Воздействие на водные ресурсы

Введение

Бурение скважин оказывает разнообразное влияние на окружающую среду. Процесс происходит в несколько этапов, и при каждом характерно определённое воздействие: идёт взаимодействие с подстилающими породами и плодородной почвой, загрязнение атмосферного воздуха, механическое повреждение грунта, интенсивное шумовое воздействие, активное потребление водных ресурсов, образование сточных вод, поглощение бурового раствора, сжигание после испытания скважины нефти и газа, образование твёрдых отходов и металлолома, рекультивация земель.

Особая специфика бурения поисковых скважин

Особой спецификой бурения поисковых скважин является то, что в результате данного технологического процесса образуется много отходов бурения (основных и вспомогательных производственных процессов): буровой шлам, нефтешламы, отработанные мастильный материал иногда парафиновые пробки и отработанные масла.

Примерный состав отходов приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Состав отходов

Наименование компонента	Содержание, %
Вода	62,9
Шлам	30,0
Нефть	5,9
Бентонит	0,6
Цемент	0,1
Добавки	0,5

Нефтяные шламы, выбуренная порода смешанная с буровыми растворами могут нанести серьезный вред окружающей среде, особенно почвам, почво-грунтам (при повреждении гидроизоляции) и подземным водам. Как же с учетом специфики проведения поисковых работ и практически полного отсутствия нормативно-правой базы, регулирующей проведение экологического мониторинга, осуществлять экологический мониторинг?

Мы предлагает создавать систему мониторинга окружающей среды поэтапно в соответствии с условиями и темпами проведения геологоразведочных работ.

На первом этапе в пределах участка необходимо выполнить детальное изучение состояния компонентов природной среды и определить ее фоновые параметры, характеризующие геоэкологическое состояние участка до начала интенсивных работ на нем. В нашем случае в ходе таких работ было установлено, что участок практически не нарушен техногенезом (исключение составляли редкие вырубки). Анализ параметров локального геохимического фона указывал на то, что уровень содержания большинства микроэлементов в почво-грунтах близок к показателям регионального геохимического фона, но по отдельным элементам превышает их: Ti (К*_к=1,75), Co (Кк=1,94), Sr (К_к =1,73). В донных отложениях к этим металлам присоединяется Cr, Mn, Fe, As (К_к=1,7-2,7). Высокие фоновые концентрации названных элементов обусловлены минерагеническими особенностями района и широким распространением интрузивных и изверженных пород основного состава, т.е имеют природное происхождение.

Коэффициент концентрации – это показатель кратности превышения содержаний химических элементов в точке опробования (C_i) над его средним фоновым содержанием (С_ф):

К_к = C_i/C_ф, гдеK_к– коэффициент концентрации;

C_i – концентрации элементов в почво-грунтах или донных образованиях;

C_ф – фоновые концентрации элементов.

В последующие годы комплексный экологический мониторинг рационально развивать в двух направлениях: мониторинг участка недр в целом и мониторинг техногенных объектов (преимущественно буровые площадки). Мониторинг участка должен охватывать всю территорию участка. Наблюдательная сеть должна позволять фиксировать направление и расстояние, на которое может распространиться влияние техногенных факторов. Наблюдениями обязательно должны быть охвачены крупные водотоки, формирующие поверхностный и подземный сток в пределах участка с учетом расположения. Мониторинг техногенных объектов (комплексное опробование не менее 4 раз в год) - должен проводиться на площадях, не только в местах непосредственного размещения производственных объектов, но и на прилегающей к ним территориях. Объектами мониторинга являются: природные воды, почвы и грунты, приземная атмосфера, растительность. По результатам проводимого в течение 4 лет мониторинга выявлено, что территория участков имеет фоновое (ненарушенное техногенезом) состояние. Все аномалии отражают минерагинетические особенности участков. По результатам проводимого в течение нескольких лет мониторинга буровых площадок выявлено, что в среднем содержание тяжелых металлов в грунтах находится в пределах нормы (К_к=0,7-1,5), суммарное загрязнение тяжелыми металлами чаще всего не превышает значения 8-10 и соответствует градации минимально уровня. Выявляются точечные загрязнения почвогрунтов токсичными элементами (Pb, Cu, Ni) в приустьевой части скважин. В целом уровень загрязнения минимальный или слабый. При этом на участках, где экологический мониторинг не осуществлялся, и как следствие не принимались своевременные меры по минимизации воздействия на окружающую среду (зачистка грунтов, сокращение выбросов и пр.) коэффициенты концентрации загрязняющих веществ варьируются от К_к=2-23, что соответствует очень сильной градации экосистемы.

Таким образом, можно утверждать, что сочетание двух описанных направлений экологического мониторинга - это не только статистическая база данных, но и основа для принятия оперативны решений, направленных на защиту окружающей среды.

Морская платформа

«Буровая скважина воздействует на все компоненты среды, главным образом, - на геологическую». Степень влияния зависит от назначения скважины, ее глубины и диаметра, конструкции, особенностей геологического разреза и гидрогеологических условий.

(Рис.1 буровая платформа)

При буровых работах всеисточники загрязнения могут быть подразделены на четыре группы:

• эксплуатационные, которые возникают в результате образования сточных вод от мытья оборудования, полов, очистки желобов от шлама, слива воды из систем охлаждения и т.д.•технологические, где 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, когда выброс пластового флюида из скважины во время нефтегазопроявлений, открытого фонтанирования, потери технических жидкостей при прорывах трубопроводов или вследствие поломки запорной арматуры;• погодные, когда вынос с буровой технических жидкостей, горюче - смазочных материалов при атмосферных осадках, снос с буровой площадки загрязняющих веществ талыми водами. Основными источниками загрязнения для всех объектов природной среды являются:• промывочная жидкость и химические реагенты, используемые для регулирования ее свойств;• буровой шлам, выносимый потоком промывочной жидкости, а также частицы породы, выбрасываемые из скважины во время открытого фонтанирования;• пластовые жидкости, вместе с потоком промывочной жидкости изливаются во время газонефтепроявлений при освоении и испытании;• нефть и нефтепродукты;• некоторые виды буровых жидкостей;• остатки тампонажных растворов.»

Анализ воздействия

Воздействие на атмосферу

При бурении и испытании скважин с углеводородной продукцией основными источниками выделения загрязняющих веществ являются: буровая установка (работа силовых дизельных агрегатов) и сами скважины. Основными загрязняющими веществами, выделяющимися в атмосферу, являются пары углеводородов, а также продукты их сгорания.

(Рис.2 загрязнения атмосферы)

Основными потенциальными источниками загрязнения окружающей природной среды при бурении эксплуатационных скважин являются следующие технологические операции:

· - бурение скважины;

· - испытание (освоение) скважины;

Прямое воздействие на воздух происходит в результате:

· - выбросов дымовых труб котельных установок, выхлопных труб дизельных электростанций, дизельных приводов буровых установок, факельной установки, миникотлов;

· - выбросов вредных веществ с отработанными газами от двигателей внутреннего сгорания, механизмов, установок и спецтехники, участвующих при бурении, креплении и испытании объектов в эксплуатационной колонне;

· - выбросов пыли при приготовлении и обработке бурового и тампонажного растворов (глинопорошок, химреагенты, цемент);

· - выбросов вредных веществ с отработанными газами от двигателей внутреннего сгорания, механизмов при проведении рекультивации площадки строительства.

В период проведения строительных и буровых работ в атмосферу выбрасывается большой объем загрязняющих веществ. Среди них преобладают оксид углерода и керосин, диоксид азота, выбросы сажи.

В испарениях 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 санитрано-гигиеническом, так и токсикологическом отношении для человека и биоценоза в целом.

Таким образом, этап строительных работ характеризуется некоторым повышением уровня загрязнения атмосферы. Ухудшение качества атмосферного воздуха носит локальный характер и ограничивается зоной влияния выбросов загрязняющих веществ. В целом район проведения строительных работ характеризуется допустимым уровнем загрязнения атмосферы.

Изменение состояния воздушной среды при бурении поисково-разведочных скважин может быть связано с поступлением в атмосферу загрязняющих веществ в процессе подготовки площадки, монтажа и демонтажа буровой установки, бурения, крепления, испытания и консервации скважины. Основные источники загрязнения атмосферы - факельный амбар, стационарные дизельные установки, буровая установка, котельная, склад ГСМ, дорожная техника. «Технологические выбросы углеводородного сырья при бурении возможны в результате негерметичности пробуренных скважин, нарушении технологии вскрытия продуктивного пласта, некачественной обсадки пробуренных скважин, длительных испытаний пробуренных скважин с выбросом большого количества газа в атмосферу.»

К стационарным источникам загрязнения атмосферы относятся дыхательные клапана резервуаров метанола, конденсата, газ, поступающий на факельный амбар, электростанция.

Воздействие на водные ресурсы

а) Буровые и эксплуатационные работы.

Буровые работы обычно выполняют с самоподъемных плавучих буровых установок (СПБУ). В результате бурения разведочных и эксплуатационных скважин неизбежно образуются тысячи тонн буровых отходов. Все должно куда-то деваться. По установленной нефтяными компаниями практике на Сахалине, отходы сбрасываются в море. При этом компаниями утверждается, что буровой раствор – это обычная морская вода, а шлам – всего лишь безобидный песок.

Что же такое буровой раствор?

Буровой раствор – наиболее опасный токсичный отход разведки и добычи углеводородов. Вследствие контакта с буровым раствором токсичность приобретает и буровой шлам (выбуренная порода). В состав бурового раствора входят тяжелые металлы, содержащиеся в буровых реагентах, особенно в барите и бентоните. Компонентами буровых растворов могут являться ртуть, хром, цинк, кадмий, медь, свинец, мышьяк, никель, включая утяжелители, густую остаточную трубную смазку и многокомпонентную смазку для резьбы. Шлам также может быть добавочным источником тяжелых металлов в сбросе. Кроме тяжелых металлов, буровой раствор включает различные токсичные вещества, в т.ч. биоциды, а также радиоактивные вещества (напр. гидроксид калия, содержащий изотоп Калий-40).

Существует еще один вид буровых отходов, образующийся при сепарации добытой нефти – пластовая вода. Определено, что металлы барий, бериллий, кадмий, хром, медь, железо, свинец, никель, серебро и цинк могут встречаться в значительно более высоких концентрациях в пластовых водах, чем в морской воде. Пластовая вода содержит как небольшие количества радионуклидов, в особенности радий -226 и -228, так и продукты их распада. Радионуклиды осаждаются при контакте с сульфатами морской воды и образуют накапливающийся радиоактивный осадок, который должен удаляться как радиоактивный отход.

Основными факторами воздействия бурового раствора и шлама на морские экосистемы является: повышение мутности воды, загрязнение акватории токсикантами, изменение физико-химических параметров среды, при этом оказывается следующее влияние на биоту: увеличение мутности что приводит к уменьшению первичной продукции фитопланктона; увеличение взвешенных и растворенных форм металлов влияет на фито- и зоопланктон, происходит изменение биомассы и видового состава; тяжелые металлы, накапливаясь в гидробионтах, передаются по пищевой цепи; заиление в районе проведения буровых работ негативно влияет на видовой состав, биомассу и физиологическое состояние фито- и зообентоса; поступление буровых растворов на морскую среду оказывает прямое токсическое действие на рыб, беспозвоночных и их эмбрионы и личинки.

б) Строительные работы

Основные виды воздействий при строительстве для освоения морских месторождений вообще и в частности, можно классифицировать следующим образом:

1.Воздействие через изменение физических качеств среды обитания гидробионтов – увеличение мутности воды, изменение химического состава и

2.структуры донного осадка, принесение новых донных субстратов, изменение

3.характера водообмена.

4.Воздействие через изменение природных химических параметров среды

5.(pH, содержание кислорода, солевого состава, температурного режима и т.д.)

6.Воздействие опосредованное – через изменение экосистемных связей.

7.Воздействие, оказанное на морские экосистемы при дноуглубительных работах, характеризуется не только разрушением донных биоценозов на месте производимых работ, но и резким уменьшением прозрачности воды.

Наличие взвесей в воде угнетает питание и рост организмов-фильтраторов, нарушает поведение и обмен веществ у рыб.

Присутствие строительных конструкций, шум, производимый в воздухе и под водой, также воздействуют и на морских млекопитающих. Результаты исследований, проведенных учеными в 1999-2000 г., показали, что с началом работ по установке платформы «Моликпак» в поведении серых китов охотско- корейской популяции произошли некоторые изменения. В частности, группы китов уменьшились (с 3-4 особей до 1-2), изменились направление движения китов, частота дыхания. В период непосредственной установки платформы на точку бурения, китов не наблюдали в этом районе в течение нескольких дней. При уменьшении или исчезновении кормовой базы, локализованной в районе работ на дне моря, этим животным будет некуда уйти, т.к. на новом месте они не смогут найти привычную пищу.

в) Аварийные разливы нефти и запланированные потери.

Аварии являются неизбежным спутником любых нефтяных промыслов и источником загрязнения на всех этапах промышленной эксплуатации нефтяных месторождений. Разливнефти может произойти в процессе эксплуатации после не ожидаемого взрыва буровой платформы. ( до 15 мая 2001г, взрывы буровую платформу уже 3 раз случились в Бразилии ).

(Рис.3 Аварийные разливы нефти и запланированные потери.)

Нефть очень легкая субстанция и по своим химическим свойствам относительно быстро рассеивается по поверхности. Ветер разбивает скопления нефти на мельчайшие частицы, быстро распространяющиеся в огромных толщах воды на большие расстояния, Она также попадает в русла впадающих рек.

Взрослые особи рыб подвергаются воздействию разливов нефти при употреблении загрязненной пищи (планктона) и воды. Нефть оказывает почти летальный эффект на сердце, изменяет дыхание, увеличивает печень, замедляет рост, разрушает плавники, приводит к различным биологическим и клеточным изменениям, влияет на поведение рыб. Исследования, проведенные американскими учеными, показали,что даже через 10 лет после аварии в заливе Принс Уильям на Аляске не восстановились популяции, а из 28 видов животных осталось только 2. И в заливах северо-востока Сахалина отмечено 8 видов одного из главных рыбных ресурсов у берегов острова – семейства лососей. Наиболее многочисленными являются 4 вида – горбуша, кета, сима, кижуч. Рис.3

Под воздействие нефти также попадают морские птицы и млекопитающие, входящие в непосредственный контакт с разлитой нефтью. Их гибель происходит не только в результате прямой нефтяной интоксикации, но и за счет нарушения терморегуляции, способности мигрировать и питаться. Разливы нефти, от средних до крупных, вызывают обычно гибель около 5 000 птиц. Ясно, что для восстановления популяции на прежнем уровне потребуется длительное время.

2.3 Воздействие на почвенный покров

Результаты исследований химического состава почв буровых площадок некоторых месторождений свидетельствуют о том, что уже на стадии разведочного бурения происходят их загрязнение и трансформация. Техногенное воздействие обусловливает формирование четко выраженных геохимических полей, в пределах которых выделяются локальные участки с высокими концентрациями (часто превышающими гигиенические и экологические нормативы) различных поллютантов.

а) Механическое воздействие на почвы.

Основным видом воздействия на почвенный покров на стадии подготовительных работ и строительства объектов является механическое нарушение естественного состояния почв.

Влияние геологоразведочных работ состоит в нарушении поверхности и почвенно-растительного покрова при организации и обустройстве площадок буровых работ, строительстве и эксплуатации временных дорог и поселков разведчиков, прокладке дорожных трасс и зимников гусеничного транспорта, неорганизованной езды гусеничного транспорта. Еще большие разрушения ландшафтов вызывает транспортировка тракторами не разобранных буровых вышек: при передвижении буровой вышки на 15 км нарушается до 100 га поверхности, подверженной, в последующем, активизации различных экзогенных, в т.ч. криогенных процессов.

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.

Наибольшее воздействие на почвенный покров оказывают строительные (возведение буровых установок, их инфраструктуры и коммуникаций) и рекультивационные (снятие плодородного слоя почв, засыпка траншей, планировка амбаров и др.) работы. Они сопровождаются перемещением значительного объема грунта, удалением плодородных горизонтов и педотурбациями (перемешиванием субстрата почвенных генетических горизонтов), ухудшающими экологические свойства нарушенных почв в ландшафте.