автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.12, диссертация на тему:Принципы экологического мониторинга и безопасности при освоении месторождений углеводородов на арктическом шельфе

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

^ДК 551.351(462.32): 574.5: 622.24: 628.394

г и од

(. ^ 1338 На правах рукописи

Сочнев Олег Яковлевич

ПРИНЦИПЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ НА АРКТИЧЕСКОМ ШЕЛЬФЕ

Специальность: 05.15.12- разработка морских месторождений

полезных ископаемых 11.00.08- океанология

Автореферат диссертации па соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 1998

Работа выполнена в Мурманском морском биологическом институте Кольского научного центра Российской академии наук

Научные консультанты: Академик Российской академии наук,

доктор географических наук, профессор Матишов Геннадий Григорьевич

Академик Международной академии минеральных ресурсов, доктор технических наук Никитин Борис Александрович

Официальные оппоненты: Академик Международной академии

минеральных ресурсов и Горной академии, доктор геолого-минералогических наук Захаров Евгений Владимирович

доктор физико-математических наук, профессор Пелевин Вадим Николаевич

доктор технических наук, профессор Смирнов Глеб Николаевич

Ведущая организация: Акционерное общество

"Российская компания по освоению шельфа" (АО "РОСШЕЛЬФ")

Защита состоится 14 октября 1998 г. в 13 час. 30 мин. на заседани диссертационного совета Д 070.01.01 при Всероссийском научнс исследовательском институте природных газов и газовых технологи (ВНИИГАЗ) по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, п. Развилка

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГАЗа.

Автореферат разослан: 08 сентября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.г-м.н.

Н.Н. Соловье

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Морская периферия Российской Федерации (РФ) охватывает площадь 6,2 млн.км2, из которых 4,2 млн.км2 относится собственно к шельфу с глубинами моря до 200-300 м. Извлекаемые ресурсы углеводородов на шельфе достигают 100 млрд.т условного топлива (в пересчете на нефть). Из них до 70% сосредоточено в Западной Арктике.

Актуальность выполненной работы обусловлена реальными перспективами освоения месторождений углеводородов на арктическом шельфе. В настоящий момент ведется интенсивная подготовка к вовлечению Штокмановского, Приразломного, Варандейского и других месторождений в энергетический баланс страны.

Дальнейшая интенсификация промышленного освоения арктических регионов, включая добычу нефти и газа, вместе с сопутствующими транспортными и строительными, может вызвать необратимые негативные экологические последствия. Обеспечение экологически безопасного устойчивого развития становится важнейшей задачей и проблемой на федеральном и региональном уровнях управления.

Инструментом научного анализа и прогноза последствий индустриального вторжения является оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). Международный опыт проведения ОВОС разведки и освоения морских месторождений нефти и газа пока невелик (Северное море, Мексиканский залив, море Бофорта). Для арктического бассейна РФ его до последнего времени вообще не было. Кроме того, наблюдался определенный разрыв между экологической теорией и ее конкретными практическими приложениями. Например, не были систематизированы и проанализированы с точки зрения значимости основные виды воздействий на морские экосистемы на различных этапах освоения арктических месторождений. Положение усугублялось недостаточной проработанностью нормативной базы. В свою очередь, это затрудняло внедрение в практику экологического мониторинга. В результате морские системы производственного экологического мониторинга в нефтегазодобывающих компаниях в нашей стране еще только предстоит создать.

Цель и задачи работы. Цель работы состояла в том, чтобы на основе обобщения результатов комплексных исследований экологической обстановки в морях арктического континентального шельфа РФ развить научно-методические подходы к ОВОС и на этой базе сформулировать и обосновать концепцию и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды на различных этапах освоения месторождений углеводородного сырья.

Основные задачи работы заключались в следующем:

•проанализировать существующее нормативно-правовое регулирование разработки морских месторождений полезных ископаемых в РФ и зарубежных странах;

•выполнить сбор и обобщение многолетних данных по экологической обстановке в морях Западной Арктики;

•систематизировать основные факторы воздействия нефтегазодобычи на морские экосистемы;

•разработать и реализовать на практике методику ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе;

•сформулировать основные требования к техническим средствам сбора и обработки экологической информации;

•разработать методику, технически обеспечить и провести комплексные натурные эксперименты с использованием средств дистанционного зондирования (ДЗ) океана;

•разработать и реализовать на практике концепцию и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды на базе специализированных СЭБМ.

Теоретическая значимость. Разработана методология комплексных океанографических экспериментов с использованием ДЗ. Развита теория ОВОС. Разработаны новые и усовершенствованы существующие модели основных факторов воздействия нефтегазодобычи на окружающую среду, принципы и методы комплексного экологического мониторинга на различных этапах освоения месторождений. Развит новый раздел морской экологии - морской экологический инжениринг.

Научная новизна. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

• впервые разработана и реализована на практике методика комплексных экспериментальных исследований экологический обстановки в морях Западной Арктики с использованием ИСЗ, самолета-лаборатории (СЛ) и научно-исследовательского судна (НИС), проведены натурные эксперименты и обобщены их результаты;

• разработана и реализована на практике новая методика ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе;

• впервые сформулированы, научно обоснованы и разработаны концепция и основные принципы экологической безопасности разведки и освоения месторождений нефти и газа на арктическом континентальном шельфе.

Практическая значимость. Диссертация является итогом комплекса исследований по научным программам Российской академии наук, РАО "ГАЗПРОМ", АО "РОСШЕЛЬФ", ДП "ГАЗФЛОТ" РАО "ГАЗПРОМ" и других организаций. Полученные в ходе работы теоретические и экспериментальные

результаты использованы при подготовке предпроектных и проектных материалов по разведке и освоению ряда крупных месторождений нефти и газа и легли в основу следующих документов:

•ОВОС в ТЭО обустройства Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШГКМ). 1995.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть и газ по площади Варандей-море в юго-восточной части Баренцева моря. 1996.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть по площади Медынская-море в юго-восточной часта Баренцева моря. 1997.

•ОВОС бурения поисково-оценочной скважины № 01 на Адер-Паютинской структуре в акватории Тазовской губы. 1997.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть по площади Северо-Долгинская в юго-восточной части Баренцева моря. 1998.

•СЭБМ двухниточного перехода через Байдарацкую губу. 1995.

•СЭБМ для ШГКМ. 1997.

•СЭБМ поисково-оценочных работ на нефть и газ и нефтегазодобычи в юго-восточной части Баренцева моря. 1997.

В 1996-97 гг. самоподъемными буровыми установками (СПБУ) успешно выполнено разведочное бурение на структурах Варандей-море и Медынская-море. В 1997 г. осуществлен комплексный экологический мониторинг бурения на месторождении Медынская-море. В настоящий момент результаты диссертации используются при подготовке ОВОС поисково-оценочных работ на нефть и газ на структурах Южно-Долгинская в юго-восточной части Баренцева моря, Ленинградская в Карском море, нефтегазовых структур в Обской и Тазовской губах. Автором ведутся работы по обоснованию технического оснащения СЭБМ НИС "Академик Голицын" ДП ТАЗФЛОТ" РАО "ГАЗПРОМ".

Работа в целом может рассматриваться как практическое руководство по разработке экологических разделов проектов разведки и освоения месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе и разработке СЭБМ. Большинство научных положений апробированы практикой экологического мониторинга в Баренцевом, Печорском и Карском морях, прошли независимую экспертизу в Госкомэкологии РФ.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

1. Концепция и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды при разведке и освоении месторождений нефти и газа на арктическом континентальном шельфе на базе СЭБМ.

2. Методика и результаты ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации морских месторождений.

3. Результаты экспертного анализа и математического моделирования воздействий нефтегазодобычи на морские экосистемы. Комплекс мероприятий по снижению и предотвращению негативных экологических последствий.

4. Результаты биотестирования буровых растворов и шламов. Практические рекомендации по захоронению в море отходов бурения.

5. Методика и результаты комплексных экспериментальных исследований экологический обстановки в морях Западной Арктики с использованием схемы "ИСЗ-СЛ-НИС".

6. Практические рекомендации и предложения по развертыванию специализированных СЭБМ морской нефтегазодобычи.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Ученом совете ММБИ КНЦ РАН (Мурманск, 1993-1998); Всесоюзных конференциях и совещаниях: "Актуальные проблемы развития океанографической информации" (Обнинск, 1989), "Океанические фронты северных морей: характеристики, методы исследований, модели" (Москва, 1989), "Использование спутниковой информации в исследовании атмосферы и океана" (Звенигород, 1989), "Охрана окружающей среды при поисках, разведке, разработке месторождений углеводородного сырья, его переработке и транспортировке" (С.-Петербург, 1996), "Мониторинг окружающей среды и отпими-зация природопользования" (Москва, 1996); Международных конференциях и симпозиумах: "Современное состояние и перспективы исследований экосистем Баренцева, Карского морей и моря Лаптевых" (Мурманск, 1995), "Экологические исследования шельфа Баренцева и Карского морей в зоне нефтегазовых месторождений" (Мурманск, 1995), "Методология и процедура оценки воздействия морской нефтегазовой индустрии на окружающую среду Арктики" (Мурманск, 1996), "Практика проведения оценки воздействия на окружающую среду при подготовке инвестиционных проектов в Российской Федерации" (С.-Петербург, 1997), 'Экологический мониторинг морей Западной Арктики (от концепции к практике)" (Мурманск, 1997), 11АО-95, ИАО-97 (С.Петербург, 1995, 1997) и др.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 42 научных работах, в том числе, в 14 экологических обоснованиях крупных проектов разведки и освоения арктических нефтегазовых месторождений, 3 монографиях, 4 препринтах, 21 статье, написанных как индивидуально, так и в соавторстве. Наиболее существенные из опубликованных работ приведены в конце автореферата.

Личный вклад диссертанта в исследования, выполненные в соавторстве, заключался в постановке задач, разработке методов экспериментальных исследований, теоретическом обобщении полученных данных. Автор являлся научным руководителем или ответственным исполнителем большинства работ, принимал личное участие в организации и выполнении комплексных экспериментальных исследований в Баренцевом, Печорском и Карском морях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, объемом 405 страниц машинописного текста, включает 80 рисунков, 32 таблицы. Список литературы состоит из 283 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Дана характеристика современного освоения месторождений углеводородов на арктическом шельфе РФ, показана актуальность, научная новизна, практическая значимость темы исследований. Сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Экологическая безопасность и экологический мониторинг

нефтегазодобычи на арктическом шельфе. Состояние проблемы. Постановка задачи

1.1. Основные понятая. Определены основные научные понятия положенные в основу работы. Экологический мониторинг трактуется как проводимые по определенной программе наблюдения за природными средами, природными ресурсами, растительным и животным миром, источниками антропогенного воздействия; оценка состояния указанных объектов наблюдений и прогноз их изменений (О создании ЕГСЭМ, 1994).

