УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО – ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ

ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

Фесенко Ігор Миколайович

УДК 622.24:502.654

ОЦІНКА ЯКОСТІ ВІДХОДІВ БУРІННЯ ТА КОНТРОЛЬ ЗА СТАНОМ ГРУНТІВ В РАЙОНАХ СПОРУДЖЕННЯ НАФТОВИХ ТА ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН

(на прикладі ДДЗ)

Спеціальність 21.06.01 – техногенна безпека держави

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському національному університеті ім В.Н. Каразіна, Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Решетов Іван Костянтинович

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Фик Ілля Михайлович

Український науково – дослідний інститут

природних газів, м. Харків,

заступник директора з наукової роботи

кандидат технічних наук

Захарченко Михайло Андрійович

Український науково – дослідний інститут екологічних проблем, м. Харків,

провідний науковий співробітник

Провідна установа: Національна гірнича академія України, кафедра екології, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 14.03.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в Українському науково – дослідному інституті екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського науково – дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 12.02.2002 р.

Вчений секретар

cпеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Роботи, пов'зані із спорудженням нафтогазових свердловин супроводжуються утворенням значних об'ємів відходів буріння. Це бурові стічні води (БСВ), відпрацьовані промивальні рідини та бурові шлами (БШ), до складу яких входять розчинні органічні та мінеральні домішки, нафта та нафтопродукти. Виявлено, що на 1 м буріння припадає 1-1,5 м3 відходів. Для свердловин, що споруджуються на території нафтогазової провінції Дніпровсько – Донецької западини (ДДЗ) з глибинами буріння 4 – 6 тис. м, загальна кількість відходів буріння становить 4 - 8 тис. м3 на одну свердловину. Для всієї ДДЗ ця цифра становитиме кілька сотень тисяч метрів кубічних відходів на рік. Потрапивши в навколишнє середовище ці техногенні відходи приводять до погіршення якості підземних та поверхневих вод, забруднення атмосфери, скорочення земельного фонду та зниження родючості ґрунтів.

Разом з тим, збільшення обсягів буріння, переміщення цих робіт в сільськогосподарські та водоохоронні зони, збільшення глибин буріння, використання для обробки бурових промивальних рідин широкої номенклатури хімічних реагентів, прийняття нових законів по охороні навколишнього середовища і, відповідно, більш жорсткий контроль природоохоронних органів визвали гостру необхідність проведення досліджень з охорони довкілля при спорудженні нафтогазових свердловин.

Як показують дослідження, сучасні технології збору, зберігання, обробки та захоронення відходів буріння не забезпечують в повній мірі захист ґрунтів, поверхневих та підземних вод. Крім того, виконання бурових робіт проводиться без екологічного контролю.

В цьому аспекті розробка природоохоронних рекомендацій по оцінці якості відходів та контролю забруднення ґрунтів в районі проведення бурових робіт на нафту та газ є актуальною науково – технічною проблемою. Вирішення цієї проблеми дозволить проводити оцінку та контроль забруднення ґрунтів в районі проведення бурових робіт, що в свою чергу дасть змогу своєчасно впроваджувати природоохоронні технічні рішення і тим самим підвищити техногенну безпеку проведення робіт по спорудженню нафтогазових свердловин.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності до договору підряду між НДІ технології буріння та Міжвідомчим Екологічним центром АН України та Мінприроди України №20/1 "Визначити вплив різних реагентів, що використовуються при проведенні бурових робіт на ґрунти і рослини" (Замовник – Держкомгеології України, реєстраційний номер держбюджетної теми UA01013075Р "Розробити і впровадити рекомендації по прогнозу токсичності відходів буріння. Визначити ГДК (ОДК) токсичних речовин в ґрунті".) та договору №1-98/17: "Розробити систему контролю навколишнього середовища в районі бурової" (Замовник – Держкомгеології України, реєстраційний номер держбюджетної теми 0197V006640).

Мета та задачі дослідження. Мета роботи - наукове обґрунтування та розробка методу оцінки класу небезпеки відходів буріння і визначення пріоритетних показників оцінки стану ґрунтів в районі бурових площадок.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані наступні задачі досліджень:

1. Провести аналіз складу та властивостей відходів буріння, основних природоохоронних заходів та технологій при роботі з відходами.

2. Дослідити вплив відходів буріння на ріст і розвиток сільськогосподарських рослин з метою визначення орієнтовно допустимих концентрацій (ОДК) складових відходів буріння у ґрунті.

3. Застосувати розрахунковий метод оцінки класу небезпеки відходів буріння та розробити програму розрахунку класу небезпеки багатокомпонентної системи відходів.

4. Визначити і науково обґрунтувати пріоритетні показники оцінки стану ґрунтів на бурових площадках при бурінні свердловин на нафту і газ.

5. Розробити методику контролю забруднення ґрунтів в районі бурової площадки.

