Реферат: Обеспечение экологической безопасности строительства скважин на море
Один из серьезных аспектов проблемы - токсическое воздействие на организмы. В настоящее время при оценке экологичности бурового шлама основное внимание обращается на валовое содержание минеральных компонентов. Однако важно знать, в какой химической форме минеральные компоненты присутствуют в шламе. Доказано, что наиболее опасными являются подвижные формы химических веществ, которые определяют степень токсичности и опасности бурового шлама. Они устанавливаются в ацетатно-аммонийном буферном экстракте (рН = 4,8).
Достаточно распространенной является точка зрения, что "... следовые металлы в шламах находятся в нерастворимой форме (обычно в структуре кристаллической решетки минералов) и их содержание (за исключением бария) варьирует в пределах природной изменчивости геохимического фона микроэлементов в донных осадках" [2].
В табл. 2 представлены результаты исследований водного и буферного экстрактов бурового шлама (БШ) из скважины № П-1 Южно Песцовского газоконденсатного месторождения Тюменской области, проведенных в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды РАМН им. А.Н. Сысина [З]. Установлено, что в буферных экстрактах имеется значительное превышение предельно допустимой концентрации для почвы по основным металлам хрому - в 71 раз, марганцу - в 33, кобальту - в 3, никелю - в 11, меди - в 14, цинка - в 84, свинца - в 122 раза.
Табл. 2
Количественный элементный анализ водного и буферного экстрактов бурового шлама [3]
| Элемент | Содержание, мкг/мл | |
| В водном экстракте | В буферном экстракте | |
| Алюминий | 10,0 | 1397 |
| Барий | 2,1 | 2473 |
| Бериллий | - | 0,45 |
| Бор | - | 90,4 |
| Ванадий | < 0,02 | < 3 |
| Висмут | - | 0,03 |
| Вольфрам | - | 0,60 |
| Железо | 15,0 | 8387 |
| Кадмий | < 0,002 | 1,8 |
| Калий | - | 25181 |
| Кальций | - | 168861 |
| Кобальт | - | 17,6 |
| Кремний | - | 12846 |
| Литий | - | 29,5 |
| Магний | - | 14539 |
| Марганец | 0,3 | 2005 |
| Медь | 0,3 | 41,5 |
| Молибден | < 0,05 | 30,9 |
| Мышьяк | - | 6,3 |
| Натрий | - | 258267 |
| Никель | - | 46,1 |
| Олово | < 0,1 | < 0,1 |
| Ртуть | < 0,001 | 1,3 |
| Рубидий | - | 56,6 |
| Свинец | 5,1 | 3904 |
| Селен | - | < 3 |
| Серебро | - | 5,3 |
| Стронций | 0,18 | 2264 |
| Сурьма | < 0,5 | 7,2 |
| Таллий | - | 0,65 |
| Теллур | - | < 3 |
| Титан | - | 5,4 |
| Торий | - | 0,21 |
| Уран | - | 0,52 |
| Хром | 0,8 | 430 |
| Цезий | - | 1,9 |
| Цинк | 0,4 | 1925 |
В табл. 3 представлены результаты исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов в БШ нефтяных месторождений Нижневартовского района Тюменской области по данным [4]. Были изучены образцы шлама, захороненного в шламовых амбарах в 1970-1995 и 1996-1999 годах. Как видно из данных таблицы содержание подвижных форм тяжелых металлов Спф, превышает предельно допустимую концентрацию для водоемов рыбо-хозяйственного назначения (ПДКр.х.). Важно отметить, что содержание тяжелых металлов в БШ 1970-1995 годов выше, чем в более позднем (1996-1999 гг.). Это свидетельствует о том, что происходит вымывание из шлама подвижных форм веществ и буровой шлам является источником вторичного загрязнения. Помимо тяжелых металлов, в исследованных образцах БШ содержались нефтепродукты - 10600-147400 мг/кг в образцах 1970-1995 годов и 77-5950 мг/кг в образцах 1996-1999 годов.
