Анализ поведения нефтепродуктов при аварийном разливе на объектах нефтедобычи в северных регионах Российской Федерации со сложными климатическими условиями

В статье автор пытается выявить особую сложность борьбы с нефтеразливами при авариях на объектах нефтедобычи в северных широтах Российской Федерации, обусловленную сложными климатическими условиями регионов Севера России, в частности осложненных ледовыми условиями.

Ключевые слова: нефтеразлив, нефть, сплоченность льда.

Нефтедобыча в России имеет широкий характер распространения во множествах регионов. Крупные объемы добычи углеводородов так или иначе несут с собой риски возникновения аварийных ситуаций связанных с огромным множеством факторов в том числе: человеческий фактор, погодные условия, износ оборудования, агрессивная среда внутри оборудования, уровень компетентности сотрудников и т. д. Немалую часть добычи углеводородов нашей страны добывается на Севере России, включая не только наземные скважины, но и в море. Особенно перспективны участки шельфовой зоны Российской Федерации. К сожалению, особенности погодно-климатических условий обслуживания объектов бурения и нефтегазодобычи в шельфовой зоне повышают риски возникновения аварийной ситуации зависящий в большей степени не от персонала, работающего на данных объектах. Морской нефтедобывающий сектор требует особенного внимания в данном вопросе.

Целью написания данной работы является изучение климатических особенностей морской эксплуатации шельфа РФ с точки зрения осложнения при аварийном разливе нефти в северной части страны, а также акватории северных морей России, влияющих на экологическую обстановку региона.

Отличительной особенностью территорий Крайнего Севера является наличие многолетнемерзлых пород, а на территории акваторий — льдов и айсбергов. Многолетнемерзлые породы — это породы, которые находятся в условиях отрицательных температур и содержащие лед в составе, который не оттаивает в течение длительного времени, но не менее двух лет подряд.

По вертикали многолетнемерзлые породы подразделяются на три слоя:

1. Слой сезонного оттаивания и промерзания мощностью до 5 метров.
2. Слой годовых колебаний температур мощностью до 30 метров.
3. Многолетнемерзлая толща (вечная мерзлота). Отличается перманентностью минусовых температур, которые не зависят от сезонных скачков температур на дневной поверхности.

Для вечной мерзлоты среднегодовая температура составляет от -7°С до — 10°С. Лёд в мерзлом грунте может выполнять функцию породообразующей части как цемент, в виде скоплений и кристаллов, что может сдерживать проникновение нефтяного разлива в грунт.

Т. к. многолетняя мерзлота распространяется градиентным образом от северных широт к югу, то встречаются зоны (регионы) где верхний слой мерзлого грунта может оттаивать, меняя физико-химический свойства породы на этот период. В свою очередь лёд, выполняющий связывающую (цементирующую) функцию породы, тает, растекается, превращается в воду и образует чаши оттаивания, пучения и ряд других гелиофизических явлений способных привести в видоизменению грунта. В этом случае нефть, проникая в грунт, может попасть в данные воды, что уже несет больший ущерб окружающей среде и затрудняет процесс ликвидации аварийного разлива.

Среднегодовая температура, которая чаще ниже нуля, способствует повышению вязкости нефти, что снижает скорость её растекания при разливе и проникновения в грунт.

Рис. 1. Карта распространения многолетнемерзлых пород на территории Российской Федерации

Ледовые условия в северных широтах очень разнообразны и как правило, характеризуются частью водной площади, которую покрывает лед, иначе говоря, так называемой «сплоченностью» льда (рисунок 2). Сплочённость льда — условная величина, которая характеризует степень покрытия поверхности воды дрейфующим льдом. В зависимости от обстоятельств аварийной ситуации слой разлившейся нефти может находиться как на участках «открытой» воды, никак не заполненной дрейфующими льдами, так и в условиях полного заполнения льдом, вплоть до ситуаций, когда нефтяное пятно попадает под крупные участки ледового покрова или же на поверхность льдин, абсорбируясь в снегу, что может осложнить ликвидацию последствий разлива. Особенно сложны ситуации, когда пятно нефти и нефтепродуктов попадает под особо крупные льдины, которые не допускают быстрого сбора (очистки от) нефтепродукта в акватории.

Рис. 2. Виды ледового покрытия по сплоченности льда

Установлено, что при сплоченности до 3 баллов дрейфующий лед не оказывает существенного влияния на растекание нефтяного пятна. При достижении теплового баланса нефть начинает налипать на поверхность льда.

В разводьях и у кромки льда она скапливается с шугой, смерзается с ней и входит в состав вновь образующегося покрова и далее продолжает дрейфовать вместе со льдом. Однако уже при сплоченности льда более 50 % распространение нефтяного разлива ограничивается пространствами между льдами.

Характеристика поведения нефтяных разливов в акваториях

Важной особенностью каждого разлива является то, что все они по-своему уникальный и не имеют однозначного метода ликвидации. Ледовые условия, ветровые, видимость, температура воздуха, физико-химические свойства нефти, все это сильно влияет на комплекс мер, которые будут направлены как на локализацию, так и на ликвидацию самого разлива и его последствий. Так же стоит помнить, что нефть осаждаясь на лёд способствует его ускоренному таянию, что так же может повлиять на ход работ при определенных условиях.

В результате чрезвычайной ситуации, сопровождаемой разливами нефти, нефть может попадать как под лед, так и на лед. Снег, находящийся на поверхности льда, абсорбирует нефть и локализует ее на поверхности льда. Выветривание и распространение нефти в арктических условиях затруднены, главным образом из-за низких температур и присутствия льда. Низкая температура приводит к тому, что нефть, попавшая в окружающую среду, теряет свою прежнюю текучесть, и образует локализованную пленку нефти. Толщина слоя нефтяной пленки в арктических условиях намного больше, нежели в условиях южных морей.

Поведение нефти в условиях открытой воды и в условиях льда:

1) Перенос и диспергирование. В открытой воде: нефть растекается, толщина пленки после разлива уменьшается, что приводит к увеличению площади, занятой нефтяным разливом. Во льду: лед дрейфует как барьер, препятствуя распространению нефти; она аккумулируется в виде толстых слоев и пленок.

2) Дрейф. В открытой воде: нефть дрейфует под действием течений и ветра. Во льду: нефть дрейфует независимо ото льда при ледовитости 60….70 % нефть перемешивается вместе со льдом.

3) Испарение. В открытой воде: относительно быстрое испарение легких фракций с поверхности пленок. Во льду: замедление процесса в местах накопления толстых слоев нефти.

4) Эмульгирование. В открытой воде: процессы усиливаются в условиях сильного волнения. Скорость образования эмульсий и их стабильность зависят от типа нефти. Во льду: процессы замедляются при увеличении толщины пленок нефти, образовавшихся на льду. Образование эмульсий исключается в ситуациях сплоченного ледяного покрова.

Выветривание нефти ледовых условиях сильно затруднено. Нефть, разлитая при отрицательных температурах, испаряется по сравнению с нефтью, разлитой при положительных температурах. Помимо этого, скорость испарения нефти еще более снижается при наличии снега на ее поверхности. Немалую роль стоит уделить тому, какой именно продукт подвергся разливу. Так дизельное топливо, бензин и более легкие фракции нефтепродуктов будут испаряться с гораздо более интенсивной скоростью нежели высокопарафинистые тяжелые нефти, в которых будут быстрее проходить процессы осаждения фракций в толщи воды.

При разливе нефти на лед зимой происходит ее загустевание из-за осаждения растворенных парафинов по мере ее остывания и испарения. Температура потери текучести возрастает по мере того, нефть теряет свои легкие фракции вследствие их испарения. При вмерзании нефти в ледяной покров испарение прекращается.

Биоразложение нефтепродуктов в условиях пониженной температуры и ограниченного притока солнечной радиации и кислорода, замедляется.

Подводя итог вышесказанного, стоит отметить чрезвычайную уязвимость экосистем северных широт. Учитывая условия замедляющие естественные процессы разложения нефтепродуктов нефтеразлив оказывает долгосрочные последствия с крайне негативными результатом, сильно влияет на жизненные условия птиц, рыб и морских млекопитающих, сильно повышает смертность целых видов, ставит под угрозу ареал обитания животных и в следствии чего так же влияет на людей, зависящих от природных ресурсов этого региона. Одним из главных факторов успешной локализации и ликвидации нефтеразлива является скорость реагирования на возникшую аварийную ситуацию, любой разлив нефтепродуктов, распространяющийся продолжительное время чреват крупным экологическим ущербом региону и его экосистеме.

Литература:

1. Крупные разливы нефти и нефтепродуктов [Электронный ресурс], — Режим доступа: https://ria.ru/20210811/razliv-1745316414.html (дата обращения 02.10.2022).
2. А. П. Хаустов, Охрана окружающей среды при добыче нефти: Учебник М. М. Редина: Изд-во «Дело» Москва, 2006. — 84 с.
3. Викарчук, А. А. Технология и оборудование для обработки нефти и переработки твердых нефтешламов и жидких нефтеотходов // А. А. Викарчук, И. И. Растегаев, Е. Ю. Черхохаева // Вектор науки ТГУ. — 2013. — Вып. 3. — С. 70–75.
4. Бобович, Б. Б. Комплексная утилизация нефтесодержащих отходов / Б. Б. Бобович, Г. Г. Новахов, А. А. Гусев // Экология и промышленность России. — 2013. — Вып. 7. — С. 30–33.
5. Е. А. Кисельников, Малоотходная утилизация жидких нефтесодержащих отходов / А. А. Пименов, Н. Г. Гладышев, П. А. Никульшин, В. В. Коновалов // Экология и промышленность России. — 2011. — Вып. 5. — С. 45–47.
6. Любин В. Е., Кусаинов А. Б., Захаров И. А. Ликвидация чрезвычайных ситуаций при разливе нефти и нефтепродуктов на воде и на суше [Текст]: Учебное пособие / Кокшетауский технический университет, 2014. — 125 с.
7. Демидова, Е. В. «Актуальные проблемы и тенденции развития нефтегазохимического комплекс России» — С. 224
8. Сарнавский Д. В., Сабодаш О. А. Особенности распределения нефти при аварийных разливах в ледовых условиях Арктики (Lemna minor L.) // Журнал Евразийский союз ученых. — 2018. — №. 49. — С. 63–67.
9. Зубченко П. А. Применение биодеструкторов нефти при ликвидации последствий разливов нефти на трубопроводах (Lemna minor L.) Сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — 2018. — С. 224–225.
10. Нгуен В. Л. Источники и причины разливов нефти при добычи и транспорте нефти на шельфе Вьетнама // Современные научные исследования и разработки. — 2017. — С. 248–249.