6. Впровадити в промисловість запропонований метод оцінки класу небезпеки відходів буріння та методику контролю стану ґрунтів в районі бурових площадок з метою підвищення техногенної безпеки процесу спорудження нафтогазових свердловин.

7. Обґрунтувати застосування технічних заходів по підвищенню техногенної безпеки при спорудженні нафтових та газових свердловин з урахуванням розроблених методів оцінки та контролю за буровими відходами.

Об'єкт дослідження є процес забруднення ґрунтів Дніпровсько - Донецької западини, яка є регіоном найбільш інтенсивних робіт на буріння нафтогазових свердловин в Україні, відходами буріння.

Предмет дослідження – оцінка небезпеки відходів буріння та контроль забруднення ґрунтів під час спорудження нафтогазових свердловин.

Методи досліджень. Для вивчення фізико-хімічних властивостей відходів буріння, їх фазового складу, вмісту компонентів використовувалися хімічні та фізико–хімічні методи дослідження.

Вивчення впливу хімічних реагентів на ріст та розвиток рослин з визначенням їх ОДК у ґрунті проводилися порівняльно–аналітичними методами – моделюванням забруднення у мікровегетаційних посудинах Нейбауера у трьох повторностях.

Розрахунки класу небезпеки відходів буріння проводились на ПЕОМ за допомогою програми, написаної на мові Фортран.

Визначення фізико-хімічних властивостей ґрунтів навколо бурової площадки на основі пріоритетних показників проводилося сучасними хіміко-аналітичними методами, які є атестованими і регламентованими "Переліком тимчасово допущених до використання атестованих методик визначення складу та властивостей проб об'єктів довкілля, викидів та скидів забруднюючих речовин в них", Київ, 1997 р.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблено науковий метод оцінки класу небезпеки відходів буріння. Метод базується на використанні гранично допустимих концентрацій (ГДК) у ґрунті хімічних речовин, що входять до складу відходів, їх концентрації в загальній масі відходів та їх розчинності у воді;

- вперше досліджено вплив відходів буріння на сільськогосподарські рослини та визначено допустимі концентрації хімічних реагентів та речовин, що входять до складу відходів буріння, у ґрунтах;

- вперше визначено пріоритетні показники для оцінки забруднення ґрунтів в районі бурових площадок;

- розроблено нормативний документ по контролю якості ґрунтів в районі бурових площадок КНД 41 – 000 32 626-000-326-99 "Визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок. Методичні вказівки";

- розроблено галузевий стандарт України, який відображає основні природоохоронні вимоги щодо проведення технічної та біологічної рекультивації земель під час спорудження нафтових та газових свердловин ГСТУ 41 – 00032626-00-023-2000 "Охорона довкілля. Рекультивація земель під час спорудження нафтових та газових свердловин".

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблений метод оцінки класу небезпеки відходів буріння включено до галузевого стандарту України ГСТУ 41-00 032 626-00-007 – 97 "Охорона довкілля. Спорудження розвідувальних і експлуатаційних свердловин на нафту і газ на суші. Правила проведення робіт". (ГСТУ 41-00 032 626-00-007 – 97 Додаток К. Методичні вказівки щодо визначення класу небезпеки відходів буріння).

2. Наукові основи елементів моніторингу ґрунтів навколо бурових площадок викладено в керівному документі КНД 41-000 32 626-000-326 – 99 "Визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок. Методичні вказівки". Розроблений керівний нормативний документ регламентує проведення контролю стану ґрунтів в районі бурових площадок і його впровадження дозволяє підвищити науковий рівень складання матеріалів оцінки впливів на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і спорудженні нафтогазових свердловин.

3. Визначені ОДК складових відходів буріння у ґрунті включено до галузевого стандарту України ГСТУ 41 – 00032626-00-023-2000 "Охорона довкілля. Рекультивація земель під час спорудження нафтових та газових свердловин".

