Воздействие отходов бурения на экосистемы Черного моря Семенычев Валерий Германович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Обзор литературы 8

1.1 Экологическая безопасность при освоении нефтяных месторождений на шельфе 8

1.1.1 Влияние состава буровых растворов на их токсические свойства 8

1.1.2 Технологии обращения с отходами бурения 10

1.2 Изучение экосистем шельфа Чёрного моря 16

1.2.1 Особенности биоценозов шельфа Чёрного моря 16

1.2.2 Влияние антропогенных факторов на биоценозы 18

Глава 2 Объекты и методы исследований 20

2.1 Структура системы мониторинга исследуемого участка Черного моря 20

2.2 Характеристика технологий бурения на участке Туапсинский прогиб 21

2.3 Характеристики природной среды в зоне проведения буровых работ на шельфе Чёрного моря 22

2.3.1 Изучение влияния течений на распространение загрязнений 22

2.3.2 Исследование состава и свойств донных отложений 25

2.3.3 Изучение степени загрязнения донных осадков 27

2.4 Методы исследования 29

2.4.1 Методика определения гранулометрического состава донных отложений 29

2.4.2 Методики химического анализа морских вод и осадков 30

2.4.3 Методика оценки скорости осаждения частиц бурового шлама 31

2.4.4 Моделирование поведения буровых шламов в морской среде 32

2.4.5 Исследование токсичности буровых отходов биотестированием 33

2.4.6 Определение параметров шлейфа мутности на модели Vostok 35

Глава 3 Модельные исследования влияния отходов бурения на морскую среду 37

3.1 Параметры моделирования процессов воздействия отходов бурения на морскую среду 37

3.2 Результаты моделирования воздействия буровых отходов 47

3.2.1 Бурение с использованием бурового раствора на водной основе 47

3.2.2 Бурение с использованием бурового раствора на неводной основе 48

Глава 4 Изучение влияния отходов бурения на абиотические и биотические компоненты экосистем Чёрного моря 50

4.1 Исследование изменения состава морской воды под воздействием буровых шламов 50

4.2 Оценка влияния на фитопланктон 58

4.3 Оценка токсичности отходов бурения с использованием зоопланктона 63

4.4 Тестирование токсичности отходов бурения с использованием бентосных организмов 68

Глава 5 Технико-экологическая оценка технологий утилизации отходов бурения при производстве буровых работ на морском шельфе 74

5.1 Анализ достоинств и недостатков применяемых технологий 76

5.1.1 Шаг 1. Определение границ системы и возможных к внедрению технологий 76

5.1.2 Шаг 2. Оценка воздействия технологии утилизации шлама на окружающую среду 82

5.1.3 Шаг 3. Экономические аспекты сравнительного анализа различных методов утилизации отходов бурения 86

5.1.4 Шаг 4. Правовые аспекты сравнительного анализа различных методов утилизации отходов бурения 89

5.2 Расчет вероятности негативных последствий при выборе технологий утилизации отходов бурения 92

Заключение 101

Список литературы 104

• Технологии обращения с отходами бурения
• Исследование изменения состава морской воды под воздействием буровых шламов
• Шаг 2. Оценка воздействия технологии утилизации шлама на окружающую среду
• Расчет вероятности негативных последствий при выборе технологий утилизации отходов бурения

Введение к работе

Актуальность проблемы. Проблема загрязнения морских экосистем
нефтью и отходами бурения в связи с освоением углеводородных
месторождений связанна с неизбежными последствиями работ по разведке,
обустройству и эксплуатации месторождений на шельфе, а также с теми
влияниями на биоту, объёмы и последствия которых полностью избежать
невозможно. Чёрное море – это уникальный внутриконтинентальный водоем
Мирового океана, шельф его не относится к богатым нефтеносным
провинциям, тем не менее, на ряде акваторий моря в течение многих лет велось
бурение разведочных и добывающих скважин. Проведение поисково-
разведочных работ на лицензионных участках в российской акватории Черного
моря находятся в начальной стадии. Акватории данных лицензионных участков
занимают значительную долю российского сектора Черного моря и отражают в
большой степени все характерные особенности этого региона. В настоящее
время на акватории лицензионных участков производится выявление

перспективных на нефть и газ объектов дистанционными методами (сейсморазведка, электроразведка).

Акватория рассматриваемых участков характеризуется высокой продуктивностью многих ценных промысловых рыб Чёрного моря, таких как сельдевые, анчоусы, ставриды, луфарь, скумбриевые, кефали и другие виды.

При бурении с морской платформы скважины глубиной порядка 4 км образуется около 500 м³ шлама и около 6000 м³ жидких отходов. Одним из главенствующих принципов при обращении с отходами должно быть не ухудшение качества окружающей среды до таких параметров, при которых может быть нанесён заметный ущерб биоресурсам и произойдёт даже минимальное снижение рекреационного значения черноморского побережья. При этом немаловажное значение имеет экономическая целесообразность применения тех или иных схем обращения с отходами.

Целью диссертационной работы являлось изучение эколого-технологических аспектов обращения с отходами бурения при освоении нефтяных месторождений на шельфе Черного моря.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить гидрологические и метеорологические особенности акватории участка «Туапсинский прогиб», оказывающие влияние на характеристики отходов бурения и их поведение при попадании в море.

2. Исследовать фоновые уровни загрязнения донных отложений в районе освоения нефтяных месторождений.

3. Охарактеризовать состояние основных биоценозов на участке
«Туапсинский прогиб» в современный период.

4. Определить основные параметры влияния на морскую среду при размещении отходов бурения в море.

5. Изучить влияние модельных отходов бурения на химический состав морской воды.

6. Оценить влияние модельных отходов бурения (бурового раствора и
бурового шлама) на планктонные и бентосные организмы в случае их
попадания в морскую среду.

7. Произвести сравнительный анализ применяемых современных способов
утилизации отходов бурения на море и определить преимущества и недостатки
каждого из них.

Научная новизна. Проведено впервые комплексное экологическое исследование акватории в северо-восточной части Чёрного моря, прилегающей к Туапсинскому району. Выявлены параметры, оказывающие преимущественное влияние на процессы распространения загрязнений при проведении морских буровых работ. Впервые установлен уровень загрязнения донных отложений на территории Туапсинского прогиба Черного моря. Впервые получены модели поведения компонентов отходов бурения при аварийном размещении в море, а также проведены экспериментальные исследования по изучению воздействия модельных отходов бурения на фитопланктон, зоопланктон и зообентос.

Показано, что аварийный сброс практически инертных буровых отходов при бурении в открытом море одиночных разведочных скважин с использованием водоосновных буровых растворов не имеет значительных негативных экологических последствий.

Практическая значимость работы.

1. Результаты настоящей работы использованы для экологического
обоснования геологического изучения, разведки и добычи углеводородного
сырья в северо-восточной части Чёрного моря.

2. Обоснована необходимость проведения серии специальных
природоохранных исследований, направленных на оценку экологической
безопасности при разработке морских нефтяных месторождений на шельфе
Чёрного моря.

3. Показано, что аварийный сброс практически инертных буровых отходов
при бурении в открытом море одиночных разведочных скважин с
использованием водоосновных буровых растворов не имеет серьезных
негативных экологических воздействий.

4. Разработан новый «Способ для безамбарного бурения и переработки нефтяного шлама» с применением мягких фильтрующих контейнеров (МФК) – геотубов, который подтвержден уведомлением о положительном результате формальной экспертизы заявки на изобретение выданным Федеральной Службой по интеллектуальной собственности 2017141392/03(071720) от 09.01.2018.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты оценки экологического состояния Туапсинского прогиба акватории Черного моря.

2. Полученные данные о воздействии отходов бурения на химический состав морских вод и биоту.

3. Разработанный новый «Способ для безамбарного бурения и переработки нефтяного шлама» с применением мягких фильтрующих контейнеров (МФК) – геотубов на основе эколого-экономической оценки.

Личный вклад автора заключается в:

непосредственном участии в сборе полевого материала во время проведения морских экспедиций в Черном море;

разработке и проведении всех лабораторных экспериментов, обработке и анализе полученных результатов;

- в подготовке научных докладов и выступлении на научно-

практических конференциях, а также публикациях материалов по тематике выполненной диссертационной работы.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением аттестованных методик, государственных стандартов и средств измерения, статистической обработкой результатов измерений.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на Международной научно-практической конференции «Современные эколого-биологические и химические исследования, техника и технология производства», Мурманск, 2015 и Международной конференции по освоению ресурсов нефти и газа российской Арктики и континентального шельфа, С.Петербург, 2015.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка литературы. Работа изложена на 114 страницах и содержит 42 таблицы и 13 рисунков. Библиографический список цитируемой литературы содержит 127 наименований.

Технологии обращения с отходами бурения

В связи с активным освоением шельфовых месторождений нефти и газа, возрастает объём работ, проводимых в акватории морей. Производственная деятельность предприятий нефтяной промышленности в силу своей специфики оказывает интенсивное техногенное воздействие на окружающую среду [Новиков, Семёнов, 2010; Cairns, 1992].

Эта проблема давно привлекает внимание специалистов разных отраслей знаний. Так, например, был обобщен отечественный и зарубежный опыт по защите природной среды при бурении скважин различного назначения, рациональному использованию новых материалов для бурения и охране недр от загрязнения и техногенного воздействия. Показано влияние токсичных компонентов жидких и твердых отходов бурения на атмосферный воздух, почвенный и растительный покров, водоемы, подземные воды. Рассмотрены методы и техника обезвреживания отходов бурения, очистки сточные вод, утилизации отработанных буровых растворов и ряда других вопросов, возникающих при производстве геологоразведочных работ, предшествующих освоению месторождений [Косаревич и др., 1991].

Ряд исследователей связывают интенсивное воздействие нефтяной промышленности на природную среду с низким уровнем экологической ориентированности технологических процессов добычи углеводородов, а также используемых при этом технических средств и материалов. Основными ингредиентами, ухудшающими токсические характеристики отходов бурения, считаются промывочные жидкости, буровые растворы и химические добавки, входящие в их состав [Самутин и др., 2013]. В этой же публикации приводится утверждение, что было отмечено сбрасывание буровых отходов в водные объекты и захоронение токсичных отходов в водоохранных зонах под видом переработанных. Указывается на превышение показателей заболеваемости аллергическими, сердечно-сосудистыми, онкологическими и другими заболеваниями, что также увязывается с общим ухудшением состояния окружающей среды в связи с деятельностью предприятий нефтяной промышленности.

Одна из главных причин слабой заинтересованности отечественных и тем более зарубежных разработчиков нефтяных и газовых месторождений в совершенствовании технологий обращения с отходами заключается в недостатках действующего российского природоохранного законодательства [Семёнов, Павленко, 2006]. Следует отметить, что каких-либо данных о канцерогенных свойствах компонентов буровых растворов в данной публикации, кроме постулирования этого утверждения, не приводится.

В.Г. Парфенов и Ю.В. Сивков [Парфенов, Сивков, 2012] в свою очередь приводят данные по содержанию в буровых отходов целого ряда токсичных компонентов. Превышение ПДК отмечается практически по всем определяемым показателям. Выявлена максимальная величина превышения ПДК по мышьяку в 29,8 раз, а по цинку и ртути – в 1,1 раза.

О проблемах оценки влияния на окружающую среду при строительстве нефтяных скважин говорится докладе И.Л. Долгих [Долгих, 2002]. Проведённый автором публикации анализ показал, что изученность состава производственно-технологических отходов бурения, служащих основными источниками поступления поллютантов в природные экосистемы, явно недостаточна для достоверной оценки степени их экологической опасности. В связи с этим, при обосновании технологий утилизации буровых шламов необходимо проведение специальных экспериментальных исследований, моделирующих их взаимодействие с водной средой [Долгих, 2002].

Продолжаются исследования по определению классов опасности буровых отходов, образующихся при разведке и эксплуатации нефтегазовых месторождений [Романова, Прокопенко, 2003; Бачурин и др., 2005; Гаджиев и др., 2007], по оценке токсичности буровых сточных вод с помощью метода биотестирования и метода энзимоиндикации [Тимофеева, Тимофеев, 2010]. Так, Л.П. Капелькина с соавт. [Капелькина и др., 2013] при биотестировании буровых шламов нефтяных использовали тест-организмы различного уровня организации. Общее заключение о классе опасности исследованных шламов делалось по наиболее чувствительной тест-системе. А.В. Пукiш [Пукiш, 2008] была проведена комплексная оценка токсичности отходов бурения по трем разным методическим подходам. Показано, что отходы бурения содержат химические реагенты, которые трудно поддаются разрушению, а при попадании в окружающую среду могут нанести ей существенный вред.

В ряде публикаций указывается, что определение класса опасности отходов проводилось с учетом их исходного состава и на различных этапах бурения. Представляется, что актуальность подобных работ сохранится как минимум в среднесрочной перспективе [Долгих, Бачурин, 2002], в том числе и в связи с продолжающимися поисками новых компонентов буровых растворов, а также в связи с вопросами нормирования качества окружающей среды [Папиренко, Самарский, 2001]. Кроме того, Н.Г. Кашкаров и Н.Н. Верховская [Кашкаров, Верховская, 2000] сообщают, что поскольку в реальных условиях применения физико-химические свойства буровых растворов меняются, прогнозирование токсичности отходов бурения представляется невозможным. В связи с этим обосновывается целесообразность биотестирования буровых растворов на стадии разработки, а отходов бурения в – процессе строительства скважин.

Работы в направлении защиты природной среды при разработке нефтяных месторождений не ограничиваются констатацией фактов наличия отрицательного воздействия. Так, Н.Н. Трубецкой [Трубецкой, 1997] на основе зарубежных источников представил обзор по методам снижения объемов отходов в нефтегазодобывающей отрасли. Были рассмотрены пути уменьшения объемов образования буровых отходов при строительстве скважин [Фефелов и др., 2007].

Н.А. Бадовский [Бадовский, 1994] пишет о значении предупреждения загрязнения окружающей среды при строительстве скважин. Так, автор анализирует позитивный опыт США, где большое внимание привлечено к юридическим положениям, касающимся утилизации и уничтожения отходов, образующихся при бурении и добыче нефти и газа.

Значительно уменьшить отходы бурения возможно за счет полного разделения жидкой и твердой фазы и повторно (многократно) использовать буровые растворы. Кроме того, предлагается исключить из рецептур обработки бурового раствора, за счет внедрения высокоэффективной системы очистки, такую экологически опасную добавку, как нефть [Бадреев, Бойко, 2001].

Утилизация и обезвреживание отходов бурения, особенно нефтесодержащих отходов, имеет большое значение для предотвращения деградации окружающей природной среды. В монографии Н.С. Минигазимова с соавт. [Минигазимов и др., 1999] изложены основные сведения о нефтесодержащих отходах – нефтяных и буровых шламах, динамике образования и накопления, составе и физико-химических свойствах. Проведен сравнительный анализ и классификация методов их утилизации и обезвреживания на основе зарубежного и отечественного опыта. Предложены основные направления по утилизации и обезвреживанию нефтесодержащих отходов [Сулейменова, Жарылкасын, 2011].

Г.Б. Хаиров с соавт. [Хаиров и др., 1996] отмечают, что наиболее доступным методом обезвреживания бурового шлама является термообработка. С ростом температуры до 600 С независимо от исходного содержания органических веществ через 30 мин их количество снижается до нуля, причем основная масса сгорает при 300 – 600 С. Биологические исследования термообезвреженного шлама показали, что после воздействия на него температуры, равной 400 С, он почти полностью теряет свою токсичность. Также рассматриваются различные методические подходы к оценке воздействия продуктов переработки отходов на окружающую среду в работе А.С. Горленко [Горленко, 2014].

В.А. Климонтова [Климонтова, 2012], оценивая эколого-экономические особенности снижения воздействия жидких отходов нефтегазовых месторождений на водные объекты, отмечает, что унифицированного способа утилизации и обезвреживания буровых отходов не существует. Вместе с тем, исследования, касающиеся эффективности утилизации буровых отходов с точки зрения минимизации ущерба природной среде, по-прежнему актуальны [Литвин, Мурадян, 1985; Кудайкулова и др., 2000]. Так, группа исследователей [Маленчук и др., 2011] приводит мнение, что технология обратной закачки шлама являются одной из многочисленных применяемых и разрабатываемых технологий, обещающими дальнейший прогресс в снижении воздействия на окружающую среду при одновременном совершенствовании технологий добычи. Также указывается, что данный способ обращения с отходами бурения широко применяется многими нефтяными компаниями в крупных нефтедобывающих регионах, таких как Аляска, Северное море, Мексиканский залив, Калифорния и Канада. Современный промысловый опыт, включающий использование гидроразрыва пласта, не только способствует разработке трудно извлекаемых запасов, но и одновременно оказывается применимым для подземного захоронения миллионов тонн буровых отходов [Атакулов и др., 2001].

Исследование изменения состава морской воды под воздействием буровых шламов

В данном разделе нами изучалось влияние буровых отходов на изменение состава морской воды (с учетом термобарических факторов) для последующего моделирования и прогнозирования воздействия буровых отходов на экосистему при их утилизации на месте образования.

Для этого проводили изучение воздействия моделей буровых шламов с использованием водных и нефтяных буровых растворов на состав черноморской воды.

Черное море представляет собой целый комплекс аномалий, в частности по физико-химическим параметрам. Так, давление толщи воды в придонном слое достигает 20 МПа; температура – 7…9С; скорость течений – 2,0…6,1 см/с (на глубине 250 м) и 0,22 – 0,72 см/с (в придонном слое); соленость – 22,5 (среднее значение); водородный показатель – рН 8,3 (среднее значение); содержание сероводорода – 8…10 мг/л (на глубинах ниже 1500 м).

В связи с этим, для создания в лаборатории условий, максимально близких к черноморским, в качестве экспериментальной камеры использовали автоклав (реактор высокого давления), позволяющий создавать рабочее давление до 35 МПа и регулировать температуру системы.

Как уже указывалось в главе 2, для проведения исследований по оценке воздействия отходов бурения на морскую среду были выбраны два модельных образца шлама (№1 и №2) бурения с использованием буровых растворов на водной основе (БРВО) и на водно-нефтяной основе (БРНВО). Компонентный состав модельных буровых растворов, использованных в данном исследовании, представлен в таблицях 13 и 14.

На основании данных, полученных в опыте по миграции компонентов шламов в морскую воду, был рассчитан уровень превышения ПДК для каждого определяемого компонента в пятикратной водной вытяжке. Учитывая, что ПДК загрязняющих компонентов в морской воде не установлены, в качестве критерия были приняты значения ПДК для рыбохозяйственных водоемов. В таблицах 15 и 16 приведены результаты расчетов только для элементов, концентрации которых в проанализированных вытяжках превышали значения ПДК. Также в таблицу не включены данные по содержанию ионов Na и Cl, поскольку они являются основными компонентами морской воды и их вымывание из исследуемых шламов в ходе эксперимента несущественно.

Как видно из таблицы 15, для образца № 1 наблюдается значительное превышение уровня значений ПДК для ионов алюминия и железа. Столь высокая концентрация этих элементов в водных вытяжках объясняется, видимо, тем, что алюминий и железо являются породообразующими элементами в данном образце. Кроме того, в состав модельного бурового раствора, на основе которого получен образец бурового шлама, входит бентонит, содержащий алюмосиликаты – Al2(Si4O10)(OH)2 nH2O. Также обнаружено превышение ПДК титана, ванадия, марганца, кобальта и теллура для образца №1 и никеля, меди, цинка и свинца для исследованных образцов шлама. Стоит отметить, что, несмотря на выявленное превышение ПДК для мышьяка, селена, молибдена и вольфрама, концентрации этих элементов в вытяжках ниже или на уровне их содержания в чистой морской воде. Снижение содержания элементов в вытяжках по сравнению с морской водой вероятно можно объяснить хемосорбцией этих элементов на поверхности бурового шлама. Содержание бария в вытяжке для образца №1 составляет лишь 0,5 ПДК, однако в соответствии с ГОСТ Р 53241-2008 количество высокотоксичных веществ, поступающих из бурового шлама в морскую среду, не должно превышать 0,01 ПДК. Для образца №2 было обнаружено повышенное содержание калия, фторидов и нитратов, что, скорее всего, связано с выщелачиванием данных загрязнителей из буровой породы в условиях эксперимента.

Для образцов обезвреженного бурового шлама на основе БРНВО (Таблица 16) выявлено превышение уровня ПДК по 11 компонентам, причем концентрации элементов (ванадий, мышьяк, селен и вольфрам) в пятикратных водных вытяжках ниже содержания указанных элементов в чистой морской воде. Для образца № 1 БРНВО было обнаружено повышенное содержание нитратов, что, скорее всего, связано с выщелачиванием данного загрязнителя из буровой породы в условиях эксперимента. Более низкие значения кратности превышения ПДК для алюминия и железа в случае образца №1 по сравнению с предыдущим вариантом (БРВО) можно объяснить связыванием данных элементов с компонентами БРНВО в процессе обезвреживания.

Повышенное содержание нефтепродуктов в анализируемых вытяжках является следствием присутствия буровых растворов на нефтяной основе в составе исследуемых шламов.

Содержание взвешенных веществ в водной среде в условиях эксперимента на протяжении всего хода исследований со всеми образцами (БРВО и БРНВО) было ниже предела определения.

Вымываемость минеральных солей (по сухому остатку) в течение 7 суток для образцов БРВО и БРНВО находилась в диапазоне от 0,16% до 1,53% от исходного объема бурового шлама, что соответствует требованиям ГОСТ Р 53241-2008 (10%).

Водородный показатель для образцов на основе БРВО и БРНВО соответствует требованиям ГОСТ Р 53241-2008 (6,5 - 9,5). При этом для образцов на основе БРВО характерны несколько более низкие значения рН (8,3 - 8,7), чем для образцов на основе БРНВО (9,4 - 9,5).

Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено, что при контакте моделей обезвреженного бурового шлама как на водной, так и на нефтяной основе с морской средой происходит вымывание токсичных компонентов в концентрациях, значительно превышающих значения ПДК для рыбохозяйственных водоемов.

Однако стоит отметить, что концентрации загрязняющих веществ в реакционной камере можно рассматривать как максимальные концентрации в точке сброса бурового шлама в море. Рассеивание сбрасываемого шлама в значительной мере зависит от течений и характеристик водной толщи вблизи конкретной точки сброса. Многие компоненты шлама имеют вид тонкозернистых взвешенных или растворенных в воде компонентов, которые рассеиваются на протяженном расстоянии, прежде чем осядут на дно. В зависимости от скорости течения в конкретном участке моря, обычно скорости разбавления и рассеивания шламов достаточны высоки, что позволяет достаточно быстро снизить эффект их воздействия при сбросе в морскую среду.

Для оценки возможности сброса обезвреженного шлама в море с минимальным воздействием на окружающую среду был произведен расчет ориентировочной скорости осаждения частиц бурового шлама на основании предполагаемого гранулометрического состава (см. выше).

Рассчитанная ориентировочная скорость частиц бурового шлама на основе БРВО составила 0,03 м/с (или 260 м/сут.), для шлама на основе БРНВО - 8,3 10 м/с (или 0,7 м/сут.).

Учитывая низкую скорость осаждения частиц шлама на основе БРНВО, представлялось интересным оценить миграцию загрязняющих веществ из шлама в морскую среду.

Согласно многочисленным литературным данным [Мазманиди, Кавалёва, 1972; Гаранина, 1997; Клименко и др., 1999; Кошелева и др., 1997] к числу наиболее опасных загрязняющих морскую среду компонентов относятся ароматические углеводороды и тяжелые металлы. Ниже приведены кривые интегральной миграции, построенные для некоторых токсичных веществ, вымываемых из шламов.

Шаг 2. Оценка воздействия технологии утилизации шлама на окружающую среду

Комплексная оценка воздействия технологий на различные компоненты окружающей среды необходимо для удобства их дальнейшего сравнения и выбора лучшей с точки зрения охраны и сохранения окружающей среды. При этом воздействие может происходить как на один, так и несколько компонентов окружающей среды (Таблица 27).

Больше всего ограничений накладывается на вывоз отходов на берег.

Даже не принимая во внимание риск аварийных ситуаций, использование судов для транспортировки отходов помимо участвующих в других производственных операциях, является фактором дополнительной нагрузки на морскую экосистему, например, усиливая фактор беспокойства для морских обитателей и создавая дополнительные помехи рыболовству, если бурение производится в акваториях традиционной рыбной ловли. Данные операции требуют широкого использования вспомогательных судов для перевозки шлама на береговой объект. При отгрузке шлама на суда и его транспортировке расходуется топливо, и в результате происходят выбросы выхлопных газов в атмосферу, происходит водозабор и сброс сточных вод с судов.

После отгрузки на берег шлам транспортируется по необходимости на другой объект, где он проходит дополнительную обработку перед утилизацией или переработкой для возможного использования. Варианты утилизации шлама на берегу в данной работе не рассматриваются, однако несколько слов о вариантах воздействия на окружающую среду следует сказать.

Так, утилизация шлама на берегу имеет совершенно иные аспекты потенциального воздействия, как, например, загрязнение грунтовых вод. Для использования шлама, например, в качестве компонента дорожного покрытия необходимо наличие соответствующего предприятия для переработки шлама, что также накладывает определённые ограничения на этот способ утилизации отходов бурения. Особенно это касается курортной зоны на побережье рассматриваемого моря.

Кроме того, ожидается отрицательное отношение населения, общественности и властей данных курортных районов к вывозу отходов бурения и размещению на суше.

Таким образом, кажущиеся на первый взгляд преимущества утилизации отходов бурения на берегу с экологической точки зрения не очевидны, и даже достаточно поверхностный анализ указывает на то, что недостатки и сложности данного способа не компенсируются положительными моментами.

Что касается закачки шлама в пласт, то, как отмечалось выше, наиболее серьёзные ограничения накладывают производственные показатели. Однако после получения необходимой литологической информации при бурении продукционных скважин решение о способе утилизации отходов бурение будет приниматься уже с учётом других показателей. Например, если рассматривать конкретный водоём, то на глубоководье просто не рационально осуществлять закачку в пласт не только в связи с техническими ограничениями, связанными с необходимостью обеспечивать высокое давления для закачки отходов, но и вследствие отсутствия биоты на глубине, за исключением специфических микроценозов, из-за избыточного содержания в воде сероводорода. Т.е. нет необходимости изолировать отходы бурения от контакта с живыми организмами.

Кроме того, использование закачки шлама в пластполностью не исключает воздействие на донные биоценозы, т.к. существует потенциальный риск выхода отходов на поверхность морского дна.

Если дампинг в настоящее время в отрасли не применяется, и у данного метода утилизации отходов бурения нет очевидных преимуществ перед другими, то вероятность его использования на рассматриваемой акватории даже теоретически ничтожна. Кроме того, указанные в таблице преимущества по экологическим критериям не учитывают «вес» каждого показателя в интегральной оценке. Так, например, отходы, содержащие незначительное количество испаряющихся компонентов, в минимальной степени будут воздействовать на атмосферный воздух, при этом загрязняя почву или водные экосистемы (разумеется, при попадании в эти среды).

Прямые сбросы буровых растворов на водной основе и сопутствующего шлама разрешены почти на всех морских акваториях, где ведутся буровые работы. БРНВО могут сбрасываться напрямую с учетом критериев оценки экологического воздействия согласно требованиям регулирующих органов, что, как правило, связано с оценкой токсичности до осуществления сброса и иногда мониторингом после сброса. Также типичными критериями экологического воздействия являются тип используемой неводной основы бурового раствора (например, менее чем 0,5 % ароматических углеводородов; менее чем 0,001% полиароматических углеводородов), максимально допустимый уровень нефтяной основы оставшейся на шламе, токсичность и биодеградируемость.

По сравнению с обычными буровыми растворами на нефтяной основе, усовершенствованные БРНВО относительно более безопасны для окружающей среды и позволяют снизить потенциальный уровень воздействия при сбросах, в том числе посредством значительно меньших объемов образования буровых отходов (обычно на 50 % меньше по сравнению с буровыми растворами на водной основе), делая данные буровые жидкости приемлемыми для более широкого использования. БРНВО, как правило, более дорогостоящие, поэтому наиболее часто используются восстановленные и повторно используемые жидкости. Также отмечается, что ответственный подход при сбросе в море шламов от бурения с БРНВО (например, посредством снижения уровня остаточного бурового раствора в шламе до приемлемых уровней используя наилучшие доступные технологии) часто имеет минимальное общее экологическое воздействие, тогда как альтернативные методы приводят к потенциальному дополнительному экологическому воздействию и возникновению сопутствующих рисков для окружающей среды и безопасности работающих (таблица 27).

Расчет вероятности негативных последствий при выборе технологий утилизации отходов бурения

Оценка последствий при принятии решений, когда критерием выступают количественные показатели, как правило, не вызывает затруднений. Однако на практике приходится иметь дело не только с количественными, но и с качественными оценками, характеризующими последствия принятых решений. Целесообразность применения конкретного способа утилизации отходов в акватории Чёрного моря может быть оценена с использованием метода экспертных оценок, результаты которых представлены в таблице 30. Для каждой технологии утилизации по каждому показателю проставляется оценка по пятибалльной шкале, где 5 максимальная оценка. При этом допускается указывать значение «0», которое будет носить отсекающий характер и означать невозможность реализации соответствующей технологии.

По результатам комбинационного ранжирования (экспертные оценки) технологии утилизации отходов бурения приоритетным методом следует признать вывоз всех видов буровых отходов (буровой шлам и буровой раствор) на береговые сооружения – полигоны для хранения или утилизации.

Практический опыт проведения поисково-разведочных работ на шельфе Чёрного моря в глубоководных районах, сходных по океанографическим параметрам с акваторией, прилегающей к юго-восточному черноморскому побережью, подтвердил, что сброс шламов как с БРВО, так и БРНВО (применяемых только в случае осложнений бурения) в море являлся единственным практикующимся. Иные методы удаления отходов также были признаны не оптимальными по сочетанию тех же критериев.

Научные исследования и мониторинг, проведенные в различных морских районах мира, демонстрируют, что сброс шламов не наносит заметного вреда биотическим сообществам. Площадь накопления шламов на дне моря ограничивается сотнями квадратных метров, а состояние донных сообществ восстанавливается в течение года.

Сравнительный комплексный анализ юридических, экологических и социальных, производственных и экономических аспектов возможных вариантов удаления отходов бурения в Чёрном море, а также опыт их применения в нефтегазовой отрасли, показал преимущества сброса очищенных буровых шламов со стоками и неэффективность захоронения шлама закачкой в скважину. Однако сброс может быть произведен только при условии достижения установленных нормативов допустимого воздействия. Однако общественное мнение отрицательно относится к любым дополнительным воздействиям на окружающую среду, справедливо полагая, что отдалённые эффекты хронического загрязнения не всегда очевидны и могут проявиться в ближайшее время либо в среднесрочной перспективе.

Таким образом, планирование сброса буровых отходов в акваторию Чёрного моря может существенно затруднить успешное осуществление проектов по освоению нефтяных запасов шельфа. Вместе с тем, рассмотренные альтернативные методы не дают каких-либо осязаемых преимуществ, да и выбор очень ограничен.

Исследования показали, что необходимо разработать и внедрить метод, который позволил бы объединить достоинства ряда других методов и в определённой степени нивелировать их недостатки.

При обычной транспортировке на берег, как уже отмечалось, возникает потребность в соответствующих судах, при этом возрастает интенсивность движения флота в районе буровой и в прилегающих к портам акваториях, усиливая, таким образом, воздействие на окружающую среду. Кроме того, как известно, большие объёмы отходов требуют наличия необходимых береговых сооружений для складирования (например, амбары), либо полигонов для утилизации. Буровой шлам имеет высокую обводненность (содержит до 80-90% воды и водных дисперсий), относится к отходам 4-5 класса опасности и требует накопления в шламовых амбарах, оснащенных непроницаемым покрытием днища и стен котлована. Шламовые амбары занимают до 25-30% площади буровой площадки, если бурение проводится на суше. Правила обращения с буровым шламом требуют его последующей утилизации и рекультивации территории занятой шламовыми амбарами.

В условиях черноморского побережья это неизбежно приведёт к негативным последствиям, особенно в контексте рекреационного значения этого региона. Следовательно, разрабатываемая технология должна включать способ минимизации объемов для складирования непосредственно на платформе, и безопасной транспортировки отходов бурения для переработки на береговые сооружения.

Известны способы сокращения объемов отходов с использованием геомембранных материалов в виде контейнеров – геотуб, а также непроницаемых материалов для безопасного захоронения отходов.

Для отходов бурения при необходимости снижения их объема нами была предложена технология фильтрации и накопления обезвоженных отходов в мягких фильтрующих контейнерах(МФК).

Принцип работы фильтрующих контейнеров МФК основан на гравитационной фильтрации бурового шлама через синтетическую ткань в присутствии флокулянтов. Контейнеры МФК представляют собой мешки кубической формы, выполненные из синтетической (полипропилен, полиэфир) ткани с размером пор, подбираемому в зависимости от фракционного состава шлама, и снабженными стропами для усиления стенок и дна, а также для фиксации на раме держателя и последующих транспортировок. Верхняя часть мешка из геоматериала выполнена в виде конуса, заканчивающегося рукавом-горловиной для подсоединения к подающей воронке. Вместимость одного МФК составляет от 1-го до 3-х м3. Грузоподъемность от 2000 до 5000 кг.

Кассеты с рамами держателями (от 5 до 10 в ряду по 5 – 10 рядов) устанавливаются в сборно-разборном каркасном каре снабженным противофильтрационным герметичным пологом и отводом для откачки фильтрата для последующей доочистки и возвращения в производственный цикл (Рисунок 12).

Такое устройство обеспечивает уникальный способ обезвреживать не только буровые шламы, но и другие отходы промышленности. Новшество такого устройства состоит, прежде всего, в том, что отходы теперь можно обезвоживать без энергозатратного оборудования. Вместо использования в традиционной схеме прессфильтра и декантерной центрифуги (Рисунок 13) применяют новый вид накопителя, обеспечивающего обезвоживание бурового шлама.

Шлам подается по телескопическому поворотному желобу из буровой установки в контейнеры поочередно до полного заполнения каждого. В процессе фильтрации и стока фильтрата объем заполнения контейнеров снижается, и процесс заполнения повторяется насколько раз до достижения влажности шлама 35-40%.

Заполненные влажным шламом контейнеры МФК с помощью грузоподъемного устройства (кран, подъемник, лебедка и т.п.) извлекаются из рамы держателя. Освобожденные рамы оснащаются пустыми контейнерами для продолжения работ.

Извлеченные контейнеры размещаются в отдельном герметичном сборно-разборном накопительном каре, снабженным проницаемой для воды решеткой. Контейнеры размещаются на решетке стенка к стенке в несколько этажей пирамидой. В пирамиде контейнеры выдерживаются в течение 2-х – 3-х месяцев до достижения влажности 20%.

По достижении заданной влажности (20%) контейнеры извлекаются из накопительного каре и транспортируются для применения в качестве строительных блоков.

В случаях повышенной токсичности осадка контейнеры перед применением оснащаются непроницаемой наружной полимерной оболочкой (мешком).

Дегидратация в контейнерах обводненного на 80% бурового шлама позволяет снизить объем минерализованного остатка в 3 – 5 раз.

Водный фильтрат поступает на очистку от жидких углеводородов и подается для повторного приготовления бурового раствора или для поддержания пластового давления.

Обезвоженные буровые шламы являются плотными малоопасными отходами, относящимися к 5 группе опасности, и могут быть применены (утилизированы) для отсыпки дорог, устройства оснований кустовых площадок, обвалований, ядер дамб и на других работах в районе промысла.

Можно отметить следующие преимущества устройства МФК:

- меньше по сравнению с другим оборудованием подвержен износу и поломкам;

- разные размеры в зависимости от габаритов материала для переработки и территории расположения;

- компактность;

- удобство транспортировки.

Получившие широкое распространение фильтрующие контейнеры подушечной и рукавной формы типа ГЕОТЮБ (GEOTUBE, TenCate, Голландия), зарекомендовали себя как высокоэффективное и недорогое оборудование для обезвоживания и обезвреживания ила, песка и других донных накоплений при очистке иловых отстойников, при очистке дна и укреплении берегов водоемов, а также для других гидротехнических работ.