Источники загрязнения окружающей природной среды при бурении скважин, отходы бурения

Цель занятия: Определить источники и причины загрязнения окружающей среды при строительстве скважин.

Организационная форма занятия – традиционная.

Сооружение скважин характеризуется рядом специфических особенностей, которые и определяют характер и объемы техногенных нарушений и загрязнения объектов окружающей природной среды. Для разработки природоохранных мероприятий, исключающих негативное влияние процессов строительства скважин на объекты природной среды, необходимо знание в первую очередь источников нарушения и загрязнения компонентов окружающей среды.

Под источником нарушения и загрязнения понимаются технологические процессы, воздействующие на природную среду при строительстве скважины. Для выявления активного источника нарушения необходимо весь технологический процесс рассматривать как состоящий из отдельных операций. Задача состоит в том, чтобы в каждом технологическом процессе найти операции, которые приводят к данной форме нарушений.

Источником геомеханических нарушений являются следующие технологические процессы:

– снятие и складирование плодородного слоя земли при подготовке территории буровой;

– устройство насыпной площадки под буровую при кустовом строительстве скважин;

– устройство земляных котлованов (шламовых амбаров) для сбора и хранения производственно-технологических отходов бурения;

– сооружение технологических площадок под оборудование буровой;

– засыпка земляных шламовых амбаров при их ликвидации;

– техническая рекультивация территории буровой.

Основными качественными характеристиками источников геомеханических нарушений считаются следующие:

– подвижность или стационарность;

– прерывность, периодичность или постоянность;

– расположение относительно дневной поверхности;

– способ образования выемок (котлованов) или насыпей (механический, гидравлический и т.д.);

– направление перемещений потоков грунта.

Основные количественные характеристики источников геомеханических нарушений при строительстве скважин следующие:

– скорость фронта работ (часовая, суточная, месячная);

– площадь фронта работ;

– глубина или высота работ от поверхности;

– мощность вынимаемого грунта, толщина нарушаемого слоя почвогрунта, высота насыпки кустовой площадки;

– площадь территории буровой;

– дренируемость почвогрунта и т.д

Очевидно, что каждому источнику геомеханических нарушений присущи особые качественные и количественные характеристики.

Источниками гидрологических и гидрогеологических нарушений являются технологические процессы, связанные с бурением скважин. Большинство гидрологических нарушений связано с подготовительными работами, но зачастую они приурочиваются к бурению верхних водоносных горизонтов геологического разреза.

Гидрогеологические нарушения связаны непосредственно с процессом углубления скважины и выражаются в поступлении в водоносные горизонты загрязнителей (поглощения буровых растворов) или водопроявлениях, что приводит к изменению гидрогеологического режима естественного функ­ционирования водоносного комплекса.

Основными качественными характеристиками источников гидрогеологических нарушений являются подвижность или стационарность; периодичность или постоянство действия; месторасположение и т.д

Источниками биоморфологических нарушений являются следующие процессы:

– расчистка территории под буровую площадку;

– снятие и складирование плодородного слоя почвы;

– сооружение буровой и прокладка технологических коммуникаций, необходимых для бурения скважины.

Качественные характеристики источников нарушений помогают создать общую ситуационную картину на территории буровой в пределах отводимого земельного участка и являются, наряду с количественными, важными компонентами оценки экологичности деятельности бурового предприятия.

Процесс бурения сопровождается применением материалов и химреагентов различной степени опасности, значительными объемами водопотребления и образования производственно-технологических отходов, представляющих определенную опасность для флоры и фауны. Основными объектами загрязнения при бурении скважин являются геологическая среда (подземные воды) и гидро- и литосфера (открытые водоемы, почвенно-растительный покров). Они загрязняются в результате несовершенства и несоответствия отдельных технологических процессов требованиям охраны окружающей среды, а также из-за попадания в них материалов, нефтепродуктов, химреагентов и производственно-технологических отходов бурения, представленных буровыми сточными водами, отработанным буровым раствором (ОБР) и буровым шламом (БШ). Наиболее ощутимы отрицательные последствия загрязнения почв, поверхностных и подземных вод.

Источники загрязнения при бурении скважин условно можно разделить на постоянные и временные.

К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения из накопительных котлованов, сооружаемых в минеральном грунте (шламовых амбаров). Ко второй группе следует отнести источники временного действия – поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к межпластовым перетокам и заколонным проявлениям; затопление территории буровой вследствие паводка в период весеннего половодья или интенсивного таяния снегов и разлив при этом содержимого шламовых амбаров. Общим для них является то, что они носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы.

Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой, как правило, в земляных амбарах (котлованах-отстойниках), устраиваемых в минеральном или насыпном грунте. Отходы в своем составе содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, представленных материалами и химреагентами, используемыми для приготовления и обработки буровых растворов.

Соотношение отходов бурения каждого вида в общем объеме загрязнений различно и определяется прежде всего используемой технологией бурения, а также загрязняющими свойствами привнесенных в них материалов и химреагентов.

Наибольший объем среди отходов бурения составляют буровые сточные воды. Это связано с тем, что строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов природной воды и образованием загрязненных стоков в виде БСВ. Суточная потребность буровой в технической воде колеблется в широких пределах от 25 -30 до 100-120 м³ и зависит как от природно-климатических условий и геолого-технических особенностей проводки скважин, так и от организации системы водоснабжения.

