УДК 502.3:622.276.5
© Коллектив авторов, 2009
Сравнительный анализ выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации месторождений
О.Е. Мишанина, Е.В. Хисамутдинова, Н.А. Гречишникова, А.В. Арефьева, Н.Ю. Костылева (ТатНИПИнефть)
Comparative analysis of emissions associated with oil production
O.E. Mishanina, E.V. Khisamutdinova, N.A. Grechishnikova, A.V. Arefjeva, N.Yu. Kostyleva (TatNIPIneft)
Various methods of an oil recovery, various systems of gathering and transport of oil and gas are considered. Thrown out substances are defined. Modeling calculations of total emissions in free air are executed.
Ключевые слова: окружающая среда, атмосферный воздух, загрязняющие вещества, валовые выбросы, система сбора нефти и газа, методы добычи нефти. Адрес для связи: normsafe@tatnipi.ru, mishanina@tatnipi.ru.
ОАО «Татнефть» является крупной российской компанией, занимающейся добычей, переработкой и реализацией углеводородного сырья. В рамках своей экологической политики компания стремится к сохранению качества окружающей среды и минимизации воздействия на нее производства. Постоянное внимание уделяется контролю состояния атмосферного воздуха.
Для добычи и транспорта нефти и газа используются различные технологии, поэтому выбросы также будут разными. Их источниками являются утечки через негерметичные участки устьевой арматуры, сальников и других соединений на скважинах, а также в системе сбора и транспорта продукции. В соответствии с санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами [1] строительство и эксплуатация скважины относятся к предприятиям III класса опасности. Размер нормативной санитарно-защитной зоны (СЗЗ) для таких предприятий составляет 300 м. Источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека являются объекты, для которых уровни загрязнения за пределами промышленной площадки превышают 0,1 предельно допустимой концентрации (ПДК) и/или предельно допустимого уровня (ПДУ) [1].
Добыча механизированным способом
На крупных и средних обустроенных месторождениях ОАО «Татнефть» скважины чаще всего оборудуются погружными насосами, система сбора и транспорта продукции в основном уже создана, а при необходимости проектируется однотрубная, герметизированная система с минимальной протяженностью трубопроводов. На месторождениях используются технологии, обеспечивающие улучшение санитарно-экологических параметров воздушного бассейна, такие как раздельный сбор нефти из отложений девона и карбона, совместный транспорт смеси нефти и газа с использованием
мультифазных насосов, сепарация нефти на концевых участках систем сбора нефти и газа.
Основными загрязнителями атмосферного воздуха в данном случае являются предельные углеводороды С1-С5, С6-С10 и сероводород. Предельные углеводороды обладают наркотическим действием, в малых концентрациях вызывают головную боль, головокружение и др. При высоких концентрациях создается опасность отравления этими веществами. С увеличением числа атомов углерода сила наркотического действия растет, поэтому отдельно рассматриваются углеводороды с числом атомов до 6 и более 6. Сероводород относится к нервным ядам, в малых концентрациях вызывает раздражение глаз и дыхательных путей.
Расчет выбросов загрязняющих веществ из скважины при механизированном способе ее эксплуатации был выполнен с использованием лицензированного программного комплекса «Призма-предприятие» и модульного «ЭкоРасчета» версии 4.3. Состав нефти и газа был характерен для девонских отложений Ромашкинского месторождения. Результаты расчетов представлены в табл. 1. Следует отметить, что для предельных углеводородов ПДК и ориентировочного безопасного уровня воздействия (ОБУВ) применительно к населенным пунктам не разработано, хотя основная масса выбросов (99,5 %) приходится именно на предельные углеводороды. На обустроенных месторождениях компании коэффициент утилизации нефтяного газа составляет около 95 %, что соответствует целевому показателю, принятому в Постановлении Правительства РФ № 7 от 08.01.09 г. «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» на период, начиная с 2012 г.
Добыча методом свабирования
112 08'2009 НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Таблица 1
Код вещества Наименование ингредиента Класс опасности Валовый выброс ингредиента в период эксплуатации, т/год
0333 Сероводород II 0,005768
0415 Углеводороды предельные СГС5 IV 1,243939
0416 Углеводороды предельные С6-С,0 IV 0,051254
1 Всего 1,300961
В последнее время увеличивается доля мелких нефтяных месторождений, которые находятся на стадии пробной или опытно-промышленной эксплуатации. Как правило, на этих месторождениях действуют одна или две добывающие скважины и часто используется иная схема сбора продукции скважины. Добыча нефти из скважин осуществляется методом свабирования с последующим сбором нефтеводогазовой смеси в нефтесборную емкость (буллит), установленную около каждой скважины. Далее осуществляется транспорт смеси автоцистернами до ближайшей дожимной насосной станции (ДНС).
В данном случае источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, кроме негерметичных участков устьевого оборудования, являются буллит, а также выхлопные трубы спец-автотехники, транспортирующей продукцию скважины до ДНС. Перечень загрязняющих веществ представлен в табл. 2.
Расчет выбросов загрязняющих веществ из скважины при до-
Таблица 2
Источник выбросов Загрязняющие вещества
Устьевое оборудование Предельные углеводороды С1-С5 Предельные углеводороды С6-С10 Сероводород
Нефтесборная емкость Сероводород Углеводороды
Спецавтотехника Оксид углерода (СО) Керосин Диоксид азота Оксид азота Сажа Оксиды серы
быче методом свабирования был выполнен с использованием тех же программных средств. В качестве примера для расчета взято одно из небольших месторождений ОАО «Татнефть» с одной действующей скважиной. Добыча ведется непрерывно методом свабирования. Полученные объемы выбросов приведены в табл. 3.
Как видно из табл. 1 и 3, объемы выбросов предельных углево-
дородов и сероводорода при добыче механизированным способом и методом свабрирования соизмеримы. Основная масса выбросов (97 %) при свабировании приходится на работу автотранспорта. На первом месте по объемам выбросов находится оксид углерода - 64,7 %, далее диоксид азота - 18 %. Оксид углерода может оказывать воздействие на кроветворную систему, опасен для человека в локальном масштабе, обладает эффектом суммации. Диоксид азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, вызывает кислородное голодание тканей, особенно у детей, усиливает действие канцерогенных веществ, способствуя возникновению злокачественных новообразований.
Таким образом, скорейшее подключение таких скважин к системам сбора и транспорта продукции существенно снизит выбросы.
Добыча с применением тепловых методов увеличения нефтеотдачи
В настоящее время в Республике Татарстан имеется около 450 залежей и пластов с тяжелой высоковязкой нефтью, большая часть которых связана с отложениями уфимского и казанского ярусов пермской системы. Из существующих основных способов добычи природных битумов (карьерный, шахтный и скважин-ный) для условий месторождений Татарстана наиболее приемлем скважинный [2]. Внутрипластовое горение (ВГ)
При кажущейся простоте технологии ВГ при ее реализации выявляется много экологических проблем и недостатков данного метода. Опытно-промышленная разработка выявила следующие отрицательные факторы, сопутствующие внутрипластовому горению.
1. Высокие температуры, при которых идет процесс, существенно увеличивают содержание в продукте свободного газа.
2. Над термобарическими очагами, расположенными на малых глубинах, могут возникать поверхностные утечки газообразных агентов нагнетания (воздуха, азота, кислорода, углекислого газа), обусловленные техногенными и геологическими причинами (за-колонными циркуляциями, нарушением целостности покрышек залежей, их малой толщиной, наличием трещиноватых пород, эрозионных врезов в долинах рек).
3. Процесс ВГ сопровождается образованием сильно обводненной эмульсии и выделением токсичных газов: сероводорода, сернистого ангидрида и диоксида азота. Сероводород и другие токсичные продукты горения могут попасть в вышележащие водоносные горизонты питьевых вод и воздушную среду. Кроме того, при применении этого метода расходуется воздух.
Разработка месторождений высоковязкой нефти с применением ВГ сопряжена с образованием в пласте газов ВГ, представляющих собой многокомпонентную смесь воздуха, нефтяного газа, продуктов сгорания, возгонки нефти, а также разложения пород коллектора.
Таблица 3
Код вещества Наименование ингредиента Класс опасности Валовый выброс ингредиента в период эксплуатации, т/год
0328 Твердые вещества: сажа III 0,438298
Жидкие и газообразные вещества:
0415 предельные углеводороды С1-С5 IV 1,002432
0416 предельные углеводороды С6-С10 IV 0,079164
0333 сероводород II 0,000939
0337 оксид углерода IV 26,51415
2732 керосин 2,945568
0301 диоксид азота 7,401236
0304 оксид азота III 1,202678
0330 сернистый ангидрид III 1,041161
азот 0,313168
диоксид углерода 0,017309
Всего 40,95611
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО 08'2009 113
Поэтому состав газов ВГ зависит от свойств добываемой нефти и пород коллектора, темпа закачки воздуха и температурного режима процесса, местоположения нагнетательных и добывающих скважин, наличия в пласте анаэробных сульфатвосстанав-ливающих бактерий и др. В общем случае в состав газов ВГ входят как безвредные газы (азот, кислород и водород), так и газы, загрязняющие атмосферу, а также токсичные компоненты.
При добыче нефти методом ВГ основными загрязняющими веществами являются предельные углеводороды - 93,15 %, оксид углерода - 3,7 %, сероводород - 3,1 %, меркаптаны и диоксид серы - менее 0,1 %.
Расчет выбросов газов из скважины выполнить сложно, так как выброс газа может происходить не только через негерметичные участки устьевой арматуры, но и через поры и трещины пород вследствие неглубокого залегания таких залежей. Валовый объем выбро
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.