Забруднення Світового океану нафтою і нафтопродуктами
Аварії при освоєнні Світового океану
Аварії при освоєнні Світового океану — явище неминуче, як при всякому впровадженні нових конструкцій або технологічних методів. Однак причини аварій мають не об'єктивний, а суб'єктивний характер. Причинами можуть бути помилки, допущені при пошукових роботах, проектуванні, будівництві і експлуатації споруд. Недостатньо повне проведення пошукових робіт на місці експлуатації споруди в багатьох випадках призводить до пошкоджень і навіть до повного руйнування конструкції. Проводити пошукові роботи в морі набагато важче, ніж на суші. Якість проектування гідротехнічних споруд у багатьох випадках залежить від можливостей, досвіду і добросовісності проектувальника, від рівня науково-технічних знань. Відхилення від вимог проекту в процесі будівництва можуть звести нанівець переваги навіть дуже гарної конструкції. Значна частина аварій споруд на морі пов'язана з помилками при експлуатації. Аварії споруд на шельфі, як на суші, можуть мати різні наслідки — від незначних до великих, з людськими жертвами і повним руйнуванням споруди. У світовій практиці аварії оцінюються за матеріальними втратами. Великими рахуються аварії з втратами від 1 млн дол. і більше.
Рухомі бурові установки (занурені, напівзанурювані, самопідйомні і бурові судна експлуатуються з 1955 р. Аварійність плавучих бурових установок (ПБУ) за цей періоду у два рази вища, ніж на транспортному флоті.
Частково це можна пояснити важкими умовами експлуатації ПБУ, які не можуть піти в укриття після штормового попередження. Додаткову загрозу для ПБУ створюють викиди газу або нафти із свердловини, вибухи і пожежі, недостатній досвід (особливо у початковий період освоєння шельфу) створення і експлуатації установок, безперервний пошук нових конструктивних рішень і форм. Значну роль відіграє недостатня кваліфікація, а в ряді випадків просто халатність обслуговчого персоналу. Так, лише до 1984 р., або за 28 років експлуатації, потерпіли значні аварії 104 ПБУ — 1/9 всіх побудованих до того часу. При цьому 52 установки повністю знищені. Більше половини великих аварій ПБУ сталося під час транспортування, причому тільки 10 % випадків причиною стали більш важкі, ніж передбачалося за розрахунком, штормові умови.
Значні аварії або руйнування СПБУ пов'язані в основному з операціями перегону і спуску–підйому опорних колон. Установки цього типу в основному розраховані на навантаження, що виникають в режимі буріння. Перегін дозволяється при невеликих хвилях, бо під час шторму СПБУ не завжди може перейти, подібно до НЗПБУ, із найбільш небезпечного транспортного положення в робоче або стати на опорні колони. Низька якість прогнозів погоди на час перегону або бажання розпочати скоріше бурові роботи на новому місці стали в ряді випадків причиною великих аварій або руйнування установок при транспортуванні.
На місці буріння аварії і руйнування СПБУ викликаються в основному непередбаченими зміщеннями опорних башмаків і колон. В ряді випадків один або декілька башмаків продавлювали верхній шар міцного ґрунту, під яким знаходився слабкий ґрунт, не виявлений попередньо при пошукових роботах. Осадки башмаків проходили і під час шторму під впливом навантажень, що циклічно змінювалися і передавалися через колони. В окремих випадках башмаки були підмиті донними течіями або зміщені під дією працюючих насосів.
В 1975 році у Мексиканській затоці перекинулась СПБУ, яка працювала на значно меншій, ніж була розрахункова, глибині (60 м замість 92 м). Причиною руйнування установки став викид газу, після якого на дні утворилась воронка глибиною 70 м і дві з трьох колон СПБУ попали у цю воронку.
В 1976 році на шельфі КНР затонула СПБУ і загинуло 72 чоловік через те, що не було прийнято до уваги штормове попередження.
В 1979 р. в Мексиканській затоці перекинулась американська СПБУ з трьома опорними колонами, які були з'єднані внизу опорним матом. Причиною стало втомне руйнування однієї з колон.
Найбільшою аварійністю відрізняються СПБУ з циліндричними телескопічними опорними колонами. Труднощі з підійманням із ґрунту колон із загостреними кінцями призводили до згину колон, поломки рейок або всього механізму і стали причиною переходу до нового типу колон — з розширеними башмаками.
Аварії, які стались з напівзанурюваними установками, призвели в окремих випадках до відмови від серійного їх виробництва.
В 1974 р. У Північному морі потерпіли аварії дві СПБУ з аутригерами. Одна з цих установок під час восьмибального шторму втратила стабілізуючу колону, перекинулась і через тиждень затонула. Аварія була викликана несправністю заклинюючого пристрою, що скріплював колону з аутригером. Причина загибелі другої установки невідома. Подібні конструкції рахуються невдалими і більше не будуються.
Повних даних про аварії стаціонарних бурових платформ немає. Відомо, що в період 1966—1977 рр. від великих аварій потерпіли 20 металічних платформ: в шести випадках причиною руйнування стали вибухи і пожежі; в п'яти — сильний шторм або ураганний вітер, у трьох — удари суден; у трьох — відмова окремих несучих елементів конструкції (втомне руйнування) тощо.
Значна частка аварій пов'язана з процесами транспортування, монтажу, спуску опорних блоків на воду, постановки на ґрунт. Аварії стаціонарних платформ, викликані експлуатаційними навантаженнями, дуже рідкісні.
Локальні руйнування опорних блоків найчастіше трапляються в районі ватерлінії (від ударів суден, льоду, падаючих вантажів, від хвиль). Стиснені діагоналі зв'язки опорних блоків після удару дістають вм'ятини або погнутості, через які втрачають стійкість і виходять з ладу. Значну роль відіграють крихкі руйнування вузлів, втома матеріалу, корозія. Друге слабке місце в опорних блоках — зона біля дна, де в елементах діють найбільші внутрішні зусилля, сильна корозія, максимальний гідростатичний тиск і можливі пошкодження зв'язків при посадці блока на ґрунт.
Залізобетонні гравітаційні платформи зарекомендували себе, як дуже надійні споруди. Удари суден залишали тільки поверхневі подряпини на залізобетонних колонах, вм'ятини в палубній надбудові. Незначні пошкодження були під час бетонування блоків від падіння труб і інших предметів на комірки фундаментного блока. Взагалі пробоїни в купольних перекриттях комірок нафтосховища в умовах експлуатації можуть призвести до витікання нафти. Падіння лебідкою масою 25 т з висоти понад 100 м, у тому числі 80 м у воді, призводить до місцевих пошкоджень перекриття, яке не вимагає значних ремонтних робіт. Розглянуті також аварійні ситуації, що пов'язані з пожежами у верхній надбудові. Вияснено, що вогнестійкість верхньої частини колон перевищує 4 год., що прийнято для більшості промислових установок. Крім того, напруження в колонах від теплового розширення палубного набору, наприклад, у два рази нижчі ніж напруження, що можуть виникнути при штормі який повторюється раз у 100 років.
Аварійну ситуацію можуть викликати розмиви ґрунту довкола фундаментного блока і під ним. Це роблять потоки води, що обтікають перепону, і циклічно пов'язані з хвилюванням перепаду порового тиску у ґрунті. Як показав досвід, найбільша можливість розмиву виникає в районі кутів прямокутного блока. Під платформою «Фріг» ТРІ розмив ґрунту на кутах блоків досягнув 2 м. Після укладання мішків з гравієм на контурі блоку розмиви припинилися.
Розмиви донного ґрунту стали причиною аварій декількох платформ на пальовій основі — оголення верхньої частини палів призводить до збільшення згинаючих моментів у них і одночасного зниження несучої здатності на розтяг і стиск. Відомі випадки, коли опорні блоки на пальовій основі отримували через розмив ґрунту нахил, після чого експлуатація платформи ставала неможливою.
