Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Управление состоянием морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Управление состоянием морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов"

ПРЕЗИДИУМ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

На правах рукописи

МАНСУРОВ Марат Набиевич

УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МОРСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ РЕСУРСОВ

11.00.08-океанология: 05.15.12-оазоаботка мооских^,-месторождений полезных ископаемых

с ..-Л

Л

у ^-АВТОРЕФЕРАТ

.'Л дйсЬертации на,соискание ученой степени

. л у;' . ■•.•;." х

доктора технических наук

Л'«

. лч -.-V V. '

Работа выполнена в Сахалинском научно - исследовательском и проектном институте СахалмНИПИморнефгь.

Научный консультант: доктор reo лого-минералогических наук, профессор АНИКИЕВ В.В.

Официальные оппоненты:доктор экономических наук.

Ведущая организация - Институт морской геологии и 'геофизики (ИМГиГ) ДВО РАН (г.Окно-Сахалинск)

Заидега состоится 20 мая 1992 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д 002.06.09. в Президиуме Дальневосточного отделения РАН (690032.Владивосток,ул.Балтиас-кая,43,спецсовет)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВО РАН 690022.Владивосток,пр.Столетия,159,ДВГИ ДВО РАН

.КРАЕВА И.И.

доктор технических наук,академик Международной шшенерноя академии, профессор ТУТСАЕВ Б.Ф. доктор географических наук,профессор ЯКУНИН Л.П.

Автореферат разослан

апреля 1992 г.

Ученый секретарь спешализиоованного совета,к.г.н.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ.

-Актуальность проблемы. Освоение.нефтегазовых ресурсов лель-фов дальневосточных и арктических морей связано с решением сложной научно-технической проблемы обеспечения экологической безопасности морских нефтегазовых комплексов,создаваемых в условиях ледовитых морей. Сложность проблемы обусловлена как специ!'/-кой разработай морских нефтегазовых месторождений, так и ибх/ми аспектами рационального морского природопользования, к которым примыкают задачи сохранения биоресурсов океана и охраны морекл среда от углеводородного загрязнения. Поэтому тема диссертации, направленная на решение вопросов взаимодействия процессов морской нефтегазодобычи и природной среды,актуальна и имеет большое народно-хозяйственное значение.

Цель работы заключается в разработке научных основ управления состоянием загрязненности морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов шельфа с учетом реальных природных условий и внедрении методов рационального морепользования в практику обустройства морских не$тэгззовых комплексов на шельфе о.Сахзлта.

Научная новизна работы состоит в комплексном междисциплинарном подходе к процессам взаимодействия конкретного техноге-неза объектов нефтегазодобычи с реальными океанологическими факторами ледовитых морей и формулируется в следующих основных положениях.

I.Впервые на мевдисцйпжнарной основе получены оценки реальной экологическое нагрузки и последствий для морской среды.обусловленные воздействием объектов нефтегазового комплекса.

2.Обоснованы скорости трансформации, миграции и аккумуляции нефтяных углеводородов в геохимических системах замерзающих мо-рей;выявлен механизм и определена скорость поверхностной диффузии нефтяных углеводородов при .растекании на льду и миграции в снежно-ледовом покрове,разработана математическая модель растекания нефти подо льдом.

3.Определено современное экологическое состояние, морской среда в районах открытых нефтегазовых месторождений -на северовосточном шельфе Сахалина и оценена ее ассимиляционная емкость при аварийном нефтяном загрязнении; исходя из характера дреюрэ морского льда разработана математическая модель переноса льдом нефтяных загрязнений в другие районы Охотского моря.

4.Обоснованы технологические схемы утилизации и подготовки сточных вод и нефтесодержащего шлама,образующегося на ДСП,с помощью установок,разработанных с участием автора-блочной установки очистки вод типа УБО и циклонной топки для сжигания шлама.

5.С учетом природно-географических условия шельфа замерзающих морей разработаны методики выбора технологической "схемы системы подводных трубопроводов при многоканальном транспорте продукции скважин.определения безопасного расстояния между подводными трубопроводами; обоснована необходимость и разработана методика определения необходимого уровня резервирования подводных трубопроводов; разработаны конструктивная схема подводного трубопровода типа "труба в трубе" повышенной экологической надежности и метода уменьшения объема разлива нефти при порыве подводных трубопроводов.

6.с учетом специфических свойств неопределенности и риска-разработаны метода выбора стратегии обустройства морских нефтегазовых месторождений,оценки экономических издержек риска аварийного загрязнения морской среды.управления уровнем загрязненности морской среды при эксплуатации морского нефтегазового комплекса; обоснован метод мониторинга экологического состояния морских биосистем при эксплуатации морских нефтегазовых месторождений.

Достоверность выводов. Полученные результаты основаны на фундаментальных положениях теории 'вероятности,статистики,надежности, гидромеханики,физико-химш нефтяных углеводородов, эконо-мики;на современных представлениях гидрофизики .гидрохимии, мик-ро-и гидробиологии океана .биохимии водной среда;верификация моделей осуществляется по статистическим и эмпирическим данным;' полученные экспериментальные результаты в реальных условиях сахалинского шельфа сопоставимы с результатами других исследователей и укладываются в общие научные представления об анализируемых процессах.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты работы направлены на научно-обоснованный выбор природоохранной стратегии,обоснование проектных решений по разработке, обустройству и эксплуатации объектов освоения нефгегазозйх месторождений, прогнозирование экологического состояния морской среда на шельфах .замерзающих морей. '

Для обоснования выбора природоохранной стратегии и прогно-:

зирования экологического состояния морской среды представляют практическую ценность:вероятностные оценки риска и потенциальных объемов углеводородного загрязнения,а также области загрязнения морской среды при эксплуатации нефтегазопромыеловых об}-ектов;механизмы и скорости протекания процессов трансформации и миграции нефтяных углеводородов в геохимических системах морской среда;современное экологическое состояние,оценки потенциалов самоочищения и ассимиляционной емкости морских вод, методы мониторинга состояния морской среды;метода решения эколого-эко-номических задач в услових неопределенности и риска.

Для целей проектирования и эксплуатации нефтегазопромысло-вых объектов практическую ценность представляют:технические решения по очистке и утилизации нефтесодержащих сточных вод и обезвреживанию нефтесодержащих вламов,образующихся на ледостоя-ких платформах; методы обеспечении экологической безопасности морских подводных трубопроводов с учетом природно-географичес-ких факторов замерзающих морейдоанирование мер борьбы с разливами нефтяных углеводородов на шельфах замерзающих морей.

Результаты исследований по теме диссертации отражены в отчетах по геологическому строению и подсчету запасов нефти, газа и конденсата морских месторождений Чзйво,0допту.Лунское и Пидь-тун-Астохское; в технике - экономических обоснованиях вариантов освоения.технологических схемах и проектах разработки указанных г,!остороэдоний,а таюга в отчотах научно-исс.юдовательских том.

На защиту выносится совокупность теоретических положений, матсматтеских.фгаико-хишяеских и эколого-экономических моделей, а также технических решения обеспечения экологической безопасности объектов морской нефтегазодобычи,являющейся крупным достижением в рациональном управлении состоянием морской среда.

Апробация работы.Основные научные результаты исследования обсуждались на международных,всесоюзных,републиканских.отрасле-вых и региональных конференциях,совещаниях,симпозиумах:Башкирской республиканской кегаотраслэвой научно-технической конферен-цшГИятенскфикация нефтехимических процессов как фактор повышения средств производства"(г.Уфа, 1977 );Всесоюзноа^. школе-семинаре по вопросам гидродинамики,технического диагностирования и наде-нкости трубопроводного транспорта (г. Уфа, 1984); Всесоюзном сове-цаши "Проблемы охраны окружающая среда в нефтяной и газовой пр6иьЕыэнности(г.Калининград, 1985) ¡Всесоюзной конференции "Эко-

номшса освоения океана"(г.Владивосток, 1985);Ш научно-практической конфереыцшГИтоги исследований по вопросам рационального использования и охраны водных,земельных и биологических ресурсов Сахалина и Курильских островов(г.Южно-СахалинскЛ387); III Тихоокеанской школе то морской геологии,геофизике и геохимии "Геология Тихого океана'Чг.Владивосток,1987>:Втором Тихоокеанском симпозиуме по морским наукам "Рациональное использование природных ресурсов океана" (СССР, г.Находка, 1988) ¡Международной конференции по Японскому и Охотскому морям "Управление транснациональными ресурсами и возможные аспекты сотрудничества"(СССР, г.Находка, 1839);1 и II Всесоюзных конференциях "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР"(Москва,1Шв,1900): IV научно-практической конференции "Экологические основы рационального природопользования на Сахалине и курильских островах" (г.Юино-Сахалинск, 1890): региональной научно-практической конференции"Проблемы защиты окружающей среда и рационального природопользования в связи с перспективами социально-экономического развития Сахалина и Дальнего Востока"(г.Шю-Сахалинск,1991);10 Международном симпозиуме по биогеохимии(США, Сан-Франциско,1991).