4. Визначення класу небезпеки відходів буріння дозволило вперше в Україні науково-методично обґрунтувати плату за забруднення навколишнього середовища при розміщенні відходів буріння, а також розробити науково - обґрунтовані рекомендації по облаштуванню системи збору, зберігання відходів буріння та пластових флюїдів. Результати досліджень, викладені в нормативних документах, є обов'язковими для впровадження на підприємствах нафтогазового комплексу України, а також для підприємств і громадян – суб'єктів підприємницької діяльності незалежно від форм власності, які ведуть розвідувальне та експлуатаційне буріння на нафту і газ на території України.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні теоретичних та експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів, формулюванні основних положень і висновків. Досліджено властивості відходів буріння, їх склад, виявлено місця техногенного забруднення на буровій площадці. Виконано дослідження по вивченню впливу компонентів, що містяться в бурових відходах, на ґрунти, ріст та розвиток сільськогосподарських рослин, а також визначено орієнтовно - допустимі концентрації таких речовин у ґрунті. Виконано теоретичні розрахунки та запропоновано метод оцінки класу небезпеки відходів буріння. Розроблено алгоритм та програму розрахунку класу небезпеки багатокомпонентної системи відходів буріння на ПЕОМ. Виконано наукове обґрунтування системи контролю навколишнього середовища при бурінні свердловин на нафту і газ з визначенням пріоритетних показників забруднюючих речовин. Впроваджено в нафтопромисловий комплекс України результати досліджень, зокрема розрахунковий метод оцінки класу небезпеки відходів буріння та методики визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на науково-практичній конференції "Стан, проблеми і перспективи розвитку нафтогазового комплексу західного регіону України" (м. Львів, 1995 р.); на семінарі "Применение экспрессных методов при выполнении экологических исследований" (г. Киев, 1996 г.); на міжнародних конференціях УНГА "Нафта і газ України" (м. Полтава, 1998 р., м. Івано-Франківськ, 2000 р.); на міжнародній науково-технічній нараді "Екологія в нафтогазовій промисловості" (м. Київ, 1998 р.); на науково – технічній конференції "Проблеми безаварійної експлуатації та екологічна безпека накопичувальних та гідротехнічних споруд" (м. Івано-Франківськ, 1999 р.); на конференції "Оцінка впливу об'єктів будівництва на навколишнє середовище (ОВНС). Аналіз та проведення природоохоронних заходів згідно з ДБН А.2.2-1-95"(м. Ялта, 2000 р.); на міжнародному форумі-конференції Єврорегіонів "Мир та безпека", секція "Промислова та екологічна безпека (м. Івано-Франківськ, 2000 р.), на науково – практичній конференції "Земельна реформа в Україні. Сучасний стан та перспективи подальшого удосконалення земельних відносин" (м. Київ, 2001 р.), на наукових семінарах кафедри гідрогеології геолого-географічного факультету ХНУ.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 10 наукових праць, із них 4 статті у фахових журналах та збірниках наукових праць.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, основних висновків, списку використаних джерел з 144 найменувань та 8 додатків на 25 сторінках. Обсяг дисертації становить 167 сторінок машинописного тексту, у тому числі 31 таблиця та 12 рисунків на 47 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, наукову новизну, практичну цінність, захищаємі положення, особистий внесок здобувача і коротко викладено основні положення дисертації.

У першому розділі розглянуто стан проблем техногенного навантаження на природне довкілля при спорудженні нафтових та газових свердловин. Визначені джерела техногенного забруднення відходами буріння на буровій площадці. Дано коротку характеристику відходів буріння та їх складу. Експертні оцінки Полтавського відділення УкрДГРІ показують, що відходи буріння в своєму складі вміщують до 10% нафти та нафтопродуктів, до 60 кг/м3 забруднюючої органіки, значну кількість розчинних солей, величина рН відходів знаходиться у межах 6,0 – 10,0. Показники якості бурових шламів наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Показники якості бурових шламів

№ свердловини, найменування площі Вміст твердої фази, % Вміст нафти, % Вміст органіки по ХСК фільтрату, кгО2/м3 Мінералізація фільтрату, кг/м3 рН

№ 20 Абазівська 32,9 7,9 17,8 68,0 7,13

№ 34 Макарцівська 38,58 8,1 39,65 63,73 7,23

№ 62 Коржівська 35,97 9,0 7,56 56,16 6,89

№ 186 Рибальська 36,17 7,4 16,86 64,12 7,42

№ 126 Качанівська 31,15 6,8 8,22 58,19 7,53

Також треба зазначити, що БШ містять в декілька раз більше нафтопродуктів, забруднюючої органіки та розчинених солей ніж БСВ.

Зроблено аналіз існуючих природоохоронних заходів по запобіганню забруднення відходами буріння, їх нейтралізації та захоронення, показано переваги та недоліки розглянутих способів. На основі аналізу літературних джерел та передового досвіду вітчизняних та зарубіжних бурових підприємств визначено основні напрямки дослідження впливу процесу буріння нафтогазових свердловин на довкілля:

- вивчення впливу бурових відходів на стан ґрунтів, поверхневих та підземних вод;

- розробка методів і технічних засобів очищення, утилізації та нейтралізації бурових відходів;

- розробка заходів по зниженню забруднення довкілля, відновлення родючості ґрунтів.

Виходячи з цих напрямків дослідження було сформульовано основні наукові задачі дисертаційної роботи:

- розробити рекомендації по прогнозу якості відходів буріння для підвищення безпеки їх зберігання, переробки та захоронення;

- розробити систему контролю стану ґрунтів в районах бурових площадок в процесі спорудження нафтогазових свердловин.

Другий розділ присвячено розробці методу оцінки класу небезпеки відходів буріння.

Складність визначення класу небезпеки промислових відходів, і бурових відходів зокрема, пов'язана з багатокомпонентністю складу та багатогранністю взаємодії їх з навколишнім середовищем. На сьогодні відомо майже 50 основних хімреагентів і більше 500 модифікацій цих реагентів, що використовуються для приготування та обробки бурових промивальних рідин.

