Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Источники загрязнения и их воздействие на окружающую среду

Основными источниками загрязнения окружающей среды при бу­рении скважин являются:

•/ буровая установка;

•/ система приготовления и подачи буровых растворов;

•/ буровые сточные воды и шлам;

двигатели внутреннего сгорания;

У склады горюче-смазочных материалов, реагентов для обработки тампонажных растворов;

•/ хозяйственно-бытовые строения; котельные.

При бурении скважин на нефть и газ появляются дополнительные источники загрязнения окружающей среды:

✓ факельные установки при сжигании газа;

•/ амбары пластовых флюидов.

Влияние потенциальных загрязнителей на окружающую среду не одинаково и зависит от:

■/ типа буровой установки, способа монтажа и вида привода;

■/ конструкции скважины;

✓" применяемого способа бурения;

У продолжительности строительства скважин;

•/ природно-климатических условий района;

•/ ситуационной и инженерно-геологической характеристики района;

V гидрогеологической характеристики поверхностных вод и со­стояния почв.

Источники загрязнения окружающей среды не однозначны по своим качественным и количественным показателям воздействия на окружающую среду. Важное значение имеет характер опасности воз­действия источников на окружающую среду. Среди всех ингредиен­тов, оказывающих влияние на окружающую среду, основными яв­ляются отработанные буровые растворы, шламы, сточные воды и различные реагенты. Все эти вещества являются с точки зрения воз­действия на окружающую среду опасными, многие из которых даже токсичными.

По степени опасности ядовитые вещества согласно ГОСТ 12.1.005—88 делятся на четыре класса: 1 — чрезвычайно опасные; 2 — высокоопас­ные; 3 — умеренно опасные; 4 — малоопасные.

Классы и предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых вредных химических реагентов и веществ, используемых при бурении скважин в воде и в виде паров, газов или аэрозолей в воздухе рабочей зоны, приведены в табл. 15.1.

Значительную токсичность имеют промывочные жидкости, со­держащие твердую фазу, нефтепродукты, а также ПАВ. Малоток­сичны промывочные жидкости с низким содержанием твердой фазы (и без нее) и с добавками органических водорастворимых полимеров природного происхождения или синтетических (КМЦ, крахмал и их производные, акриловые полимеры). Перспективны водные диспер­сии синтетических полимеров, весьма ограниченно набухающие в воде (латексы) и синтезированные с использованием биоразлагаемых эмуль­гаторов. ПДК водорастворимых полимеров в воде составляет пример­но 6 мг/л. К малотоксичным относятся эмульсионные промывочные жидкости. Пенообразователи, применяемые для приготовления пен, более токсичны по сравнению с эмульсолами и полимерами.

Основные загрязняющие вещества в выхлопных газах двигателей, попадающие в атмосферный воздух,—оксиды углерода (С02 и СО) и азота, углеводороды, сернистые газы и др. Химический анализ

Таблица 15.1. Характеристика вредных веществ, используемых при бурении скважин Реагент Класс опасности ПДК в воде, мг/л в воздухе, мг/м3 Хроматы и бихроматы 1 _ 0,(И Сода каустическая 2 120 0,5 Сода кальцинированная 3 120 2 Жидкое стекло 3 — 1 Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) 3 — 10 Гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН) 3 6 10 Полиакриламид 3 2 20 Конденсированная сульфитспиртовая барда Нетоксичная 0,05 — (КССБ) порошкообразная КССБ жидкая Токсичная — _ Сульфат аммония 3 2 10 Сернокислое железо 3 0,5 _ Хлористый кальций 3 300 5 Сырая нефть 3 0,3 — Эмульсол лесохимический (ЭЛ-4) 3 0,04 — и нефтехимический (ЭН-4) Сульфонол 3 О О — Углещелочной реагент (УЩР) 4 _ 0,5 Порошкообразный УЩР (ПУЩР) 4 — 0,5 Феррохролигносульфонат (ФХЛС) 4 — 0,004 Хлористый кальций 4 — 0,5 Омыленная смесь гудронов (ОСГ) 4 — — Барит 4 — 6

выхлопных газов показывает, что в них содержатся следующие виды и количества (в %, по массе) токсичных веществ: оксиды азота 0,2; оксиды серы 0,1; сажа 0,05; углеводороды 0,3; формальдегид 0,08.

