Одна из существенных причин аварийных разливов нефти и газового конденсата - несанкционированные (криминальные) врезки в трубопроводы с целью хищения их перекачиваемого содержимого. Подобного рода врезки наносят значительный материальный ущерб компаниям, эксплуатирующим трубопроводы, а также приводят к крупномасштабному загрязнению углеводородами различных компонентов окружающей среды – почвы, поверхностной и грунтовой воды. Какие же профилактические меры в борьбе с несанкционированными врезками могут сегодня предпринять нефтегазовые компании?
Аварийные разливы
По данным службы Росгидромета аварийные разливы, в частности нефти, в результате несанкционированных врезок в трубопроводы, за последнее время, в различных регионах страны характеризовались максимальным количеством до 30 т и наибольшей площадью загрязнения почвенного покрова до 13,5 га, в то время как газового конденсата, по оценке Г.Л. Генделя и соавторов (2006), соответственно – около 145 м3 и 4,5 га. Особую опасность представляют аварийные разливы углеводородов на сельскохозяйственные угодья, в которых максимальное количество попавшей нефти в результате несанкционированных врезок в трубопроводы составило около 500 м3, а наибольшая площадь загрязнения достигала 10 га. При загрязнении углеводородами земли надолго выводятся из сельскохозяйственного оборота, если не провести санацию, т.е. ликвидацию геоэкологических последствий аварийных разливов углеводородов.
Однако геоэкологические последствия аварийных разливов углеводородов заключаются не только в загрязнении почвы, но и возникновении риска их поступления из почвы в поверхностные и грунтовые воды в результате их миграции соответственно поверхностным и внутрипочвенным стоками. Так, по наблюдениям Ю.И. Пиковского и соавторов (1985), в условиях земляного амбара, предназначенного для захоронения разлившейся нефти, в профиле почвы было отмечено возникновение мощного внутрипочвенного потока углеводородов, двигающегося к месту разгрузки грунтовых вод. При этом верхняя граница потока прослеживалась на глубине 50-60 см, а нижняя – смыкалась с зеркалом грунтовых вод на глубине около 150 см.
Как известно, аварийные ситуации создаются неожиданно и развиваются стремительно с попаданием одновременно больших количеств углеводородов на почвенный покров и поэтому возникает риск воздействия их паров на человека, случайно оказавшегося в зоне аварийного разлива. При этом наибольшая опасность воздействия углеводородов создается в густонаселенных районах с плотным размещением производственных объектов нефтегазовой отрасли.
Риски интоксикации
Известно, что нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, главным образом углеводородов - метановых соединений, циклопарафинов, ароматических соединений (гомологов бензола) и многоядерных полинафтеновых и ароматических соединений, содержащих различные боковые цепи. В нефть также входят небольшие количества соединений, содержащих серу, кислород и азот, а также минеральные вещества. Воздействие на человека метана и его ближайших гомологов, составляющих основную массу нефтяного попутного газа, растворенного в нефти при пластовых условиях - сравнительно слабое. Значительно сильнее действуют пары жидких составных частей нефти, которые и определяют характер негативного эффекта сырой нефти. Нефть, содержащая мало ароматических углеводородов, действует так же, как смеси метановых и нафтеновых углеводородов, т.е. их пары вызывают торможение центральной нервной системы и судороги. Высокое содержание ароматических углеводородов может угрожать хроническими интоксикациями с патологическими изменениями в крови и кроветворных органах. Что касается сернистых соединений нефти, то они являются причиной острых и хронических интоксикаций. При этом главную роль играет сероводород, как раздражающий и удушающий газ. Мгновенные отравления летучими соединениями сернистой нефти происходят при концентрации сероводорода 0,55-0,63 мг/л и углеводородов 15-20 мг/л.
Газовый конденсат представляет собой смесь жидких углеводородов (пентан+высшие гомологи), которая выделяется из природных газов при эксплуатации газоконденсатной залежи в результате снижения пластовых давлений и температуры. Так называемый сырой (нестабильный) конденсат, доставляемый потребителю с помощью специальных конденсатопроводов под собственным давлением - это жидкие углеводороды, в которых растворены газовые углеводороды и неуглеводородные компоненты. Газовый конденсат от нефти отличается меньшей плотностью и низким содержанием гетероатомных соединений (смолы и асфальтены). Ввиду того, что газовый конденсат в основном состоит из бензиновых и керосиновых компонентов, то его токсикологические свойства могут быть оценены по характеристикам данных веществ. Так, при очень высоких концентрациях паров, в частности бензина в воздушной среде (0,5-1,6%) возможно молниеносное отравление человека, приводящее к потере сознания и смерти вследствие отека легких. Токсическое воздействие другого компонента газового конденсата – керосина сходно с бензином. Кроме острой и хронической интоксикации человека парами бензина или керосина, особо следует отметить факт их влияния на возникновение рака почки и мочевого пузыря. Исследования показали статистически значимый риск онкологического заболевания при длительном контакте с названными веществами. При этом смертность от рака мочевых органов продолжает занимать одно из ведущих мест в структуре онкологической летальности.
Между тем проблема аварийных разливов нефти и газового конденсата вследствие несанкционированных врезок в трубопроводы, приводящих к крупномасштабному загрязнению почвенного покрова и токсическому воздействию на человека, может решаться путем санации.
Санация
Как известно, количество аварийных разливов, возникающих по различным причинам, в том числе и в результате несанкционированных врезок в трубопроводы, нельзя планировать, а избежать их на 100% практически невозможно, и поэтому закономерно встает задача санации. Считается, что уровень загрязнения земель углеводородами уже в 5% от массы почвы (50 г/кг) не позволяет их использовать для сельскохозяйственных целей. Именно при таком уровне загрязнения земель в результате аварийных разливов нефти и газового конденсата возможно применение микробиологического подхода, связанного с внесением в загрязненную почву биопрепаратов или биокомпостов, способствующих ее очистке от углеводородов путем разложения микроорганизмами. Биопрепараты представляют собой высушенную лиофилизацией, т.е. при низкой температуре и в вакууме биомассу углеводородокисляющих микроорганизмов, а биокомпосты – это композиции, получаемые путем ферментации торфопометной или торфонавозной и другой смеси, и непременно обогащаемые микроорганизмами и питательными веществами.
Недавно была проведена оценка эффективности очистки почвы от нефти с помощью подобного рода биологических средств. В опытах имитировали аварийное загрязнение почвы нефтью в количестве 50 и 100 г/кг, и ее миграцию на глубину до 50-90 см. В почву вносили биопрепарат «Биорос» (0,1 и 0,5 г/кг) и биокомпост «Пикса» (50 и 100 г/кг). Как оказалось, с повышением содержания нефти в почве варианта без внесения биологических средств, время микробиологического разложения углеводородов нефти на 99% (Т99), возрастает в 3,5 раза или до 3,2 лет (см. таблицу 1). Здесь Т99 рассчитывали по экспоненциальной зависимости: y = e-kt, где y – остаточное содержание углеводородов на время t, отнесенное к исходному (y0); e – основание натурального логарифма; k - константа скорости разложения углеводородов. Соответствующая формула для расчета выглядит так: T99 = ln 100/k, где k = ln (y0/y)/t.
Между тем при внесении в почву различных доз биопрепарата (0,1 и 0,5 г/кг) и биокомпоста (50 и 100 г/кг) время микробиологического разложения углеводородов нефти при ее исходном содержании в 50 г/кг сокращается относительно варианта без внесения биологических средств соответственно в 1,9 и 5,4, 1,8 и 4,8 раза, при исходном содержании нефти в 100 мг/кг – в 2,2 и 3,0, 1,7 и 4,0 раза. Исследования подтвердили высокую эффективность микробиологического подхода при ликвидации геоэкологических последствий аварийных разливов углеводородов.
Однако перефразируя известное выражение, следует сказать, что любую аварию, в том числе возникающую в результате несанкционированных врезок в трубопроводы, легче предупредить, путем принятия профилактических мер, чем ликвидировать ее геоэкологические последствия.
Профилактика
Как показал анализ литературы основной профилактической мерой по защите трубопроводов от несанкционированных врезок является применение автоматизированной системы их упреждающего определения. Концепция построения подобного рода системы, основанной на методе геолокации очагов акустической эмиссии под названием «Автоматизированная система определения несанкционированных действий» (АСОНД), была недавно предложена А.В. Клейменовым и соавторами (2012), что, по их мнению, должна обеспечить приемлемый уровень защиты трубопроводов от преступных посягательств. Данная система предназначена для обнаружения факта присутствия нарушителей в охранной зоне трубопроводов, идентификации источника «шума», автоматического сбора, обработки и хранения информации, а также для автоматизированного оповещения оперативного персонала с выдачей координат места несанкционированных действий в режиме реального времени. Структура АСОНД включает 3 функциональных уровня, между которыми осуществляется обмен информацией с использованием согласованных протоколов приема и передачи данных, это:
- оперативно-производственная служба, обеспечивающая с помощью диспетчера централизованный мониторинг за совокупностью участков трубопровода в режиме реального времени;
- контролируемые пункты, обеспечивающие автоматический сбор и обработку необходимых параметров, передачу информации на уровень оперативно-производственной службы;
- полевое оборудование, улавливающее с помощью системы геопеленгации «шум», создаваемый механическим воздействием техники или нарушителей на грунт в охранной зоне и обеспечивающее преобразование физических параметров «шума» в нормируемые значения, воспринимаемые микропроцессорными устройствами (платами аналого-цифрового преобразования, контроллерами и т.д.).
Фактически диспетчер при получении сигнала о несанкционированных действиях в охранной зоне трубопровода, должен незамедлительно его передать группе быстрого реагирования службы безопасности для принятия дальнейших действий по пресечению деятельности нарушителей.
Между тем в настоящее время на трубопроводах эксплуатируются системы, работа которых основана на различных физических принципах, в частности акустические системы, регистрирующие в соответствующем диапазоне частот волны, сформированные утечками, а также параметрические системы, основанные на измерении давления и расхода продукта перекачки и т.д. Анализ технических характеристик вышеуказанных систем, проведенный В.В. Супрунчиком (2007) показал, что они обеспечивают регистрацию крупных утечек, сопровождающихся падением давления, и имеют предел чувствительности, который составляет около 1% производительности трубопровода. Однако утечки с низкой интенсивностью (менее 1%), характерные для несанкционированных врезок, такие системы не регистрируют. По мнению автора, важным шагом в решении данной проблемы может стать новая система мониторинга технического состояния трубопроводов с функциями обнаружения утечек и охраны, получившая название «Инфразвуковая система мониторинга трубопроводов» (ИСМТ). В данной системе используется метод регистрации инфразвуковых колебаний, которые распространяются внутри трубопровода (по крайней мере, с жидкими продуктами) на расстояния до нескольких сотен километров. Благодаря слабому затуханию инфразвуковых волн эта система способна обнаружить утечку из трубопровода, механическое воздействие на стенку трубы, а также источники «шума», формирующиеся на значительном удалении от места его регистрации. ИСМТ состоит из модулей регистрации (инфразвуковых антенн), модулей обработки (многофункциональных высокопроизводительных контроллеров), компьютера управления, программного обеспечения и канала связи. Данная система осуществляет, в частности:
- постоянный дистанционный контроль состояния трубопровода в режиме реального времени;
- регистрацию утечки (в течение 1-2 мин), в том числе с низкой интенсивностью (0,04% производительности трубопровода);
- охрану трубопровода в режимах регистрации механических воздействий (в течение 1-2 мин), подъезда техники или подхода нарушителей.
Не меньший интерес для широкой практики вызывает другая разработка, описанная А.И. Турбиным (2011), и представляющая собой оптоволоконную кабельную систему обнаружения утечек и контроля активности трубопроводов (СОУиКА). Данная система предназначена, в том числе, для защиты трубопроводов от преступных посягательств, и в настоящее время применяется в нашей стране. Система состоит из кабельной сети, соответствующих датчиков и регистрирующей компьютерной аппаратуры, и прокладывается в виде оптоволоконного кабеля вдоль трассы трубопроводов, имеет точность определения места утечки углеводородов до 5 м, а чувствительность, позволяющую обнаружить малые утечки - до сотен литров за 5 мин. При этом вытекающая под высоким давлением жидкость генерирует акустическую волну и изменяет температуру среды, что воспринимается оптоволоконным кабелем.
Между тем несанкционированные врезки в трубопроводы, как правило, нарушители осуществляют с применением приспособлений (трубы, запорная арматура) из несертифицированных материалов, которые не рассчитаны на действующее давление и перекачиваемое содержимое. Поэтому в любой момент возможно разрушение или поломка приспособлений из таких материалов, приводящее к неконтролируемому выбросу углеводородов и возникновению аварийной ситуации. Однако при обнаружении несанкционированной врезки на трубопроводе, как считает Д.Н. Шепинов и соавторы (2010), ее можно оперативно устранить посредством установки специальных защитных конструкций, прошедших гидравлические испытания и позволяющих не выводить из эксплуатации трубопроводы до проведения плановой остановки и вырезки и замены поврежденного участка. Защитные конструкции могут быть различного исполнения, что зависит от вида врезки и ее местоположения относительно кольцевого и продольного шва трубопровода. Так, например, если сварные стыки не позволяют установить защитную конструкцию с усиливающейся накладкой, то применяется конструкция в виде обжимной муфты.
Таким образом, аварийные разливы углеводородов в виде нефти и газового конденсата, вследствие несанкционированных врезок в трубопроводы, характеризующиеся крупномасштабным загрязнением земель, в том числе и сельскохозяйственного использования, а также токсическим воздействием на человека относятся к числу чрезвычайно опасных инцидентов. Санация как ликвидация геоэкологических последствий аварийных разливов нефти и газового конденсата осуществляется посредством внесения в почву биопрепаратов или биокомпостов, выбор которых для практических целей будет определяться по соотношению «цена-очищающий эффект». В целом проблема несанкционированных врезок в трубопроводы может вполне успешно решаться путем заблаговременного принятия профилактических мер, т.е. широкого внедрения в практику автоматизированных систем упреждающего определения несанкционированных врезок в трубопроводы.
