+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураПроблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производстваК вопросу о влиянии захоронения буровых растворов на экологическую обстановку в Уренгойской Тундре

К вопросу о влиянии захоронения буровых растворов на экологическую обстановку в Уренгойской Тундре

Введение. Нефтегазовая отрасль является основой экономики Российской Федерации, начиная с середины 60-х годов XX века, когда были открыты первые месторождения в Западной Сибири. Согласно проекту развития нефтегазового комплекса РФ ежегодная добыча нефти в период до 2020 года будет составлять 501-505 млн тонн.

Общий накопленный объем добычи (2010-2020 гг.) достигнет 5,6 млрд тонн нефти. Увеличиваются темпы и объемы добычи нефти и природного газа, открыты шельфовые месторождения в арктических районах, в частности в Баренцевом, Карском морях, размеры которых (20-25% от общемировых запасов нефти и газа: 15,5 млрд тонн нефти и 84,5 трлн кубометров газа) по оценкам специалистов, обеспечат Россию этими полезными ископаемыми на ближайшие полтора столетия. Одним из наиболее перспективных направлений развития нефтегазового комплекса является нефтегазохимическая отрасль.

Вместе с этими процессами растет и антропогенное влияние на окружающую среду. В первую очередь вредное воздействие испытывают различные депонирующие среды, важнейшей из которых является почвенный покров. В почве накапливаются различные вещества, в том числе и поллютанты, которые посредством миграционных процессов переносятся в другие компоненты ландшафтов, например в природные воды.

Развитие нефтегазового комплекса на севере Западной Сибири выдвигает серьезные требования к оценке экологических последствий и анализу обстановки в районах разработки месторождений. Большая часть крупных газоконденсатных месторождений, осваиваемых в последние годы, находится в тундровой зоне, ландшафты которой отличаются повышенной ранимостью и низким потенциалом к восстановлению. Для нее характерны избыточное увлажнение и недостаточная теплообеспе-ченность, сплошное распространение многолетнемерзлых пород и развитие талико-вых зон на отдельных участках [1].

Детальная физико-географическая характеристика района исследований и фоновые содержания химических элементов в почвах и растениях Уренгойской тундры даны в опубликованных работах [2-4]. Производственная деятельность человека, вызывая нарушение веками сложившегося водно-термического режима, приводит к нарушению охранной функции криолитозоны по отношению к подземным водам. Поскольку на территории развития многолетнемерз-лых пород мощность зоны аэрации весьма мала, возможность естественной очистки тут крайне ограничена, что может привести к появлению подземных вод, непригодных для хозяйственно-питьевого назначения.

Все это предъявляет повышенные требования к освоению территории, в том числе и к способу хранения и захоронения буровых растворов. В настоящее время преобладающее большинство скважин бурится с применением бурового раствора на водной основе, представляющего собой суспензию глины в воде (вода + бентопоро-шок + КМЦ + ФХЛС + цемент). Для регулирования плотности применяется барит, а для регулирования вязкости, водоотдачи, антикоррозийных свойств и других параметров используются специальные химические реагенты в небольших концентрациях: ФХЛС, КМЦ, гипан, графит, нефть, экстендер и др. Кроме того, существенным компонентом отработанных буровых растворов являются выбуренная твердая фаза и шлам.

Несмотря на существование различных способов удаления отходов бурения, при разработке Уренгойских газоконденсатных месторождений отработанный буровой раствор и шлам сбрасываются в земляные отстойники (амбары), оборудованные на примыкающей к буровой установке площадке. Хранение буровых растворов в процессе строительства и эксплуатации скважин производится в теле кустовой площадки (амбаре), территория которой изъята из природопользования на период эксплуатации месторождения.

Конструкция и технология сооружения накопителей буровых растворов для Уренгойской группы месторождений разработаны и изложены в "Регламенте..." [5]. Расположение накопителя отходов бурения, его устройство и технология сооружения должны обеспечивать прочность и устойчивость конструкции, не допускать переливов, прорывов и фильтрации флюидов в окружающую среду. В соответствии с этим амбары должны иметь достаточную мощность насыпного грунта в бортах и днище, обеспечивающую поглощение фильтрата, которое проникает в него.

