WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«СИДНЯЕВ Н.И. Заведующий кафедрой высшей математики МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н., профессор, г. Москва Sidnyaev КУЗЬМИНА М.С. ...»

ОЦЕНКА СЦЕНАРИЕВ РАЗЛИВА НЕФТИ В ШЕЛЬФОВОЙ ЗОНЕ АРКТИЧЕСКИХ

МОРЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛЕЙ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

СИДНЯЕВ Н.И.

Заведующий кафедрой высшей математики МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н., профессор, г. Москва

Sidnyaev@bmstu.ru

КУЗЬМИНА М.С.

Стажер-исследователь научно-учебного комплекса «Фундаментальные науки»

МГТУ им. Н.Э.Баумана, г. Москва

puesta@yandex.ru

МЕЩЕРИН И.В.

Заместитель начальника департамента стратегического развития ОАО «Газпром», начальник управления проектно-изыскательских работ ОАО «Газпром», к.т.н., г. Москва I.Metsherin@adm.gazprom.ru Аннотация Рассмотрены специфика поведения разливов нефти в различных гидрометеорологических условиях и особенности изучения и освоения нефтегазовых ресурсов на арктическом шельфе. Для заданных сценариев с использованием численного моделирования проведена оценка вероятности аварийных разливов нефти, их поведения в различных условиях и вероятности поражения ими поверхности воды и береговой линии Ключевые слова Арктический шельф; нефтегазовые ресурсы; морские нефтяные платформы; танкеры; разливы нефти; аварийные ситуации; нефтяное пятно; моделирование Введение Российская Федерация является одним из крупнейших в мире добытчиков и экспортеров нефти и газа. Для сохранения за страной лидирующих позиций в этом отношении подготовлена программа регионального геологического изучения нефтегазоносности и недропользования на арктическом континентальном шельфе до 2020 г.

При этом стратегическими являются акватории Баренцева, Карского и Охотского морей, где должны быть созданы прибрежно-морские центры нефте- и газодобычи. В дальнейшем основные объемы региональных работ будут проводиться в труднодоступных восточных регионах Арктики. Все это позволит увеличить площади шельфа, перспективные для поисков и разведки нефти и газа, на 500 тыс. км2 и создаст базу для прироста сырьевых ресурсов (рис. 1).

Рис. 1. Процентные доли извлекаемых запасов нефти и газа по акваториям морей России Потенциал развития ресурсной базы и увеличения объемов добычи углеводородов, по мнению ученых, в значительной мере связан с шельфами Баренцева и Печорского морей, где уже открыты богатейшие Штокмановское газоконденсатное месторождение, Приразломное и Долгинское нефтяные месторождения. Однако эти моря пока еще характеризуются низкой геологической изученностью. В целом преимущественно газоносным представляется баренцевоморский регион.

Изучение и освоение морских нефтегазовых ресурсов на арктическом шельфе сопряжено с огромными трудностями, обусловленными в первую очередь суровыми природноклиматическими условиями, а также большими морскими глубинами (рис. 2). По оценке Всероссийского нефтяного научно-исследовательского геолого-разведочного института (ВНИГРИ), величина технически доступных ресурсов углеводородов арктического шельфа (при известных в настоящее время проектных решениях по разработке нефтегазовых месторождений) почти вдвое меньше существующей официальной количественной оценки. При этом если в западно-арктических морях технически доступны примерно 80% извлекаемых страной ресурсов нефти, то в восточно-арктических - не более 50%.

Рис. 2. Первоочередные объекты работ на шельфе Карского моря В северных акваториях России суммарный объем рентабельных ресурсов нефти составляет около 4 млрд т, или 60% от общего объема технически доступных и 40% от общего объема извлекаемых.

При этом более 90% из них приходится на западно-арктические акватории. Особую ценность представляют высокорентабельные ресурсы нефти, объем которых оценивается в 0,8 млрд т. Эта группа ресурсов прогнозируется в Печорском море, что позволяет рассматривать его в качестве приоритетного для освоения. Объем нормально-рентабельных ресурсов нефти в 10 раз превышает объем высокорентабельных. Данная группа ресурсов прогнозируется в Печорском и Карском морях и рассматривается в качестве «второго эшелона» при освоении углеводородного сырья арктического шельфа.

