Экологический мониторинг водных объектов при нефтедобыче

Существующая технология обеспечения пресной технической водой буровых установок предусматривает непрерывную ее подачу, особенно в зимнее время, с целью предупреждения замерзания водопровода.

В целом же среднесуточное водопотребление при бурении скважины может составить 17 м3, что приводит к образованию соответствующих объемов сточных вод.

Бурение скважин связано с потреблением больших объемов воды. На 1 м проходки расходуется около 0,9—1 м3 воды, которая загрязняется токсичными веществами. Образующиеся буровые сточные воды (БСВ) представляют наиболее значительный по объему вид загрязнения. Состав БСВ постоянно меняется и зависит от многих факторов (минералогического состава пород, солевых толщ и рассолов, применяемых материалов и реагентов). Основные показатели токсичности БСВ: взвешенные вещества, нефть и НП, химический (ХПК) и биологический (БПК) показатели потребления кислорода, сухой остаток, щелочность, жесткость pH и др. Интенсивное изменение химического состава промывочной жидкости и ее объемов создает определенные трудности для контроля и нормирования сброса буровых сточных вод. Нормативы разрабатываются для исходной промывочной жидкости (раствора), причем для ее исходного состава, а не для того раствора, который циркулирует длительное время в процессе бурения.

Буровые растворы можно рассматривать как высокоорганизованные полидисперсные системы. Покомпонентная оценка токсичности буровых растворов, да еще быстро изменяющихся во времени, не приводит к адекватным результатам. Сегодня на многие вещества, используемые в бурении, нет методик определения их концентраций в средах и, соответственно, ПДК. Поэтому в практике нормирования для смесевых и биоразлагаемых препаратов получил распространение метод расчетных компонентов либо установление ПДК в целом для смесей. Такие нормативы утверждаются для определенных композиций буровых растворов по нескольким основным компонентам с учетом имеющихся ПДК либо на основе биотестирования (табл. 12.2).

Таблица 12.2

Эколого-рыбохозяйственная характеристика буровых растворов

Наименование и состав

ЛПВ

ПДК, мг/л

Класс

опасности

Бованенковское месторождение

Буровой раствор отработанный (ДКС- экстендер — 0,004; карбоксиметилцеллюлоза — 0,3%; НТФ — 0,027%; трипатрийфосфат — 0,15%; триполифосфат натрия — 0,01%; вода — до 100%)

Токсичный

1,25

IV

Месторождения ПО «Ухтанефтегазгеология»

Буровой раствор полимерный (бентоглиноио- рошок — 4,0%; полиакриламид гидролизованный — 0,3%; хлорное железо — 0,013%; карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ-700) — 0,12%; хлорид калия — 0,5%; вода пресная — до 100%)

Токсичный

50

IV

Источник’. Мониторинг и методы контроля окружающей среды : учеб, пособие: в 2 ч. / Афанасьев Ю. А. [и др.|. М.: Изд-во МНЭПУ, 1998.

ЛПВ — лимитирующий показатель вредности; НТФ — нитрилотриметилфосфоно- вая кислота.

На практике очень трудно подобрать перечисленные компоненты в составе буровых растворов в том виде, в котором они указаны в нормативах ПДК. Например, глинопорошков существует несколько десятков модификаций, с различного вида щелочными и полимерными добавками. Вместо чистого хлорида калия используют калийные удобрения, содержащие и другие компоненты. Указанные нормативы (%) в буровых растворах могут изменяться в широких пределах. Кроме этого, в составе растворов всегда применяются смазочные добавки, ПЛВ, утяжеляющие реагенты и другие ингредиенты, которые могут не быть введены в перечень, а применяются в нештатных ситуациях.

С этих позиций оценка экологичности применяемых буровых растворов имеет огромное значение при проведении ПЭМ и других экологических исследований.

Таким образом, отсутствие ПДК многих веществ, применяемых при бурении скважин, не позволяет регламентировать отходы бурения по степени их токсического воздействия на среды со всеми вытекающими природоохранными последствиями. Учитывая это, специалистами Сургут- НИПИнефть предлагаются следующие нормативы (ПДК) отходов бурения для рыбохозяйственного назначения: буровые сточные воды (БСВ) — 15 мл/л; отработанные буровые растворы (ОБР) — 0,85 г/л; буровые шламы (БШ) — 5 г/л; смесь отходов (БСВ : ОБР : БШ = 1 : 1 : 1) — 10 г/л. Такие нормативы могут служить регламентирующими показателями при оценках воздействия на окружающую среду отходов бурения, их размещения и хранения, выбора способа утилизации и рекультивации в аварийных ситуациях[1].

Пример из практики

Токсикологические оценки отходов бурения

Наиболее крупное исследование в области токсикологических оценок отходов бурения проведено лишь в последние годы. На основании современных аналитических определений отработанного бурового раствора (ОБР) из скв. № П1 (ачимов- ский горизонт, забой 3900 м) Хадутейской площади Южно-Песцовского газоконденсатного месторождения Тюменской области проведена экспериментальная оценка его экологичности. Комплекс исследований включал анализ химических элементов с помощью метода индуктивно связанной плазмы с масс-спектрометрическим окончанием на приборе «Квадрион»; анализ органических примесей раствора на основе хроматомасс-спектрометрии; исследование органолептических свойств воды с добавлением ОБР для установления пороговых концентраций; влияние ОБР на санитарный режим водоемов (БПК); биотестирование ОБР на гидробионтах, а также экспериментальную оценку экологичности бурового шлама (БШ) — количественный химический анализ, его фитотоксичность и влияние на гидробионты. Комплекс таких исследований проведен впервые, поэтому заслуживает более подробной характеристики[2]. Однако, учитывая большие объемы фактических данных и результатов тестирования, ниже приводятся сведения с некоторыми сокращениями (табл. 12.3).

Таблица 123

Содержание химических веществ в ОБР и БШ (но данным Балаба В. И., Колесову А. И., Коновалову Е. А. 2001)

Элемент

Концентрация, мг/дм3

Норма-

тив,

мг/дм3

Содержание химических элементов в БIII

Водный экстракт, м кг/мл

ААБ экстракта, мкг/л

Кислотный

экстракт,

мкг/л

Бериллий

0,017

0,0002

0,45

25,6

Алюминий

63,33

0,5

10,1

1397

206400

Фосфор

21,27

0,0001

41250

Хром

15,44

0,05

0,8

430

14871

Марганец

5,82

0,1

0,3

2005

8528

Железо

160,65

0,3

15

8387

481200

Никель

0,474

0,1

<0,05

46,1

1810

Медь

2,01

1

0,3

41,5

2385

Цинк

7,62

1

0,4

1925

7334

Мышьяк

1,3

0,05

6,3

1146

Молибден

1,55

0,25

30,9

117

Барий

45,76

0,1

2,1

2473

5318

Ртуть

0,014

0,0005

< 0,001

1,3

1

Таллий

0,0021

0,0001

-

0,65

4,8

Свинец

149,48

0,03

5,1

3904

26,7

Кадмий

0,019

0,001

< 0,002

1,8

13

Сурьма

0,037

0,05

<0,05

7,2

27,2

Натрий

1366,82

200

258267

361000

Данные табл. 12.3 свидетельствуют о наличии в образце ОБР высоких содержаний таких элементов 1-го и 2-го классов опасности, как Pb, Hg, Р, As, Cd, Zn, Al, а также Fe и Na, которые во много раз превышают ПДК в воде. Их присутствие в ОБР обусловлено поступлением из выбуренной породы, что подтверждается химическими анализами водной вытяжки, ацетат-аммонийным буферным (ААБ) и кислотным (pH = 2) экстрактами, полученными из БШ в соотношении 1 : 10. Водные и ААБ-экстракты характеризуют подвижные формы химических веществ, которые определяют степень токсичности и опасности для окружающей природной среды (ОПС) и человека. Кислотные экстракты химических веществ дают представление о валовых содержаниях металлов и используются при оценках их опасности и санитарно-гигиенического состояния почв.

В водном и ААБ-экстрактах установлено превышение ПДК в водах по Сг в 71, Мп — в 33, Со — в 3, Ni — в 11, Си — в 14, Zn — в 8, РЬ — в 22 раза. В кислотном экстракте превышение ПДК в почвах составляет: но Ni — в 90 раз, но Си — в 72, Zn — 133, As - 573, Cd - 26, РЬ - в 834 раза и т.д.

Выбуренный шлам из скв. П-1 является токсичным и потенциально опасным для ОПС и человека, поскольку содержит тяжелые металлы, относящиеся к I и II классам опасности. При контактах БШ с атмосферными осадками происходит их переход в водные растворы с миграцией токсикантов в поверхностные и грунтовые воды. Таким образом, образец ОБР из скв. П-1 является поликомпонентной смесью, содержащей высокие концентрации опасных загрязнителей, в том числе тяжелых металлов и углеводородов (УВ).

Опыты с динамикой Б ПК, характеризующие интенсивность и направление процессов естественного самоочищения и санитарный режим водоемов, показали следующие результаты:

  • • исследуемый образец вызывает наиболее активную стимуляцию БПК в первые-вторые сутки эксперимента;
  • • при концентрации ОБР 1 мл/л БПК ускоряется на 50—140% но сравнению с контролем, 0,2 мл/л — на 25—54,5%, при концентрации 0,1 мл/л — па 26,9—49,6%;
  • • концентрации 0,01 и 0,008 мл/л ОБР не оказывают существенного влияния на БПК;
  • • пороговой концентрацией ОБР, стимулирующей БПК, является 0,04 мл/л, что соответствует необходимости его разбавления в 254 000 раз.

Тестирование образца ОБР на гидробионтах показало высокую его токсичность для дафний и тетрахимен. Темпы размножения нарушаются при разбавлении водой образца до 1 : 4000.

Оценка фитотоксического действия БШ проводилась экспресс-методом па проращивании семян овса с использованием водного, буферного (ААБ) и кислотного экстрактов в различных соотношениях кратности разбавления (R = 1, 10, 100, 1000 и 10000 раз). Контрольные образцы семян проращивались на дистиллированной воде. В результате проведенных экспериментов были получены следующие выводы о фитотоксичности БШ из скв. П-1:

  • • фитотоксичность возрастает по схеме водный экстракт (ВЭ) буферный экстракт (БЭ) -> кислотный экстракт (КЭ);
  • • ВЭ образца БШ обладает слабовыраженным биологическим действием на семена овса, которое устраняется разбавлением в 10 раз;
  • • при pH менее 4,5 возникает вероятность полного угнетения жизнедеятельности растений вследствие резко возрастающей фитотоксичности БШ;
  • • степень опасности БШ по фитотоксичности может быть оценена на уровне V (ВЭ), III (БЭ) и II (КЭ) классов опасности.

Результаты тестирования БШ на водных тест-организмах свидетельствуют о неблагоприятном воздействии, устраняемом 10—100-кратным разбавлением. Причиной гибели дафний могут стать топкодисперспые взвеси — глины, являющиеся основным компонентом буровых растворов.

При организации ПЭМ на нефтепромыслах небходимо знать, какие ингредиенты и в каких количествах применяются при бурении, а также продукты освоения и в отдельных случаях выбуренную породу.

Так, при строительстве скважины расход материалов и химреагентов составляет в среднем, т:

  • • бентонитовый глинопорошок — 17,6;
  • • карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — 2,01;
  • • нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) — 0,17;
  • • унифлок — 0,059;
  • • каустическая сода — 0,2;
  • • кальцинированная сода — 0,05.

В качестве очистных агентов и для тампонирования применяются следующие тины буровых растворов:

  • • техническая вода (с добавкой диоксида марганца);
  • • бентонитовый раствор;
  • • глинистый раствор различной плотности;
  • • хлорнатриевый буровой раствор;
  • • хлоромагниево-фосфатный буровой раствор;
  • • полисолевой раствор;
  • • гамма безглинистых растворов;
  • • хлоркалиевый глинистый раствор;
  • • тампонажный цемент с различными добавками.

Из горючесмазочных материалов применяются кроме нефти также масла трансмиссионное и трансформаторное при бурении с электроприводом.