На родовищі Екофіск у Північному морі в стан, близький до аварійного, прийшов цілий комплекс взаємозв'язаних трубопроводами платформ на пальовій основі. Причиною цього стало опускання дна, до чого призвів багаторічний відбір нафти із глибоко розміщених продуктивних горизонтів. В 1987 році верхні будови платформ масою по 40 тис. тонн були відрізані від опорних блоків і підняті на 6 м (блоки були відповідно нарощені).
Багато аварій стається на морських нафтогазопроводах. За статистикою в середньому на кожні 50 км трубопроводу припадає одна аварія, на ліквідацію якої потрібно біля 10 діб, якщо у трубопровід не потрапила вода, і до 3-х місяців, якщо вона туди потрапила. Причинами аварій на трубопроводах можуть бути: корозія труб (основна причина), стирання їх у місцях перетину, втомні явища у металі, зачеплення якорями і тралами. Найбільша кількість аварій стається з трубопроводами, укладеними на дно на глибині до 30 м і в районах з інтенсивним судноплаванням. Усі згадані аварії трубопроводів траплялися на глибинах не більше 60 м. Аналогічні причини (корозія, механічні пошкодження якорями і тралами, розмиви на зварних стиках) викликають значну частину морських стояків. Приблизно половина розривів стояків сталася в місцях їх приєднання до даного трубопроводу.
При проведенні розвідувальних робіт і експлуатації морських родовищ нафти і газу можливе забруднення навколишнього середовища. В море можуть попадати відходи буріння і видобутку, такі як шлам, бурові стічні води, окремі хімічні реагенти, використані при приготуванні бурового розчину і його обробці, забруднений нафтою пластовий пісок, побутові відходи, пластові води, продукти випробування свердловин і самі продукти видобутку. Всупереч поширеній думці, частина забруднень світового океану нафтою і нафтопродуктами, яка пов'язана з видобутком їх на морських родовищах, складає тільки біля 10000 тонн за рік, або менше 1,5 % від загального об'єму нафтових забруднень. Приблизно 75 % від цієї кількості припадає на різні аварії, а решта попадає у море при звичайній техніці проведення буріння і експлуатації свердловин, зберігання і транспортування нафти.
При збільшенні видобутку нафти на морських родовищах ймовірність аварій різко збільшується. За розрахунками геологічного управління США ймовірність великих розливів нафти за двадцятирічний період експлуатації родовищ у Північному морі складає 91 %, а ймовірність забруднення берегової лінії в залежності від місця розливу 2-23 %. Подібні кризові явища можна очікувати і в інших районах інтенсивного видобутку нафти і газу, таких як Перська затока, Жовте море тощо.
Як ілюстрацію розмірів можливих при проведенні розвідувальних робіт розливів нафти, наведемо один з найбільших у історії нафтових забруднень — викид нафти і газу у затоці Кампече, 180 км від узбережжя Мексики. Викид стався при бурінні з напівзанурюваного судна «Садко 135» свердловини Іктос. Він почався 3 червня 1979 р. при вході у нафтоносні формації. Після викиду газ загорівся, і протягом декількох годин полум'я знищило усі верхні надбудови бурової установки. Аварія призвела до розливу значної кількості нафти; оцінка, зроблена після аварії, визначила дебіт свердловини 5900-6350 м3/добу. За час аварії, яку не могли ліквідувати до 24 березня 1980 р., у море було вилито близько 496 тис. м3 нафти і втрачена кількість газу, яка не піддається оцінці.
Розлита нафта покрила 10 % Мексиканської затоки шаром товщиною до 15 см. Частина розлитої нафти вітром і течією була віднесена до узбережжя США, більш ніж за 600 км від місця аварії, на узбережжі штату Техас було 114 тис. м3 нафти.
Заходи боротьби із забрудненням морської води В загальному комплексі заходів, необхідних для боротьби із забрудненням морської води, можна виділити два основних:
- розробка заходів з попередження забруднення морської води;
- розробка заходів із ліквідації забруднень.
В зарубіжній практиці отримали широке застосування система збору всіх рідких відходів і ємності для їх зберігання. Система збору може бути у вигляді волокнистої маси, яка застосовується для збору розлитої на палубі нафти, або у вигляді подушок, розміщених під патрубками, буровими насосами, компресорами і іншими механізмами.