Технически доступные ресурсы свободного газа на российских акваториях оцениваются в 40 трлн м3 и составляют 56% от общей величины извлекаемых ресурсов. При этом более половины их являются рентабельными. Основная их доля прогнозируется в Баренцевом и Карском морях (рис. 3). Восточные районы арктического шельфа рентабельными газовыми ресурсами пока не обладают из-за экстремальных природно-климатических условий и отсутствия необходимой инфраструктуры.

Рис. 3. Схема расположения месторождений газа на акваториях Обской и Тазовской губ

По расчетам специалистов ВНИГРИ, освоение нефтегазовых месторождений в Печорском, Карском и Баренцевом морях окажется в 2-3 раза дороже по сравнению с южными незамерзающими морями - Каспийским и Черным. Конкурентоспособность ресурсов арктического шельфа должна обеспечиваться за счет выявления и освоения крупных высокодебитных месторождений нефти и газа, которые по своим горно-геологическим характеристикам будут превосходить расположенные в благоприятных природно-климатических зонах. В целом же исходя из технических и экономических возможностей морской ресурсной базы суммарный объем извлеченных углеводородов за 2006-2020 гг. может составить 0,3 млрд т нефти и 890 млрд м3 газа.

За этот период времени потребуется «подготовить» новые запасы в объеме 0,7 млрд т нефти и 3,1 трлн м3 газа.

Крупным резервом подготовки сырьевой базы углеводородов в XXI-XXII вв. является шельф южной части Карского моря, прилегающий к западному побережью полуострова Ямал. Эта крупная нефтегазоносная область севера Западной Сибири, по оценкам ученых, обладает перспективными ресурсами величиной 56 трлн м3 условного топлива. Другого региона с подобной концентрацией неразведанных углеводородов Россия не имеет. Расчеты специалистов показывают высокую вероятность разведки к 2015 г. не менее 15 трлн м3 газа в Карской нефтегазоносной области. Создание здесь уникального Карского морского центра газодобычи могло бы обеспечить в 2015-2030 гг. добычу не менее 300-400 млрд м3 газа в год. Возможность создания других подобных центров в России пока не прогнозируется.

По мнению специалистов ОАО «Газпром», поиски, разведку и обустройство месторождений углеводородов на Карском шельфе следует начинать безотлагательно. Такой стратегический вариант позволит уже с 2015 г. не только начать восполнять падение добычи газа в Надым-Тазовском регионе Западной Сибири, но и увеличить к 2025-2030 гг. добычу газа в стране до 800 млрд м3 в год, обеспечив как внутренние потребности в нем страны, так и поставки его на внешний рынок (рис. 4).

Рис. 4. Обзорная карта перспективных нефтегазоносных районов шельфа РФ

С какими бы трудностями ни приходилось сталкиваться при освоении шельфа северных морей, извлечение его богатств может дать большой экономический эффект. По расчетам ВНИГРИ, возможные поступления в бюджет в виде налогов и платежей за добычу нефти могут составить около 50 млрд долларов, за добычу газа - свыше 70 млрд долларов. Суммарный рентный доход государства от освоения нефтегазовых ресурсов арктических акваторий может превысить 120 млрд долларов. При этом поисково-оценочные работы, обустройство месторождений, развитие промышленной и транспортной инфраструктуры должны осуществляться за счет средств инвесторов при координации и контроле со стороны государства. Инвестиционная емкость этого комплекса работ может составить 12-14 млрд долларов по нефти и 20-22 млрд долларов по газу [8].

Некоторые крупные российские компании в последние годы активно занимаются геологоразведочными работами, открывая новые морские месторождения нефти и газа. Наиболее активно ведет разведку недр арктического шельфа ОАО «Газпром». Большие объемы этих работ были выполнены в акваториях Обской и Тазовской губ с целью разведки уже известных и открытия новых месторождений газа и газоконденсата и подготовки их запасов к промышленному освоению. Привлекательность этого района состоит в том, что все открытые газовые месторождения находятся на расстоянии от 40 до 100 км от разрабатываемого Ямбургского газоконденсатного месторождения (см. рис. 3). Немаловажно и то, что в данном районе работ отсутствует вечная мерзлота.

По данным Всероссийскиого научно-исследовательского института природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ), начальные суммарные ресурсы газа акватории Обской и Тазовской губ составляют 7,4 трлн м3.

В наиболее изученной центральной части акватории локализованные ресурсы и запасы газа составляют 2,4 трлн м3. В результате проведенных поисково-разведочных работ «Газпром» открыл здесь четыре новых газовых месторождения, «прирастив» запасы газа на 800 млрд м3. Компания планирует до 2030 г. сосредоточить основные объемы поисково-разведочных работ на шельфе Баренцева, Печорского и Карского морей и получать основной прирост запасов газа в акваториях Обской и Тазовской губ и на Приямальском шельфе.

Однако, для того чтобы добыть углеводороды из глубин северных морей и обеспечить транспортировку сырья, предстоит решить множество сложнейших научных и технических задач [8]. Оценим возможности решения некоторых из них подробнее.

Оценка вероятности аварийных разливов нефти, их поведения в различных условиях и вероятности поражения ими акватории и береговой линии Основными инструментами для оценки возможностей ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти, являются:

анализ доступных данных об условиях эксплуатации морских платформ - прежде всего тех, которые могут повлиять на проведение операций по предупреждению и ликвидации разливов нефти;

анализ возможностей и ограничений применения используемых технических средств;

моделирование поведения разливов, оценка риска нефтяных загрязнений с учетом природных условий и возможностей технических средств;

анализ результатов моделирования и выявление условий и ситуаций, при которых ликвидация разливов нефти может быть затруднена;

получение оценок и выводов о возможности ликвидации разливов нефти.

Для решения поставленных задач необходимо:

определить серию предельных сценариев аварийных ситуаций с разливами нефти и оценить риски их возникновения;

рассмотреть поведение соответствующих разливов в окружающей среде;

рассмотреть и оценить различные стратегии и способы реагирования на разливы нефти.

Рассмотрим сценарии аварийных разливов:

1) до 10 000 т нефти в течение 5 сут. при аварии на танкере [5];

2) до 1500 т нефти в течение 3 сут. при неконтролируемом фонтанировании скважины;

3) до 16 000 т нефти за 5 сут. при аварии во временном хранилище.

Указанные величины соответствуют максимальным расчетным разливам для морских установок и танкеров.

Например, сценарии 1 и 2 учтены в плане по предупреждению и ликвидации разливов нефти (плане ЛРН) компании-оператора морской ледостойкой стационарной платформы (МЛСП) «Приразломная» в указанных объемах, а для сценария 3 в плане принят разлив величиной 8000 т.

Различия в оценке объемов связаны с тем, что в плане ЛРН такая платформа считается хранилищем нефти (максимальный расчетный разлив соответствует объему максимальной емкости хранения). Но в то же время МЛСП формально зарегистрирована как судно, для которого максимальный расчетный разлив соответствует объему двух танков.

Все перечисленные сценарии являются предельными по объемам разливов из соответствующих источников, и их анализ может рассматриваться как своеобразный стресс-тест для систем защиты окружающей среды в аварийных ситуациях.

Моделирование производится для случаев, когда по каким-либо причинам (например, при возникновении открытого горящего фонтана, продолжительного пожара на аварийном танкере или при неблагоприятных гидрометеорологических условиях) невозможна установка сплошного бонового ограждения вокруг источника разлива (например, как будет показано далее, в условиях Печорского моря устойчивость и конфигурация ограждения будут нарушаться приливными течениями [1]).

Предполагается, что вывоз нефти будет осуществляться арктическими танкерами дедвейтом до 70 000 т с двигательной установкой типа Azipod. Танкеры «Михаил Ульянов» и «Кирилл Лавров» оборудованы двумя поворотными винторулевыми колонками типа Azipod, позволяющими развивать скорость: 16 узлов на свободной воде, 3 узла при движении вперед через ровные однолетние льды толщиной 0,5 м и при движении назад (кормой вперед) через ровные однолетние льды толщиной 1,2 м со снеговым покровом 0,2 м. Эти суда имеют по 10 грузовых танков общей вместимостью 87 029 м3. Вместимость топливных цистерн составляет 2332 м3, запас дизельного масла - 122 м3. «Михаил Ульянов» имеет длину корпуса 257 м, ширину 34 м, высоту борта 21,6 м и осадку 14 м.

В соответствии с оценками, основанными на модифицированной модели формального анализа экологической безопасности танкеров, частота реализации сценария с разливом 10 000 т при аварии модельного двухкорпусного танкера дедвейтом 60 000 т вследствие столкновения или посадки на мель определена следующим образом [2]:

1) вероятность нулевого разлива при аварии - 0,81;

2) вероятность разлива 10 000 т и более в случае, если разлив наступил, - 3,5410-3 (рис.

5);

3) вероятность разлива 10 000 т и более при аварии - 3,5410-3 (1 - 0,81) = 6,7310-4.

