Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №94 (июнь) 2021
Разделы: Физика
Размещена 25.06.2021.
Просмотров - 163

ИЗУЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НЕФТЕ-ГАЗОДОБЫЧИ

Ашрапов Улугбек Товфикович

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


Аннотация:
В работе представлены результаты радиационного мониторинга естественных радионуклидов на объектах предприятий нефтегазодобычи ООО «Газлинефтегаздобыча» (город Газли, Узбекистан) и ООО «Устюртский Газохимический Комбинат» (поселок Акшалак, Каракалпакстан). Показано, что в исследуемых образцах газоконденсата, пластовых водах, вочввх слива пластовых вод, твердых осадках, полученных из внутренных поверхностей утилизированных и неиспользуемых технологических оборудованиях, металлоломе и порошкообразном сыпучем промежуточном полиэтиленовом продукте содержатся естественные радионуклиды радий-226, торий-232 и их дочерние продукты леления. Показано, что естественные радионуклиды являются причиной появления ошибок измерений уровня сыпушего порошкообразного промежуточного полиэтиленового продукта в закрытых технологических емкостях радиоизотопным уровнемером.


Abstract:
The paper presents the results of radiation monitoring of natural radionuclides at the facilities of the oil and gas production enterprises Gazlineftegazdobycha LLC (Gazli city, Uzbekistan) and Ustyurt Gas Chemical Combine LLC (Akshalak village, Karakalpakstan). It is shown that the studied samples of gas condensate, formation waters, soil and water discharge of formation waters, solid sediments obtained from the inner surfaces of utilized and unused technological equipment, scrap metal and a powdery bulk polyethylene intermediate product contain natural radionuclides radium-226, thorium-232 and their daughter products. indulgence. It is shown that natural radionuclides are the reason for the appearance of errors in measuring the level of a loose powdery intermediate polyethylene product in closed technological containers with a radioisotope level gauge.


Ключевые слова:
естественные радионуклиды; радиационный мониторинг; гамма-излучение; мощность экспозиционной дозы; пластовая вода; твердый осадок; конечный технологический продукт; калибровка радиоизотопного уровнемера

Keywords:
natural radionuclides; radiation monitoring; gamma radiation; exposure dose rate; formation water; solid sediment; final technological product; calibration of radioisotope level gauge


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.

Tаблица 1. Основные γ-излучатели продуктов распада радионуклида урана-238 и тория-232.

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),

Таблица 2. Результаты радиационного мониторинга объектов нефтегаздобычи и технологического оборудования ООО «Газлинефтегаздобыча».
 

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».

Таблица 3. Результаты гамма-спектрометрического анализа исследуемых образцов.
 

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).

Таблица 4. Результаты радиационного мониторинга технологических оборудований 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.

Таблица 5. Результаты гамма-спектрометрического анализа исследуемых образцов УГК.
 

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.

Библиографический список:

1. Манахов Д. В., Егорова З. Н. Формы нахождения Радия-226 в подзолах северо-востока острова Сахалин в зоне влияния нефтедобывыающего предприятия.// Почвоведение. 2014. №6. – С.744-749.
2. Горбачев Д.О. Обоснование требований по обеспечению радиационной безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса // Вестник СамГУ. Естественнонаучная серия. Биология. 2006. № 9 (49). – С. 128–137.
3. Мустафин С.К., Трифанов А.Н. Радиационный контроль и мониторинг процесса нефтегазодобычи как инструменты управления экологическими рисками предприятий. // Материалы XII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в прромышленноразвитых регионах». 22-23 ноября 2017 г. Кемерово. Россия. – С. 317-320.
4. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. М.: Изд-во Московского Университета, 2000. 336 с.
5. Кащавцев В.Е., Мищенко И.Т. Солеобразование при добыче нефти.//- М.: 2004. 432 с.
6. Бекман И.Н. Радий.//М.: 2010.- С.40.
7. СанПиН №0193-06. Нормы радиационной безопасности и основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности. Ташкент. 2006. – C.29-30.
8. Нозик М.Л. Научно-методические основы обеспечения радиоэкологической безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. // М.: ФГУП «ВИМС», 2010. – С.8.
9. Глухов Г.Г., Зукау В.В., Нестеров Ю.В. и др. Радиационный контроль в современных процессах нефтедобычи.//Вестник науки Сибири. 2012. №2 (3).– С.16-21.
10. Аминжонов М., Ибраимов И.У., Ашрапов У.Т., Садиков И.И. Радиоизотопный сигнализатор-индикатор уровня нефтяного кокса. // Вопросы атомной науки и техники. Вып. 77. АО «НИИТФА». 2017. – С.70-78.




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.


Оставить комментарий


 
 

Вверх