кандидат технических наук
Институт ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан
старший научный сотрудник
Усманов Тимур Мамасолиевич, младший научный сотрудник Института Ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан
УДК 622.323.012 : 577.346 : 574 : 504.062
Актуальность. В настоящее время проведение научных исследований по радиационному мониторингу предприятий нефте-газодобычи имеет актуальное значение обеспечения радиоэкологической безопасности предприятий нефте-газодобычи.
Цель исследования – проведение радиационного мониторинга естественных радионуклидов на различных объектах предприятий нефте-газодобычи,их идентификация иизучение их содержания в различных образцах, полученных из этих предприятий (газоконденсат, пластовые воды, почвы, твердые осадки из внутренних поверхностяей технологических оборудований, металлоломе, порошкообразном промежуточнгом продукте полиэтилена, конечных технологических продуктах.
Задачи исследования:
- изучение научной литературных источников по данной теме;
– проведение дозиметрического контроля иизмерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на территории технологических объектов, поверхности технологических оборудований, почве слива пластовых вод, металлоломе, утилизированных оборудованиях;
- проведение спектрометрического анализа различных исследуемых образцах на содержание естественных радионуклидов;
- разработка рекомендаций по минимизации экологических рисков и обеспечения радиоэкологической безопасности предприятий нефте-газодобычи и их территорий.
Методы и приборы, использованные при радиационном мониторинге:
- Дляизмерения МЭД гамма-излучения и идентификации естественных радионуклидов были использованы дозиметрические приборы: СРП-68-01 (сцинтилляционный геологоразведочный радиометр), Radiоgem 2000, Target IdentiFINDER R400. Измерения проводили на расстоянии вплотную от исследуемого объекта и на расстоянии 1,0 м от объекта исследования;
- Для спектрометрического анализа «влажных мазков» снятых с
поверхности объектов контроля, идентификации естестенных радионуклидов и определения удельной активности естественных радионуклидов в исследуемых образцах (пластовые воды, грунты, твердые осадки, нефть, газоконденсат, технологические продукты и др.) были использованы многоканальный гамма-спектрометр CANBERRA c германиевым детектором с программным обеспечением Genie-2000 (США) и гамма-бета спектрометр «РАДЭК» МКГБ-01 (Россия).
Научная новизна – при радиационном мониторинге были выявлены радиационно-опасные объекты с высоким содержанием естественных радионуклидов и разработаны рекомендации по минимизации экологических рисков по обеспечению радиоэкологической безопасности персонала предприятий нефте-газодобычи.
Введение
В целом в земной коре имеются повышенные концентрации следующих трех радиоактивных элементов: урана-238 (2,5×10-4 %), тория-232 (1,3×10-3 %) и калия-40 (2,5%). Основными γ-излучателями в семействе урана-238 являются продукты распада радий-226 и радон-222.
Из скважин предприятий нефтегазодобычи в результате добычи, хранения и транспортировки нефти и газа, из недр земли извлекаются естественные радионуклиды уран-238 торий-232 и их продукты распада – радионуклиды радий-226, радон-222, висмут-214, свинец-214, актиний-228, которые являются значимыми радиоактивными загрязнителями окружающей среды [1, 2].
Основным источником загрязнения нефтегазопромыслов естественными радионуклидами являются пластовые воды с радионуклидом 226Ra [3]. В пластовых водах концентрация радионуклида 226Ra и продуктов его распада может превышать фоновые значения в 100–1000 раз [4].
Естественные радионуклиды из пластовых вод вовлекаются в технологический процесс нефтегазадобычи и накапливаются на внутренних полостях оборудования в форме отложений (осадков) радиобаритов Ba226RaSO4 [5].
Кроме урановых руд, только подземные пластовые воды нефтеносных районов могут считаться самостоятельным минеральным сырьем для добычи радия. Содержание радия в пластовых водах составляет порядка 10-9 г/л, но достигает и 1,5.10-7 г/л. Крупные очаги радиоактивного загрязнения формируются при форсированной добыче нефти и газа. Так, техногенное загрязнение территорий Ухтинского месторождения в России при добыче нефти началось еще в 18-ом веке. Многие скважины после выработки длительное время изливали воду с содержанием 226Ra до 8.10-9 г/л.
После длительной откачки нефти и рассолов на внутренней поверхности труб в большом количестве накапливаются соли радия. Сегодня на некоторых нефтяных промыслах, особенно в Татарстане и Башкортостане, после отработки месторождений старые (и загрязненные) трубы порой извлекались из недр для вторичного использования. В Москве, например, было обнаружено множество радиоактивных труб, которые использовались в качестве опор для троллейбусных электролиний, фонарных столбов, свай под фундаменты зданий и сооружений и т.д. На поверхности отдельных опор была зарегистрирована мощность дозы гамма-излучения до 1000 мкР/ч, т.е. в 50 раз выше естественного фона. На участках складирования труб в Северо-Восточном округе Москвы мощность экспозиционной дозы (МЭД) за счет мощности дозы гамма-излучения Ra-226 составляла 300-800 мкР/ч, а в районе Строгино достигала 2500 мкР/ч. На ликвидацию загрязнённых конструкций было затрачены значительные средства, после чего налажен производственный радиационный контроль металлолома и радиационный мониторинг предприятий нефте-газодобычи [6].
Результаты радиационного мониторинга и их обсуждение
В табл. 1 приведены сведения об основных γ-излучателях продуктов распада радионуклида урана и тория.
Основные γ-излучатели в ряде урана |
|||||||||||||
Радионуклид |
214Pb |
214Pb |
214Bi |
214Bi |
214Bi |
214Bi |
|
||||||
Энергия гамма-излучения Еγ, МэВ |
0,295 |
0,352 |
0,609 |
1,112 |
1,764 |
2,204 |
|
||||||
Выход на распад, % |
10,0 |
19,4 |
22,3 |
7,8 |
8,4 |
2,6 |
|
||||||
Основные γ-излучатели в ряде тория |
|||||||||||||
Радионуклид |
212Pb |
228Ac |
208Tl |
208Tl |
228Ac |
228Ac |
208Tl |
||||||
Еγ, Мэв |
0,239 |
0,338 |
0,511 |
0,583 |
0,911 |
0,967 |
2,615 |
||||||
Выход на распад, % |
22,5 |
6,2 |
4,5 |
15,0 |
14,5 |
11,5 |
17,9 |
||||||
Результаты радиационного мониторинга ООО «Газлинефтегаздобыча» на скважинах «Кумли», «Кушимча», «Тайлок», «Хожиказган», «Янгиказган», «Муллахол», газоперерабатывающих комплексов (ГПК) «Учкур», «Кульбешкак», «Даяхатин», «Газосепараторный насос» показали, что на территориях этих объектов нефте-газодобычи МЭД гамма-излучения находится на уровне естественного фона (~12 мкР/час) и радиоактивные загрязнения естественными радионуклидами не обнаружены. Однако, на некоторых объектах предприятий нефтегазодобычи, в том числе на технологических оборудованиях по переработке газоконденсата (технологические трубопроводы неочищенного серосодержащего газа, дренажные трубы, разделители трубопроводов, накопительные емкости, сепараторы теплообменники и др.), в отходах газоконденсата и сливных шахтах пластовых вод, в металлоломе (буровые и технологические трубы, задвижки, оборудования и др.) МЭД доходит до 1800 мкР/ч, который превышает естественный радиационный гамма-фон в 150 раза. (Таблица 2),
Название объекта |
Место измерения МЭД гамма-излучения |
МЭД на поверхности, мкР/ч |
Радионуклид |
ГПК «Учкур» |
Металлолом и, металлические отходы (трубы, задвижки и др.) |
150 |
Радий-226, Торий-232 |
ГПК «Учкур» |
Газораспределительная линия технологической нитки №1, №2, №5 |
250 |
-//- |
ГПК «Учкур» |
Недействующая труба технологической нитки №2 |
220 |
-//- |
Скважина «Янгиказган» |
Металлолом |
120 |
-//- |
ГПК «Даяхатин» |
Ресивер В-201 |
750 |
-//- |
ГПК «Даяхатин» |
Вывехриватель |
738 |
-//- |
ГПК «Даяхатин» |
ЕмкостиE-1, E-2, E-3 |
732 |
-//- |
ГПК «Даяхатин» |
Теплообменники Т-101, Т-102 |
200 |
-//- |
УППГ «Кульбешкек» |
Отходы газоконденсата газозаправочной стации |
82 |
-//- |
УППГ «Кульбешкек» |
Шаровой кран |
1800 |
-//- |
УППГ «Кульбешкек» |
Труба газовая №2
|
275 |
-//- |
Цех по добыче и переработке нефти «Муллахол» |
Металлолом |
265 |
-//- |
Там же |
Емкость, НЗП-2 |
131 |
-//- |
Скважина нефти №374 |
Грунт вокруг скважины |
147 |
-//- |
В таблице 3 даны результаты гамма-спектрометрического анализа исследуемых образцов объектов ООО «Газлинефтегаздобыча».
Наименование исследуемого образца |
Удельная активность радионуклида, Бк/кг |
|
226Ra |
232Th |
|
Твердый осадок из внутренней поверхности срезанной трубы недействующей технологической нитки №2 ГПК «Учкур» |
43492,5 ± 410 |
19515,6 ± 1870 |
Грунт из почвы слива пластовых вод вблизи нитки №1 ГПК «Учкур» |
5331,3 ± 525 |
2452,7±230 |
Мазок из внутренней поверхности металлолома скважины «Янгиказган» |
17923,4± 1625 |
4984 6± 420 |
Пластовая вода из сепаратора С-101 |
292,7±150 |
- |
Нефть из нефтеналивной эстакады «Амирабад» |
- |
- |
Газоконденсат из газоналивной эстакады «Амирабад» |
- |
- |
Из таблицы 3 видно, что в некоторых отдельных образцах удельная активность 226Ra доходит до 43492,5 Бк/кг, что превышает санитарные нормы минимально значимой удельной активности 226Ra на рабочем месте в 4,3 раза [8]. В то же время в конечных продуктах нефти и газоконденсате радионуклиды отсутствуют.
Таким образом, в ООО «Газлинефтегаздобыча» наблюдается радиоактивное загрязнение радионуклидом 226Ra, который находится в основном в виде солевых отложений на внутренних поверхностях закрытых технологических оборудований по сбору, фильтрации, концентрирования, переработки нефти и газоконденсата а также на линиях трубопроводов неочищенного газоконденсата.
В таблице 4 даны результаты радиационного мониторинга объектов и технологических оборудований предприятия нефтегазодобычи «Устюртский Газохимический Комбинат» (УГК).
Название объекта |
Место измерения МЭД гамма-излучения |
МЭД на поверхности, мкР/ч |
МЭД на расстоянии 1 м от поверхности, мкР/ч |
Цех по производству этилена |
Теплообменник Е-2622 |
4600 |
450 |
Цех по производству этилена |
Сферический резервуар пропилена |
170 |
110 |
Цех по производству этилена |
Фильтр F-5201 A |
125 |
120 |
Цех по производству этилена |
Фильтр F-5201 Б |
9720 |
700 |
Промысел «Урга» |
Блок входных ниток |
110 |
50 |
Промысел «Сургил» |
Установка отделения пластовых вод |
14 |
9 |
Промысел «Бердах» |
Буферная емкость |
15 |
10 |
Как видно из таблицы 4, на отдельных технологических оборудованиях объектов УГК МЭД гамма-излучения достигает уровня 9720 мкР/ч, что в 500 раз превышает уровень естественного гамма-фона.
Гамма–спектрометрический анализ образцов из объектов УГК показал (таблица 5), что в основном имеется загрязнение радионуклидом 226Ra и дочерними продуктами распада естественных радионуклидов 214Bi, 214Pb, 228Ac.
Наименование образца |
Удельная активность радионуклида, Бк/кг |
|||
|
226Ra |
214Pb |
214Bi |
228Ac |
Газоконденсат из сепаратора |
- |
10±3 |
12±1 |
- |
Порошкообразный сыпучий продукт переработки газоконденсата |
- |
20±4 |
25±5 |
28±8 |
Пластовая вода из сепаратора |
162±40 |
30±5 |
35±6 |
32±9 |
Пластовая вода из буферной емкости |
153±42 |
33±5 |
52±8 |
28±8 |
Гранулы полипропилена |
- |
- |
- |
- |
Гранулы полиэтилена |
- |
- |
- |
- |
Как видно из таблицы 5, в пластовых водах, жидком газоконденсате и порошкообразном продукте переработки газоконденсата в основном содержится короткоживущие дочерние радионуклиды 214Bi, 214Pb, 228Ac с общей удельной активностью 10¸52 Бк/кг, в тов ремя как в гранулах пропилена и которые являются продуками распада материнского естественнного радионуклида 226Ra и 232Th, Дочерние радионуклиды 214Bi, 214Pb, 228Ac имеют высокую радиотоксичностью [9]. Удельная активность226Ra в пластовых водах УГК составляет 162 Бк/кг. В то же время в конечных продуктах газоконденсата (гранулы полипропилена и полиэтилена) естественные радионуклиды и их продукты деления отсутствуют.
Дочерние продукты распада естественнного радионуклида 226Ra и 232Th имеют короткие периоды полураспадов (214Bi - Т1/2=19,8 мин, 214Pb - Т1/2=26,8 мин, 228Ac - Т1/2=6,13 час), однако, они находясь в жидком газоконденсате и при его переработки переходя в порошкообразный промежуточный продукт полиэтилена при постоянном накопливание в закрытой технологической емкости способствуют появлению ошибок при измерении уровня сыпучего порошкообразного продукта переработки газоконденсата радиоизотопным уровнемером и мешают при калибровке радиоизотопного уровнемера [10]. Это происходит из-за того, что естественные радионуклиды дают дополнительный вклад гамма-излучению источника ионизирующего излучения Цезий-137 в радиоизотопном уровнемере.
Заключение
Результаты радиационных мониторингов предприятий нефтегазодобычи ООО «Газлинефтегаздобыча» и ООО «Устюртский Газохимический Комбинат» показали, что естественные радионуклиды 226Ra, 232Th и их продукты деления радионуклиды 214Bi, 214Pb, 228Ac, в основном накапливаются в виде солевых отложений на внутренних поверхностях закрытых технологических оборудований по транспортировки и переработки нефти и газоконденсата, пластовых водах, металлоломе, отработавших срок использования технологических оборудованиях, на внутренних поверхностях закрытых технологических оборудований, а также в порошкообразном сыпучем промежеточном продукте газоконденсата.
На основании результатов исследований радиационного мониторинга для предприятий нефте-газодобычи были разработаны следующие рекомендации по минимизации экологических рисков и обеспечения радиационной безопасности:
- необходимо проведение посезонного радиационного монимторинга на радиационно-опасных объектах предприятий нефте-газодобычи, в т.ч. контроль содержания в воздухе газообразных продуктов распада естественных радионуклидов (радона и торона).
- необходимо дезактиваровать внутренние поверхности утилизированных технологических оборудований и металлолома;
- необходимо ограничение времени пребыывания персонала в местах с повышенной радиактивностью, проведение огараживания и вывешивание знаков «Радиоактивност!» в радиационно-опасных местах.
Рецензии:
1.07.2021, 4:34 Голубев Владимир Константинович
Рецензия: В работе представлены результаты радиационного мониторинга естественных радионуклидов на объектах предприятий нефтегазодобычи. Показано, что в исследуемых образцах различной природы содержатся естественные радионуклиды радия, тория и дочерние продукты деления. Проведено большое число радиационных измерений. Отмечено, что наличие радионуклидов приводит к появлению ошибок измерения используемого радиоизотопного уровнемера. На основании результатов выполненного радиационного мониторинга предложены рекомендации по минимизации экологических рисков и обеспечению радиационной безопасности.
Работа является актуальной и обладает серьезной практической значимостью. Она может быть рекомендована для опубликования в виде статьи в журнале Sci-article.
Комментарии пользователей:
5.07.2021, 19:52 Ашрапов Улугбек Товфикович Отзыв: Уважаемый Владимир Константинович, спасибо за рецензию и рекомендацию по опубликованию. |