Рис. 5. Оценка вероятности разлива 10 000 т для нефтяных танкеров дедвейтом 60 000 т Необходимо отметить, что для предполагаемого вывоза нефти с МЛСП «Приразломная»

потребуется около 100 заходов танкеров в год. По достаточно консервативным оценкам вероятность возникновения аварии танкера составляет 1,010-2 в год, вероятность разлива 10 000 т и более составляет менее 1,010-5 в год.

Кроме объема, места и времени разливы нефти с танкеров характеризуются интенсивностью, динамикой утечек и связанной с этим продолжительностью разливов. Учет этих характеристик может оказать влияние на расчетное поведение разливов в окружающей среде и на определение мероприятий по их локализации и ликвидации.

В настоящее время отсутствует единый подход к определению детальных сценариев разливов из танкеров. В российской нормативной документации определяется только общий объем разлива (содержимое двух смежных танков) и никак не оговаривается его продолжительность.

В современных зарубежных источниках предлагаются различные сценарии:

продолжительность разлива нефти из аварийного танкера составляет 10 ч;

50% разлива попадает в море немедленно, а остальные 50% - в течение последующих 24 ч;

25% содержимого поврежденных танков, находящегося выше пробоины, попадает в море в течение 20 мин., остальная часть вытесняется в течение последующих 24 ч;

25% разлива попадает в море в течение 1 ч, остальное количество - в течение последующих 12 ч.

В настоящем исследовании принят сценарий, при котором 20% разлива из аварийного танкера будет потеряно за 12 ч. Последующая утечка остальных 80% считается равномерной. Этот сценарий выбран как компромиссное сочетание «залпового» и продолжительного разливов [10].

Всего в проекте по освоению шельфов Баренцева и Печорского морей запланировано использование 36 скважин, в том числе 19 добывающих, 16 нагнетательных, 1 поглотительной.

Если буровая программа будет продолжаться 5 лет, то ежегодно потребуется вводить 6-7 скважин, суммарный риск выбросов из которых может достигать 6,110-4 в год (как принято по данным для Северного моря, включая собственно бурение и освоение добывающих и нагнетательных скважин). Повышенный риск будет характерен для последних лет реализации буровой программы, когда параллельно с бурением будет эксплуатироваться бльшая часть добывающих скважин. В дальнейшем при эксплуатации добывающих скважин ежегодный риск выбросов будет составлять около 7,210-4 в год [3].

Вероятность реализации расчетного сценария с выбросом 1500 т нефти составляет 1,82,210-4 в год и оценивается по усредненному дебиту свободного фонтанирования скважины 500 т/сут. и вероятности восстановления контроля скважины в течение 3 сут. в 70% случаев.

Современные конструкции временных хранилищ нефти (такие как платформа гравитационного типа, двойной борт и днище, бетонное заполнение межбортового пространства и др.) не позволяют использовать имеющиеся статистические данные. Однако с достаточной уверенностью можно считать, что их аварийность в части возможных разливов не выше, чем у танкеров аналогичной вместимости (рис. 6). Оценочно принимая вероятность аварий при столкновениях судов с МЛСП на уровне, характерном для стационарных установок Северного моря, и частоту сверхрасчетных ледовых воздействий равной 5,010-4 в год, получим заведомо консервативную оценку частоты аварий с разливом 16 000 т на уровне 1,010-5 в год.

Рис. 6. Оценка вероятности разлива 16 000 тонн нефти для морской платформы (по вероятности разлива для танкера дедвейтом 115 000 т) При моделировании течений для расчета поведения разливов в открытой воде использовалась информация о ледовых условиях в виде положения кромки льда. Наличие льда определяет акваторию, на которую воздействует касательное напряжение ветра, и изменяет режим приливных течений. Для учета льда в моделях течений использовались официальные данные режимных обобщений, подготовленных организациями Росгидромета. Учет ледового покрова проводился в соответствии с подекадным (климатическим) положением кромки льда 50%-ной обеспеченности, включенным непосредственно в узлы 5-мильной сетки.

Сведения о состоянии ледового покрова приводятся по данным судовых наблюдений, авиационных ледовых разведок и наблюдений на гидрометеостанциях (при рядах данных продолжительностью от 40 до 100 лет).

Сроки замерзания юго-восточной части Баренцева моря составляют 2-3 месяца, а сроки очищения ото льда - около 3 месяцев. При благоприятных условиях ледовый период составляет всего 3-4 месяца, а безледный - 8-9 месяцев. При неблагоприятных условиях продолжительность этих периодов бывает 10-11 и 1-2 месяца соответственно (табл. 1).