В основу класифікації утворених промислових відходів покладено різні принципи: вид виробництва, агрегатний стан, фізичний стан, вміст органічних та неорганічних компонентів. Але жодна з існуючих класифікацій не відображає достатньою мірою ступень небезпеки відходів буріння свердловин на нафту та газ. Оцінку класу небезпеки таких відходів ускладнює технологія їх переробки – вона виключає роздільне накопичення, зберігання та ліквідацію відходів.

На даний час при регламентації хімічних речовин у ґрунті враховується можливий вплив токсичних речовин на контактуючі з ґрунтом осереддя (їх токсичність, стабільність у ґрунті, рівень міграції по шару ґрунту у підземні води, перехід у рослини, вплив на ґрунтовий мікробіоценоз). За такою схемою регламентування можливо достатньо обґрунтовано оцінити небезпеку хімічних забруднювачів ґрунту і орієнтовно розділити їх за класами небезпеки: надзвичайно небезпечні, дуже небезпечні, помірно небезпечні, мало небезпечні.

Запропоновано визначення класу небезпеки бурових відходів проводити розрахунковим методом, який базується на таких принципах: оцінка токсичності відходів буріння за провідним компонентом та оцінка рівня небезпеки відходів для навколишнього природного середовища, використовуючи відомі токсикологічні та фізико-хімічні характеристики хімічних речовин, а також визначені та затверджені ГДК хімічних речовин у ґрунті.

За критерій токсичності прийнято ГДК у ґрунті хімічних речовин, що входять до складу відходів, їх концентрації в загальній масі відходів. Критерієм небезпеки для навколишнього середовища є розчинність хімічних речовин у воді. Цей показник визначає міграцію забруднювачів у поверхневі та підземні води, можливість накопичення в ґрунті та рослинах.

За рекомендаціями Міністерства охорони здоров'я, виходячи із зазначених параметрів, індекс небезпеки хімічної речовини визначається за формулою:

Кі = , (1)

де: Кі – індекс небезпеки; ГДКі – гранично допустима концентрація небезпечної хімічної речовини, яка міститься у відходах, у ґрунті, мг/кг ґрунту; S – коефіцієнт розчинності хімічної речовини у воді; Св – вміст хімічної речовини в загальній масі відходів; і – порядковий номер даної речовини.

Величину Кі визначають окремо для кожного компонента і округляють до першого знаку після коми. Після цього вибирають 1-3 ведучих компонентів суміші, що мають мінімальне значення, крім того, повинні виконуватися вимоги К1<К2<К3 та 2К1?К3.

Потім визначають сумарний індекс небезпеки за формулою:

КУ = , (2)

де і ? 3, і визначають клас небезпеки за допомогою таблиці 2.

Таблиця 2

Класифікація небезпечності хімічних речовин на основі ГДК в ґрунті

Розрахункова величина за ГДК в ґрунті Клас небезпеки Ступінь небезпечності

Менше 2 Від 2 до 16 Від 16 до 30 Більше 30 I II III IV Надзвичайно небезпечні Дуже небезпечні Помірно небезпечні Мало небезпечні

В процесі роботи були визначені допустимі концентрації і розраховані коефіцієнти небезпеки для 36 реагентів, що використовуються при спорудженні нафтогазових свердловин. Враховуючи отримані результати проведено розрахунок класу небезпеки відходів буріння з різним вмістом реагентів у відходах.

Для розрахунку різних комбінацій компонентів розроблена програма на мові ФОРТРАН – 77. Ця програма дає змогу оцінити клас небезпеки багатокомпонентної системи з урахуванням розчинності, концентрації та ГДК кожного реагенту. Серед усіх компонентів бурових відходів програма проводить вибір трьох найбільш небезпечних і серед них робить розрахунок класу небезпеки усієї системи.

Таким чином, розроблено метод оцінки класу небезпеки відходів буріння, який включений в галузевий стандарт України ГСТУ 41-00 032 626-00-007 – 97 "Охорона довкілля. Спорудження розвідувальних і експлуатаційних свердловин на нафту і газ на суші. Правила проведення робіт". (ГСТУ 41-00 032 626-00-007 – 97. Додаток К. Методичні вказівки щодо визначення класу небезпеки відходів буріння).

Третій розділ присвячено визначенню допустимих концентрацій токсичних речовин в ґрунті, вивченню фітотоксичної дії іонів солей та реагентів.

По причині відсутності значень ОДК у ґрунті для реагентів, що використовуються для буріння свердловин на нафту та газ, були проведені роботи по їх визначенню методом моделювання забруднення в мікровегетаційних посудинах. Методи дослідження: модельні і порівняльно– аналітичні. Модельні досліди проводилися в трьох повтореннях. Забруднення ґрунту проводилося розчинами хімічних речовин, що входять до складу бурових відходів, по трьох рівнях: слабкому - 5 л/м2, середньому – 15 л/м2 і сильному – 30 л/м2 ґрунту. Рослинним індикатором був обраний ячмінь сорту Нутанс та овес.

Визначено розподілення досліджених хімічних речовин на дві групи – добре розчинні у воді та водонерозчинні сполуки. До першої групи належать мінеральні солі – хлориди натрію, кальцію та магнію. До другої групи - нафта, нафтопродукти та смоли. Це обумовило основні напрямки впливу реагентів на ґрунт: фітотоксична дія аніонів, пряма фітотоксична дія водонерозчинних реагентів, зміни у складі вбирного комплексу ґрунту й руйнування структури ґрунту.

Також треба зазначити принципову різницю між негативним впливом іонів водорозчинних солей і водонерозчинними сполуками реагентів. Перші негативно діють як токсиканти на кореневу систему рослини, а також диспергують ґрунт, тим самим погіршуючи водно-повітряний режим ґрунту. Водонерозчинні сполуки, як токсиканти для клітин кореневих систем, нейтральні, але обкутуючи поверхню кореневих систем рослин плівкою, вони перешкоджають надходженню до кореневих волосків поживних речовин, води та кисню.

При засоленні ґрунту хлоридом натрію пригнічення паростків ячменю спостерігалось при 0,75% вмісті реагенту у ґрунті, що відповідає забрудненню 5 л/м2 бурових відходів для 30% -ної насиченості реагентом або 15 л/м2 для 10% - ної насиченості реагентом. При більшому забрудненні ґрунту хлоридом натрію (1,5% та вище) насіння рослин не проростає.

Внесення до ґрунту незначної кількості хлориду кальцію (до 0,22%) позитивно впливає на продуктивність зеленої маси ячменю, але подальше забруднення цим реагентом пригнічує розвиток рослин. При внесенні до ґрунту хлориду магнію пригнічення росту рослин ячменю спостерігалось при 0,75% маси реагенту від маси ґрунту.

Дослідження впливу нафти показали, що при концентраціях 5 - 10% нафти до загальної маси ґрунту, рослини не сходять або гинуть на 5 – 7 день, при концентраціях 2% рослини виживають лише при умовах, коли насіння було посіяно через 3 місяці після забруднення. При концентраціях 1% - рослини проростають, але вони слабкі і їх біомаса в 4 - 6 разів менша в порівнянні з контрольними зразками. Лише при концентраціях менших ніж 0,4% нафти негативного впливу на рослини не спостерігалося.

Рослинна діагностика виявила оптимальний рівень вмісту смоли соснової і деревинної у ґрунті, відповідно 0,075% і 0,11% маси ґрунту.

В результаті досліджень визначено ОДК компонентів відходів буріння в ґрунті (мг/кг ґрунту): лігносульфонати технічні (ЛСТ) – 2000; барда сульфітно-спиртова хромована конденсована (КССБ) – 2000; феро-хромлігносульфонат (ФХЛС) – 10000; порошкоподібний вуглецеволужний реагент (ПВЛР) – 7000; гідролізований поліакрілонітрил (гіпан) – 10000; акріло-нітрильний лінгносульфонатний реагент (аніліс) – 10000; поліакріламід-гель технічний (ПАА) – 400; карбоксиметілцелюлоза (КМЦ) – 3000; оксиметілцелюлоза (ОЕЦ) – 3000; калій хлористий (КСl) – 560; натрію гідрооксид (NaОН) – 2000; сода кальцінована (Na2CO3) – 200; алюмінат натрію (NaAlO2) – 3000; графіт – 5000; баритовий концентрат – 50000; нафта – 4000; замазувальна домішка ЗМАД-1 – 4000; тарін – 2000; бітумний структуроутворювач – 5000; флотореагент Т-66 – 300; флотореагент Т-80 – 300; сульфонол – 100; гідрофобізуюча кремній органічна рідина (ГКЖ-10) – 100; поверхнево – активна речовина (ОП-10) – 1000; нітрилотриметілфосфонова кислота (НТФ) - 100, суперфосфат – 200; лігносил – 5000; аеросил (МАС-200) – 500; синтетичні жирні киcлоти (СЖК) – 1000; гідрооксид кальцію (Са(ОН)2) – 8000; сульфат заліза (FeSО4Ч7H2O) – 10000; хлористий кальцій (CaCl2) – 2200; хлористий магній (MgCl2) – 7500; хлористий натрій (NaCl) - 2500; смола соснова – 750; смола деревинна – 1100.

Четвертий розділ присвячено вивченню міграційних процесів в районі розташування амбарів – шламонакопичувачів, визначенню пріоритетних показників для оцінки стану ґрунту та розробці методики по визначенню забруднення ґрунтів в районі бурової площадки.

Дослідно - методичні роботи по вивченню міграційних процесів в районі розташування амбарів - шламонакопичувачів проводилися з метою визначення міграції забруднюючих компонентів фільтратів відпрацьованих промивальних рідин та бурових стічних вод і розмірів можливих зон міграції.

Як приклад, розглядалися процеси міграції забруднюючих речовин на двох свердловинах.

Розрахунок класу небезпеки бурових відходів на свердловині № 7 Загорянської площі ДГП "Полтавнафтогазгеологія" (виконаний у відповідності з методикою, викладеною у 2 розділі) показав, що на всіх інтервалах буріння вони не перевищують IV клас небезпеки. Згідно проекту на спорудження свердловини коефіцієнт фільтрації ґрунтів в районі бурової площадки складав 1,76х10-5 – 1,02х10-5 см/с. Фактичні значення коефіцієнту фільтрації, визначені на приладі ПФГ-2, склали 1,00х10-5 - 1,02х10-5 см/с, що у відповідності до СНиПу 2.01.28-85 не перевищує гранично - допустимого значення коефіцієнту фільтрації ґрунтів для сховищ відходів IV класу небезпеки (10-5 см/с), тому додаткового обладнання амбарів спеціальним протифільтраційним покриттям не проводилося.

Контроль за станом ґрунтів здійснювався поквартально в продовж всього періоду спорудження свердловини, що склало 39 місяців. Точки для спостережень були розташовані в зоні передбачуваного впливу системи амбару - накопичувача, яка осягає прилеглу територію на віддалені 3, 6, 9 м від обвалування і глибині 2, 3, 4 м.

Незважаючи на те, що система збору та зберігання відходів буріння була облаштована відповідно до чинних технологічних вимог, одержані результати досліджень свідчать про протікання процесів міграції забруднюючих речовин в 3 та 6 м зонах. Вміст забруднювачів в 9 м зоні протягом всього періоду спостережень практично не зріс. Все це свідчить про те, що розповсюдження міграційних процесів у 9 м зоні не відбулося.

Аналогічні результати по вивченню розповсюдження забруднюючих речовин отримано на свердловині №9 Рудівської площі ДГП "Чернігівнафтогазгеологія" (термін спостереження 40 місяців). Дослідженнями встановлено, що на швидкість міграції забруднюючих речовин суттєво впливають такі фактори, як: температура середовища, при підвищенні якої міграційні процеси посилюються, при зниженні – послаблюються; концентрація забруднюючої речовини, при збільшенні якої швидкість міграції збільшується.

Оцінка якості відходів буріння, результати дослідження міграційних процесів відходів буріння, аналіз сучасного екологічного стану водних об'єктів, земельних фондів, організація контролю еколого-агрохімічних властивостей ґрунтів дозволили рекомендувати наступні пріоритетні показники для оцінки стану ґрунтів в районі бурової площадки: вміст гідрокарбонат-іонів, іонів натрію, калію, кальцію, магнію, хлору, сульфат-іону, рН, кількість нафтопродуктів, органічних речовин, загальну кількість іонів заліза та хрому, суми токсичних солей у водній витяжці.

Вміст перелічених показників визначається доступними хіміко - аналітичними методами, які є атестованими і регламентовані "Переліком тимчасово допущених до використання атестованих методик визначення складу та властивостей проб об'єктів довкілля, викидів та скидів забруднюючих речовин в них". Київ, 1997.

Визначені пріоритетні показники для оцінки стану ґрунту в районі бурової площадки та методики їх вимірювання викладені в керівному документі КНД 41-000 32 626-000-326 – 99 "Визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок. Методичні вказівки".

У п'ятому розділі наведено результати впровадження розроблених природоохоронних заходів по захисту довкілля у районах спорудження нафтових та газових свердловин, які складаються з двох етапів:

а) апробація методу оцінки класу небезпеки відходів буріння на стадії складання проектно – кошторисної документації на спорудження нафтогазових свердловин;

б) промислове впровадження методики визначення забруднення ґрунтів в процесі спорудження нафтогазових свердловин.

Впровадження розробленого методу оцінки класу небезпеки відходів буріння проведено для свердловин Липово – Долинського, Сахалінського, Західно - Козіївського, Коржівського та Бугруватівського родовищ ВАТ "Укрнафта". Розрахунки сумарних індексів токсичності по всім свердловинам доводять, що згідно класифікації небезпеки хімічних речовин на основі ГДК в ґрунті, розраховані індекси значно перевищують табличні величини і відповідно бурові відходи відносять до IV класу небезпеки (ступінь небезпеки – малонебезпечні). Приведені розрахунки класу небезпеки відходів буріння є складовою "Результатів досліджень фільтраційних характеристик ґрунтів в місцях спорудження амбарів – накопичувачів бурових відходів на площадках свердловин № 29 Липово – Долинського, № 51 Сахалінського, №№ 63, 82 Західно - Козіївського, № 24 Коржівського та № 321, 404, 441, 451 Бугруватівського родовищ", затверджених директорами НДІ технологій буріння та ВАТ "Український нафтогазовий інститут". Результати розрахунків отримали позитивну екологічну експертизу в Державному управлінні екологічної безпеки у Сумській області.

Виконано дослідження проб ґрунтів, відібраних на земельних ділянках на яких планується провести бурові роботи (свердловини №№ 97, 321 Бугруватівського родовища та № 63 Південно – Афанасіївського родовища) і на ділянках, на яких проведені бурові роботи і виконано технічний етап рекультивації (свердловини №№ 62, 66 Південно – Афанасіївського родовища). Данні що до стану ґрунтів земельної ділянки свердловини № 62 Південно – Афанасіївського родовища Охтирського УБР ВАТ "Укрнафта" наведено у таблиці 3. На вказаній ділянці виконано роботи по технічному етапу рекультивації в повному обсязі згідно проектно-кошторисної документації. Приоритетні показники стану ґрунтів визначено згідно КНД 41 000 32626 – 00 – 326 – 99 "Визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок. Методичні вказівки".

Таблиця 3

Іонний склад водної витяжки ґрунтів бурової площадки свердловини № 62 Південно – Афанасіївського родовища

Назва забруднюючої речовини Одиниця виміру ГДК (ОДК) в ґрунті за Точка відбору проби

СанПиН 42-128-4433-87 ГОСТ 17.5.3.06-85 ГСТУ 41-00032626-00-007-97 Контроль № 1 в р-ні устя сверд-ловини № 2 в р-ні амбару для скиду загазова-ної рідини № 3 в р-ні під'їздних шляхів № 4 в р-ні розташування амбарів відходів буріння

Водорозчинні солі г/кг -- 2,5 -- 0,71 0,4 0,65 0,75 1,05

НС03- мг/кг -- -- -- 197,5 124,5 255,5 312,0 185,0

Cl- - " - -- -- -- 186 190,5 241,0 287,0 550,0

Na+ - " - -- -- -- 136 58,5 171,5 80,0 208,5

K+ - " - -- -- -- 13 5,5 9,0 10,0 23,0

Ca2+ - " - -- -- -- 18 4,5 1,5 10,5 14,5

Mg2+ - "- -- -- -- 8,5 14,0 13,0 17,0 19,0

Загальний вміст Cr - "- 6,0 -- -- 0,50 4,50 0,50 2,00 0,80

Загальний вміст Fe - " - -- -- -- 1,60 2,05 1,85 1,75 2,65

Нафтопродукти - " - -- -- 4000 85 405 1070 555 125

pH од. рН -- 5,5 – 8,2 -- 7,68 7,22 7,08 7,22 7,53

Органічні сполуки мгО2/дм3 -- -- -- 1200 1350 1150 1510 1500

З таблиці 3 видно, що показники забруднюючих речовин не перевищують допустимих концентрацій для ґрунтів, але відносно контрольних спостерігається перевищення по таким реагентам: по хлору в 3 рази (в районі розташування амбарів шламонакопичувачів), по загальному вмісту хрому в 9 разів ( в районі устя свердловини), по нафтопродуктам в 10 разів (в районі амбару для скиду загазованої рідини). Згідно діючих нормативних документів рекультивована земельна ділянка, відведена для спорудження свердловини № 62 Південно-Афанасіївського родовища, може бути рекомендована для передачі основному землекористувачу для проведення біологічної рекультивації з подальшим використанням в сільськогосподарському виробництві.

Таким чином, впровадження нормативного документу КНД 41 000 32626 – 00 – 326 – 99 "Визначення забруднення ґрунтів навколо бурових площадок. Методичні вказівки" дає можливість науково-обґрунтовано розробляти матеріали оцінки впливів на навколишнє середовище при складанні проектів на спорудження нафтогазових свердловин та природоохоронні заходи на стадії технічної та біологічної рекультивації порушених земель на заключному етапі спорудження свердловини.

Рекомендації що до визначення класу небезпеки відходів буріння дозволили буровим підприємствам України упорядкувати плату за розміщення відходів у навколишньому середовищі відповідно до постанови Кабміну України №303 від 01.03.99 р. "Про затвердження Порядку встановлення нормативів збору за забруднення навколишнього природного середовища і стягнення цього збору". Згідно цієї постанови за розміщення відходів, на які не встановлено клас небезпеки, береться норматив, встановлений за розміщення відходів першого класу небезпеки (норматив збору - 55 гр/т). Таким чином, оцінка якості відходів буріння і віднесення таких відходів до ІV клас небезпеки (норматив збору – 0,2 гр/т) слід розглядати як важливий резерв зниження вартості спорудження свердловин на нафту і газ.

У шостому розділі на основі дослідження по оцінці класу небезпеки відходів буріння, та контролю забруднення земельних ділянок, на яких проводяться буріння свердловин, викладено технічні рішення на підвищення техногенно–екологічної безпеки під час спорудження нафтогазових свердловин (рис.1).

