Нефть и экология моря

К числу наиболее распространенных и вредных источников загрязняющих веществ относятся нефть и нефтепродукты, а также отдельные металлы (ртуть, свинец, кадмий), хлор и фосфорорганические пестициды.

Особую опасность представляет совместное действие загрязняющих веществ. Многочисленными исследованиями установлено, что количество нефти нефтепродуктов, пестицидов и соединений ртути в морских водах часто превышает установленные предельно допустимые концентрации (ПДК). Значительная часть этих загрязнений приходиться на прибрежные воды крупных промышленных центров и устья рек, а так же на районы интенсивного судоходства.

Прибрежные воды значительно загрязняются в результате сброса нефти и нефтепродуктов химических и нефтеперерабатывающих комплексов. Особенность этих сбросов — их локальность, приводящая к созданию высоких концентраций нефти и нефтепродуктов на ограниченном участке моря.

1. Классификация источников загрязнений

Сооружение скважин характеризуется рядом специфических особенностей, которые 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 причин загрязнения компонентов окружающей среды.

Под источником нарушения и загрязнения подразумеваются технологические процессы, воздействующие на среду при строительстве скважин. Выделяют несколько видов источников загрязнения, это:

1. геомеханичекие нарушения;

2. гидрологические и гидрогеологические нарушения;

3. биоморфологические нарушения.

Для выявления активного источника нарушения необходимо весь технологический процесс рассматривать, состоящим из различных операций.

Основными источниками геомеханических нарушений являются следующие технологические операции:

1. Устройство насыпной площадки под буровую при кустовом строительстве скважин;

2. Устройство земляных шламовых амбаров для сброса и хранения производственно-технологических отходов бурения;

3. Сооружение технологических площадок под оборудование буровой;

4. Засыпка шламовых амбаров при их ликвидации.

Основными качественными и количественными характеристиками геомеханических нарушений являются:

1. Подвижность или стационарность;

2. Прерывность, периодичность или постоянность;

3. Площадь и скорость (часовая, суточная, месячная) фронта работ;

4. Высота насыпки кустовой площадки;

5. Площадь территории буровой;

6. Глубина и высота работ от поверхности.

Таким образом, каждому источнику геомеханических нарушений присущи особые качественные и количественные характеристики.

Источниками гидрологических и гидрогеологических нарушений, являются технологические процессы, связанные с бурением скважин. В основном гидрологические нарушения, связанны с подготовительными работами, но в большинстве случаев они приурочиваются к бурению верхних водоносных горизонтов геологического разреза.

Гидрогеологические нарушения связаны непосредственно с процессом углубления скважины и сопровождаются поступлением в водоносные горизонты загрязнителей (поглощение бурового раствора).

Основными качественными характеристиками источников гидрогеологических нарушений являются: периодичность или постоянство действий, подвижность или стационарность, месторасположения и т. д.

Источниками биоморфологических нарушений являются следующие технологические процессы:

1. Расчистка территории под буровую площадку;

2. Сооружение буровой и прокладка технологической коммуникации, необходимых для бурения скважин.

Качественные характеристики источников различных нарушений наряду с количественными характеристиками являются важными элементами оценки экологичности деятельности бурового предприятия.

2. Источники и причины загрязнения при бурении скважин

Процесс бурения сопровождается применением материалов и химических реагентов различной степени опасности. Основными объектами загрязнения при бурении скважин являются геологическая среда (подземные воды) и гидрои литосфера (открытые водоемы, почтенно-растительный покров). Они загрязняются в результате несовершенства и несоответствия отдельных технологических процессов требованиям охраны окружающей среды, а так же 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 можно условно разделить на постоянные и временные.

К первым относится фильтрация и утечка 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 данных источников загрязнения является то, что они носят вероятностных характер, а их последствия трудно предсказуемы.

загрязнение бурение скважина нефть

3. Шламовые амбары

Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой. Данные отходы образуются при выполнении бурения амбарным и безамбарным способами. Как правило, и в том и в другом случаях они размещаются на территории кустовых площадок в шламовых амбарах. Шламовые амбары (шламохранилищ) — природоохранное сооружение, предназначенное для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов бурения нефтяных скважин.

Амбарная технология бурения предполагает временное накопление в шламовых амбарах буровых сточных вод, бурового раствора, бурового шлама (выбуренной породы) и других технологических жидкостей, а безамбарная — исключительно выбуренную породу (в соответствие с технологическими особенностями).

Используемые при строительстве нефтяных скважин технологические жидкости, а также поднятые на поверхность буровые растворы содержат токсические вещества, химические реагенты, проникновение которых в грунт ведёт к загрязнению почвы, подземных вод и негативно влияют на экологию окружающей среды. Загрязнение природных объектов происходит при разрушении стенок шламовых амбаров или при их переполнении.

В случае плохой гидроизоляции стенок шламовых амбаров при их сооружении в грунт проникает жидкой фазы шлама, загрязняющая подземные воды. Для исключения проникновения загрязняющих веществ в грунт необходимо обеспечить надёжную гидроизоляция стенок и дна шламовых амбаров.

Материалы для создания противофильтрационного экрана в шламовых амбарах должны характеризоваться высокими механическими и гидроизоляционными свойствами в сочетании с химической стойкостью к кислотам и щелочам.

Геомембраны изготавливают в основном из полтэтилена высокого давления (ПВД) с добавлением различных стабилизаторов.

Основными достоинствами геомембран являются:

1. Устоичивость к воздействию химически активных веществ различной концентрации и ультрафиолетовому излучению, а так же высоким и низким температурам (порядка 70 С);

2. Защищает от заражения почвы и грунтовых вод;

3. не токсична;

4. безопасна для здоровья человека и окружающей среды.

5. Соответствует требованиям ГОСТ 10 354–82 (ТУ 2245−001−97 107 808−2007) и строительного норматива СН 551−82 (Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки)

6. геомембрана может использоваться также для гидроизоляции территорий под буровой вышкой.

Достоинства гидроизоляции шламовых амбаров с использованием геомембраны состоят в том, что сокращаются сроки строительства, имеется возможность гидроизоляции цельным экраном, а так же сохраняются гидроизоляционные свойства на долгие годы службы шламовых амбаров.

4. Ликвидация шламовых амбаров

Процесс ликвидации шламовых амбаров с последующей утилизацией бурового шлама можно условно разделить на следующие технологические стадии:

1. сбор нефтяной пленки с поверхности амбара;

2. очистка жидкой фазы от эмульгированной нефти;

3. доочистка жидкой фазы (степень очистки зависит от дальнейшего использования очищенной воды);

4. обезвоживание и обезвреживание бурового шлама;

5. утилизация бурового шлама;

6. очистка нефтезагрязненного грунта.

Таким образом, весь технологический процесс ликвидации шламового амбара проводиться в два этапа: технический и биологический. Технический этап заключается в сборе нефти с поверхности амбара с помощью нефтесборного оборудования. Биологический заключается в подъеме донных отложений нефти и продуктов ее деструкции (разрушения под действием тепла, кислорода, света, механических напряжений и др) из амбара. Поднятая со дна и собранная нефть вывозится на полигон (шламонакопитель). Вода с амбара сливается через дренажный коллектор, фильтруется и сбрасывается на рельеф или используется в технологическом процессе.

При достижении нормативных значений содержания нефти и нефтепродуктов, амбар ликвидируется, на площади ликвидации производится высев многолетних трав и овса.

Для утилизации, обезвреживания или переработки нефтешламов, применяет различные способы:

1. если нефтешлам находится в смешанном виде и есть возможность получения из него товарной продукции, то его переработка происходит с помощью мобильной модульной установки с получением товарной нефти и искусственного почвогрунта.

2. Утилизация термическим способам нефтешлама производится на различных установках, предназначена для утилизации нефтезагрязненного мусора, древесных отходов и небольшого количества нефтешлама.

5. Поглощение бурового раствора

Основным видом осложнений, а так еще одним источником загрязнений при строительстве скважин на нефтяных месторождениях являются поглощения бурового раствора затраты, на борьбу с которыми составляют свыше 85% всего времени, затрачиваемого на борьбу с осложнениями.

Для приготовления буровых растворов используется большое количество химических реагентов, многие из которых относятся к особо вредным.

Основными причинами, вызывающими поглощение бурового раствора являются:

1. превышение давления столба раствора над пластовым,

2. геологические факторы (тип поглощающего пласта, его мощность, глубина, пластовое давление),

3. технические причины (количество и качество бурового раствора),

4. скорость проведения спуско-подъемных операций.

Поглощение представляет собой движение бурового раствора в пласт, при этом объем циркулирующего раствора в процессе промывки уменьшается, что становится заметным по снижению уровня в приемных емкостях циркуляционной системы.

Поглощения являются серьезным осложнением при бурении скважин, так как нарушается циркуляция бурового раствора, ухудшается промывка скважины, увеличивается расход времени, материалов и реагентов на приготовление новых объемов раствора. Поглощения часто усугубляются проявлениями вплоть до образования выбросов и фонтанов.

При бурении часть промывочной жидкости поступает из ствола скважины в водоносные горизонты, загрязняя их. Иногда поглощение буровых растворов носит катастрофический характер. Особенно нежелательно поступление раствора в горизонты пресных вод, содержащихся обычно в верхней части геологического разреза и поэтому подверженных наиболее длительному воздействию буровых растворов в процессе проводки скважин.

Влияние бурового раствора при бурении морских нефтяных скважин заключается в следующем:

1. Изменение условий существования морских организмов:

— повышение мутности воды;

— заиливание дна;

— нарушение температурного режима вод;

2. Загрязнение воды и грунтов токсичными веществами, в результате сброс в море в составе буровых растворов сложного набора высокотоксичных реагентов;

3. хроническое загрязнение тяжелыми металлами (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, цинк и др), содержащимися в буровых растворах и шламах;

4. Угроза жизнедеятельности организмов:

— гибель особей;

— появление патологических признаков и гистологических нарушений в организме рыб и беспозвоночных;

— накопление нефтяных углеводородов в органах и тканях растений и животных;

— уменьшение продолжительности жизни

5. Разрушение структуры экосистемы:

— полное исчезновение некоторых видов;

— сокращение биомассы планктона Наиболее распространенными способами ликвидации поглощений промывочной жидкости являются:

1. снижение проницаемости пласта путем заполнения каналов инертными наполнителями;

2. доставка и продавка вязкоупругой тампонирующей смеси в зону поглощения через бурильные;

3. установка перекрывающих устройств, например, гофрированных труб.

6. Буровые сточные воды как источник загрязнения

Наибольший объем среди отходов бурения составляют буровые сточные воды (БСВ). Это связано с тем, что строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов природной воды и образованием загрязненных стоков.

Буровые сточные воды представляют собой агрегативно-устойчивую коллоидно-дисперсную систему, стабилизированную химреагентами, используемыми при обработке буровых растворов. В буровых сточных водах содержатся: углещелочной реагент, конденсированная сульфит-спиртовая барда, карбоксиметил-целлюлоза, гипан, окзил, нитролигнин, синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие реагенты, многие из которых являются защитными коллоидами. Буровые сточные воды могут содержать до 9500 мг/л органических веществ, в том числе 5000−8000 мг/л нефтепродуктов.

Сточные воды, образующиеся в процессе разведки и разработки морских месторождений нефти и газа подразделяются:

По способу образования:

— балластные;

— буровые;

— используемые для охлаждения;

— нефтеводяная смесь;

— пластовые;

— хозяйственно-фекальные;

— льяльное.

По степени минерализации:

— пресные,

— слабоминерализованные,

— минерализованные.

По условиям образования БВС можно разделить на три категории:

1. Атмосферные;

2. Производственные;

3. Хозяйственно-бытовые.

Атмосферные БСВ зависят от природно-климатических условий, а так же от длительности процесса Производственные сточные воды формируются в процессе выполнения различных технологических операций, работы механизмов, оборудования и устройств. К ним относятся насосная группа, дизельный блок, рабочая площадка, блок очистки буровых растворов, блок химических реагентов, блок емкостей с запасным буровым раствором и т. д.

Хозяйственно-бытовые образуются в результате деятельности объектов культурно-бытового и санитарно-гигиенического назначения, а так же пунктов питания. ПО своему объему они составляют незначительную часть общего количества образующейся буровой сточной воды.

Основными загрязнителями БСВ являются взвешенные вещества, нефть и нефтепродукты, органические соединения и растворимые минеральные соли.

Взвешенные вещества в составе БСВ представлены глиной, частицами утяжелителя, высокомолекулярными соединениями, а так же мелкодисперсными частицами выбуренной породы.

Растворимые примеси представлены в основном минеральными солями и некоторыми органическими соединениями (хлоридами, сульфатами и т. д.)

7. Методы очистки БСВ

На нефтетранспортных предприятиях сбор сточных вод и их очистку ведут в зависимости от нефтехимических примесей и способов их очистки. В сточных водах нефтетранспортных предприятий находятся нефть и нефтепродукты, которые после отделения от воды можно использовать в народном хозяйстве.

При выборе системы сбора и очистки сточных вод руководствуются следующими основными положениями:

— необходимостью максимального уменьшения количества сточных вод и снижения содержания в них примесей;

— возможностью извлечения из сточных вод ценных примесей и их последующей утилизации;

— повторным использованием сточных вод в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения.

Выбор метода очистки сточных вод предприятий зависит от многих факторов: количество сточных вод различных видов, их расходы, возможность и экономическая целесообразность извлечения примесей из сточных вод.

Для очистки сточных вод используют очистные сооружения трех основных типов:

1. Локальные — предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после технологических цехов, имеющих вредные химические вещества;

2. Общие — типа предназначены для очистки всех нефтесодержащих вод нефтетранспортного предприятия. Обычно эти очистные сооружения включают механическую, физико-химическую и биологическую очистки;

3. Районные или городские — предназначены в основном для механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод.

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяют:

— механические;

— физико-химические;

— химические;

— биологические методы.

Механическую очистку сточных вод от нефтепродуктов применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60−65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90−95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является самым дешевым методом их очистки.

Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

Наиболее универсален для очистки сточных вод от органических загрязнений биологический метод. Он основан на способности микроорганизмов использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания в процессе их жизнедеятельности. Биохимическая очистка производственных сточных вод нефтеперерабатывающих заводов производится в аэрофильтрах (биофильтры), аэротенках и биологических прудах.

Преимущества биологического метода очистки — возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

8. Мероприятия по охране природных ресурсов

При бурении скважин необходимо производить следующий комплекс мероприятий:

— внедрение кустового способа бурения скважин для сокращения площади, занятой буровой;

— сохранение плодородного слоя почвы;

— изоляция поглощающих и пресноводных горизонтов;

— ликвидация буровых отходов и горюче-смазочных материалов;

— очистка и повторное использование буровых растворов;

— применение нетоксичных реагентов для приготовления промывочных жидкостей.

На защиту и восстановление земельных участков должны быть составлены и утверждены проекты и сметы, предусматривающие следующие мероприятия:

1. Подготовительные (до процесса бурения);

2. По охране (в процессе бурения);

3. По восстановлению земельных участков.

Подготовительные мероприятия предусматривают:

— установление мест складирования растительного и почвенного слоя или грунтов, подлежащих выемке;

— удаление плодородного слоя почвы в местах загрязнения нефтепродуктами и другими жидкостями, химическими реагентами, глинами, цементом и т. д.

Охранные мероприятия в процессе бурения скважин. При наличии подземных грунтовых вод водоносные горизонты должны обязательно перекрываться обсадными трубами для их предохранения от загрязнения и заражения.

Самоизливающиеся скважины должны быть оборудованы регулирующими устройствами.

Слив использованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водные бассейны и непосредственно на почву категорически запрещены.

Мероприятия по восстановлению земельных участков. По окончании бурения скважины должна быть проведена горнотехническая и биологическая рекультивация.

Горнотехническая рекультивация включает в себя подготовку освобождающейся от буровых работ территории для дальнейшего землепользования:

— сырая нефть вывозиться для дальнейшего использования или сжигания;

— остатки дизельного топлива и моторного масла сжигаются;

— оборудование и железобетонные покрытия демонтируются и вывозятся;

— перекрытия амбаров для сброса шлама и нефти засыпаются слоем грунта не менее 0,6 м.

Биологическая рекультивация предполагает мероприятия по восстановлению плодородия нарушенных земель, их озеленение и по возвращению их в сельскохозяйственное и лесное пользование.

Заключение

При отсутствии контроля буровые работы могут привести к загрязнению природной среды сточными водами, буровым раствором, химическими реагентами, остатками горюче-смазочных материалов.

Загрязнение природной среды происходят на всех этапах освоения месторождения нефти — от бурения до введения ее в эксплуатацию, а так же в период разработке месторождения.

Основной задачей защиты окружающей среды при буровых работах состоит в разработке эффективных средозащитных мер и правильного выбора оптимального их комплекса в зависимости от природных условий района работ и принятой технологии сооружения скважин.

Природоохранные мероприятия должны быть направлены на сведение к минимуму негативного воздействия процесса строительства скважин на объекты окружающей природной среды (атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, растительный и животный мир).

Список литературы

1. Булатов А. И., Макаренко П. П., Шеметов В. Ю. — «Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности». — М.: Недра — 1997. — 483 с.

2. Кесельман Г. С., Махмудбеков Э. А. — «Защита окружающей среды при добыче, транспортировке и хранении нефти и газа». — М.: Недра — 1981. — 256 с.

3. http://www.oilru.com/nr/52/130/

4. http://libgost.ru/ost/62 334_Tekst_OST₅₁_01₀₃_84_Ohrana_prirody_Gidrosfera_Ochistka_stochnyh_vod_v_morskoiy_neftegazodobyche_Osnovnye_trebovaniya_k_kachestvu_ochistki.html

5. http://www.npacific.ru/np/sovproblem/oil_sea/vozdeistvie/burenie/public2.htm