Публикации.По теме диссертации опубликовано 39 научных работ, в~то^~чйслё 3 авторских свидетельства на изобретения,написанных как индивидуально,тчк и в соавторстве.Личный вклад в работах, выполненных в соавторстве,заключается в постановке задач, выборе метода экспериментальных исследований и способа решения задач,в обобщении и интерпретации полученных результатов.

Структура и обгем работы.Диссертация состоит из введения, шести глав.заключения,содержит 351стр.машинописного текста, 72 рисунка,19 таблиц.Список литературы включает 289 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность темы исследований.формулируется цель работы и исходя из логики достижения сформулированной цели,обусловленной необходимостью разрешения противоречия между потребностью использования шельфа в хозяйственных целях и сохранения его качества,обосновываются необходимые задачи диссертации.Отрамюны научная новизна и практическая ценность полученных решений. 6

В первой главе в концепционном плапе обсуждаются факторы обустройства морских месторождений с целью выявления основных корреляционных спязей взаимодействия технологических процессов и природно-географических условий морских акватория.

Анализ технологических процессов нефтегзздобычи в штатных условиях эксплуатации показывзет.тго в процессе- бурения скважин возможно химическое загрязнение морской среды. Объемы выбуренной порода шлама) и избыточной промывочной жидкости для месторождений присахалинского шельфа в расчете на одну платформу(ЛСП) составляют 1760г2350 м3/год и 68009080 м3/год,соответственно.

Потенциальными загрязнителями морской среда являются также нефгесодержащие пластовые вода,объем которых зависит от обводненности скважин,и нефтепромысловые шламы,- объем которых ориентировочно составит объема добываемой на ЛСП нефти.

Совокупность научных и практических проблем при освоении нефтегазовых ресурсов возникает из-за вероятности появления аварийных отгуаций.Как показывает мировой опыт эксплуатации морских месторождений,неуправляемые поступления пластовых флюидов по скважинам (открытые фонтаны и выбросы) представляют наибольшую опасность догя стационарных платформ и ПБУ,являются основной причиной нефтяного, загрязнения морской среды.

Проведенные расчеты'методом "дерева исходов" для условий присахалинского шельфа показали.что при доверительном интервале 90% вероятности нефтегазовых выбросов составят: -при бурении скважи Рб=1.0 + 5,0-10~3скв71, -при ремонте скванош Рр=1,0 + 2,5*10"2скв71.

Вторым по значимости фактором потенциальное экологической опасности среди нефтегазопрошсловых объектов являются морские подводные трубопровода.По данным В.И.Зоненко и И.В. Иваннизса можно принять с 90% доверительной вероятностью параметр потока отказов трубопроводов,приводящих к нарушению герметичностид -<1,9 г 2,9)-Ю-3(км'год)"1.

Основным критерием экологической опасности При открытом фонтанировании является дебит скважины.Проведенные расчеты по гидравлическим моделям фонтанирующих скважин показывают,что дебит нефтяных скважин при 9СЙ доверительной вероятности составит-557+1210.м3/сут,а газоконденсатных скважип 4,72-!-14,5 млн.м'/сут (по газу).Поскольку в газоконденсатной системе содержатся и ш-

дкие углеводорода <С5+выси.) в количествах порядка 100 см3/м3, фонтанирование газоконденсатной скважины приведет кроме'загрязнения атмосфзры также к загрязнению морской среда нефтяными углеводородами (НУ) в объемах 472+1450 м3/сут.

Исходя из современного мирового уровня технических средств ликвидации фонтанов,а также времени их использования (наличие ледового покрова и безледный период),ориентировочное время открытого' фонтанирования оценивается в 3+7 суток в летний цериод и в 20+30 суток в зимний сезон.При указанных параметрах возможный объем разлива НУ в результате одного фонтана составит;

-летом V =0-1 =(472+1450)'(3+7) = 1400+10000 м3 V

з I" <!■>

- зимой V = (472+1450)-(20+30) = 9440+43500 м ) где Ули Уз- объемы выбрасываемых в морскую среду нефтяных углеводородов летом и зимой,соответственно.

Зная вероятности выбросов при технологических операциях, объемы загрязнения в результате одного выброса,продолжительность летнего (п) и зимнего - штормового и ледового- <1-г>) периодов, количество заканчиваемых бурением и освоением скважин в году п.а также долю скважин от общего количества N.подлежащей ремонту - ч>.можно определить среднее математическое ожидание количества углеводородов,попадающих в течение года в морскую среду на стадиях бурения и ремонта скважин.

Среднегодовой объем выбросов нефти при авариях подводных трубопроводов находится как математическое ожидание случайной величины объема выброса.Потери нефти при единичном порыве зависят от диаметра трубопровода .длины .рельефа дна,газонасыщенности и других факторов:Наиболее опасным является порыв нефгесборяого коллектора, транспортирующего газонасыщенную нефть с МСП на береговые сооружения.В условиях присахалинского шельфа объем единичного выброса для указанного случая может достигать 2500 м3 с доверительной вероятностью 9,6%, а ожидаемые среднегодовые объемы утечек нефти из подводных трубопроводов при полностью обустроенном морском нефтепромысле составит 58,4 м3/год с коэффициентом вариации 2,39.

Обобщенный анализ свойств нефгеа и газоконденсатов морских месторождений Сахалина с учетом сведений об извлекаемых запасах показывает, что основным загрязнителем морской среды ( 62,5 % ожидаемой вероятности ) будет легкая,маловязкая нефть(плотность и вязкость при 20°С, соответственно, 0,83+0,87 г/см3 и 3+4 сст)

метано-вафтенового или нафтено-метанового типа с малым содержанием серы,парафина и асфальто-смолистых веществ,склонная к растеканию по родной и лрдовой поверхностям тонкой пленкой.Высокое содержание в нефти низкокипяпщх УВ предопределяет хорошую га испаряемость,а из-за низкого содержания в них гетероатомкых соединений, нефти не склонны к образованию стойких эмульсий типа "вода в нефти" или "шоколадного мусса".

Следующим по вероятности распространения!27,5Ж) в море загрязнителем являются газоконденсагы, физико-химические свойства которых на всех месторождениях Сахалинского шельфа близки между собой:плотнос'гь-0,74+0,78 г/см3.молекулярный вес-104+120, кинематическая вязкость при 20°С- 0,74+1,00сст. Отличительной особенностью газоконденсатной пленки,по сравнению с нефтяной,является более короткое время ее жизни.

Наиболее "долгоживущим" загрязнителем морской среды (10,02 овддаемой вероятности) является тяжелая высокосмолистая нефть XIV горизонта месторождения Чэйво с атотностью 0,913 г/см'1 и вязкостью при 20°С =52 сст.Однако,относительно низкое содержание в ней асфальтенов будет способствовать сравнительно легкому разрушению образующегося "шоколадного мусса".

Объем загрязненной области морской среды V определяется исходя из физико-химических свойств разливающихся НУ и концепции полураспада.При интенсивности Фонтанирования,равной 30 т/ч (среднее значение при выбросе скважины в условиях сахалинского шельфа),и периоде полураспада,равном 12 ч,масса легкой нефти, остающейся на поверхности воды в состоянии равновесия,оценивается в « 520 т. В случав выброса из газоконденсатной. скважины при той же интенсивности выброса, но при периоде полураспада, равном 5 часам,равновесное количество конденсата на поверхности морской вода составит « 217 т. Для тяжелой нефти XIV пласта месторождения Чайво, период полураспада которой составляет 20 часов,равновесное количество будет « 865 т.

Оценки показывают,что площади нефтяного и конденсатного пятен при указанных равновесных количествах НУ составят соответственно нз менее 580 км2 для легкой нефти, 270 км2 для конденсата и 910 км2 для тяжелой нефти.

Обобщая изложенное в этой глава можно заключить,что морской нефтегазовый комплекс (МНГК) относится к сфере народного ' хозяйства,обладающей высокой степенью экологической опасности.

9

Узловыми моментами управления Состоянием загрязненности морской среда при освоении нефтегазовых ресурсов являются:

1).Ковдзщия сбалансированного взаимодействия,суть которой заключается в оптимизации взаимоувязанного со смежными ресурсо-пользователями и состоянием природной среды развития нефтегазовой отрасли при соблюдении природоохранных требований в целях достижения максимальной экономической эффективности.

2).Загрязнение происходит случайным образом,в основном, вследствие аварий на объектах МНГК,которые многообразны как по различию вызывающих их причин,так и по факторам воздействия .'Доминирующим загрязнителем являются нефтяные углеводорода,а объектом воздействия - морская среда -

3).Наличие ледового покрова в замерзающих морях накладывает дополнительные требования на экологическую надежность нефтега-зопромысловых объектов.

Вторая глава посвящена исследованию процессов трансформации нефтяных углеводородов(НУ) в условиях ледовитых морей.

Проведенный в этой главе обзор исследований геохимических процессов трансформации и миграции НУ в условиях ледовитых морей показывает,что в настоящее время наиболее изучено поведение НУ в'системах "вода-атмосфера","водная масса"и "вода-грунт" .Изменение концентрации нефти в пределах выделенных систем является функцией динамических,физико-химических и биологических процессов,к которым относятся фото- и термохимическое окисление, растворение,эмульгирование и бактериальная деструкция.Однако, в холодных морях зги процессы происходят значительно медленнее, чем в теплых. Информация о распространении НУ в системах "вода-лед","лед-атмосфера" и "снежно-ледовитый покров" весьма ограничена и противоречива.

Экспериментально исследовались процессы бактериальной деструкции нефтяного загрязнения в условиях шельфа северо-восточного Сахалина.На основе экспедиционных данных, полученных в течении 1985-90гг., определены масштабы пространственно-временной изменчивости характеристик сообщества углеводородоокисляющих бактерий и проведена оценка его ассимиляционной способности. Потенциал бактериального углеводородоокисления в водах северо-восточного шельфа Сахалина приведен в табл.1,в которой Ыгаэх и Мср - максимальное и среднее число бактерий, 1)шах и Оср- максимальная и средняя удельная интенсивности микробиального окисления.

Таблица 1.

Время наб-;Район наблюдений людения, ;

месяц,год ;_

б

шах •

Ьср*

кл-л 1;кл-л'^.мг-м^с'^мг-м'^с"1

03-04.88 Чайво 2000 - 0,067 -

07.88 Чайво 6000 - 0,200 -

10.88 Пильтун-Астохское 25000 5300 0,830 0,180

07.89 Пильтун-Астохское 17000 2900 0,570 0,097

08.90 Пильтун-Астохское 500 42 0,017 0,001

Полученные результаты показывают,что в поверхностном горизонте вод северо-восточного шельфа Сахалина отсутствует нефтяное загрязнение,и характеризует потенциал самоочищения вод данного' района от НУ как крайне низкий,т.е. один из важнейших элементов самоочищения морской среды практически исключен.

Смоделированные в лабораторных и полунатурных условиях процессы фотоокисления нефтяной пленки на поверхности морской вода и льда.проведенные на характерных образцах нефтей месторождения Одопту-море.позволили обосновать следующую схему окисления: 3 + Гш * * Э

1

8

3Э + 3о2 ■* в +

35 + ян * лч

е*+ 02 •» е02

2

'эн

е02 +

ео2 + ъо'г зн + о2

ео* + ю'г

ггоон +

• ЕО(Ж

■> й + но*

ЙООН

ноон

но2 + ног -> 1о2 яндопероксиды.

В этой схеме э,1з и - синглетное основное,синглетное

возбу-

жденное и триплетное состояние сенсибилизатора 3.30: и 10г-три-п"этное основное и синглетное возбужденное состояние кислорода, .И)2и-Н02- пероксильныя и гидропероксильный радикалы,яН -утлево-'Дорода нефти.- В качестве сенсибилизаторов могут выступать полиароматические компоненты нефти с энергией триплетного состояния

больше 22,4 ккал/моль,необходимой для возбуждения 302 до 10_.

Для изучения влияния комплекса природных условий на физико-химическую трансформацию нефти в условиях охотоморского шельфа были проведены модельные натурные эксперименты в районе месторождения Одогп'у,которые показывают, что независимо от периода года наблюдается быстрое изменение свойств нефтяной пленки на поверхности морской воды и льда,обусловленное, в основном, процессами испарения и фото окисления. Е* зависимости от природно-климатических и метеорологических условия изменения происходят с различной скоростью.Характерные результаты приведены на рис.1.

Увеличение содержания высокомолекулярных продуктов в первые дни эксперимента объясняется действием солнечного света на нефтяную пленку.Наличие максимума в содержании асфальтенов совпадает с уменьшением содержания подвижных ароматических углеводородов до минимальных значений и окончанием фазы быстрого падения содержания смол. Это свидетельствует о том, что количество асфальтенов может .увеличиваться за счет более легких углеводородов и смол. Скорости образования пероксвдов в зимних и летних условиях практически не отличаются, -что объясняется взаимовлиянием температуры и интенсивности облучения.

Исследования деструкции в эмульсиях типа "нефть в воде" и "вода в нефти" показали,что механизмы трансформации нефти в эмульсиях и нефтяной пленке являются однотипными. Отличия выражаются количественно.

Поведение НУ в системах "лед - атмосфера", "снежноледовый покров" и "вода-лед" обусловливается физико-химическими свойствами- нефтепродуктов и петроструктурными свойствами льда.Натурные наблюдения за растеканием ■ нефти на граничных поверхностях лед-атмосфера,лед-вода и аккумуляцией нефти дедовым покровом позволяют кинетику растекания и поглощения нефти объяснить диффузионными процессами, в частности,процессом поверхностной диффузии углеводородов по межкристаллическим поверхностям льда.Молекулы нефти опережают макроскопическую границу "смачивания"и адсорбируются на поверхности льда. В результате поверхностное натяжение льда снижается и соответственно уменьшается движущая сила растекания. Гидростатическое давление нефти на подледный покров сродни, на наш взгляд, гравитационной силе растекания НУ по ледовой поверхности и обеспечивает контакт НУ с пористой ледовой системой. 12

Рис. I Относительное изменение содержания подвижных углеводородов^ кривая I) ,смол(кривая 2) и асфальтенов1 кривая 3) при экспонировании нефти в открытых моделях.

С*"

отношение концентраций и - углеводородов нефти в момент времени "С к начальной концентрации.

Разработана математическая модель распространения ограниченного' объема нефти подо л^дом исходя из динамических условии, возникающих при наличии подледного течения воды,согласно которой безразмерная скорость движения нефти определяется как:

(1-и0)2= Г---(2.)

0 1 сль0/10+ oJ.Fr2

, ^ 2 ^ где и0= —: и Рг = -;

81>0АР/Р„

и Ув - соответственно,скорости разлива нефти и течения воды; Кг -безразмерный критерий Фруда;др = р„- р0, ру и ро- плотности морской воды и нефти, соответственно: и 10 - толщина и длина разлива нефти; % - ускорение свободного падения; Сд.С^и С,- эмпирические коэффициенты растекания .тангенсальюго сопротивления и динамического трения,соответственно.

Обработка результатов натурных данных, полученных А.И.Аль-хименко и американскими исследователями ( Р.В. Уе1ь-корГ, М. З.игч-пег),при течении масла и сырой нефти по уравнению (2) показывает-, что распространение нефтяного пятна под ровным ледовым покрытием весьма удовлетворительно описывается этим уравнением при ламинарном режиме течения воды и нефти.При увеличении числа Фруда из-за возникновения внутренних волн турбулентности уравнение дает большую погрешность.

Оценка способности морского льда аккумулировать нефть показывает, что процесс аккумуляции нефти во времени значительно превышает характерное время распространения ее на льду и подо льдом, поэтому об*ен аккумулированной нефти лимитируется ее количеством, оставшимся на единице поверхности после окончания динамических процессов растекания,т.е.% 2,5 + 50 кг/м2.

В последнем разделе этой главы на осйове литературных данных определены биологические последствия нефтяного1 загрязнения для морских экосистем,которые необходимы для оценки ассимиляци-. онной емкости морской среда.

В третьей главе изложены результаты комплексных исследований современного состояния морской среды в районах открытых .нефтегазовых месторождений на северо-восточном шельфе Сахалина, проведенных с целью оценки возможных экологических поелед-14

ствий промышленной добычи нефти и газа.

Районы океанологических исследований, включающие Амурский лиман.Сахалинский залив и акватории нефтегазовых месторождений на северо-восточном шельфе Сахалина-, определяются физико-географической и климатической характеристикой Охотского моря,а таже циркуляцией охотоморских вод, которая может приводить к негативным последствиям при освоении нефтегазовых ресурсов.

Комплексные океанологические исследования включали изучение: а Изменчивости гидрофизических характеристик водных масс; б)гидрохимическиго режима морской среды: в) гидробиологических характеристик региона; г)фонового уровня токсичных веществ,находящихся в мирской среде,до. разработки нефтегазовых месторождений^ )потенциала самоочищения и ассимиляционной емкости морской среды;е )влиннмя стока р.Амур на экологические характеристики морской среды в акваториях ■ нефтегазовых месторождений, включая оценку влияния седиментационных геохимических барьеров; жХарактеристик ледовых структур, образующихся в условиях северо-восточного шельфа Сахалина,и моделирования транзита льдом нефтяных загрязнений в другие районы Охотского моря. -

Гидрофизическое.гидрохимическое и гидробиологическое состояния морской среды в районах исследований определялось в ходе экспедиционных работ методом полигонной съемки.При выполнении полигонных съемок с отбором проб воды, планктона и донных отложений проводилось измерение скорости и направлений- течений ,«температуры воды, солено ста, рН, щелочности, неорганического фосфора,кислорода и углекислого газа, содержания фито-, зоо- и бактериопланктона,хлорофила"а",первичной продукции, концентра,-ции нефтяных и полициклических углеводородов,а также некоторых других показателей.

Полигон на северо-восточном шельфе Сахалина,на котором выполнялась съемка по прямоугольной сетке с шагом 7,5 мили, расположен в области влияния Восточно-Сахалинского течения, распространяющегося на юг вдоль береговой линии. Взаимодействие потока вод этого течения с рельефом дна и прилегающими водами," распространение _ волно-вихревых возмущении вдоль кромки шельфа приводят к перемежаемости вод "различного происхождения и служат причиной их сложного термохалинного строения и динамического состояния.Гидрохимические параметры водных масс характеризуется.' следующими особенностями:!) на поверхностный горизонт

распресняющее действие оказывает р. Лмур;2) вертикалы то распределение солености в целом четко выражается слоистой Структурой: 3)в восточном направлении происходит возрастание, солености.Распределение кислорода определяется с одной стороны,гидродинамическим режимом, а с другой-йиологическими факторами, но также подтверждает проникновение трансформированных амурских вод.Вертикальное распределение кислорода показывает наличие подповерхностного максимума на горизинтах ГОЛО м.что,по-видимому,связано с деятельностью фитопланктона.Существенные вариации распределения рН наблюдались только в верхнем деятельном слое. В распределении биогенных элементов также прослеживается влияние трансформированных амурских вод Хорошо наблюдается поступление вод из заливов Пильтун, Чзиво и Ныйского с повышенным содержанием минеральных форм фосфора,азота и кремния.

Пространственное распределение биологических параметров неоднородно в пределах полигона. Наблюдаемые особенности распределения и высокую продуктивность района можно связать с гидрофизическими характеристиками,которые позволяют предположить существование в этом районе относительно стабильных замкнутых круговоротов. Устойчивые вихри в прибрежной и центральной частях приводят к специфическим распределениям гидрооиалогических параметров.Результаты исследований,проведенных в разные сезоны вегетационного периода,позволили оценить биологический потенциал исследуемого района,который составляет по углероду около 150 г С/м2-год, или до 400 г/м2 фитопланктона в сухой массе за вегетационный период. Величина же вторичного продуцирования за этот же период может составлять до 4;т сырой массы с гектара, т.е.акватория может бьггь отнесена к высокопродуктивным эфтроф-ным районам в течение всего вегетационного периода.

Поскольку на исследуемой акватории-продуктивность определяется лроцессами в тонком фотическом слое толщиной 10-20 м,то экосистема является весьма чувствительной даже, к локальным загрязнениям-таким, как предполагаемым-нефтяном разливам.

• Состояние химического загрязнения вод и донных отложении фенолами,синтетическими поверхностно-активными веществами<СПА-Вы) и нефтяными углеводородами (НУ) приведеноvв табл.2. .

• 'Содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в поверхностных водах северо-восточного шельфа Сахалина не превышает 0,06 мкг/л.Эти концентрации могут рассматриваться 16 ' -

Таблица 2,

Распределение загрязняющих веществ в поверхностных водах северо-восточного шельфа Сахалина.

Загрязняющие вещества,; мкг/л : п I : "х • 1 I I « 1 пип шах

фенолы (пдк=1.0 мкг/л) 39 1,5 1.2 0 4

спавы (пда-гао мкг/л) 39 13 16 О 53

НУ (ДДК=50 мкг/л) 39 12 12 0 44

как фоновые.Соде ржание бенз(а)пирена в этих водах приводится в таблице 3.

Таблица 3.

Распределение бенз(а)пирена в водах шельфа Сахалина,яг/л.

Район исследований ;число ст.;поверхн. : дно ;среднее

сев.-востач.шельф 16 3+185 13+350 76,6

Сахалинский залив 12 10+125 10+100 54,6

Оценка влияния стока р.Амур на экологические характеристики морской среды в районе предполагаемой нефтегазодобычи по-казывет.что приустьевое мелководье р. Амур и восточную часть Сахалинского залива можно рассматривать как седиментационные барьеры.на которых оседает основная часть терригенной взвесили в Охотское море может поступать только <5 % годового твердого стока реки.

Состояние загрязнения прибрежных вод тяжелыми металлами исследовалось в Сахалинском заливе и северо-восточном шельфе Сахалина. Содержание лабильных "форм гп,с<1РЬ,и Си в указанных районах приводится в табл.4.

Оценивая адаптационную и компенсационную возможности морских экосистем на основе концепции, выдвинутой Ю. А. Израэлем и А.В.Цыбань,"ассимиляционная емкость" морской среда присахалинс-кого шельфа при кратковременном воздействии в условиях равновесного количества НУ на водной поверхности составит:

- для легкой нефти А,1ЖЯ = 434 т

- для конденсата.Атк = 273.т

- для тяжелой нефти Атнт = 612 т

Таблица

Данные по содержанию лабильных цинка,кадмия, свинца и меда в исследованных районах Охотского моря.

: 2п, : СЛ. ! ръ. : си.

район работ ; мкг/л ; нг/л ; мкг/л : мкг/л

Сахалинский залив.

поверхностный горизонт 1,3+8,6 20+165 0.06+0,57 0,04+1,14

3.7 56 0,22 0,44

придонный горизонт 064+6,4 3&-125 0,12+0,41 0,03+0,85

3,0 71 0,24 0,25

Северо-восточный шельф

о.Сахалин, 1,0+10,9 31+196 0,15+1,13 0.07+1,41

поверхностный горизонт 3.7 75 0,36 —о;зт~

придонный горизонт 0,5+10,8 46+265 0,10+0,62 0,0-1+0,46

•4,0 ч 99 0,32 0,19

ПДК 10000 10 о

Полученные расчетные величины "ассимиляционной емкости" морской среды,вычисленные для условий безледкого периодз, показывают,что они весьма малы и не превышает даже суточный дебит, ожидаемый при фонтанировании скважин < « 700 т/сут). в зимним период при подледном разливе "ассимиляционная емкость" морской среды будет меньше,поскольку затрудняются процессы испарения.

Исходя из характеристик льдов присахалинского шельфа разработана математическая модель распространения траекторий дрейфующего нефтезагрязненного льда.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; парчме.тры дрейфа льда дчктгся в значениях вероятностей,зависящих от местоположения и вымени ища; траектория кончается,когда лед либо тает, либо покидает моделируемый район. Методика вычислеаий вюточает выбор размера клеток и временного интервала.Чтобы гарантировать результативность мо-

деда,размер клетки и временной интервал(с учетом скорости дрейфа) не должны превышать величины (с^-+о!;)1'''.На основании исследований Л.П.Якунину и П.А.Трускова соотношения между а,и о,принимаются как 10:1,тогда меридиональный размер клетки должен составлять 30-40 миль при временном интервале 5 суток, а широтный размер метки - 3-5-миль.

В четвертой главе рассматриваются задачи управления состоянием морской среды при штатных операциях, осуществляемых на ледостойких стационарных платформах (ЛСП), поскольку процессы бурэения и освоения скважин,добыча нефти,газз и конденсата,сбор и промысловая подготовка продукции скважин, сжигания на факельных устройствах приводят к образовании жидких и твердых отходов, представляющих экологическую опасность для морской среда.