При бурении скважин в подавляющем большинстве случаев применяется прямоточная система водоснабжения, а источниками водообеспечения служат открытые водоемы (озера, реки, ручьи), артезианские скважины и водопроводная сеть. Водопотребление регламентируется индивидуальными технологическими нормами водопотребления, закладываемыми в проекты на строительство скважин. Такие технологические нормы в настоящее время разработаны практически для каждого региона. В них находят отражение все факторы, учитывающие особенности технологии бурения, источники водоснабжения и т.п. Как показывает практика, в среднем по отрасли норма водопотребления составляет 0,9 - 1,1 м³ на 1 м проходки.

Объем образующихся буровых сточных вод определяется множеством факторов. Из них наибольшее значение имеют глубина скважин, продолжительность бурения и удельный вес затрат времени на ликвидацию осложнений и аварий. Как показано в работе, в среднем суточные объемы образующихся БСВ могут составлять 20 – 40 м на одну скважину (куст). Значительное влияние на объемы БСВ оказывает также и система водоснабжения. Чем больше используется оборотной воды на технологические нужды, тем меньше объемы сточных вод; но в то же время степень загрязненности их выше.

По условиям образования БСВ можно разделить на три категории: производственные сточные воды, хозяйственно-бытовые и атмосферные.

Производственные сточные воды формируются в процессе выполнения различных технологических операций, работы механизмов, оборудования и устройств.

Хозяйственно-бытовые сточные воды на буровых предприятиях образуются в результате деятельности пунктов питания, объектов культурно-бытового и санитарно-гигиенического назначения. По своему объему они составляют незначительную часть общего количества образующейся БСВ.

Образование атмосферных сточных вод связано с атмосферными осадками. Их объемы в значительной мере зависят от природно-климатических условий, а также от длительности процесса строительства скважин и могут достигать в среднем 1,5 – 8 % от общего объема БСВ.

В процессе бурения скважин формирующиеся сточные воды загрязняются буровым раствором и его компонентами, выбуренной породой, химреагентами, нефтью и нефтепродуктами, в том числе и горюче-смазочными материалами (которые попадают в БСВ в местах, где производятся технологические операции с этими компонентами и где возможны их потери).

Основными точками водопользования и водоотведения на буровой являются насосная группа, дизельный блок, рабочая площадка буровой вышки, блок очистки буровых растворов, узел приготовления и утяжеления растворов, циркуляционная система, блок химреагентов, блок емкостей с запасным буровым раствором.

Указанные места являются источниками образования и загрязнения БСВ. Как свидетельствует промысловый опыт, наибольший объем БСВ образуется при охлаждении штоков шламовых насосов, мытье рабочей площадки буровой вышки, очистке буровых растворов от выбуренной породы на очистных сооружениях и зачистке емкостей циркуляционной системы от осадка бурового раствора.

Известно, что любая технологическая схема очистки сточных вод предусматривает системы сбора и накопления стоков, которые должны обеспечить быстрое удаление и сбор сточных вод с производственно-технологических площадок и канализацию их к местам накопления и хранения. На бурящихся скважинах сбор производственных и атмосферных сточных вод осуществляется, как правило, самотеком по водоводным каналам, устроенным либо в минеральном грунте, либо представляющих собой металлические или железобетонные желоба. Поступление БСВ из одного котлована (амбара) в другой осуществляется естественным перетоком или с помощью перекачивающих устройств.

Для сбора БСВ в зависимости от глубины скважины и продолжительности строительства на ее территории сооружают водяные амбары. Такие амбары в подавляющем большинстве случаев сооружают в минеральном грунте с соблюдением соответствующих требований гидроизоляции. Но, несмотря на это, такие амбары представляют собой серьезный источник загрязнения природной среды вследствие высокой подвижности и хорошей аккумулирующей способности сточных вод к загрязнителям.

В целом же применяемая технология бурения ориентирована на использование для технологических нужд строительства скважин чистой природной воды и связана с образованием загрязненных стоков.

Одними из опасных видов отходов бурения считаются отработанный буровой раствор и буровой шлам или выбуренная порода.

Основным типом промывочных жидкостей, применяемых при бурении скважин, являются глинистые буровые растворы на водной основе, которые готовятся, как правило, из глинопорошка. В некоторых случаях они получаются в результате наработки при разбуривании хорошо диспергирующихся глинистых пород, слагающих проходимый разрез. Для регулирования реологических, фильтрационных и структурно-механических свойств буровых растворов используется набор специальных химреагентов. В качестве профилактической противоприхватной добавки большое распространение получила нефть.

Следует отметить, что объемы образования отходов указанных видов зависят от многих факторов и нигде не регламентируются. Знание же объемов отходов бурения, наряду с оценкой уровня и характера их загрязненности, необходимо для правильного понимания механизма воздействия на объекты природной среды и выбора необходимого комплекса природоохранных мер. Известные методики оценки объемов бурового шлама и бурового раствора, уходящего в отходы, весьма упрощены и поэтому недостаточно точны, вследствие чего достоверность получаемых расчетных данных крайне невысока.

Наиболее приемлемой для практических целей по точности и достоверности результатов является методика, базирующаяся на учете всех факторов, оказывающих влияние на объемы образующихся отходов бурения. Исходной информацией для расчетов объемов бурового шлама (БШ) и отработанного бурового раствора (ОБР) служат геолого-технический наряд, режимно-технологическая карта и регламенты на буровые растворы.

Контрольные вопросы:

1. Источники геомеханических нарушений.

2. Основные качественные характеристиками источников геомеханических нарушений.

3. Основные количественные характеристики источников геомеханических нарушений при строительстве скважин.

4. Буровые сточные воды.

5. Отработанный буровой раствор и буровой шлам.