Большую опасность для окружающей среды, особенно для водо­емов, представляют углеводороды, используемые для приготовления и обработки буровых растворов. Покрывая поверхность воды тонким не проницаемым для воздуха слоем, они создают обедненные кисло­родом зоны и губительно влияют на фауну. Например, 1 т нефти об­разует на водной поверхности пленку площадью 150—250 га. Высо­котоксичные материалы типа хроматов оказывают прямое отравляю­щее воздействие на живые организмы.

Исследовательская группа фирмы «Шелл» изучала воздействие на окружающую среду сброса буровых стоков в море у побережья Луи­зианы. Было отобрано 34 пробы воды вокруг морского бурового ос­нования с глубин 0,3; 36; 73,5 м. Буровая нормально функциониро­вала, бурение велось на глубине 2700 м. При исследованиях промыв­ку скважины осуществляли известковым буровым раствором. Опре­деляли щелочность, общее содержание твердой фазы, органического углерода и растворенного хрома. Результаты анализов показали, что в радиусе 50—60 м вокруг бурового основания большинство парамет­ров проб близки к нормальным. В пробах, взятых со средней глубины и со дна моря под основанием, было обнаружено высокое содержа­ние хрома. Экологическими наблюдениями за состоянием дна уста­новлено, что буровой раствор (или шлам), попадая в море, разделя­ется на две части: более легкие диспергированные частицы переме­щаются вверх и повышают мутность воды и в последующем рассеи­ваются, более тяжелые частицы (шлам) оседают на дно, образуя скопления в виде холмиков. Покрывая дно водоемов, шлам может причинить вред фауне, которая перемещается только по дну.

Интересны данные, приведенные отделом токсикологии Биологи­ческой станции Канады, который считает, что самое сильное влияние бурового раствора на окружающую среду обусловлено физическим дей­ствием твердых частиц. Основными взвешенными частицами буровых растворов являются барит и глина. Установлено, что летучесть бари­та достаточно высокая, и потери его в атмосферу составляют 50 г/т. Поскольку потребление барита в США превышает 1,2 млн т/год, то оче­видно, что загрязнение воздуха в местах применения барита высокое. Данных о количестве барита, загрязняющего воду водоемов, нет.

Физические воздействия взвешенных в морской воде компонен­тов бурового раствора таковы. Например, скорость размножения уст­риц при концентрации суспензии 100 мг/л снижается на 50 %, а ус­воение кальция съедобными ложными моллюсками и морскими водо­рослями в присутствии суспензированных частиц в количестве 0,4—0,8 % снижается на 50 %. Взвешенные твердые частицы пагубны для дон­ных организмов, если дно покрыто слоем толщиной 1 см. Распрост­раненность планктона снижается на 22 % при концентрации суспензии, достигшей 250 мг/л, а при 2 %-й концентрации взвешенных частиц планктон вообще не обнаруживается. В то же время присутствие в морской воде несъедобных взвешенных частиц благоприятно ска­зывается на существовании рыб.

Опасным для живых организмов является хром, входящий состав­ной частью в хромлигносульфонаты, широко используемые для хими­ческой обработки буровых растворов. При отсутствии в воде доста­точного количества органического вещества, способного перевести шестивалентный хром в трехвалентный, наличие даже небольших концентраций хрома может быть смертельно опасным для некоторых живых организмов. Многие обитатели водоемов, особенно морские виды, весьма чувствительны к показателю pH среды. Так, при значе­нии pH < 8 морская сельдь погибает.

Часто промывочные жидкости обрабатывают различными ПАВ. Известно, что ПАВ уже при концентрации 10 3 кг/м3 снижают на 15 % скорость растворения кислорода в воде по сравнению с анало­гичным процессом в чистой воде, а при биологическом разложении ПАВ происходит поглощение растворенного в воде кислорода. Кроме того, при содержании ПАВ в воде (0,3—0,4) • 10 3 кг/м3 вода приоб­ретает горький привкус, а мыльный или керосиновый запах появля­ется уже при содержании (0,2—2,0) • 10 3 кг/м3.

