Экологические проблемы при добыче газа

Газ имеет множество применений, и, соответственно, газовая промышленность оказывает обширное воздействие на окружающую среду. Природный газ является первичным источником энергии и сырья, которые обеспечивают множество аспектов современной повседневной жизни и мировой экономики. Его предложение быстро выросло за последние 150 лет, для удовлетворения потребности быстро растущего населения и потребления.
Актуальность представленной работы заключается в том, что значительные количества токсичных и нетоксичных отходов образуются на этапах добычи, переработки и транспортировки газа. Некоторые побочные продукты промышленности, такие как летучие органические соединения, соединения азота могут загрязнять воздух, воду и почву на уровнях, которые вредны для жизни при неправильном управлении. Потепление климата, закисление океана и повышение уровня моря – это глобальные изменения, усиленные выбросами парниковых газов таких как метан и аэрозолей из микрочастиц, таких как сажа. Поэтому хорошее понимание механизмов и масштабов возникновения экологических проблем при добыче и транспортировке газа является предпосылкой для эффективной приоритизации действий по предотвращению сокращения неблагоприятного воздействия и быстрого восстановления окружающей среды.
Целью работы является анализ влияния добычи газа на окружающую природную среду.
Задачи работы:
Произвести анализ влияния газовой промышленности на состояние окружающей среды;
Выявить влияние различных этапов при добыче газа на окружающую среду;
Привести способы и технологии снижения негативного воздействия на окружающую среду при добыче и транспортировке газа.
1 Влияние газовой промышленности на состояние окружающей природной средыОбычная нефтегазовая деятельность может оказывать пагубное воздействие на окружающую среду на каждом из основных этапов разведки, добычи и вывода из эксплуатации. На этапе разведки воздействия могут возникать в результате косвенных (звук и движение) и прямых физических (якорные цепи, буровой шлам и буровые растворы) нарушений. «Дополнительные прямые физические воздействия возникают на этапе добычи по мере прокладки трубопроводов и увеличения объема сбрасываемой пластовой воды. Наконец, вывод из эксплуатации может привести к серии прямых воздействий на морское дно и может повторно привести к загрязнению окружающей среды». [1]
При поиске и разработке месторождений природного газа наносится ущерб окружающей природной среде. Современные экологические проблемы, связанные с функционированием газовой отрасли, усугубляются загрязнением водных и почвенных ресурсов, атмосферы и вырубкой лесов.
Кроме того, среди всех видов деятельности человека добыча ископаемого топлива является самым большим фактором продолжающегося накопления парниковых газов в биосфере Земли. Природный газ (в основном метан) является наиболее мощным парниковым газом, когда он поступает в атмосферу до того, как сгорел.
«Природный газ обладает многими качествами, которые делают его эффективным, относительно чистым и экономичным источником энергии. Однако при производстве и использовании природного газа необходимо учитывать некоторые проблемы, связанные с окружающей средой и безопасностью». [1]
Природный газ – относительно чистое горючее ископаемое. Сжигание природного газа для получения энергии приводит к меньшим выбросам почти всех типов загрязнителей воздуха и углекислого газа (CO2), чем сжигание угля или нефтепродуктов для производства равного количества энергии. «Выбросы CO2 (на единицу произведенной энергии) из газа примерно на 40% ниже, чем у угля, и примерно на 20% меньше, чем у нефти. Преимущество природного газа над другими горючими видами топлива усиливается при рассмотрении выбросов основных загрязнителей воздуха, включая мелкие твердые частицы (PM2,5 ), оксиды серы, в основном диоксид серы (SO2 ) и оксиды азота (NOX ). Свойства чистого горения природного газа способствовали увеличению использования природного газа для производства электроэнергии и в качестве транспортного топлива для транспортных средств». [2]
Природный газ – это в основном метан – сильный парниковый газ. Некоторые утечки природного газа в атмосферу происходят из нефтяных и газовых скважин, резервуаров для хранения, трубопроводов и перерабатывающих предприятий.