Экологическая опасность рассматривается как потенциальная угроза здоровью и жизни людей, экосистемам, экономической и социальной деятельности в результате событий, происходящих в природной и антропогенной среде, а система экологической безопасности - как система, которая включает мониторинг, экспертизу (контроль) и управление состоянием экосистем (Экоинформатика, 1992).

1.2. Существующие СЭБМ. На примере Баренцева моря дана характеристика существующих федеральных, региональных и производственных СЭБМ и, в частности, ЕГСЭМ, РСЧС, Роскомгидромета, Роскомрыболовства, ВМФ, РАН. Приведена информация по норвежской системе SEA WATCH, системе ПЭМ РАО «ГАЗПРОМ». Проанализированы цели и задачи каждой из систем, принципы организации и функционирования, современное состояние. Показано, что, несмотря на сокращение объема измерений, региональная система ПЭМ Роскомрыболовства в настоящий момент остается единственной устойчиво функционирующей в Баренцевом море, способной в полной мере решать возложенные на нее задачи.

1.3. Необходимость и принципы создания СЭБМ разведки, добычи и транспортировки углеводородов на арктическом шельфе. На основе проведенного анализа, сделан вывод о том, что необходимость создания СЭБМ обусловлена целым рядом причин, среди которых можно выделить:

•невозможность существующих региональных мониторинговых служб в полном объеме решать экологические задачи связанные с разведкой, добычей и транспортировкой углеводородов на арктическом шельфе;

•действующее законодательство РФ, согласно которому, развертывание систем мониторинга будет обязательным условием эксплуатации объектов нефтегазодобывающих компаний;

•экстремальные природные условия, уязвимость и значимость территории, в совокупности с ее относительно малой изученностью;

•техническая сложность проектов освоения морских месторождений, специфика и масштабность стоящих задач.

СЭБМ предлагается создавать на принципах проблемной организации, открытости для развития, информационной открытости для пользователей, целостности, при приоритете управления, оперативности.

СЭБМ нельзя отрывать от традиционных форм получения информации, сформировавшихся исторически во вполне определенные системы сбора, хранения, обработки и представления научных данных. Новые технические средства должны расширять и дополнять возможности действующих структур, а не подменять или заменять их полностью.

Глава 2. Концепция экологической безопасности разведки и освоения нефтегазовых месторождений

Изложена и научно обоснована концепция экологической безопасности разведки и освоения месторождений углеводородов на шельфе. В ее основу положено соблюдение следующих требований:

•детальная разработка законодательной и нормативной базы в области ООС континентального шельфа;

•государственная экологическая экспертиза (ГЭЭ) предпроектных и проектных материалов;

•ОВОС разведки и освоения нефтегазовых месторождений; •разработка и реализация компенсационных и природоохранных мероприятий, экологический мониторинг, создание систем ПЭМ, включенных в ЕГСЭМ;

•соблюдение нефтегазовыми компаниями режима экологического приоритета (наибольшего благоприятствования);

•экологические аудиторские проверки, экологическое страхование. 2.1. 2.2. Нормативная база. ГЭЭ. Проанализировано нормативно-правовое регулирование ООС при разработке морских месторождений углеводородов в РФ. Отмечено, что в области охраны природы основополагающими документами являются ФЗ "Об ООС"(1991), "О континентальном шельфе" (1995). На РФ также распространяется действие международных договоров, в частности, Международной конвенции о сотрудничестве в вопросе ликвидации последствий утечки нефти в море (Лондон, 1990), Конвенции о борьбе с загрязнением морей (Лондон, 1972) и др.

В основе природоохранного законодательства РФ заложен экоцентриче-ский подход к природопользованию, при котором обеспечивается стабильность

природных экосистем и самовоспроизводство их биоресурсов. Законодательство исходит из необходимости превентивных мер и мероприятий, которые должны приниматься заблаговременно и независимо от наличия или отсутствия прямых доказательств и количественных оценок ущерба от того или иного вида хозяйственной деятельности. Существенную роль в этом играет ГЭЭ.

ГЭЭ организуется на основании ФЗ "Об экологической экспертизе" (1995) и "Регламента проведения государственной экологической экспертизы" (1997). Результаты экспертиз ряда крупных промышленных проектов добычи углеводородов на шельфе, разработанные, в том числе, при участии зарубежных компаний, показали, что представляемые на экспертизу материалы зачастую не соответствуют требованиям российских природоохранных и нормативных документов и далеко не всегда содержат адекватные сведения и заключения о влиянии обустройства и эксплуатации объектов на окружающую среду и реальную оценку экологического риска. В связи с этим следует признать, что, несмотря на наличие большого числа различных нормативных документов (законы, постановления, указы, ГОСТы, РД и т.д.), единой системы нормативно-правового регулирования, регламентирующей хозяйственную деятельность на шельфе РФ пока не существует. Многие из документов в настоящее время устарели, другие, в результате распада СССР, потеряли свое значение. Кроме того, появились новые требования в области ООС. В настоящий момент представляется особенно актуальным разработать новые нормативные документы по ОВОС, проведению экологического мониторинга и обеспечению экологической безопасности.

2.3. Научно-методические подходы к ОВОС. Выполнен анализ российского и зарубежного опыта по развитию научных подходов к ОВОС. Показано, что ОВОС или EIA (Environment Impact Assessment), в соответствии с концепцией устойчивого развития, является одним из важнейших механизмов адекватной оценки экологической ситуации, экологического регламентирования хозяйственной деятельности, прогнозирования последствий ее реализации, экологической безопасности и получила свое развитие в конце 60-х годов первоначально в США, а затем в Японии, Канаде, Франции, Германии, Великобритании. Сейчас эта процедура используется в более чем 120 странах. В РФ процедура регламентируется "Положением об ОВОС" (1994).

Рассмотрена практика ОВОС морской нефтегазодобычи в Норвегии. Норвежское экологическое законодательство (Закон об ООС при разработке проектов, 1977; Закон о разливах, 1981; Директива ЕС № 85/337/ЕЕС, 1985) сопоставлено с законодательством и нормативно-методическими документами РФ (РД-39-018-90, 1990; Р 51-156-90, 1991; Руководство о порядке проведения ОВОС..., 1992; Временная инструкция по экологическому обоснованию..., 1992). Показано, что российская концепция ОВОС более "техническая" и базируется в основном на естественных науках. Норвежская концепция более

"социально-политическая" и при проведении ГЭЭ широко применяется общеевропейская практика (Егтготета1..., 1994).

ОВОС - процедура, главная цель которой выявление и принятие необходимых мер по предупреждению возможных неприемлемых для общества экологических и связанных с ними социальных, экономических и других последствий реализации хозяйственной и иной деятельности. При морской нефтегазодобыче задачей ОВОС является выбор экологически приемлемой схемы разработки месторождения с учетом альтернативного хозяйственного использования акватории.

До последнего времени научно-методические подходы к оценке воздействия газонефтедобычи на экосистемы морей Арктики были слабо разработаны. Сложность здесь заключалась в принципиальных различиях между геосистемами суши и моря. В море в гораздо меньшей степени проявляется очагово-дискретный характер антропогенных воздействий. Для ОВОС разведки и освоения нефтегазовых месторождений арктического шельфа был разработан комплексный подход, основанный на эмпирико-феноменологическом системном анализе (Научно-методические подходы ..., 1997) (рис. 1).

Окружающая среда регно на | 1

Намечаемая деятельность

| Априорный экспертный анализ проблемы {

Современный уровень антропогенных нагрузок

Особенности проекта

Идентификация геосистемы (масштабы,тр«ды)

Качественные имитации динамики геосистемы

Природная изменчивость _среды

Опыт аналогичных ОВОС

Математическое моделирование. онск~-аиалнз

Законодательство об охране природы

Экономические интересы государства и региона

Системный экспертный анализ

Действующая система экологического контроля

Общественное

I- 1 -,

| Рекомендации, ограничения, выводы |

Рис. !. Общая схема эмпирико-феноменологического системного анализа морских геосистем в процедуре ОВОС.

2.4. Мониторинг морских экосистем. Рассмотрены методические основы комплексного экологического мониторинга морских экосистем и его компонентов - физической, геохимической и биологической.

Сформулированы общие правила отбора переменных для мониторинга. Указано, что следует отдавать предпочтение интегральным показателям, а также показателям характеризующим неспецифический отклик на воздействующий фактор. Перестройки в сообществах и популяциях, вызываемые антропогенным воздействием, могут носить либо острый, в результате импактных воздействий в случае аварийных ситуаций, либо хронический характер - при небольших, но длительно действующих факторах воздействия. В последнем случае биологические последствия могут быть весьма инерционны и тогда чрезвычайно важным представляется выбор подходящих биологических объектов для наблюдения и контроля. Оптимальную категорию гидробионтов для этих целей составляют морская микрофлора, молодь нейстонного сообщества, макро- и мейофауна бентоса, макроводоросли (Экоинформатика, 1992; Патин, 1997). Биологический мониторинг осуществляется на индивидуальном и попу-ляционно-биоценотическом уровне.

В системе экологического мониторинга важное место занимает биотестирование. В качестве биотестов широко используются различные виды фитопланктона, зоопланктона, бентоса, отдельные представители ихтиофауны, морские микроорганизмы. Виды-индикаторы должны иметь многолетние жизненные циклы развития популяций, иметь высокую численность, быть чувствительными к исследуемому антропогенному фактору воздействия; быть доступными для проведения полевых и лабораторных наблюдений.

2.5. 2.6. Политика нефтегазовых компаний в области РОС. Экологический аудит. На примере РАО "ГАЗПРОМ", сделан анализ режима экологического приоритета, который означает, что на всех уровнях управления и во всех областях деятельности принятие и реализация всех решений проектно-технологического, производственного и экономического характера становится возможным и производится только при условии соблюдения принятых обязательств по ООС (Отраслевая экологическая политика..., 1995).

Рассмотрен традиционный подход к надзору за морскими работами по нефтегазодобыче на континентальном шельфе территориальными экологическими органами, в составе которых функционируют спецморинспекции и органы рыбоохраны субъектов РФ.

В современных условиях нефтегазовым компаниям необходимо шире применять экологический аудит. Экологические аудиторские проверки представляют собой систематический, документируемый, периодический и объективный анализ техники и технологии разведки и освоения месторождений, целью которого является обеспечение выполнения требований по охране и рациональному использованию окружающей среды. В то же время, они не заменяют собой мероприятий, предусмотренных правовыми нормами, таких как

ОВОС, получение разрешений, информирование органов государственной власти о нарушениях, ведение документации, независимые инспекции и т.д.

