--PAGE_BREAK--2.2Технология многоуровневого экологического мониторинга в целях информационного обеспечения безопасности морской добычи нефти и газа
На основе анализа передового зарубежного опыта создания систем контроля окружающей среды в районе функционирования морских нефтегазовых промыслов специалистами Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН разработана технология многоуровневого экологического мониторинга. Эта разработка позволит в масштабе времени, близком к реальному, осуществлять контроль и прогнозирование негативных последствий техногенных загрязнений акватории (а в сейсмоопасных районах —геодинамической активности) и обеспечивать необходимой информацией процесс принятия адекватных управленческих решений для минимизации ущерба.
Крупнейшие мировые компании ТЭК, вовлеченные в добычу углеводородного сырья на морском шельфе, системно работают над повышением экологической безопасности морских операций, одним из направлений чего является совершенствование осуществляемого ими экологического мониторинга. Экологический мониторинг морских акваторий в ходе производственной деятельности способствует сближению интересов государства и бизнеса, связанных с использованием и освоением шельфовой зоны.
Организация эффективного экологического мониторинга производственной деятельности предприятий ТЭК на морском шельфе становится все более актуальной, в первую очередь, из-за расширения добычи и транспортировки углеводородного сырья, что в аварийных ситуациях может приводить к негативным последствиям для прибрежных территорий. Согласно Морской доктрине Российской Федерации на период до 2020 г., утвержденной указом Президента РФ №ПР-1387 от 27.07.2001, «предотвращение загрязнения морской среды» — одно из основных положений, относящихся к обеспечению национальных интересов в Мировом океане. Одним из принципов национальной морской политики является «развитие систем мониторинга за состоянием морской природной среды и прибрежных территорий». Особенно актуальны задачи экологического мониторинга при освоении месторождений в Каспийском море. В последние годы экологическому мониторингу морских акваторий уделяется гораздо больше внимания, чем раньше. В частности, Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии Наук (ИОРАН) выполнил работы в рамках проекта ФЦНТП Минобрнауки (РП–22.1/001) «Создание системы многоуровневого регионально-адаптированного экологического и геодинамического мониторинга морей Российской Федерации, в первую очередь шельфа и континентального склона», в результате которых была разработана система информационного обеспечения промышленной и экологической безопасности объектов обустройства месторождения нефти и газа на морском шельфе.
Одна из ведущих нефтяных компаний ОАО «ЛУКОЙЛ» создала специальные программы производственного экологического мониторинга для разработки месторождений на Каспийском море и Кравцовского месторождения на Балтийском море, где уже установлена морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП Д-6). При этом следует отметить широкое использование спутникового мониторинга юго-восточной Балтики в качестве одной из основных компонент контроля экологического состояния окружающей среды. Недостатком мониторинга, проводимого на Д-6, является отсутствие технических средств проведения мониторинга состояния морской среды на самой МЛСП Д-6 (там установлена только автоматическая метеостанция).
В 2005 г. Морская коллегия при Правительстве РФ поручила Минпромэнерго, МПР, Минобороны, Минобрнауки, Росгидромету совместно с РАН проработать вопрос использования морских буровых платформ, осуществляющих разведочное или эксплуатационное бурение на континентальном шельфе России, в качестве технологических носителей системы комплексного многоуровневого экологического и метеорологического мониторинга, а в сейсмоактивных районах и геодинамического мониторинга. Специалистами ИОРАН были подготовлены предложения по этой проблеме, представленные как официальные предложения РАН. Для ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» ИОРАН совместно с ГУ «Каспийский морской научно-исследовательский центр» подготовил конкретные предложения по техническим средствам и информационной системе экологического мониторинга при обустройстве месторождения им. Ю. Корчагина.
2.3Комплексный многоуровневый мониторинг морской среды
Система постоянного контроля за объектами недропользования в морских акваториях должна обеспечивать информацию о ключевых параметрах морской среды в реальном времени с целью оценки текущих воздействий, с одной стороны, на объекты недропользования, с другой — на важнейшие компоненты морских экологических систем. Основная задача оперативного экологического мониторинга заключается в контроле за возможными техногенными загрязнениями. Раннее обнаружение утечек загрязняющих веществ необходимо для своевременного принятия мер по предотвращению крупных аварий. Данные длительного мониторинга используются для отслеживания состояния ключевых экологических параметров и для выделения антропогенных факторов на фоне естественных природных трендов. Это позволяет прогнозировать негативные последствия и принимать адекватные решения для минимизации риска ущерба. Система экологического мониторинга должна обладать следующими характеристиками:
· иметь многоуровневую структуру (см. рис. 1);
· обеспечивать непрерывную информацию об изменении ключевых параметров состояния взаимодействующих природных сред: приводного слоя атмосферы, поверхности моря, водной толщи, морского дна, включая осадочный слой и земную кору;
· использовать многосенсорный подход с применением современных дистанционных и контактных технических средств и методов;
· быть экономически эффективной и основанной преимущественно на отечественных технологиях;
· быть регионально-адаптированной с учетом региональных особенностей шельфовой зоны, локальной структуры и динамики экосистем и характера антропогенной нагрузки, а также учитывать особенности регионального климата.