Продукты освоения представлены в основном загрязненными пресными и пластовыми водами, содержащими до 1% ПАВ и полиакриламид (ПАЛ), или буровыми растворами. Могут содержать пленку нефти, а в отдельных случаях и нефть.

К органическим загрязнителям, входящим в состав буровых растворов, принадлежат У В (нефть, дизтопливо, масла). Их попадание в окружающую среду чаще всего связано с аварийными ситуациями при нарушении технических условий и правил эксплуатации трубопроводов, устройств нефтяных ванн или нефтепроявлепиях.

К этому же типу можно отнести такие загрязнители, как ПАА, оксиэтилцеллю- лоза (ОЭЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ-600), конденсированная сульфит-спир- товая барда (КССБ-2), ПАВ. Определение этих сложных соединений в компонентах окружающей среды — чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Однако в системе ПЭМ необходимо предусмотреть контроль хотя бы за некоторыми органическими загрязнителями, на которые существуют ПДК (ПАВ, НП, ПАУ и др.).

Довольно часто для обработки призабойной зоны пласта используются такие химические методы, как кислотные обработки, включающие солянокислотную обработку, термокислотное воздействие, глинокислотную и пенокислотную обработки. Для увеличения нефтеотдачи пластов в процессе их эксплуатации производят обработку нагнетаемой воды ПАВами, различного вида полимерами, закачивают концентрированную серную кислоту, производят щелочное заводнение и другие мероприятия. К минеральным загрязнителям относят хлориды натрия, магния и калия, легко поддающиеся контролю.

Содержание механических примесей в БСВ может достигать от 0,5 до 1 масс. %, растворимых и эмульгированных продуктов от «следов» — до 120 мг/дм3; растворенных солей — до 50 г/дм3 и более. Эти категории вод вследствие их высокой подвижности являются одними из самых опасных отходов бурения.

Значительным источником загрязнения пресных подземных вод могут быть также промысловые сточные воды высокой минерализации. Их количество может достигать 3 м3 на 1 т добываемой нефти. Основной загрязнитель — хлориды, реже сульфаты, натрий, кальций и У В сырых нефтей. Эти же воды, проникая через затруб- ное пространство скважин, а также вследствие восходящих перетоков в вышележащие водоносные горизонты при эжекциоином режиме эксплуатации месторождения могут явиться загрязнителями пресных (артезианских) горизонтов при заводнении скважин.

Концепция информационной системы «Мониторинг» разработана в АО «Татнефть». Суть данной концепции заключается в следующем:

  • • создание интегрированной эколого-технологической базы данных, позволяющей в единой системе (координаты, принадлежность к нефтяным площадям, форматы данных, сервисные оболочки и т.д.) представить данные по геологическому строению, разработке, техническому состоянию скважин и экологической информации (данные но физико-химическому составу подземных вод и замерам давлений в сети пьезометрических скважин и др.);
  • • создание имитационных моделей экологической направленности с использованием интегрированной базы данных, алгоритмов, программ, расчетов и показателей техногенной нагрузки на геологическую среду снизу на основе статистической и гидродинамической моделей разработки месторождений.

Практически имитационное моделирование реализуется через комплексное решение геологических и технологических задач.

Технологические задачи сводятся к выдаче рекомендаций по совершенствованию системы разработки с целью предотвращения обозначенных выше и других негативных эффектов, изменяющих сложившуюся обстановку.

Система «Мониторинг» опробована на Ташилярской площади Ромаш- кинского месторождения. Однако для эффективного ее использования необходимо дополнение исходной информации другими видами данных экологического мониторинга.

  • [1] См.: Лушпеева О. А. Комплекс технико-технологических мероприятий, направленныхна снижение воздействия процесса строительства скважин на окружающую природнуюсреду // Состояние, проблемы, основные направления развития нефтяной промышленностив XXI веке. Бурение скважин : сб. докл. науч.-практ. конф. 16—17 февраля 2000 г. Тюмень,2000. Ч. III. С. 15-20.
  • [2] Балаба В. Я., Колесов Л. Я., Коновалов Е. Л. Проблемы экологической безопасностииспользования веществ и материалов в бурении // Сер. Охрана человека и окружающейсреды в газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 2001.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >