Определение окон возможностей методов локализации разливов нефти при авариях на морских трубопроводах

УДК 622.692.48

Определение окон возможностей методов

локализации разливов нефти при авариях на морских трубопроводах

И.И. МЕРИЦИДИ, аспирант кафедры термодинамики и тепловых двигателей К.Х. ШОТИДИ, к.т.н., проф. кафедры термодинамики и тепловых двигателей

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина (Россия,119991, г. Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1). E-mail: fokasi@rambler.ru

Рассмотрено влияние различных факторов на применимость как традиционных, так и вновь предлагаемых методов локализации при авариях на морских трубопроводах, а именно: физико-химических свойств перекачиваемой нефти (состав, вязкость, температура застывания, воспламеняемость, агрессивность, толщина пленки и т.д.); параметров окружающей среды (время с начала разлива, видимость в районе аварии, сила ветра, течение, состояние моря, соленость, температура воды и воздуха); ледовой обстановки (индекс льда, концентрация льда, нефть на льду или подо льдом). Показана применимость методов реагирования на разливы нефти в зависимости от сплоченности льда, скорости ветра, высоты волны и видимости. Отмечена необходимость изучения влияния таких факторов, как глубина расположения морского трубопровода, интенсивность истечения нефти из трубопровода, влияние температуры и скорости течения в точке разлива.

Ключевые слова: разливы нефти, морские трубопроводы, свойства нефти, ледовая обстановка, параметры окружающей среды.

Морские подводные трубопроводы являются наименее изученным типом транспортной системы в РФ. В то же время на морском шельфе проложено уже более 100 тыс. км подводных трубопроводов для перекачки нефти и других углеводородов. Поэтому особую важность приобретают вопросы надежности трубопроводов и совершенствование системы реагирования на разливы нефти, особенно в условиях Арктики. Одним из существенных моментов, влияющих на затраты на ликвидацию разлива нефти, является правильный выбор метода локализации и ликвидации, который, в свою очередь, зависит от так называемых окон возможностей применения метода.

При определении окон возможностей методов локализации разливов нефти при авариях на морских трубопроводах используются различного рода методики и математические модели. Одна из таких моделей, RAOS, построенная методом байесовских сетей предназначена для использования государственными и нефтяными компаниями, персоналом, принимающим решения о реагировании на разлив нефти в ледовых условиях [1]. Модель RAOS разработана: • для оценки ресурсов, необходимых на локализацию и ликвидацию разлива нефти;

• определения методов реагирования на разливы нефти;

• оценки времени ликвидации (с учетом имеющихся ресурсов реагирования);

• анализа проблем, которые могут возникать при определенных разливах нефти, координации сроков проведения аварийно-технических операций, работы над недостатками в организации и применяемых технологиях;

• наблюдения за параметрами разлива нефти, которые не включены в модель;

• внесения корректив в работоспособность и производительность оборудования в динамических условиях с большим количеством влияющих переменных.

Моделирование основано на предположении, что, влияющие переменные разделяются таким образом, что оценивается эффект от каждой переменной изолированно, затем они оцениваются и суммируются. Существенным преимуществом является то, что модель легко обновляется и улучшается. Это особенно актуально, так как при ликвидации разливов нефти могут возникать сотни тысяч различных вариантов сложного переплетения технических, гидрометеорологических, биологических и социально-экономических и других факторов. Существующий экспертный

подбор средств и технологий к каждому варианту практически невозможен: например, только не-фтесборного оборудования выпускается несколько тысяч наименований.

Рассмотрим влияние различных факторов на применимость как традиционных, так и вновь предлагаемых методов локализации при авариях на морских трубопроводах, а именно:

• физико-химических свойств перекачиваемой нефти (состав, вязкость, температура застывания, воспламеняемость, агрессивность, толщина пленки и т.д.);

• параметров окружающей среды (время с начала разлива, видимость в районе аварии, сила ветра, течение, состояние моря, соленость, температура воды и воздуха);

• ледовой обстановки (индекс льда, концентрация льда, нефть на льду или подо льдом).

В качестве примера воспользуемся данными, полученными в ходе реализации программы по изучению нефтяных разливов в Арктике [2] и таблицами эффективности различных методов ликвидации разливов нефти в зависимости от сплоченности льда [3].

Традиционными методами локализации и ликвидации разливов нефти принято считать следующие.

Механический метод, включающий различного рода ограждения и последующий сбор с помощью разнообразной нефтесборной техники

Применяются боновые ограждения морского и в ряде случае океанского класса. Для их установки используются катера-бонопостановщики, специализированные и вспомогательные суда.

Нефтесборщики могут применяться как и судовые, так и забортные (дисковые, щеточные, барабанные, тросс-швабры и специально созданные для морских условий, например нефтесборщик «Фрамо». Для сбора разлитой высоковязкой нефти могут применяться как рыболовецкие, так и специальные сети. На эффективность механического метода существенное влияние оказывают: индекс и концентрация льда в %, состояние моря в баллах Бофорта (1-12), физико-химические свойства нефти (вязкость, плотность, температура застывания), продолжительность после разлива в часах или днях и другие факторы.

Химическое диспергирование поверхностного пятна

Способ локализации, при котором нефтяное пятно с помощью диспергентов расщепляется на мелкие капли, рассеивающиеся в толще воды.

Химические диспергенты наносятся на нефтяное пятно, чтобы увеличить естественную дисперсию, уменьшая поверхностное натяжение на границе нефтяной и водной фазы и облегчая для волн создание маленьких нефтяных капелек. Для эффективной дисперсии размер нефтяной капельки должен быть в диапазоне 1-70 мкм; самым устойчивым размером капельки для диспергирования является размер меньше 45 мкм. Для нанесения диспергентов используются разные воздушные или корабельные системы.

На эффективность применения метода диспергирования существенное влияние оказывают: скорость ветра, состояние моря, физико-химические свойства нефти (вязкость, плотность, температура застывания), соленость моря, температура окружающей среды, тип применяемого диспергента и другие факторы.

Для реагирования на аварии на морских трубопроводах и подводных нефтегазовых объектах предлагается химическое диспергирование у источника разлива. В последние годы ведутся работы по уменьшению экологического ущерба для окружающей среды при применении химического диспергирования, так, взамен традиционных диспергентов предлагается использовать в качестве диспергирующего агента нефтеминеральные агрегаты

Применение химического диспергирования в Российской Федерации должно быть санкционировано Госкомрыболовством России и Министерством природных ресурсов России. Кроме того, следует учитывать, что к применению в Российской Федерации допускаются только те диспер-генты, которые разрешены Минздравом России и зарегистрированы в Российском реестре потенциально опасных химических и биологических веществ.

Контролируемое сжигание

Возможен вариант контролируемого сжигания нефти, попавшей при разливе на лед или находящейся в среде битого льда. Также можно эффективно сжигать нефть, появившуюся в результате намеренного вскрытия льда в море или вслед за обнажением нефти изнутри или из-подо льда припая. Легкие нефти сначала легко возгораются, но после воздействия атмосферных влияний возгораются труднее. Для определения «окон возможностей» для сжигания нефти на месте необходимо проводить испытания с различными типами нефти. На эффективность метода контролируемого сжигания существенное влияние

Применимость методов реагирования на разливы нефти в зависимости от сплоченности льда, скорости ветра, высоты волны и видимости

Ограничивающий фактор Сплоченность льда, % Скорость ветра, у/час Высота волны, м Видимость*

Условия те те Е= я л ч X « .0 С о ^ о -.в о V/ о гл -0 0 о о 1/1 в «г о С\ I о г- щ ¡"С ¡Г ей Н о С4 о V) N VI А С\ о ГО 00 С\ о л со л те те И 8 СО те те X X 4> О. а> л л те я X р» я

Механическая очистка

Стандартная схема боны н скнммеры

Использование скнммера н ледокола

новые методы

Сжигание на месте

11спользованне огнеупорных бонов

'

Сжигание на месте в плотном льду

Диспергенты

Распыление с самолетов

1

Распыление с вертолетов

Распыление с лодок, вручную

Распыление с лодок, с гидропушки

* Умеренная видимость (свет, туман или менее 1 мили видимости). Низкая видимость (сильный туман, видимость менее 1/4 мили).

оказывают: концентрация льда, толщина пятна разлива, физико-химические свойства нефти (вязкость, плотность, температура застывания) и другие факторы.