При этом должны быть использованы новые научно-технические решения, включая автоматизацию измерений, робототехнику, а также тематические методы обработки спутниковой информации и распознавания сигналов.
2.4 Технические средства комплексного экологического мониторинга
Технический комплекс многоуровневого экологического мониторинга должен включать следующие подсистемы:
· гидрометеорологического мониторинга;
· мониторинга присутствия нефтяных загрязнений в морской среде;
· геодинамического мониторинга;
· мониторинга состояния объектов недропользования с судна;
· спутникового мониторинга;
· информационного обеспечения.
Подсистема гидрометеорологического мониторингапредназначена для:
· определения опасных метеорологических и гидрологических явлений, представляющих угрозу сооружениям и персоналу нефтедобывающей платформы;
· диагностики поступления и переноса загрязняющих веществ с соседних участков акватории;
· получение исходных метеорологических и гидрологических данных для прогноза распространения нефтяного загрязнения (при аварийных разливах нефти);
· информационное обеспечение безопасности судового и воздушного сообщения между нефтедобывающей платформой и берегом.
К числу измеряемых этой подсистемой характеристик относятся следующие: параметры состояния приводного слоя атмосферы, облачность, осадки, уровень моря, характеристики волнения, вертикальный профиль скорости морских течений, толщина морского льда, температура и соленость воды. Критерии наблюдаемых опасных явлений гидрометеорологического режима должны соответствовать инструкциям Росгидромета. При этом применяются гидрометеорологические приборы, соответствующие по своим техническим характеристикам требованиям нормативно-методических документов, в том числе Госстроя.
Автоматическая метеорологическая станция должна быть размещена на открытой площадке (стреле), исключающей экранирующее влияние сооружения на показания измерительных приборов, и оснащена следующими датчиками:
— температуры воздуха,
— скорости и направления ветра,
— атмосферного давления,
— парциального давления водяного пара (влажности),
— атмосферных осадков,
— видимости,
— высоты нижнего края облачности.
Основа подводной части подсистемы гидрометеорологического мониторинга — заякоренный автоматический профилирующий комплекс «Аквазонд» (см. рис. 2) — своего рода морской грузовой лифт. Этот прибор перемещает полезный груз — измерительную аппаратуру, передвигаясь по тросу, натянутому вертикально между подповерхностной плавучестью и донным якорем. В отличие от традиционных буйковых постановок с размещением приборов на фиксированных горизонтах, в данном случае измеряются непрерывные вертикальные распределения (профили) параметров среды и биоты, что позволяет точно оценивать как дифференциальные, так и интегральные характеристики этих распределений. Наряду с этим носитель может останавливаться — «зависать» на нужное время, чтобы произвести измерения на заданных горизонтах. Передача данных с «Аквазонда» осуществляется по ходовому тросу с помощью магнитных модемов и далее по кабелю или по подводному гидроакустическому каналу в подсистему информационного обеспечения на нефтедобывающей платформе.
Подсистема мониторинга присутствия нефтяных загрязнений в морской средеобеспечивает:
— обнаружение утечки и присутствие нефти на водной поверхности на расстоянии до 100 м от нефтяной платформы (с возможностью количественной оценки обнаруженной утечки) посредством лидара и от 100 м до 2-3 км с помощью радиолокационной станции;
— обнаружение маломерных плавсредств в радиусе 5-7 км и контроль за надводной обстановкой в зоне морской нефтедобывающей платформы в радиусе 12-14 км (в зависимости от высоты установки и балльности моря) посредством радиолокационной станции.
Нефть и нефтепродукты интенсивно флуоресцируют при возбуждении светом ультрафиолетового диапазона, причем спектры флуоресценции разных типов нефтепродуктов существенно различаются по интенсивности и форме. Нефтяные загрязнения на поверхности моря можно обнаружить и идентифицировать посредством флуоресцентных лидаров.