Глава 3. Воздействие разведки и освоения шельфовых арктических месторождений нефти и газа на морские экосистемы

3.1. Основные виды воздействий. В разделе описаны и классифицированы основные виды воздействий на окружающую среду при обустройстве и эксплуатации месторождений нефти и газа Показано, что степень воздействия будет различной для различных объектов и на разных этапах разработки и обустройства месторождений.

3.2. Воздействие поисково-оценочных работ. Рассмотрены основные этапы поисково-оценочных работ - геофизические исследования и бурение с СПБУ.

Для геофизических работ обобщены данные о воздействии конденсированных взрывчатых веществ, пневмо- и гидропушек, электроискровых источников (Муравейко и др., 1992, 1994; Сочнев и др., 1996). Отмечено, что наиболее безопасны для гидробионтов пневмоисточники и поэтому именно они получили наибольшее распространение.

Самым уязвимым звеном в пелагических биоценозах при проведении геофизических работ в море является ихтиопланктон. Он имеет наименьшую численность и биомассу, малую скорость размножения и длительное время восстановления. Поэтому в местах скоплений ихтиопланктона в период биологической весны необходимо сокращать объем сейсмических исследований. В целом, воздействие на окружающую среду при геофизических работах можно считать локальным и кратковременным.

Выполнен комплексный анализ воздействий на окружающую среду бурения скважин с СПБУ (табл. 1).

Таблица 1.

Основные воздействия на окружающую среду бурения скважин с СПБУ

Физические воздействия Химические воздействия

• акустическое излучение • замутнение воды и переотложение грунта • забор воды для технических нужд • загрязнение моря и донных отложений нефтяными углеводородами, буровыми растворами, шламами • загрязнение атмосферы выхлопными газами и продуктами сжигания пластовых флюидов

Для оценки параметров уровней акустического излучения, создаваемого работающей СПБУ, были проведены экспериментальные исследования, построены модели звукового канала и звукового поля.

Для получения спектра сигналов СПБУ на основе экспериментальных данных был использован метод максимальной энтропии (метод Берга) с применением адаптивных решетчатых фильтров (Фридлевдер, 1984), т.к. метод

;пф не дал удовлетворительных результатов. Установлено, что излучение :ПБУ имеет импульсный характер с ярко выраженными дискретными состав-яюшими на частотах 90 Гц, 100 Гц, 130 Гц и 150 Гц. Уровень дискретных со-тавляющих превышает сплошную часть спектра на 10-30 дБ.

В качестве модели морского дна использовалась система жидких погло-;ающих слоев, лежащих на жидком поглощающем полупространстве. Предлагалось, что источник акустического излучения точечный, ненаправленный, асположенный на дне. Расчет звукового поля осуществлялся методом нор-[альных волн:

ixJ,z,,zt) = pifiU-{x'JWS'j)ex V{i{K„x-2nft)-anxl2) (D

n + l V

де p(x,f,zr,zs)- давление на расстоянии х и глубине zr, создаваемое точеч-ым источником с частотой/расположенным на глубине zK \ ап - затухание п-й юды колебаний, зависящее от свойств воды и дна; К„ - волновое число п-й юды; U„(z,f)- профиль п-й моды частоты f.

Расчеты показали, что СПБУ излучает на 1-2 порядка хуже мощной батареи невмопушек (средний уровень амплитуды звукового давления импульсного игнала на расстоянии 1 м от источника - 200 дБ относительно 1 мкПаЛ/Гц), а амо излучение хотя и лежит в пределах частот коммуникационного звукового иапазона морских животных, в силу дискретности не может нести псевдосигнальной" информации или оказывать на них существенное негатив-ое влияние. Уровень шумового воздействия снижается до фоновых величин а расстоянии 10-12 км от буровой установки, однако восприниматься живот-ыми он будет лишь в радиусе 2-3 км (рис. 1).

"90Гц

-100Гц

-130Гц

-150Гц

-200Гц

10 15

Дистанция, км

20

Рис. 1. Уровень акустического излучения СПБУ.

Основными источниками загрязнения атмосферы служат дизел] генераторы, котельная, факельная линия СПБУ.

Наиболее сложной проблемой при расчете траекторий переноса загря: няющих веществ в атмосфере является задание скорости ветра. При оцет выбросов с СПБУ, ветер рассчитывался по полям атмосферного давления f основе данных ММЦ в узлах регулярных сеток в коде GRID, полученных в р зультате объективного анализа и численного расчета по современным гидр! динамическим моделям атмосферы. Величина перемещения воздушной точи в ветровом потоке за шаг времени Д' определялась из выражения (Голубев, 3; ев, 1989; Сочнев и др., 1997;Сочнев, 1998):

д/ - - ГдЛ'

_ ÓW, ft a

(2)

где ц/- вектор градиентного ветра.

Тестовые расчеты выполнялись для скважины на площади Медынска. море по реальным гидрометрическим данным за 6 лет (с мая 1988 г. по октяб[ 1994 г.). Определение максимальных приземных концентраций от источник* СПБУ проводилось с использованием алгоритмов ОНД-86 и Гауссовой моде; (Руководство ..., 1979; Костин, 1988). Расчеты показали, что максимальнь концентрации загрязняющих веществ наблюдаются в подфакельном простра стве на расстоянии не более нескольких сот метров. Превышение ПДК во можно только для сернистого газа и только в наиболее неблагоприятных атм сферных условиях. Зона превышения фоновых значений составляет поряд: 100000 м2 (или в радиусе - не более 1-2 км) (рис. 2).

Бурение под направление приводит к замутнению воды. При проектнь скоростях выбуривания осадков на поверхность (около 2,8 м3/час) даже п] низких скоростях течений (менее 5 м/с), значения концентрации взвесей уже : расстоянии около 150 м отточки бурения будут близки к фоновым (в открыт! части шельфа - 3-5 мг/л, в прибрежных зонах - 5-10 мг/л, в местах схода ледн ков - от 50 мг/л и выше). Зона повышенных, опасных для морской биоты, ко центраций (от нескольких граммов до нескольких десятков миллиграммов литре воды) будет ограничена 30-50 м от буровой колоны. Количество выб риваемых на поверхность осадков колеблется от 50 до 100 м3, в зависимости конкретной скважины. Скорости морских течений достаточно велики для п реотложения песка, размыва алеврито-пелитовых фракций и транспортиров! их во взвешенном состоянии или волочением (Айбулатов, 1990). В качест ориентировочной величины площади морского дна, подвергающейся эколог ческому воздействию при бурении поисково-оценочной скважины, мож принять значение 200 м2.

На СПБУ технологии приготовления, хранения и использования бурово раствора, утилизации шлама таковы, что их появление в морской воде в

концентрации в долях ПДК).

опасных для биоты концентрациях при безаварийной работе практически исключено. Тем не менее, СПБУ является потенциальным источником химического загрязнения моря.

Дан сравнительный анализ эколого-токсикологического воздействия нефтяных углеводородов, буровых растворов и шламов на различные группы арктических гидробионтов (Арктические моря..., 1993; Козак, 1993, 1996; Мура-вейко и др., 1994; Научно-методические подходы ..., 1997; Патин, 1997; Шпар-ковскнй, 1993; Экосистемы ...,1996).

В настоящий момент запрещен сброс в водную среду отходов бурения, опробования скважин и добычи нефтяных углеводородов (ГОСТ 17.1.3.02-77, Правила охраны вод...; ОСТ 51.015-06-85, Правила утилизации отходов...). Если, в соответствии с ГОСТ 17.1.3.02-77, сброс в море очищенных и обезвреженных буровых сточных вод еще допустим, то буровой шлам обязательно должен вывозиться на специально оборудованные береговые шламохранилн-ща, а отработанный буровой раствор на соседние ПБУ или на центральные береговые базы для хранения, обработки и повторного использования (Правила выдачи ..., 1984). Это увеличивает объем морских грузоперевозок, создает проблемы утилизации отходов на шламохранилищах и береговых базах, приводит к удорожанию строительства и эксплуатации скважин. В то же время, зарубежный опыт морского бурения с последующим сбросом обезвреженных отходов в море (Патин, 1997). свидетельствует о необходимости разработки аналогичной технологии в РФ.

С этой цепью были проведены работы по обоснованию возможности сброса в море отходов бурения на Приразломном месторождении в Печорском море. В исследованиях использовался буровой раствор ЭКОРИШ на основе суль-фацелла, разработанный ОАО НПО "Бурение" (г. Краснодар). Там же была создана технология нейтрализации бурового шлама.

ЭКОРИШ имеет в своем составе только вещества, сброс которых с морских буровых установок строго не регламентирован (анализ по методикам РД 39-0147001-741-92 и РД 118.02.7-89). Обезвреженный буровой шлам состоит из выбуренной породы (60-70%), бурового раствора ЭКОРИШ (до 20%), нефти (до 4%) и отвердителя (обезвреживающего и отверждающего состава) - до 20%. В качестве отвердителя используется композиция состоящая из портландцемента (70-80 %) и адсорбентов различного химического назначения (20-30%).

Тест-объектами служили бурая водоросль Laminaria saccharina (L.) Lamour. и зеленая водоросль Ulvaria obscura (Kutz.) Gayral. В качестве показателя роста использовалось изменение площади водоросли, регистрацию которого производили с помощью компьютерной системы анализа изображения.

Эксперименты показали отсутствие негативного влияния ЭКОРИШ в концентрациях более 100 г/л на скорость роста ламинарии и ульварии (рис. 3,а). Пробы вытяжек обезвреженного Щд-Щй и не обезвреженного ШИ02-Шн05 шлама не оказывали заметного влияния на интенсивность роста ульварии, тогда как пробы Щ,] и ШН01 (водная вьггяжка в течение первых суток) угнетали рост водоросли. При этом воздействие пробы Ш0| на рост водоросли было не значительным по сравнению с пробой IHHOi, которая полностью его блокировала (рис. 3,6).

а)

S, площадь таллома водоросли

б)

S, площадь таллома водоросли

Г U1.2

0 5 Ю

Т, часы Т, часы

Рис. 3. Действие бурового раствора ЭКОРИШ на скорость роста ламинарии Laminaria saccharina (1 - опыт, 2 - контроль; цифры над стрелками -концентрация бурового раствора в морской воде в г/л) (а) и влияние на скорость роста ульварии Ulvaria obscura обезвреженного (Ш0, кривая 2) и необезвреженного (Шно, кривая 1) бурового шлама (б).

»15

Кроме лабораторных, в весенне-летний период в течение 7 месяцев (март-сентябрь 1997 г.) проводились натурные исследования скорости обрастания обезвреженного шлама. Результаты опытов показали, что обезвреженный от-вержденный буровой шлам не изменяет фоновой скорости обрастания субстратов водорослями.

Помимо водорослей, эксперименты были выполнены на гаммарусах (Gmmnarus oceanicus). ЭКОРИШ и обезвреженный буровой шлам при концентрации в морской воде 100 г/л не вызывали гибели гаммарусов в течении 4-7 суток. Необезвреженный буровой шлам оказался токсичным для гаммарусов и вызывал 50% гибель при концентрации 30-60 г/л, а нарушал поведение при концентрации 6,4 г/л.

Для контроля, аналогичные опыты были проведены с сырой нефтью При-разломного месторождения. LC50 сырой нефти для гаммарусов находилось в пределах 0,4-0,5 г/л, а ПДК составило 0,05 мг/л.

Таким образом, обезвреживание отходов бурения исключает их негативное влияние на морских гидробионтов и они потенциально могут быть захоронены на дне моря.

Воздействие на рыбные запасы бурения с СПБУ незначительно и отсутствует необходимость с специальных компенсационных мероприятиях.

В результате проведенного анализа можно сделать вывод, что при поисково-оценочных работах с СПБУ основные техногенные воздействия на параметры морской среды при безаварийном бурении и испытании скважин будут локальными (в радиусе около 1 км) и незначительными.

Технология бурения скважин с СПБУ надежна и аварийная ситуация маловероятна, однако необходимость ее рассмотрения очевидна.

Для математического моделирования разливов нефти использовались результаты долговременных натурных экспериментов (ММБИ и VTT Manufacturing Technology летом 1994 г. в Баренцевом море) (Biosorbents ..., 1995) и результаты ДЗ с ИСЗ и СЛ (рис. 4).

Рис. 4. Нефтяное пятно (отмечено стрелкой) в районе Кольского залива (фрагмент ИК-изображения с ИСЗ ШАА-Ю 08.07.1988 г.).

При ОВОС из всех альтернатив выбирался вариант, приводящий к максимальной продолжительности сохранения пятна и наибольшей зоне результирующего загрязнения. Моделирование разливов осуществлялось по программам А.Н. Зуева (Зуев, 1993; Научно-методические подходы ..., 1997; Сочнев ь др., 1997) на основе экспериментальных данных и банка гидрологической информации автора диссертации.

Процесс растекания нефти по поверхности моря разделялся на несколько переходящих друг в друга фаз (Blokker, 1964): инерционная фаза (или фаза 1) когда потенциальная энергия плавающей массы нефти преобразуется в кинетическую энергию ее растекания; вязкостная (или фаза 2), когда потенциальна? энергия нефти тратится на преодоление сил вязкости; фаза распространения под действием сил поверхностного натяжения (или фаза 3); диффузионньи режим увеличения зоны загрязнения (или фаза 4), когда пятно перестает быть единым целым. Так как наиболее важно знать результирующую зону и интен сивность загрязнения, то при выполнении оценочных расчетов фазами 1-2 пренебрегали. Изменения параметров пятна на фазе 3 описывались формулами Фэя (Fay, 1971), уточненными на основе сопоставления с результатами натур ных экспериментов (Lehr et al., 1984).

При аппроксимации диссипации пятна нефти предполагалось, что ее коэффициент пропорционален доле легких фракций яефти, которая, в свою очередь, пропорциональна относительному объему пятна: dV

J =T]W"R°'Ry, (3)

dt x y

где V - объем пятна; t - время; W - скорость ветра; Rx, Rv - размеры пятна вдоль и поперек направления ветра, соответственно; jj- интегральный показатель дисперсии; п, т - эмпирические коэффициенты, существенно зависящие от физико-химических характеристик нефти и гидрометеорологических условий.

Траектория центра пятна определялась по схеме переменных ускорение (Waimsley, Meilhot, 1983):

(4)

где X - вектор перемещения, V - вектор скорости смещения, Дt - шаг расчета по времени.

Скорость поверхностных течений рассчитывалась по модели локальных течений Баренцева моря (Зуев, 1993). Квазипостоянная составляющая задавалась на основании схемы Танцюры (Танцюра, 1959, 1973). Характеристики эллипсг приливного течения - из справочников и рассчитывались по банку данных. Дл> расчета ветровой составляющей была разработана аналитическая модель нг основе модели Мадсена (Madsen, 1977). Верификация модели осуществлялась по данным наблюдений на АБС (Lasse, 1992). Величины среднеквадра-

тическнх ошибок расчета скорости переноса в поверхностном слое моря не превышали по скорости 5 см/с, а по направлению 25-33°.

Для оценки последствии аварии рассчитывалась динамика разлива нефти из скважины на площади Медынская-море. Расчеты выполнялись для периодов отсутствия льда по реальным гидрометрическим данным за 6 лет (1988-1994 гг.), с учетом наиболее сильных штормовых ситуаций. Предполагалось, что при срабатывании превснторов. возможный объем разлива составит не более 1 м3. Оказалось, что время существования пятна нефти как единого целого, во всем возможном диапазоне гидрометеорологических условий, составляет около 5 часов. При этом оно может переместиться не более чем на 9 км от точки бурения и занять площадь до 0,13 км" (рис. 5). Таким образом, при штатной работе противофонтанного оборудования СПБУ, аварийный выброс углеводородов из скважины не может привести к поражению биоты на значительной акватории и побережье.

разливе нефти в районе площади Медынская-море летом. Цифры на врезке соответствуют вероятности загрязнения в %.

При моделировании разлива бурового раствора рассматривались два сценария: разовый выброси постоянно действующий источник.

При разовом выбросе пренебрегали начальной стадией формирования пятна и рассматривали распределение начальной концентрации как мгновенно образующийся радиально концентрический столб жидкости, однородный по вертикали в пределах всего рассматриваемого слоя. В этом случае окончательная зависимость для расчета концентрации в свободно дрейфующем по потоку диффундирующем пятне нейтральной примеси может быть записана в виде

(Joseph, Sendner, 1958; Марчук и др., 1987; Монин, Яглом, 1965, 1967; Океано логия..., 1978):

„ &с„

2npzBt1

у~+вгргЛ

pt

(5]

где Qa- мощность загрязнения (первоначальный объем примеси); С„- концен трация загрязняющих веществ в источнике; В - толщина слоя в пределах кото poro происходит диффузия; а, ¡5 - локальная система координат, причем на правление оси а совпадает с направлением преобладающих течений, а ось у перпендикулярна ему ; д - коэффициент эллиптичности пятна.

Когда можно пренебречь эллиптичностью диффузии и считать коэффици ент турбулентного обмена постоянным, для расчета концентраций хорошие ре зультаты дает упрощенная формула:

c^Ms-eJ-íL) (6)

с 4л№ ехр1 4kt)

Обобщение данных натурных экспериментов показало применимость зави симостей вида (5) для практических расчетов диффузии нейтральных загряз няющих веществ в масштабах до 100 км (Okubo, 1962, 1970). При больши; масштабах, когда размеры пятна становятся сравнимы с максимальными раз мерами вихрей, лучшее соответствие получается при использовании зависимо ста вида (6).

В случае постоянно действующего источника, на начальной стадии распре деление концентраций может рассматриваться как суперпозиция большого числа перекрывающихся пятен от разовых выбросов в одной и той же точке t последовательные моменты времени. При большой длительности действия источника можно перейти к стационарному уравнению диффузии:

VfX\ е'{{к,Г), (7)

За Зр\ Зр) решение которого имеет вид:

г f f) (8)

где Q- удельный расход источника загрязнения, L - расстояние до точки расчета вдоль струи.

Как и для разливов нефти в районе площади Медынская-море, расчеты разлива бурового раствора выполнялись для периодов отсутствия льда по реальным гидрометрическим данным за 6 лет (1988 - 1994 гг.). Так как плотность бурового раствора выше плотности воды, в придонном слое моря возникает локальная зона загрязнения. Разбавление в 1000 раз при средних гидрометеорологических условиях происходит на расстоянии нескольких десятков метроЕ за несколько минут, в 1000000 раз - на расстоянии порядка 5-6 км за несколько

часов. Такое разбавление соответствует уменьшению ниже уровня ПДК наиболее токсичных компонент бурового раствора. При уменьшении скорости течения концентрации в районе выброса становятся несколько выше, а сама зона загрязнения меньше. Однако, при любых синоптических ситуациях загрязнение остается локальным. Концентрации на уровне ПДК и выше могут иметь место только на расстоянии не более 6-10 км от СПБУ.

3.3. Воздействие при обустройстве, эксплуатации и ликвидации объектов на месторождении. Проанализированы основные факторы воздействия на окружающую среду строительства, эксплуатации и ликвидации морского добычного комплекса и подводного магистрального трубопровода (табл. 2).

Таблица 2.

Основные факторы воздействия на окружающую среду обустройства, эксплуатации и ликвидации морских месторождений (без учета бурения)

Строительство

Эксплуатация

Морской добычной комплекс

шумы интенсивного судоходе тва замугнение воды и переотложение грунта при монтаже подводного обор удования изменение среды обитания бентоса за счет привнесения искусственных су бсгратов изменение воздушной среды обитания морских птиц вследствие появления на д-водных ко нструкций

шумы работающих ЛСП забор воды на технические н ужды воздействие систем охлаждения технол о-гического обор удования загрязнение воды, донных осадков и гид-робионтов при хронических или спуча й-ных разливах углевод ородов загрязнение атмосферы выхлопными г азами и продуктами сжигания пластовых флюидов

Подводный трубопровод

шумы строительных машин (земснарядов, трубозаглубителей и т.д.), ударные волны при проведении взрывных работ на скал ь-ных участках прокладки взмучивание и дампинг донных осадков, нарушение среды обитания бентоса на участках прокладки труб, увеличение с о-держания биогенных элементов в воде, локальное изменение среды обитания планктона и пелагических рыб привнесение искусственных донных су б-стратов, формирование биоценозов обрастаний труб

воздействие машин и механизмов, стро и-телей, работающих в береговой зоне, в том числе, увеличение бракои ьерства

шумы в результате транспортировки пр о-дукта под давлен ием термическое воздействие из-за разницы температуры трубы и окр ужающих вод размыв грунта и изменение структуры донных осадков и среды обитания бентоса в непосредственной близости от трубы и под ней

изменение условий существования гидро-бионтов вследствие установления полосы отчуждения, запретной для рыболовства и других видов деятельн ости

Ликвидация

взмучивание донных осадков при демонтаже подводною оборудов ания вторичное химическое загрязнение воды, донных осадков и гидроби онтов

среднее положение льда в апреле (максимальное развитие ледяного покрова) изолиния 1% вероятности достижения газоконденсатом береговой черты при аварии танкера

безопасная дистанция (от берега) танкерных перевозок

наиболее экологически уязвимые районы моря и побережий

моря

Рис. 6. Взаимное расположение зон воздействия ШГКМ.

Построена модель шумоизлучения подводного магистрального газопровода. Основным источником шума вблизи ЛСП является работа компрессора, возбуждающая интенсивные колебания стенок, а на больших расстояниях - переход к стенкам энергии турбулентного газового потока в местах поворотов труб. Уровень сигналов превышает фон на 20 дБ и при отсутствии направленности излучения интенсивность шума газопровода уже на небольшом расстоянии становиться ниже шумов акватории.

На примере ТЭО обустройства и эксплуатации ШГКМ дан количественный анализ воздействий (табл. 3, рис. 6). Предложен альтернативный вариант прокладки системы магистральных трубопроводов в обход основных рыбопромысловых квадратов в Баренцевом море. Показано, что суммарный ущерб

район ШГКМ

трасса газопровода (основная)

-50%.

трасса газопровода (варианты)

зона возможного загрязнения в придонных слоях

>«4 4

рыболовству даже при безаварийной эксплуатации объектов может быть весьма значителен, а наиболее тяжелые последствия для морских экосистем будут иметь место при аварийных разливах углеводородов, достигающих арктических побережий.

Таблица 3.

ОВОС обустройства и эксплуатации ШГКМ_

Объекты воздействий Район ЛСП Трасса трубопроводов

Море Прибрежье

С Э А С э А С Э А

Качество воздуха 1лк 1лк 2лк 1лк - 1лк 1лк - 1лк

Качество воды 2лд 1лк 5рк 2лд 1лк 1лк 2лк 1лк 1лк

Планктон 1лк 1лк Злк 1лк 1лк 2л к Злк 1лк 2лк

Бентос 2лк Злд 4лк 1лк 2лд 2л к Зрд 1лд 2лк

Морские птицы 2лд Злд 4рк 1лк 1лк Злк 2лк 1лк 4л к

Ихтиофауна 1лд 1лд Злк 1лд 1лд 2л к Злд 1пд Злк

Мор.млекопитающие 2лк 1лк 2лк 1лк 1лк 1лк 4лд 2лк 5рд

С- строительство, Э - эксплуатация, А - авария. Оценка - сочетание балла интенсивности (от 1 до 5), пространственного (л -локальный, р - региональный) и временного (к - кратковременный, д - долговременный) масштабов воздействия (Временная ..., 1992).

Рассмотрен альтернативный вариант обустройства ШГКМ с использованием МГД-генератора на ЛСП и транспортировкой электроэнергии на материк по подводному электрическому кабелю.

Глава 4. Функционирование СЭБМ при разведке и освоении месторождений на арктическом шельфе

4.1. Концепция системы. Концепция, заложенная в разработанную СЭБМ, заключается в совмещении комплексного экологического мониторинга природной среды с операциями по контролю технического состояния морских сооружений при обустройстве и эксплуатации морских месторождений углеводородов.

Цели создания СЭБМ заключаются в полном предупреждении или максимальной минимизации негативных последствий обустройства и эксплуатации месторождений, снижении технологического и экологического риска при добыче сырья, создании новых экологически чистых технологий, минимизации экономического ущерба в результате проведения компенсационных мероприятий по ООС. СЭБМ должна функционировать в трех основных взаимосвязанных режимах - комплексной экологической съемки, подводного инспектирования, ликвидации аварии.

В качестве информационной основы СЭБМ предлагается использовать двухкомпонентную геоэкоинформационную систему (ГЭИС), включающую

измерительно-информационную систему (ИИС) и обрабатывающую информационную систему (ОИС).

4.2. Комплексный экологический мониторинг. Программа мониторинга режим, сетка станций, измеряемые параметры) при освоении нефтегазовых ресурсов шельфа стандартизирована в соответствии с международной практи-<ой подобных исследований (Guide-lines ...,1989) (табл. 4).

Таблица 4.

Режимы мониторинга

на различных этапах обустройства и эксплуатации месторождения

Стадия разработки месторождения Виды мониторинга Минимальная периодичность измерений Рекомендуемая периодичность измерений

Геологические и геофизические эаботы Комплексный (физический, геохимический, биологический) Разовая фоновая съемка до начала буровых работ Многолетние комплексные экологические исследования

Лоисково-эценочные заботы Комплексный (физический, геохимический, биологический) Не выполняется при безаварийной работе 1 раз в год

Разработка ТЭО \ проекта Комплексный (физический, геохимический, биологический) Разовая фоновая съемка до начала строительных работ Разовая фоновая съемка до начала строительных работ

Гтроительство Физический Геохимический Биологический 1 раз в год 1 раз в год 1 раз каждые 3 года 1 раз в год 1 раз в год 1 раз в год

Эксплуатация Добычной комплекс Подводные коммуникации Геохимический Биологический Геохимический Биологический 1 раз каждые 3 года 1 раз каждые 3 года 1 раз каждые 6 лет 1 раз каждые 6 лет 1 раз каждые 3 года 1 раз каждые 3 года 1 раз каждые 3 года 1 раз каждые 3 года

7иквидация Геохимический Биологический 2 раза за 12 лет 2 раза за 12 лет 2 раза за 6 лет 2 раза за 6 лет

В основе выбора контролируемых параметров лежат результаты ОВОС и юниторинга на месторождениях в Баренцевом и Печорском морях.

При проведении строительных работ на месторождении основное внима-ше уделяется наблюдениям за короткоцикличными компонентами экосисте-ш, вносящими основной вклад в продукционные процессы и деструкцию ор-аннчсского вещества, при эксплуатации - за сообществами макробентоса, по-:кольку в их составе преобладают долгожпвущне виды, с многолетними жиз-1енными циклами. Благодаря этим формам в структуре сообществ хорошо со-

храняются следы антропогенного иипакта даже после его исчезновения. Поэтому, в плане многолетнего мониторинга сообщества макробентоса представляют собой почти идеальный тест-объект.

Создать универсальную сеть станций экологического мониторинга, приемлемую для всех этапов освоения любого из нефтегазовых месторождений арктического шельфа не возможно. Проблема заключается в необходимости учета особенностей реализации каждого конкретного проекта. Однако следует учитывать, что на границе мониторинговой сети интегральное воздействие должно быть исчезающе мало.

Обычно для мониторинга в районе месторождения используют нерегулярную сетку станций. При наличии подводных трубопроводов или танкерной транспортировки продукции, измерения вдоль трассы выполняются регулярно с дискретностью около 5 миль. Если будет установлено наличие сильного или ранее неспрогнозированного воздействия, то в районе разворачивается оперативная локальная регулярная площадная сеть станций с шагом 200-500 м с целью точной локализаций его источника.

Исходя из условий протекания аварии, в районе разворачивается оперативная мониторинговая сеть. Ее размеры целиком и полностью определяются возможной зоной поражения экосистем. В дальнейшем, по результатам ОВОС, может быть сформирована сеть долгосрочных наблюдений.

4.3. Контроль технического состояния объектов обустройства и эксплуатации. Контрольный осмотр и техническое обслуживание подводного сооружения во время эксплуатации рассматривается как продолжение детальных проверок, необходимых и выполняемых при его изготовлении, буксировке к месту установки и монтаже.

Проанализированы планирование и программы проверок для различных объектов обустройства морских месторождений. Рекомендуется, чтобы проверки ЛСП и трубопроводов выполнялись ежегодно.

4.4. Чрезвычайные ситуации. При возникновении ЧС, связанных с опасными природными явлениями или возникновением аварийных ситуаций, СЭБМ переводится в режим "ликвидации аварии".

Рассмотрены планы действия в ЧС, уровни реагирования, распределение зон ответственности. План действия в ЧС разрабатывается на этапе ТЭО. При его разработке компания должна учитывать наличие БАСУ и предприятий, заинтересованных в обеспечении безопасной эксплуатации месторождений. Возможно создание совместных интегрированных систем управления, судового обеспечения и материально-технических баз.

До начала обустройства месторождения (фазы эксплуатационного бурения) материально-техническое и судовое обеспечение системы аварийного реагирования может быть организовано на базе существующих средств БАСУ (Бассейновый план..., 1996)

4.5. ГЭИС. Сформулированы технические требования к ИИС и ОИС.

ИИС строится по схеме "ИСЗ-СЛ-НИС-АБС(ЛСП)". Совместимость данных обеспечивается синхронностью (квазисинхронностью) измерений с носителей аппаратуры разных уровней, метрологическим единством всех видов информации, сопоставимостью масштабов и разрешающей способности исследовательских комплексов.

На основе спектрального анализа разработана методика обработки данных ДЗ СЛ. Это позволило провести идентификацию и разделение спектральных компонент исследуемого сигнала на обусловленные собственно изменчивостью объектов ДЗ, и помехи, возникающие в системе измерений. Основной причиной возникновения помех является вибрация планера, которая приводит к изменениям высоты полета, курсового угла, крена и тангажа.

Работы велись на борту ИЛ-18ДОРР. ДЗ рассматривалось как случайный процесс. Оценивание его свойств проводилось с помощью тестов стационарности, периодичности и нормальности (Бендат, Пирсол, 1974). Затем осуществлялась цифровая низкочастотная фильтрация с помощью синусного варианта фильтра Баттеруорта, вычислялось преобразование Фурье, к которому применялось спектральное окно Гудмена-Эноксона-Отнеса (Отнес, Эноксон, 1982) и рассчитывались спектральные оценки мощности.

Было установлено, что спектр вибраций ограничен снизу пространственными масштабами в несколько километров (рис. 7). При ухудшении метеоусловий он уширяется, в нем появляются более высокочастотные составляющие. С другой стороны, доступными ДЗ с борта СЛ являются синоптические и глобальные неоднородности в атмосфере и океане (Федоров, 1983; Каменкович и др., 1987), изменчивость которых следует искать в низкочастотной часта спектров измеряемых параметров. Это дало возможность реализовать в полете динамический режим спектрального анализа и существенно повысить достоверность получаемых данных.

Километры

Рис. 7. Спектры колебаний градиента угла крена С Л Ш1-18ДОРР при полете в слабо (Ю) и высоко (112) турбулентной атмосфере.

Разработан проект ИИС для ДП 'ТАЗФЛОТ' РАО "ГАЗПРОМ". Космическая информация поступает в ИИС с российских и зарубежных ИСЗ (ALFA, ERS и др.). Авиационно-измерительный комплекс размещается на СЛ АН-ЗОД, а судовой - на НИС «Академик Голицын». НИС оснащается подводными аппаратами типа Hyball фирмы Hydrovision, SeaROVER фирмы Bentos, Ocean Surveyor фирмы Seametrix. Используются АБС типа Wavescan компании Seatex, Tobis компании Oceanor. ИИС, в целом, опробована на практике и обладает достаточной универсальностью, что позволяет применять ее на любом из нефтегазовых месторождений арктического шельфа.

Разработана методика проведения комплексных экологических съемок, включающая работы на морских экологических полигонах и экотраверзах. Ее эффективность проиллюстрирована на примере исследований грибовидного течения в прикромочной зоне морского дрейфующего льда весной 1989 г. и комплексной экологической съемки осенью 1991 г. Баренцевом море.

Грибовидные течения во фронтальных зонах Мирового океана были открыты К.Н. Федоровым на основе данных ИСЗ (Гинзбург, Федоров, 1984). Им же была построена теория и выполнено лабораторное моделирование развития этих течений. Однако получить экспериментальные данные in sitó длительное время не удавалось. Впервые грибовидное течение было исследовано в прикромочной зоне морских дрейфующих льдов Баренцева моря с помощью данных ИСЗ NOAA-9,-10, СЛ ИЛ-18ДОРР и синхронных измерений с борта НИЛ "Отто Шмидт" в первой декаде апреля 1989 г. Полученные экспериментальные данные сопоставлены с результатами лабораторного моделирования (Афанасьев, Воропаев, Филлипов, 1989).

ОИС представляет собой совокупность информационных, организационно-технических и программных средств, обеспечивающих интегрированное хранение и дифференцированное использование данных в СЭБМ.

ОИС включает научно-методическую, информационную и технологическую составляющие. Научно-методическая составляющая задает тематическую направленность ОИС (оценка фонового состояния окружающей среды, ОВОС, экологический мониторинг, управление безопасностью объектов, ликвидация аварий и т.д.). Информационная - интегрирует данные в тематическую базу (ТБД), функционирование которой поддерживается инструментальными системами управления базами данных (СУБД) и геоинформационными системами (ГИС). Технолого-техническая - обеспечивает функционирование системы на базе аппаратных и программных средств.

Создание ОИС осуществляется поэтапно. На первом подготовительном этапе накапливаются данные и информация, верифицируются модели и методы расчета, анализируются и интегрируются технологии сбора данных. На втором - производится проектирование ОИС, включающее подготовку требований к ее структурным элементам и создание отдельных элементов, включающих ТБД,

СУБД и т.д. Третий этап состоит в ведении ГБД, включая результаты расчетов и моделирования, с использованием СУБД- и ГИС-технологий, а на четвертом

- создаются проблемно-ориентированные приложения и информационная продукция.

Отдельные элементы ОИС спроектированы и применяются на практике. Это относиться, в первую очередь, к ТБД, гидродинамическим моделям, моделям расчета переноса пятна углеводородов.

Заключение

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. На основе комплексного подхода к исследованию экологической обстановки в морях арктического континентального шельфа России сформулированы, обоснованы и разработаны научно-практическая концепция и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды при проведении операций по нефтегазодобыче на базе СЭБМ.

2. Разработана и реализована на практике методика комплексных экспериментальных исследований экологический обстановки в морях Западной Арктики с использованием ИСЗ, СЛ и НИС.

3. Разработана и реализована на практике методика ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе.

4. В результате ОВОС поисково-оценочных работ с СПБУ установлено, что техногенные воздействия на параметры морской среды при безаварийном бурении и испытании скважин будут локальными (в радиусе около 1 км) и незначительными.

5. При разработке крупных месторождений углеводородов на арктическом шельфе воздействиям подвергаются все структурно-функциональные образования, имеющие ранг экосистем, а основной залог экологической безопасности

- конструктивная и эксплуатационная надежность производственных объектов.

В этом случае, негативное воздействие на окружающую среду обусловлено комплексом факторов, основные из которых:

• строительные работы, связанные с установкой ЛСП, ПМ и прокладкой коммуникаций и трубопроводов (выемка грунта, отчуждение участков дна, монтаж);

• несанкционированные выбросы (сбросы) и утечки добываемого сырья, буровых растворов, шламов, пластовых и промышленных вод, в том числе, при авариях на скважинах;

• транспортная активность (активизация судоходства, деятельность вспомогательных плав- и авиасредств);

• эмиссия и аварийные выбросы в воздушную и водную среды продуктов обработки углеводородного сырья;

• аварийные ситуации на ЛСП, морских трубопроводах, хранилищах и танкерах.

6. Наиболее тяжелые последствия для морских экосистем будут иметь место при аварийных разливах углеводородов, достигающих арктических побережий.

7. Экологическая оптимизация строительства объектов (учет пространственно-временных закономерностей жизненных циклов гидробионтов) и маршрутов транспортировки сырья (обход наиболее важных промысловых районов), токсикологический анализ буровых растворов и углеводородов, использование естественных (водоросли) и биотехнически сконструированных (биосорбенты) средств борьбы с аварийными разливами и хроническим загрязнением, присвоение ряду новых арктических берегов и морских акваторий статуса особо охраняемых природных территорий, развертывание систем экологического мониторинга - будут способствовать минимизации негативных экологических последствий разработки морских месторождений.

8. Использование современных технологий обезвреживания отходов бурения позволяет исключить их негативное влияние на морские экосистемы и они потенциально могут захораниваться на морском дне.

9. На практике в рамках СЭБМ принципиально возможно совместить выполнение экологического мониторинга с операциями по контролю технического состояния морских сооружений при обустройстве и эксплуатации месторождений

10. В качестве информационной основы СЭБМ целесообразно использовать двухкомпонентную ГЭИС, включающую ИИС и ОИС. СЭБМ функционирует в трех основных взаимосвязанных режимах - комплексной экологической съемки, подводного инспектирования, ликвидации аварии. Сбор данных для СЭБМ включает проведение комплексных экологических съемок по сети станций (экологические полигоны) и разрезов (экотраверзы).

11. Сформулированы основные требования к техническим средствам сбора и обработки экологической информации в СЭБМ. Разработаны и опробованы на практике методика измерений и программные средства, обеспечивающие интегрированное хранение и дифференцированное использование данных.

12. Развертывание СЭБМ должно предшествовать началу широкомасштабного освоения месторождений углеводородов на арктическом континентальном шельфе.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Сочнев О.Я. О частотной зависимости коэффициента затухания звукового

поля в мелком море // Акустический журнал. - 1986. - Т. 32. - Вып. 1. - С.

117-118. (Соавт.: Журавлев В.А., Зарубин В.Н.).

2. Сочнев О.Я. Влияние вибрации планера на результаты дистанционных измерений с борта самолета-лаборатории ИЛ-18 ДОРР. - Мурманск: Норд, 1989.- 120 с.

3. Сочнев О.Я. Комплексное использование спутниковых, авиационных и судовых измерений при исследовании прикромочной зоны морских дрейфующих льдов. Тез. Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследовании атмосферы и океана, апрель, 1989, Звенигород". М.: АН СССР, 1989. С. 21. (Соавт.: Волошина ИЛ.).

4. Сочнев О Л. Алгоритмы климатической и статистической обработки на ЭВМ глубоководных данных по районам ледовой кромки. Тез. Всесоюзного семинара "Океанические фронты северных морей: характеристики, методы исследований, модели". М.: Гидрометцентр СССР, 1989. С. 52-53. (Соавт.: Волошина И.П.).

5. Сочнев О.Я. Использование ЭВМ для анализа изменений гидрофизических параметров на секущих гидрологических разрезах по схеме "чистая вода - кромка льда - лед" в районах ледовой кромки. Тез. Всесоюзного совещания "Актуальные проблемы развития океанической информации, 2226 мая 1989, Обнинск". Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 1989. С. 181-182. (Соавт.: Волошина И.П.).

6. Сочнев О.Я. Об особенности звукового канала в шельфовой зоне СевероЕвропейского бассейна // Морской гидрофизический журнал. - 1990. -№ 5.

- С. 53-55. (Соавт.: ВолошинаИ.П.).

7. Сочнев О.Я. Комплексный эксперимент по схеме "ИСЗ-самолет-ледокол" (методические указания). - Мурманск: ПИНРО, 1991. - 106 с. (Соавт.: Волошина И.П., Черноок В.И.).

8. Сочнев О.Я. Многоцелевые комплексы авиазондирования природной среды (справочное пособие). - Мурманск: ПИНРО, 1991. - 80 с. (Соавт.: Волошина И.П., Черноок В.И., Мясников В.И. и др.).

9. Сочнев О.Я. Исследование грибовидного течения в прикромочной зоне шельфа Северо-Европейского бассейна // Морской гидрофизический журнал. -1991. - № 4. - С. 60-64. (Соавт.: Волошина И.П.).

10. Сочнев О.Я. Наблюдение поверхностных загрязнений района Кольского залива по ИК-измерениям// Исследование Земли из космоса. -1991. - № 6.

- С. 62-64. (Соавт.: Волошина И.П.).

11. Сочнев О.Я. Дистанционный экологический мониторинг Баренцева моря. -Апатиты: КНЦ РАН, 1993. - 125 с. (Соавт.: Матишов Г.Г., Черноок В.И.).

12. Сочнев О.Я. Комплексная дистанционная экологическая съемка Баренцева моря осенью 1991 года. - Апатиты: КНЦ РАН, 1994. - 55 с. (Соавт.: Матишов Г.Г., Черноок В.И., Забавников В.Б.).

13. Сочнев О.Я. Система экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды для Штокмановского газоконденсатного место-

рождения в Баренцевом море. Тез. докл. II междунар. конф. «Освоение шельфа арктических морей России (RAO-95): Санкт-Петербург, 18-21 сент. 1995 г». СПб.: СПбГТУ, 1995. С. 311-313. (Соавт.: Матишов Г.Г.).

14. Сочнев О.Я. Научно-методические и практические особенности процедуры ОВОС Штокмановского газоконденсатного месторождения в Баренцевом море (опыт экологического обоснования). Тез. докл. II междунар. конф. «Освоение шельфа арктических морей России (RAO-95): Санкт-Петербург, 18-21 сент. 1995 г». СПб.: СПбГТУ, 1995. С. 359-360. (Соавт.: Матишов Г.Г., Денисов В.В.).

15. Сочнев О.Я. Научно-методические и практические особенности экологической оценки Штокмановского газоконденсатного месторождения в Баренцевом море. Тез. докл. междунар. конф. «Современное состояние и перспективы исследований экосистем Баренцева, Карского морей и моря Лаптевых. Мурманск, 10-15 окт. 1995 г.» Мурманск: ГУПП "Русская Ла-ландия", 1995. С. 61. (Соавт.: Матишов Г.Г., Денисов В.В., Петров B.C.).

