородов.

Проведен анализ отечественных и зарубежных публикаций, посвященных различным аспектам планирования и проведения операций JTPH, среди которых следует выделить работы А.И. Альхименко, И.М. Ефремкина, В.И. Журавеля, В.В. Измайлова, М.Н. Мансурова, С.А. Патина, А. Нельсон-Смит (A. NelsonSmith), М. Фингаса (М. Fingas), Дж. Фейя (J. Fay), С. Росса (S. Ross), И. Бвиста (I. Buist) и др.

На основе анализа современного состояния региональных (бассейновых) систем аварийного реагирования и актуализации задач по совершенствованию

объектовых, региональных и национальной систем ЛРН обоснованы основные задачи исследований диссертационной работы.

Во второй главе исследованы оценки риска и объемы углеводородного загрязнения морской среды, а также определены их эколого-экономические последствия.

Как показывает мировой опыт эксплуатации морских месторождений, неуправляемые поступления пластовых флюидов по скважинам (открытые фонтаны и выбросы) представляют наибольшую опасность для стационарных платформ и ПБУ, являются основной причиной нефтяного загрязнения морской среды.

При фонтанировании скважин объем разлива зависит от дебита и времени фонтанирования. Для нефтегазовых месторождений расчет дебита производится по математической модели фонтанирующей скважины в форме

нелинейного интегрального уравнения типа Вольтерра:

р0 - ^]2(т)к°{(~г)с}т' (1}

где: Р0 и Р„ - соответственно, пластовое и атмосферное давления; <3(т) -произвольный дебит скважины; £ и п - соответственно, коэффициент гидравлического сопротивления и показатель режима течения в скважине (п=1 для ламинарного режима, п=1,75 для турбулентного течения и п=2 для полностью шероховатого режима); Ь - мощность пласта; г0 и г„- соответственно радиусы скважины и области питания; К=к/т, кит- коэффициенты проницаемости и вязкости; К0 - функция Бесселя; I - текущее время.

Уравнение (1) решается численным методом при известном начальном пластовом давлении. Со временем из-за уменьшения давления на забое скважины происходит снижение дебита. Оценки показывают, что через 1-10 суток фонтанирования (1 = 105-10б с) первоначальный дебит в зависимости от вязкости нефти и проницаемости пласта может снизиться на 15-40%. Поэтому при дальнейших расчетах необходимо учитывать изменение дебита фонтанирующей скважины.

Предельное значение дебита фонтанирующей газоконденсатной скважины по газу вычисляется по формуле:

_-а + [а>+ЩР02-Р:)Г2

Уев ~ 2Ь , (2)

где: а и Ь - коэффициенты, определяемые экспериментально.

Поскольку в газоконденсатной системе содержатся и жидкие углеводороды (С5+высш), количество которых выражается через конденсатный

фактор qK, фонтанирование газоконденсатной скважины приводит, кроме загрязнения атмосферы, к загрязнению морской среды нефтяными углеводородами в объеме:

Qk = Qcb-Чк (3)

Сроки ликвидации открытых фонтанов варьируются от нескольких суток до нескольких лет. Исходя из современного мирового уровня технических средств ликвидации фонтанов, а также времени их использования (наличие ледового покрова в море и безледный период), ориентировочное время открытого фонтанирования можно оценить в летний период как ti = 3-7 суток и в зимний период t2 = 20-30 суток. Тогда объем единичного разлива составит:

V,- = ÖO) •/„(/ = 1,2) (4)

Зная вероятности выбросов при технологических операциях (P¡), объемы загрязнения в результате одного выброса, продолжительность летнего (г|) и зимнего - штормового и ледового - (1 - г|) периодов, количество заканчиваемых бурением скважин в году n, а также долю скважин от общего количества N, подлежащих ремонту - ф, можно оценить вероятные аварийные объемы нефтяных углеводородов, попадающих в течение года в морскую среду на стадиях бурения и ремонта скважин:

при бурении V6 = Р-п-Q[r]• + (1 -tj)• t2] [м3/год]

, I (5)

при ремонте Vp= P-<p-N-Q[T]-tl+(l-T])-t2][M I год]

На основе результатов проведенного анализа применимости 12 зарубежных статистических баз данных для целей количественного анализа риска, предложена методика оценки риска возникновения разливов при транспортировке нефти на основе статистических данных, включающая три основных этапа: 1) сбор исходных данных; 2) расчет показателей аварийности; 3) анализ результатов и разработку рекомендаций.

Методика оценки риска приведена на рисунке 1.

В качестве исходных данных используются следующие сведения:

- Существующие и планируемые объемы перевозок, информация о водоизмещении танкеров, используемых на различных маршрутах.

- Статистическая информация из следующих баз данных по разливам нефти:

а. База данных Службы управления минеральными ресурсами США (US Mineral Management Service)

1. Сбор исходных данных

А. Перевозки нефти Б. Статистические

международные / внутренние данные

- объемы перевозки; Исходные массивы и /

- тип танкеров (судов); или статистические

- водоизмещение танкеров (судов); оценки различных баз

статистических данных

- маршруты

.......-.....- ........ж_

2. Расчет показателей аварийности

2.1. Определение районов исследования

- регион в целом; - основные маршруты;

- пункты отгрузки (порты, - территории, ценные в экономическом терминалы и т.д.); или экологическом отношении.

2.2. Анализ применимости статистических данных к местным условиям

- типы и размеры судов; - ледовая обстановка;

- протяженность маршрута; - число заходов в порты;

- грузооборот.

2.3. Расчет показателей аварийности на основе статистических данных

- частота аварий; - причины аварийности.

- частота разливов УВ различного объема;

3. Анализ результатов и разработка рекомендаций

3.1. Анализ результатов

- уровень безопасности перевозок в рассматриваемых районах;

- наиболее опасные операции, - сравнение с данными о фактических типы судов, маршруты; разливах.

3.2. Рекомендации

- улучшение системы сбора данных о перевозках;

- новые технические требования к перевалке нефти и нефтепродуктов;

- ограничения маршрутов перевозок (постоянные и сезонные);

- требования к танкерам (судам).

Рисунок 1 - Методика оценки риска возникновения разливов при транспортировке нефти

б. База данных международного фонда по предотвращению загрязнения от танкеров (International Tanker Owners Pollution Fund ITOPF)

в. База данных Хельсинской Комиссии HELCOM

г. База данных о морских авариях береговой охраны Канады - Canadian Maritime Casualty Information System

Представленные источники статистической информации существенно различаются между собой по объему данных, временному интервалу, охватываемым регионам. Сведения о разливах нефти в замерзающих морях ограничены двумя районами: северным шельфом Аляски и северо-восточным побережьем Канады, а основной массив данных относится к операциям в незамерзающих морях. Указанные различия в подходах к сбору и использованию статистической информации наряду с фактическим отсутствием отечественных источников в настоящий момент не позволяют говорить о предпочтительности какого-либо подхода к оценке частот и объемов разливов нефти. Поэтому в расчетах использовались данные из всех четырех независимых статистических баз.

Сводные результаты оценки риска возникновения разливов в 2005 и 2010 годах при транспортировке нефти по акваториям Баренцева и Белого морей приведены ниже в таблице 1:

Таблица 1 - Результаты оценки риска возникновения разливов

Объем разливов, т Частота разливов, случаев / год

2005 г. 2010 г.

По грузообороту (ITOPF)

>7 9,53 х 10"3 2,40 х Ю-2

>700 1,97 х 10"3 4,95 х 10"3

По грузообороту (Canadian Maritime Casualty Information System)

< 136 2,32 х 10"1 4,60 х 10'1

>136 5,09 х 10"2 1,01 х 10"'

По объему перевозок (Worldwide Tanker Spill Database)

> 136 1,38 х 10"1 4,01 х 10'1

> 1360 6,70 х 10'2 1,94 х 10"'

По числу заходов в порты (HELCOM)

1-10 2,10 х 10"1 4,37 х 10'1

10-100 4,51 х 10"2 9,41 х 10"2

> 100 1,06 х 10"2 2,21 х 10"2

Как видно, все представленные значения превышают величину 1,0 х 10"3, и поэтому разливы нефти в Баренцевом и Белом морях можно определить как

вероятные события, т.е. события которые произойдут в течение срока эксплуатации терминалов и танкеров.

Во-вторых, результаты оценки демонстрируют увеличение рисков при нефтегрузовых операциях к 2010 г. в 2-3 раза (по разным методикам), что соответствует росту объемов транспортировки.

Предлагаемая методика позволяет определить уровни риска для отдельных портов, терминалов или районов с учетом сезонных различий, выявляя при этом основные причины и факторы, обуславливающие уровень риска.

Расчетные показатели аварийности необходимо сравнить со сведениями о фактических разливах, поскольку действительность обычно расширяет теоретические представления о возникновении аварийных ситуаций. Например, приведенный в работе перечень разливов, произошедших в последние годы в Баренцевом море, показывает существенный вклад береговых источников загрязнения, судов военно-морского флота. Таким образом, расчетные показатели аварийности являются лишь одним из факторов, на основе которых определяются параметры региональной системы JIPH.

При проведении экономической оценки ущерба, возникшего в результате разлива нефти, наиболее сложным вопросом является оценка ущерба окружающей среде. До сих пор в международной и российской практике не выработано единого подхода к основным проблемам: что относится- к ущербу окружающей среды, как учитывать косвенный ущерб от загрязнения, кто и в каком объеме несет ответственность за такой ущерб. Такие явления, как потеря биомассы, падение рыбных уловов и даже «снижение привлекательности ландшафта» крайне сложно напрямую увязать с углеводородным загрязнением. Поэтому для экономического анализа ущерба на практике используется фактическая стоимость затрат на очистку морской среды и береговой линии от нефтяного загрязнения.

В статистике Международной Федерации танкеровладельцев по борьбе с нефтяным загрязнением (International Tanker Owners Pollution Federation -ITOPF) показано, что для 26 нефтяных разливов, произошедших в 80-90 - х годах, удельные затраты на очистные операции изменялись от 71 до 21000 USD/т, средний показатель составил 3830 USD/т. Отмечено, что в странах северной Европы средние издержки составили 4564 USD/т, а в северной Америке - 5073 USD/t.

Поскольку операции JIPH в замерзающих морях являются более сложными и требуют дополнительного оборудования, в качестве нижнего предела удельного ущерба можно использовать показатель стран северной

Европы и Америки: Wmin £ 5000 USD/т. В качестве верхней оценки удельного ущерба принимаются удельные затраты на ликвидацию нефтяного разлива после аварии танкера "Эксон Валдиз" в 1989 г., которые составили более 30000 USD/т, а с учетом косвенных потерь - около 45000 USD/т, т.е. Wmax = 45000 USD/t.

В мировой практике имеются случаи и более высоких удельных затрат на ликвидацию загрязнения. Например, при разливе мазута в Баззардс Бэй в 2003 г. уборка одной тонны обошлась примерно в 175 тысяч долларов, и к этому следует добавить штраф в размере 50 тысяч долларов штрафа за тонну. Столь высокие расходы вызваны двумя факторами: во-первых, разлив вызвал загрязнение густо населенного берега, поэтому потребовалась тщательная уборка крупной территории; во-вторых, разлившийся тяжелый мазут очень медленно разлагается в природной среде.

При ограниченных, как правило, экономических и технических возможностях определение оптимальной стратегии борьбы с нефтяным загрязнением сводится к стандартной задаче линейного программирования. Обозначив через Rb R2, R3 - количества ресурсов, которые предполагается расходовать для воздействия на параметры системы и морской среды, влияющие на вероятности возникновения и мощности утечек, а также функции очищения, соответственно, за период разработки месторождения Т, оптимальное распределение ограниченных ресурсов достигается, когда некоторый функционал от случайного процесса:

<P[7(i,ÄpÄ2,Äi)],/<[r] (6)

имеет экстремум при условиях:

Д, +R2 = R, Ä, > 0,R2 > 0,R3 > 0.

Решение этой задачи методом геометрической интерпретации и проведенный его анализ показывают, что оптимальная стратегия борьбы с нефтяным загрязнением должна заключаться в разработке и совершенствовании эффективных методов по очищению морской среды от нефтяных углеводородов.

Таким образом, разработанные принципы оценки экологического риска и последствий нефтяного загрязнения морской среды позволяют при обосновании технических решений и расчетах эффективности освоения морских нефтегазовых месторождений количественно учитывать эколого-экономические последствия.

В третьей главе рассмотрены технологии и оборудование, используемые для операций JIPH, проанализирована их применимость в ледовых морях.

Как видно из таблицы 2, применение многих технологий борьбы с нефтяными разливами в ледовых условиях являются малоэффективным, по сравнению с традиционными методами:

- дистанционного обнаружения и мониторинга разлива в инфракрасном и оптическом диапазоне;

- механического сбора разлитой нефти.

Таблица 2 - Сравнительный анализ эффективности технологий ликвидации

разливов нефти

Этапы ликвидации разлива Методы Эффективность в открытой воде Эффективность в ледовых условиях

Обнаружение и мониторинг Оптические Средняя Низкая

Инфракрасная радиометрия Хорошая Хорошая

Обнаружение в УФ диапазоне Средняя Средняя

........... . -♦'-V.. ■ г

Радиометрия на СВ частотах Средняя Низкая

Радиолокация Низкая Низкая

Локализация Подвижные боны Хорошая Средняя

Стальные боны - отделение крупных льдин Хорошая

Подповерхностные барьеры -источник разлива под водой Средняя/низкая Низкая

Защита береговой линии Заградительные боны Средняя Низкая

Отвод пятна Низкая Низкая

Сбор / удаление нефти Механический сбор Хорошая Средняя

....... ^ • - ■Г-м.,*

Использование диспергентов Средняя Низкая

Использование сорбентов Средняя Средняя

Биобработка Низкая Очень низкая

Рекомендуемые методы е., -> ,

Анализ показывает, что применение методов флуорометрии эффективно, но оборудование имеет высокую стоимость, а сжигание нефти осложнено экологическими ограничениями, что не позволяет рекомендовать эти методы в качестве основных.

Сделан вывод о том, что хотя успешность операций ЛРН в целом определяется этапами локализации и ликвидации нефтяного пятна, в ледовых условиях весьма важными являются этапы обнаружения и мониторинга движения во льду нефтяного разлива, что обусловливает необходимость разработки методов моделирования распространения нефтяного пятна.

Исходя из характеристик дрейфа льдов в арктических морях в работе

разработана теоретическая модель перемещения загрязненного нефтью льда на основе стохастической кинематической модели. Модель основывается на марковском вероятностном процессе, в котором состояние нефти определяется положением дрейфующего льда в данном временном интервале. Статистические параметры долгосрочных траекторий выводятся из элементарных вероятностей перемещения. Формулировка модели включает: место и время разлива; параметры дрейфа льда даются в значениях вероятностей, зависящих от местоположения и времени года; траектория кончается, когда лед либо тает, либо покидает моделируемый район.