Загрязнение воздуха. При сжигании природного газа образуется незначительное количество серы, ртути и твердых частиц. При сжигании природного газа образуются оксиды азота (NOx), которые являются предшественниками смога, но в меньших количествах, чем бензин и дизельное топливо, используемые для автомобилей. «Хотя влияние данного вида выбросов локально, однако может нанести серьёзный экологический ущерб береговым экосистемам, так как большое содержание данного вещества в атмосфере может привести к «кислотным дождям». [2]
Однако, несмотря на эти преимущества, разработка нетрадиционного газа может повлиять на качество воздуха на местном и региональном уровнях. В некоторых районах, где проводится бурение, наблюдается рост концентраций опасных загрязнителей воздуха и двух из шести «критериев загрязняющих веществ» - твердых частиц и озона плюс его прекурсоры. «Воздействие повышенных уровней этих загрязнителей воздуха может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья, включая респираторные симптомы, сердечно-сосудистые заболевания и рак». [3]
Землепользование и животный мир. Строительство и нарушение земель, необходимые для бурения нефтяных и газовых скважин, могут изменить землепользование и нанести вред местным экосистемам, вызывая эрозию и фрагментацию мест обитания диких животных и моделей миграции. Когда нефтегазовые операторы расчищают площадку для строительства кустовой площадки, трубопроводов и подъездных дорог, процесс строительства может вызвать эрозию почв, вынос минералов и других вредных загрязнителей в близлежащие водоемы.
Использование воды и ее загрязнение. Нетрадиционная разработка газа может представлять опасность для здоровья близлежащих сообществ из-за загрязнения источников питьевой воды опасными химическими веществами, используемыми при бурении ствола скважины, гидравлическом разрыве скважины, переработке и переработке нефти или газа или удалении сточных вод.
Встречающиеся в природе радиоактивные материалы, метан и другие подземные газы иногда просачиваются в источники питьевой воды из неправильно обсаженных скважин; метан не вызывает серьезных последствий для здоровья, но в достаточных количествах может вызывать проблемы с воспламеняемостью. Большие объемы воды, используемые при разработке нетрадиционных нефтегазовых месторождений, также вызывают озабоченность по поводу доступности воды в некоторых случаях.
Грунтовые воды. Также возможны загрязнения грунтовых вод вблизи газовых скважин жидкостями гидроразрыва, а также газами, включая метан и летучие органические соединения. «Одна из основных причин газового загрязнения – это неправильно построенные или вышедшие из строя скважины, которые позволяют газу просачиваться из скважины в грунтовые воды. Другой потенциальный путь загрязнения подземных вод – это естественные или искусственные трещины в недрах, которые могут позволить природному газу перемещаться непосредственно между нефтегазовыми пластами и запасами подземных вод». [3]
Другой потенциальный путь загрязнения подземных вод – это естественные или искусственные трещины в недрах, которые могут позволить природному газу перемещаться непосредственно между нефтегазовыми пластами и запасами подземных вод.
Поверхностные воды. Нетрадиционная разработка газа также создает риски загрязнения поверхностных вод из-за разливов и утечек химических веществ, разливов и утечек дизельного топлива или других жидкостей из оборудования на месте, а также утечек сточных вод из объектов хранения, очистки и удаления. В отличие от рисков загрязнения подземных вод, риски загрязнения поверхностных вод в основном связаны с землепользованием, а также с химическими веществами и сточными водами на территории и за ее пределами.
«Определено более 1000 химических добавок, используемых для гидроразрыва пласта, включая кислоты (особенно соляную кислоту), бактерициды, средства для удаления накипи и вещества уменьшающие трение. Для каждой скважины выбор химикатов зависит от геохимии и потребностей этой скважины». [3]
Большие количества – десятки тысяч галлонов на каждую лунку – химических добавок перевозятся грузовиками и хранятся на площадке для колодцев. При неправильном обращении химические вещества могут вытечь из неисправных контейнеров для хранения или во время транспортировки.
Использование воды. Рост гидравлического разрыва пласта и использование им огромных объемов воды на скважину может привести к перегрузке местных запасов грунтовых и поверхностных вод, особенно в районах с дефицитом воды. Количество воды, используемой для гидроразрыва скважины, может варьироваться из-за различий в геологии пласта, конструкции скважины и типа используемого процесса гидроразрыва.
В отличие от других источников водозабора, связанных с энергетикой, которые обычно возвращаются в реки и озера, большая часть воды, используемой для разработки газовых ресурсов, не подлежит восстановлению.
«В зависимости от типа скважины, ее глубины и местоположения для одной скважины может потребоваться от 3 до 12 миллионов галлонов воды при первом гидроразрыве. Подобные огромные объемы воды необходимы каждый раз, когда скважина подвергается ремонту или дополнительному гидроразрыву на более позднем этапе ее эксплуатации для поддержания давления в скважине и добычи газа. Типичная скважина будет иметь около двух ремонтов в течение ее продуктивного срока службы». [3]
Таким образом, влияние функционирования нефтегазовой отрасли оказывает непосредственное влияние на окружающую природную среду. Несмотря на то, что добыча и использование газового топлива является менее загрязняющей, крайне важно, чтобы все потенциальные воздействия производимых операций учитывались при разработке стратегий управления, как местных, так и региональных, для всех нефтегазовых операций.
2 Разведка, добыча и транспортировка природного газаПри исследовании месторождения природного газа на суше, они нарушают растительность и почву транспортными средствами. Бурение скважины на суше может потребовать расчистки и выравнивания территории вокруг буровой площадки. Бурение скважин приводит к загрязнению воздуха и влияет на здоровье человека и окружающую природную среду. После начала строительства инфраструктуры прямое воздействие на среду обитания и связанную с ней фауну усиливается
Прокладка трубопроводов, по которым природный газ поступает из скважин, обычно требует расчистки земли для заглубления трубы. При добыче природного газа также могут образовываться большие объемы загрязненной воды. Эта вода требует надлежащего обращения, хранения и обработки, чтобы она не загрязняла почву и другие воды. «Скважины и трубопроводы природного газа часто имеют двигатели для запуска оборудования и компрессоры, которые производят шум и загрязняют атмосферу». [4]
В районах, где природный газ добывается из нефтяных скважин и его неэкономично транспортировать для продажи или он содержит высокие концентрации сероводорода (токсичный газ), он сжигается (сжигается на факеле) на площадках скважин. При сжигании природного газа образуются: углекислый газ, окись углерода, двуокись серы, окиси азота и многие другие соединения, в зависимости от химического состава природного газа и от того, насколько хорошо природный газ сгорает на факеле. Однако сжигание в факелах безопаснее, чем выброс природного газа в воздух, и приводит к снижению общих выбросов парниковых газов, поскольку углекислый газ является не таким сильным парниковым газом, как метан.
Экологические риски при транспортировке и газа.
Танкерная перевозка. Для континентального шельфа России риски при добыче и транспортировке углеводородного сырья значительно выше, чем в регионах. Специфические климатические условия, продолжительность светового дня, характер теплообмена поверхности океана с нижележащими слоями и атмосферой, пространственное распространение магнитных полей Земли, рельеф дна, типы берегов и мелководные приливы в значительной степени снижают естественную саморегулируемость среды. В связи с этим, развитие интенсивного судоходства и создание морских производственных объектов в этом регионе требует особого внимания к обеспечению экологической безопасности.
«Работы по добыче и транспортировке углеводородного сырья в прибрежной зоне и на шельфе резко повышают риски загрязнения водной среды в этих районах, прежде всего за счет аварийного или предумышленного сброса добываемых или транспортируемых продуктов, а также горюче-смазочных материалов с буровых установок, судов и обслуживающих механизмов, стоков с очистных сооружений и бытовых отходов». [4]
Транспорт газа танкерами, как показывает статистика, имеет тот же уровень опасности, что и перекачка его по подводным трубопроводам. Основные проблемы с нарушением безопасности и разливы происходят при выполнении погрузочно-разгрузочных и бункеровочных операций у терминалов. На основании анализа случаев аварий судов, приведших к крупномасштабным авариям, были установлены следующие основные их типы:
технические отказы;
посадка на мель;
столкновения;
пожары, взрывы.
Транспортировка по трубопроводной системе. «Сложные и разветвленные системы подводных трубопроводов протяженностью в сотни и тысячи километров для перекачки газа и конденсата относится к числу главных факторов экологического риска». [5]
Масштаб токсического поражения организмов в зоне аварии во многом определяется величиной утечки, что в свою очередь зависит от характера повреждения. В ряде случаев аварийные выбросы газа на сухопутных магистральных трубопроводах, когда они происходят при пересечении или вблизи крупных рек, опасны и для прибрежных морских экосистем, поскольку любое загрязнение речных вод рано или поздно сказывается на состоянии приустьевой зоны.
Одним из основных источников воздействия на морскую среду при строительстве подводного трубопровода являются земляные работы при проходке траншеи и подходных каналов, заглублении, засыпке трубопроводов и дампинге грунта, сопровождающиеся: повышением содержания в воде взвеси, образованной мелкими фракциями донных отложений; изменением гидрохимического режима морской воды при высвобождении загрязняющих веществ из донных осадков во время проведения земляных работ.
В результате транспортировки газа подводным трубопроводом происходит нагрев и охлаждение придонных вод в зоне трубопровода. «Хотя существенных изменений температуры в значительном по толщине слое водной массы не происходит, и влияние изменений температуры на бентос ограничится очень узкой полосой вдоль труб, нельзя полностью исключить возможность влияния этих изменений как сигнального фактора на мигрирующих придонных рыб. Так, именно отрицательная температура придонных вод ограничивает в природных условиях миграции некоторых промысловых рыб, таких как треска, пикша, морская камбала». [6]
Потенциальное воздействие на сообщества морского дна может быть вызвано как химическими токсикантами, так и физическим воздействием. Снижение концентрации кислорода, обогащение органическими веществами, повышенная концентрация углеводородов и повышенное содержание металлов могут изменять биогеохимические процессы и генерировать сероводород и аммиак.
Магистральные трубопроводы – одно из немногих сооружений, которые испытываются без полного воспроизведения эксплуатационных нагрузок. Несовершенство технологии строительства приводит к снижению качества строительно-монтажных работ, возникновению различных дефектов в металле стенки труб и снижению безопасности эксплуатации газопроводов.
Таким образом, длительные сроки эксплуатации газопроводов и непрерывно изменяющиеся параметры перекачки способствуют увеличению количества механических и развитию усталостных повреждений в металле труб, которые в свою очередь могут привести к авариям.
3 Способы и технологии снижения негативного воздействия на окружающую среду при добыче и транспортировке газаРазвитие технологий бурения и добычи оказывает положительное и отрицательное влияние на окружающую среду. Новые технологии бурения и добычи природного газа значительно сокращают площадь земель, нарушенных для разработки нефтегазовых ресурсов. Методы горизонтального и направленного бурения позволяют добывать больше природного газа из одной скважины, чем в прошлом, поэтому для разработки месторождения природного газа требуется меньше скважин.
«В Российской Федерации производится работа над сокращением выбросов основных парниковых газов (углекислого газа и метана), развивается корпоративная система мониторинга, учета и инвентаризации парниковых газов и загрязняющих веществ, а также производится модернизация производственных мощностей». [7]
Производится увеличение охвата газовых сетей в регионах России, продвигая более широкое использование природного газа – самого экологически чистого топлива нашего времени.
Происходит рост использования природного газа в качестве автомобильного топлива. С экологической точки зрения газ в среднем в пять раз эффективнее бензина и дизельного топлива. Расширение рынка газомоторного топлива является одним из приоритетных направлений устойчивого развития.
Охрана земель – один из экологических приоритетов, так как земли подвергаются наибольшему воздействию при добыче, транспортировке и переработке углеводородов. Нефтегазовые компании стремятся минимизировать площадь своей деятельности за счет комплекса мер: модульного строительства производственных объектов, кластеризации скважин, прокладки многонитных трубопроводных систем в рамках единой трассы, внедрения горизонтального и наклонно-направленного бурения. «Внедрение передовых технологий бурения, которые с каждым годом распространяются все больше, что способствует сокращению промышленных отходов и площадей для размещения отходов, а также предотвращает нарушение почвы и загрязнение во время работы». [8]
«Также необходимо повсеместно внедрять инновационные методы обработки почвы и биотехнологии для удаления углеводородных загрязнителей из почв и восстановления нарушенных земель. Такие технологии учитывают климатические условия и способствуют сокращению затрат и ускорению процессов рекультивации почвы». [9]
Таким образом, для улучшения ситуации с негативным влиянием на природную среду необходимо:
проводить оценку воздействия нефтегазовой деятельности на окружающую природную среду независимыми экспертами и на регулярной основе.
организовывать общественные обсуждения плана предотвращения и ликвидации аварийных разливов нефти (утечек газа);
обеспечить внедрение наилучших технологий и высоких экологических стандартов, направленных на минимизацию негативного воздействия на окружающую среду: сокращение выбросов (парниковых газов) в атмосферу и минимизацию количества химических отходов, попадающих в морскую среду при эксплуатации нефтегазовых месторождений;
создать на особо чувствительных и ценных участках Арктического шельфа зоны, свободные от нефтегазовой деятельности. Данные ограничения должны быть установлены в местах нереста ценных и редких пород рыб, гнездования птиц.
Выводы
Исходя из вышеизложенного, следует сделать вывод о том, что сложившаяся в мире на сегодняшний день экологическая ситуация возникновения все большего количества чрезвычайных ситуаций техногенного характера, связанных с функционированием нефтегазового комплекса требует особого внимания со стороны представителей инновационных разработок и специалистов экологического мониторинга. Экологические проблемы по ширине негативного воздействия несравнимы ни с какой другой проблемой в мире. Природный газ является наиболее «чистым» видом топлива несмотря на то, что при его добыче, обработке и транспортировке также присутствует риск возникновения негативного влияния на окружающую среду.
Таким образом роль, которую природный газ может сыграть в будущем мировой энергетики, неразрывно связана с его способностью решать экологические проблемы. В связи с серьезными опасениями по поводу качества воздуха и изменения климата природный газ предлагает множество потенциальных выгод, если он вытесняет больше загрязняющих видов топлива.
Это особенно верно с учетом ограничений на то, насколько быстро могут быть расширены варианты использования возобновляемых источников энергии, и того, что рентабельные варианты с нулевым выбросом углерода может быть труднее найти в некоторых частях энергетической системы.
Гибкость, которую природный газ привносит в энергетическую систему, может также сделать ее подходящей для использования возобновляемых источников энергии, таких как ветровые и солнечные фотоэлектрические системы.
Таким образом, анализ различных факторов негативного влияния газодобывающей отрасли на природную среду является важнейшей предпосылкой для разработки эффективной программы по совершенствованию технологий в этой отрасли для уменьшения негативного влияния. Этот анализ должен проводиться для каждого конкретного случая в отдельности и учитывать социально-экономическую специфику региона.
Список использованных источников
Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. - Техногенный риск и безопасность Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2001. - с.
Шрамм, Л.Л. Поверхностно-активные вещества в нефтегазовой отрасли: состав, свойства, применение / Л.Л. Шрамм ; под ред. М.С. Подзоровой, В.Р. Магадова. — Санкт-Петербург : ЦОП «Профессия», 2018. — 592 с.
Музалевский А.А., Карлин Л.Н. Экологические риски: теория и практика СПб.: РГГМУ, 2011. — 446 с.
Соловьянов, А. А. Попутный нефтяной газ. Технологии добычи, стратегии использования: Учебное пособие / А.А. Соловьянов, В.В. Тетельмин. - Долгопрудный: Интеллект, 2013. - 208 с.
Эксплуатация оборудования и объектов газовой промышленности : учеб. пособие / под ред. Ю.Д. Земенкова. - Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. - 608 с.
Линник, Ю. Н. Технологические основы добычи и переработки топливно-энергетических ресурсов : учебник / Ю. Н. Линник, В. Ю. Линник, В. Б. Воронцов ; под общ. ред. Ю.Н. Линника. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 457 с.
Говорушко, С. М. Экологические последствия добычи, транспортировки и переработки ископаемого топлива / С.М. Говорушко. - Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 208 с.
Нестеров, Е. М. Геология, геоэкология, эволюционная география. Том XVII : монография / Е. М. Нестеров, В. А. Снытко, Т. Т. Абрамова ; под ред. Е. М. Нестерова, В. А. Снытко. - Санкт-Петербург : Изд-во РПТУ им. А. И. Герцена, 2018. - 392 с.
Тетельмин, В. В. Энергия нефти и газа: Учебное пособие / В.В. Тетельмин, В.А. Язев. - Долгопрудный: Интеллект, 2009. - 352 с.