16. Сочнев ОЛ. Комплексирование методов имитационного моделирования как основа эколого-географического анализа в процедуре ОВОС морских нефтегазовых месторождений. Тез. докл. межд. конф. "Методология и процедура оценки воздействия морской нефтегазовой индустрии на окружающую среду Арктики". Мурманск: ГУПП "Русская Лаландия", 1996. С. 7-11. (Соавт.: Матишов Г.Г., Денисов В.В., Зуев А.Н.).

17. Сочнев О.Я. Эволюционные особенности реагирования арктической морской биоты на техногенное загрязнение среды. Тез. докл. XI международного совещания по эволюционной физиологии. - СПб: РАН, 1996. С. 273274. (Соавт.: Шпарковский И.А., Муравейко В.М., Александров Д.И.).

18. Сочнев О.Я., Матишов Г.Г., Денисенко Н.В., Денисенко С.Г., Денисов В.В., Зуев А.Н., Шпарковский И.А. Результаты оценки воздействия на окружающую среду поисково-оценочных работ на нефть и газ на структуре Варандей-море. Тез. докл. III междунар. конф. «Освоение шельфа арктических морей России (RAO-97): Санкт-Петербург, 23-26 сент. 1997". СПб: ЦНИИ А.Н. Крылова, 1997. С. 441-442. (Соавт.: Матишов Г.Г., Денисов В.В., Зуев А.Н., Шпарковский И.А. и др.).

19. Сочнев О.Я. Предварительный экологический анализ проекта строительства Северного морского порта в губе Печенга. Тез. докл. III междунар. конф. «Освоение шельфа арктических морей России (RAO-97): Санкт-Петербург, 23-26 сент. 1997". СПб: ЦНИИ А.Н. Крылова, 1997. С. 494. (Соавт.: Матишов Г.Г.).

20. Сочнев О.Я. Сенсорные системы рыб - индикаторы загрязнения окружающей среды. Тез. докл. III междунар. конф. «Освоение шельфа арктических морей России (RAO-97): Санкт-Петербург, 23-26 сент. 1997". СПб: ЦНИИ А.Н. Крылова, 1997. С. 450. (Соавт.: Муравейко В.М.).

21. Сочнев О.Я. Проблемы экологической безопасности и методология ОВОС при нефтегазодобыче и развитии портовой инфраструктуры в Западно? Арктике. Тез. докл. III междунар. конф. «Освоение шельфа арктическю морей России (RAO-97): Санкт-Петербург, 23-26 сент. 1997". СПб: ЦНИЕ А.Н. Крылова, 1997. С. 456-457. (Соавт.: Матишов Г.Г., Денисов В.В. Шпарковский И. А., Кириллова Е.Э.).

22. Сочнев ОЛ. Мониторинг и система экологической безопасности // Научно-методические подходы к оценке воздействия газонефтедобычи на эко системы морей Арктики (на примере Штокмановского проекта) / Под. ред Г.Г. Матишова, Б.А. Никитина. - Апатиты: КНЦ РАН, 1997. С. 341-363.

23. Сочнев О.Я. Экологическая оптимизация маршрута трассы подводного га зопровода // Научно-методические подходы к оценке воздействия газо нефтедобычи на экосистемы морей Арктики (на примере Штокмановскогс проекта) / Под. ред. Г.Г. Матишова, Б.А. Никитина. - Апатиты: КНЦ РАН 1997. С. 341-344. (Соавт.: Матишов Г.Г., Семенов В.Н.).

24. Сочнев ОЛ. Оценка воздействия на окружающую среду поисково оценочных работ на нефть по площади Медынская-море в юго-восточно! части Баренцева моря. - Мурманск: Мип-999, 1997. - 84 с. (Соавт.: Мати шов Г.Г., Денисенко Н.В., Денисенко С.Г., Зуев А.Н., Карамушко О.В. Шпарковский И.А.).

25. Сочнев О .Я., Экологический мониторинг районов и объектов морское нефтегазодобычи. Тез. докл. междунар. конф. "Экологический монитории морей Западной Арктики (от концепции к практике)". Мурманск. 2Ъ-И октября 1997 г. - Мурманск: МИП -999, 1997. С 80-84. (Соавт.: Никитш Б.А., Шемраев Г. А., Журавель В.И., Дерцакян А.К.).

26. Сочнев О.Я. Комплексная экологическая экспедиция в Тазовскую губ; Карского моря (8-15 мая 1997 г.). Информационный бюллетень о научны; экспедициях ММБИ КНЦ РАН в 1997 году. - Мурманск: МИП-999, 1998 С. 72-75.

МУРМАНСКИЙ МОРСКОЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КОЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

„ V

правах рукописи

УДК 551.351(462.32): 574.£: 62^.24: 628.394

ПРИНЦИПЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ НА АРКТИЧЕСКОМ ШЕЛЬФЕ

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность: 05.15.12- разработка морских месторождений

полезных ископаемых 11.00.08- океанология

Научные

консультанты: Академик Российской академии наук,

доктор географических наук, профессор Г.Г. Матишов

Академик Международной академии минеральных ресурсов, доктор технических наук Б.А. Никитин

МУРМАНСК 1998

Содержание

Стр.

Введение 7

Глава 1. Экологическая безопасность и экологический 16 мониторинг нефтегазодобычи на арктическом шельфе. Состояние проблемы. Постановка задачи

1.1. Основные понятия 16

1.2. Существующие СЭБМ 17

1.2.1. ЕГСЭМ 17

1.2.2. Региональные ведомственные системы мониторинга 23

1.2.2.1. Региональная система Росгидромета 24

1.2.2.2. Региональная система Роскомрыболовства 33

1.2.2.3. Система Северного флота ВМФ России 35

1.2.2.4. Система SEA WATCH 35

1.2.2.5. Система Российской академии наук 37

1.2.3. Экологический мониторинг газовой промышленности 44

1.2.4. Международные аспекты мониторинга 49

1.2.5. РСЧС 52 1.3 Необходимость и принципы создания СЭБМ разведки, 56

добычи и транспортировки углеводородов на арктическом шельфе

Глава 2. Концепция экологической безопасности 61 разведки и освоения морских нефтегазовых месторождений

2.1. Нормативная база 61

2.2. Государственная экологическая экспертиза 63

2.3. Научно-методические подходы к ОВОС 65

2.3.1. Легитимизация оценки воздействия в современной 65 природоохранной практике

2.3.2. Эколого-географический анализ в процедуре ОВОС 81 морских нефтегазовых месторождений

2.4. Мониторинг морских экосистем 101

2.5. Политика нефтегазовых компаний в области ООС 107

2.6. Экологический аудит 110

Глава 3. Воздействие разведки и освоения шельфовых 112 арктических месторождений нефти и газа на морские экосистемы

3.1. Основные виды воздействий 112

3.2. Воздействие поисково-оценочных работ 113

3.2.1. Геофизические работы 113

3.2.1.1 Пневмопушки 114

3.2.1.2. Гидропушки 117

3.2.1.3. Электроискровые источники 119

3.2.2. Поисково-оценочное бурение с СПБУ 121

3.2.2.1. Техника и технология ведения работ 121 (на примере Печорского моря)

3.2.2.2. В оздействие при безаварийной работе 124

3.2.2.3. Гидроакустические поля 125

3.2.2.4. Загрязнение атмосферы 141

3.2.2.5. Переотложение грунта. Выживаемость гидробионтов 151

3.2.2.6. Электромагнитные поля 156

3.2.2.7. Экотоксикология углеводородов, буровых растворов и 156 шламов. Захоронение отходов бурения в море

3.2.2.8. Сброс сточных вод 181

3.2.2.9. Экологический ущерб 183 3.2.2.10. Аварийные ситуации. Разливы углеводородов 185

3.2.2.5. Меры по снижению и предотвращению негативных 206 экологических последствий

3.3. Воздействие при обустройстве, эксплуатации и 209 ликвидации объектов на месторождении

3.3.1. Факторы влияния морского добычного комплекса 209

3.3.1.1. Буровые и строительные работы 209

3.3.1.2. Эксплуатация 211

3.3.1.3. Аварийные ситуации 212

3.3.1.4. Ликвидация 213

3.3.2. Факторы влияния подводного трубопровода 213

3.3.2.1. Строительство 213

3.3.2.2. Эксплуатация 214

3.3.2.3. Аварийные ситуации 214

3.3.2.4. Ликвидация 216

3.3.3. Количественные оценки факторов воздействия 216 (на примере ШГКМ в Баренцевом море)

3.3.3.1. ШГКМ. Освоение и эксплуатация 217

3.3.3.2. Воздействие на абиотические факторы среды 222

3.3.3.3. Воздействие на экосистемы 249

3.3.3.4. Альтернативные варианты обустройства 271

Глава 4. Функционирование СЭБМ при разведке 280 и освоении месторождений на арктическом шельфе

4.1. Концепция системы 280

4.1.1. Цели и задачи 280

4.1.2. Структура 281

4.1.3. Основные режимы функционирования 281

4.2. Комплексный экологический мониторинг 282

4.2.1. Цели и задачи 282

4.2.2. Режимы 284

4.2.3. Контролируемые параметры 287

4.2.4. Сетка станций 291

4.3. Контроль технического состояния объектов 295 обустройства и эксплуатации

4.3.1. Цели и задачи 295

4.3.2. Планирование проверок 296

4.3.3. Программы проверок 297

4.4. Чрезвычайные ситуации 298

4.4.1. Планы действий 298

4.4.2. Уровни реагирования 299

4.4.3. Зоны ответственности 301

4.5. ГЭИС 302

4.5.1. ИИС 302

4.5.1.1. Принципы создания 3 02

4.5.1.2. КИИК 304

4.5.1.3. АИИК 305

4.5.1.4. СИИК 319

4.5.1.5. ПИИК 323

4.5.1.6. АБС 327

4.5.1.7. Особенности сбора экологических данных 330 в контактной зоне "суша-море"

4.5.1.8. Схема "ИСЗ-самолет-судно-буи" 332

4.5.1.9. Комплексные океанографические эксперименты 339 и экологические съемки (практические примеры)

4.5.2. ОИС 360

4.5.3. Объем финансирования 365

Заключение 367

Список сокращений 370

Литература

374

Введение

Начиная с 50-х и вплоть до середины 80-х годов нефтяная и газовая промышленности, как базовые отрасли топливно-энергетического комплекса (ТЭК), развивались очень интенсивно. Это обеспечивалось, главным образом, за счет разработки высокопродуктивных месторождений. В 1987 г. в Российской Федерации (РФ) был достигнут максимальный уровень добычи нефти, который составил 569,5 млн.т. Однако, в последние годы ситуация резко изменилась. С 1988 по 1996 гг. годовая добыча нефти упала более чем

о

на 250 млн.т, а газа - более чем на 50 млрд.м , что свидетельствует о состоянии кризиса в нефтегазовой отрасли (Освоение шельфа...RAO-97, 1997).

Выход из создавшегося положения Правительство РФ, Минтопэнерго РФ, РАО "ГАЗПРОМ" и другие отраслевые структуры и компании связывают с промышленным освоением углеводородных ресурсов континентального шельфа, на котором уже открыты нефтегазоносные провинции, крупные и гигантские месторождения.

Морская периферия РФ охватывает площадь 6,2 млн.км , из которых

2

4,2 млн.км относится собственно к шельфу с глубинами моря до 200-300 м.

Около 90% площади шельфа - 3,9 млн.км , являются перспективными в нефтегазоносном отношении. Из этой площади 2 млн.км2 относится к Западной Арктике (Баренцево и Карское моря), 1 млн.км - к Восточной Арктике (моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское), 0,8 млн.км - к дальневосточным морям (Берингово, Охотское, Японское), лишь 0,1 млн.км - к южным морям (небольшие участки Азово-Черноморского и Каспийского бассейнов) и совсем небольшой участок на Балтике около Калининграда.

Начальные суммарные геологические ресурсы углеводородов шель-фовых морей России достигают 133 млрд.т условного топлива (в пересчете

на нефть), из которых извлекаемые ресурсы составляют почти 100 млрд.т. До 70% общих извлекаемых ресурсов сосредоточено в Западной Арктике.

Существенно преобладают ресурсы газа. Нефть и конденсат составляют лишь 15,5 млрд.т, тогда как свободный и растворенный газ - 85 трл.м3. Основными районами концентрации нефтяных ресурсов являются моря Баренцево и Печорское (3,8 млрд.т), Карское (4,7 млрд.т), Восточно-Сибирское (2,1 млрд.т), Охотское (2,1 млрд.т) (Захаров, 1995).

Степень освоения арктических шельфовых углеводородных ресурсов России чрезвычайно низкая - здесь не добывается ни 1 т нефти, ни 1 м3 газа.

Следует отметить, что в настоящее время основная часть мирового топливно-энергетического баланса приходится на нефть и газ, доли которых в ближайшем будущем будут расти. Этому способствует негативная реакция общественности на дальнейшее строительство и интенсивное использование атомных энергетических установок как эффективных источников энергии. Поэтому вопросы поиска, разведки, обустройства и эксплуатации новых месторождений нефти и газа, в том числе на шельфе, становятся безальтернативными.

По поручению Президента РФ Б.Н. Ельцина разработана и утверждена постановлением Правительства РФ № 1469 от 7 декабря 1996 г. Федеральная целевая программа (ФЦП) "Создание высокотехнологичных установок, машин и оборудования для морской добычи нефти, газа и освоения углеводородных месторождений на континентальном шельфе Арктики ("Шельф")" (Никитин, Вовк, Захаров, 1997).

Цель ФЦП "Шельф" - в создании технических средств и технологий для проведения поисково-разведочных работ и обустройства морских нефтегазовых месторождений арктического шельфа. Основная задача - проведение разведочных работ на перспективных на нефть и газ участках Баренцева и Карского морей, вовлечение нефтегазовых ресурсов Штокмановского газо-

конденсатного, Приразломного и Варандейского нефтяных месторождений в энергетический баланс страны. При этом предусматривается конверсионное использование потенциала предприятий военно-промышленного комплекса.

Несомненным лидером освоения нефтегазовых ресурсов арктического континентального шельфа России является РАО "ГАЗПРОМ" и созданные на его базе дочерние компании АО " РОСШЕЛЬФ", ДП "ГАЗФЛОТ".

Отметим, что проведение работ по добыче нефти и газа, вместе с сопутствующим комплексом транспортных, строительных и других операций, может вызвать необратимые негативные экологические последствия, если не будут предварительно обоснованы и осуществлены необходимые природоохранные мероприятия.

Цель диссертационной работы состояла в том, чтобы на основе обобщения результатов комплексных исследований экологической обстановки в морях арктического континентального шельфа России развить научно-методические подходы к оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) и на этой базе сформулировать и обосновать концепцию и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды на различных этапах освоения месторождений углеводородного сырья.

Главная идея заключается в создании автоматизированных морских систем производственного экологического мониторинга (ПЭМ) для ТЭК России. Предполагается, что Системы Экологической Безопасности и комплексного Мониторинга природной среды (СЭБМ) станут основным звеном специализированных региональных систем контроля и управления состоянием окружающей среды арктического шельфа на различных этапах деятельности нефтегазовых компаний, включая проектирование, строительство, эксплуатацию и ликвидацию объектов, связанных с добычей и транспортировкой углеводородного сырья. Подчеркнем, что СЭБМ следует рассматри-

вать как принципиально новые специализированные системы наблюдений. Однако, они должны опираться на опыт уже существующих мониторинговых служб и использовать ряд их элементов.

Отметим, что реализованный в полном объеме на практике опыт создания морских СЭБМ для нефтегазодобывающих компаний в нашей стране пока отсутствует.

В соответствии с поставленной целью, в ходе исследований предстояло решить следующие основные задачи:

•проанализировать существующее нормативно-правовое регулирование разработки морских месторождений полезных ископаемых в России и зарубежных странах;

•выполнить сбор и обобщение многолетних данных по экологической обстановке в морях Западной Арктики;

•систематизировать основные факторы воздействия нефтегазодобычи на морские экосистемы;

•разработать и реализовать на практике методику ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе;

•сформулировать основные требования к техническим средствам сбора и обработки экологической информации;

•разработать методику, технически обеспечить и провести комплексные широкомасштабные натурные эксперименты с использованием средств дистанционного зондирования океана;

•разработать и реализовать на практике концепцию и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды на базе специализированных СЭБМ.

Полученные в ходе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные результаты использованы при подготовке предпроектных и

проектных материалов по разведке и освоению ряда крупных месторождений нефти и газа на арктическом континентальном шельфе России и легли в основу следующих документов:

•ОВОС в ТЭО обустройства Штокмановского газоконденсатного месторождения. 1995.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть и газ по площади Варан-дей-море в юго-восточной части Баренцева моря. 1996.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть по площади Медынская-море в юго-восточной части Баренцева моря. 1997.

•ОВОС бурения поисково-оценочной скважины № 01 на Адер-Паютинской структуре в акватории Тазовской губы. 1997.

•ОВОС поисково-оценочных работ на нефть по площади Северо-Долгинская в юго-восточной части Баренцева моря. 1998.

•СЭБМ двухниточного перехода через Байдарацкую губу. 1995.

•СЭБМ для Штокмановского газоконденсатного месторождения.

1997.

•СЭБМ поисково-оценочных работ на нефть и газ и нефтегазодобычи в юго-восточной части Баренцева моря. 1997.

Документы по ОВОС прошли Государственную экологическую экспертизу Госкомитета по охране окружающей среды РФ и получили ее высокую оценку, приняты и одобрены заказчиками.

В Государственном докладе "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1996 году" сказано: "Впервые в отечественной практике разработана и апробирована методология ОВОС разведки, обустройства и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений, реализованная для Штокмановского газоконденсатного и Варандейского нефтяного месторождений в Баренцевом море и получившая положительное заключение государственной экспертизы" (Государственный доклад..., 1997).

В 1996-97 гг. самоподъемными буровыми установками (СПБУ) успешно выполнено разведочное бурение на структурах Варандей-море и Ме-дынская-море.

В 1997 г. осуществлен комплексный экологический мониторинг бурения на месторождении Медынская-море.

В настоящий момент результаты диссертационной работы используются при подготовке ОВОС поисково-оценочных работ на нефть и газ на структурах Южно-Долгинская в юго-восточной части Баренцева моря, Ленинградская в Карском море, нефтегазовых структур в Обской и Тазовской губах, поисково-оценочных работ на алмазы у Терского берега Белого моря. Автором ведутся работы по обоснованию оснащения СЭБМ научно-исследовательского судна "Академик Голицын" ДП "ГАЗФЛОТ" РАО "ГАЗПРОМ".

Работа в целом может рассматриваться как практическое руководство по разработке экологических разделов проектов разведки и освоения месторождений углеводородного сырья на арктическом континентальном шельфе и разработке СЭБМ.

На защиту выносятся:

1. Концепция и основные принципы экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды при разведке и освоении месторождений нефти и газа на арктическом континентальном шельфе на базе СЭБМ.

2. Методика и результаты ОВОС разведки, обустройства, эксплуатации и ликвидации морских месторождений.

3. Результаты экспертного анализа и математического моделирования воздействий нефтегазодобычи на морские экосистемы. Комплекс мероприятий по снижению и предотвращению негативных экологических последствий.

4. Результаты биотестирования буровых растворов и шламов. Практические рекомендации по захоронению в море отходов бурения.

5. Методика и результаты комплексных экспериментальных исследований экологический обстановки в морях Западной Арктики с использованием схемы "ИСЗ - самолет-лаборатория - научно-исследовательское судно".

6. Практические рекомендации и предложения по развертыванию специализированных СЭБМ морской нефтегазодобычи.

Диссертация является результатом завершения целого комплекса исследований по научным программам Российской академии наук, РАО "ГАЗПРОМ", АО "РОСШЕЛЬФ", ДП "ГАЗФЛОТ" и других организаций. Автор являлся научным руководителем или ответственным исполнителем этих работ, принимал личное участие в организации и выполнении комплексных экспериментальных исследований в Баренцевом, Печорском и Карском морях. Им выполнены обобщения экспериментальных данных, теоретические исследования, сформулированы и внедрены на практике основные выводы и рекомендации.

Основные результаты диссертации изложены в 42 научных работах, в том числе в 14 экологических обоснованиях крупных проектов разведки и освоения арктических нефтегазовых месторождений, 3 монографиях, 4 препринтах, 21 статье, докладывались и обсуждались на Ученом совете ММБИ КНЦ РАН (Мурманск, 1993-1998 гг.); Всесоюзных конференциях и совещаниях: "Актуальные проблемы развития океанографической информации" (Обнинск, 1989), "Океанические фронты северных морей: характеристики, методы исследований, модели" (Москва, 1989), "Использование спутниковой информации в исследовании атмосферы и океана" (Звенигород, 1989), "Охрана окружающей среды при поисках, разведке, разработке месторождений углеводородного сырья, его переработке и транспортировке" (С.Петербург, 1996), "Мониторинг окружающей среды и оптимизация приро-

допользования" (Москва, 1996); Международных конференциях и симпозиумах: "Современное состояние и перспективы исследований экосистем Баренцева, Карского морей и моря Лаптевых" (Мурманск, 1995), "Экологические исследования шельфа Баренцева и Карского морей в зоне нефтегазовых месторождений" (Мурманск, 1995), "Методолог