Кокшетауский технический институт Министерства по чрезвычайным ситуациям
Республики Казахстан
Любин В.Е., Кусаинов А.Б., Захаров И.А.
Ликвидация чрезвычайных ситуации при разливе нефти и нефтепродуктов
на воде и суше
Учебное пособие
УДК 614.8 ББК 38.96 Рецензенты:
профессор, кандидат технических наук Р.М.Джумагалиев кандидат технических наук С.А. Карденов
Любин В.Е., Кусаинов А.Б., Захаров И.А. Ликвидация чрезвычайных ситуаций при разливе нефти и нефтепродуктов на воде и на суше. Учебное пособие. - Кокшетау, 2014. – 125 с.
В пособии изложены: основные свойства нефти, возможные источники разливов нефти и нефтепродуктов, воздействие её на окружающую среду.
Большое внимание в пособии уделено организации борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов, методы и стратегия ликвидации последствий аварийных разливов нефти, планирование и управление проведением работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций связанных с разливов нефти на воде и суше.
Отражены вопросы мониторинга аварийных разливов нефти, описаны основные технологии и средства локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций при разливе нефти и нефтепродуктов, утилизации отходов разливов и организации безопасности работ при ликвидации разливов нефти.
Учебное пособие может быть полезно широкому кругу читателей, интересующихся проблемами борьбы с разливами нефти, специалистам объектов нефтяной промышленности, местным исполнительным органам и сотрудникам подведомственных и территориальных подразделений уполномоченного органа в области гражданской защиты, организующих работы по предупреждению и ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов, а также компаниям, специализирующимся на проведении работ по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.
ISBN 978-601-06-2985-1
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
Основные понятия и определения 6-7
Глава 1. Свойства нефти
1.1 Нефть и нефтепродукты 8-9
1.2 Физические свойства нефти 9-10
1.3 Химические свойства нефти 10-11
1.4 Классификация нефти и нефтепродуктов 11-12
Глава 2. Нефтяные разливы
2.1 Основные причины нефтяных разливов 13-16
2.2 Нефтяные разливы в мировом океане 16-20
2.3 Свойства нефтяного разлива в мировом океане 20-23
2.4 Внутриматериковые разливы 23-25
2.5 Трансформация нефти при внутриматериковых разливах 25-26 Глава 3. Ликвидация нефтяных разливов
3.1 Ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в акваториях 27-60 3.2 Ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на материке 60-64 Глава 4. Утилизация отходов
4.1 Тип и характер отходов 65
4.2 Объекты хранения 65-67
4.3 Транспортировка 67
4.4 Варианты утилизации 67-70
Глава 5. Мониторинг и анализ
5.1 Наблюдение нефти на воде и берегу 71
5.2 Технические средства наблюдения и применяемые методы 71-72 Глава 6. Силы и средства призванные обеспечить предупреждение и
ликвидацию чрезвычайных ситуаций при нефтяных разливах
6.1 Аварийно-спасательные службы 73-75
6.2 Расчет необходимого количества сил и средств 76-86 Глава 7. Практическое управление работами по ликвидации на месте
событий
7.1 Организационная основа 87-88
7.2 Система управления ликвидацией аварии (СУЛА) 88
7.3 Обязанности по секциям 88-89
7.4 Объединенное управление 89
7.5 Группа оценки и планирования 89-90
7.6 Оперативная группа 90
7.7 Группа материально-технического обеспечения
7.8 Центр управления 92-93
7.9 Цикл планирования 93
7.10 Средства связи 93-95
7.11 Управление кризисом 95-96
7.12 Информирование о разливах нефти и ходе операции по реагированию
96-97
7.13 Работа со средствами информации 97-100
Глава 8. Планирование действий в чрезвычайных ситуациях 101-102
8.1 Управление планом и его композиция 102
8.2 Сбор информации 103-105
8.3 Основные элементы оперативного плана 105-106 Глава 9. Опасности разливов нефти
9.1 Оценка района работ на предмет безопасности 107-109
9.2 Безопасная рабочая среда 109
Глава 10. Меры безопасности при ликвидации нефтяных разливов 110-116 Глава 11. Экологические аспекты нефтяных разливов 117-121
Заключение 122
Литература 123-124
ВВЕДЕНИЕ
Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли.
Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахской нефти считается ноябрь 1899 года в месторождении Карашунгул, где на глубине 40 метров из загипсованных пород карстовой полости был получен первый фонтан легкой нефти. На сегодняшний день добыча нефти в Казахстане составляет более 50 млн тонн.
Первые сведения о наличии нефти на территории Атырауской области были обнаружены в записках Бековича-Черкасского, организовавшего по Указу Петра I военно-типографическую экспедицию в Хиву через нижнее течение р.Эмба в 1717 году.
В первые годы при обнаружении месторождений нефти казалось, что нефть будет приносить только пользу, но постепенно выяснилось, что использование нефти и нефтепродуктов имеет и оборотную сторону. С увеличением объемов добычи, переработки, транспортировки, хранения и потребления нефти и нефтепродуктов, расширялись масштабы их разливов и загрязнения ими окружающей среды.
Вероятность возникновения и масштаб последствий чрезвычайных ситуаций связанных с разливом нефти зависят от широкого спектра природных и технологических факторов. Любой технологический процесс, в том числе и нефтедобыча не может быть абсолютно безопасной. Как показывает мировой опыт, число чрезвычайных ситуаций на объектах нефтедобычи, транспортировки и переработки неуклонно возрастает, в связи с чем, и возрастает и количество углеводородов попадающих в окружающую среду.
Наибольшие потери нефти связаны с ее морской транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Как показывают снимки поверхности Земли, сделанные со спутников, уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря и Атлантического океана [12].
Нефтегазоносные районы Казахстана занимают около 62% площади страны, и располагают 172 нефтяными месторождениями, основная доля которых расположена в акватории Каспийского моря. При этом на долю нефтяного сектора приходится около 15 % ВВП республики.
В этой связи, вопрос обеспечения безопасности при добыче углеводородного сырья и её переработки на сегодняшний день является актуальным.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Нефть - сырая нефть, газовый конденсат и природный газ, а также углеводороды, полученные после очистки сырой нефти, природного газа и обработки, горючих сланцев или смолистых песков [5].
Нефтяные операции - работы по разведке, добыче, строительству и (или) эксплуатации подземных хранилищ и резервуаров нефти, проводимые на суше, в пределах рек, озер и иных внутренних водоемов, а также нефтяные операции на море [5].
Добыча - весь комплекс работ (операций), связанный с извлечением полезных ископаемых из недр на поверхность, а также из техногенных минеральных образований, включая первичную переработку и временное хранение минерального сырья [5].
Предохранительная зона - зона, простирающаяся от береговой линии моря на пять километров в сторону суши на территории Республики Казахстан [5].
Море - поверхность и толща воды, а также дно Каспийского и Аральского морей в пределах казахстанской части Каспийского и Аральского морей (озер) [5].
Морские охранные зоны или зоны безопасности - зоны, определяемые Правительством Республики Казахстан, устанавливаемые вокруг морских сооружений в целях обеспечения безопасности человека, биологических ресурсов моря, окружающей среды, а также судоходства, рыболовства и другой деятельности физических и юридических лиц на море в соответствии с законодательством Республики Казахстан [5].
Загрязнение моря - поступление в морскую среду материалов, веществ, энергии, шума, вибраций, а также образование различных типов излучений и полей, причиняющих вред или создающих угрозу причинения вреда здоровью людей, живым ресурсам моря и морской экосистеме либо создающих помехи, либо причиняющих или способных причинить убытки физическим или юридическим лицам, осуществляющим законную деятельность в море либо на его побережье [5].
Морские сооружения - искусственно созданные сооружения, находящиеся в море, включая искусственные острова, дамбы, установки, неподвижное и плавучее оборудование для проведения нефтяных операций на море [5].
Сырая нефть - любые углеводороды вне зависимости от их удельного веса, извлекаемые из недр в жидком состоянии при нормальных атмосферных температуре и давлении, включая жидкие углеводороды, известные под названием дистиллята или конденсата, образованные из природного газа путем естественной конденсации [5].
Поисковые работы - стадия геологоразведочных работ, проводимая в целях выявления и оконтуривания перспективных участков и проявлений
геолого-экономической оценки и обоснования дальнейших геологоразведочных работ [5].
Внутренние водоемы - озера, искусственные водохранилища и другие поверхностные водныеобъекты [5].
Баррель - мера вместимости и объема, применяемая в США, Англии и ряде стран, использующих английскую систему мер. В США различают баррель сухой, равный 115,628 дм3, и баррель нефтяной, равный 158,988 дм3 [12].
ГЛАВА 1. СВОЙСТВА НЕФТИ
1.1 Нефть и нефтепродукты
Нефть (греч. Ναφθα — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость, являющаяся в основном смесью углеводородов. Нефть имеет специфический запах [10].
Рисунок 1 – Нефть
Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Согласно
«Статистическому обзору мировой энергетики» (Statistical Review of World Energy), подготовленному британской компанией BP, на конец 2012 года Казахстан по запасам нефти занял 12-е место.
Британская BP оценила запасы нефти в Казахстане на уровне 30 млрд баррелей, или 3,9 млрд тонн, что составляет 1,8% мировых запасов. Лидерами по запасам нефти в мире стали Венесуэла (46,5 млрд тонн, 17,8%), Саудовская Аравия (36,5 млрд тонн, 15,9%) и Канада (28 млрд тонн, 10,4%). Общемировые запасы нефти на конец 2012 года составили 235,8 млрд тонн. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет 48%.
Нефтегазоносные районы Казахстана занимают 62% площади страны, и располагают 172 нефтяными месторождениями, из которых более 80-ти находятся в разработке. Более 90% запасов нефти сосредоточено на 15 крупнейших месторождениях – Тенгиз, Кашаган, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Жанажол, Каламкас, Кенкияк, Каражанбас, Кумколь, Северные Бузачи,
Месторождения находятся на территории шести из четырнадцати областей Казахстана. Это Актюбинская, Атырауская, Западно-Казахстанская, Карагандинская, Кызылординская и Мангистауская области. При этом примерно 70% запасов углеводородов сконцентрировано на западе Казахстана.
Рисунок 2 - Месторождения углеводородов Казахстана
Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Однако на глубинах свыше 4,5-5 км.
преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1-3км.
Нефть уникальна комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углём), и, из нефти легко получить технически необходимые продукты.
В нефти содержится столько же углерода, сколько и в каменном угле – около 86%, а водорода больше – 13% против 5-6% в угле. Кислорода в нефти совсем мало – всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества.
1.2 Физические свойства нефти
Цвет - нефть - жидкость от светло-коричневого до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы изумрудно-зелёной нефти, есть даже бесцветная нефть).
Плотность 0,65-1,05 (обычно 0,82-0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83 г/см³, называется лёгкой, 0,831-0,860г/см³- средней, выше 0,860г/см³ - тяжёлой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления.
Температура начала кипения Нефть содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 C, реже
≥100°C в случае тяжелых нефтей).
Фракционный состав — выход отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450-500°С (выкипает ~ 80% объёма пробы), реже 560-580°С (90-95%).
Температура кристаллизации от − 60 до + 30°C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже).
Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных нефтей), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше).
Удельная теплоёмкость 1,7—2,1кДж/(кг∙К);
Удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг;
Диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5;
Электрическая проводимость от 2∙10-10 до 0,3∙10−18 Ом−1∙см−1. 1.3 Химические свойства нефти
Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологическом процессе для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80- 90% по массе) и гетероатомные органические соединения (4-5%), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты - растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка) [9].
Но в основном, нефть – сложная смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы – тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на
количество водорода и кислорода. Главную, углеводородную часть нефти составляют три группы углеводородов – алканы, нафтены и арены.
Алканы (предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула СnH2n+2. Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы газообразны. При 5-16 атомах углерода это жидкости, а свыше – уже твердые вещества, парафины.
Нафтены. К ним относят алициклические углеводороды состава CnH2n, CnH2n-2 и CnH2n-4. В нефти содержится преимущественно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н10 и их гомологи.
Арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом.
1.4 Классификация нефти и нефтепродуктов
Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, присутствует в количестве более 50%. При присутствии углеводородов также и других классов (причем один из классов составляет не менее 25%) выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25%, второго - более 50%.
Сырая нефть непосредственно почти не применяется. Её подвергают переработке для получения технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности.
На первой стадии из нефти удаляют растворенные газообразные алканы, главным образом метан. Затем сырая нефть поступает на фракционную перегонку, или ректификацию.
Ректификацией (перегонкой) называют разделение сложных смесей на фракции или на индивидуальные компоненты на основании различий в температурах кипения. Фракционная перегонка нефти позволяет получить ряд фракций с широким интервалом температуры кипения [10]:
- углеводородный газ – смесь пропана и бутана, температура кипения которых ниже +20оС;
- бензиновая фракция (бензины прямой перегонки), обладает наиболее низкой температурой кипения от 20 до 200оС, состоит обычно из углеводородов, содержащих от С5 до С11 атомов углерода в молекуле. Это самая ценная низкокипящая фракция нефти, которая после повторной ректификации дает ряд конечных продуктов:
- легкий бензин – так называемый петролейный эфир (газолин), температура кипения 20-60оС; плотность 0,64-0,66 г/см3. Применяется главным образом в качестве растворителя.
автомобильный (температура кипения 60-100оС), авиационный (100-120оС), и т.д. Средний бензин – фракция, используемая для двигателей внутреннего сгорания.
Как правило, выход бензиновой фракции не превышает 20% от массы нефти.
- лигроиновая фракция (тяжелый бензин) – смесь, содержащая углеводороды от С8 до С14, температура кипения которых изменяется от 120- 140оС; плотность 0,73-0,77 г/см3. Применяется в качестве топлива для дизельных двигателей.
- керосиновая фракция – смесь, содержащая углеводороды от С12 до С18, температура кипения 150-300оС. Керосин используют как топливо для двигателей реактивных самолетов и ракет, а также подвергают крекингу.
- газойль или дизельное топливо. Температура кипения 275-400оС, применяют в качестве топлива для дизельных двигателей.
- мазут – это остаток после перегонки нефти. Содержит углеводороды с большим числом углеродных атомов. Его подвергают дальнейшей переработке.
Для предупреждения разложения мазута, которое происходит при температурах выше 300оС, его перегоняют с водяным паром или в вакууме (под уменьшенным давлением). Первая фракция перегонки – соляровые масла; их подвергают очистке (рафинированию). Соляровые и смазочные масла широко применяются в технике: первые в качестве моторного топлива, вторые для смазки механизмов.
Из некоторых сортов нефти получают вазелин и парафин.
ГЛАВА 2. НЕФТЯНЫЕ РАЗЛИВЫ
2.1 Основные причины нефтяных разливов
На всех стадиях разработки месторождения возможны разливы нефти.
Источниками нефтезагрязнения могут быть буровые скважины различного назначения (поисковые, разведочные, параметрические и т.д.), нефтепромыслы (эксплуатационные скважины, внутрипромысловые трубопроводы, пункты подготовки нефти для дальнейшей транспортировки) и т.д.
Наиболее сильное загрязнение происходит при разведочном бурении, когда вскрывается нефтепродуктивный пласт. В таких случаях скважина часто начинает фонтанировать, что приводит к загрязнению окружающей среды пластовыми флюидами (нефть, газоконденсат, пластовые воды с растворенными углеводородами).
Нефтяной фонтан – одна из самых опасных чрезвычайных ситуаций при эксплуатации месторождений. При этом страдает промысловое оборудование, загрязняются десятки тонн грунта, а главная опасность – воспламенение фонтана.
Подобные катастрофы можно по праву считать самыми серьёзными техногенными авариями, сравнимыми разве что со взрывом ядерного реактора на Чернобыльской АЭС, тем более, что происходят они с завидной регулярностью.
Рисунок 3 - Взрыв буровой нефтяной платформы Deepwater Horizon
Так 20 апреля 2010 года произошёл взрыв буровой нефтяной платформы Deepwater Horizon, принадлежащей нефтяной компании ВР, в Мексиканском заливе, в результате которого нефть в море выливалась ежедневно. В итоге в результате самой крупной нефтяной техногенной катастрофы в мире в водах
было объявлено, что утечка сырой нефти, длившаяся три с половиной месяца, остановлена, а более ¾ вещества собрано и нейтрализовано химикатами и заградительным оборудованием [11].
В истории нефтегазовой отрасли республики известна крайне тяжелая чрезвычайная ситуация сложившаяся на 37-й скважине в Тенгизе в 1985 году.
Тенгизская нефть – это 850 атмосфер давления при 120–150°С, содержание сернистых газов – до 25%. Данная скважина горела 14 месяцев (1985–1986 годы), при этом воздух накалился до 180°С, земля – до 410°С, радиус влияния составил 350 км. На расстоянии 45 км содержание сернистого газа превышало 20 ПДК. Эта скважина до сих пор остается символом опасности добычи нефти.
За время аварии на скважине сгорело 3,5 миллиона тонн нефти, ушло на ветер 1,7 миллиарда кубов газа, образовалось 900 тысяч тонн сажи. Высота факела достигала двухсот метров.
Рисунок 4 - Пожар на 37-й скважине в Тенгизе в 1985 году
От адской жары в округе в почве образовались искусственные минералы, которые назвали тенгизидами. Сила огня моментально затягивала в воронку тысячные стаи пролетавших птиц.
Разливы нефти приводят к ее скоплению на ограниченных участках, и в результате этого формируются депрессионно-нефтянные местности, отличающиеся сильной замазученностью. На некоторых участках грунты накопили огромное количество нефти: до 10 г на 100 г грунта. Высокая пожароопасность нефти и нефтепродуктов значительно усугубляют последствия нефтяных загрязнений.
Основываясь на результатах анализа международной практики предупреждения нефтяных разливов и реагирования на них, нефтяные разливы возникают при [7]:
1) работах (операциях), связанных с поиском месторождений полезных ископаемых и их оценкой;
2) работах (операциях), относящихся к государственному геологическому изучению недр, разведке и (или) добыче полезных ископаемых;
3) работах (операциях), проводимых в целях строительства, прокладки и эксплуатации нефтегазопроводов на суше, реках, озерах, морях и иных внутренних водоемах;
4) бурений, капитальном ремонте скважин и добыче нефти;
5) ошибках производственного персонала;
6) несоблюдение требований противофонтанной безопасности;
7) несоблюдение требований промышленной безопасности;
8) механических повреждениях трубопроводов в результате деятельности человека во время эксплуатации и вследствие постороннего вмешательства;
9) проведений иных нефтяных операций;
10) авариях на нефтяных танкерах, в том числе посадка на мель, пожар, взрыв;
11) промышленных авариях, в том числе нефтегазовые фонтаны (выбросы сероводорода, содержащих нефти и газа свыше 100 м3), газонефтеводопроявления, грифонообразования, пожары, взрывы, затопления, обрушения морских сооружений и платформ, отрицательное воздействие на окружающую среду территории Республики Казахстан и сопредельных государств, внезапное обрушение зданий и сооружений;
12) при грузовых операциях на терминалах, переливах танкеров и повреждений грузовых танкеров при швартовых операциях;
13) утечке нефти из затопленных скважин;
14) разгерметизации резервуаров, трубопроводов и технологического оборудования;
15) отказе вспомогательного оборудования (системы разгрузки, торцевых уплотнений, откачки утечек, смазки, охлаждения электродвигателей, контрольно-измерительных приборов и автоматики);
16) неисправности противовыбросового и устьевого оборудования;
17) коррозии металла внешних, внутренних стенок и днища резервуара, внутренней коррозии металла;
18) внутренних дефектах металла трубопроводов, связанных с браком завода изготовителя или вследствие скрытых механических повреждений, нанесенных во время строительства, эксплуатации;
19) нарушении изоляции нефтепровода;
20) нарушении нормальной работы электрохимической защиты нефтепровода;
21) усталости, износе металла.
В соответствии с Национальным планом по предупреждению нефтяных
Казахстан от 6 апреля 2012 года № 422 нефтяные разливы подразделяются на разливы первого, второго и третьего уровней.