После соответствующей обработки и удаления водной фазы буровой раствор вместе со шламом засыпается грунтом. Многолетний опыт эксплуатации месторождений в других регионах показывает [6-8], что при подобном способе захоронения буровых растворов воздействие на окружающую среду незначительно. Загрязнение почв, грунтовых вод отсутствует, не происходит накопления поллютантов в растениях.

Материалы и методы исследования. Для определения процесса фильтрации буровых растворов через стенки и дно земляного амбара и степени его воздействия на окружающую среду проведены геоэкологические исследования на 20 кустовых буровых площадках Уренгойского месторождения. Полевые работы выполнены в период максимального оттаивания грунтов и включали в себя инженерно-геокриологическое обследование территории кустовой площадки и бурение скважин с отбором проб грунта и воды для лабораторного определения химического состава. Были взяты пробы как непосредственно в "амбарах", так и из тела отсыпки (борта амбара). Бурение проводилось по лучу - профилю в направлении естественного уклона поверхности. На луче располагалось по З-4 скважины на различном расстоянии друг от друга, так что последняя скважина размещалась на естественной поверхности за пределами отсыпки. Глубина скважин определялась глубиной оттаивания грунтов.

Для определения фильтрации через дно амбара было пробурено 4 скважины: на глубину З,0 м; 5,0 м; 7,0 м и 11,0 м. Последняя была обустроена для наблюдений за изменением температурного поля в случае проникновения фильтрата в грунт (диаметр трубы 78 мм).

Определение температуры грунтов осуществлялось при помощи термокос, укомплектованных термодатчиками ЭСМ-03-100 ом. В качестве измерительной аппаратуры применялся разработанный и изготовленный в ПНИИИС портативный переносной потенциометр типа П-100/10 (класс точности 0,05, диапазон измерений 100 мв, диапазон температуры окружающего воздуха -45°С-50°С). Измерение температуры грунтов производилось 1 раз в 5 дней. Контроль изменения влажности грунтов производился с помощью геофизических методов (прибор ВПГР-1. № 27З) с циклом 1 раз в 6 дней с шагом по стволу скважины 0,2 м. Работы производились согласно ГОСТ 24181-80.

В процессе бурения скважин отбирались пробы грунта для определения естественной влажности, гранулометрического состава и химического анализа водной вытяжки. Во время режимных наблюдений за уровнем грунтовых вод отбирались пробы воды для определения их химического состава. После завершения режимных наблюдений производился контрольный отбор проб грунта из шурфов для физико-химического анализа.

Полный физико-химический анализ водных вытяжек выполнен по общепринятой методике [9]. Суммарное содержание нефтепродуктов определено методом колоночной хроматографии с ИК-спектрофотометрическим окончанием на приборе "Спи-корд-Ж75". Чувствительность метода составляет 0,05-0,1 мг/л. Относительное стандартное отклонение при концентрациях 0,2-1,0 мг/л составляет 15%.

Определение содержание полимеров акрила в водных вытяжках почв проведено турбидиметрическим методом на фотокалориметре "ФЭК-56" в кювете толщиной 20 мм, фильтр № З, длина волны 400 нм. Чувствительность метода 1,5 10 -4%. Содержание химических элементов в озоленных по стандартной методике [10] пробах почвы определялось методами спектрального и атомно-абсорбционного анализов. Сред-неквадратическая относительная погрешность измерения составляет 12,5-25,0%.

Результаты исследования. Детальные режимные исследования на кустовых площадках 18-Н и З25 показали, что грунты естественного сложения, представляющие дно земляных амбаров, имеют сходное геокриологическое строение и с поверхности представлены глинистыми отложениями. Площадки характеризуются наличием многолетнемерзлых грунтов «сливающегося» типа.