Смертность живых организмов наступает при концентрации ПАВ от 1 до 100 мг/л. Однако некоторые животные погибают при более низких концентрациях, если они находятся длительное время в зараженной среде. Опасность ПАВ усиливается тем, что они похожи по биологиче­ской активности на такие природные соединения, как стероидные гли — козиты морской звезды, съедаемые рыбой. ПАВ были обнаружены при исследованиях в некоторых рыбах и съедобных моллюсках.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что в нормальных условиях наиболее сильное пагубное влияние на окру­жающую среду оказывают твердые частицы бурового раствора (барит, бентонит и др.). Опасными с точки зрения токсичности являются органические составляющие бурого раствора с низкой относительной молекулярной массой, а также ПАВ, нефть и нефтепродукты.

Виды воздействия на природную среду при строительстве скважин:

— химическое загрязнение почв, грунтов, горизонтов подземных вод, поверхностных водоемов, атмосферного воздуха веществами и хим­реагентами, используемыми при проходке скважин, буровыми и тех­нологическими отходами, продуктами испытания скважин;

— физическое нарушение почвенно-растительного покрова, фун­тов, природных ландшафтов на буровых площадках и по трассам ли­нейных сооружений (дорог, трубопроводов);

— изъятие водных и земельных ресурсов;

— нарушение температурного режима экзогенных геологических про­цессов (термоэрозия, пучение, наледеобразование, заболачивание и др.);

Объектами воздействия являются растительный и животный мир: почвы, грунты; поверхностные и подземные воды; атмосферный воз­дух, среда обитания животных и человека; недра.

При проведении буровых работ могут возникнуть следующие на­рушения природной среды:

— загрязнение местности сточными водами, промывочной жид­костью и химическими реагентами, остатками ГСМ (химическое за­грязнение почвенно-растительного покрова);

— загрязнение атмосферы выбросами котельных, ДВС, испарением газообразных продуктов, пылью и аэрозолей, складируемыми отходами;

— нарушение естественной изоляции между пластовыми флюи­дами в земных недрах, химическое загрязнение горизонтов подзем­ных вод;

— переток подземных вод с одного водоносного горизонта в дру­гой или в продуктивный пласт (нефтяной или газовый), или переток углеводорода из одного продуктивного пласта в другой по затрубному пространству в стволе скважины при неудовлетворительной организа­ции разобщения пластов;

— утечка и проникновение в продуктивный горизонт масел, неф­тепродуктов и глинистых растворов, обработанных химическими реа­гентами;

— загрязнение поверхностных вод различными маслами, нефте­продуктами и химическими веществами, что ведет к последующему проникновению этих вод в скважину;

— загрязнение подземных вод в ходе бурения эксплуатационных скважин на нефть и газ при использовании таких технических и тех­нологических средств, как торпедирование, соляно-кислотная обра­ботка призабойной зоны и гидроразрыв пласта.

Причиной вредного воздействия на окружающую среду также яв­ляется неправильная прокладка дорог и размещение буровых площа­док; нерациональное использование земельных участков под буровы­ми установками, несоблюдение существующих правил и требований (применяемых до, в процессе и после проведения буровых работ), законодательных актов и положений.

Основные компоненты промывочных жидкостей, загрязняющие окружающую среду (воздух, почву, подземные воды, реки, водоемы), следующие: активная твердая фаза, особенно глинистая; шлам выбу­ренных пород; большинство веществ, используемых для приготов­ления и регулирования свойств промывочных жидкостей. Даже вода после многократной циркуляции не безвредна. Она насыщается кол­лоидной фракцией выбуренных пород, частицами смазки, окислами железа, сточными водами санитарно-гигиенической уборки помеще­ния буровой. Химические реагенты, используемые для регулирования свойств промывочных жидкостей, делят на защитные коллоиды и ре­агенты электролиты. Первые содержат вещества, которые при добав­лении в промывочную жидкость покрывают поверхность глинистых частиц и создают защитный слой, предохраняющий частицы глины от слипания: углещелочной реагент (УЩР); торфощелочной реагент (ТЩР); сульфит-спиртовая барда (ССБ); карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Вторые вводят в промывочную жидкость непосредственно ИЛИ В СО­ставе реагентов-коллоидов для изменения вязкости, СНС и других параметров (каустическая и кальцинированная сода; известь; жидкое стекло; хлористый Na и др.).