Табл. 1 Среднемноголетние сведения о ледовом покрове в Печорском море по месяцам (I-XII) Для Варандейского берега в течение первой половины зимы характерно неустойчивое состояние припая, состоящего изо льда толщиной 0,2-0,3 м, который может взламываться несколько раз под влиянием зыби, прилива и штормового ветра. При средних условиях устойчивое становление припая происходит в конце февраля - в марте, когда лед достигает толщины 0,5-0,7 м. Размах межгодовых изменений превышает 3 месяца. Обычно припай распространяется вдоль берега узкой зоной шириной 2-5 км, но в суровые зимы при удалении кромки льдов на запад ширина этой зоны может достигать 10-15 км. Изолиния 100%-ной повторяемости положения кромки неподвижного льда (припая) примерно совпадает с положением изобаты 5 м, а при наличии островов она частично совпадает с изобатой 10 м.

По мере замерзания акватории, обычно в ноябре - марте, кромка льдов перемещается в западном направлении примерно на 800 км. Крайнее западное положение при среднемноголетних условиях она занимает в первой половине апреля. При средних условиях кромка проходит по линии от 40 до 48° в.д. на севере юго-восточной части Баренцева моря. При тяжелых условиях она находится за пределами юго-восточной части этого моря. Затем по мере его очищения ото льда, обычно в мае - июне, кромка льдов перемещается в восточном направлении. К середине июля при легких условиях вся акватория моря очищается ото льдов, а при средних условиях кромка льдов находится в крайней восточной части акватории, примыкая к проливу Карские Ворота. При тяжелых условиях кромка льдов простирается от Новой Земли до Варандейского берега и окончательное очищение происходит только в августе.

Сплоченность ледового покрова юго-восточной части Баренцева моря с декабря по апрель обычно составляет 9-10 баллов. Ледовый покров обычно не занимает всей акватории, парциальная площадь сплоченных на 7-10 баллов льдов постоянно увеличивается до апреля (до 70%). В целом за год количество разреженных и редких льдов намного меньше, чем сплоченных. При среднемноголетних условиях наиболее значительное уменьшение площади льдов различных градаций сплоченности происходит во второй половине мая - первой половине июня. В мае обычно половина моря свободна ото льдов, значительные зоны разреженных и редких льдов занимают примерно 10% его площади. Парциальная площадь сплоченных на 7-10 баллов льдов занимает около 40%. В июне преобладают разреженные и редкие льды, а сплоченные сохраняются в виде небольших зон в центральной или юго-восточной части акватории. В первой половине июля остаются только отдельные небольшие зоны разреженных и редких льдов. В весенне-летний период сплоченность льдов в юго-восточной части Баренцева моря имеет значительные межгодовые изменения. Наибольшая межгодовая изменчивость сплоченности льдов проявляется в мае.

Данные о ледовитости Печорского моря приведены в табл. 2 [4].

Табл. 2 Ледовитость юго-восточной части Баренцова моря в 1996-2003 гг., % При экстремально легких условиях в середине мая площадь моря, занятая ледяным покровом, который состоит в основном из льдов сплоченностью 7-10 баллов, составляет около 30%. Разреженные и редкие льды сохраняются в виде отдельных зон, парциальная площадь которых менее 5%. Примерно 70% площади моря свободны ото льда.

При средних условиях ледовитость составляет около 50%, при этом парциальная площадь сплоченных льдов составляет 40%, а разреженные и редкие льды занимают 10% акватории.

Половина площади моря свободна ото льдов.

При экстремально тяжелых условиях ледовитость составляет около 90%, парциальная площадь сплоченных льдов - почти 75%, разреженных и редких - около 15%. Примерно 15% площади моря свободны ото льдов.

В зависимости от типа ледовых условий в весенний период граница сплоченных льдов может либо занимать крайнее южное положение, практически примыкающее к кромке припая, либо, при тяжелых условиях, располагаться к западу от полуострова Канин Нос. Какого-либо устойчивого постоянного положения скоплений сплоченных льдов на акватории юго-восточной части Баренцева моря не наблюдается.

Активное образование торосов на дрейфующих льдах обычно начинается в декабре - январе при достижении льдами толщины 0,3-0,5 м. В среднем в ледяном покрове Печорского района преобладает торосистость величиной 2-3 балла.

Вся акватория юго-восточной части Баренцева моря очищается ото льдов при экстремально легких условиях в конце мая, при средних - в первой декаде июля, при экстремально тяжелых - в первой декаде августа.

Вся информация о ледяном покрове арктических морей, полученная по данным спутниковых снимков, судовых наблюдений, авиационных ледовых разведок, наблюдений на гидрометеорологических станциях, оцифрована и представлена на сеточной области с пространственным разрешением 0,10,1° и временным разрешением в 1 неделю. Была сделана выборка величин сплоченности льда в точке установки МЛСП «Приразломная» за 1999-2012 гг. и получены среднемесячные значения сплоченности льда за этот период (рис. 7). По-видимому, общая тенденция к потеплению в Арктическом бассейне выражается в некотором смягчении ледовых условий в районе данной МЛСП, как показано на рис. 8 [4]. Это смягчение особенно заметно в начале ледового периода в осенние месяцы календарного года.

Рис. 7. Среднемесячная сплоченность льда за период 1999-2012 гг.

Рис. 8. Ледовые условии в 1999-2012 гг.

Поведение разливов нефти рассчитывалось для всех выявленных гидрометеорологических ситуаций в виде траекторий распространения разливов и их характеристик (положения и размера пятна разлива, массы нефти в различных состояниях, физико-химических свойств нефти и др.).

Всего было рассчитано около 34 000 сценариев распространения нефти в безледный период и при наличии льда. В дальнейшем эта совокупность сценариев (для упрощения называемых ситуациями) подверглась логическому и статистическому анализу в пространственном, временном и других разрезах.

Результатами обработки явились [9]:

зоны риска распространения разливов в виде участков акватории и побережий, которые могут поражаться разливами за заданные отрезки времени;

зоны риска поражения в виде участков акватории и побережий, которые могут поражаться разливами с заданной вероятностью;

зоны риска загрязнения акваторий и побережий в виде их участков, которые могут иметь заданные интенсивности загрязнения;

динамика состояния разливов в виде кривых выветривания и некоторые другие практические показатели.

Шкалы времени достижения, уровней вероятности и уровней загрязнения могут быть заданы заранее или формироваться по результатам моделирования.

Пространственно-геометрические характеристики разливов (размеры и площадь нефтяного пятна) определялись для их начальной стадии, в течение которой можно рассчитывать на сохранение близкой к регулярной эллипсовидной конфигурации. Геометрические характеристики учитывают растекание разлива и перенос в различных условиях, которые в нашем случае были представлены эквивалентной скоростью ветра. Длина разлива соответствует дальности его переноса эквивалентным ветром, ширина определяется по его фронтальной части. Для определения предельных размеров разлива вокруг источника был выполнен расчет для идеализированной ситуации полного штиля.

Графики, приведенные на рис. 9, 10, показывают эволюцию геометрических характеристик разливов массой 1500 и 10 000 т (при 2000 т за 12 ч) соответственно. Для более полного представления о структуре разлива они были рассчитаны для различной толщины нефтяной пленки h (h = 0,001 мм - с возможностью визуального определения границы разлива, h = 0,01 мм предельной толщины для применения технологий механического сбора нефти, h = 0,05 мм - для относительно эффективного применения механического сбора). Эти характеристики могут быть использованы для планирования оперативных операций по ликвидации разливов нефти. Для установления более точных закономерностей распределения массы разлива по его площади необходимы дальнейшие исследования, выходящие за рамки настоящей работы.

Рис. 9. Геометрические характеристики разлива массой 1500 т в течение 3 сут.

Рис. 10. Геометрические характеристики разлива массой 10 000 т в течение 5 сут. (2000 т за 12 ч) Выветривание разливов определяется как доля количества нефти, остающейся на поверхности, по отношению к разлитому. На рисунках 11, 12 показаны возможные диапазоны и средние значения выветривания для разливов массой 1500 и 10 000 т соответственно [6].

Приведенные диаграммы показывают чрезвычайно высокую вариабельность выветривания, которое существенно зависит от метеорологических условий. В частности, существуют ситуации, при которых для сброса величиной 1500 т за 3 сут. вся нефть исчезнет с поверхности моря (за счет процессов испарения и диспергирования) к моменту окончания разлива. Для разлива массой 10 000 т естественная очистка акватории от нефти возможна за 5 сут., то есть тоже к моменту его окончания. Такие ситуации относятся к экстремальным - с сильными ветрами и волнением в течение всего времени утечки нефти.

Данные, которые дают представление о вероятностных, временных и пространственных характеристиках возможных разливов для различных исходных данных, приведены на рис. 13, 14 [4]. Вероятности поражения акватории за 5 сут.в безледный период показаны на рис. 13, за 10 суток - на рис. 14.

Рис. 11. Диапазоны возможного выветривания разлива массой 1500 т Рис. 12. Диапазоны возможного выветривания разлива массой 10 000 т Рис. 13. Вероятность поражения акватории за 5 сут. в безледный период (h - толщина нефтяной пленки). Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server Рис. 14. Вероятность поражения акватории за 10 сут. в безледный период (h - толщина нефтяной плёнки). Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server С целью определения районов реагирования были рассчитаны детализированные зоны риска распространения разливов в течение 24 ч (рис. 15). Из сопоставления расчетных данных видно, что зоны риска распространения разливов определяются не столько объемом и интенсивностью разлива, сколько характеристиками гидрометеорологических условий.

Разумеется, при примерно одинаковых размерах зон уровни загрязнения в их пределах будут закономерно выше для разливов бльшего объема или интенсивности. Вероятность поражения, 1 км береговой линии за 5 сут. показана на рис. 16, за 10 суток - на рис. 17.

Распределение максимальных значений толщины пленки нефти, соответствующее заданным разливам, показано на рис. 18. Примыкание зон загрязнений определенной интенсивности к побережьям также означает угрозу подхода разлива такой интенсивности к берегу.

Рис. 15. Зоны риска поражения акватории за 24 ч в безледный период (h - толщина нефтяной плёнки). Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server Рис. 16. Вероятность поражения 1 км береговой линии за 5 сут. Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server Рис. 17. Вероятность поражения 1 км береговой линии за 10 сут. Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server Рис. 18. Распределение максимальных значений толщины нефтяной пленки за 10 сут. в безледный период. Изображения получены с использованием серверного программного продукта ENVI FOR ArcGIS Server Распространение разливов в ледовый период имеет ряд особенностей, которые связаны как с сезонным изменением погодных условий, так и с наличием льда на акватории Печорского моря.

Оба эти фактора влияют на геометрические размеры разливов и их выветривание. В ледовый период резко уменьшаются размеры зон риска как за счет снижения скорости движения разливов при наличии подвижного льда на поверхности моря, так и за счет ограничивающего влияния припая.

В ледовый период в отличие от безледного распространение разливов происходит в зоне меньшего размера, и они не достигают закрытых припаем берегов в рассматриваемые сроки. При этом на свободных или частично занятых льдом участках акватории наблюдаются более высокие уровни загрязнения по сравнению с безледным периодом. При изменении ледовых условий появляется возможность захвата разлива льдами [7].

Заключение Проведены обработка и анализ данных, которые дают представление о вероятностных, временных и пространственных характеристиках возможных разливов нефти в шельфовой зоне арктических морей при различных аварийных сценариях.

Рассчитаны детализированные зоны риска распространения разливов в течение суток.

Выполнена оценка риска нефтяных загрязнений с учетом природных и гидрометеорологических условий и возможностей технических средств.

Рассмотрена эволюция геометрических характеристик разливов различных масс в зависимости от времени. Для определения предельных размеров нефтяного пятна вокруг источника разлива проведен расчет для идеализированной ситуации полного штиля. Рассчитаны характеристики для различных значений толщины нефтяной пленки.

Отмечено, что распространение разливов в ледовый период имеет ряд особенностей, которые связаны как с сезонным изменением погодных условий, так и с наличием льда на акватории моря. Оба эти фактора влияют на геометрические размеры пятен нефти при разливах и на их выветривание. В ледовый период резко уменьшаются размеры зон риска как за счет снижения скорости движения разливов при наличии подвижного льда на поверхности моря, так и за счет ограничивающего влияния ледового покрытия.

Полученные параметры могут быть использованы для планирования мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти. При этом анализ результатов моделирования позволяет выявить условия и ситуации, при которых проведение этих операций может быть затруднено.

Для установления более точных закономерностей распределения массы разлива по его площади необходимы дальнейшие исследования.

Список литературы Аронов И.З. Современные проблемы безопасности технических систем и анализа риска // 1.

Стандарты и качество. 1998. №. С. 45-51.

Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С. Использование вероятностных оценок при 2.

анализе безопасности опасных производственных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2001. № 5. С. 33-36.

Грот М.Д. Оптимальные статистические решения / пер. с англ. М.: Мир, 1974. 493 с.