Грунты естественного происхождения под амбаром на кусте 18-Н (амбар № 1) имеют более низкую температуру, чем подстилающие грунты под амбаром на кусте З25 (амбар № 2). Это связано с различным гранулометрическим составом грунтов, подстилающих дно земляного амбара. Верхняя толща (до 1,5 м) под амбаром № 1 представлена суглинком, а под амбаром № 2 - суглинком опесчаненным (близким к супеси) с прослоями песка.

Насыпной грунт на первой площадке имеет более низкие фильтрационные свойства, чем на второй. Так, например, коэффициент фильтрации Кф в первом случае имеет значение 4,9-10,69 м/сут., а во втором - 18,56-2З,87 м/сут. Более низкий показатель Кф для насыпного грунта амбара № 1 объясняется большим содержанием включений глинистого грунта и глинистых частиц.

Начало протаивания и появление грунтовой воды в гидрогеологических скважинах, расположенных на борту амбара № 1, зафиксировано в начале июня, а в скважинах амбара № 2 - к середине июня. Завершилось протаивание насыпного грунта в бортах амбаров к середине июля. Дальнейшие изменения уровня грунтовых вод происходили только за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Результаты геофизических наблюдений, проведенных на модельных кустовых площадках, подтверждают данные гидрогеологических исследований. Пока грунты, слагающие земляной амбар, находились в мерзлом состоянии, они были непроницаемы. Из находящегося в амбаре бурового раствора происходило осаждение и вмывание глинистых частиц в поры грунта, т.е. кольматирование стенок амбара, что делало их водонепроницаемыми и после протаивания грунтов. На данном этапе процесс коль-матации опережал процессы оттаивания и фильтрации.

По прошествии некоторого времени в бортах земляного амбара стали развиваться два встречных процесса. В результате протаивания грунтов происходило опускание кровли мерзлоты, а по мере заполнения амбара уровень бурового раствора поднимался. Когда кровля мерзлоты опустилась ниже уровня бурового раствора, началась фильтрация жидкой фазы раствора в талый грунт стенки амбара. Одновременно с фильтрацией развивался процесс кольматации. Поскольку уровень бурового раствора поднимался медленно, то и приращение мощности фильтрующего слоя грунта было небольшим. Это объясняет незначительное поступление фильтрата в грунт до того, как произойдет кольматация.

Вышесказанное подтверждают результаты исследований, проведенных на кустовой площадке З25. Результаты химического анализа проб воды показывают, что общая минерализация воды, содержащейся в стенках амбара, в несколько раз ниже, чем общая минерализация бурового раствора. При этом общая минерализация воды в небольшом водоеме, прилегающем к борту амбара, почти в два раза меньше, чем минерализация воды в насыпном грунте, и соответствует естественному фону. Общая минерализация грунта в борту амбара незначительная и близка к естественной минерализации насыпного грунта.

Повышенные содержания нефтепродуктов отмечаются в амбарах и на расстоянии до двух метров от амбара и составляют соответственно 0,З44-0,628 и 0,177-0,383 г/кг. Так, например, максимальное содержание углеводородов обнаружено в грунте на кустовой площадке З25 и составляет 0,1707 г/кг. В пробе из бурового раствора, отобранной в амбаре, оно достигает 0,З47З г/кг.

Такая же закономерность выявлена на всех изученных кустовых площадках с засыпанными амбарами (116, 117, 126-129, 1З2): повышенное содержание нефтепродуктов обнаружено не только в пробах, отобранных в амбаре (0,2963-0,557 г/кг), но и в пробах грунта, отобранных в теле отсыпки в 2-3 м от амбара (0,1734-1,24 г/кг). Однако уже на расстоянии 4-5 м от амбара в грунтах отсыпки содержание нефтепродуктов ниже фонового и составляет 0,077-0,1361 г/кг. Содержание нефтепродуктов в изученных грунтах отсыпки кустовых площадок на некотором удалении от амбаров не превышает фоновый уровень.

