Анализ и сравнение современных методов ликвидации разливов нефти на морских трубопроводах

ВВЕДЕНИЕ

Каждый год в нашей стране разливается около 4,5 млн т нефти. И главная причина тому – изношенные нефтепроводы.
По статистике, в том же 2018 году подавляющее большинство аварий (97%) случилось из-за коррозии труб.
Конечно, утечки нефти происходят не только из-за эксплуатации устаревшего оборудования. Потенциальным источником загрязнения может стать любой объект предприятия – скважины, нефтехранилища, морские нефтяные платформы, приёмо-сдаточные пункты и прочее.
Как доказательство – мировой опыт аварий, связанных с утечкой нефти. Пожалуй, самая масштабная катастрофа подобного рода произошла в 2010 году – в Мексиканском заливе в результате взрыва нефтяной платформы в воду попало около 5 млн баррелей.Безусловно, факты утечек нефти, даже небольших, сейчас находятся на строгом контроле государственных органов. Так, в действующем российском законодательстве чётко прописано, что нефтяные компании обязаны принимать меры по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в водоёмы.Максимум, что грозит предприятию в случае аварии, – штрафные санкции с временной приостановкой деятельности. Поэтому может показаться, что для нефтяной компании разлив нефти – не такая уж трагедия.Между тем, из-за халатного отношения к требованиям предупреждения аварий предприятия самовольно выбрасывают свой главный источник заработка. И параллельно тратят уйму денег и времени на устранение последствий от попадания нефти в окружающую среду.

1 АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА МОРСКИХ ТРУБОПРОВОДАХ
1.1 Основные причины нефтяных разливов Н
а всех стадиях разработки месторождения возможны разливы нефти. Источниками нефтезагрязнения могут быть буровые скважины различного назначения (поисковые, разведочные, параметрические и т.д.), нефтепромыслы (эксплуатационные скважины, внутрипромысловые трубопроводы, пункты подготовки нефти для дальнейшей транспортировки) и т.д.
Наиболее сильное загрязнение происходит при разведочном бурении, когда вскрывается нефтепродуктивный пласт. В таких случаях скважина часто начинает фонтанировать, что приводит к загрязнению окружающей среды пластовыми флюидами (нефть, газоконденсат, пластовые воды с растворенными углеводородами). Нефтяной фонтан – одна из самых опасных чрезвычайных ситуаций при эксплуатации месторождений.
При этом страдает промысловое оборудование, загрязняются десятки тонн грунта, а главная опасность – воспламенение фонтана. Подобные катастрофы можно по праву считать самыми серьёзными техногенными авариями, сравнимыми разве что со взрывом ядерного реактора на Чернобыльской АЭС, тем более, что происходят они с завидной регулярностью.Так 20 апреля 2010 года произошёл взрыв буровой нефтяной платформы Deepwater Horizon, принадлежащей нефтяной компании ВР, в Мексиканском заливе, в результате которого нефть в море выливалась ежедневно.
В итоге в результате самой крупной нефтяной техногенной катастрофы в мире в водах Мексиканского залива оказалось более 670 000 тонн нефти. Лишь 5 августа было объявлено, что утечка сырой нефти, длившаяся три с половиной месяца, остановлена, а более ¾ вещества собрано и нейтрализовано химикатами и заградительным оборудованием.Рисунок 1 – Взрыв нефтяной буровой платформыОсновываясь на результатах анализа международной практики предупреждения нефтяных разливов и реагирования на них, нефтяные разливы возникают при:
1) работах (операциях), связанных с поиском месторождений полезных ископаемых и их оценкой;
2) работах (операциях), относящихся к государственному геологическому изучению недр, разведке и (или) добыче полезных ископаемых;
3) работах (операциях), проводимых в целях строительства, прокладки и эксплуатации нефтегазопроводов на суше, реках, озерах, морях и иных внутренних водоемах;
4) бурений, капитальном ремонте скважин и добыче нефти;
5) ошибках производственного персонала;
6) несоблюдение требований противофонтанной безопасности;
7) несоблюдение требований промышленной безопасности;
8) механических повреждениях трубопроводов в результате деятельности человека во время эксплуатации и вследствие постороннего вмешательства;
9) проведений иных нефтяных операций;
10) авариях на нефтяных танкерах, в том числе посадка на мель, пожар, взрыв;
11) промышленных авариях, в том числе нефтегазовые фонтаны (выбросы сероводорода, содержащих нефти и газа свыше 100 м3), газонефтеводопроявления, грифонообразования, пожары, взрывы, затопления, обрушения морских сооружений и платформ, отрицательное воздействие на окружающую среду и сопредельных государств, внезапное обрушение зданий и сооружений;
12) при грузовых операциях на терминалах, переливах танкеров и повреждений грузовых танкеров при швартовых операциях;
13) утечке нефти из затопленных скважин;
14) разгерметизации резервуаров, трубопроводов и технологического оборудования;
15) отказе вспомогательного оборудования (системы разгрузки, торцевых уплотнений, откачки утечек, смазки, охлаждения электродвигателей, контрольно-измерительных приборов и автоматики);
16) неисправности противовыбросового и устьевого оборудования;
17) коррозии металла внешних, внутренних стенок и днища резервуара, внутренней коррозии металла;
18) внутренних дефектах металла трубопроводов, связанных с браком завода изготовителя или вследствие скрытых механических повреждений, нанесенных во время строительства, эксплуатации;
19) нарушении изоляции нефтепровода;
20) нарушении нормальной работы электрохимической защиты нефтепровода;
21) усталости, износе металла.
Нефтяные разливы подразделяются на разливы первого, второго и третьего уровней.
Первый уровень – незначительные разливы (не превышающие 10 тонн нефти), ликвидируемые с помощью материалов и веществ, имеющихся на морском сооружении при производстве работ, в соответствии с Планом по предупреждению и ликвидации нефтяных разливов персоналом сооружения.
Второй уровень – умеренные (средние) разливы (от 10 тонн нефти до 250 тонн), для ликвидации которых, в соответствии с Планом по предупреждению и ликвидации нефтяных разливов, необходимы ресурсы, как имеющиеся на морском сооружении, на месте производства работ, так и дополнительные материалы, вещества и персонал местных береговых служб. Под аварийные ситуации второго уровня подпадают утечки: 1) из резервуара хранения топлива или системы распределения;
2) из топливного резервуара или баржи;
3) из автоцистерны для перевозки топлива;
4) при временной или частичной потере контроля во время бурения или испытания скважины на морском сооружении.
Третий уровень – крупные разливы нефти (от 250 тонн), для ликвидации которых требуются материалы, вещества и персонал различных организаций по ликвидации нефтяных разливов, включая международные.
К случаям аварийной ситуации третьего уровня подпадают утечки:
1) продолжительной потери контроля над скважиной;
2) из плавающего топливного резервуара или баржи;
3) из резервуара хранения топлива или системы распределения. Ликвидация нефтяных разливов третьего уровня требует незамедлительной мобилизации материалов и веществ из любых точек, располагающих отечественными и международными ресурсами.

1.2 Способы ликвидации разливов нефти
Какими же способами сейчас осуществляют ликвидацию разливов нефти?
Для ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН) существует 4 основных метода: механический, термический, физико-химический и биологический.
Самый распространённый метод – механический – представляет собой обычный сбор разлитой нефти с поверхности воды (либо выемку загрязнённой почвы).
Этот способ является одним из основных, применяемых в настоящее время. Наиболее эффективно его применение в самом начале разлива (в первые его часы) поскольку толщина нефтяного слоя в этот момент – наибольшая. Отделение ННП от воды сильно затрудняется, если толщина слоя маленькая, площадь распространения пятна – большая, и сам слой постоянно перемещается под действием течения и ветра. Механическая очистка также затруднена в портовых акваториях и на верфях, поверхность воды которых сильно загрязнена разного рода мусором, досками и щепой.
Для успешного применения этого способа необходимо, чтобы технические характеристики применяемых средств соответствовали условиям конкретного разлива.
Основными достоинствами механического сбора ННП являются:
– высокая эффективность работ;
– возможность собирать самые разные виды ННП;
– всесезонность.
Стоит отметить, что на месте механического сбора все равно на воде остаётся тонкий слой нефти или нефтепродуктов.
В качестве технических средств для механического сбора применяются специальные суда-нефтесборщики или скиммеры.
Суда-нефтесборщики представляют собой самоходные плавсредства, которые самостоятельно осуществляют сбор нефти и нефтепродуктов.
Скиммеры собирают нефть непосредственно с водной поверхности.  По способу своего крепления и передвижения они делятся на переносные и стационарные, а также на самоходные и буксируемые.  По принципу своего действия скиммеры делятся на гидродинамические, вакуумные, олеофильные и пороговые.В море поражённый участок ограждается боновыми заграждениями.
Такие заграждения являются основным средством локализации нефтяных пятен. С их помощью предотвращают растекание ННП по водной поверхности, снижают их концентрацию для облегчения сбора, а также отводят нефть и нефтепродукты от районов, наиболее уязвимых в экологическом плане.Боновые заграждения делятся на:
– аварийные заграждения;
– заграждения с постоянной плавучестью;
– всплывающие заграждения;
– огнеупорные заграждения;
– универсальные.
Вне зависимости от вида, в состав всех боновых заграждений входят:
1) поплавок, призванный обеспечить плавучесть;
2) надводная часть, которая препятствует переливанию ННП-пленки через боны (иногда эта часть совмещена с поплавком);
3) подводная часть (так называемая юбка), которая не позволяет ННП проникать под боны;
4) балласт (груз), который отвечает за вертикальность бонов на водной поверхности;
5) тяговый трос, который отвечает за сохранение конфигурации заграждения при сильном ветре и волнении на воде, а также за буксировку заграждения;
6) соединительные узлы, с помощью которых боны собираются из отдельных частей;
7) устройства для крепления бонов к буям и якорям, а также отвечающие за их буксировку.
Затем в ход идут различные нефтесборные системы и устройства (например, скиммеры). У скиммера есть воздушный привод, питаемый от компрессора на борту судна. Скиммер собирает нефтепродукты в водозаполняемую оболочку. Вода в ней вытесняется нефтью. После окончания сбора заграждение можно буксировать к месту утилизации ННП.
При физико-химическом методе ликвидации нефтяного разлива используются различные сорбенты и диспергенты. Он эффективен тогда, когда нет возможности применить механический способ сбора, к примеру, из-за слишком тонкого нефтяного слоя или если ННП несут реальную угрозу районам, уязвимым с экологической точки зрения. Сорбенты после попадания в водную среду моментально начинают впитывать углеводороды, оставляя на поверхности остатки нефтенасыщенного материала, собрать который не представляет особого труда. Сорбенты можно применять совместно с любыми бонами постоянной плавучести. Их применяют не только при уже случившейся аварии, но и для предупреждения оной, например, их рассыпают вокруг морских добывающих платформ и вблизи нефтеналивных комплексов. Эти элементы способны впитывать все нефтяные загрязнения, удаляя при этом даже радужную пленку.Установления сорбирующих боновых заграждений на реках, где нет судоходства, значительно улучшают их экологию.
Сорбирующие боны ставятся также с целью защиты берегов от нефтяных разливов, используются для сорбции ННП в условиях закрытых водоемов, применяются на ТЭЦ (в выпускных коллекторах), для локализации утечек на палубах нефтеналивных танкеров и на нефтяных хранилищах.Целесообразно их применять как дополнительный рубеж в комплексе с боновыми заграждениями других видов.К помощи диспергентов прибегают в особо тяжёлых случаях, когда разлитую нефть невозможно удалить механическим сбором. Вещество распыляют на нефтяное пятно, затем диспергент расщепляет маслоплёнку, не позволяя ей «разрастись».  
Термический метод ликвидации утечки нефти – это выжигание нефтяного слоя сразу же после попадания «чёрного» топлива в окружающую среду. Как правило, этот способ применяют параллельно с другими методами.Для его эффективного применения необходимо соблюдение следующих условий:
– толщина плёнки нефти/нефтепродукта – не менее 3-х миллиметров;
– скорость ветра не более 35-ти километров в час;
– наличие безопасного расстояния по направлению ветра – в пределах 10 километров от места предполагаемого сжигания.
Достоинства этого способа:
– быстрота ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов;
– использование минимального количества техсредств;
– минимальные материальные затраты.
Стоит отметить, что применение термической методики требует соблюдения повышенных противопожарных мер.Основным недостатком такого способа считается то, что неполное сгорание нефти или нефтепродуктов приводит к выделению в атмосферу стойких веществ канцерогенного характера.
И последний, биологический метод используется после «первичной обработки» – механического сбора нефти или запуска в среду сорбентов или диспергентов.Для того, чтобы способ сработал, необходимо, чтобы толщина слоя нефти не превышала 0,1 мм.
В загрязнённую среду запускают суспензии с бактериями-деструкторами, которые способствуют естественной деградации углеводородов.Количество живых микроорганизмов, которые могут ассимилировать углеводородные соединения, довольно мало. В основном это – бактерии рода Pseudomonas, а также некоторые виды дрожжей и грибков. Как правило, такие микроорганизмы – жесткие аэробы.Разновидностей подхода к такой очистке – два:– локальная стимуляция биоценоза в почве;– применение отобранных особым образом микроорганизмов.Первый подход основан на способности некоторых микроорганизмов изменять свой видовой состав под действием условий окружающей их среды.
Наибольшая эффективность этого метода достигается в первые сутки их применения. Если температура воды находится в пределах от 15-ти до 25-ти градусов С, и она достаточно насыщена кислородом, то окисление ННП с помощью микроорганизмов проходит со скоростью 2 грамма на один квадратный метр поверхности в сутки.
Чем ниже температура – тем медленнее происходит бактериальное окисление. Иногда ННП могут сохраняться в водоемах до полувека.Помимо традиционных методов борьбы с утечками нефти, в мире постоянно появляются новые решения – учёные разрабатывают массу технологий ликвидации разливов.Например, в Норвегии придумали «пылесос» для сбора нефтяных пятен. Агрегат способен самостоятельно помещать в загрязнённую воду сорбент, перемешивать его. После того, как вещество собрало нефть, устройство вынимает его и засасывает.
А учёные одного американского института изготовили из нановолокон гигантскую мембрану, которая поглощает исключительно разлитую нефть, оставляя без внимания воду. После сбора «чёрного» топлива мембрану нагревают, в результате чего нефть высвобождается.
Целое судно-нефтесборщик изготовили в Германии: корабль очищает загрязнённую нефтью морскую воду с помощью фильтрационного резервуара.Перед началом работы обычное на первый взгляд судно раскрывает свой корпус, формируя своеобразный треугольник. Благодаря такому решению оно может собирать нефть на поверхности площадью 40 м2 в час и толщиной плёнки до 2 мм.Китайские учёные разработали биомиметическую пену, отделяющую нефть от воды. Благодаря полой трубчатой структуре материал обладает абсорбирующей и фильтрационной способностью: нефть задерживается, а вода спокойно проходит сквозь пену.Довольно необычный, но весьма действенный, и, что главное, экологичный способ ликвидации разливов нефти – использование микробов.
Да, в мире есть бактерии, которые буквально поедают углеводороды – их, например, уже успешно применяли во время катастрофы в Мексиканском заливе.А не так давно учёные из России нашли морозоустойчивые микроорганизмы, способные поглощать углеводороды в суровых погодных условиях.   Ещё одну уникальную технологию – «Аэрощуп» – разработали в Биологическом институте ТГУ. Суть инновации заключается в следующем: на дно водоёма опускается шланг, с помощью которого в место разлива под высоким давлением подаётся мощная струя воздуха. Нефть, попавшая в водоём, поднимается на поверхность, где её собирают специальные приёмники.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные государства проводят политику, цель которой – предупреждение и максимально быстрая ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, в связи с чем способам локализации и устранения последствий таких чрезвычайных ситуаций уделяется повышенное внимание.   План ликвидации аварийных разливов включает в себя различные методы устранения загрязнений.Локализация и ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов представляет собой целый комплекс многофункциональных мероприятий с использованием самых разных методик и технических средств.
Каким бы ни был характер аварийного разлива ННП (нефти и нефтепродуктов), все мероприятия в первую очередь должны быть направлены на локализацию нефтяной пленки с целью предупреждения её дальнейшего распространения и минимизации размера загрязненной поверхности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Алекперов В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.2) Воробьев Ю.Л. «Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов». – М.: Ин-октаво, 2005. – 368 с.3) Вылкован А.И. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научнопрактическое пособие. – СПб: Центр-Техинформ, 2000.4) Гвоздиков В.К. Технические средства ликвидации разливов нефтепродуктов на морях, реках и водоемах: Справочное пособие. – Ростов-на-Дону, 1996.5) Хаустов А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. – 552 с.