Ак гуальность темы Не ([)тегазовая отрасль по своей трудоемкости, материалоемкости и тяжести техногенного воздействия на природу занимает одно из первых мест в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) России. Особенно большой объем работ, материально-технических и топливно-энергетических ресурсов (МТР и ТЭР) приход 1ТСЯ на строительство скважин, которое к тому же оказывает доминирующее воздействие на окружающую среду. В 1астоящее время затраты на МТР и ТЭР составляют 35−45% от общей стоимо1: ти строительства скважин, а доля затрат на природоохранные мероприятие уже составляет 3−7% и имеет тенденцию к дальнейшему росту в связи с повьп icHHbiM вниманием к охране окружающей среды. B^ есте с тем проведенный анализ природоохранных мероприятий при бурении скважин по предприятиям ДООО «Бургаз» показал, что экологоэконом 1ческие затраты находятся в прямой зависимости от объемов потребляемых МТР и ТЭР, от длительности и качества строительства скважин. Сокращение материальных затрат и длительности работ на 1−2% равнозначно снижению в 2−3 раза затрат на природоохранные мероприятия. В :>той связи проблема разработки, выбора и внедрения экономичных, ресурсоб (регающих и экологически безопасных технологий весьма актуальна для нефтеп зодобывающей отрасли ТЭК и, в первую очередь, для строительства скважи i. Ц (ль работы Снижение материально-технических затрат на строительство скважин путем ра [работки и реализации научно обоснованных ресурсосберегающих и природ эохранных технологий.0(новные задачи исследования 1. Анализ влияния процесса строительства скважин на окружающую среду.2. Разработка комплексной системы повышения эффективности природоохранн лх мероприятий.3. Эбоснование методических принципов выбора ресурсосберегающих и природощадящих технологических решений при проектировании строительства сква" /шн.4. .Регламентирование техногенного воздействия процессов строительства скважи { на окружающую среду.5. Исследование и выбор технологических решений по очистке буровых сточны с вод (БСВ), сбору, хранению, обезвоживанию и захоронению буровых раствор ов (ОБР) и бурового шлама (БШ).Научная новизна 1. Научно обоснован методический подход к вопросам природопользования каь к проблеме повышения эффективности и качества строительства скважин.2.а основании теоретических и статистических исследований дано научное обоснование методов расчета расхода материалов при проектировании и управл ()нии строительством скважин.3. Обоснованы и опробированы методы прогнозирования долговечности крепи скважин и принципы выбора технологических решений, повышающих качестЕО крепления скважин.4. Эбоснованы эколого-экономические требования к технологиям и техническим средствам при регламентировании предельно допустимых выбросов, сбросои загрязняющих веществ и объемов отходов при бурении скважин. П11актическая ценность и реализация результатов работы 1. •*азработанные положения по нормированию расхода буровых растворов исполыованы при проектировании строительства скважин на месторождении Зыбза — Глубокий Яр.2. '^яд положений диссертационной работы вошли в «Регламент организации ра ()0Т по охране окружающей среды при строительстве скважин», разработанные при участии автора в ДООО «Бургаз».3. Технологические решения по снижению и нейтрализации влияния отходов бу])ения на окружающую среду применены в ДООО «Кубаньбургаз» при подготовке отходов бурения к утилизации, очистке БСВ, обработке и утилизации ОЕ Р и БШ.
4. ia основе выполненных исследований разработан эффективный способ создан! я гидроизоляционных экранов для складирования и захоронения отходов бурения. Аг робация работы Ре: ультаты диссертационной работы и основные положения обсуждались на научно-технических советах ДООО «Бургаз», филиалов «Кубаньбургаз» и «Астра <аньбургаз», ОАО «Роснефть-Краснодарнефтегаз» и «РоснефтьТермнефть», «ТюменНРШгипрогаз», на 2-ой и 3-ей Международных конференциях «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей» (Анапа — 1999 'Л 2001 гг.), научно-практической конференции «Экологические аспекты энергет ической стратегии РАО „Газпром“ (Москва — 2000 г.).1. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В процессе строительства скважин нефтяник воздействует на природу вооруженный комплексом техники и научных знаний с неполной, зачастую неточной информацией о состоянии природы и возможных последствиях своих воздействй. Широкий спектр вопросов снижения вредоносного влияния этого вмеша-'ельства в окружающий нас мир, охрана природы и экологической чистоты п зрвозданных отнощений между экосистемами требует непрерывного совершен ствования техники и технологии строительства скважин. Ос обо важную роль в общей программе охраны окружающей среды отводится I. опросам создания безвредных, экологически чистых материалов и технологии строительства скважин, обеспечивающих минимальное техногенное воздействие на окружающий мир. В, данном разделе проводится анализ подходов к проблеме создания экологически безопасных технологий бурения скважин, разработана концептуальная модель системы, показано место и роль природоохранных мероприятий при строите льстве скважин, дано обоснование выбранного нами подхода, выбраны направления исследований.1.1. Роль природосберегающих технологий в деятельности нефтегазодобывающих компаний В юследнее десятилетие нашего века, пожалуй, трудно найти более острую проблему, чем проблема охраны окружающей среды и недр. На экологическое состояние целых регионов России непосредственное воздейс гвие оказывают разведка, бурение, добыча, транспортировка и переработка Н'-фти и газа. Общая доля непосредственно освоенных площадей в южной зоне Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, где ведется добыча нефти и га: а, составляет около 3%, в центральной зоне — около 2%, в северной около 1 '/о территории /1/. Однако, несмотря на незначительное освоение территории 3 шадно-Сибирского нефтегазового комплекса, ее экологическое состояние является неудовлетворительным, а многие участки на грани экологического бедстзия. Ужесточение природоохранного законодательства, усиление роли общественного мнения и переноса нефтегазодобычи в водоохранные зоны и территории приоритетного водоиспользования стали