Первый уровень - незначительные разливы (не превышающие 10 тонн нефти), ликвидируемые с помощью материалов и веществ, имеющихся на морском сооружении при производстве работ, в соответствии с Планом по предупреждению и ликвидации нефтяных разливов персоналом сооружения;
Второй уровень - умеренные (средние) разливы (от 10 тонн нефти до 250 тонн), для ликвидации которых, в соответствии с Планом по предупреждению и ликвидации нефтяных разливов, необходимы ресурсы, как имеющиеся на морском сооружении, на месте производства работ, так и дополнительные материалы, вещества и персонал местных береговых служб;
Под аварийные ситуации второго уровня подпадают утечки:
1) из резервуара хранения топлива или системы распределения;
2) из топливного резервуара или баржи;
3) из автоцистерны для перевозки топлива;
4) при временной или частичной потере контроля во время бурения или испытания скважины на морском сооружении.
Третий уровень - крупные разливы нефти (от 250 тонн), для ликвидации которых требуются материалы, вещества и персонал различных организаций по ликвидации нефтяных разливов, включая международные.
К случаям аварийной ситуации третьего уровня подпадают утечки:
1) продолжительной потери контроля над скважиной;
2) из плавающего топливного резервуара или баржи;
3) из резервуара хранения топлива или системы распределения.
Ликвидация нефтяных разливов третьего уровня требует незамедлительной мобилизации материалов и веществ из любых точек, располагающих отечественными и международными ресурсами.
2.2 Нефтяные разливы в мировом океане
К числу наиболее вредных химических загрязнений морской среды относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадают более 6 млн тонн нефти. Причинами загрязнения морской среды являются аварии танкеров, шельфовая добыча нефти, судоходство и морская деятельность. Ежегодно при обычных морских перевозках, авариях и незаконных сбросах в океаны попадает примерно 600 000 тонн нефти [10].
В настоящее время нефть – самое распространенное вещество, загрязняющее природные воды. Объемы транспортировки нефти и нефтепродуктов на танкерах оценивается в 1,5 млрд тонн в год. Известно, что 0,03% транспортируемой танкерами нефти и нефтепродуктов теряется по различным причинам. Разлитая нефть покрывает поверхность моря, растворяется в толще его вод, оседает на дно и, как правило, выплескивается на берег.
По подсчетам Национального Исследовательского Совета США/National
нефти и нефтепродуктов, около 45% утечек имеют естественные причины (например, нефть из подводных пластов самопроизвольно изливается в море).
Примерно 5% нефти попадает в моря, океаны и озера в результате процесса добычи и производства. Транспортные аварии (танкеры, нефтепроводы и пр.) обеспечивают 22% подобных разливов. Остальная нефть попадает в воду в результате сотен и тысяч мелких аварий и утечек, которые зачастую не замечаются прессой, властями и правоохранительными органами: их причиной может быть, например, протекающий бензобак на катере или неадекватно работающие очистные сооружения.
Источники загрязнения вод мирового океана нефтью и нефтепродуктами отражены в таблице 1.
Таблица 1 – Источники загрязнения вод мирового океана нефтью [12]
Источники загрязнения Общее количество млн тонн/год
Доля, %
Транспортные перевозки, 2,13 31,9
в том числе обычные перевозки 1,83 30,9
Катастрофы 0,3 4,9
Вынос реками 1,9 31,1
Попадание из атмосферы 0,6 0,8
Природные источники 0,6 9,8
Промышленные отходы 0,3 4,9
Городские отходы 0,3 4,9
Отходы прибрежных
нефтеперерабатывающих заводов
0,2 3,3
Добыча нефти в открытом море, 0,08 1,3
в том числе:
обычные операции 0,02 0,3
аварии 0,06 1,0
Всего 6,11 100
Одним из главных источников загрязнения вод мирового океана нефтью являются танкерные перевозки.
Увеличение масштабов добычи нефти, интенсификация перевозок нефти и нефтепродуктов, строительство и эксплуатация новых транспортных коридоров ведет к повышению рисков аварийных ситуаций на танкерном флоте.
Вероятность риска разлива принимается равной 0,05 на 1000 рейсов в открытом море и 0,25 в опасных местах. С учетом вероятной частоты аварии с посадкой на мель и столкновением средний размер нефтяного разлива может быть оценен как 1/48 от количества перевозимой за рейс нефти.
Расчет частоты и размеров разливов нефти в результате аварий танкеров в море базируется на статистике Международной федерации владельцев танкеров (ИМО), согласно которой частота аварий составляет (для морей с интенсивным судоходством): посадка на мель – 5,4 на 106 миль; столкновение – 1,9 на 106 миль; повреждение конструкции – 0,48 на 106 миль; пожар, взрыв – 0,063 на
Вероятность и объемы разливов нефти зависят от ряда факторов, основными из которых являются: интенсивность судоходства, конструкция танкера и условия навигации. При посадке на мель с пробитием дна вероятность вылива 5% груза из поврежденных танков равна 0,5, а вероятность вылива 95% груза равна всего 0,002, при столкновении танкера вероятность вылива 95% груза еще меньше и будет зависеть от местоположения пробоины по отношению к ватерлинии.
Согласно исследованиям ИМО, основными причинами аварий судов (84–
88% аварий танкеров) и, соответственно, разливов нефти являются человеческий фактор и условия навигации.
Список крупнейших танкерных катастроф представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Крупнейшие танкерные катастрофы [12]
Название судна Год
катастрофы Место катастрофы
Разлив нефти (тыс.
тонн) Atlantic Empress 1979 Около 40 км к северу от
побережья Венесуэлы 287
ABT Summer 1991 Атлантика, 700 морских миль к
западу от Анголы 260
Castillo de
Bellver 1983 Атлантика, недалеко от залива
Салданья (ЮАР) 252
Amoco Cadiz 1978 У берегов Бретани (Франция) 223
Haven 1991 Генуя (Италия) 144
Odyssey 1988
Атлантика, 700 морских миль к востоку от Новой Шотландии (Канада)
132 Torrey Canyon 1967 О-ва Силли у берегов
Великобритании 119
Urquiola 1976 Ла-Корунья, Испания 100
Hawaiian Patriot 1977 Тихий океан, 300 морских миль к
западу от Гонолулу (Гавайи) 95
Independenta 1979 Пролив Босфор, Турция 95
Jakob Maersk 1975 Порту, Португалия 88
Braer 1993 Шетландские острова,
Великобритания 85
Khark 5 1989 Атлантика, 120 морских миль к
западу от Марокко 80
Aegean Sea 1992 Ла-Корунья, Испания 74
Sea Empress 1996 Порт Милфорд Хэйвен,
Великобритания 72
Katina P. 1992 Неподалеку от порта Мапуту
(Мозамбик) 72
Prestige 2002 У побережья Испании 63
Tasman Spirit 2003 Порт Карачи 31
Одним из последних крупных аварии является катастрофа танкера
«Престиж» ноябре 2002 года.
Согласно опубликованного доклада Всемирного Фонда дикой природы, общий объем разлившего мазута был оценен в 64 тысячи тонн. Около 13 тысяч тонн нефтепродукта все еще остается в танках затонувшего судна. Еще 5-10 тысяч тонн плавали в Атлантическом океане, периодически загрязняя берега Испании, Франции, и даже Великобритании. Всего в результате аварии танкера
«Престиж» в различной степени было загрязнено 3000 км побережья. Погибло 300 тысяч птиц. Огромные потери понесли рыболовство и туризм.
Рисунок 5 - Последствия аварии танкера «Престиж»
Общая сумма экономических потерь, связанных с последствиями катастрофы танкера «Престиж», оценивается в 5 млрд евро. При этом они были возмещены не более чем на 3%.
В целях обеспечения безопасности танкерных перевозок в 1969 году была принята Международная Конвенция по Ответственности за Нефтяное Загрязнение Моря. Конвенция, предусматривает, что танкеры должны быть в обязательном порядке застрахованы, чтобы страховка могла покрыть расходы за ликвидацию последствий аварии. В Конвенции были указаны предельные лимиты такого рода, которые неоднократно пересматривались в сторону повышения. К примеру, в 2000 году они были повышены вдвое, по сравнению с 1992 годом. Важно, что стоимость страховки указана не в каких-либо валютах, а «привязана» к ценам на золото [12].
В 1978 году был создан Международный Фонд Компенсаций Нефтяных Загрязнений (соответствующая Конвенция была принята в 1971 году).
Любопытно, что этот фонд существует за счет взносов государств-импортеров или транзитных государств, в порты которых нефть доставляется танкерами.
Максимальная сумма компенсации, которую может выплатить Фонд, составляет $305 млн.
ИМО отмечает, что в последние десятилетия количество катастроф танкеров, результатом которого стал разлив нефти, неуклонно снижается.
Одной из причин их снижения является то, что танкерный флот был обновлен, новые танкеры часто используют двойной корпус, предназначенный для предотвращения разлива нефти.
Основным перевозчиком экспортируемой нефти из Казахстана, является отечественная судоходная компания «Казмортрансфлот», в распоряжении которой имеется 8 танкеров.
Рисунок 6 - Танкер «Астана»
На сегодняшний день чрезвычайных ситуаций на танкерах компании не зарегистрировано.
2.3 Свойства нефтяного разлива в мировом океане
Основными физическими свойствами, которые воздействуют на состояние нефти, разлитой в море, являются следующие [12]:
Удельный вес. Нефть с низким удельным весом склонна к большой летучести и высокой текучести.
Дистилляционные характеристики. По мере повышения температуры (летучесть) нефти различные компоненты отгоняются при различных температурах.
Вязкость (сопротивление текучести). Текучесть вязких нефтей затруднена, маловязкие нефти отличаются высокой обильностью. На вязкость влияют температура моря и тепловая абсорбция нефтей.
Температура застывания. При температуре моря ниже температуры застывания нефти нефть будет вести себя как твердый материал.
Асфальтены/полярные углеводороды. Эти категории соединений склонны способствовать образованию стабильных водонефтяных эмульсий.
Нижеследующие процессы обычно происходят одновременно, хотя их относительная важность меняется на протяжении срока существования разлива.
Расползание разлива. На ранних стадиях большинства разливов нефть расползается, образуя тонкую пленку нефти. Скорость такого распространения будет зависеть от ряда вещей, включая вязкость, температуру застывания, парафинистости нефти, состояния моря и погодных условий. Через несколько часов нефтяное пятно начинает разбиваться и образовывать узкие полосы или
«ряды», вытянутые в сторону ветра. Обычно такие нефтяные пятна будут двигаться в одном направлении и с одной скоростью с течением, и также перемещаться в одном направлении с ветром со скоростью примерно 3% от скорости ветра. Обычно толщина нефти в нефтяном пятне значительно меняется.
Испарение. Скорость и интенсивность испарения определяются главным образом летучестью нефти. Разливы неустойчивых нефтепродуктов, таких, как керосин или бензин, могут полностью испариться через несколько часов, а легкие типы нефти способны терять до 40% в первый день. Однако тяжелые нефти и топливные нефтепродукты мало подвержены процессу испарения.
Интенсивность испарения будет зависеть от скорости распространения нефтяного пятна, состояния моря и ветрового и температурного режимов. Чем больше поверхностная площадь, чем сильнее волнение, ветры и чем выше температура среды, тем выше будет интенсивность испарения.
Внесение диспергаторов. В определенных условиях нефть может перейти в дисперсное состояние под механическим воздействием сил моря. Волнение и вихревые потоки воздействуют на нефтяное пятно, образуя нефтяные капли разных размеров. Мелкие капли остаются в подвешенном состоянии, в то время как более крупные поднимаются обратно к поверхности. Небольшие капли, оставшиеся в подвешенном состоянии смешиваются с массой воды, что может способствовать другим процессам, таким, как биологический распад. Скорость такого перехода в дисперсное состояние зависит от природы нефти, толщины нефтяного пятна и состояния моря. Нефти, которые сохраняют текучесть и могут беспрепятственно распространяться по площади, могут за несколько дней полностью перейти в дисперсное состояние в условиях умеренного волнения моря. И наоборот, вязкие нефти или нефтепродукты, образующие устойчивые водонефтяные эмульсии демонстрируют слабую тенденцию к диспергированию.
Эмульгирование. Для многих нефтепродуктов характерна тенденция впитывания воды, в результате чего образуются водонефтяные эмульсии, которые могут увеличить объемы загрязняющих веществ в три-четыре раза.
Такие эмульсии зачастую отличаются очень высокой вязкостью и достаточной стабильностью, приводя к появлению феномена, известного под названием
