Добыча углеводородов в условиях замерзающих морей, таких как Баренцево, Печорское, Карское, где период ледостава может составлять до 300 суток, не только усложняет процесс добычи, но и предопределяет ужесточение мер в рамках предупреждения и ликвидации аварийных разливов углеводородов. Поэтому важно осуществлять комплексный подход не только к прогнозированию аварийных разливов, но и к определению сил и средств при возможном возникновении чрезвычайной ситуации, учитывая при этом специфику рассматриваемой акватории, в которой планируется осуществлять работы [1].
Cуществующие методы ликвидации разливов УВ охватывают только тяжелые нефти [1], в то время как чрезвычайные ситуации (ЧС), связанные с разливами газового конденсата (далее ГК), остаются неисследованными. Известная авария, произошедшая 6 января 2018 года в Восточно-Китайском море, в 260 км от Шанхая, когда в результате столкновения танкера «Sanchi», осуществлявшего перевозку 136 тыс. тонн, с грузовым кораблем, произошел разлив ГК, показала, что в мире нет эффективных технологий ликвидации последствий такого рода аварий.
Быстро стянутые к месту аварии большие силы и средства задействованных служб береговой охраны трех стран – Китая, Южной Кореи и Японии, не смогли показать сколь-нибудь эффективных мер реагирования.
Анализ данной ситуации показал, что отсутствуют меры по своевременной ликвидации разлива ГК, соответствующая нормативная база в области реагирования на разлив конденсата и эффективные технологии ликвидации газового конденсата, в том числе и в ледовых условиях.
То есть необходимо создание особой тактики реагирования на ЧС, связанной с разливом ГК в рамках разработки Планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов (далее – План ЛРН), в которых необходимо детально анализировать следующие факторы: физико-химические свойства продукта; гидрометеорологическую обстановку во время возможного возникновения чрезвычайной ситуации (далее ЧС) (ледовая обстановка, скорости течений, ветра, температура воды и окружающей среды и т.д.); потенциальные объемы разлива; эффективность применяемых технологий для ликвидации искомого типа углеводорода [1].
Таким образом, тип и специфика нефтепродукта является определяющим фактором при разработке стратегии ликвидации разлива.
Газовый конденсат
Невозможно дать одно единственное определение газовому конденсату, так как его свойства и состав зависят от его происхождения. Конденсат в основном характеризуется тем, что он состоит из легких углеводородов. Их компонентный состав также зависит от того, где находится конденсат: на поверхности или в пласте под действием высоких температур и давления. Газовый конденсат может быть разделен на два типа (рис. 1). Первый тип – конденсат, который формируется непосредственно в пласте. Второй тип – конденсат, который получают на поверхности в результате процесса разделения многофазной жидкой среды, образующейся при разработке газоконденсатного месторождения (ГКМ). Второй тип также может быть разделен на две подгруппы: стабильный газовый конденсат и сырой конденсат [3].
Конденсат на поверхности отличается по своим свойствам от конденсата в пластовых условиях. Оценить его физико-химические свойства возможно только при проведении лабораторных исследований после отбора проб. Именно данный тип конденсата должен учитываться при изучении разливов газового конденсата, так как именно этот тип может быть разлит.
Определение разлива УВ должно включать описание основных свойств конденсата, влияющих на распространение разлива. Свойства, которые влияют на площадь разлива: плотность, вязкость, процентное содержание легких фракций, температура застывания и температура вспышки. Каждый из этих параметров играет важную роль при разливе газового конденсата и выборе оборудования и метода для ликвидации разлива.
В табл. 1 представлены характеристики газового конденсата на примере месторождения Охотского моря, при условиях отбора проб: T = 26,2 C, P = 3,1 Мпа.
Очевидно, что конденсат содержит до 20 % легких углеводородных газов (метана, этана, пропана и бутана). Содержание светлых нефтепродуктов (бензиновых и дизельных фракций) в газовом конденсате составляет от 90 до 100%, в то время как в нефти их не больше 30–40 % (рис. 2).
Поведение ГК при разливах
При высокой концентрации льда (более 5 баллов) движение конденсата ограничено пространствами между плавающим льдом. Существует ряд моделей растекания нефти в зависимости от концентрации льда, но не каждая из них может использоваться для случая разлива газового конденсата.
В случае битых льдов, конденсат распространяется меньше, чем при тех же условиях на открытой воде. Поэтому пленка конденсата намного толще. При концентрации льда 6–7 баллов, льдины имеют связь между собой, тем самым значительно ограничивают распространение нефтепродуктов. С уменьшением концентрации льдов, площадь разлива увеличивается. Подвижный лед (сплоченность льда меньше трех баллов) не оказывает эффекта на площадь разлива. Разлив растекается так же, как и в открытых водах. Только концентрация льда выше трех баллов влияет на распространение жидких УВ.