В результате большой методической работы было показано, что лидар может не только обнаруживать загрязнения нефтепродуктами вокруг платформы, но и позволяет оценивать толщину нефтяной пленки, давая тем самым возможность количественной оценки обнаруженной утечки.
Для обнаружения нефтяных пленок на расстояниях более 100 м от платформы предлагается использовать радиолокационную станцию. При утечке нефти на поверхности воды образуются пленки, которые влияют на поверхностные волны, в частности, уменьшают энергию волн, их дисперсию и крутизну наклонов. Сглаженная пленкой поверхность воды отражает падающие на нее электромагнитные волны в сторону от антенны радиолокатора. Отразившись от выглаженной поверхности, радиоволны не возвращаются к радиолокатору, и участок, покрытый пленкой, отображается на мониторе радиолокатора черным тоном.
Специальная радиолокационная станция для обнаружения протяженных слабоконтрастных нефтяных пленок существенно отличается от навигационных радаров, предназначенных для обнаружения локализованных сильноконтрастных мишеней (суда и другие объекты). У сильноконтрастных объектов эффективная площадь рассеяния составляет 10-1000 м2, у низкоконтрастных — 0,01-0,1 м2. Специализированный радиолокатор использует когерентный приемо-передатчик и новые технологии сверхвысокочастотных антенн, благодаря чему удается на два порядка сократить время формирования изображения для обнаружения нефтяного пятна и снизить уровень фоновых помех. Преимущество такого радара также в низком уровне излучения, что позволяет устанавливать радар вблизи помещений, где находятся люди.
Подсистема геодинамического мониторингапредназначена для регистрации данных:
— о развитии процесса растрескивания твердой среды, признаках разрушения среды, выраженных в появлении микроземлетрясений, спровоцированных перераспределением порового давления;
— об изменениях углов наклона, наклонных перемещениях и колебаниях морской нефтедобывающей платформы с выработкой сигнала тревоги при превышении значения ускорения заданного порога.
В различных нефтегазоносных акваториях Мирового океана, в том числе на шельфах окраинных морей, зарегистрированы аномальные геодинамические события на разрабатываемых месторождениях углеводородов в форме деформаций и просадок, природно-техногенной сейсмичности, современной активизации разломов, горизонтальных смещений массивов горных пород, которые приводили к серьезным негативным промышленным и экологическим последствиям. Прогнозирование этих событий и снижение масштабов их последствий является актуальной практической задачей.
На первом этапе организации работ по геодинамическому мониторингу на шельфе в качестве базовых методов используются:
— режимные сейсмологические наблюдения с использованием донных сейсмостанций, а также наземных пунктов, расположенных на прилегающей суше;
— методы пассивной эмиссионной сейсмической томографии (шумовой 3D-локации), которые позволят оценивать состояние поля напряжений в объеме изучаемого месторождения углеводородов;
— геомеханическое моделирование последствий разработки месторождений.
В состав подсистемы геодинамического мониторинга входят три донных сейсмографа, помещаемых в герметичные прочные корпуса, располагающиеся на дне акватории на расстоянии примерно 300-500 м от платформы и содержащие блоки сейсмических датчиков с выносными гидрофонами. Сейсмометрические каналы донных сейсмических станции обеспечивают непрерывное измерение трех компонент скорости смещения морского дна в ортогональных друг к другу направлениях (одного вертикального и двух горизонтальных).
На нефтедобывающей платформе размещаются следующие датчики:
— прецизионный наклономер;
— трехкомпонентный акселерометр;
— микропроцессорная система обработки информации.
Трехкомпонентный акселерометр должен непрерывно регистрировать ускорение колебаний платформы с выработкой сигнала тревоги при превышении значения ускорения заданного порога. Инклинометр предназначен для измерения малых углов наклона, наклонных перемещений и низкочастотных колебаний нефтедобывающей платформы.
Подсистема работает в автоматическом режиме. Интерактивный контроль состояния измерительной аппаратуры с использованием соответствующего программного обеспечения рекомендуется проводить ежедневно. Регламентные работы необходимо проводить 2 раза в год. Они включают подъем донных сейсмографов для очистки от обрастания гидрофонов, размыкателей, притопленных буев и корпусов донных станций; контроль и калибровку датчиков; установку сейсмографов на место (выполняется с маломерного судна); контроль и калибровку наклономера и акселерометра.
Подсистема мониторинга состояния объектов недропользования с суднапредназначена для обнаружения и идентификации загрязнений нефтепродуктами на поверхности и в приповерхностном слое морской воды на удалении от нефтедобывающей платформы, а также для оценки содержания взвешенного вещества и его вертикального распределения в водной толще от поверхности до дна.
Выполнение этих задач может быть обеспечено оптическими приборами, — прозрачномером и флуориметрами, а также телеуправляемым подводным аппаратом (ТПА), оснащенным поворотными видеокамерами с осветителями.
В ИОРАН разработан погружаемый измеритель показателя ослабления света и температуры воды — прибор ПУМ (прозрачномер универсальный малогабаритный), предназначенный для исследования в режиме вертикального зондирования. Прибор может работать как в автономном режиме, так и в режиме реального времени.
Для выявления нефтяных загрязнений в водной толще предлагается использовать зонды-флуориметры, специально предназначенные для регистрации подобных загрязнений в морской среде.
Детальное обследование трубопроводов с одновременным определением их координат и картографированием расположения выполняются с использованием буксируемой аппаратуры и ТПА. ТПА двигается вдоль трубопровода, и операторы на судне фиксируют техническое состояние трубопровода (места провисания, нарушения гидроизоляции, состояние протекторов электрохимической защиты, состояние обрастания и т.д.).
Подсистема спутникового мониторинга нефтяных загрязненийв первую очередь должна опираться на радиолокационные спутники. Она может обеспечить:
— обнаружение нефтяных пятен и источников их происхождения на обширной акватории,
— оценку направления и скорости перемещения нефтяных пятен.
Спутниковые радиолокационные наблюдения дают возможность получать одновременные изображения всей контролируемой акватории с пространственным разрешением до нескольких метров регулярно в течение многих лет.
Более широкое применение спутниковых методов с использованием сканеров цвета, ИК-радиометров, альтиметров и скатеррометров позволяет оценивать концентрации взвеси и хлорофилла, первичную продукцию в приповерхностном слое моря, а также температуру поверхности моря, скорость и направление приводного ветра, аномалии уровня морской поверхности. Спутниковые наблюдения обеспечивают регулярную последовательность пространственных распределений каждого из вышеуказанных параметров и позволяют своевременно обнаруживать происходящие изменения и выявлять их причины. Спутниковые наблюдения дают возможность отслеживать источники обнаруженных загрязнений и тем самым отличать загрязнения, обусловленные нефтегазодобывающей деятельностью, от загрязнений, не связанных с такой деятельностью.
Следует отметить, что спутниковый мониторинг, при всех своих достоинствах, не может по многим причинам заменить наблюдения, проводимые с платформы или судна; разработанная система комплексного многоуровневого мониторинга предполагает их оптимальное сочетание.
Основным предназначением подсистемы информационного обеспечения является сбор и обработка данных от различных подсистем наблюдений (стационарной, судовой, спутниковой), анализ полученной информации и передача созданной на его основе информационной продукции корпоративным органам управления промышленной и экологической безопасностью и государственным органам управления природопользованием и охраной окружающей среды.
В информационную продукцию целесообразно включать следующие сведения:
— оценку техногенного воздействия, прогноз возможных негативных изменений в соответствующих элементах природной среды и природном комплексе в целом;
— рекомендуемые мероприятия, снижающие и локализующие отрицательные последствия антропогенной деятельности.
Функционирование информационной подсистемы должно осуществляться в двух режимах: оперативном — on-line и в режиме получения обобщенной информации.
В то же время корпоративных информационных ресурсов часто бывает недостаточно для оценки и прогноза состояния и загрязнения морской среды в районах проведения работ. Это обусловлено лабильностью морских экосистем, находящихся под воздействием природных и антропогенных факторов, таких, как речной сток и поступление загрязняющих веществ с речными водами, водообмен с открытой частью моря. Недостаток информации может быть восполнен проведением наблюдений на Государственной наблюдательной сети, подведомственной Росгидромету. Интеграция корпоративного и государственного экологического мониторинга может рассматриваться как региональная система экологического мониторинга.
Для устойчивого функционирования информационной подсистемы предполагается оснащение аналитического центра, выполняющего также функции оператора оборудованием для приема и передачи информации по спутниковым каналам связи, а также приобретение ГИС- и WEB-технологий управления данными, интеграции информационных ресурсов, анализа и визуализации поступающей информации. Аналогичное оборудование и программное обеспечение целесообразно установить в специализированном центре мониторинга в компании, ведущей разработку месторождения.
3. продолжение
--PAGE_BREAK--