Нефтеперерабатывающая промышленность и ее влияние на окружающую среду

38 Нефтеперерабатывающая  промышленность и ее влияние  на окружающую среду

Добыча нефти и газа заключается в нахождении мест их накопления, проникании (иногда на очень большую глубину) через толщу горных пород, образующих и покрывающих купол, к нефтяному или газовому пласту и извлечении топлива из пласта. Поэтому работа на нефтепромысле, который заранее найден и изучен геологами, подразделяется на два этапа: бурение скважин; эксплуатация скважин.

Бурение скважин

Скважиной (нефтяной или газовой) называют колодец круглого сечения, пробуриваемый в земле. Верх скважины называется ее устьем, а дно, в котором буровой инструмент разрушает породу, - забоем. Глубина скважин иногда достигает 4000-6000 м и более.

Раньше при прохождении скважины породу долбили специальным долотом, закрепленным на длинной штанге. Такой метод назывался ударным бурением. Затем перешли к методу вращательного бурения, по которому разрушение породы производится бурильным инструментов, прикрепленным к вращающейся, периодически наращиваемой бурильной трубе. Непрерывный поток воды со взмученной в ней глиной (глинистый раствор) промывает скважину, вынося из нее раздробленную породу, охлаждая инструмент, закрепляя стенки скважины и создавая в скважине гидравлический затвор, препятствующий выбросам нефти и газа.

В 1924 г. М.А. Капелюшников (СССР) предложил метод турбинного бурения, по которому механизм, вращающий буровой инструмент, переносится в забой. Таким механизмом явилась специальная турбина, вращаемая подаваемым в нее глинистым раствором. Применение турбобура исключило необходимость вращать всю тяжелую колонну бурильных труб, что упростило технику бурения и сделало ее более экономичной. Позже, также в СССР, был сконструирован электробур — буровой инструмент, вращаемый специальным электродвигателем, также опускаемым в забой. При помощи турбо- и электробуров можно бурить не только вертикальные, но и наклонные скважины. Это позволяет пробуривать скважины под морское дно, под здания и сооружения, бурить с одной площадки 8-12 расходящихся скважин (кустовое бурение).

Эксплуатация скважин

Способ добычи нефти и газа зависит от того, находятся ли они в пласте под давлением или нет. В первом случае, как только скважина пройдет через непроницаемый, сдерживавший слой, газ или нефть вырываются по ней на поверхность - такой метод ее добычи называется фонтанным. Над устьем скважины ставят специальную запорную арматуру, через которую газ или нефть отводят по трубам в специальные приемные устройства. Под пластовым давлением нефть, и особенно газ, можно перемещать на значительные расстояния, что повышает экономичность данного метода добычи. По мере эксплуатации скважины давление в пласте падает, его удается искусственно поддерживать, например, закачивая в пласт (по его контуру) воду через исчерпанные скважины.

Во втором случае, когда давление в пласте отсутствует, осуществляют подъем нефти при помощи газа (или воздуха) или откачиванием ее глубинными насосами. По первому способу сжатый газ, подаваемый в пласт, соприкасается с нефтью и вспенивает ее. Легкая газо-нефтяная пена по подъемной трубе поступает в газоотделитель, а из него нефть поступает в хранилище, откуда расходуются по назначению.

Описанными способами удается извлечь из пласта далеко не всю находящуюся в нем нефть. В зависимости от способа добычи отдача нефти составляет 40 %, редко - до 60 % ее запасов в пласте. Увеличить отдачу нефти удается только специальными приемами.

Для повышения эффективности газо- и нефтедобычи применяют различные химические реагенты, полученные на базе углеводородов нефти и газа (углеводородные растворители, поверхностно-активные вещества, полимерные реагенты и т.д.), а также отходы нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Утилизация побочных продуктов и отходов нефтепереработки и нефтехимии, с одной стороны, позволяет в значительной степени решить экологические проблемы этих производств, а с другой - широкое применение органических реагентов для нефтяной и газовой промышленности усложняет в этих отраслях решение задач по охране окружающей среды.

Используемые химические реагенты разнообразны по химической природе, физико-химическим свойствам, функциональному назначению. Некоторые применяемые реагенты не опасны для объектов природной среды. Так, многие полимерные реагенты, используемые в бурении, нетоксичны из-за высокой молекулярной массы, которая лишает их возможности разрушать живую пленку. Бактерициды, как правило, высокотоксичны. Опасность для окружающей среды представляют применяемые для обработки буровых растворов нефтепродукты, синтетические жирные кислоты и спирты, серо-  
и фосфорорганические соединения и др. Особого внимания с точки зрения охраны окружающей среды заслуживают поверхностно-активные вещества, при производстве и применении которых возможно значительное загрязнение водных ресурсов.