Надежность технологических систем ЛСП с точки зрения недопустимости выбросов продукции в окружающую среду по С.Г.Бабнп-ву оценуюается обобщенным показателем, характеризующим степень зависимости загрязнения от надежности элементов системы и названным коэффициентом защищенности Р.(г).Расчета надежности ЛСП в условиях присахатанского шельф:! производительностью 1,5 млн. т нефти и 500 млн.м' пгза в год по указанной методике показали,что количеств'! выбрасываемых жидких НУ в море 1фи нормальной эксплуатации технологических объектов ЛОП составит ~ [8 т нефти и около I т газового конденсата в год,а такие = 6 тыс.м^ газа загрязнит атмосферу.Приемлимостъ такого коэффициента загрязнения и,соответственно,экологической надежности ЛСП определяется исходя из концепции "затраты-у1дерй",покольку эти коэффициенты являются функцией регулируемых параметров:времени наработки на отказ,интенсивности отказов и восстановления.

Проведенный анализ фазово-дисперсных и химических характер:... гик примесей различных сточных вод,образующихся на ЛСП, а таске методов очистки показывает,что нельзя осуществить с при-емлимыми технико-экономическими показателями их сброс в море. Поэтому в работе исследуются метода рациональной подготовки сточных вод дяя заводнения продуктивных пластов или их захоронения в поглощающих скважинах.

Исходя из нормативов к очистке вод, которые для морских месторождений Сахалина составляют:по нефти 15+30-ю-"кг/м3, по твердым примесям-ТО+ЗО-ю"3 кг/м3,определены требования к тех-

нологическим схемам и установкам подготовки сточных вод на ЛСП.

На основе исследований очистки нефгееодрржащих сточных вод методами коалесцентаи.реагентных методов динамического отстоя, фильтрации и флотации с участием автора разработана серийная установка очистки нефтепромысловых сточных вод ФИ-2973 и выданы необходимые исходные данные институту ТатШИнефгемзш для проектирования вертикального отстойника в составе блочных установок УБО-ЗООО и УБ0-1500, которая отличается простотой конструкции, компактностью и большой удельнйй производительностью. Рациональные технологические схемы подготовки сточных вод на ЛСП должны включать в свои состав мультигидроциклоны типа КУР-3500 и блочные установки очистки вод УБО-ЗООО или УБ0-1500.

Для предотвращения загрязнения морской среды твердыми отходами на ЛСП необходима рациональная схему обезвреживания бу-ровых и-нефтепромысловых шламов разнообразного химического состава с максимальной производительностью ТОО м'Уеут. Проведенные исследования обезвреживания нефтепромыслового шлама и песка методо-1 механической отмывки растворами ПАВ показам, что при отмывке наилучшим моющим эффектом обладает раствор СП-1, разработанный с участием автора. Остаточное содержание нефти при оптимальных концентрациях реагента 0,01 + 0,03 % снижается более чем в 100 раз,а эффект'очистки в среднем составляет УО?. Полученные результаты позволяют рекомендовать СП-1 для очистки песка,в случае его появления в продукции морских скважин.Однако .при отмывке нефтесодержаата шламов эффект очистки не превышает 75% и шлам остается загрязнителем природной среды.

Используя новые метода>сжигания высокообводенного топлива в циклонных топках проведены лабораторные и пилотные исследования процесса сгорания нефтяных шламов на экспериментальной установке.которые показали,что циклонная установка имеет преимущества по сравнению с другими печами (барабанного и камерного типа) за счет меньших габаритов,низких капитальных зя7рат на изготовление и простоты обслуживания. Разработана принципиальная схема установки с циклонной топкой для переработки неф-тешлама разнообразного состава,образующегося на ЛСП.

Наблюдениями за испытанием скважин,пробуренных с СПБУ,установлено .что даже в паспортных режимах работы горелок,сжигающих пластовые флюида при испытании нефтяных скважин.происходит

загрязнение морской среда несгоревшими НУ. Величина мехаиичее-ВД

кого недожога значительно возрастает (до десятков %) при. попадании на факельное устройство вместе с нефтью инертных твердых примесей:глины,песка,бурового шлама. Поэтому в проектных решениях верхних строений ЛСП должен реализоваться вариант конструкции горелочных устройств, исключающих попадание охлаждающей йода с остатками, нефтяных углеводородов в море.

В пятой главе рассматриваются вопросы обеспечения экологической безопасности морских подводных трубопроводов(ПТ)..При системном исследовании надежности ПТ в условиях ледовитых морей рассматривая как нежелательное событие отказ ПГ, связзнный с нарушением его герметичности,на основе логико-вероятностного метода построено "дерево отказов" и проведен анализ надежности ПТ.из которого видно, что она зависит от сочетания различных факторов: внешних,таких как условия окружающей среда; внутренних,таких как характеристики конструкций.эффективность и качество строительно-монтажных работ.

В качестве внешних факторов рассмотрено влияние природно-геогрзфических характеристик ггрисахалинского шельфа,включающие волновые и литодинамические процессы в береговой полосе,ледовые нагрузки,сейсмические условия,а также воздействие тралов и якорей. Для их нейтрализации в работе обосновывается величина заглубления подводных трубопроводов.Кроме того, при параллельной прокладке нескольких трубопроводов на сравнительно небольших расстояниях друг от друга, авария на подводном газопроводе высокого давления,сопровождающаяся взрывом, аналогичным взрыву заряда взрывчатого вещества, может привести к выходу из строя других ниток. Полученное решение этой задачи позволяет определить безопасное предельно допустимое расстояние между нитками.

Для варианта одновременной добычи и многоканального транспорта с' ЛСП продукции скважин обосновывается технологическая схема системы ПТ из труб одного диаметра и разработана методика определения числа трубопроводов.Количество ниток для транспорта газа определяется исходя из технологической схемы разработки месторождения,когда известны начальные (Рн1) и конечные (Рк1) давления в трубопроводах для каждого продукта. Тогда по известной формуле пропускной способности газопроводов:

<,«<>,]/---

где ь -длина газопровода; Г»ви=(Ю - <5)-внутренний диаметр газо. провода; параметры,определяющие С реализованы в программе расчетов;

вычисляется эквивалентный диаметр 0э1для заданных расходов газа высокого давления сци газа низкого давления с*2,откуда по известному соотношению:

Г Ф^Ю 2,5 ПРИ 158/Ке.> 2е/ю.

I 1 1 (4.) .

1 (Рэ1Л>)1/°'385 при 158/1»,< 2е/о, определяется число труб для каадого вида газа в зависимости от диаметра.В уравнении (4.) Ее^ число Рейнольдса, е - шероховатость труб.

Для определения'количества труб в зависимости от диаметра, необходимых для'транспорта газонасыщенной "-нефтяной эмульсии и нестабильного конденсата,решается стандартная задача определения, пропускной способности единичного трубопровода при транс- ; порте газожвдкостных , систем,- с заданными физико-химическими свойствами и вычисляется зависимость:

<*0|= ГО),.^) (5.).

которая в программе расчета реализуется с использованием ап-проксимационного полинома .третьей степени, откуда количество ноток для нефти и конденсата определяется как:

п^О/С^ (6.)

Общее число ниток определяется суммированием (4.) и (в.) при ' фиксированных о4:

•До изложенной методике рассчитывались диаметры ПТ при разработке технологических схем и технико-экономического обоснования освоения месторождений шельфа Сахалина.

Ледовые условия, региона и технические возможности ограничивают время проведения ремонтных работ в море бесштормовым периодом открытой вода.Это существенно .изменяет характеристики надежности функционирования ПТ. по сравнению с трубопроводами, прокладываемыми в умеренных климатических условиях.В этой свя-зи,на основе принципа оптимальности, исходя из критериев минимума расчетных затрат,включающих капитальные вложения,эксплуа-22

тационные расходы и народнохозяйственный ущерб от отказов системы транспорта продукции скважин,рассмотрена надежность функционирования ПТ,соединяющего морской промысел с береговыми сооружениями. Решение этой задачи показывает,что подводные трубопроводы на шельфах замерзающих морей необходимо резервировать.

Рассмотрена задача выбора рациональной схемы резервирования системы ИТ,перекачивающих п видов продуктов, на шелыфо замерзающих морей с учетом экологической безопасности, которая сводится к определению общего числа ниток трубопроводов н ,из которых п являются основными, с учетом стоимости строительства резервных трубопроводов Крт.

Коэффициент готовности системы ПТ определяется по формуле полной вероятности биноминального распределения:

(i- к^-к^ (7.)

Ущерб от недопоставки при этом составит:

У1Г-п= [I- Т 1 А^ (8.)

где с^и А4- расчетная добыча и приведенные расхода на добычу г-го продукта,Т- срок разработки месторождения.

Общий ущерб при резервировании определяется суммированием Ееличин, вычисленной по формуле (8) и стоимости резервного трубопровода К »а оптимальное число резервных ниток находится методом перебора,при котором:

у = ум-п+ кРт " т1п <9->

Возможности функционального резервирования учитываются следующим образом.Поскольку объемы добываемых продуктов и приведенные расхода на них различны,при количестве трубопроводов меньше количества перекачиваемых продуктов можно прекратить перекачку наименее эффективного продукта.Под эффективностью ПТ .понимается произведение производительности' 1-го продукта на удельную стоимость приведенных затрат по этому продукту.

Одним из направлений создания морских трубопроводов повышенной надежности являются конструкции типа "труба в трубе". Нами обосновывается, что в случаях транспорта разнородной продукции скважин для повышения эффективности при высокой экологической безопасности конструкций "труба в трубе" 'необходимо меяггрубное пространство ПТ использовать для перекачки другого,

малотоксичного по сравнению с нефтью, продукта, т.е.природного газа или попутной пластовой воды, сброс которой недопустим в нормальных условиях эксплуатации.

Технический аспект проблемы минимизации загрязнения морской среды заключается не только в совершенствовании надежности системы морских ]ГГ,но и в разработке методов ограничения объемов разливающихся нефтяных углеводородов.Пусть 1ГГ оснащены запорной арматурой в начале на ЛСП (х=0> и в конце после выхода трубопровода на берег или другую платформу (х=Ю.Место разрыва возможно на всем протяжении.т.е. х <= (0,и и объем возможного потенциального стока будет равен:

—'К*) (Ю.)

Если вытекающую в море нефть вытеснить из аварийного трубопровода газом или водой,общее количество нефти,попавшей в море из трубопровода за время замещения будет равно:

<5 = а -—--(II.)

уг Чрн 2СЦ 1

где дрн- расход нефти через разрыв,а,- расход вытесняющей жидкости, V,« v2- соответственно,вязкость нефти и вытесняющей жидкости.

Шея в*виду,тгс вязкость вода или. газа меньше вязкости нефти и очевидно'неравенство ярн< й,,при сравнении величин,определенных ;по формулам (10.) и (II.), получим, что применение метода замещения нефти водой или газом из аварийного трубопровода всегда приводит к уменьшению количества нефти, попадающей в морскую среду. Оценки показывают, что данный метод позволяет более чем на порядок уменьшить объем возможного разлива нефти.

В качестве другого метода ограничения объема стока нефти в морскую среду при Пор0[ве ПТ вне зависимости от обнаружения места утечки и времени организации ремонтных работ предлагается осуществлять замещение нефти из аварийного нефтепродукго-провода водой через место порыва путем откачки нефги;и образу-' ющейся нефтеводяной смеси самовсасывающими насосами,установленными в начале и1 в конце подводнсцх! ; нефтепродуктопровода,в специальные емкости. .<¿4

В шестой- главе налагаются эколого - экономические принципы регулирования состояния морской среда при создании морского нефтегазового комплекса (МНГК), поскольку многоцелевой характер использования всех видов ресурсов и участков шельфовых зон, а также высокая капиталоемкость морских работ обостряют проблему обоснования хозяйственных решений и экономической: регламентации стратегии использования и охраны ресурсного потенциала.

Анализ методов эколого-экономический оценки крупномасштабных народнохозяйственных объекгов.каким является МНГК,показывает,что: I)практические расчеты связэны с объективной сложностью оценки экологических последствий^Специфическим свойством эко-лого-зкономических задач является неопределенность, обусловленная различными факторами, а для МНГК добавляется и риск аварийного загрязнения; 3)мэтоды количественного учета неопределенности и риска при оценке экологических последствий неразработаны. Поэтому оценку экологических последствий освоения морских нефтегазовых ресурсов можно проводить двумя путями:

- если при создании МНГК предусматривается постепенный ввод в разработку открытых месторождений,будет наблюдаться плавное изменение основных экологических характеристик. Тогда при вводе каждого нового месторождения экологическая задача будет решаться вновь,и если.в какой-то момент.накопленные негативные изменения превысят позитивный эффект,от дальнейшей.реализации программы можно будет и отказаться.

- развития нетривиальных методов'решения эколого-экономических задач с учетом риска и неопределенности.

В качестве развития нетривиальных методов решения народнохозяйственных задач в условиях неопределенности рассматривается задача выбора стратегии обустройства морских нефтегазовых месторождений, которая основывается на механизмах формирования блу-чайных последствий.Система описывается функцией полезности:

т 2 -Э

* = 1 г * t <12-)

где [?-нзродно-хозяйственный эффект от разработки месторождения; 2 - ценность добываемой годовой продукции в замыкающих затратах 1-го года; Б -сумма капитальных и эксплуатационных затрат в 1-м году разработки или инвестиций;Енп -нормативный коэффициент при-

25

ведения; т-расчетный период разработки месторождения.

Задача отыскания оптимальной стратегии SQ сводится в к на-хоадению такого неменяющегося значения а йз области ш.при котором средняя полезность Ro6ui от принимаемого решения D0 из области iDl достигает своего максимального значения. Особенностью данного подхода,качественно отличающей его от ммнимакса,является то,что принципиально ничего не изменится, ес.ш вместо исходной функции полезности R рассматривать функцию потерь обустройства и(х,а). Опгимум а может при этом найден путем минимизации средних потерь обустройства

U = J U(x,a)f(x)dx -» min • (13.)

х

где f(x)-дифференциальный закон распределения х, интегрирование ведется по области возможных значений х.

Вычисление средних потерь и = UCl, отвечающей ориентации на оптимальное значение а, и сравнение ее со средними потерями.ко-торые умели бы места при применении тривиальных стратегий:а)при ориентировании на минимально гарантированную величину извлекаемых запасов хю1п; б) при ориентировании на максимально возможные запасы Jfmax; в)при ориентировании на аорму х показывает,что всегда имеется выигрыш от применения описанной стратегии.

Экономические издержки от риска нефтяного загрязнения морской среда определяются следующим образом.Пусть для компенсации ущерба w(pyö) сумма средств для защити от риска и инвестируется до времени появления ущерба w с вероятностью q за период разработки месторождения т. Допустим.что w имеет место в момент времени т/2. Тогда приняв нормативный коэффициент приведения, равный Енп, можно записать:

U(l+EHlf')°,5T= ч W . (14.)

Расчетную стоимость продукции z из (12. )представим в вида:

2 = S<I+h)<I+p) (15.)

где s - прямые расходы на строительство и эксплуатацию (без отчислений на реновацию),h -накладные расхода, (%>;р -прибыль (%). Обозначив через г(%) надбавку за риск аварийного загрязнения до получения прибыли-,после несложных преобразовании имеем:

S(l+h)(r)(l+EHn)°"5T = q W (16.)

И Z = S(I+h)(I+r)(I+p) (17.)

по которым можно оценить г и изменение стоимости продукции с учетом возможного риска аварийного загрязнения морской -среда. Полученные решения можно распространить на группу проектов.связанных с возможными выбросами.например,несколько ЛСП одного месторождения или группу месторождений.Оценки показывают,что учет экологических издержек приводит к существенному снижению народнохозяйственного эффекта,определяемого стандартным образом.

Рациональное управление уровнем загрязненности при эксплуатации МНГК нельзя проводить только на основе меры риска,поскольку технические возможности не всегда могут обеспечить необходимый уровень экологической безопасности. Определение предела приемлимого риска в данном случае сводится к тому,чтобы системы обеспечения экологической безопасности объектов МНГК "соответствовали социально оптимальной точке на границе технических возможностей. Для определения этого оптимума необходимо установить соотношение между стоимостью единицы риска загрязнения и экономических затрат на его осуществление при возможном нефтяном загрязнении морской среды.

Управление уровнем загрязненности может осуществляться посредством воздействия на параметры МНГК и морской среды, от которых зависят )вероятностные характеристики моментов возникновения разливов;?,)вероятностные характеристики мощностей утечек загрязнителя; 3)скорости очищения природной экосистемы.

При ограниченных.как обычно,экономических и технических возможностях определение оптимальной стратегии борьбы с загрязнением сводится к стандартной задаче линейного программирования. Обозначив через 1?1( к,, р.,( - количества ресурсов,которые предполагается расходовать для воздействия на параметры системы и среда,влияющие на моменты возникновения и мощности утечек,а также функции очищения,соответственно,за период разработки место-ровдений Т, оптимальное распределение ограниченных ресурсов Б достигается,когда некоторый функционал от случайного процесса

Ф{т7<г;я1.Е2,Е3), г ^ [о,т]> (18.)

имеет экстремум при условии:

1г2+ Е3 < й, и,* о, о, нз> о.

Решение этой задачи методом геометрической интерпретации и проведенный его анализ показывают, что в практике эксплуатации МНГК- оптимальная стратегия борьбы с нефтяным загрязнением долж-

•¿1

на заключаться в разработке и совершенствовании эффективных методов, увеличивающих скорость очищения морской среды от НУ.

Анализ организационных задач борьбы нефтяными разливами,основанный на экономических.технологических и-функциональных аспектах морской нефтегазодобычи и экологии морских сообществ ледовитых морей, показывает необходимость создания структурного подразделения с основными целями своей деятельности: I Обеспечение действенной организации борьбы с нефтяными разливами при эксплуатации МНГК;2Исследования,разработка .изготовление и приобретение соответствующего оборудования и материалов; 3) разработка учебных программ и тренажеров, обучение персонала МКГК и службы ликвидации разливов нефти.

Для обеспечения устойчивости морских бийсистем в условиях воздействия объектов МНГК должен осуществляться экологически мониторинг.В качестве метода мониторинга испьпывалась экспресс-оценка биохимического состояния природной среда по аденозигри-фосфату(АТФ) и активности щелочной фосфомонозстеразы(ЩФА),предложенная С.Д.Авиловой. Натурные исследования в течение двух лет на различных водных объектах северного Сахалина с параллельным определением полного комплекса геохимических показателей органических загрязняющих веществ,содержащихся в водах и грунтах, показывают хорошую корреляцию между уровнем НУ загрязнения и биохимическими показателями водной среда и донных осадков, что подтверждает обоснованность и достоверность применения метода экспресс-оценки биохимического состояния морской среда при загрязнении ее нефтепродуктами для мониторинга присахалинского шельфа в период разработки морских нефтегазовых месторождений.

заключение.

Достижение сформулированной цели осуществляется на основе концепции сбалансированного взаимодействия между крупномасштабной геотехнической системой,каким является морской нефтегазовый комплекс,с природной средой и смежными пользователями морских ресурсов путем обоснования комплекса необходимых экологических,технических и экономических мероприятий.

При решении этой научной проблемы,имеющей важное, народнохозяйственное и социальное значение,на основе междисциплинарного подхода .включающего-совокупности методических приемов вероятностного анализа,физико-химических и биологических исслв-28

доезний, а также комплексных океанологических экспедиционных наблюдений, впервые получена оценка реальной экологической нагрузки и последствий,обусловленных ожидаемым тэгногенезом при нефтегазодобыче в условиях замерзающих морей.

Управление состоянием морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов является многоаспектной задачей,обусловленной разнообразием факторов внешнего и внутреннего характера.и осуществляется путем эколого-экономического регулирования как объемов загрязняющих веществ(в основном нефтяных углеводородов) »попадающих в морскую среду,так и природоохранных показателей технологических объектов нефтегазодобычи.

Для управления в первом направлении нами получены оценки технологического риска воздействия объектов морского нефтегазового комплекса и возможных объемов загрязнения, потенциалов самоочищения и ассимиляционной емкости морской среда, основанные на механизмах формирования случайных последствий, реальных физико-химических свойствах углеводородных загрязнителей и микробиологическом состоянии морской среды.Теоретичоскими и экс-периментальными(в лабораторных и натурных условиях) исследованиями установлены механизмы трансформации и миграции нефтяных углеводородов на шельфе замерзающих морей.Предложены математические модели растекания нефти подо льдом при наличии течения и адвективного переноса нефти морским льдом в другие районы.

Проведено обобщение современного экологического состояния морской среды в районе предполагаемой нефтегазодобычи на северо-восточном шельфе Сахалина,выполненного на основе результатов многолетних экспедиционных работ,определены пределы изменчивости гидрофизических,гидрохимических и гвдробиолргических параметров водных масс,включая оценки биопродуктивности района в различные сезоны года,влияния стока р.Амур на уровень загрязненности вод района и показатели фонового загрязнения НУ,фе-нолами,СПАВами,ПАУ и тяжелыми металлами.

С целью управления экологической надежностью технологических процессов нефтегазодобычи разработаны и научно обоснованы технические решения по рациональной очистке и утилизации промысловых сточных вод, обезвреживанию нефгесодержащих шламов и сжиганию продукции скважин на факеле. С технико-экономических позиций разработаны,решения по обеспечению экологической безопасности морских подводных трубопроводов.

С учетом специфических свойств неопределенности и риска, возникающих при проектировании объектов МНГК,разработаны методы решения зколого-экономических задач регулирования состояния -морской среда,позволяющих выбрать оптимальную стратегию обустройства морского месторождения в условиях объективной неопределенности,оценить экономические издержки при риске аварийного загрязнения,определить уровень приемлимого риска с учетом ограниченности технических и экономических возможностей.Показано, что при ограниченных ресурсах рациональная стратегия борьбы с нефтяным загрязнением на объектах МНГК должна заключаться в совершенствовании методов очистки морской среды. Предлагается ряд организационных мер борьбы с нефтяными разливами.

Для мониторинга экологического состояния морских биосистем в условиях воздействия МНГК обосновывается метод экспресс-оценки биохимического состояния морской среда, заключающийся в определении в морской воде и донных осадках биологически активных веществ - аденозинтрифосфата(АТФ) или биомассы "активных-живых"микроорганизмов по АТФ и гидролитической активности щелочной фосфомонозстеразы (ЩФА).

Разработанная система .управления состоянием морской среды и отдельные ее элементы применены институтом СахалинНИПИмор-нефть при обосновании концепции освоения морских нефтегазовых местрояздений Сахалинского шельфа.технико-экономическом обосновании вариантов разработки и обустройства месторождений Чайво, Одопту-море.Дунское и Пильтун-Астохское.в проектах разработки, эксплуатации и обустройства указанных месторождений,а тага© 1-ая редакция "Методики биохимической индикации морской среда в условиях присахалинского шельфа" в качестве нормативного документа ".ахалинского областного комитета по природопользованию и экологии находится на утверждении.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Искандеров И.А.,Йданов И.А..Мансуров М.Н.и др. Выявление возможности ^пользования коалесцирукицего фильтра-отстойника для очистки пластовых вод НГДУ объединения"Каспморнефть".-В кн. Обустройство морских и газовых месторождений./Тр.Гипромор-нефть,вып.9.-Баку,1975,с.90-97.

2.Силищев H.H., Байков У.М..Мансуров М.Н.,Хазипов Р.Х. Поиск 30

дутой повышения эф&сктивности очистки нефтссодержащих сточных В"Д.-В сб.Интенсификация нефтехимических процессов 1?ак фактор повышения средств ; лроизио детва./Тез.респуб.меяютрасл.науч.-прак.кояф.,ч.4.-Уфа:1977,с.52-54.

3.Бриль Д.М., Банков У.М..Мансуров М.Н.и др. Промысловые испытания коалесцирукмщлх материалов в процессе подготовки сточных вод нефтепромыслов.-В кн.Сбор,подготовка и транспорт нефти и воды. /Тр. ВНИИСПТ нефть, вып. 19. -.Уфа : 1977, с. .155-158.

4.Банков У.М., Мансуров М.Н..Минигазкмов Н.С. Промысловые испытания коэлесцирукяцего фильтра-отстойника.-НТО Нефтепрокысло-вое дело.1977,N10,с.32-33.

Б.Байков У.М., Мансуров М.Н. .Минигазимов Н.С. Коалесыгтрующиа фильтр-отстойник ФЖ-2973.Облчсть применения,порядок монтажа, наладка и применение.-СТП 03-06-77 П0"Бзшнефгь".-Уфэ:Ба'.и1ШИ-нефть,1977,18с.

6.Гусейнов Т.И., Мансуров М.Н..Минитазимов Н.С. Исследование процесса очистки нефтепромысловых сточных вод коалесцируши\'.: фильтрами.-Азерб. нефт. хозяйство, 1978, Н5 .с. 31- 33.

7.Барсов У.М., Мансуров М.Н.,Минигазимов Н.С. Состоят® и перс-пектины развития технологии подготовки сточных вод для заводнения в обиздинении "Башнефгь".-В кн.Теория и практика применения новых методов увеличения нефтеотдачи./Тр.Башнипинефгь, вып.53.-Уфа :1978.с.134-138.

8.Мансуров М.Н., Баяков У.М., Нафшсов Р.З.,Взл?ев Р.3.Применение химических реагентов при подготовке промысловых сточных вод.- там же.

Э.Мансуров М.Н., Ермаков Ю.Н. О возможности применешш отходов текстильной промышленности для очистки сточных вод,- там же.

Ю.Хисматуллин Р.3..Иванов В.М..Мансуров М.Н..Новиков В.П. К выбору метода обезвреживания шламов нефтяных промыслов. - там с.154-160.

и.Устройство для очистки нефтесодеркащих сточных вод./ Банков У.М..Мансуров М.Н., Минигазимов Н.С.-Ав.св.СССР N 617377.- Б. u.u 28, 1978.

12.Мансуров М.Н, Ермаков Ю.Н.Об эффективности гидрофобных фильтров. -В кн.Теория и практика применения новых методов увеличения нефтеотдачи./Тр.Башнипинефгь,вып.55.-Уфа :1979,с.132-138

13.Мансуров М.Н..Нафиков Р.З. О флотационной очистке нефтесоде-ржащих сточных вод с применением углекислого газа. - там же,

с.138-141.

14.Красновекин В.Н. .Мутш Ф.И. .Мансуров М.Н. и др. Распределитель потока в жидкостных фильтрах.-Экспр.-ичф.ЦИНТИхимнефте-маш "Повышение технического урбвня нефтепромыслового оборудования", серия XM-3,I979,N3.

15.Способ отмывки нефтесодержащего песка от нефти./ М.Н.Мансуров и др.-Ав.св.М 674996-Б.и.27,1979.

16.Способ очистки нефтесодержащего шлама. / М.Н.Мансуров и др.-Ав.св.Н 668884.-Б.и.23,1979.

17.Мансуров М.Н., Полонский С.Л. Об одном методе уменьшения потенциального стока при повреждении подводного трубопровода.-ОН1С Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов,1983,н 8, с.4-5.

18.Астафьев В.Н..Кандауров A.A..Маяеуров М.Н. Оценка расстояний между подводными трубопроводами.-НТИС "Нефтепромысловое дело и транспорт нефти",1985,вып.3,с.27-28.

19.Астафьев В.Н..Мансуров М.Н..Зеленин В.А. Оптимизация диаметров подводных трубопроводов при многоканальном транспорте продукции морских месторождений.-Деп.ВНВДЭГазпром N 664гз-84, 9с.-БУ"Депонированные нзучные работы",N5,1985,с.103.

20.Мансуров М.Н..Кравченко А.Н. Направления исследовании по мониторингу морской среды при освоении нефтегазовых ресурсов шельфа замерзающих морей.-Всесоюзное совещание Проблемы охраны окружающей среды в нефтяной и газовой промьшданности(10-12 сентября 1985г..г.Калининград).Тезисы докладов.-М.:1985.с.80-

88.

21.Астафьев В.Н..Мансуров М.Н..Бродский Л.С..Зеленин В.А. Проблемы надежности морских трубопроводов на шельфе Охотского моря. -Тез.Всесоюзной конференции "Экономика освоения океана", сек.3.-Владивосток:1985,с.23-25.

I, г .Мансуров М.Н. .Астафьев В.Н. Тсхнико-экономчоские аспекты природоохранных мероприятий при освоении нефтегазовых ресурсов на шельфе Охотского моря.-Всесоюзная конференция Экономика освоения океана,секция 4.-Владивосток:1985,с.98-100.

23.Мансуров М.Н. Пути минимизации загрязнения морской среды при эксплуатации подводных трубопроводов на шельфе замерзающих морей.-Сб.науч.тр.Охрана окружающей среды при поисках,разведке и разработке морских месторождений нефти и газа.- Рига: ВНИИморге о,1986,с.37-42.

22

24.Абрамова ü.В. «Зеленина Л.Г..Мансуров М.Н. .Мгапуко» П.Ф.и^чо ние деградации нефти в полунатурных экспериментах в прибрежной зоне о.Сахалин.-Деп.ВИНИТИ,N T52-B89,I987,IIc.

25.Мгаиуков В.Ф., Абрамова 0.В. .Зеленина Л.Г. .Мансуров М.Н. Изучение фотохимического окисления нефти месторождения Одопту-море на поверхности морской и дистиллированной воды.-В. кн.Геология Тихрго океана./Тез.III Тихоокеанской школы по морской геологии,геофизике и геохимии,ч.2.-Владивосток:1987,с.168-169

26.Порядок отбора глубинных и поверхностных проб из скважин нефтяных и газоконденсатных месторождений/Ю.А.Шмелев,М.Н.Мансуров,В.Ф.Штырлин.-СТО 15-37-87 ПО"Сахаливморшфгегаз"-Оха: СахалинНИПИморнефть,I087,15с.

27.Мансуров М.Н..Астафьев D.H..Алексеев С.Б.Как повысить надежность подвоцных трубопроводов на шельфе замерзающих морей.-Газовая промышленность,1987,N 10,с.59-61.

28.Мансуров М.Н. Минимизация вероятного ущерба при эксплуатации подводных трубопроводов на шельфе замерзающих морей.-В кн. Итоги исследований по вопросам рационального использования и охраны водных,земельных и биологических ресурсов Сахалина и Курильских островов.Тезисы докладов Шнаучно-практической , конференции.-Южно-Сахалинск:1987,с.79-81.

29.Аникиев В. В. .Мансуров М.Н.-, Арефьев А.В.и др. Влияние физико-химических и бактериальных процессов ла деструкцию нефтяных углеводородов в прибрежной зоне Охотского моря./Рациональное использование природных ресурсов океана.-Второй международный Тихоокеанский симпозиум по морским наукам,СССР,Находка,II-I9 августа 1988г. Тез.доклздов.-Владавосток:1988,с.28-29.

30.Аникиев В.В..Мансуров М.Н. Современное состояние экологической обстановки на северо-восточном шельфе о.Сахалин и возможные масштабы нефтяного загрязнения.-Управление' транснациональными ресурсами и возможные аспекты сотрудничества. Международная конференция по Японскому и-Охотскому морям (СССР,Находка ,14-20 сентября 1989г.).Тезисы докладов советских участников . -Владивосток: 1989, с .74-75.

31 .'Мансуров М.Н., Зеленина Л.Г, .Попович I.A. .Абрамова 0.В.Модельные исследования процессов деструкции нефти в условиях Охотского моря.-В кн.Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Дальнего Востока.ч.1.-Владивосток:1989,с.166-173.

32.Мансуров М.Н. Экологические проблемы освоения морских нефтя-

газовых месторождении Сахалина.-В кн.Экологические основы рационального природопользования на Сахалине и Курильских островах. IV научно-прангт.конф.Тез.докл.-1ашо-Сахалинск:1990, с. 130-133.

33.Мансуров М.Н. Взаимодействие нефти со льдом Охотского моря./ Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР.II Всесоюзная конференция,4~6сентября 1900.Тез^ док. .ч.П.-М. :1990,с.187.

34.Мансуров М.Н. Принципы обеспечения экологической безопасности морской нефтегаздобычи.-Регион.научно-практ.конф.Проблемы защиты окружающей среды и рационального природопользования в связи с перспективами социально-экономического развития Сахалина и Дальнего Востока.Тезисы докладов.-Кшно-Сахалинск:1991, с.61-62.

35.Мансуров М.Н..Авилов В.И.,Авиловэ С.Д. Оценка биохимического состояния водной среды в условиях присахэлинского шельфа.-Региональная научно-практическая конференция Проблемы защиты окружающей среды и рационального природопользования в связи с перспективами социально-экономического развития Сахалина и .Дальнего Востока.Тезисы докладов.-Южно-Сахалинск:1991,с.88-89

36.Мансуров М.Н..Астафьев В.Н.Выбор решений то обустройству морских нефтегазовых месторождений в условиях неопределенности. - Нефтяное хозяйство, 1991, H 8,с.

37,Эшгтейа Э.М., М.Н.Мансуров, В..К.Астафьев Выбор конфигурации сетей морских нефтегазопроводов. ИС"Научно-технические достижения и передовой опыт,рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности",1991,вьт.10,с.36-40. .

38.Mansurov M.N.,Avilov V.I.,Avilova S.D. Biogeochemical Basis of EcoLogial Investigation of Near Sakhalin Offshore.-101 h International Symposium on Environmental Elogeocheiniatry.Ats-tracts(PIM>-9>-San Francisco,USA,1991.

ЗЭ.Геодекян A.A.,В.И.Авилов,С.Д.Авилова, М.Н.Мансуров,Г.И.Кравченко.Геоэкологическое состояние водной среды отдельных водных объектов присахалинского шельфа.-ДАН,1992,т----,и