При бурении с пеной используют ПАВ, которые в настоящее вре­мя являются основным химическим веществом, загрязняющим источ­ники питьевого, хозяйственного и рыбопромыслового водопользова­ния. Попадая в водоемы, ПАВ нарушают их санитарный режим, ис­тощают запас растворимого в воде кислорода, который расходуется на окисление ПАВ. Они оказывают токсичное действие на животный и растительный мир. Буровые сточные воды (БСВ) образуются при бурении скважин в результате частичного сброса обработанного бу­рового раствора, охлаждении штоков насосов, обмывке резьбовых соединений бурильных труб, очистке сеток вибросит, а также при мойке оборудования и производственных площадок. Среди загряз­ненных отходов бурения БСВ составляют наибольший объем. Физико­химический состав их изменяется в широких пределах как на разных буровых, так и в процессе бурения одной и той же скважины.

Мероприятия по охране окружающей среды при бурении скважин подразделяют на организационные и технологические:

1. Рациональное проектирование конструкции скважин — важней­шее мероприятие по обеспечению изоляции подземных вод от поверх­ностных и фунтовых. Конструкции скважин должны обеспечивать изоляцию залежей твердых, жидких и газообразных полезных иско­паемых от поверхностных, фунтовых и пластовых вод. Наряду с этим в продуктивные пласты не должны проникать глинистые и песчаные частицы из окружающих горных пород, в связи с этим следует обра­щать особое внимание на правильность посадки башмаков обсадных труб, тщательное выполнение работ по подбашмачному, межтрубному и затрубному цементированию.

Для скважин длительной эксплуатации необходимое требование — условие последующего ремонта и восстановления скважин.

2. Организация надежной зоны санитарной охраны. С целью пре­дохранения водоисточников от зафязнения, сохранения их постоян­ного дебита и поддержания установленного качества воды в месте ее забора предусматривают зону санитарной охраны (ЗСО), обычно два пояса. Первый пояс — вокруг скважины офаждают территорию в ра­диусе не менее 30 м. Проект ЗСО разрабатывает проектная организа­ция и согласовывает с местными органами санитарного надзора. Второй пояс — это зона офаничений, т. е. территория, использование кото­рой в зависимости от санитарных условий может быть офаничена.

Условия организации надежной ЗСО:

— скважины, предназначенные для питьевого или хозяйственного водоснабжения, если они расположены вне населенного пункта, про­мышленного или сельскохозяйственного предприятия, могут быть закреплены одной колонной;

— если фунтовые воды используются только в качестве источни­ка водоснабжения, скважины обязательно закрепляют не менее чем двумя обсадными колоннами с последующим цементированием коль­цевых зазоров между ними;

— основное санитарное требование при сооружении скважин вра­щательным способом — затрубное цементирование;

— радиоактивные изотопы нельзя использовать в скважине, если предварительно надежно не изолированы горизонты артезианских и целебных вод, а также проницаемые пласты, имеющие сообщение с дневной поверхностью поблизости от буровой;

— активированная жидкость не должна выходить на дневную по­верхность;

— по окончании работы территорию скважины и одежду работав­ших следует проверить и убедиться в отсутствие опасных концентра­ций радиоактивных веществ;

— остатки неиспользованных изотопов, а также жидкость после промывки емкостей и насосов, подвергавшихся воздействию таких веществ, необходимо разбавить водой до безопасной концентрации и захоронить в специально отведенном месте.

3. В схемах рационального размещения бурового оборудования предусматривают уменьшение земельного отвода и мероприятия по снижению загрязнения.

4. Среди направлений в части ресурсосбережения и снижения эко­логического ущерба рассматривают вопросы бурения скважин малого и особо малого диаметра и освоение новых прогрессивных техноло­гий с непрерывным выносом керна (гидротранспортом или пневмо­транспортом) и др.

5. Необходимо также соблюдать следующие предупредительные мероприятия:

— соответствующую организацию транспортировки реагентов и го­товых промывочных жидкостей;

— затаривание россыпных реагентов, максимальное сохранение заводской упаковки, герметизацию при перевозке реагентов и промы­вочных жидкостей, аккуратную погрузку и разгрузку;

— надлежащее хранение промывочных жидкостей и всех их ком­понентов;

— применение контейнеров, сооружение специальных помещений и навесов для хранения материалов, предупреждение утечек промы­вочных жидкостей из желобной системы, предупреждение попадания и перетока дождевых вод через желобную систему;

— своевременную химическую обработку промывочных жидкостей и их очистку, что позволяет дольше сохранять требуемое качество промывочных жидкостей, реже проводить их замену или вообще от­казаться от таковой;

— организацию широкого повторного использования промывоч­ных жидкостей после окончания бурения скважины или какого-то ее интервала путем транспортировки их на другие скважины или в спе­циальные емкости-накопители;

— регенерацию промывочных жидкостей;

— восстановление свойств промывочных жидкостей, потерявших восприимчивость к химической обработке, принятой в районе работ, может быть достигнуто применением нетрадиционных для данного месторождения (скважины) реагентов или их комбинаций;

— применение оборотного водоснабжения при бурении разведоч­ных скважин.

Рециркуляционная схема осветления промывочной жидкости при разведочном бурении показана на рис. 15.1.

12 3 Рис. 15.1. Рециркуляционная схема осветления промывочной жидкости при разведочном бурении

Схема включает насосы 1, 2, 3, отстойники 5, 6, 7 и ствол сква­жины 8. Подачу промывочной жидкости в скважину осуществляют насосом 3. Из скважины она самотеком переливается в отстойник 7, а затем после отстаивания последовательно перекачивается в отстой­ники 6 и 5. По окончании бурения скважины всю промывочную жидкость перекачивают в отстойники, из которых впоследствии транс­портируется на соседние буровые площадки или сливается в водоем 4.

Предотвращение поступления значительного количества промы­вочной жидкости в водоносные пласты обеспечивается технологиче­скими мероприятиями буровых работ, включающими контроль за изме­нениями параметров промывочной жидкости (плотности, водоотдачи, стабильности и т. д.), плавность пуска и остановки насосов, снижение гидравлических сопротивлений при спуско-подьемных операциях (во из­бежание превышения гидравлического давления в скважине по срав­нению с пластовым).

Бурение скважин уменьшенного и малого диаметров. Уменьшение диаметра бурения разведочных скважин имеет огромное значение, так как, например, каждая скважина обычного диаметра наносит невос­полнимый экономический ущерб и занимает площадь до 3 га.

За рубежом рядом ведущих фирм накоплен опыт бурения поис­ковых и структурных скважин малого диаметра на нефть и газ с при­менением комплексов со съемным керноприемником на канате, что снижает стоимость работ в 1,5—2 раза и соответственно наносимый экологический ущерб.

В СКВ «Геотехника» разрабатывают комплекс технических средств для бурения со съемными керноприемниками на канате до глубины

4000 м. За основу этой работы был взят опыт создания комплекса КССК-3000, который благодаря применению легкосплавных буриль­ных труб диаметром 73 мм позволил осуществить бурение установкой УКБ-8 в сложных условиях до глубины 3600 м.

Снижение нарушаемых площадей земной поверхности при устройстве буровых площадок достигают путем сокращения их количества за счет бурения многозабойных скважин. Помимо уменьшения количества пло­щадок соответственно уменьшается число и суммарная протяженность подъездных путей.

Снижение загрязнения окружающей среды буровыми сточными водами (БСВ) осуществляют путем применения повторного использования БСВ после их отстаивания в амбарах; сокращения площади шламовых и отстойных амбаров и способы их гидроизоляции; сооружения назем­ных сборно-разборных металлических или железобетонных амбаров для хранения бурового раствора и БСВ; использования фундаментальных блоков переносного типа; бетонирования площадок под привышечны — ми сооружениями; контейнерного сбора и вывоза выбуренной породы.

Комментарии запрещены.