Необходимость обеспечения сохранности экологической системы в районах прохождения трассы магистрального нефтепровода

При освоении газонефтеносных провинций Крайнего Севера и шельфовых акваторий мы сталкиваемся с проблемой необходимости сохранения необычной окружающей среды и, в первую очередь, вечномерзлых грунтов.

Трубопроводы оказывают постоянное влияние на природную среду, как во время строительства, так и в течение всего периода эксплуатации. Строители трубопроводов и газодобытчики, при освоении газовых месторождений Тюменского Севера, районов Обской губы и полуострова Ямал столкнулись с проблемой транспортировки газа в условиях вечной мерзлоты. Традиционные способы оказались неприемлемы. Очевидной стала необходимость сохранять в ненарушенном тепловом состоянии окружающий массив грунта при эксплуатации трубопроводов, так как растепление грунтов приводит к необратимым отрицательным последствиям. Охлаждение углеводородов перед закачкой в трубу позволяет, с одной стороны, решить эту проблему, но с другой – ставит проблемы иного плана:

1. До какой температуры охлаждать и с какими скоростями перекачивать углеводороды, чтобы теплосодержание перекачиваемой среды и тепло трения, которое неизбежно увеличивается с повышением вязкости, привести в определенное соотношение, при котором зона теплового влияния трубопровода будет минимальной?

2. Как обеспечить стабильность системы трубопровод – грунт во времени, а осадки и выпучивания трубопровода свести к минимуму?

3. Как, учитывая требования экологической безопасности, обеспечить одновременно перекачку с минимальными затратами, т.е., в оптимальном варианте?

4. И наконец, как учесть в расчетах на этапе проектирования неоднородность и анизотропность (зависимость свойств среды от направления) необычайно сложных по свойствам и составу грунтов Западно – Сибирского региона и Крайнего Севера, прогнозировать их состояние и предотвратить деструкцию многолетнемерзлых формирований в результате техногенного воздействия?

Рассмотрим технологию эксплуатации магистрального трубопровода в районах многолетнемерзлых грунтов при условии сохранности окружающей среды.

Технология является ресурсосберегающей и отвечает экологическим требованиям, так как позволяет предотвратить прогрессирующее таяние подстилающих грунтов и поддерживать размеры талика в допустимых пределах R_0min...R_0max.. При этом повышается устойчивость магистрального трубопровода в экстремальных условиях Крайнего Севера и надежность его эксплуатации.

Открытие на территории Западной Сибири нефтегазовой провинции привело за короткий срок к созданию крупной топливно-энергетической базы страны. Одновременно с освоением территорий и эксплуатацией нефтегазодобывающих и транспортных комплексов были выявлены недостатки существующих технологий, а в ряде случаев и неприемлемость их реализации в районах Крайнего Севера, сформированных вечномерзлыми, многолетнемерзлыми и сезоннооттаивающими грунтами.

Интенсивное освоение районов Севера оказывает значительное воздействие на окружающую среду, нарушая экологическое равновесие, т.к. в результате поднятия на поверхность земли и транспорта нефти и конденсата высвобождается огромное количество тепла.

Прикидочный расчет показывает, что данное тепловыделение соизмеримо с естественным радиационным балансом и количеством тепла, приходящего изнутри земного шара к поверхности.

Внутриземной тепловой поток невелик и в районе Западно-Сибирской низменности составляет примерно 0,06 Вт/м², что соответствует (1...3)×10⁶ Дж/(м²год). Радиационный среднегодовой тепловой поток для данного региона в тундре составляет 26,6 Вт/м².

Можно прикинуть, чему равно дополнительное тепловыделение? Например, при добыче нефти порядка G=400млн. т/год с теплоемкостью c = 2000 Дж/(кг°C), охлаждении ее на Dt = 40 °С и при условии, что тепло распределяется на площади районов нефтедобычи и прохождения трасс нефтепроводов, занимающей примерно 10⁹ м², будет равно:

GcDt = .

Сопоставляя приведенные цифры, согласно которым дополнительное тепловыделение в 1,01/ 0,06 ≈ 17 раз превышает внутриземной тепловой поток, можно отметить, что такого количества тепла вполне достаточно, чтобы изменить сбалансированность тепломассообменных процессов на поверхности земли. Положительный теплооборот на поверхности земли приводит в местах сооружения коммуникаций к прогрессирующему таянию подстилающих многолетнемерзлых грунтов. При больших площадях освоения это может привести к необратимому нарушению экологического равновесия не только Западно-Сибирского региона, но и связанных с ним территорий Евро-Азиатского континента.

Считается, что опасным является антропогенное тепловыделение в пределах 1% от потока солнечной энергии, накапливаемой и рассеиваемой в атмосфере.

Как видно, даже столь грубая прикидка, по минимуму, когда мы вовсе не учитываем колоссальное тепло, получаемое при сжигании нефти и топлив в ходе производственно-хозяйственной деятельности, показывает, что фактическое тепловыделение значительно превышает 1% и составляет не менее (1,01/26,6)×100=3,8%.

Последствия активного освоения нефтегазоносных районов незамедлили сказаться. Многолетние наблюдения показали, что в западно-сибирской тундре в результате хозяйственной деятельности человека идет естественный процесс отступления северной границы лесов вследствие заболачивания равнинных участков. В литературе приводятся многочисленные факты катастрофических последствий, связанных с растеплением грунтов, эрозией почв, солифлюкцией, заболачиванием территорий и т.п. явлениями.

В связи с этим, в последние годы все больше говорится о недопустимости искусственной деградации мерзлоты в районах прохождения магистральных трубопроводов, расположения насосных станций и т.д. Практика проектирования и эксплуатации Транс-Аляскинского нефтепровода, отечественных трубопроводов Тюменской области и Крайнего Севера свидетельствует о необычайной сложности сопутствующих явлений и несомненной актуальности проблемы ограничения прогрессирующего таяния многолетнемерзлых грунтов в районах прохождения трасс.