Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Комплексная оценка воздействия нефтяных шахт на окружающую среду

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, доктора технических наук, Цхадая, Николай Денисович, Москва

тУ / ^ -¿Г/ _

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина

На правах рукописи

Цхадая Николай Денисович

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЯНЫХ ШАХТ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

11.00.11- Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов

05.26.01 - Охрана труда

диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

.т д.т.н., профессор Прусенко Б.Е.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................5

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.....................................................................10

1.1. Особенности термошахтной разработки нефтяных месторождений............10

1.2. Условия труда при паротепловом воздействии на пласт................................25

1.3. Термощелочной метод повышения нефтеотдачи и его применение..............36

1.4. Влияние выбросов нефтешахт на состояние окружающей среды.................38

1.4.1. Самоочищающая способность атмосферы.................................................................................39

1.4.2. Самоочищающая способность водоемов......................................................................................42

1.4.3. Естественная защищенность подземных вод..............................................................................43

1.4.4. Потенциальная устойчивость ландшафтов................................................................................46

1.4.5. Способность к самовосстановлению растительного покрова..................................................50

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................................53

2.1. Методика лабораторного эксперимента по паротепловому и термощелочному воздействию на пласт.............................................................53

2.2. Определение летучести щелочи в воздухе рабочих зон....................................56

2.3. Анализ состава рудничной атмосферы...............................................................58

2.4. Методика изучения коррозии технологического оборудования....................59

" 2.5. Методика исследования физико-химических процессов в пласте при

парощелочном заводнении....................................................................................60

2.6. определение уровня запыленности рабочих зон нефтешахт...........................62

2.7. Методика исследования состава газовых выбросов и сточных вод

шахтных предприятий.............................................................................................63

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕФТЯНОЙ ШАХТЫ НА УСЛОВИЯ ТРУДА ....65

3.1. Тепловой режим нефтешахт и его особенности при паротепловом воздействии на пласт..............................................................................................65

3.1.1. Определение тепловыделений в полевых штреках.......................................................................66

3.1.2. Определение тепловыделений в буровых галереях.......................................................................71

3.1.3. Определение оптимального количества воздуха по тепловым условиям...................................75

3.1.4. Регулирование термовлажностного режима горных выработок.............................................80

3.2. Газовоздушный режим нефтяной шахты.............................................................88

3.2.1. Паротепловой метод......................................................................................................................88

3.2.1.1. Лабораторные исследования газовоздушного режима нефтяной шахты.............................88

3.2.1.2. Исследование газовоздушной среды нефтешахты в процессе эксплуатации........................89

3.2.2. Термощелочной метод....................................................................................................................91

3.2.2.1. Зависимость концентрации щелочи в извлеченной нефти от времени обработки

пласта и температуры................................................................................................................92

3.2.2.2. Влияние различных факторов на процесс улетучивания щелочи.............................................99

3.2.2.3. Оценка влияния щелочи на состав воздуха рабочих зон.........................................................106

3.2.2.4. Физико-химические процессы при термощелочном воздействии на нефтяной пласт.......108

3.2.2.5. Лабораторные исследования газовоздушной среды нефтешахты при термощелочном воздействии на нефтяной пласт..............................................................................................117

3.3. Запыленность атмосферы рабочих зон%|фтешахт.........................................125

3.3.1. Бурение горных пород..................................................................................................................125

3.3.2. Очистка забоев..............................................................................................................................126

3.3.3. Оценка сшикозоопасности рабочих зон.....................................................................................129

3.4. Статическая электризация объектов нефтешахт............................................133

3.4.1. Неподвижные объекты................................................................................................................133

3.4.2. Подвижные жидкости.................................................................................................................135

3.5. Коррозия эксплуатационных труб при разработке нефтяного пласта........138

3.5.1. Паротепловой метод.................................................................................................................... 138

3.5.2. Термощелочной метод..................................................................................................................139

3.5.3. Меры по снижению интенсивности коррозии оборудования...................................................143

ГЛАВА 4. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ НЕФТЯНЫХ

ШАХТ.....................................................................................................145

4.1. Математическое моделирование газовоздушной среды шахт....................145

4.2. Критерий оценки оптимальных условий труда в горных выработках нефтяных шахт........................................................................................................151

4.3. Структура и дислокация физических систем контроля за воздушной средой горных выработок......................................................................................159

4.4. Автоматизированные системы управления вентиляционными средствами...............................................................................................................168

ГЛАВА 5. УСЛОВИЯ ТРУДА ПРИ ПРОМЫСЛОВОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ ПО ТЕРМОЩЕЛОЧНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ...................................................................................................174

5.1. Анализ работы участка добычи нефти при промысловом эксперименте.... 174

5.2. Технологические результаты промыслового эксперимента при термощелочной обработке пласта......................................................................177

5.3. Влияние на условия труда метеорологических факторов на участке приготовления щелочи..........................................................................................183

5.4. Характеристика основных узлов технологической схемы..........................183

5.5. Газовый режим шахты при проведении эксперимента...................................186

5.6. Газовый режим промыслового участка при проведении эксперимента.....190

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕФТЯНОЙ ШАХТЫ НА ОКРУЖАЮЩУЮ

СРЕДУ...................................................................................................195

6.1. Оценка воздействия нефтешахты на атмосферный воздух..........................195

6.1.1 Характеристика выбросов загрязняющих веществ от организованных источников...........195

6.1.2. Характеристика выбросов загрязняющих веществ от неорганизованных источников........199

6.1.3. Расчет выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта..........................202

6.1.4. Прогноз создаваемых уровней загрязнения.................................................................................202

6.1.5. Мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.........................204

6.2. Оценка воздействия нефтешахты на водные объекты...................................206

6.2.1. Водопотребление предприятия...................................................................................................207

6.2.2. Сточные воды предприятия........................................................................................................214

6.2.3. Влияние экологических последствий на рыбные запасы............................................................217

6.2.4. Мероприятия по охране и рациональному использованию водных ресурсов...........................223

6.3. Оценка воздействия на земли и биоту...............................................................225

6.3.1. Прогноз техногенного влияния на состояние земель, растительности и животного

мира региона при строительстве и эксплуатации объектов нефтешахты..........................225

6.3.2. Мероприятия по восстановлению почв, растительности и охране фауны............................232

6.4. Сероводородное загрязнение окружающей среды...........................................235

6.5. Совершенствование оборудования для транспортировки нефтепродуктов.......................................................................................................237

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ........................................................................................240

ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение

Актуальность проблемы:

По объемам и особенностям воздействий на природную среду нефтяной комплекс относится к числу отраслей народного хозяйства, обладающих исключительно высокой экологической опасностью даже в случае планового режима работы.

Разработка нефтяного месторождения термошахтным методом сопряжена с целым комплексом неблагоприятных воздействий на здоровье обслуживающего персонала и на состояние окружающей среды. Перечень факторов, отрицательно влияющих на человеческий организм в условиях нефтяной шахты и приводящих к возникновению профессиональных заболеваний, либо создающих опасные производственные ситуации, относительно невелик. Самые существенные из этих факторов следующие:

■ неблагоприятный тепловой режим, связанный с закачкой в пласт теплоносителя — перегретого пара, зачастую с химическими добавками, что приводит не только к повышению температуры в рабочих зонах сверх установленных нормативов, но и загрязнению шахтной атмосферы посторонними вредными веществами;

■ неблагоприятный газовый режим, связанный с выделением в шахтную атмосферу летучих углеводородов, что может привести не только к отравлению, но и вызвать возникновение взрыво- либо пожароопасной ситуации;

■ статическая электризация объектов нефтяной шахты, связанная со склонностью нефти к накоплению статических зарядов, которая может в итоге привести к аварийной ситуации в нефтяной шахте;

■ запыленность ряда рабочих зон, связанная с осуществлением взрывных, буровых работ при проходке галерей и штреков, а также с последующей очист-

кой забоев от породы, что в итоге может стать причиной профессионального заболевания - силикоза; ■ коррозия оборудования, в частности, паронагнетательных труб, связанная с высокой агрессивностью перегретого водяного пара и недостаточной коррозионной стойкостью применяемого для изготовления труб металла, что может привести к прорывам пара с химическими добавками в шахтную атмосферу.

Многообразно вредное влияние нефтяной шахты на природную среду. Оно связано не столько с выделением из пользования огромных территорий, на которых возводятся объекты нефтешахт, сколько с исключительными по объему и разнообразию выбросами в окружающую среду продуктов деятельности самой шахты и многочисленных сопутствующих производств. Эти выбросы загрязняют воздушный и водный бассейны, приводя к необратимым изменениям растительного покрова и животного мира, а в итоге - к ухудшению демографической ситуации на осваиваемой территории.

Особое беспокойство вызывают нефтяные районы севера европейской части страны, в том числе и Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция. Развитие в них нефтегазодобычи без принятия соответствующих мер по ограничению выбросов в природную среду, предотвращения возможности аварийных ситуаций способно в течение десятка лет существенно изменить экологическую ситуацию северных регионов, тем более, что они обладают слабой способностью к самоочищению от продуктов техногенеза, в них широко развиты различные геохимические барьеры, которые способствуют усилению накопления техногенных и антропогенных загрязнителей.

Поэтому обеспечение безопасных условий труда, включающих комплексный анализ газовоздушной атмосферы в горных выработках, а также комплекс-

ная оценка воздействия деятельности нефтяных шахт на окружающую среду является актуальной проблемой.

Многолетние систематические исследования на объектах Ярегского месторождения Республики Коми позволили оценить уровень опасности, создаваемого каждым из перечисленных факторов, и в случае необходимости разработать мероприятия по его снижению, что и составляет основное содержание диссертационной работы. Цель работы:

Комплексная оценка воздействия нефтяных шахт на окружающую среду и условия труда; разработка и промышленное внедрение методов и мероприятий по обеспечению безопасных условий труда на шахтных объектах и снижению вредного воздействия нефтяных шахт на природную среду.. Содержание и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (гл. 1), в котором рассматриваются вопросы охраны труда и защиты окружающей среды при паротепловой и термощелочной разработке нефтяного пласта; методической части (гл. 2), в которой описываются методики эксперимента; и экспериментальной части, включающей главы, освещающие вопросы теплового и газовоздушного режима нефтешахт, запыленности рабочих зон и уровня статических зарядов на шахтных объектах, степени коррозии паронагнетательного оборудования (гл. 3), разработки систем контроля воздушной среды нефтешахт (гл. 4), влияния нефтешахт на состояния окружающей среды (гл. 5, 6), заключения, основных выводов, списка литературы и приложений.

Общий объем работы составляет 261 е., включая 40 рис., 63 табл., список литературы 236 наименований.

Научная новизна:

■ Впервые поставлена и решена задача систематического исследования уникального объекта - нефтяной шахты для оценки её влияния на окружающую среду и условия труда;

■ Впервые произведена комплексная оценка загрязнений природных объектов, вызванных применением термошахтного метода разработки нефтяного месторождения и показана, что они существенно ниже, чем при использовании традиционных способов нефтедобычи;

■ Разработана методика моделирования газовоздушной среды нефтяных шахт и созданы принципы регулирования термовлажностного и газового режимов горных выработок при паротепловой и термощелочной разработке продуктивного нефтяного пласта;

■ Теоретически обоснована система контрольных замеров параметров воздушной среды с применением теории порядковых статистик для оперативного получения исходной информации и предложен ряд схем автоматического управления вентиляционной системой нефтяной шахты;

■ Применен принципиально новый подход в разработке оборудования для одновременной транспортировке различных нефтепродуктов, что позволило создать экономичную и экологически безопасную конструкцию многоканального трубопровода.

Практическая ценность:

■ Разработаны мероприятия по снижению вредного воздействия объектов неф-тешахт на состояние атмосферного воздуха, водных бассейнов, растительного покрова;

■ Проведена комплексная оценка и разработаны меры по снижению влияния на условия труда в нефтяных шахтах всех отрицательных факторов: повышен-

ных температур и влажности, выделения летучих углеводородов, запыленности атмосферы, статического электричества;

■ Проведен длительный производственный эксперимент по термощелочной разработке нефтяного пласта, доказавший полную безопасность данного метода при его высокой эффективности;

■ Предложены и запатентованы принципиально новые конструкции многоканального трубопровода, позволяющие существенно повысить пропускную способность и снизить вероятность утечек нефтепродуктов;

■ Разработаны принципы контроля газовоздушной среды нефтешахт и управления вентиляционной системой, которые могут быть использованы на горнодобывающих предприятиях различного профиля;

■ Научные положения диссертационной работы внедрены в производство в объединении "Яреганефть" (Республика Коми) и использованы при выполнении научно-исследовательских работ в управлении экологии "КомиТЭК" (Республика Коми).

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Особенности термошахтной разработки нефтяных месторождений

Решение проблемы увеличения нефтеотдачи и улучшения использования запасов нефти в значительной степени связано с внедрением тепловых и шахтных методов добычи нефти. На Ярегском месторождении (Республика Коми) применяется новая технология, сочетающая шахтный способ с применением теплового воздействия на пласт (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Разрез шахты

Опытные работы начаты в 1968 году. К этому времени первоначальная разработка месторождения на естественном режиме находилась в завершающей стадии, а средний коэффициент нефтеотдачи на отработанных площадях не превышал 0.04. Анализ промысловых исследований показал, что особенности теплового воздействия на трещиноватый пласт с использованием подземных гор-

ных выработок лучше используется при двухгоризонтной системе, т.е. при закачке пара из иадпластовых горных выработок и отборе нефти в выработках нефтяного пласта [1,2]. Основной задачей нефтяников является обеспечение максимальной нефтеотдачи пласта, повышение производственной мощности нефтешахты, экономической эффективности разработки и обеспечение безопасных условий труда в шахтных условиях при тепловом воздействии на пласт.

Из ярегской нефти получают зимние и летние сорта осевых масел для железнодорожного транспорта, добавки в зимние и летние сорта дизельного топлива, топочный флотский мазут, высококачественные черные лаковые битумы, используемые в типографской и электроиз