3.

Журавель В.И. Моделирование поведения разливов нефти при эксплуатации МЛСП 4.

«Приразломная». Оценка возможности ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разливами нефти: доклад. / Веб-сайт «Гринпис России». 14 августа, 2012. URL:

http://www.greenpeace.org/russia/ru/press/reports/14-08-2012-modelirovanie-razlivov-nefti/. 87 с.

Лисанов М.В., Мартынюк В.Ф., Печеркин А.С. и др. Концепция методического руководства 5.

по оценке степени риска магистральных трубопроводов // Трубопроводный транспорт нефти.

1997. № 12. С. 8-14.

Лисанов М.В., Мартынюк В.Ф., Печеркин А.С. и др. Перспективы нормативного обеспечения 6.

анализа риска магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. № 8.

С. 8-19.

Маганов Р.У., Александров А.И., Черноплеков А.Н. Как профессионально управлять 7.

промышленной безопасностью? Основные направления совершенствования системы управления промышленной безопасностью, охраной окружающей среды и труда // Нефть России. 2000. № 1. С. 36-43.

Маршалл В. Основные опасности химических производств. М.: Мир, 1989. 671 с.

8.

Сидняев Н.И. Математическое моделирование оценки надежности объектов сложных 9.

технических систем // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 4. С. 24-31.

10. Сидняев Н.И., Смирнов А.В. Математическое моделирование оценки возможного ущерба с помощью ортогональных планов второго порядка // Современные естественно-научные и гуманитарные проблемы: сборник трудов. М.: Логос, 2005. С. 376-384.

Выходные данные: Журнал «Инженерные изыскания», №4/2014, С. 68-80



Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г.Разумовского Институт...»

«ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ШКОЛЬНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ Кохужева Р.Б. Майкопский государственный технологический университет Майкоп, Россия Математическое образование в системе общего среднего образования занимает одно из ведущих мест, что опреде...»

«ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА ЗАДАЧА №1 В какое на приведенных реакций поглощается меньше теплоты: а) Na + 1\2 J2 = NaJ ; Ho = 288 КДж.б) N2 = О2 = 2NO; Ho = 90 КДж.в) СаСО5 = СO+СаО ; Н°...»

«Компания Альфа Лаваль Крупнейший в мире поставщик обо рудования и технологий для различ ных отраслей промышленности и специфических процессов. С помощью наших технологий, обо рудования и сервиса мы помогаем заказчикам оптимизировать их про изводственные процессы. Последо ва...»

«НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ "CETERIS PARIBUS" №12/2016 ISSN 2411-717Х ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 519.853.4+519.853.6 Городецкий Станислав Юрьевич канд. физ.-мат. наук, доцент ФГАОУ ВО "ННГУ им. Н.И. Лобачев...»

«• о 'f /.' объединенный ИНСТИТУТ ядерных исследований дубна Р1-91-564 ИЗУЧЕНИЕ РАСПАДА и* -"• e*v e*e e Направлено в журнал Ядерная физика В.А.Баранов, А.А.Глазов, И.В.Кисель, А.С.Коренченко, С.М.Коренченко, Н.П.Кравчук, Н.А.Кучинский, А.С.Моисеенко, К.Г.Некрасов, В.С.Смирнов, А.И.Филиппов, А.П.Фурсов, Н.В.Хомутов, Н.Н.Чер...»

«1983 г. Январь Том 139, вып. 1 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ "39.12.01 ПОИСКИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВЕКТОРНЫХ БОЗОНОВ*) Д. В. Клайн, К. Руббиа, С. ван дер Жеер Эти массивные элементарные частицы нужны в теории как переносчики слабых сил. Вскоре они должны быть обн...»

«Отметим, что распределение падающих потоков по поверхности стекломассы при данной длине факела точно такое же, имеется лишь количественное отличие потоков, что, собственно, уже видно из данных табл. 3 и табл. 4...»

«УДК 505.373 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ВАРИАЦИЙ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ТИПА КПК В ПРОБЛЕМЕ РАЗВЕДОЧНОГО КАРТИРОВАНИЯ СРЕДНЕГЛУБИННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ЗЕМЛЕ Николай Феликсович Кротевич Институт нефтегазовой г...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учебно-методическое объединение по естественнонаучному образованию УТВЕРЖДАЮ р ® ^ ^ т и т е л ь Министра образования іарусь ШЩ В.А.Богуш иг № TR-O,.5^Г/тип....»

















 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.