Техногенез при строительстве нефтегазовых скважин на суше

При сооружении скважин на нефть и газ источники загрязнения природной среды в принципе такие же, как и при бурении скважин на твердые полезные ископаемые и воду, но эти техногенные нарушения опасны в значительно большей степени, в особенности связанные с разливом пластовой жидкости, нефти и нефтепродуктов [ 1101.

При буровых работах источники загрязнения окружающей среды могут быть подразделены на четыре группы:

  • — эксплуатационные — возникают в результате образования сточных вод от мытья оборудования, полов, очистки желобов от шлама, слива воды из систем охлаждения и т.д.;
  • — технологические — сток бурового раствора с поднимаемых бурильных труб и сброс воды после их обмыва, появление излишка бурового раствора в результате его наработки при бурении и сброс этого излишка, излив раствора из скважины при выполнении спуско-подъемных операций;
  • — аварийные — выброс пластового флюида из скважины во время нефтегазопроявлений, открытого фонтанирования, потери технических жидкостей при прорывах трубопроводов или вследствие поломки запорной арматуры;
  • — погодные — вынос с буровой технических жидкостей, горюче-смазочных материалов при атмосферных осадках, снос с буровой площадки загрязняющих веществ талыми водами.

Основными источниками загрязнений атмосферы являются: выхлопы дизелей буровой установки, дегазаторы бурового раствора, емкости для хранения порошкообразных материалов, шламовые амбары с содержащимися отходами. Испарения с поверхности циркуляционной системы служат большим источником поступления в атмосферу загрязнителей, так как в составе бурового раствора содержится широкий спектр химических реагентов, представляющих опасность, прежде всего для обслуживающего персонала буровой установки. Это хромосодержащие соединения, серо- и азотосодержащие вещества, а также соединения, содержащие в своем составе бензольное кольцо (фенол). Такие химические реагенты являются опасными как в санитарно-гигиеническом, так и токсикологическом отношении для человека и биоценоза в целом.

Источниками геомеханических нарушений земельных участков являются следующие технологические процессы:

  • — снятие и складирование плодородного слоя земли при подготовке территорий буровой;
  • — устройство насыпной площади под буровую, в особенности при кустовом строительстве скважин;
  • — устройство земляных котлованов (шламовых амбаров) для сбора и хранения производственно-технологических отходов бурения;
  • — сооружение технологических площадок под оборудование буровой, для прокладки технологических коммуникаций, необходимых для бурения скважины;
  • — засыпка шламовых амбаров при их ликвидации;
  • — техническая рекультивация территорий буровой.

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 (БСВ), 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 утечка жидких отходов бурения из накопительных котлованов, 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 межнласто- вым перетокам и заколонным проявлениям; затопление территории буровой при паводке в период весеннего половодья или интенсивного таяния снегов, разлив при этом содержимого шламовых амбаров. Общим для них является то, что они носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы (рис. 5.1).

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.

Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин

Рис. 5.1. Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин

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 сооружения 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 водо- потребления, закладываемыми в проекты на строительство скважин. Такие технологические нормы в настоящее время разработаны практически для каждого региона. Как показывает практика, в среднем по отрасли норма водопотребления составляет 0,9—1,1 м3 воды на 1 м проходки.

Объем образующихся буровых сточных вод определяется множеством факторов. Из них наибольшее значение имеют глубина скважин, продолжительность бурения и затраты времени на ликвидацию осложнений и аварий. В среднем суточные объемы образующихся БСВ могут составлять 20—40 м3 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, хозяйственнобытовые 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.

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 но водоводным каналам, устроенным либо в минеральном грунте, либо по металлическим (железобетонным) желобам. Поступление БСВ из одного котлована (амбара) в другой осуществляется естественным перетоком или с помощью перекачивающих устройств.

Физико-химический состав БСВ изменяется в широких пределах как на разных буровых, так и в процессе бурения одной и той же скважины.

Буровые сточные воды характеризуются довольно высоким уровнем загрязненности и содержат в своем составе широкий спектр загрязнителей различной природы, представляющих опасность для объектов окружающей среды. Кроме того, по многим параметрам они не удовлетворяют не только требованиям их использования для различных технологических целей бурения, но и требованиям безопасного сброса в объекты природной среды.

В то же время основным направлением природоохранных работ в рамках отраслевой стратегии создания экологически безопасной малоотходной ресурсо- и природосберегающей технологии строительства скважин является максимальная утилизация образующихся отходов бурения. Решение этого вопроса возможно за счет перехода на замкнутый цикл водообеспечения буровой. Одним из основных требований к технологии бурения должно быть обязательное введение оборотного водоснабжения буровой. Его основу составляет максимально возможное вовлечение БСВ в систему оборотного водоснабжения с ориентацией на их использование для различных технических целей бурения.

При проектировании системы оборотного водоснабжения необходимо осуществлять водоподготовку в тесной увязке с основной технологией. Для этого следует иметь: рациональную научно обоснованную схему использования технической воды в водопотребных точках буровой с учетом требований к качеству воды во всех технологических операциях и многократного повторно-последовательного ее применения;

  • — рациональную систему канализации БСВ;
  • — локально-замкнутую систему технического водоснабжения буровой;
  • — рациональную технологию очистки и доочистки буровых сточных вод с учетом возможности безопасного сброса в объекты природной среды, откачки ее в нефтепромысловый коллектор для использования в системе поддержания пластового давления или закачки в поглощающие горизонты на захоронение.

При разработке схем водопотребления и водоотведения необходимо производить оценку качества БСВ как по концентрации компонентов, так и но характеру загрязнения для обоснованного выбора необходимого метода и технологии очистки и доочистки сточных вод с учетом утилизации или сброса очищенных вод в объекты природной среды. Причем очистке и утилизации должен подвергаться такой объем стоков, при котором остаточная загрязняющая нагрузка, отводимая с очищенными сточными водами при их сбросе в объекты лито- и гидросферы, не превышала пороговой ассимилирующей способности природной среды в районе ведения буровых работ.

При переходе на замкнутую систему оборотного водоснабжения буровой необходимо учитывать возможные негативные последствия перехода на полностью или частично замкнутый цикл (ухудшение качества технологических операций, усиление коррозии, биообрастание и т.д.). Поэтому следует предусматривать соответствующие мероприятия по предотвращению этих отрицательных последствий, так как их недоучет может снизить эффект от внедрения замкнутой технологии водоотведения буровой.

Основными технологическими точками использования БСВ в системе оборотного водоснабжения буровой являются:

  • — обмыв механизмов системы очистки и регенерации буровых растворов;
  • — обмыв бурильного инструмента при проведении спуско-подъемных операций;
  • — обмыв оборудования и рабочих площадок вышечного, насосного и силового блоков, а также желобиой системы;
  • — охлаждение штоков буровых насосов;
  • — приготовление химических реагентов и бурового раствора;
  • — приготовление тампонажных растворов и буферных жидкостей при цементировании скважин;
  • — опрессовка обсадных труб.

Такие оборотные воды должны характеризоваться следующими составом и свойствами:

Содержание взвешенных веществ, мг/л, не более.......250

Содержание нефти и нефтепродуктов, мг/л,

не более..........................................................................................25

Содержание окисляемой органики (ХПК),

мг/л, не более............................................................................400

Биохимическая потребность кислорода (БПК5),

мг/л, не более..............................................................................50

Жесткость, мг-экв/л, не более..............................................10

Сухой остаток, мг/л, не более.......................................10 000

pH..................................................................................................6-8

При использовании воды такого качества на буровых не возникают осложнения в технологических операциях процесса.

Следует отметить, что воды с такими характеристиками наиболее целесообразно использовать для обмыва оборудования и отдельных механизмов буровой. В то же время целесообразность их применения для приготовления буровых растворов и поддержания технологических свойств в процессе бурения остается спорной.

Как показывают результаты экспериментов, качество воды оказывает значительное влияние на технологические свойства буровых растворов. При высоком содержании в ее составе загрязнителей заметно ухудшаются фильтрационные показатели буровых растворов и их реологические характеристики, и эта закономерность отмечается для растворов практически всех типов. На основании проведенных опытов были разработаны и уточнены исходные требования к водам, используемым для указанных целей. С учетом отмеченного буровые сточные воды должны характеризоваться следующими составом и свойствами:

Содержание взвешенных веществ, мг/л..................до 1500

Содержание нефти и нефтепродуктов, мг/л ............до 50

Химическое потребление кислорода, мг/л...............до 750

Сухой остаток для пресных растворов, мг/л.........до 4500

Сухой остаток для минерализованных

растворов, мг/л................................................................до 8000

Прокаленный остаток для пресных растворов,

мг/л......................................................................................до 3000

Прокаленный остаток для минерализованных

растворов, мг/л.................................................................до 7000

pH...............................................................................................6-10

Установлено, что для получения качественного тампонажного раствора необходимо использовать сточную воду с содержанием взвешенных веществ в пересчете на массу затворяемого цемента не более 0,1 —1,0%. В этом случае находящиеся в БСВ глина и барит не оказывают влияния на свойства тампонажного раствора, а также на физикомеханические свойства формирующегося камня. Содержание органики в БСВ не должно превышать 0,05—0,25% к массе цемента; при большем количестве органических веществ сроки схватывания трудноконтролируемы. На качество тампонажного раствора и камня также не оказывает заметного влияния содержание нефти в БСВ в пределах 0,0005—0,05%; pH БСВ практически всегда приемлем для жидкости затворения. В то же время установлены ограничения на содержание в сточных водах минеральных солей: общее их содержание не должно превышать 3500 мг/л. Сточные воды, не удовлетворяющие указанным выше требованиям, не рекомендуется использовать для затворения тампонажных материалов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >