Защита окружающей среды при бурении скважин.

 

Развитие основных отраслей народного хозяйства требует расширения минерально-сырьевой базы и топливно-энергетических ресурсов, что неразрывно связано с увеличением объемов буровых работ по поиску и детальной разведке важнейших видов полезных ископаемых. Поскольку дальнейшее увеличение числа разведочных и эксплуатационных скважин, а также объемов добычи полезных ископаемых открытым способом неразрывно связано с нарушением экологического равновесия, то защита окружающей среды и охрана недр приобретают важное народнохозяйственное значение.

На первом этапе подготовительных работ по сооружению геологоразведочных скважин возникает необходимость в рациональном выборе земельных участков для устройства буровых площадок. Предоставление земельных отводов для строительства скважин во временное пользование производится на весь период разведки полезного ископаемого, после чего они должны быть возвращены пользователю земли в состоянии, пригодном для сельскохозяйственного использования. Для обеспечения эффективной защиты окружающей среды и надежной охраны недр необходимо иметь следующие данные: описание комплексного геологического строения, обоснование выбора необходимого оборудования и материалов, предполагаемые объемы буровых растворов и образующихся отходов бурения, выбор и обеспечение прогрессивных систем вскрытия продуктивных пластов, снижение потерь материалов в процессе разведки, расшифровка экономических и экологических показателей буровых работ. Особое внимание должно быть удалено принятию мер по возможным осложнениям и авариям при бурении скважин, сохранению участков земель от загрязнения, их обезвреживанию и полному восстановлению в первоначальное состояние, пригодное для дальнейшего использования.

Размер отводимых участков при проведении буровых работ зависит от назначения и глубины скважин, применяемого оборудования и привышечных сооружений. Так, например, для сооружения структурно-поисковых скважин с применением буровых установок с дизельным приводом на равнинном рельефе поверхности необходимы участки площадью 2500 м, а в горной местности - 3600 м. При использовании буровой установки БУ-50 Ар площадь земельных участков на равнинном и горном рельефе соответственно составляет НООО и 16000 м. Для размещения жилых поселков в зависимости от численности работавших отвод необходимых земель может дополнительно достигать 7400 м. Под котлованы для сброса нефти и буровых сточных вод, отработанных растворов объемом 240 м3 на равнинной местности необходимо 3500 м2, а 500 м3 - 4500 м2. Под металлические емкости для сбора нефтепродуктов объемом 200 м3 необходимы участки площадью 3500 м3.

До завоза на строящуюся буровую площадку материалов и оборудования необходимо провести работы по снятию плодородного поверхностного слоя земли. Для сбора жидких отходов бурения и шлама строятся шламовые амбары, объем которых зависит от глубины и диаметра скважин. Для обеспечения буровой чистой водой в количестве 400 м3сут и более необходимо бурение дополнительной скважины на воду, которая потом в виде сточных буровых вод попадает в амбар. Сюда же могут поступать и притока нефти, отработанные отходы и шлам. Рассолы имеют минерализацию до 250 г/л а их сливают в амбар. Таким образом, в амбарах скапливаются жидкие и твердые отходы бурения сложного состава, имеющие агрессивные компоненты, представляющие большую опасность для окружающей среды.

геологоразведочных работ на нефть и газ в различных районах страны, прежде всего в Западной Сибири и районах Крайнего Севера.

 

 

Таблица 5

Реагенты	Потребность на 1998 г., тыс.т	Объем отечественного производства, тыс.т	Импортировано в 1998 г., тыс.т	Общая обеспеченность, %
КССБ-2	44,0	44,0	-
КССБ-4	1,8	1,8	-
ФХЛС	20,6	12,0	-
КМЦ	18,3	6,7	7,0
Полиакрилаты натрия	5,5-7,5	0,3	1,7	25-30
ПАА	1,8	-	0,9
КМЦ	1.0	-	0,56
ОЭЦ	3,0	-	0,44
Лигносил	12,0	Практически не производятся и не закупаются
Акриловый понизитель вязкости	2,0

 

 

Залежи качественных бентонитовых глин имеются в Армении, Грузии, на Украине и других района за пределами России кроме того значительные расстояния затрудняют перевозку. В ряде районов страны приходится использовать местные комовые глины, которые требуют повышенного расхода химических реагентов. Обеспеченность буровых предприятий высококачественными глинопорошками и реагентами составляет около 50%, а некоторыми видами тампонажных цементов от 17,5 до 76,4%.

Качество цементирования определяет срок эксплуатации и эффективность охраны недр от загрязнения. Между тем, за исключением тампонажного портландцемента остальные виды специальных вяжущих выпускаются в недостаточном количестве.

Проведенный во ВНИИКРнефти анализ состояния 420 нагнетательных и добывающих аварийных скважин в "Сургутнефтегаз", "Нижневартовскнефтегаз" и "Юганскнефтегаз" показал, что за первый год эксплуатации от 60 до 80% скважин интенсивно обводняются за счет потери крепи, а за четыре года эксплуатации 68% нагнетательных скважин вышли из строя (140 скважин были ликвидированы). По данным Главтюменнефтегаза и Татнефти требуют ремонта минимум 12 - 15% общего фонда скважин.

При бурении глубоких скважин на нефть имеют место самые высокие экологические нагрузки на окружавшую среду и повсеместное загрязнение недр в связи с некачественной изоляцией пластов. Значительный вред окружающей среде наносят и все еще некачественные материалы и токсичные химические реагенты. Кроме того, из-за несовершенства и длительных сроков транспортировки и хранения такие материалы как цемент и химические реагенты теряют свои первоначальные свойства, что приводит к перерасходу материалов и затрате средств.

Одним из важнейших резервов повышения качества промывки и крепления скважин, снижения экологических нагрузок на окружающую среду является использование оптимального количества качественных материалов, которые для разведочных и эксплуатационных скважин соответственно составляют 25 и 30^ от общих расходов на строительство скважин. Большое значение имеет обоснованный нормированный расход материала на этапах проектирования, планирования и оперативного управления процессом строительства скважин. В связи с этим во ВНИИКРНефти разработаны алгоритмы и программы по оптимизации расхода материалов на промывку и методика по определению объемов отработанных буровых растворов при проводке скважин. Учет потерь вяжущего и реагентов для цементирования скважин позволяет добиться их существенной экономии и повысить эффективность и качество работ по разобщению пластов.

Выбор рецептур растворов для бурения отдельных интервалов глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях представляет наибольшую трудность, поэтому весьма эффективно применение универсальных буровых растворов, позволяющих при минимальных корректировках обеспечивать проводку различных интервалов бурения. Сведение до минимума расхода материалов для приготовления твердой фазы буровых растворов позволяет упростить задачу их утилизации.

В буровых организациях страны все шире используются буровые растворы с малым содержанием твердой фазы (полимерглинистые, полимерные растворы, растворы с конденсированной твердой фазой и др.). Это позволяет снизить расход глин, увеличить механическую скорость бурения, улучшить технико-экономические показатели буровых работ.

Заслуживает внимания метод применения экологически безопасных буровых растворов на основе торфа и сапропелей, разработанный в Томском политехническом университете.

Для приготовления бурового раствора из торфа используются соду, КССБ, КМЦ и другие недефицитные и экологически безвредные вещества. Буровой раствор отличался стабильностью свойств, легко очищался от шлама.

Стоимость 1 м бурения скважины с использованием для промывки торфяного раствора около 2 раз ниже по сравнению с глинистым. Если учесть, что для обезвреживания и утилизации токсичных отходов бурения требуются дополнительные затраты, то экономическая эффективность применения торфяных растворов будет значительно выше. Торфяные буровые растворы пригодны для проводки скважин в глинистых и карбонатных породах, отложениях соли, а также при вскрытии продуктивных пластов. Во многих случаях торфа могут заменить глины и мел, при этом получают растворы с малым содержанием твердой фазы и незначительным расходом щелочных и полимерных реагентов и ПАВ. Следует указать, что поскольку концентрация твердой фазы торфяных растворов невелика (2-8%), то соответственно расход реагентов в два-три раза меньше, чем для обработки глинистых и меловых буровых растворов. На основе торфов получены эффективные и дешевые реагенты и модификаторы для глинистых растворов.

Отличительной особенностью торфяных буровых растворов является их хорошая совместимость с глинистыми, карбонатными и минерализованными растворами, а также со всеми полимерными добавками. Плотность раствора можно регулировать, подбирая соответствующий генетический тип сапропеля: органические сапропеля и торфосапропели позволяют получать буровые растворы плотностью 1,01-1,03 г/см3, кремнеземистые и смешанные сапропели 1,04-1,06 г/см3, карбонатные - 1,07-1,12 г/см3. В случае необходимости они могут дополнительно утяжеляться мелом и баритом.

Торф является дешевым и широко распространенным органогенным сырьем и может быть использован как в естественном виде, так и в виде кусковой продукции многочисленных торфопредприятий. Особенно перспективно использование торфа вместо глин в труднодоступных районах Сибири и Крайнего Севера, поскольку стсимость глинопорошков составляет 35-40 $/т, а транспортные расходы на их доставку в Тюменскую область достигают 100 $/т.

Разработаны составы буровых растворов на основе торфа для проводки скважин в многолетнемерзлых породах, глинистых отложениях и вскрытия продуктивных пластов. Высокими технологическими и реологическими свойствами обладают полимер торфяные растворы при незначительном расходе высокомолекулярных соединений и ПАВ, пригодные для бурения скважин в условиях воздействия высоких температур и давлений, а также полиминеральной агрессии. Торфяные буровые растворы экологически безвредны, легко очищаются от шлама, после использования они могут применяться для рекультивации нарушенных земель как в виде растворов так и образовавшихся неиспользованных остатков торфа на скважинах.

На основе торфа и сапропелей получены тампонажные облегченные материалы для крепления скважин, имеющие высокую коррозионную устойчивость по отношению к пластовым водам. Кроме того, при их применении достигается экономия цемента.

Согласно расчетам ВНИИКРнефти, снижение расхода материалов всего на 1% при бурении скважин позволит без дополнительных затрат на их производство только в Миннефтепроме увеличить объем проходки на 200-300 тыс.м. Применение торфа и сапропелей в бурении даст возможность значительно снизить расходы на приобретение глинопорошков и химических реагентов. Но основной экономический эффект может быть получен за счет уменьшения экологических нагрузок на окружающую среду и снижения затрат на проведение природоохранных мероприятий.

Использование дешевого и широко распространенного органогенного сырья, обладающего высокой адсорбционной и ионообменной способностью, возможно и для очистки буровых сточных вод. Известно широкое использование торфа и сапропеля для увеличения плодородия малопродуктивных почв. Все это свидетельствует о необходимости широкомасштабного внедрения торфа и сапропеля для обезвреживания отходов бурения и рекультивации нарушенных земель.

Значительная часть реагентов, используемых для регулирования свойств растворов, является в той или иной мере вредной для здоровья человека. При введении в раствор и испарении они загрязняют воздух, вследствие чего их концентрация в воздухе рабочей зоны (пространство до 2 м над уровнем пола или рабочей площадки, на котором находятся места постоянного или временного пребывания работающих) ограничивается. Предельно допустимыми концентрациями (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005—76 считаются концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений».

 

ПДК основных вредных веществ, применяемых в бурении

Таблица 6

Вещество	ПДК, мг/м3	Класс опасности	Агрегатное состояние
Хроматы и бихроматы	0,01		Пары и газы
Щелочи едкие (растворы в пересче	0,5		Аэрозоли
те на МаОН)
Масла минеральные, нефтяные ГОСТ 20799—75
Сульфонол			Пары и газы
Сода кальцинированная			Аэрозоли
Барит			Аэрозоли фиброгенного действия
Окись алюминия, в том числе с при месью двуокиси кремния			То же
Известняк, диатомит			»
Кремнеземсодержащие пыли			»
Силикаты и силикатосодержащие пыли (асбест, цемент)			»

 

По степени опасности ядовитые вещества по ГОСТ 12.1.005—76 делятся на четыре класса: 1 — чрезвычайно опасные; 2 — высокоопасные; 3 — умеренно опасные; 4 — малоопасные.

Технологические процессы приготовления и использования промывочных жидкостей на буровой должны исключать их разлив, и выделение из них вредных паров и газов. Для этого следует:

вводить закрытые системы приготовления и циркуляции промывочных жидкостей;

поднимать инструмент с очисткой поверхности бурильных труб от промывочных жидкостей;

предупреждать условия образования сифона при подъеме инструмента (тщательно очищать промывочную жидкость перед закачкой ее в скважину с тем, чтобы не закупорить отверстия в бурильных трубах, переходниках и породоразрушающем инструменте);

поддерживать параметры промывочной жидкости на уровне, исключающем поступление в пего агрессивных жидкостей, нефти или газа из горных пород;

быстро удалять с рабочих поверхностей и прилегающей площадки разлитые промывочные жидкости и реагенты, образующиеся сточные воды собирать и держать в закрытых емкостях;

постоянно контролировать ПДК в воздухе рабочей зоны с помощью специальных приборов.

Вредное влияние промывочных жидкостей на окружающую среду сводится (кроме воздушного загрязнения) к отрицательному воздействию раствора, реагентов и сточных вод на плодородие почвы и загрязнению рек и водоемов. Особую опасность представляют сточные воды, так как организация их сбора, утилизации и захоронения очень сложна (особенно в период выпадения атмосферных осадков). В качестве основного параметра, характеризующего вредное воздействие реагента на окружающую среду, принята удельная окисляемость вещества — величина окисляемости (химическое потребление кислорода ХПК), вызываемая 1 кг вещества в 1 м3. По величине удельной окисляемости (по И. В. Стрилецкому и В. А. Шишову) все химические реагенты для буровых растворов делятся на три группы:

Группа.........…………………………….... 1 2 3

Характеристика загрязнителя ………….. Очень жесткий Жесткий Мягкий

Удельная окисляемость.……………….. 0,25 0,1—0,25 <0.1

Характеристика основных реагентов по химическому потреблению кислорода (ХПК) приведена в табл. 7

Таблица 7

Реагент	ХПК, кг/м3	Классификационная группа
Фенолы эстонских сланцев	1,5
КССБ-2	0,300
Гипан	0,145
ФХЛС	0,14
Окзил	0,12
Высшие жирные спирты	0,12
Крахмал	0,085
КМЦ-600	0,065
Метас	0,060
УЩР	0,030

 

Показатель	Коагулянт	До очистки	После очистки
Наимено-вание	доза, кг/м3	Al2(SO4)3	Fe2(SO4)3	FеСl3
Взвешенныевещества, кг/м3	Al2(SO4)3	0,6	5,028	0,032	0,136	0,212
Степень очистки, %
Химическое потребление кислорода, кг/м3	Fe2(SO4)3	0,8	1,267	0,016	0,067	0,017
Степень очистки, %
Нефтепродукты, кг/м3	FеСl3	0,9		—	—	—
Степень очистки, %
рН			7,63	6,45	5,35	5,60

 

Одно из рациональных решений проблемы предотвращения загрязнения окружающей среды — утилизация (повторное использование) буровых сточных вод и дисперсионной среды буровых растворов после осаждения твердой фазы. Для этого очищенные сточные воды должны отвечать следующим требованиям (по И. В. Стрилецкому).

 

Примечание. Коагулянт вводят в виде 5%-ного раствора.

Содержание взвешенных веществ, кг/м3 …………………………. 0,25

Содержание нефтепродуктов, кг/м3......……………………........... 0,025

Жесткость (общая), ммоль/кг..............…………………………..... 200

Щелочность (общая), ммоль/кг..................……………………….. 150

Содержание солей, кг/м3....................……………………………… 1

Водородный показатель рН.................…………………………..... 6—8

ХПК, кг/м3...............…………………………………………............ 0,40

Содержание сероводорода, кг/м3.......………………………........... 0,0005