Табл. 3
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в БШ нефтяных месторождений Нижневартовского района Тюменской области [4]
| Компонент БШ | Образцы БШ 1970-1995 годов | Образцы БШ 1996-1999 годов | ||
| Спф, мг/кг | Спф/ПДКр.х. | Спф, мг/кг | Спф/ПДКр.х. | |
| Ванадий | 12-100 | 12000-100000 | - | - |
| Кобальт | 5-12 | 500-1200 | 1,1-6 | 220-1200 |
| Свинец | 10-80 | 1667-13333 | 2,3-326 | 383-54333 |
| Кадмий | 1-11 | 200-2200 | 0,1-0,8 | 20-160 |
| Марганец | 200-600 | 20000-60000 | 10-513 | 1000-51300 |
| Никель | 15-58 | 1500-5800 | 2,3-28 | 230-2800 |
| Хром | 20-120 | 1000-6000 | 0,9-23 | 45-1150 |
| Цинк | 50-80 | 5000-8000 | 5,8-34 | 580-3400 |
| Медь | 10-60 | 10000-60000 | 3,9-11,4 | 3900-11400 |
| Барий | 264-1000 | 357-1351 | не определяли | не определяли |
Безусловно, приведенные результаты исследований важны для анализа последствий воздействия кислотных осадков при захоронении бурового шлама на суше. Однако предполагать полную инертность шлама, сброшенного на морское дно, без достаточного обоснования, по нашему мнению, не следует. Необходимо также учитывать, что буровой шлам может содержать радионуклиды.
Таким образом, буровой шлам является потенциально опасным для окружающей природной среды, поскольку содержит подвижные формы тяжелых металлов, которые при длительном воздействии на него морской воды могут вымываться, создавая концентрации токсикантов, превышающие ПДКр.х.
Правовые аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду. Экологическое законодательство крайне противоречиво в отношении регулирования загрязнения морской среды. Его основные требования по охране качества водной среды, изложенные в Водном кодексе РФ, сводятся к запрещению сброса в водные объекты неочищенных в соответствии с установленными нормативами сточных вод, в том числе, содержащих вещества, для которых не установлены ПДК.
Федеральным Законом "О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации" запрещены захоронение отходов и других материалов, а также сброс вредных веществ. Однако в нем содержится некорректная формулировка сброса вредных веществ или стоков, содержащих такие вещества. Исключается из запрета выброс вредных веществ, происходящий вследствие разведки, разработки и связанных с ними процессов обработки в море минеральных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря.
Допускают сброс вредных веществ в море и нормативные документы, принятые до введения указанных федеральных законов.
Полный запрет на сброс даже очищенных сточных вод устанавливается в целях охраны от загрязнения и других негативных последствий хозяйственной деятельности морских акваторий, имеющих особую рыбохозяйственную ценность - нереста и зимовки ценных охраняемых видов рыб, а также места обитания занесенных в Красную книгу видов животных и растений.
Несмотря на это, Государственная экологическая экспертиза не считает сброс технологических отходов бурения нарушением законодательства.
Следует отметить, что в соответствии с федеральными законами "О континентальном шельфе Российской федерации" и "О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации" любое преднамеренное удаление отходов и других материалов с судов и иных плавучих средств, установок и сооружений квалифицируется как захоронение. Вопрос с захоронением технологических отходов бурения однозначно решен лишь применительно к скважинам на континентальном шельфе. Согласно "Правилам безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе" выбуренная порода должна утилизироваться в соответствии с проектом на строительство скважины и требованиями охраны окружающей среды. Это представляется не вполне обоснованным, поскольку экологически оправданным и экономически целесообразным может быть и захоронение отходов (подземное или на суше) Вызывает также сомнение существование различных подходов к охране морской среды в территориальном море и на континентальном шельфе.
Вопрос правового регулирования загрязнения морской среды в настоящее время актуален в связи с принятием Федерального закона "О техническом регулировании", в рамках которого предусмотрена разработка специальных технических регламентов, в том числе, по вопросам экологической безопасности. Технические аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду. Для выполнения требований экологического законодательства циркуляция промывочной жидкости в процессе бурения должна быть организована по замкнутому циклу. В этом случае обращение промывочной жидкости и технологических отходов бурения ограничено циркуляционной системой буровой установки и системой размещения технологических отходов бурения. Для организации замкнутого цикла циркуляции на этапе бурения под направление на устье скважины устанавливают водоотделяющую колонну, например, забивную и бурение ведут с циркуляцией промывочной жидкости внутри водоотделяющей колонны.
