Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

Прогноз развития аварийных ситуаций и их последствий для окружающей среды и человека является одной из проблем обеспечения безопасности магистральных и промысловых продуктопроводов. Наибольшие трудности связаны с оценкой объема загрязненного грунта при аварийном истечении нефтепродуктов через отверстия небольшого диаметра (до одного дюйма) подземных продуктопроводов, поскольку данный вид утечек характеризуется достаточной продолжительностью во времени до момента обнаружения.

Основной характеристикой грунта является пористость, которая определяет его способность к впитыванию жидкости, назовем эту способность нефтеемкостью. В зависимости от нефтеемкости отдельных элементарных объемов грунта и скорости поступления подпитывающей жидкости можно определить направление превалирующего распространения жидких углеводородов в грунте, что позволит определить предполагаемое место проявления нефтепродуктов на поверхности, оценить ареал распространения нефтепродуктов и, соответственно, объем загрязненного грунта. Еще одной важной характеристикой грунта является его пропускная способность, то есть характеристика того, насколько легко может двигаться в нем жидкость. При одной и той же пористости пропускная способность различных грунтов может оказаться совершенно разной.

Способность пористой среды пропускать жидкость характеризуется проницаемостью. Ее определение тесно связано с основным законом движения жидкости в пористой среде, называемом законом Дарси.

                                             (1)

Здесь ρ - плотность жидкости, µ - вязкость, g - ускорение силы тяжести,ΔH - разность уровней, L - длина образца, S - площадь сечения образца, k - коэффициент пропорциональности, являющийся характеристикой пористой среды и не зависящий от размеров образца и свойств жидкости. Это характеристика и называется проницаемостью пористой среды, а формула (1) представляет собой современную запись закона Дарси в простейшей форме. Сравнивая размерности обеих частей уравнения (1), находим, что проницаемость k имеет размерность площади, то есть измеряется в м2. В таких единицах проницаемость большинства природных пористых сред весьма мала. Так, проницаемость «хорошо» проницаемого песчаника порядка 10-12 м2 [1,2].

Методика по оценке объема загрязнения грунта при истечении жидких углеводородов из поземного трубопровода, с диаметром дефектного отверстия в один дюйм, основана на выше описанных характеристиках грунта. Для определения объемного распространения жидких углеводородов в толще грунта рассматриваемая область разбивается на элементарные объемы, имеющие форму куба, линейные размеры которых определяются точностью требуемых результатов и исходных данных.

Расход нефтепродуктов, поступающих через дефектное отверстие в грунт, определяется на основе «Методики определения ущерба окружающей природной среде ...» [3].

При моделировании процессов истечения жидких углеводородов, полученные системы уравнений решаются методом конечных элементов с разбиением расчетных областей на элементарные объемы.

Апробация методики по оценке объема загрязнения грунта при истечении жидких углеводородов из поземного трубопровода (диаметр дефектного отверстия один дюйм) проводилась на примере инцидента в районе 57 км конденсатопровода «Оренбург-Салават-Уфа-4 нитка», принадлежащего Управлению по эксплуатации соединительных продуктопроводов (УЭСП) ООО «Оренбурггазпром».

Картина распространения конденсата в почвогрунтах на месте рассматриваемого инцидента обусловлена нарушением сплошности коренного грунта в период строительства 3-ей и 4-ой ниток конденсатопровода. По этой причине конденсат в грунте распространялся неравномерно, а по наиболее проницаемым участкам, образованным при отрытии трассовой траншеи и последующей ее засыпке, расположение которых имеет хаотичный (очаговый) характер. Данное обстоятельство привело к тому, что распространение конденсата и его скопления рассредоточены, поэтому более тщательное и оперативное удаление из зоны инцидента загрязненного грунта потребовало также и удаления незагрязненного грунта, находящегося между этими скоплениями. Проведенное «шурфование» по контуру загрязнения с отбором проб грунта и его анализом на наличие углеводородов показало, что основная часть конденсата находится на глубине 4,0-5,5 м, площадь распространения очаговых скоплений конденсата - 1500 м2. Объем загрязненного грунта между 3-ей и 4-ой нитками конденсатопровода, т.е. в полосе протяженностью 40 м и шириной 35 м и глубиной до 5,5 м, подлежащий утилизации, составил около 7,7 тыс.м3.

При проведении расчета было принято, что коэффициент пористости грунта в интервале глубин от 0 до 1 м равен 0,35, от 1 до 5 м равен 0,25, а ниже - 0,1. В результате проведения расчета, объем загрязненного грунта составил около 6,1 тыс.м3, разница расчетного объема и объема фактически подверженного утилизации, составила около 26%. Причина расхождения, очевидно, связана с хаотичным рассредоточением скоплений конденсата из-за нарушения однородности коренного грунта в период укладки трубопровода, что привело к выемке вместе с загрязненным грунтом и незагрязненного.

В настоящее время разработчиками ведутся работы по усовершенствованию методики, планируется учет эффекта суффозии, т.е. выноса мелких частиц и внутреннего размыва в месте аварийного истечения под влиянием гидродинамического давления фильтрующей жидкости.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Кочина Н.Н., Кочина П.Я., Николаевский В.Н. Мир подземных жидкостей. М.: ИФЗ, 1994. 112 с.
  2. Басниев К.С., Власов А.М., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидравлика. М.: Недра, 1986. 303 с.
  3. «Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных трубопроводах» (утв. Минтопэнерго России 1 ноября 1995 г. согласованно с Департаментом Государственного экологического контроля Минприроды России) - Уфа: ИПТЭР, 1995.