Содержание микроэлементов в грунтах отсыпки кустовых площадок ниже фоновых значений и средних содержаний элементов в земной коре [11]. Вместе с тем анализ грунтов на кустовых площадках с засыпанными амбарами показывает, что на расстоянии 2-3 м от амбара отмечается повышенная концентрация Ьа до 2000 мг/кг при фоновой 100 мг/кг, Ті - 5000-8000 мг/кг при фоновой 4500 мг/кг и 2г - 250-300 мг/кг при фоновой 170 мг/кг.

В остальных пробах грунтов, отобранных на расстоянии 3-14 м от амбара, содержание химических элементов ниже кларка. Это может быть показателем того, что за пределы отсыпки фильтрат практически не проникает и загрязнения окружающей среды буровым раствором за кустовой площадкой не происходит. Корреляционный анализ содержания химических элементов в изученных пробах свидетельствует о четком выделении в структуре связей фактора, обусловленного подсыпкой песчаного грунта.

Он определяется достоверной отрицательной связью 8і с большинством исследованных элементов. Исключение составляют лишь Л§ и Ьа, корреляция с которыми положительна, но математически недостоверна. Обращают на себя внимание ассоциации положительно связанных между собой Бе, М§ и Оа, обширная группа элементов Л1, Са, №, V, Со, Сг, Ва, Ті, а также тесная связь между накоплением №, Ве, Со, У и УЪ. Они обусловлены составом буровых растворов, а также основными почвенно-геохимическими процессами, происходящими в условиях избыточного увлажнения и низких температур.

Особый интерес представляет исследование состояния почвогрунтов вблизи амбаров, оборудованных за пределами отсыпки кустовых площадок (32, 36, 211, 215), с использованием рельефа местности. По данным спектрофотометрического анализа содержание нефтепродуктов в пробах грунта ниже допустимой концентрации. Исключение составляет проба, отобранная на кусте 211 в 3 м от амбара, содержание нефтепродуктов в которой достигает 0,3743 г/кг. Концентрация микроэлементов в большинстве изученных почв и грунтов также не превышает нормы. Исключение составляет проба грунта, отобранная в 4 м от амбара куста 36, в которой содержание Ьа составляет 200 мг/кг и Мп - 2000 мг/кг при норме 1000 мг/кг.

По результатам лабораторных определений содержание полимеров акриламида в изученных грунтах составляет 0,0012296-0,0120%. Максимальная концентрация их обнаружена в пробе грунта куста 45, но и она в 7 раз меньше предельно допустимой концентрации [5].

Выводы

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что фильтрация жидкой фазы бурового раствора невысока. Мощность насыпного грунта в бортах амбара достаточная, чтобы поглотить то незначительное количество фильтрата, которое проникло в него. За пределы отсыпки фильтрат практически не поступает и загрязнения окружающей среды буровым раствором за кустовой площадкой не происходит.

Общая минерализация грунта в борту амбара близка к естественной минерализации насыпного грунта. Общая минерализация грунтовой воды в гидрогеологических скважинах, расположенных на борту амбара, отвечает требованиям, предъявляемым к задолженной на бурение воде подлежащей возврату в природный кругооборот. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что применяемая технология сбора и хранения бурового раствора в земляных амбарах на Уренгойском месторождении при существующих геокриологических условиях практически не загрязняет окружающую среду и экологически безвредна.

В качестве рекомендаций перед строительством земляныгх амбаров следует указать на необходимость удаления со дна естественного растительного покрова и органогенных почвенныгх горизонтов, особенно, торфяной залежи, которые при протаива-нии обладают высокими фильтрующими свойствами.

Посе этого при обустройстве земляных амбаров обязательна предварительная обработка насыпных талых грунтов и естественного минерального почвенного слоя, подстилающего дно амбара, жидким глинистым раствором, что значительно снизит фильтрационные свойства грунтов. Увеличение ширины бортов амбара на 0,5-1,0 м приведет к увеличению мощности слоя, поглощающего проникший субстрат, что также снизит вероятность загрязнения окружающей среды.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока