Экология при бурении скважин

 

Классификация источников загрязнения природной среды.

 

Рис.37 Классификация источников загрязнения окружающей среды

при бурении скважин

совершенствование экологически безопасной техники и технологии бурения скважин различного назначения»

проектирование и обязательное выполнение всех мероприятии по защите окружающей среды в процессе бурения и крепления скважин;

разработка и применение новых экологически безопасных материалов и химических реагентов для приготовления буровых и тампонажных растворов и совершенствование их рецептуры;

разработка нормативных документов с научно обоснованными методами расчета расходов материалов для проведения буровых работ, общего объема используемых буровых и тампонажных растворов, жидких и твердых отходов бурения;

совершенствование конструкций и технологии строительства емкостей и отстойников для хранения отходов бурения;

разработка методов обезвреживания отходов бурения, их утилизации и переработки по безотходной технологии;

совершенствование методов контроля за качеством исходных материалов, отходов бурения, состоянием окружающей среды.

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ.

 

Современное промышленное производство с его многоотходной технологией ежегодно выбрасывает в атмосферу более 200 млн.т оксида углерода, 146 млн.т диоксида серы, 53 млн.т окислов азота, 50 млн.т углеводородов и других химических веществ и сложных соединений. Особенно высокая концентрация токсичных веществ отмечается вблизи химических и нефтехимических предприятий и местах добычи нефти. В местах бурения геологоразведочных и эксплуатационных скважин в атмосферу поступают выбросы газов и продуктов сгорания при работе двигателей и испарении легколетучих веществ. Повышается загазованность и запыленность воздуха за счет химических реагентов, тонкодисперсных порошков извести, цемента, глинопорошков, утяжелителей. Поскольку при бурении глубоких скважин расходуется 200-300 г барита, летучесть которого составляет 50 г/т, то в местах бурения в воздухе содержится токсичный продукт, вызывающий отравление и гибель растительных и живых организмов и поражающий дыхательные пути человека. Существенная опасность возникает при использовании тонкодисперсных отходов асбеста.

Для контроля за содержанием вредных химических веществ в воздухе и других средах пользуются величинами предельно допустимых концентраций (ПДК) и временно допустимых концентраций (ВПК). Наряду с этим величинами устанавливаются разовые ПДК (за 30 мин) и среднесуточные ПДК (за 24 ч).

Большую опасность вызывает повышение концентрации окиси углерода в воздухе, предельно допустимая концентрация которой составляет всего 20 мг/м3. Уже при концентрации 600 мг/м3 отмечается легкое отравление, а при 3600 мг/м3 наступает смерть спустя 1-5 мин. При общем содержании в воздухе 4-5% двуокиси углерода имеет место раздражающее действие на органы дыхания, а при содержании 10% наступает отравление.

Вредное влияние на организм человека оказывают соединения серы. При концентрации сероводорода 140-150 мг/м3 и действии в течение нескольких часов наблюдается раздражение слизистой оболочки, а при 1000 мг/м3 наступает отравление, при концентрации двуокиси серы 1,8-52 мг/м3 отмечается хроническое отравление растительности, а при 260 мг/м3 погибают хвойные деревья.

Необходимо контролировать содержание в воздушной среде соединений азота. Содержание двуокиси азота в природном газе может колебаться в пределах 1-ВД(. ЛДК двуокиси азота составляет 2 мг/м3 а при более высоких концентрациях возможно поражение центральной нервной системы. Значительно возрастает токсичность смесей окиси углерода и сернистого ангидрида. Во влажном воздухе под действием солнечной радиации образуются сернистая, серная и азотная кислоты, что усиливает опасность для окружающей среды.

Следует отметить, что максимальные разовые ПДК вредных веществ в воздухе для растений значительно ниже, чем для человека: для сернистого ангидрида - 0,02 мг/м3, окиси азота - 0,05 мг/м3, аммиака - 0,1 мг/м3, тумана серной кислоты -0,1 мг/м3.

В результате неполного сгорания нефти и нефтепродуктов образуются углеводороды. Из токсичных углеводородов следует отметить бутан и пентан, а также некоторые циклические углеводороды, обладающие концерогенными и мутагенными свойствами. ПДК предельных алифатических углеводородов в атмосфере составляет 300 мг/м3. Существенное загрязнение воздушного бассейна вызывает нефтяной газ, при старании которого в факелах имеет место угнетение растительности и нарушение фонового растительного покрова на расстоянии 4 км. Необходимо отметить высокую миграционную способность токсичных газообразных веществ максимальной миграционной способностью (до 15 км) обладают углеводороды и алканы, сероводород (5-10 км), окислы азота и сернистый газ (1-3 км).

Изучение интенсивности загрязнения воздушное среды на буровой показало, что снежный покров является хорошим накопителем веществ, загрязняющих атмосферу вокруг буровой. В период снеготаяния отмечается загрязнение верхнего слоя почв токсичными веществами, накопленными в снежном покрове. Химический анализ снеговой воды, отобранной после сезона работы буровой, показал, что имело место загрязнение нитратами, соединениями кальция, кадмия и свинца, а также наблюдалось увеличение содержания взвешенных веществ. Радиус влияния деятельности одной буровой на атмосферный воздух и почву прослеживался более чем на 2 км. Общее количество загрязняющих веществ за сезон работы составляет 2,4 т/км3. Поскольку питание тундровых вод происходит за счет таяния снега и атмосферных осадков, во всех озерах, расположенных вокруг буровой, были обнаружены кадмий и свинец, а в отдельных пробах и цинк, кроме того наблюдается загрязнение почвы токсичными веществами.

 

 

СОСТОЯНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ.

 

В результате промышленного и сельскохозяйственного производства и выполнения большого объема бурения разведочных и эксплуатационных скважин грунтовые и подземные воды, а также поверхностные водоемы подвергаются интенсивному загрязнению. В отдельных регионах страны за счет бурного развития химической и нефтехимической промышленности, интенсивного применения удобрений и пестицидов происходит отравление загрязняющими веществами грунтовых и подземных вод. Отсутствие обсадных труб приводит к тому, что после проводки скважин почти в 96% случаев отмечается некачественное разобщение пластов ж не обеспечивается надежная межпластовая изоляция, в связи с чем целые регионы страны уже лишились питьевой воды. Поэтому проблема охраны водных ресурсов при разведке недр и проведении горных работ имеет первостепенное значение.

Для определения степени загрязненности пресных вод устанавливаются три основных критерия вредности токсичных веществ: это влияние на санитарный режим' водоемов» на органолептические свойства вод и на здоровье населения.

Целью санитарного режима водоемов является предупреждение нарушения естественных процессов самоочищения водоемов от токсичных примесей. Для этого определяется интенсивность биохимического потребления кислорода (ВПК), скорость течения процессов минерализации, кинетика процесса развития и отмирания микрофлоры и фауны.

Для определения степени опасности растворенных веществ необходимо определить их фактическую концентрацию и сравнить с нормируемыми справочными данными по таким показателям как предельно допустимая концентрация ПДК (мг/л или мг/м3);летальная доза химических веществ ЛД50 (мг/кг веса) и летальная концентрация вещества ЛК50 (мг/мл), вызывающие при их введении в организм гибель 50% под опытных животных; коэффициент возможного ингаляционного отравления КВИО. который представляет собой отношение концентрации вещества в воздухе при 20°С к ЛК50. Нормативные показатели и методы испытания токсичных веществ регламентированы в соответствующих ГОСТах.

При бурении скважин различного назначения образуются большие объемы буровых стоков, содержащих вредные вещества и представляющих угрозу загрязнения грунтовых, подземных и поверхностных вод. Основным источником загрязнения недр являются буровые растворы, обработанные химическими реагентами, нефте- и инертноэмульсионяые составы на углеводородной основе.

На загрязнение поверхностных и подземных вод большое влияние оказывают попутные воды, извлекаемые совместно с газом и нефтью из продуктивного пласта. Их ежегодные объемы в целом по стране достигают 1 млрд.м3. Кроме поливалентных солей металлов в состав попутных вод входят токсичные элементы (бром, бор, стронций и др.), а также органические вещества - фенолы, эфиры, бензол, нафтеновые кислоты и другие нефтепродукты и механические примеси. Максимальное количество ароматических углеводородов может достигать 1,0 - 1,5 г/л.

ЛДК многосернистой нефти в водоемах составляет 0,1 мг/л, а для остальных нефтей - 0,3 мг/л. Для водоемов рыбохозяйственного водопользования ПДК растворенных и эмульгированных нефтей и нефтепродуктов установлены на уровне 0,05 мг/л, а для морских водоемов - 0,01 мг/л. Самоочищение от нефтепродуктов зависит от природных условий: в средней климатической зоне самоочищение рек происходит на участке 200-300 км, на Крайнем Севере длина участка увеличивается до 1500-2000 км.

Использование ПАВ в разведке и добыче нефти приводит к ускорению процесса бурения, увеличению нефтеотдачи пластов, очистке ствола скважины. ПАВ представляют собой сложные органические соединения с ассиметричной молекулярной структурой, содержащей в молекулах углеводородный радикал и активные функциональные группы: кислородсодержащие (эфирные, карбоксильные, гидроксильные, карбонильные) и азот-, серо-, фосфор-, серофосфорсодержащие группы. Наличие дифильной структуры ПАВ обусловливает их высокую, адсорбционную активность. Многие ПАВ обладают диспергирующей, эмульгирующей и пенообразующей способностью. Наряду с положительными факторами ПАВ имеют и недостатки - они легко проникают в водоемы, грунтовые и подземные воды, увеличивают степень загрязнения окружающей среды. Следует отметать способность ПАВ легко увлекать за собой жидкие и твердые загрязнения в смеси с другими веществами, значительно увеличивая токсичность, губительно воздействуют на живые организмы и повышают степень поражения окружающей среды.

Тая, при содержании ПАВ выше 0,5 мг/л увеличивается количество эмульгированной нефти. ПАВ легко поглощается флорой и фауной. При концентрации 1 мг/л происходит гибель планктона, а 5 мг/л - замор рыб. ПДК для анионактивных ПАВ достигают 0,5 мг/л, а для неионогенных - 0,1 мг/л.

Серьезную опасность для сохранения водных ресурсов вызывают буровые растворы, содержащие химические реагенты, а также нефтеэмульсионные и инвертноэмульсионные составы. Загрязнение природных вод может происходить в результате перелива и выбросов из бурящихся скважин, сброса отработанных буровых растворов в овраги. Для оценки степени загрязнения водных сред используются обобщенные показатели: содержание взвешенных веществ (ВВ), количество нефти и нефтепродуктов (НП), органических примесей (по величине ХПК), количество растворенных веществ по сухому остатку (СО).

Органические реагенты по степени химического потребления кислорода (ХПК) разделяются на три основные группы: наиболее токсичные - нефть и нефтепродукты, фенолы эстонских сланцев и лесохимические (ХПК от 300 до 1500 мг/л), средней токсичности - ФХЛС, окзил, гипан высокомолекулярные жирные кислоты (ХПК 120-150 мг/л) в малой токсичности: метас, КМЦ, порошкообразный углещелочной реагент и др. (ХПК 30-90 мг/л).

 

Предельно допустимые концентрации химических реагентов

Таблица 4

Класс токсичности	Вещество	ПДК, мг/м3	ППК, кг/м3
I	Хроматы и бихроматы	0,01	-
	Щелочи едкие	0,5	-
	Масла минеральные	5,0	-
	Сульфонол	3.0	-
	Сода кальцинированная	2,0	-
	Барит	6,0	-
	Окись алюминия	2,0	-
	Известняк, доломит	6,0	-
	Кремнийсодержащие глины	4,0	-
	Силикатная пыль (цемент, асбест)	6.0	-
I	Фенолы эстонских сланцев	1.5.	-
I	КССБ	-	0.30
	Гипан	-	0.14
	ФХЛС	-	0,13
	Высшие жирные спирты	-	0,12
	Крахмал	-	0,08
	КМЦ	-	0,06
	Метас	-	0,06
	УЩР	-	0,30

 

По стойкости и долговечности пребывания в окружающей среде зягрязняющие вещества подразделяются на стойкие (детергенты, инсектициды), среднестойкие (нефть и нефтепродукты), малостойкие (хлорофос, жиры) и нестойкие (углеводы, белки). Буровые сточные воды (БСВ), образующиеся в процессе бурения скважин, должны обезвреживаться до санитарных норм и только после этого сбрасываться в водоемы или в специально отведенные места на поверхности.