В приведенной таблице на основании обработки результатов моделирования разливов с помощью модели RAOS, обобщения данных работ [2] и [3] даны предельные условия применения методов реагирования на разливы нефти в зависимости от концентрации льда, скорости ветра, высоты волны и видимости.

Зеленые линии указывают, что условия считаются благоприятными для данного метода. Красные пунктирные линии указывают, что условия могут помешать данной операции реагирования. Белые блоки указывают, что в этих условиях применение метода невозможно.

Представленная таблица позволяет сделать вывод о предельных значениях внешних природно-климатических факторов, при которых возможно использование данного метода реагирования.

Так, например, волнение на море оказывает положительное влияние на использование метода

диспергирования, а сжигание на месте возможно на открытой воде или уже на плотном льду.

Несмотря на давно применяемые на практике правила по использованию методов реагирования, необходимо проводить дополнительные исследования для каждого нефтегазового объекта в Арктике по изучению: основных принципов горения эмульсий, особенностей сжигания различных типов нефтей, по определению срока службы огнестойких бонов, поведению различных видов бонов и нефтесборной техники в ледовых условиях, а также по проверке эффективности дис-пергентов в холодной воде, испытаниям по выветриванию нефти в ледовых условиях и изучению свойств нефти - ее диспергируемости и выветривания от времени.

Совершенствование данной таблицы позволит учесть влияние таких факторов, как глубина расположения морского трубопровода, интенсивность истечения нефти из трубопровода, влияние температуры и скорости течения в точке разлива, что позволит выбрать наиболее эффективный метод реагирования и существенно сэкономит время и средства на ликвидацию разлива нефти.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Westerberg V. 2012 Arctic oil spill response (Recovery A14181. SINTEF. Trondheim, Norway. www.sintef.no/ operations-management and performance). Projectweb/JIP-Oil-In-Ice/Publications/.

2. Sorstrom S.E., Brandvik P.J., Buist I. et al. 2010. Joint 3. Evers K, Sorheim K.R., Singsaas I. (2006). Oil Spill industry program on oil spill contingency for Arctic and Contingency Planning in the Arctic - Recommendations. ice-covered waters: Summary report. SINTEF report Arctic Operational Platform (ARCOP).

WINDOWS OF POSSIBILITY DETERMINATION OF METHODS FOR OIL SPILLS LOCALISATION DURING THE OFFSHORE PIPELINES ACCIDENTS

Meritsidi I.I., Postgraduate at the Department Thermodynamics and Heat Engines Shotidi K.X., Cand. Sci. (Tech.), Prof. at the Department Thermodynamics and Heat Engines Gubkin Russian State University of Oil and Gas (65, korp. 1, Leninsky prosp., 119991, Moscow, Russia) E-mail: fokasi@rambler.ru

ABSTRACT

The influence of various factors on the applicability of both traditional and newly proposed methods of localization accidents at sea pipelines is shown in the paper, including: рhysico-chemical properties of the pumped oil (composition, viscosity, pour point, flammability, aggressiveness, film thickness, etc.); еnvironmental parameters (time from the beginning of the spill, the visibility in the area of the accident, the wind speed, state of the sea, salinity, water and air temperatures); ice conditions (ice index, the concentration of ice, quantity of oil on ice or under the ice).

The applicability of methods for responding to oil spills depending on the ice concentration, wind speed, wave height and visibility is presented.

The need to study the impact of factors such as the depth of the offshore pipeline, the intensity of the expiry of the oil from pipeline, the effect of temperature and flow rate at the point of dispensing is pointed out. Keywords: oil spills, offshore pipelines, oil properties, ice conditions, environmental parameters.

REFERENCES

1. Westerberg V. 2012 Arctic oil spill response (Recovery Available at: www.sintef.no/Projectweb/JIP-Oil-In-operations-management and performance) Ice/Publications/.

2. Sorstrom S.E., Brandvik P.J., Buist I. et al. 2010. Joint 3. Evers K, Sorheim K.R., Singsaas I. (2006). industry program on oil spill contingency for Arctic Oil Spill Contingency Planning in the Arctic -and ice-covered waters: Summary report. SINTEF Recommendations. Arctic Operational Platform report A14181. SINTEF. Trondheim, Norway. (ARCOP).