Влияние нефтедобычи на природу

1. Нерегулярный в экономическом  смысле рост объёмов и темпов  добычи нефти, газа и других  топливно-енергетических ресурсов обуславливает опасные деградационные процессы в литосфере (обвалы, локальные землятресения, провалы и другое).. Одной из причин частых землетрясений является увеличение напряжения земной коры под воздействием закачиваемой в скважины воды высокого давления.

2. Одним из крупнотоннажных  загрязнителей атмосферного воздуха  при добычи нефти является попутный газ, который наряду с фракциями легких углеводородов содержит сероводород. Миллионы кубометров попутного газа десятки лет сжигались на факельных установках, что привело к образованию сотен тысяч тонн оксида азота, оксида углерода, диоксида серы и продуктов неполного сгорания углеводородов.

Как видно, несмотря на довольно высокую степень применения попутного газа, ежегодно десятки миллионов кубометров этого ценного сырья ещё сжигают на факелах или просто теряют при добычи нефти. Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых более 500 составляют жидкие углеводороды. После попадания в почву или на водную поверхность из нефти в атмосферу выделяются легколетучие фракции углеводородов. Так, известен случай скопления паров углеводородов вдоль железной дороги из-за аварии на трубопроводе сконденсированным углеводородом в Башкирии. При прохождении пассажирского поезда эти пары воспламенились, и сильный пожар вокруг поезда привел к многочисленным человеческим жертвам.

3. При содержании нефти  в воде 200-300 миллиграмм на кубический  метр происходит нарушение экологически  равновесного состояния отдельных  видов рыб и других обитателей  водных сред. Нефть также активно  взаимодействует со льдом, который  способен поглощать её в количестве  до одной четвёртой своей массы. При таянии такой лёд становится  источником загрязнения любого  водоёма. С этими водами в водоём  поступило более десяти тысяч  тонн загрязняющих веществ. Подземные  воды подвергались загрязнению  нефтяной промышленностью продолжительное  время. Изучение процессов загрязнения  подземных вод показало, что 60-65% загрязнений происходит при аварии  водоводов сточных вод и бурении  скважин, а 30-40% загрязнений происходит  из-за неисправностей глубинного  оборудования скважин, что приводит  к перетоку минерализированных вод в пресноводные горизонты. Гидрохимический контроль родников и артезианских скважин проведённый в 1995 году, показал, что из 523 родников 90 характеризуется повышенным содержанием в воде хлоридов.

4. Ежегодно под бурение  нефтяных скважин, прокладку трубопроводов  и автомобильных дорог отводится  более 1000 га земель, из них большая  часть возвращается после рекультивации. Однако, несмотря на проведение  ре-культивационных работ, часть  земель возвращается с ухудшенной  агрохимической структурой или  вовсе становятся непригодной  для выращивания сельскохозяйственных  культур. Вышеизложенное показывает, что нефть и нефтепродукты  относятся к загрязняющим веществам, вступающим в химическое взаимодействие  с компонентами природной среды.

5. При переработке нефти  возникают так же экологические  проблемы, связанные прежде всего с первичной очисткой нефти и её обессериванием. В 1996 году при первичной переработке нефти в окружающую среду поступило 91,8 тысяч тонн газо-образованных загрязняющих веществ. Эти проблемы связаны в первую очередь с тем, что присутствие в добываемой нефти указанных сернистых соединений приводит к преждевременному коррозионному разрушению нефтепромыслового оборудования, трубопроводов и резервуаров, сокращению сроков их безаварийной эксплуатации и увеличению случаев аварийных разливов нефти в окружающую среду. Последствием этой ситуации является потеря нефти и возникновение опасных экологических ситуаций из-за попадания нефти в почву, водоемы и загрязнение атмосферы токсичными сернистыми соединениями. ГОСТ Р 51858-2002 с изм. № 1 от 01.01.2006 г. предусматривает нормирование содержания в подготовленной нефти сероводорода не более 20 млн-1 и метил-, этилмеркаптанов в сумме не более 40 млн-1 для нефтей первой группы вида качества. Жесткие требования по норме содержания сероводорода и легких меркаптанов, делает проблему внедрения эффективных технологий промысловой очистки углеводородного сырья, более актуальной и насущной для всех предприятий добывающих сероводородсодержащие нефти и газоконденсаты. Одним из направлений решения актуальной проблемы промысловой очистки нефтей от сероводорода и легких меркаптанов, является поглощение их химическими реагентами непосредственно в нефти.

Загрязнение атмосферы радиоактивными примесями

Радиоактивным загрязнением атмосферы можно назвать любое увеличение фона естественной радиации, происходящее в результате использования человеком как встречающихся в природе, так и искусственно получаемых радиоактивных веществ. Этот вид атмосферных загрязнений представляет опасность не только для лиц, работающих с радиоактивными веществами, но и для всего общества.