одним из сдерживающих факте ров добычи нефти и газа. Если не принять меры по стабилизации и улучшени о окружающей среды, эта проблема будет оказывать возрастающее воздейст зие на уровни добычи нефти и газа в Западной Сибири. Г[роизводственная деятельность предприятий нефтяной и газовой промышхенности в силу объективных и субъективных особенностей технологических процессов оказывает техногенное воздействие на окружающую среду, основнь ми компонентами которого являются: — изъятие земельных ресурсов для строительства объектов нефтегазодобычи- - вывод из строя земель как в контуре отвода, так и в зоне влияния сооруженир нефтегазового комплекса- - :верхнормативные выбросы в атмосферу и сбросы в водную среду и на рельео побочных продуктов производственной деятельности- - извлечение с нефтью высокоминерализованных попутных вод- - {ахоронение отходов бурения- - выбросы вредных веществ в атмосферу (сжигание попутного газа в факелах, и шарение легких углеводородных фракций в процессе хранения и транспорта чефти и др.) — - аварийные разливы нефти и нефтепродуктов и разрывы трубопроводов. Н, а многочисленных факелах нефтепромыслов Западной Сибири ежегодно сжигается около 15 млрд. м^ попутного газа. Общие ресурсы попутного газа при добыч I нефти в 410 млн. т определены в 1995 году — 40,3 млрд. м в 2000 году 41,1 и в 2005 году — 40,1 млрд. м^ В отнощении низконапорного газа ресурсы соответственно: по 1995 году — 4,9, по 2000 году — 5 и по 2005 году — 5,1 млpд.^. Сейчас утилизация газа составляет около 80% (варьирует от 24 до 96%). vlnoro низконапорного газа теряется из-за плохой герметичности технологических резервуаров. Этот газ также приходится сжигать в факелах. Технология сепарации нефти с рециркуляцией газа пока не нащла щирокого применения. Загрязнение поверхностных вод на осваиваемых нефтегазоносных территоррях происходит за счет сброса промышленных нормативно-очищенных вод и загрязненных сточных вод, а также при аварийных разливах нефти. Развитие нефтегазового комплекса, к сожалению, характеризуется негативны ли геоэкологическими последствиями как при аварийных, так и при штатн лх ситуациях. Области с постоянно нарушенным почвенно-растительным покрог. ом составляют 7%, а области с импульсным (одноразовым) нарушением покро]!Ов —75% плошадей, вовлеченных в освоение. Зона сплошного уничтожения растительного покрова за счет планировок на трассах трубопроводов и на кустах скважин составляет 15% всей площади освоения. Зона частичного уничтожения растительного покрова за счет одноразового проезда транспорта на трассах и окружаюш-их промплощадки территориях составляет около 80%) площацей освоения. К числу главных источников загрязнения поверхности и геологической среды относятся выбуренный шлам, буровые и тампонажные растворы, в том числе на нефтяной основе и с добавками химических реагентов, естественная фильт])ация, закачка производственных отходов бурения в заколонное пространс гво пробуренных скважин и выбросы в атмосферу /2 — 15/.В последние годы принимаются жесткие меры по уменьшению складирования эурового шлама и растворов в открытых земляных котлованах. Каждый котлоЕан, как правило, содержит 55 м^ бурового шлама и 200 м'' раствора, в составе ]: оторого до 20 м'^ нефти и 1 м» реагентов. При достигнутых объемах бурения 26 млн. м в год (или 8275 скважин в 1990 году) в Западной Сибири скоПИЛ0С1 более 6000 неликвидированных котлованов, представляющих угрозу окружаьощей среде, а это значит, что решение природоохранных вопросов будет от (тавать от темпов бурения. П) оценкам NPRA, за минувшее десятилетие в США израсходовано более 20 мл|-д.долл. на природоохранные мероприятия /16/. Эти затраты превышают балансовую стоимость всей нефтеперерабатывающей промышленности США. Данные Национального нефтяного комитета (NPC) свидетельствуют о неуклонно: I улучшении качества воздуха в стране. По всем шести основным показателям качества воздуха, регламентированным ЕРА, наблюдается тенденция к снижению выбросов в атмосферу СО, свинца, NO2, озона, твердых частиц и SO. Заслуживает внимания зарубежный опыт подхода различных нефтяных компаний к рассматриваемым проблемам. Когда Dow Chemical в 1996 году объявила о своих планах инвестировать 1 млрд. цолл. в новое оборудование и программы по защите окружающей среды в течение следующих 10 лет, то эффект произвела не сама цифра, а уверенность компании в том, что она вернет 30−40% от своих вложений. Почему такие компании, как Dow Chemical, вкладывают значительные суммь в программы по защите окружающей среды и недр? Законодательство и другие внешние факторы, конечно, являются ключевыми, но хмногие преуспевающие компании опережают всех на один шаг, понимая, что защита окружающей среды и недр, наряду с другими факторами, будет все больше и больше оп) еделять их конкурентное преимущество и в конечном счете составит его основу. Менеджеры компаний постоянно испытывают необходимость минимизации вреда, наносимого окружающей среде. Подобная необходимость объясняется тем, что: — инвесторы и банки рассматривают факторы защиты окружающей среды в каче: тве одних из основных при предоставлении займов и осуществлении инвести! ий- - ряд развивающих стран продолжает усиливать давление на компании, ИСП0Л1 .зуя законодательство по окружающей среде. В развитых странах законодателе смещают акцент с производственного процесса непосредственно на проду]: т. В Германии, например, существует соответствующий закон, предписывающий производителю нести ответственность за произведенный товар в течение всего срока его службы- - потребители становятся все более требовательными по отношению к тем ксмпаниям, у которых они приобретают товар. Даже к дешевым товарам наряд) со стандартным набором таких требований, как внешний вид, комфортность 1 функциональность, предъявляются и такие, как более высокий уровень энергетической эффективности и возможность повторного использования или утили: — ации без ущерба окружающей среде- - движение «зеленых» увеличивает свое влияние, и их не так просто yNmротворить, так как они достаточно широко используют масс-медиа. Разгром одногс из предприятий компании Shell, а именно Brent Spar — только один из приме])ов данного феномена. Подобные примеры внешнего влияния служат сигналом для менеджеров компаий учитывать проблемы окружающей среды не только в процессе произволе тва, но и в течение всего срока службы продукта. Менеджеры всех уровней должны брать на себя ответственность за вмешательство в окружающую среду. Тем более, что инвесторы, официальные органы власти и потребители насто5 тельно требуют этого /17/.Пока компании подчиняются действующему природоохранному законодательству, исходя лишь из собственных интересов с целью избежать штрафов, самые передовые из них, опережая законодательство, используют специальные ЭК0Л01 ические программы для упрочения позиций своего бизнеса. Например: — ]М использует программы по защите окружающей среды в качестве ускорителя своих исследований, пожиная плоды в виде новых идей, продуктов и ЭК0Л01 ически чистого производственного процесса- - '>(егох в 1991 году запустил программу по снижению ценовых издержек на протяжении всего срока годности товара. Компания принимала использованныз копировальные аппараты, демонтировала их и повторно использовала состаЕляющие в новых аппаратах- - rhorn-EMI предусматривает соответствующее вознаграждение за достижение успехов при выполнении экологических программ. Данный метод использ} ется в качестве стимула для сотрудников и менеджеров, поощряя их экономит э электроэнергию, бумагу и химические составляющие. В итоге корпорация ПС лучает дополнительную прибыль- -ЕС, после проведенной экономической экспертизы внутри компании с целью сокращения отходов производства, привлекла консультантов по экологии с 11елью обмена соответствующим опытом, накопленным всей электронной индус-рией Японии- - -lydro Aluminium стимулирует участие работников в экологическом объединении, создавая специальные управленческие структуры и предоставляя тренииговые программы по экологии. Все эти меры побуждают работников творч (ски подходить к вопросам экологии в бизнес-практике. В конечном итоге произиодственный процесс становится безопаснее, чище и эффективнее. Следует подчеркнуть, что в России за последнее время уделяется особое внима тие охране окружающей среды и недр. Так за основу своей деятельности топли! НО-энергетический комплекс России провозгласил /18/ объединение в одно Ц (лое экономических, социальных и экологических критериев, предусматриьающее: — м жсимальное использование резервов энергосбережения- - выполнение специальных природоохранных мероприятий- - развитие фундаментальных экологических исследований- - р 1зработку и внедрение межотраслевых и отраслевых норм и правил, нормат IBHO-технических актов, стандартов по охране окружающей природной среды I рациональному природопользованию- -оэганизацию работ по сертификации и лицензированию новых отечественные и зарубежных технологий, видов оборудования и материалов- - с эздание единой отраслевой системы экологического мониторинга, организацио служб для контроля сейсмической обстановки в районах расположения кр- 'ИНЫХ объектов ТЭК- -создание системы ТЭК по борьбе с аварийными разливами нефти и ликвидацр и их последствий. Один из основополагающих принципов природоохранной деятельности в ТЭК, I оторый внедряется в повседневную практику — «От ликвидации загрязнений — к экологически более чистому производству».1.2. Разработка концептуального подхода к проблеме техногенного влияния строительства скважин Необходимость кратного снижения негативного влияния отходов строительства скважин диктует обязательность разработки конкретного концептуально 'о подхода к рещению проблем, связанных с реализацией целого комплекса научно-производственных задач, которые сводятся к следующему: — эценка экологического ущерба от процессов строительства и ремонта скважин- - анализ отечественных и зарубежных разработок по данной проблеме- - разработка конкретных технологических решений по снижениьо техногенного влияния отходов бурения и ремонта скважин на предприятиях ДООО «Бург аз». Пр заеденный нами анализ отечественных и зарубежных исследований и практиьа строительства скважин подтверждает актуальность поставленных проблег I, которым посвящена данная работа. Из г’чению влияния процесса строительства скважин на природную среду и разрабстке технико-технологических решений по их снижению и нейтрализации посвящены работы Андерсона Р. К., Бастрикова Н., Булатова А. И., Быкова И. Ю., Вяхирева В. И., Дзетля Б. Г., Ипполитова В. В., Крысина Н. И., Левшина В. А., 7[ушпеевой О.А., Матьщина В. И., Овчинникова В. П., Полякова В. Н., Фроло! а А.А., Штоля В. Ф., Шарипова А. У., Шеметова В. Ю. и многих других отечес: венных и зарубежных исследователей. Анализ подходов к проблеме создания экологически малоопасных технологий I технических средств по сбору, хранению, утилизации отходов при бурении: кважин показал, что все они сосредоточены вокруг четырех основных направ пений работ: — ])азработка конструкций кустовых площадок с экранирующим слоем для локалг зации сточных вод и жидких отходов бурения, схем монтажа оборудования- - шедрения современных средств «тонкой» очистки буровых растворов и СТ0ЧН1 [X вод в замкнутом технологическом цикле с использованием малоопасных реагентов и химических добавок к буровым растворам и тампонажным cиcтe^:aм- - разработка технологических схем и технических средств по утилизации, захорс нению твердых и жидких отходов бурения- - регламентирование предельно-допустимого уровня выбросов и сбросов загрязняющих веществ, разработка природоохранных требований и нормативно-те) нической документации к строительству, консервации и ликвидации скважин, производственный экологический контроль. /.нализ указанных четырех направлений позволил построить концептуальную модель системы «строительство скважин — окружающая среда», отражающую 'Ювременный уровень знаний и представлений исследователей об изучаемой системе в рамках «биогеохимической» концепции, которая приведена ниже. В работе /21/ использование новейших технологий и профессионализм специатистов позволили достигнуть следующих результатов: — с низить отрицательное воздействие на продуктивный пласт вследствие высоксй степени очистки бурового раствора и применения высокоэффективных систем бурового раствора, рецептуры которых представляют собой набор экологиче: ки малоопасных химреагентов- - 3 начительно уменьшить отходы бурения за счет полного разделения жидкой и 1 вердой фазы и повторно (многократно) использовать буровые растворы- -исключить из рецептур обработки бурового раствора за счет внедрения высок (эффективной системы очистки такую экологически опасную добавку, как не|[)ть- - f «урить скважины с большими отходами (по горизонтали до 2000 м и более), г также пологие скважины по специальным профилям с углом входа в пласт д (| 75 '^, что значительно увеличивает зону вскрытия продуктивного пласта и позво. [яет располагать буровую площадку вне охранной территории- - в (зможность бурения скважин с большими отходами и по спецпрофилям позволила увеличить число скважин на кустовой площадке, а это в свою очередь пр'1вело к сокращению затрат, связанных с обустройством и всеми сопутствую иими видами работ. В методологии совершенствования оценки эффективности природоохранной деятельности в нефтегазовом строительстве предложены критерии оценки негатиЕных эколого-экономических последствий и эффективности природоохранных мероприятий (таблица 1.2). В общей методологической форме авторы пре- -лагают оценивать суммарные затраты Сз на строительство нефтегазового объе <та по формуле /22/: п C,=CcTP+Yu^n (1.1) /=1 где Са •> - стоимость (затраты) собственно строительства объекта без экстернальных издержек („экологически идеальное“ строительство) — п ^ i', — суммарная стоимость всех экстернальных издержек (i — индекс ви/ = | да издержек).Привеенная зависимость отражает один из фундаментальных принципов экономик! природопользования — „загрязнитель платит“ (или более точно — „наносящий ущерб платит“). В этом случае внешние экстернальные издержки трансформируются во внутренние, или на языке экономики — происходит интернал 1зация (замыкание) издержек. Поэтому важнейшей задачей экономического механизма природопользования в сфере нефтегазового строительства является интернализация внешних издержек. Есть попытки теоретического обобщения передового опыта природоохран? ых мероприятий /23/, сущность которых заключается в следующем: 1. Приоритетность рационального использования и предотвращения (снижения загрязнения всех, без исключения, природных ресурсов. Учитывая высокую землеемкость строительства скважин на суше, предусматривается рациона: ьное использование земель, включая рельеф местности, а также обосноТаблр: ца 1.2 — Матрица методологии оценки эффективности природоохранной деятельности о о u ID о О и о о, А нализ природо0 фанных и ресурсосбрегающих решений п зи проектировании и с 'роительстве магистр шьных трубопроводэв Выбор природосберегающих конструктивных решений на этапе проектирования Ресурсосберегающие технологические строительства трубопровода решения для Природоохранные методы организации работ на трассе трубопровода Методы снижения строительного техногенеза к н о со н X о о о а. с а. н н о о sa о о Р сследование эколог)-экономического у лерба на этапах с гроительства и эксг луатации нефтегазог роводов Динамика аварий и экологически экстремальных ситуаций на линейной части трубопроводов Классификация критериев ущерба на этапах строительства и эксплуатации нефтегазопроводов Механизмы развития экологически экстремальных ситуаций Эколого-экономическая характеристика равновесия геотехнической системы „трубопровод — окружающая среда“ экономическая оценi, а безопасности в рег ионах нефтегазового с гроительства Классификация факторов экологического риска Особенности определения эколого-экономических следствий при сооружении трубопроводов поОценка пределов допустимых воздействий на окружающую среду Статистико-вероятностный подход к оценке экологоэкономического риска при строительстве и эксплуатации трубопроводов Систематизация экологических потерь по колшонентам природы в районах нефтегазового строительства О о о о го са о и ] кследование эффек' ивности планирова11ИЯ и управления фиродоохранной дея• -ельностью в нефтега' овом строительстве Классификационный анализ критериев программноцелевого планирования природоохранной деятельности в проектах трубопроводного строительства Выбор характеристических показателей экологоэкономической оценки состояния системы „трубопровод — окружающая среда“ Организационные методы снижения экологического ущерба на этапе строительства Планирование капиталовложений в проекты нефтегазового строительства с учетом рационального природопользования Разработка методолот[ческих принципов оценки и управления эффективностью приэодоохранной и ре: урсосберегающей цеятельностью в нефтегазовом строительстве Методика оценки экологического ущерба при строительстве трубопроводов Методические рекомендации по определению платежей за загрязнение окружающей среды в районах строительства Оценка экономической эффективности природоохранных мероприятий Методологические принципы формирования и использования колшенсацрюнных фондов охраны природы при реализации проектов трубопроводного строительства ванное сокращение площади земельных отводов, изымаемых во временное краткое^ очное пользование на период строительства, и максимальное предотвращен!' е их загрязнения. Осе бое внимание должно быть уделено обоснованности и оптимальное&tradeснятия с территории земельного отвода и складирования в пределах границ этого же отвода для временного хранения плодородного слоя почвы. Это обусловлено тe^[, что почвенный слой мощностью 1−3 см формируется при благоприятных условиях в течение 200−1000 лет, а уничтожение (загрязнение) почвы происходит очень быстро. Обязательно создание условий для предотвращения загрязнения подземных вол питьевого качества при бурении скважин технического водоснабжения и нефтегазовой скважины вследствие поглощения бурового раствора, обработанного химрагентами, а также снижения объемов водопотребления и водоотверден!- я. Максимально снижается продолжительность сжигания углеводородного сырья г ри освоении скважин и сводятся к минимуму при этом выбросы загрязняющи: веществ в атмосферу.2. За счет повышения технико-экономических показателей строительства скважи i на всех его этапах, включая подготовительные и земляные работы, монта» буровой установки и строительство привышечных сооружений, бурение, кр шление, испытание и освоение, демонтаж и вывоз оборудования, ликвидацию юмляных амбаров-накопителей отходов бурения, снижаются продолжительность отрицательного воздействия на ОПС и недра, а также размеры платежей :-а аренду земель, ускоряется их возврат землепользователям и вовлечение в, а стивное сельскохозяйственное пользование.3. Для минимизации объемов нарабатываемых отходов должна применяться высзкоэффективная система очистки бурового раствора. Это обусловлено тем, ч’о при неудовлетворительной работе оборудования для регулирования твердое фазы бурового раствора образуются в 3−10 раз более высокие объемы отходе в бурения по сравнению со скважинами, где применялись квалифицированно обслуживаемые комплексные системы оборудования замкнутого цикла. Кроме этого, качественная очистка бурового раствора обеспечивает рост механичесь ой скорости бурения и снижает продолжительность строительства скважины в целом и, соответственно, сопутствующего ему отрицательного воздействия т ОПС. Знгчительные объемы нарабатываемых отходов бурения помимо экологических 1[роблем предопределили увеличение стоимости строительства скважин. Особен) [О это проявилось после исключения по требованию экспертов Госкомэкоогии в рабочих проектах понижающего коэффициента 0,3 при расчете платеж (й за размещение отходов, применяемого согласно методике исключительно для стационарных предприятий, к которым буровые установки не относятся. И результате этого платежи за размещение отходов бурения стали составлять сотни тысяч рублей, достигая 70−80% от всех выплат нефтяных кч) мпаний :а природопользование, ухудшая экономические показатели строительства скиажин.4. Для снижения токсичности отходов, образующихся при строительстве скважи i, необходимо максимальное использование малотоксичных исходных химиче: ких реагентов и материалов, не приводящих к образованию более токсичньк композиций (синергизму).5. В результате рациональной организации буровых работ должен быть обеспечен раздельный сбор и утилизация отходов строительства скважин (в первук очередь, выбуренной породы, отработанного бурового раствора и буровых сточных вод) на самой ранней стадии их образования. Это позволит значительно упростить технологию и снизить расходы на обработку, так как универсальных методов очистки, утилизации и обезвреживания указанных отходов, отлича ощихся по агрегатному и химическому составам, не существует.6. Неиспользуемые отходы должны экологически безопасно захороняться, а терр1[тория земельного отвода, включая места подземного размещения отходов, п) длежит экологическому контролю (мониторингу), поскольку отрицательно з воздействие на земельные ресурсы и подземные воды проявляется в течение более длительного период времени, чем процесс строительства скважин. В части охраны недр важнейшим условием является заполнение заколонного пространства составами, обеспечивающими герметичность и надежность И30ЛЯЦ1 и флюидосодержащих пластов /25−36/.На ли аналитические, исследовательские и промысловые работы позволили разработать концепцию снижения негативного влияния отходов бурения и ремонт I скважин для предприятий ДООО «Бургаз», основные положения которой зак1ючаются в следующем: — в экологической части проектов на строительство нефтяных и газовых скважи л регламентируются ограничения по части того, что не допускается делать ВС вред окружающей природной среде и недрам, но как эти мероприятия осущесгвить на практике, не указывается из-за неполной разработки этих проблем- - е ще на стадии проектирования строительства скважин должны быть заложены реальные техники и технологии снижения техногенных воздействий строитльства скважин- - технология строительства скважин должна предусматривать локализацию и разд (льный сбор всех отходов бурения- -1 о возможности исключить из состава буровых растворов или сократить количество применяемых веществ I, II и III классов опасности- - не збходима разработка (оправданных критериями экологическими, экономическими и организационными) технологий оперативного сбора нефтепродуктов, зперативной очистки буровых сточных вод, утилизации отходов бурения и pevioHTa скважин- -актуален вопрос сокращения первоначальных объемов б>ровых paciiu) ров, тех 1ической воды и других материалов для бурения скважин- - ос новополагающими и приоритетными направлениями охраны окружающее среды и недр должны быть разработки, направленные на сокращение объемо! отходов бурения скважин, разработку технологий утилизации и повторного использования отходов. — а]: туальны вопросы разработки технологических рещений по надежному разобщ (нию пластов с целью исключения флюидоперетоков.1.3 Выбор направлений исследований и постановка задач Ис содя из идеального конечного результата — создание технологий строительств! скважин с «нулевым» или минимальным воздействием на окружающую С{ еду, нами проанализированы основные источники загрязнения и возможные пути снижения их воздействия на природу. На^тбольшее влияние на окружающую среду согласно работам Бадовског-о Н.А., Бютрикова Н., Безродного Ю. Г., Шеметова В. Ю., Штоля В. Ф. /37−50/, оказывают процесс бурения, связанный с применением буровых растворов и образующимся при бурении «шламом», строительные работы по обустройству площа/ ок под буровые. Вс просы снижения воздействия на окружающую среду обустройства месторожцений при кустовом бурении скважин достаточно полно освещены в работах / И-5 5/. Здесь даны оптимальные варианты размещения скважин на кусте, обеспе И1вающие сокращение длительности бурения одного куста, минимум воздействия на окружающую среду и заданный суммарный объем добычи нефти за 1ериод бурения всех скважин куста. Вопросы же снижения вредгого влиянгя буровых растворов и сточных вод, выбуренного шлама ограничиваются прр: менением экологически безопасных буровых растворов, созданием и внедрением техники и технологии ограничения и нейтрализации техногенного влиянр я сточных вод, отработанного бурового раствора и шлама. Hecvютpя на многочисленные исследования по разработке экологически безопась ых буровых растворов, объем применения химически обработанных растворе’В на глинистой основе еще достаточно велик. В этой связи весьма актуальна проблема снижения расхода материалов для буровых растворов и объемов ОТ])аботанного бурового раствора. Рациональное использование бурового растворL позволяет удовлетворить не только требования по безопасности ведения бур) вых работ и технологическим ограничениям, но и снизить его вредоносное ]-лияние на окружающую среду. В ь астоящее время многие химические реагенты и добавки для обработки буровы: растворов (КССБ, КМЦ, сульфанолы и др.) являются токсичными или образуй iT стойкие соединения, которые, попадая со сточными водами и шламом в водое! /[ы, загрязняют их, что пагубно действует на флору и фауну и приводит к их гиС ели. В (оответствии с «Кодексом РСФР о недрах» и отраслевыми документами в проек гах на строительство скважин предусматривается составление плана мероприя' ий и смет на природоохранные работы по сбору, хранению, утилизации бурово! о раствора и выбуренного шлама. Особо актуальна данная проблема для бурения на шельфе с буровых судов (БС), самоподъемных передвижных буровых установок (СПБУ), отдельных морских оснований и т. п.Аг ализ баланса времени на строительство скважин показал, что в эксплуатацион юм бурении распределение временных затрат по отрасли в среднем составляет: механическое бурение — 21,5−38,6%- промывка и крепление скважин 14,5−27,5%- вспомогательные работы и СПО — 26,6−30,2%- простои — 5,8−15,8%- аварии и брак — 5,5%- осложнения — 4,2%.Таким образом, сокращение непроизводительного времени, которое в средне л составляет от 15,5 до 25,5% является важным резервом снижения стоимссти строительства скважин. С: оимость природоохранных мероприятий в общей стоимости строительства сьважин возросла с 2,8% в 1991 году до 6,8% в 1999 году для Тюменской облает 1 /1/. Плата за ущерб от загрязнения окружающей среды за тот же период возрос la в 1,5 раза с 0,18%) в 1991 году до 0,28%) в 1999 году. В связи с повышеннь м вниманием к охране окружающей среды эти расходы будут непрерывно рас: и. Планируемое наращивание объемов добычи газа в РАО «Газпром» до 750 800 млр-,. м" ' в ближайшие 5−10 лет, потребуют интенсификации добычи газа на старых месторождениях и вовлечения в бурение и разработку новых месторождений. 2 то потребует дополнительных затрат на строительство скважин и природоохр 1нные мероприятия. Вм (сте с тем, анализ основных технико-экономических показателей бурения (ТЭ Л) ДООО «Бургаз» (коммерческая скорость, проходка на долото, стоимость мзтра проходки и др.) показывает, что за последние 5 лет по основным газодоб]. 1вающим районам наметилась тенденция к их стабилизации. Следовательно, каких-либо «резких» изменений в области техники, технологии и организацир буровых работ, увеличивающих на порядок ТЭП, в ближайшее десятилетие Hi ожидается. Резервы интенсификации буровых работ и здесь следует искать в сокращении сроков, снижении стоимости и повышении качества строите аьства скважин. Та1:им образом, основная деятельность буровых предприятий ОАО «Газпром» с целью увеличения ТЭП и снижения негативного влияния различных видов работ на окружающую природную среду должна быть направлена на: — повышение производительности труда за счет сокращения непроизводительно! о времени и ускорения технологических процессов строительства скважин- - эффективное использование материалов и топливно-энергетических ресурсов: — совершенствование планирования и управления производственными и технол згическими процессами за счет применения экономико-математических методов и ЭВМ- - сокращение затрат на природоохранные работы. Обобщенная структура целевых проблем и задач при строительстве скважин приведена на рисунке 1.1. Как видно из рисунка 1.1 указанные выше направления представляются целевыми показателями и конкретными целевыми задача ли по видам работ. При этом между экономическими и технологическими цехевыми показателями и блоком целевых задач существуют прямые (—•) и обрагные (•<-—-) связи. А между блоками целевых задач и показателей природоо: ранных мероприятий существует только обратная связью Это указывает на то (обстоятельство, что в настоящее время не существует методов количеспСнижение стоимости бурения и повышение качества строительства скважин Снижение затрат на строительство скважин Экономия времени строительства Экономия МТР иТЭР Совершенствование управления производством буровых работ Повын^ение качества строительства скважин Сиижен Увеличение межремонтного периода эксплуатации скважин Увеличение дебита вводимых скважин поч Вышкостроени е и монтаж оборудования Механическое углубление Промывка и крепление скважин Вспомогательные работы и СПО Освоение скважин Рисунок 1.1 — Структура целевых проблем и задач отрасли при ст венной сценки влияния природоохранных мероприятий на показатели технологическю процессов строительства скважин. Дан пая структура не противоречит эколого-экономическим аспектам планирован ш и совершенствования природоохранных мероприятий, предложенных в работах /2, 3/, а конкретизирует их применительно к строительству скважин. Прр многоцелевом подходе к проблеме охраны окружающей среды видно, что 3K0J ого-экономические затраты по всем направлениям природоохранных мероприятий («сокращение», «нейтрализация» и «компенсация ущерба») находятся в прямой зависимости об объема расходуемых МТР и ТЭР, от длительности и ка' lecTBa строительства скважин. Ис> одя из приведенного анализа нами выбраны следующие направления исследо шний: 1. /.нализ техногенного влияния технологических процессов строительства скважиь на окружающую среду.2. ]'азработка комплексной системы повышения эффективности природоохранных мероприятий.3. Обоснование методических принципов выбора ресурсосберегающих и природе щадящих технологических решений при проектировании строительства сква) син.4. «Регламентирование техногенного воздействия процессов строительс1'ва скважин на окружающую среду.5.исследование и выбор технологических решений по очистке буровых сточньгс вод (БСВ), сбору, хранению, обезвоживанию и захоронению буровых растворов (ОБР) и бурового шлама (БШ).2. ОСНОВЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНР1Й, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГОЭКОНОМИЧЕСКИХ ЗАТРАТ Анализ статистических данных по расходу МТР и ТЭР, длительности строительства скважин показал, что проблему „экологической чистоты“ подотрасли „бурение“ нельзя решить на основе законодательных актов, положений и нормативных документов по ООС. Проблема ООС — это прежде всего технологическая проблема и истоки ее решения должны закладываться уже на этапе проектирования и выбора технологических решений на основе научно обоснованных норм расхода МТР и ТЭР, нормативов технологических потерь и отходов, прогрессивных норм и нормативов затрат времени на все технологические операции, включая возможные осложнения и аварии. Не обоснованность норм расхода материалов, химических реагентов, топлива и энергии, а также норм времени на технологические операции, осложнения, аварии, многочисленные организационные простои не только увеличивают стоимость строительства скважин, но и резко повышают затраты на ПОМ в процессе бурения и последующей эксплуатации скважин. Вопросы нормирования времени и продолжительности основных и вспомогательных работ при строительстве скважин рассмотрены в работах ряда авторов [56, 57] и не являются предметом исследований в диссертации.2.1. Методический подход к оптимизации расхода материальнотехнических ресурсов Проблема эффективного использования МТР и ТЭР всегда была одной из важнейших проблем при строительстве скважин. Затраты на МТР и ТЭР в эксплуатационном бурении в ДООО „Бургаз“ составляют около 30% и 10% соответственно от стоимости строительства скважин. При этом затраты на материалы и химические реагенты для буровых растворов и тампонажных систем достигают 15%) от общих затрат на МТР. Следовательно, экономия МТР и ТЭР равнозначна снижению стоимости строительства скважин. Планируемое наращивание добычи газа согласно концепции ОАО „Газпром“ будет осуществляться в основном за счет продвижения на Север (п-ов Ямал, Обская и Тазовская губа и др. районы), где бурение будет вестись с насыпных оснований. Сложные природно-климатические условия, трудность доставки материалов и химических реагентов, сбора, хранения и утилизации отработанных буровых растворов и шлама дают основания полагать, что проблема снижения расхода материалов будет одной из основных. Необходимо отметить, что перспективность данного направления работ очевидна. Наши природные ресурсы не безграничны. Экономное их использование при строительстве скважин означает не только снижение техногенного влияния на природу, но и сохранение в первозданном состоянии природных ресурсов и окружающей среды за счет снижения объемов дополнительного производства материалов, химических реагентов, топлива, энергии и т. п.В журнале „Эксперт“ № 40, октябрь 2000 года приводится статья А. Коноплянника „Конец изобилия“ (с. 18−20), в которой приводятся данные по объемам добычи нефти и газа в СССР. Максимальный объем добычи приходится на 1980;1988 годы. Приведем в этой связи статистические данные по расходу материалов и химических реагентов по бывшему Миннефтепрому за этот период (таблица 2.1).Если считать, что в настоящее время объем добычи снизился на половину (например, нефти с 642 до 330 млн. тонн), то можно считать ориентировочно, что объемы потребления спецматериалов также снижены вдвое. Элементарные расчеты показывают, что сокращение всего на 1% расхода глинопорошков приводит к высвобождению из бурения 3,5 тыс. тонн глинопорошка. Для приготовления бурового раствора из такого количества глинопорошка необходимо (считая выход раствора 10−15 м^ на 1 т глинопорошка) использовать 35−50 тыс. м^ воды. А если учесть, что на производство этих материалов было затрачено сырье, топливо, энергия, время, то проблема снижения расхода материалов (МТР и ТЭР) наиболее актуальна в свете снижения влияния процессов промывки на экологическую обстановку. Расчеты показывают, что экономия 1% материальных и временных затрат при строительстве скважин равнозначна снижению в 3−5 раз затрат на природоохранные мероприятия, и в 2,4 раза эффективнее, чем экономия 1% фонда заработной платы. Таблица 2.1 — Потребление материалов и химических реагентов для буровых растворов по Миннефтепрому в тыс. тонн Материалы Стоимость, руб./тн Годы 1980 1984 1985 Барит 120 520,42 947,71 1055,77 Глинопорошок — бентонитовый 34 300,33 306,72 341,43 Нефть 34 288,21 — Известь 95 1,47 — КМЦ 1800 4,52 17,88 19,65 УЩР 74 49,94 55,16 60,75 ГКЖ-10 650 1,47 КССБ 300 4,76 14,26 15,92 Окзил 66 10,56 17,65 18,36 ФХЛС 220 4,31 9,88 10,63 Каустическая сода 136 6,48 14,32 15,68 Кальцинированная сода 120 29,92 34,32 35,68 Хроматы 300 1,20 — сев 36 6,16 6,90 7,32 Графит 80 6,36 — Тампонажный цемент 40 1270,0 1400,0 1545,0 Следовательно, экономия МТР и ТЭР равнозначна снижению стоимости строительства скважин, увеличению прибыли и рентабельности предприятия. О том, что такие резервы существуют свидетельствуют статистические данные, полученные Мхитаровым СИ., которые приведены в таблице 2.2 /58/.В автореферате диссертации Безродного Ю. Г. и других /135, 136/ констатируется, что на период 1996 года затраты проектных природоохранных мероприятий составляют от 3 до 4% от общей стоимости строительства скважины в районах Краснодарского края и Поволжья. При выявлении доминирующих источников загрязнения и потребления природных ресурсов установлено, что в процессе строительства скважин наибольшее отрицательное воздействие и ущерб наносится на этапе бурения скважин и наименьшее на этапе строительно-монтажных работ. Отрицательное воздействие загрязнения природной среды на этапе бурения превышает в 2,5 раза отрицательное воздействие изъятием земель и нарушением целостности почв. Таблица 2.2 — Планируемые (проектные) и фактические затраты материалов по ПО „Грознефть“ Наименование материалов Потребность, т СКВ. 9 Чер) вленная СКВ. 10 Червленная фактическая проектная фактическая проектная Барит 945,0 1369,0 720 1415 Глинопорошок 14,2 11,5 16,8 12,3 Нефть 106,0 48,0 92 67 КССБ 15,3 46,0 15,0 52 Каустическая сода 3,3 12,0 3,0 2,7 Хроматы 1Д 6,8 1,4 7,2 Гипс 11,0 48,0 9,5 51,4 Окзил 25,0 87,0 16,5 93,0 Сульфанол 0,07 0,87 0,80 0,98 Битум 6,0 4,8 6,8 5,3 Исходя из разных природных и экологических условий Краснодарского края и месторождений, расположенных в районах севера Тюменской области, актуальной становится задача сравнительной оценки затрат на природоохранные мероприятия и оценки отрицательного воздействия этапов строительства скважин на природную среду. В таблице 2.3 приведены расчеты платы за загрязнение природной среды при строительстве скважин глубиной от 1200 до 4000 м. Экономический ущерб от загрязнений рассчитан по полному циклу строительства скважин: монтаж буровой установки, бурение, крепление, освоение скважины, и с учетом всех источников загрязнений. Для расчета рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы применялась программа расчета для ЭВМ „Призма“, разработанная ЬШП „Логус“, имеющая сертификат Госстандарта России и рекомендованная к применению Госкомэкологией РФ. Исходя из задачи комплексной оценки отрицательного воздействия строительства скважин на природную среду оценено и потребление природных ресурсов, в т. ч. и при производстве подготовительных работ к бурению (таблица 2.4).Таблица 2.3 — Показатели платы за загрязнение природной среды Строительство скважин Платы, приведенные к ценам 1999 года, тыс.руб.Размещение отходов Загрязнение атмосферы 1992 г. 1999 г. 1992 г. 1999 г. На сеноманские отложения 0,58 34,86 0,01 0,57 На валанжинские отложения 1,27 76,05 0,02 1,27 На ачимовские отложения 2,17 130,31 0,05 2,86 Таблица 2.4. — Исходные данные для расчета платы за природопользование Наименование природного ресурса Виды и расценки платы Разовые Регулярные Изъятие (отвод)земли Возмещение потерь сельскохозяйственного производства — расценка 8 тыс. руб. за га Налог на право пользования землей — расценка 720 руб. за га Карьерный фунт Отчисления за добычу карьерного грунта расценка 0,9 руб. за м^ песка. Вода из поверхностных источников Стоимость возмещения потерь рыбному хозяйству — расценка 0,3 руб. за м^ воды Отчисления за забор воды — расценка 82 руб. за 1000 м воды Вода из артезианских скважин Отчисления за добычу воды — расценка 0,6 руб. за м воды. На основе законодательных актов системы платного природопользования /51−53/ представляется возможным произвести количественную оценку экономического ущерба, наносимого природной среде при строительстве скважин потреблением природных ресурсов. В таблице 2.5 приведены исходные данные и расценки в ценах 1999 года для расчета платы за потребление природных ресурсов при строительстве скважин на территории ЯмалоНенецкого автономного округа.2.2. Прогнозпрование расхода буровых растворов и тампонажных систем 2.2.1. Определение объемов отработанных буровых растворов и шлама В настоящее время многие химические реагенты и добавки для обработки буровых растворов (КССБ, КМЦ, сульфанолы и др.) являются токсичными или образуют стойкие соединения, которые, попадая со сточными водами и шламом в водоемы, загрязняют их. Это пагубно действует на флору и фауну и приводит к их гибели. В соответствии с „Кодексом РСФСР о недрах“, Законом РФ от 21.02.1992, ред. от 03.03.1995, дополнениями и изменениями от 02.01.2000 и отраслевыми документами в проектах на строительство скважин предусматривается составление плана мероприятий и смет на природоохранные работы по сбору, хранению, утилизации бурового раствора и выбуренного шлама. Особо актуальна данная проблема для бурения на шельфе с буровых судов (БС), самоподъемных передвижных буровых установок (СПБУ), отдельных морских оснований и т. п.Несмотря на многочисленные исследования по разработке экологически безопасных буровых растворов, объем применения химически обработанных растворов на глинистой основе еше достаточно велик. В этой связи весьма актуальна проблема снижения расхода материалов для буровых растворов и объемов отработанного бурового раствора. Рациональное использование бурового раствора позволяет удовлетворить не только требования по безопасности ведения буровых работ и технологическим ограничениям, но и снизить его вредоносное влияние на окружающую среду. Расход материалов и химических реагентов для буровых растворов на бурение скважины определяется двумя составляющими: — на приготовление исходного раствора- - на бурение интервала. Первая составляющая полностью определяется рецептурой раствора, объемом циркуляционной системы буровой установки, объемом разбуриваемого интервала и правилами безопасности ведения работ. Условие (2.2) означает, что сумма весов компонент в 1 м» бурового раствора равна его плотности. А условие (2.3) означает, что исходный объем меньше или равен объему циркуляционной системы. Вторая составляющая определяется по СЭСН /76/ или местным нормам, которые разрабатываются в проектно-сметных отделах производственных объединений. Эти нормы определяются в зависимости от диаметра скважины в разбуриваемом интервале и коммерческой скорости бурения. Норма расхода дается в м раствора на 1 м проходки. Таким образом, можно определить объем раствора WQ, необходимый на бурение интервала V,=n-L, (2.4) где п — норма расхода раствора на 1 м проходки, м /м;
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
1. Разработан концептуальный подход к проблеме охраны окружающей среды, как к проблеме снижения расхода МТР и ТЭР и времени строительства скважин.
2. Теоретическими и статистическими исследованиями дано научное обоснование методов расчета расхода материалов для буровых растворов и тампонажных систем. Даны аналитически рассчитанные коэффициенты запаса вяжущего и среды затворения в зависимости от водотвердого отношения.
3. Рекомендованы и опробированы на экспериментальных данных модели прогнозирования прочности и долговечности тампонажного камня на основе термофулуктационных представлений о наборе прочности и разрушения цементного камня.
4. Разработаны, испытаны и внедрены технологические решения вопросов снижения негативного влияния отходов бурения и их утилизации, включающих:
— локализацию и сбор нефтепродуктов при текущих и аварийных розливах;
— системный сбор и оперативная очистка буровых сточных вод;
— подготовка, переработка и утилизация отработанных буровых растворов.
5. Обосновано совместное применение полимерных и грунтополимерных пен с отработанными буровыми растворами для создания противофильтраци-онных экранов амбаровнакопителей и полигонов для захоронения отходов бурения.
6. Разработаны и внедрены при участии автора нормативно-технологические регламенты на производство природоохранных работ при строительстве и освоении скважин. Годовой экономический эффект составил более 10 млн. рублей.