Моделирование разлива ГК
Конденсат высокотоксичен, имеет низкую плотность и более высокую воспламеняемость в сравнении с другими типами нефти. При разливе, взаимодействуя с водной средой, конденсат стремительно распространяется в воде, образуя очень тонкую пленку, о чем свидетельствуют результаты моделирования разлива, произведенные в программном комплексе «PISCES 2» (на примере месторождения Охотского моря).
В модели «PISCES 2» учтены основные процессы распространения и физико-химической трансформации нефтепродукта, такие как перенос под действием ветра и течений, растекание под действием сил плавучести и турбулентной диффузии, испарение, диспергирование, эмульгирование, изменение плотности и вязкости остатка на поверхности, а также толщина пленки.
При моделировании разливов в качестве исходных данных используются:
- дислокация источника разлива;
- тип нефти и нефтепродукта – газовый конденсат;
- объем разлива НП при фонтанировании скважины в течение трех суток, согласно требованиям Постановления Правительства от 14.11.2014 № 1189 – 990 т газоконденсата;
- высота волны – 0,9 м;
- скорость ветра при усредненных условиях 8 м/с;
- скорость течения 0,45 м/с., направление – Ю;
- температура воды (7 °С);
- температура воздуха (5,1 °С);
- плотность воды (1024 кг/м3);
- описание берегов (электронные навигационные карты).
Для оценки возможных последствий разлива ГК были рассмотрены четыре сценария распространения:
- при южном направлении ветра – сценарий «1»;
- при западном направлении ветра – сценарий «2»;
- при северном направлении ветра – сценарий «3»;
- при восточном направлении ветра – сценарий «4».
В ходе моделирования сценариев разлива газоконденсата были определены максимальные границы области возможного загрязнения и границы полного выветривания газоконденсата в случае непринятия эффективных мер по локализации и ликвидации аварийного разлива [1].
При усредненных гидрометеорологических условиях
- Присутствие в составе газоконденсата бензиновых и особенно керосиновых фракций предполагает способность к образованию устойчивой пленки.
- При силе ветра 8 м/с, после прекращения поступления нефтепродукта в окружающую среду (72 часа – в соответствии с требованиями Постановления Правительства Российской Федерации от 14 ноября 2014 г. № 1189 г. Москва «Об организации предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на континентальном шельфе Российской Федерации, во внутренних морских водах, в территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации»; далее – ПП от 14.11.2014 № 1189), расчетное время распространения разлива в толще воды при непринятии мер по ликвидации составит не более двух часов, при этом расстояние от источника разлива до конечной точки полного рассеивания пятна не превышает 5 км [4].
Важно отметить, что разлив был рассмотрен не как залповый выброс нефтепродукта в окружающую среду, а как дискретное истечение пластового флюида с постоянной скоростью. То есть, согласно требованиям ПП РФ № 1189 от 14.11.2014, после трех суток фонтанирования газоконденсатной скважины масса разлитого вещества на поверхности воды составила 13,75 т/ч (990 т : 72 ч), по истечении двух часов (при усредненных условиях) и одного часа (при неблагоприятных штормовых)., под воздействием гидрометеопараметров газовый конденсат полностью подвергся испарению и диспергированию в морской среде.
Несмотря на проведенное математическое моделирование в программном комплексе PISCES II, важно сказать, что на практике при возникновении ЧС (ГК) ни одна математическая модель не подтверждает сходимость результатов моделирования с реальными условиями. Любая модель, используемая для описания разлива конденсата, должна быть подкреплена экспериментальными данными.
Морская стратегия реагирования на разлив ГК
Меры по борьбе с разливами конденсата имеют свою специфику. В первую очередь к ним неприменимы стандартные методы ликвидации разливов (каждый разлив должен быть сначала локализован, а затем разлитый нефтепродукт собран и размещен для временного хранения). Таким образом, при выборе стратегии и способа реагирования на разлив газового конденсата, необходимо принимать во внимание свойства разлитого вещества. Так, свойства нефти позволяют оперативно проводить локализацию пятна и его сбор с воды с помощью механических способов (боновые заграждения и скиммеры), а для свежеразлитых легких углеводородов, таких как газовый конденсат, дизельное топливо, применять механические способы локализации и сбора не рекомендуется в силу высокой пожаро- и взрывоопасности. Таким образом, стратегия локализации у источника разлива для тяжелых нефтей является предпочтительной, а для легких, таких как газовый конденсат, – не конструктивной.
Обзор предлагаемых решений по сбору ГК
· Сотрудниками Total E&P Russie сделано предположение, что за счет
поверхностного натяжения, создаваемого пленкой конденсата, можно разработать и использовать новую технологию по механическому сбору конденсата на открытой воде или в условиях, когда сплоченность льда не больше трех баллов.
Идея самого изобретения (рис. 3) состоит в том, чтобы создать сетку с крайне маленькой величиной ячейки, покрытую гидрофобной поверхностью. Конденсат из-за сил поверхностного натяжения будет задерживаться в данных ячейках, как мыльные пузыри. Далее сетка будет сворачиваться в катушку, на входе в которую будут установлены щетки, нарушающие поверхностное натяжение, и, собирающие конденсат в желоб, по которому он будет стекать в специальные отсеки для хранения.