Наиболее удобным способом определения разнообразных источников радиоактивных загрязнений является последовательное прослеживание различных стадий обработки радиоактивных веществ, начиная с их выделения и очистки и кончая применением их в мирных или военных целях. Производством радиоактивных веществ заняты глазным образом предприятия тяжелой промышленности, например урановые и ториевые рудники, ядерные реакторы и химические заводы. Радиоактивные изотопы находят широкое применение - от использования их в качестве меченых атомов или источников излучения для медицинских целей до образования электро и других видов энергии и ядерных взрывов. Изучая различные стадии производства и применения радиоактивных изотопов, интересно рассмотреть цель каждой операции, получаемые при этом радиоактивные отходы и постоянное или случайное загрязнение атмосферы.

С количественной точки зрения следует учитывать как общее количество содержащегося в атмосфере радиоактивного материала, выраженное в кюри, так и концентрацию его в единице объема воздуха, выраженную, например, в кюри на кубический метр. Очевидно, общее количество присутствующих в атмосфере радиоактивных веществ может быть весьма высоким и в то же время безопасным, если удельная активность в единице объема воздуха сохраняется на достаточно низком уровне. Этот принцип лежит в основе метода рассеивания, используемого для контроля загрязнений атмосферы. Поэтому сравнительно большие количества радиоактивных веществ, выбрасываемых высокими трубами ядерных реакторов, приводят лишь к незначительному повышению концентрации и в непосредственно примыкающем районе. С другой стороны, в шахтах, где объем воздуха крайне ограничен, даже небольших количеств радиоактивных материалов уже достаточно для создания опасной концентрации.

Даже зная концентрацию радиоактивных веществ в атмосфере и их токсичность, все еще невозможно дать окончательную оценку опасности, возникающей при загрязнении атмосферы радиоактивными веществами. Важным фактором является размер загрязненной области. Очевидно, чем большее число лиц подвергается действию загрязнений, тем большая опасность угрожает здоровью населения. Как мы увидим позднее, максимально допустимые уровни радиоактивных загрязнений атмосферы различны для работающих в зоне действия этих загрязнений и для широких слоев населения, поскольку определенная опасность, например, в отношении генетических мутаций, возрастает с увеличением числа лиц, подвергающихся действию радиации.

Размеры области загрязнения атмосферы можно подразделить следующим образом.

Локальное загрязнение. Загрязнение ограничено областью, непосредственно окружающей место выброса радиоактивных веществ в атмосферу. Примерами являются галереи рудников, металлургические лаборатории, производящие уран и плутоний, и лаборатории, где работают с радиоактивными изотопами в газовой фазе. Действию загрязнений подвергаются только работающие па этой территории, т. е. незначительное число людей. В этом заключается одна из причин, почему разрешается работа в таких условиях, если предприняты соответствующие меры предосторожности.

Региональное загрязнение. Этот термин употребляется для обозначения загрязнений, выходящих за пределы ближайшего окружения промышленных предприятий. Обычно имеется в виду территория с радиусом в несколько километров. Примерами являются атомные станции и предприятия, производящие радиоактивные изотопы. Высота фабричных труб рассчитана на такое рассеяние радиоактивности, которое оказалось бы достаточным для того, чтобы конечная концентрация радиоактивных загрязнений не превысила опасный уровень. В этих случаях воздействию загрязненной атмосферы подвергаются не только рабочие ядерных предприятий, но и население окружающего района. Чаще всего число лиц, подвергающихся такому воздействию, не превышает нескольких тысяч, а вторичное загрязнение почвы, растений и животных наблюдается только на ограниченной территории. Тем не менее возможность регионального загрязнения атмосферы всегда необходимо учитывать в районе расположения ядерного реактора.

Общее загрязнение. Использование атомной энергии в мирных целях может привести только к общему загрязнению атмосферы в результате аддитивного эффекта ряда источников регионального загрязнения при значительном расширении использования атомной энергии. С другой стороны, атмосферные загрязнения, в результате испытательных взрывов ядерного оружия, не только охватывают чрезвычайно большие районы, окружающие место взрыва, но обнаруживаются в любой точке земного шара. Радиоактивные осадки, состоящие главным образом из Sr90 и Cs137, встречаются в течение длительного периода после взрыва па обширных территориях и включаются в пищевую цепь. Таким образом, в данном случае наибольшая опасность связана скорее с большой протяженностью зараженного района, нежели со степенью активности, которая в данном случае оказывается довольно низкой.

Химическая природа радиоактивного вещества также влияет на судьбу радиоактивного элемента, более или менее временным носителем которого оно является. Вообще говоря, распад радиоактивных элементов подчиняется экспоненциальному закону. Каждый радиоактивный изотоп имеет характерную константу распада, которая обычно выражается периодом полураспада, т. е. временем, необходимым для того, чтобы распалась половина наличного и данный момент количества атомов элемента. Период полураспада может колебаться от нескольких секунд до сотен тысяч лет.