Исследуемый район делится на клетки, обозначаемые целыми числами 1, 2, ....И (рис. 2).

Эти числа определяют переходные состояния Т = (1, 2, ..., №). Расположение загрязненного льда в отрезок времени I определяется только номером клетки, которую он занимает. Методика вычислений включает выбор размеров клеток и временного интервала. Чтобы гарантировать результативность модели (размер клетки и временной интервал) в пределах выбранных погрешностей необходимо проводить натурные эксперименты по исследованию движения ледовых полей. В США проведен целый ряд исследований с помощью телеметрических буев по программам АГОШХ, ОСБЕАР, ЬСЖЕХ и др., на основе которых можно получить достаточно точные математические модели.

При выборе технического оборудования и средств ЛРН определяющим фактором является необходимость их размещения на специализированном судне, что на практике означает следующее:

- обеспечение ледостойкости специализированного судна (необходимого ледового класса);

Рисунок 2 - Схема условного разделения исследуемой акватории

- использование единых методов обнаружения пятна и сбора/удаления нефти, как на открытой воде, так и в ледовых условиях;

- наличие вертолетной площадки;

- предпочтительно использование навесных систем сбора нефти (не требуется постановка бонов);

- обеспечение хорошей маневренности, в т.ч. на малом ходу. Необходимые технические требования к специализированным судам для

проведения операций ЛРН приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Рекомендуемые технические требования для судов ЛРН при

операциях в замерзающих морях

№ Характеристика Параметры

1 Классификация судна Не ниже LU5 по Правилам Российского морского регистра судоходства

2 Палубные площади для размещения и развертывания нефтесборного оборудования Не менее 2-х стандартных 20-футовых контейнеров Не менее 5 м свободной площади перед слипом

3 Слипы для спуска нефтесборного оборудования Ширина не менее 4 м

4 Двигательная установка и подруливающие устройства Обеспечение маневренности на малом ходу

5 Вертолетная площадка Вертолет типа К-226 (длина с вращающимися винтами 13,0 м, высота 4,15 м, ширина 3,25 м, максимальная взлетная масса 3400 кг, вес груза 1400 кг, на внешней подвеске - 1500 кг, практическая дальность 750 км, вместимость 8 чел.)

6 Катер-бонопостановщик Мощность двигателей 350-400 л.с. Линии бонов для защиты береговых линий

7 Буксирные устройства и лебедки

8 Посадочные места для навесного оборудования

9 Специальные посты и помещения Склад хранения инициаторов горения, посты (мостики) управления забортным оборудованием, пост обработки данных и управления операциями, лабораторное помещение

Из опыта разработки планов ЛРН для конкретных проектов была также выявлена потребность в следующем оборудовании специализированных судов для работ в Арктике:

- средства для экстренной перегрузки нефти и нефтепродуктов с аварийных судов;

- средства для обнаружения и оценки параметров нефтяных разливов;

- средства спуска на воду, буксировки, управления и подъема нефтесборного оборудования;

- трубопроводы и насосы для приема и перекачки нефтеводяной смеси от нефтесборных устройств за бортом;

- сепараторы для первичного разделения нефти и воды;

- парогенераторы и паропроводы для обработки и очистки оборудования, загрязненного нефтью;

- емкости и оборудование для размещения, приготовления и распыления диспергентов;

- при принятии решения о возможности использования сжигания нефти -размещение запаса инициаторов горения и устройств для поджигания разлива;

- катера-бонопостановщики с необходимой мощностью двигателя и автономностью плавания для проведения разведки, участия в нефтесборных ордерах и самостоятельных операциях ЛРН;

- размещение и использование оборудования с учетом арктических условий (укрытие, подогрев, защита от обледенения, обслуживание и т.п.);

- контрольно-измерительная аппаратура для обеспечения учета операций с нефтью и др.

Четвертая глава посвящена комплексному исследованию проблем, связанных с ликвидацией разливов нефти, при решении которых должны быть учтены и увязаны многочисленные, часто противоречивые и неопределенные, факторы природного, организационного, технического и экономического характера. Рекомендации по совершенствованию систем ЛРН основываются на разработках Госморспасслужбы России, результатах зарубежных исследований и сведения о планах ЛРН для аналогичных зарубежных объектов, российском опыте разработки планов ЛРН для реальных проектов и объектов.

Показано, что действующее законодательство и нормативная база в области ЛРН обладает значительными недостатками, существенно затрудняющими организацию и финансирование мероприятий ЛРН: а) не предусмотрено каких-либо серьезных санкций за несоблюдение требований в области ЛРН; б) нормативные требования установлены для объектового уровня, на региональном уровне ответственность возложена на государственные

органы, но нормативные требования не установлены; в) не установлены требования к операциям в исключительной экономической зоне.

В настоящее время нормативно определены объемы и категории разливов (таблицы 4 и 5), а также установлено, что силы и средства ЛРН должны обеспечить локализацию разлива в море в течение 4х часов.

Таблица 4. Нормативные максимально возможные объемы разлива

Сооружения и суда Объем разлива, т

Нефтеналивные суда (танкеры), например: 2 танка

Дедвейт 20 тыс. т 4000-5000

Дедвейт 70 тыс. т 12000- 14000

Стационарные и плавучие добывающие установки, нефтяные терминалы 1500

Таблица 5. Нормативная категорийность и уровни разливов

Категория чрезвычайной ситуации Объем разлива, т

локального значения До 500

регионального значения 500-5000

федерального значения Более 5000

Проведенная оценка количества технических средств, необходимых для практической реализации заданного норматива при различных категориях разливов (объемы, соответственно, 50, 500 и 5000 т.), показывает (таблица 6),

Таблица 6 - Оценка необходимого состава основного оборудования для локализации разливов различных уровней реагирования

№ Показатели Уровни разливов

1 2 3

1 Объем разлива, т 50 - 500 500 - 5000 более 5000

2 Протяженность боковых заграждений, км 2,9-5,8 5,8-13,0 более 13,0

3 Специализированные суда 1-2 4-8 10-15

4 Катера 3-6 10- 15 15-20

5 Скиммеры и нефтесборные системы

производительность 20 м3/ч 4-10 10-15 15-20

производительность 100 м3/ч 1 -4 5-10 10-15

производительность 250 м3/ч - 1-2 3-4

6 Объем танков для собранной 40 -200 200 - 1500 1500-3000

нефти, м

7 Оборудование для сжигания нефти, компл. - 1-2 3-4

что для обеспечения нормативного срока в 4 часа для локализации разлива в 50 т требуется до 6 судов, а для разлива в 500 т - до 15. В большинстве случаев при крупном разливе образуется несколько нефтяных пятен или полос неправильной формы, что дополнительно усложнит задачу локализации. В настоящее время такого количества специализированных судов ледового класса нет как в Баренцевом море, так и на Дальнем Востоке. Следовательно, нормативный срок по предварительной локализации разлива, является практически не реализуемым, как из-за отсутствия достаточного числа плавсредств на месте разлива, так и логистической сложности такой операции (координация действий основных и вспомогательных судов, периодические переходы судов для сдачи собранной нефти и т.п.). Как показывают оценки, локализация нормативно определенного максимально возможного объема разлива при аварии танкеров также является практически нереализуемой. Таким образом, очевидно, что два основных нормативных критерия - время локализации и максимально возможный объем разлива, нуждаются в пересмотре.

Проведенная оценка затрат на создание необходимых технических средств ЛРН (таблица 7) показывает, что стоимость системы ЛРН объектового (минимального) уровня, обеспечивающего действующие нормативные критерии, составит 2-3 миллиона долларов США.

Таблица 7 - Оценка стоимости технического оборудования ЛРН, необходимого для создания системы ЛРН объектового уровня

№ Наименование Стоимость, тыс. долларов США

1 Катер-бонопостановщик 1000- 1500

2 Боновые заграждения

- для открытого моря, 250 м 75 -125

- для защиты береговых линий, 250 м 40-60

3 Нефтесборные системы (скиммеры)

- производительность 20 м3/ч 40-50

- производительность 100 м3/ч 75-100

- производительность 250 м3/ч 130-200

- производительность 10 м3/ч (для очистки береговых линий) 25-40

- комплекс для очистки боновых заграждений 120-150

4 Автономная нефтеперекачивающая система 500 - 1000 м7ч 120-150

5 Система для поджигания нефти с вертолета 40-50

6 Временное хранилище нефти, 5-10 м3 3-5

Приведенные примеры показывают, что основными недостатками российских нормативных документов являются недостаточная обоснованность нормативных требований, их неполнота и отдельные противоречия, тенденции к директивному установлению требований, которые в зарубежной практике обычно формулируются как методические руководства или рекомендации.

В этой связи необходимо обратить внимание на возможности прямого применения зарубежных стандартов. Поскольку планирование операций JIPH основывается на детальном учете региональных особенностей акваторий, применимость международных нормативов в России требует серьезного анализа. По мнению автора, при фактическом отсутствии отечественных баз данных по аварийности морских операций и небольшом опыте морских перевозок углеводородов, возможно использование зарубежных стандартов для выполнения задач информационного обеспечения проектов систем JIPH.

Тем не менее, анализ действующей российской нормативно-правовой базы позволяют автору рекомендовать ряд принципов, которые можно использовать при проектировании конкретных систем JIPH:

- критерии приемлемости риска разливов нефти определять исходя из общепринятого в России подхода к учету случайных внешних воздействий и нагрузок при проектировании, а также использования принципа ALARP (as low as reasonably possible), предусматривающего принятие проектных решений с учетом технико-экономической целесообразности;

- исходя из практики проектирования, основанного на обеспечении надежного функционирования объектов в условиях опасных событий, происходящих с частотами не более 1 раза в 100 лет (ледовые и ветровые воздействия) или не более 1 раза в 1000 лет (сейсмические явления), такой же подход можно использовать при проектировании системы JIPH, которая должна обеспечивать ликвидацию аварийных разливов, частота возникновения которых будет не более 10"2 случаев/год. Объем разливов, соответствующих указанным частотам возникновения, должен устанавливаться по результатам анализа риска;

- так как аварийные разливы с частотой выше 10"2 случаев/год считаются критическими, то отсутствие специальных мер для их гарантированной ликвидации считается неприемлемым. Этот уровень должен быть принят за основу при определении сил и средств системы ЛРН объектового уровня.

- диапазон частот вероятности от 10'2 до 10'3 случаев/год предлагается рассматривать как область принятия проектных и организационно-технических решений по критериям технико-экономической целесообразности. Это предполагает возможность обеспечения плана ЛРН как собственными, так и привлекаемыми силами регионального уровня, при их наличии в заданном морском бассейне;

- события с прогнозируемыми частотами менее 10"3 случаев/год хотя можно считать маловероятными, их покрывать силами и средствами 3-го (федерального) уровня реагирования.

Известен также эмпирический подход, применяющийся в ОАО «Лукойл». Нормативным документом компании определено, что «привлечение дополнительных сил и средств регионального (федерального) уровня должно быть предусмотрено в тех случаях, когда ... существует вероятность невыполнения задачи силами объектового уровня более 1%». С таким подходом можно согласиться, однако для его применения разработчик должен располагать достаточно точной методикой определения вероятности выполнения или невыполнения задачи локализации и ликвидации разлива.

В развитие нормативно-правовой базы обеспечения ЛРН необходима разработка и принятие новых федеральных документов, в которых должны быть определены основные вопросы ответственности и финансирования в области ЛРН:

• ответственность за планирование, подготовку и проведение операций ЛРН различных уровней (для государственных организаций и коммерческих компаний);

• ответственность за нарушение требований по планированию, подготовке и проведению операций ЛРН;

• источники финансирования планирования, подготовки и проведения операций ЛРН различных уровней (для государственных организаций и коммерческих компаний).

Принципиально важным представляется конкретизация ключевых требований. Отдельно следует рассмотреть вопросы, связанные с операциями в исключительной экономической зоне РФ. В разрабатываемых документах следует изменить принципы планирования и проведения операций ЛРН,

перейдя к международному трехуровневому подходу к определению опасности разливов, учитывающему наличие и доступность сил и средств ЛРН в районе планирования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Достижение сформулированной цели диссертации осуществляется путем обоснования комплекса необходимых технических, экологических и экономических мероприятий. На основе междисциплинарного подхода, включающего совокупности методических приемов вероятностного анализа, инженерных и эколого-экономических исследований, а также комплексного анализа существующей практики ликвидации морских разливов нефти, разработаны и предложены рекомендации по совершенствованию систем ЛРН в замерзающих морях.

Ликвидация разливов нефти является многоаспектной задачей, обусловленной разнообразием факторов внешнего и внутреннего характера. Наличие льда играет большую роль при распространении нефтяного разлива и его дальнейшей эволюции. Разлившаяся нефть не просто входит в контакт со льдом, но внедряется в структуру льда, перемешивается с шугой и снежурой, что крайне затрудняет процессы ее сбора и ликвидации.

В диссертации выполнен анализ условий возникновения аварийных разливов и их возможных объемов, на основе которого разработана методика оценки риска возникновения разливов нефти при транспортных операциях, а также проведена экономическая оценка последствий нефтяных разливов. Разработанные принципы оценки экологического риска и последствий нефтяного загрязнения морской среды позволяют при обосновании технических решений и расчетах эффективности освоения морских нефтегазовых месторождений количественно учитывать эколого-экономические последствия.

Проведено обобщение эффективности современных технологий ликвидации разливов нефти в замерзающих морях, которое показывает, что применение многих технологий борьбы с нефтяными разливами в ледовых условиях являются малоэффективными, по сравнению с традиционными методами дистанционного обнаружения разлива в инфракрасном и оптическом диапазоне, механического сбора и сжигания разлитой нефти.

Исходя из характеристик дрейфа льдов и региональных особенностей арктических морей разработана теоретическая модель перемещения загрязненного нефтью льда, которая позволяет прогнозировать траекторию нефтяного разлива и планировать операции ЛРН, определены необходимые

технические требования к специализированным судам для проведения операций JIPH и потребности в дополнительном оборудовании специализированных судов для работ в Арктике.

Показано, что действующее законодательство и нормативная база России в области JIPH обладают значительными недостатками. Рекомендовано при проектировании систем JIPH допустимость риска разливов нефти определять исходя из общепринятого в России подхода к учету случайных внешних воздействий и нагрузок при проектировании, а при разработке и новых федеральных документов учитывать проблемы юридической ответственности и финансирования операций ЛРН.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Маричев A.B. Требования к системам ликвидации нефти в условиях замерзающих морей / В.И. Журавель, М.Н. Мансуров, A.B. Маричев // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - М.: 2008, № 8. - С. 87-98.

2. Оценка затрат на создание региональной системы ликвидации разливов нефти в Баренцевом море и возможные способы финансирования /В.И. Журавель, М.Н. Мансуров, A.B. Маричев // Освоение ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO-07): труды межд. конф. - С.-П.: 2007. - С. 212-213.

3. Маричев A.B. Анализ технических требований к судовым системам ликвидации разливов нефти [Электронный ресурс] /В.И. Журавель, М.Н. Мансуров, A.B. Маричев. - Режим доступа: http://www.ogbus.ru/ecology.shtml. - 20.04.07.

4. Маричев A.B. Риск возникновения и организация ликвидации разливов нефти при танкерных перевозках в Баренцевом море /В.И. Журавель, М.Н. Мансуров, A.B. Маричев // Освоение ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO-05): труды межд. конф. -С.-П.: 2005.-С. 341-349.

5. Маричев A.B. Технико-технологические и организационные проблемы создания систем предупреждения и ликвидации разливов нефти (ЛРН) в замерзающих морях // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: тезисы конф. -Уфа: ТРАНСТТЭК: 2005.-С. 115-116.

6. М.Н. Мансуров. Ликвидация аварийных разливов нефти в ледовых морях / М.Н. Мансуров, Г.А. Сурков, В.И. Журавель, A.B. Маричев. - М.: ИРЦ «Газпром», 2004. - 422 с.

7. Воздействия и методы ликвидации нефтяных разливов в ледовых морях / М.Н. Мансуров, A.B. Маричев // Состояние и перспективы освоения морских нефтегазовых месторождений: Сб. науч. трудов - М.: ВНИИГАЗ, 2003. -С. 122-132.

Подписано к печати 6 октября 2009 г. Заказ № 5408 Тираж 100 экз.

Объем 1 уч-изд. Л. Ф-т 60x84/16

Отпечатано в ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Московская область, Ленинский р-н, п. Развилка,

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Маричев, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, ОБУСЛАВЛИВАЮЩАЯ РИСК РАЗЛИВОВ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ МОРЯХ.

1.1. Нефтегазоносность и перспективы освоения месторождений и транспортировка жидких углеводородов на континентальном шельфе.

1.1.1. Потенциал нефтегазоносности и перспективы освоения месторождений.

1.2.2. Схемы транспорта жидких углеводородов на акваториях замерзающих морей.

1.2. Физико-географическая характеристика замерзающих морей континентального шельфа России.

1.3. Последствия нефтяных разливов при освоении месторождений и транспорте углеводородов.

1.3.1. Крупнейшие разливы нефти в мире.

1.3.2. Катастрофа танкера «Эксон Валдез».

1.3.3. Современное состояние систем ликвидации разливов нефти в России.

1.3.4. Аварии и разливы нефти в Баренцевом и Белом морях.

1.4. Обоснование задач исследования.

ГЛАВА 2. ОЦЕНКИ ОБЪЕМОВ УГЛЕВОДОРОДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРСКОЙ СРЕДЫ И ИХ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ.

2.1. Анализ статистических показателей безопасности проектов освоения и обустройства морских месторождений нефти и газа.

2.2. Показатели аварийности отдельных операций при освоении морских месторождений.

2.2.1. Аварийность морских платформ.

2.2.2. Аварийность танкерных перевозок углеводородов.

2.2.3. Аварийность морского трубопроводного транспорта.

2.3. Методики оценки риска возникновения разливов при авариях на платформах и трубопроводах.

2.4. Методика оценки риска возникновения разливов при перевозках нефти

2.4.1. Исходные данные для оценки риска.

2.4.2. Расчет показателей аварийности.

2.4.3. Анализ результатов и разработка рекомендаций.

2.5. Оценки экономического ущерба при разливах углеводородов.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ МОРЯХ.

3.1. Физические и химические процессы преобразования углеводородов в морской среде.

3.1.1. Распространение и преобразование нефтяных углеводородов.

3.1.2. Особенности физико-химического преобразования нефтяных углеводородов в ледовых условиях.

3.2. Обнаружение нефти и мониторинг разлива.

3.2.1. Методы и оборудование для дистанционного обнаружения нефти.

3.2.2. Буи - передатчики сигналов.

3.2.3. Оборудование для работ на месте разлива.

3.2.4. Особенности обнаружения нефти в ледовых условиях.

3.3. Локализация разливов и очистные операции.

3.3.1. Локализация разлива в ледовых условиях.

3.3.2. Механический сбор нефти.

3.3.3 Сжигание нефти.

3.3.4. Использование диспергентов.

3.3.5. Использование сорбентов.

3.4. Выбор технологий и технических средств для проведения операций ЛРН в замерзающих морях.

3.5. Обоснование теоретической модели перемещения загрязненного нефтью льда.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ЛРН.

4.1. Нормативно-правововая база в области предупреждения и ликвидации разливов нефти.

4.1.1. Ответственность за подготовку и проведение операций ЛРН.

4.1.2. Анализ действующих нормативных критериев по проведению операций ЛРН.

4.2. Финансовое обеспечение операций ЛРН.

4.2.1. Оценка затрат на создание и модернизацию подразделений ЛРН.

4.2.2. Зарубежный опыт по финансированию операций ЛРН.

4.2.3. Международная трехуровневая система компенсаций ущерба, вызванного нефтяным загрязнением.

4.3. Взаимодействие государства, нефтегазовых компаний и других заинтересованных сторон в области ЛРН.

4.3.1. Национальные системы ЛРН.

4.3.2. Кооперативы и региональные организации ЛРН.

4.4. Рекомендации по совершенствованию систем ЛРН.

4.4.1. Основные требования законодательства.

4.4.2. Задачи информационного обеспечения.

4.4.3. Определение нормативных требований, разработка технико-технологических решений.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование систем ликвидации разливов нефти (ЛРН) в замерзающих морях"

Освоение углеводородных ресурсов континентального шельфа России становится ключевой тенденцией в поддержании уровня добычи нефти и газа, как для отдельных компаний, так и для страны в целом. Естественное перемещение добычи углеводородов на море характеризуется следующими цифрами: в 2008 году более пятидесяти стран вели добычу нефти и газа на морских месторождениях, а доля морской добычи составила 36,5% (1441 о млн. тонн) по нефти и 31,5% (993 млрд. м ) по газу [71].

Поисково-разведочными работами (ПРР) на континентальном шельфе России установлено, что недра почти всех морей (за исключением Белого) перспективны на нефть и газ, а открытые месторождения обеспечивают создание новых газонефтедобывающих районов. Основная масса потенциальных запасов углеводородов континентального шельфа России размещается на шельфе замерзающих арктических и дальневосточных морей.

Российская история освоения морских месторождений углеводородов началась, по существу, в 1999 г. с установки морской платформы на северовосточном шельфе Сахалина. За последующие годы Сахалин стал крупным и быстро развивающимся регионом морской нефтегазодобычи с серьезными перспективами развития существующих и новых проектов.

Колоссальный интерес в России и за рубежом вызывают планы освоения ресурсов Баренцева моря, в первую очередь крупнейшего в мире Штокмановского газоконденсатного месторождения. Определенное внимание уделяется и первому по срокам реализации проекту освоения Приразломного нефтяного месторождения.

Наличие столь крупных запасов в сочетании с малым опытом освоения месторождений по существу означает начало принципиально нового этапа развития топливно-энергетического комплекса России в XXI веке.

Естественно, что реализация таких крупных нефтегазовых проектов в суровых условиях российской Арктики и Дальнего Востока сопряжена с решением широкого круга задач, приоритетными среди которых являются задачи обеспечения безопасности, как промышленной, так и экологической.

Основной угрозой окружающей среде при освоении углеводородных ресурсов шельфа и морских перевозках продукции по-прежнему являются разливы нефти, хотя в последние 15 лет отмечается существенное снижение числа инцидентов и масштабов их последствий [23, 48]. Однако и в последние годы достаточно аварий, показывающих, насколько могут быть опасны нефтяные разливы.

Особенно тревожно, что в России число аварий и разливов на море в последние годы только увеличивается из-за резкого увеличения объемов транспортировки в европейской части страны, а также начала эксплуатации крупных месторождений на Сахалине. Во многих новых проектах не уделяется должного внимания вопросам предотвращения и ликвидации разливов нефти (ЛРН).

Специалисты неоднократно отмечали пробелы и недостатки действующей нормативно-правовой базы в области ЛРН [11, 13, 25]. На практике это выражается в несоответствии возможностей аварийно-спасательных сил и средств возросшему уровню угроз, разработке нереализуемых планов ЛРН.

Целью диссертационной работы^ разработка методов и совершенствование, систем обнаружения и ликвидации разливов, нефти в замерзающих морях.

Информационное обоснование разработок основывается на средствах и способах сбора, накопления, обработки и использования, данных о процессах эксплуатации существующих систем ЛРН, результатов анализа, сведений, по мерам предупреждения, ликвидации и защиты от последствий разливов жидких углеводородов. Количественная, оценка, риска, основанная на соответствующей статистике, позволяет разработать и принять обоснованные решения по совершенствованию систем и управлению работами по борьбе с разливами.

Техническое обоснование разработок определяется современным уровнем- развития техники и технологии ликвидации нефтяных разливов в замерзающих морях, а также нормативными требованиями оперативного реагирования и деятельности при возникновении разлива.

Организационное обоснование включает в себя планирование и реализацию работ по созданию технического оснащения подразделений ЛРН, совершенствование самой организационной структуры, обеспечивающей высокую эффективность деятельности, и т.д.

Для выполнения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

• Оценка риска возникновения и объемов разливов нефти при технологических операциях по добыче и транспортировке нефти и газа на шельфе замерзающих морей;

• Оценка эколого-экономических последствий нефтяных разливов при реализации нефтегазовых проектов в замерзающих морях;

• Моделирование распространения нефтяного разлива в ледовых условиях;

• Анализ применимости физико-химических методов обнаружения, локализации и ликвидации нефтяных разливов в ледовых условиях;

• Разработка технических требований к судовым системам проведения операций ЛРН в замерзающих морях;

• Разработка рекомендаций по совершенствованию систем ЛРН на объектовом, региональном и национальном уровнях, включая нормативно-правовое, финансовое и информационное обеспечение.

На защиту выносятся:

• Методика оценки риска, объемов и эколого-экономических последствий разливов нефти при технологических операциях по добыче и транспортировке жидких углеводородов на шельфе замерзающих морей;

• Теоретическая модель перемещения загрязненного нефтью льда, позволяющая прогнозировать траекторию нефтяного разлива и планировать операции ЛРН в замерзающих морях;

• Метод определения необходимых технических средств, оборудования и персонала для оснащения региональных систем ЛРН и обоснование технических требований к судовым системам ликвидации разливов нефти в замерзающих морях;

• Рекомендации по совершенствованию систем ЛРН, включая нормативно-правовое, финансовое и информационное обеспечение.

Научная новизна работы заключается в комплексном междисциплинарном подходе к технической организации процессов планирования, обнаружения, локализации и ликвидации аварийных разливов жидких углеводородов с учетом реальных океанологических факторов ледовитых морей и формулируется в следующих основных положениях.

Разработана методика количественной оценки риска и возможных объемов разливов нефти на различных технологических объектах обустройства месторождений в замерзающих морях, основанная на анализе существующих статистических показателей, практике эксплуатации 7 технических средств и требованиях нормативного реагирования при возникновении аварийных ситуаций.

Обоснована теоретическая модель движения загрязненного нефтью льда, использование которой позволяет квалифицированно планировать операции ЛРН в замерзающих морях.

Разработаны технические требования к судовым системам ликвидации разливов нефти в замерзающих морях, а также метод определения необходимого количества технических средств, оборудования и персонала для оснащения региональных систем ЛРН.

Проведен комплексный анализ состояния российской нормативно-правовой базы и оснащения бассейновых аварийно-спасательных подразделений Минтранса РФ, на основе которых разработаны рекомендации по совершенствованию объектовых, региональных и национальной систем ЛРН в замерзающих морях.

Практическая ценность работы. Результаты работы направлены на научно-обоснованный выбор стратегии борьбы с углеводородными разливами в замерзающих морях и обоснование технических и организационных требований по созданию новых и совершенствованию существующих объектовых и региональных систем ЛРН в замерзающих морях России.

Результаты работы использованы при разработке:

1. «Программы освоения ресурсов углеводородов на шельфе Российской Федерации до 2030 года» (2005) и Корректировке «Программы освоения ресурсов углеводородов на шельфе Российской Федерации до 2030 года» (2009).

2. «Плана мероприятий по охране окружающей среды при освоении Приразломного нефтяного месторождения».

3. «Плана ликвидации аварийных разливов нефти Варандейского нефтяного терминала».

Апробация работы. Отдельные положения диссертационной работы докладывались на международных конференциях «Освоение шельфа арктических морей России» 11АО-2007 (Санкт-Петербург, 2007) и 11АО-2005 (Санкт-Петербург, 2005), «Безопасность морских сооружений» 80Р-2007 (Москва, 2007) «Управление рисками и устойчивое развитие ЕСГ России» ЫМ8-2006 (Москва, 2006), «Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток» 110000-2006 (Москва, 2006), семинаре МЧС «Современные требования в области предупреждения чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2005), на заседаниях секции Ученого Совета ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение (Общую характеристику работы), четыре главы, основные результаты с выводами, список использованной литературы из 99 наименований. Содержание изложено на 117 страницах текста и включает 17 рисунков и 33 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых", Маричев, Андрей Владимирович

Выводы по главе 4

1. Действующие российские нормативно-правовые документы в области ЛРН обладают существенными недостатками, затрудняющими развитие систем ЛРН в целом.

2. Представлены расчеты, показывающие невозможность практической реализации имеющихся технических нормативов.

3. Выполнен анализ зарубежного международного и национальных подходов к финансовым и организационным вопросам ЛРН, применимости этого опыта в российских условиях.

4. Разработаны рекомендации по совершенствованию систем ЛРН, включающие изменение основных положений законодательства, разработку нормативов и технико-технологических решений, задачи информационного обеспечения.

Заключение

1. Разработана методика оценки риска возникновения разливов нефти при транспортных операциях.

2. Разработана теоретическая модель движения загрязненного нефтью льда, на основе которой определен размер сетки сбора гидрометеорологических данных в замерзающих морях.

3. Проведен комплексный анализ действующих российских, международных и зарубежных нормативно-правовых документов в области планирования, подготовки и проведения операций ЛРН.

4. Разработаны рекомендации по совершенствованию региональных систем ЛРН в замерзающих морях РФ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Маричев, Андрей Владимирович, Москва

1. Актуальность выявления и освоения месторождений газа и нефти на шельфе России / Р.И.Вяхирев, Б.А.Никитин, А.И.Гриценко, Е.В.Захаров, П.Б.Никитин. — М.: ООО «Газоил пресс», 2000. — 112 с.

2. Астафьев В.Н., Сурков Г.А., Трусков П.А. Торосы и стамухи Охотского моря (монография). Под редакцией д.г.н. В.В.Панова, «Прогресс-Погода», Санкт-Петербург, 1997. — 197 е., ил.

3. Асфандияров Х.А., Максутов P.A. Нефтегазопроявления и открытые фонтаны при эксплуатации скважин. М.: Недра, 1986, 232 с.

4. Брусиловский П.М. Вероятностные модели загрязнения морской среды нефтепродуктами. Дисс. . к.ф.-м.н., М.: 1977.

5. Векилов Э.Х., Хачатуров В.Р., Ильницкий Н.К., Зданьски А.К., Кононенко С.А., Крылова Т.О. и др. Учет экологических и социальных последствий при освоении нефтегазовых месторождений на шельфе Балтийского моря. — М.:ВНИИОЭНГ, 1989.

6. Волошин В.П. Охрана морской среды: Учебное пособие. Л.: Судостроение, 1987. 208 с.

7. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Гриценко А.И., Захаров Е.В., Никитин П.Б. Актуальность выявления и освоения месторождений газа и нефти на шельфе России. — М.: Газоилпресс, 2000

8. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. — М.: Изд. Академии горных наук, 1999. 373 с.

9. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. 2-е изд., доп.- MI: Издательство Академии горных наук, 2001.

10. Горшков С.Г., Фалеев В.И. Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. Минобороны СССР. М., 1980.

11. Журавель В.И. Статистические показатели безопасности проектов разработки морских месторождений нефти и газа./ Труды V международной конференции «Освоение шельфа арктических морей России», 16-19 сентября 2003, Санкт-Петербург, 2003.

12. Журавель В.И., Мансуров М.Н., Маричев A.B. Анализ технических требований к судовым системам ликвидации разливов нефти в условиях замерзающих морей. «Нефтегазовое дело», 2007.

13. Золотухин А.Б., Гудместаг O.T., Ермаков А.И. и др. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике. — М.: Издательство «Нефть и газ», 2000

14. Зубов H.H. Льды Арктики. М., Главсевморпуть, 1944, 360 с.

15. Игревский В.И., Мангушев К.И. Предупреждение и ликвидация нефтяных и газовых фонтанов. М.: Недра, 1974.

16. Измайлов В.В. Трансформация нефтяных пленок в системе океан-лед-атмосфера. Сер. "Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана, т. 9. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988, 145 с.

17. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин./Под ред. Г.А. Зотова и З.С. Алиева/ М.: Недра, 1987.

18. Кормак Д. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами: Пер. с англ. — Транспорт, 1989.-365 с.

19. Магомедов K.M. Гидравлическая модель фонтанирующей скважины. ДАН СССР, 1989, т.306, № 1, с.55-59.

20. Мансуров М.Н. Управление состоянием морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов. Дисс. . .д.т.н. Л.: 1991, с.59-77

21. Мансуров М.Н. Экологический риск и последствия нефтяного загрязнения в процессах морской нефтегазодобычи//. Морские и арктические нефтегазовые месторождения и экология. — М.: ВНИИГАЗ, 1996, С. 70-81

22. Мансуров М.Н., Сурков Г.А., Журавель В.И., Маричев A.B. Ликвидация аварийных разливов нефти в ледовых морях. М., ИРЦ «Газпром», 2004.422 стр.

23. Мартынюк В.Ф., Прусенко Б.Е. Защита окружающей среды в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для вузов. — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003.

24. Матишов Г.Г., Никитин Б.Л., Сочнев ОЛ. Экологическая безопасность и мониторинг при освоении месторождений углеводородов на арктическом шельфе. — М.: Газойл пресс, 2001. — 232 с.

25. Миронов Е., Спичкин В.А., Егоров А. Сезонная изменчивость и ее вариации в регионе Баренцева и Карского морей // Материалы первой международной конференции по освоению российского арктического шельфа (РАО-93), С.-Петербург, 1993, стр. 361-368.

26. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. — М.: Издательство ВНИИРО, 1997

27. Спичкин В.А, Егоров А. Опасные ледовые явления в Баренцевом и Карском морях // Материалы второй международной конференции по освоению российского арктического шельфа (РАО-95), С.Петербург, 1995.

28. Сурков Г.А. Научно-методические основы расчета нагрузок от ледяных торосов на морские нефтегазопромысловые сооружения. Дис. д.т.н., ВНИИГАЗ, Москва, 2001. 370 с.

29. Технические средства разведочного бурения на нефть и газ в условиях предельного мелководья Северного Каспия: Отчет о НИР / ООО «ОМНИ ТЕХНОЛОГИИ» для ООО «Каспийская нефтяная компания» Москва, 2003. - 140 с.

30. Трусков П.А. Учет ледовых условий при проектировании нефтегазопромысловых сооружений. -Дисс. к.г.н. — Л., 1989. с.63.

31. Якунин Л.П Ледотермика прикромочной зоны дальневосточных морей // Вопросы океанографии / Тр. ДВНИГМИ, вып. 40. Л.: Гидрометеоиздат, 1990, с. 61-64.

32. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 июля 1997 года №116-ФЗ.

33. Отраслевой стандарт. Методика расчета необходимых для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов сил и средств, 2002 г.

34. Постановление Правительства Российской Федерации «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» от 5 ноября 1995 года №1113.

35. Постановление Правительства Российской Федерации «О классификации чрезвычайных ситуаций» от 13 сентября 1996 года №1094.

36. Постановление Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» от 21 августа 2000 года №613 (в ред. Постановления Правительства РФ от 15 апреля 2002 года №240).

37. Правила организации мероприятий но предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации, утвержденные Постановлением Правительства РФ от 15.04.02 № 240

38. Приказ МЧС России «О дальнейшем совершенствовании работы в области предупреждения и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» от 18 мая 2002 года №242.

39. Приказ МЧС России «О постановлении Правительства Российской Федерации от 21 августа 2000 года №613» от 12 октября 2000 года №510.

40. Приказ МЧС России и Госгортехнадзора Pocciui от 17 ноября 2000 года №569/111.

41. Приказ МЧС России от 7 мая 2002 года №227.

42. РД 08-200-98. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, Госгортехнадзор России, 1998.

43. Руководство по ликвидации разливов нефти на морях, озерах и реках (в т.ч. в ледовых условиях).-СПб.: ЦНИИ МФ, 2002,- 344с.

44. A Guide to Contingency Planning for Oil Spills on Water, IP1ECA Report Series, Vol. 2, March 2000

45. Accident Statistics for Fixed Offshore Units on the UK Continental Shelf 1991-99. UK HSE, 2002 r.

46. Accident Statistics for Mobile Offshore Units on the UK Continental Shelf 1980-1998. DNV for HSE, 2000

47. Anderson M.C., LaBelle R.P. Update of Comparative Occurrence Rates for Offshore Oil Spills. Spill Science & Technology Bulletin, Vol. 6, No. 5/6

48. Bambulyak A., Frantzen B. Oil transport from the Russian part of the Barents region. Svanhold Environmental Center. 2005.93 p.

49. Bcch С. and Sveum P. Spreading of oil in snow // Proceedings of the Sixth Arctic Marine Oilspill Program Technical Seminar, Environment Canada, Ottawa, 1991. — pp.57-71.

50. Bellendir E.N. and Toropov E.E. Analysis of various designs of the stationary platform substructures for the Pechora Sea shelf// Proc. of the 10th ISOPE Conference, Seattle, V.I, 2000, pp.737-742.

51. Bobra A.M. and Fingas M.F. The Behavior and Fate of Arctic Oil Spills // Water Science Technology, Vol. 18 No. 2,1986.-pp. 13-23.

52. BP Statistical Review of World Energy June 2007

53. Brown H.M., Goodman R.H. and Canevari G.P. Dispersant effectiveness in cold water // Proceedings of the Eighth Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar, June 18-20, Edmonton, Alberta. Environment Canada, Ottawa. 1985.

54. Buist I. In Situ Burning of Oil Spills in Ice and Snow // Proc. Of Int. Oil and Ice Workshop 2000. -Anchorage. (CD).

55. Buist I., Dickins D. Oil Fate and Behavior in Ice // Proc. Of Int. Oil and Ice Workshop 2000. Anchorage.

56. Cox G. and Blanchet D. Engineering for the Russian Arctic offshore // Roc. of the Second Int. Conference on Arctic Development of the Russian Arctic Offshore (RAO-95), St-Petersburg, 1995.

57. Edward H. Owens, Gary A. Sergy. Oil on shorelines and shoreline treatment. A state-of-knowledge review, /Proceedings of 19th arctic and marine oilspill program (AMOP) technical seminar/. 1996.

58. Fast O. Remote Sensing of Oil on Water Air and Space-Borne Systems // Proc. of the DOOS Seminar, SINTEF, Trondheim, Norway. - 1986.

59. Fay J. A. Physical process in the Spreading of Oil Water Surface Prevention and Control of Oil Spills. API, Washington, 1970.

60. Fingas M. In-situ Burning of Oil Spills An Overview. Spill Technology Newsletter Vol 23(1-4). January -December 1998. Environment Canada. Ottawa. 1998.

61. Fingas M. and Brown C. The detection of oil in and with ice // Proc. Of Int. Oil and Ice Workshop 2000. -Anchorage. (CD).

62. Fingas M. and Punt M. In-situ BurningrA Cleanup Technique for Oil Spills on Water. Environment Canada. Ottawa. 2000.

63. Fingas M.F. The effectiveness of oil spill dispersants // Spill Technology Newsletter, 10(46): 4764. Environment Canada, Ottawa, Canada. 1985.

64. Grey Catherine. The cost of oil spills from tankers: an analysis of IOPC Fund incidents. International Oil Spill Conference, 1999.

65. Guenette C., Sveum P., Buist I., Aunaas T. and Godal L. In-situ Burning of Water-in-oil Emulsions. SINTEF Report No. STF21 A94053 Trondheim, Norway, 1994. 139 p.

66. Hijuer K. Trends in Oil Spills from Tanker Ships 1995-2004,1TOPF, 2005

67. Hovda, J. & J.P. Aabel. Нефть и лед, воздействия и методы очистки: специальные методы аналнза для месторождений в Печорском море, 1999.

68. International Energy Agency. Key World Energy Statistics. 2009.

69. Jensen H.V., McHale J. Mechanical oil recovery in ice infested waters (MORICE) // Proc. of 2-nd "Ice Scour and Arctic Marine Pipelines Workshop", Mombetsu, 2000. pp.53-86.

70. Johannessen B.O. and Jensen H. Experimental oil spills in the Barents Sea marginal ice zone // Proc. of POAC'93 Conference. V.2. - pp. 708-718.

71. Johannessen, B.O., Jensen, H., Solsberg, L. & Lorenzo, T. 1996. Mechanical oil recovery in ice infested waters (MORICE) Phase 1. SINTEF Report STF 22 F 96225.

72. Johannessen, B.O., Jensen, H., Solsberg, L. & Lorenzo, T. 1998. Mechanical oil recovery in ice infested waters (MORICE) Phase 2, SINTEF Report STF 22 F 98206.

73. Jouravel V, Maritchev V, Ovsienko S, Pertsev A. Factors Influencing Oil Spill Response Planning for the Prirazlomnoje Oil Field Development in the Pechora Sea. RAO-2001 Proc., S.-Pb., 2001

74. Lepparanta M. and Hakala R. The structure and strength of first-year ice ridges in the Baltic Sea // Cold Regions Science and Technology, 1992,20, pp.295-311.

75. Loset S. and Carstens T. Sea ice and icebergs in the Western Barents Sea in 1987 // Cold Region Science and Technology. -1996.

76. Loset S., Shkhinek K, Strass P., Gudmestad O.T., Michalenko E.B. and Kama T. Ice conditions in the Barents and Kara Seas // Proc. of OMAE'97 Conf., V.IV. 1997, pp.173-181.

77. Loset, S. & Timco, G. 1992. Laboratory Testing of a Flexible Boom for Ice Management. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Vol. 115, pp. 149-153.

78. Loset, S., Carstens, T. & Jensen, H. 1991. Deflection of open pack ice in an oil spill recovery area, Proceedings of the Fourteenth Arctic and Marine Oil Spill Program Technical Seminar (AMOP), Vancouver, British Columbia, pp. 495-507.

79. McHale J.E., Dickins D.F., Glover N.W. Oil spill response in ice infested waters // Proc. of 2nd Ice scour & Arctic marine pipelines Workshop, 15th Int. Symposium "On Okhotsk Sea and sea ice", Mombetsu, 2000. -pp. 15-51.

80. Moller T.H., Parker H.D., Nichols J.A. Comparative Costs of Oil Spill Cleanup Techniques. 1987 OIL SPILL CONFERENCE, pp. 123-127.

81. Offshore Blowout Database 2000. SINTEF, Norway, 2001

82. Offshore Hydrocarbon Releases Statistics, 2000. UK HSE, 2000

83. Offshore Reliability Data 1997 (OREDA), 3rd Edition. DNV, 1998

84. Oil handling in the Baltic Sea Area 1996 2001. HELCOM

85. Potential Oil Spills in Collision and Grounding. DNV, 1990

86. Quantitative Risk Assessment Data Sheet Directory. E&P Forum Report 11.8/250, 1996

87. Review of Maritime Trade 2004. UNCTAD, 2005

88. Riska K. Ice conditions along the North-East passage in view of ship trafficability studies // Proc. of Fifth of ISOPE Conference, The Hague, 1995, V.II, pp.420-427.

89. Rosenegger L.W. The Movement of Oil Under Sea Ice. Prepared by Imperial Oil Limited for the Beaufort Sea Project, Department of the Environment Canada, Victoria, Beaufort Sea Technical Report No.28,1975.

90. Ross S.L. Dispersant Use for Spills in Ice-Infested Waters // Proc. Of Int. Oil and Ice Workshop 2000. -Anchorage. (CD).

91. Rytkonen J., Mykkanen E. and Lampela K. Novel Oil Recovery Systems for Ice Conditions Baltic Sea Experiences and Demands for the Future // Proc. Of Int. Oil and Ice Workshop 2000. Anchorage. - (CD).

92. Rytkonen, J. 1992. Experiences of coping with oil spill in broken ice. Paper presented at Petro Piscis II-H-4.

93. Rytkonen, J. 1999. Oil recovery operations in the Southern parts of the Barents Sea. Research report VAL34-992573.

94. Update of Comparative Occurrence Rates for Offshore Oil Spills. Spill Science & Technology Bulletin, Vol. 6, No. 5/6, pp. 303-321,2000

95. Colony R., Thorndike A. An estimate of the mean field of sea ice motion. J. Geophys. Res., 1984, 89 (c6), pp. 10623 10629

96. Worldwide Offshore Accident Database 1997. DNV, 1998 r.0117 i