Однако при бурении скважин на сахалинском шельфе и в Каспийском море применяется способ бурения под направление без создания замкнутой системы циркуляции. В этом случае отработанная промывочная жидкость и буровой шлам при бурении под направление (примерно 50-100 м) сбрасываются в морскую среду. В действительности же промывка скважины только морской водой не ограничивается. Нефтяные и газовые скважины имеют сложную конструкцию с номинальным диаметром первого интервала ствола, как правило, 914,4 мм. Верхний интервал сложен неустойчивыми породами, которые при промывке скважины морской водой разрушаются с образованием каверн. Поэтому фактический диаметр ствола больше номинального примерно на 15-25 %. В стволе такого большого диаметра трудно создать условия для эффективного гидротранспорта бурового шлама на поверхность. Для этого нужно повышать скорость восходящего потока промывочной жидкости, либо увеличивать удерживающую способность промывочной жидкости, иначе говоря, загустить ее.
Применение первого способа ограничено максимальной производительностью буровых насосов. Как правило, скорость восходящего потока промывочной жидкости в открытом стволе не превышает 0,1 м/с. Применение второго способа означает отказ от промывки морской водой. Поскольку при отсутствии водоотделяющей колонны это невозможно, так как противоречит п. 4.2 ГОСТ 17.1.3.02 77, то в рабочем проекте на строительство скважины указывается, что промывка осуществляется морской водой, а периодически (как правило, через 10 м проходки) с целью очистки ствола скважины от шлама прокачивается порция (пачка) вязкой жидкости. Итак, для промывки скважины используется комбинированная промывочная жидкость, состоящая из последовательно закачиваемых в скважину порций морской воды и вязкой жидкости.
При бурении скважин в Каспийском море используют глинистую суспензию, на шельфе Охотского моря - глинистую суспензию, загущенную полимером (примерно 75 кг/м3 глинопорошка и 3 кг/м3 полимера). В этом случае из скважины в морскую среду сбрасываются тонкодисперсные глинистые частицы и полимер. При строительстве скважин в Каспийском море объем пачки вязкой жидкости составляет 20 м3. Следовательно, при бурении под направление длиной 50 м за четыре прокачки в море будет сброшено 80 м3 промывочной жидкости со шламом. Используемая промывочная жидкость состоит из бентонитового глинопорошка 70 кг/м3 (по ОСТ 39-202-86 может содержать свободной соды от 1,0 до 5,0 г/100 г и МgО от 2,5 до 8,0 %), соды каустической и кальцинированной по 1 кг/м3 и барита 113 кг/м3. Таким образом, в сброшенных в море 80 м3 промывочной жидкости, помимо шлама, содержатся 5600 кг тонкодисперсной глины, 160 кг каустической и кальцинированной соды и 9040 барита. Промывка осуществляется при суммарной производительности буровых насосов до 80 л/с.
Сброс технологических отходов бурения продолжается и на этапе крепления скважины направлением. Чтобы обеспечить спуск и последующее цементирование направления, ствол скважины заполняют промывочной жидкостью. Так, при строительстве скважин в Каспийском море ствол заполняют глинистой промывочной жидкостью, утяжеленной баритом до плотности 1160 кг/м3 (до утяжеления - 1080 кг/м3). В процессе спуска направления промывочная жидкость вытесняется из скважины в незначительном объеме. При цементировании направления происходит замещение промывочной жидкости тампонажным раствором. Поступление промывочной жидкости в морскую среду равно объему закачиваемого тампонажного раствора - 40 м3.
Таким образом, сброс (захоронение) технологических отходов бурения имеет место на всех этапах бурения и крепления первого интервала скважины и его следует учитывать при оценке воздействия на окружающую среду строительства морских скважин.
Список литературы
1. Инструкция по охране окружающей среды при бурении скважин на нефть и газ на суше (РД 39-133-94). - М.: Роснефть, 1994.
2. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. - М.: ВНИРО, 2001.
3. Балаба В.И., Колесов А.И., Коновалов Е.А. Проблемы экологической безопасности использования веществ и материалов в бурении. - М.: ИРЦ Газпром, 2001.
4. Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Акатьева Т. Г. Экологическая опасность отходов бурения в нефтедобывающих районах Тюменской области//Охрана водных биоресурсов в условиях интенсивного освоения нефтегазовых месторождений на шельфе и внутренних водных объектах Российской Федерации/Сборник материалов Международного семинара. - М.: Экономика и информатика, 2000.