· Еще один метод, который может быть эффективен при сборе конденсата, – это использование олеофобных фильтров в системах механического сбора. Принцип действия такого фильтра заключается в том, что в смоченном водой состоянии он отталкивает нефть и свободно пропускает воду. Но при использовании его в сухом состоянии его свойства имеют обратный эффект. Таким образом, когда фильтр опускается в толщу пятна в сухом состоянии, он пропускает нефть, при этом, касаясь водной поверхности под нефтью, он смачивается и блокирует нефть, пропуская воду (рис. 4). Применимость данного метода не ограничена толщиной пленки газового конденсата и наличием льда на поверхности воды, что является основным минусом существующих скиммеров.
Для эффективного использования данной технологии в различных ледовых условиях предлагается производство мембран различных размеров, что позволит использовать их при сплоченности льда до 7 баллов.
По рекомендации специалистов компании Shell Global толщину пленки конденсата при разливе в паковом льду стоит принимать 0,5 см. Зная это, можно предположить, что одно устройство кубической формы, состоящее из такой мембраны и имеющее размеры 10 м2, будет собирать за раз 1 м3 газового конденсата.
· Один из самых эффективных способов ликвидации разлива – это сжигание нефти
на месте разлива. Эффективность данного метода 95–98 %. Этот метод предусматривает применение огнестойких боновых заграждений. Несмотря на то, что этот метод широко применяется при разливах нефти, его крайне опасно использовать при разливе газового конденсата. Испарение конденсата происходит намного быстрее, чем нефти и в больших количествах, примерно 70 % от общей массы. Плюс ко всему, пары конденсата создают взрывоопасную смесь с воздухом, и температура вспышки составляет всего 60 градусов Цельсия. Тем самым, можно сказать, что при использовании метода сжигания разлива на месте необходимо пересмотреть технику и технологию самой операции. Недопустимо подходить на небезопасное расстояние кораблям и вертолетам из-за опасности взрыва. Но на данном этапе развития современных технологий беспилотных аппаратов можно производить воспламенение разлива конденсата с помощью дронов, которые уже могут переносить тяжелые грузы, и привязаны к системе GPS, что безошибочно позволяет задать координаты разлива. Использование дронов также будет более безопасно и для обработки диспергентами.
Данный беспилотный аппарат может применяться не только для организации процесса поджога пятна газового конденсата, но и для обнаружения разлива. Это обеспечит безопасность для рабочей группы по ликвидации аварий, а также будет экономически более выгодно, чем использование стандартной авиации или флота обеспечения. Еще одним из многочисленных плюсов является то, что время реагирования группы, которая обладает дронами, в 50 раз быстрее, чем время реагирования стандартной авиации.
В настоящее время беспилотные летательные аппараты уже нашли свое применение в нефтегазовой промышленности. Их используют многие зарубежные и отечественные компании в качестве аппаратуры для мониторинга буровых вышек, трубопроводов, линий электропередач. На западе их применяют такие компании, как Exxon Mobil, Total и Statoil, а в России беспилотными дронами пользуются крупные нефтегазовые компании.
Заключение
- Проведение работ по ликвидации разливов конденсата осложняется его физическими свойствами. К ним относятся высокая текучесть и низкая вязкость, приводящие к очень быстрому растеканию разливов по свободной водной поверхности и образованию тонких пленок на больших участках акватории. Другим важным свойством конденсата является высокая испаряемость, из-за чего его разливы в воде сопровождаются образованием в атмосфере взрыво- и пожароопасных топливно-воздушных смесей. Наконец, для конденсата характерна низкая температура кипения, что требует специальных и трудноосуществимых мер по обеспечению взрывобезопасности при его сборе, перевозке и хранении. Даже если распространение разлива будет каким-то образом ограничено, то большинство применяемых скиммерных устройств окажутся не эффективными из-за высокой текучести конденсата: олеофильные рабочие органы этих устройств не смогут его удержать, а применение пороговых скиммеров не даст результата из-за малой толщины пленки. Даже если некоторое количество конденсата все же получится собрать, то для его хранения потребуется аварийно-спасательное судно, сертифицированное для работы с нефтепродуктами с температурой вспышки менее 60 градусов.
- Многочисленность возникающих вопросов говорит о том, что для эффективной борьбы с последствиями разливов конденсата необходим пересмотр стратегии и тактики реагирования, которые должны быть направлены не столько на сбор разливов, сколько на защиту от их возможных опасных воздействий. Такие задачи потребуют технического перевооружения спасательных служб с целью их обеспечения мощными и разнообразными противопожарными средствами. Активное участие в решении проблемы должны принимать регулирующие органы.
- Нет конкретной информации об экологических последствиях при разливе газового конденсата. Таким образом, отсутствие этих данных приводит к затруднениям в расчетах экономических рисков. Понимание экономических рисков необходимо для обоснования создания и разработки новых технологий для ликвидации последствий разлива газового конденсата.