Результати досліджень по оцінці класу небезпеки відходів буріння та контролю забруднення земельної ділянки, на якій проводяться роботи під час спорудження нафтових та газових свердловин, дозволили розробити технічні заходи по зменшенню негативного впливу цих робіт на довкілля. Запропоновано вибір конструкції протифільтраційних екранів при облаштуванні шламових амбарів для збору та зберігання відходів буріння проводити з урахуванням класу небезпеки відходів буріння.

Рис. 1 Технічні заходи по зменшенню негативного впливу бурових робіт

на довкілля

Рекомендовано при зберіганні відходів буріння IV класу небезпеки: в ґрунтах з коефіцієнтом фільтрації більшим ніж 10-4 см/с використовувати плівкові екрани; в ґрунтах з коефіцієнтом фільтрації 10-4 – 10-5 см/с в залежності від інженерно – геологічних характеристик ґрунтів, виробничих та економічних умов поряд з плівковими екранами використовувати або глинисті, або колоїдно–хімічні екрани .

Необхідно розробляти та реалізовувати заходи по рекультивації порушених земель з урахуванням показників рівня та характеру забруднення ґрунтів. Рекомендовано на стадії технічної рекультивації земель при величині рН < 5,5 проводити вапнування, а при рН > 8,2 проводити гіпсування земель. При реалізації робіт по біологічній рекультивації в залежності від рівня забруднення ґрунтів нафтою рекомендовано проводити наступні заходи: при забрудненні нижче ГДК – внесення органічних та мінеральних добрив – агротехнічні заходи – термін рекультивації 2 роки; при забрудненні вище ГДК – додаткове внесення органічних та мінеральних добрив – додаткові агрохімічні заходи – термін рекультивації – 3 – 4 роки. Розроблені природоохоронні заходи по захисту ґрунтів з урахуванням рівня їх забруднення включені до галузевого стандарту України ГСТУ 41-00032 626-00-0023-2000 "Охорона довкілля. Рекультивація земель під час спорудження нафтових і газових свердловин".

Таким чином, запропонований підхід по визначенню технічних рішень для підвищення техногенної безпеки процесу спорудження нафтогазових свердловин дає змогу проводити бурові роботи на екологічно - безпечному рівні.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Сучасний стан навколишнього середовища України ставить все більш складні вимоги до оцінки промислових відходів, і бурових відходів зокрема. Проведення бурових робіт супроводжується утворенням значних об'ємів відходів буріння, також ці роботи проводяться без належного екологічного контролю. У зв'язку з цим однією із задач техногенної безпеки держави є розробка природоохоронних заходів по оцінюванню небезпечності відходів буріння та контролю забруднення ґрунтів в районі проведення бурових робіт, котрі дозволили б приймати ефективні технічні рішення по ліквідації або суттєвому зниженню розмірів техногенного забруднення, прогнозуванню та попередженню забруднення буровими відходами території ДДЗ, місця найбільш інтенсивного сільськогосподарського виробництва на території держави.

2. Проведено аналіз та вивчено джерела техногенних забруднень відходами буріння, досліджено властивості відходів буріння та їх склад. Проведена оцінка існуючих технологій по роботі з відходами буріння, визначені місця техногенного забруднення на буровій площадці.

3. Запропоновано метод оцінки класу небезпеки відходів буріння. Метод базується на використанні гранично (орієнтовно) допустимих концентрацій у ґрунті хімічних речовин, що входять до складу бурових відходів, їх концентрації в загальній масі відходів та їх розчинності у воді.

4. На основі дослідження впливу інгредієнтів (хімічних реагентів), що входять до складу відходів буріння, на ріст і розвиток сільськогосподарських рослин визначено допустимі концентрації таких реагентів у ґрунті. Гранично допустимі концентрації хімічних реагентів використовуються для оцінки класу небезпеки відходів буріння. Визначено ОДК у ґрунті для 36 реагентів – складових промивальних бурових рідин.

5. Розроблено алгоритм розрахунку класу небезпеки системи відходів буріння на ПЕОМ. Виконано оцінку класу небезпеки відходів буріння з урахуванням 36 інгредієнтів відходів буріння. Серед усіх компонентів бурових відходів програма проводить вибір трьох найбільш небезпечних і серед них робить розрахунок класу небезпеки усієї системи. Метод оцінки класу небезпеки відходів буріння включено в галузевий стандарт України.

6. Досліджено та вивчено процеси міграції забруднювачів з амбарів – шламонакопичувачів. На основі специфіки джерел забруднення, умов накопичення, очищення, нейтралізації відходів буріння запропонована модель з обмеженою кількістю показників для оцінки стану ґрунтів в районі проведення бурових робіт з урахуванням складу хімічних реагентів та якості відходів, інтегрального характеру показників забруднюючих речовин. Головні з них це загальна мінералізація, рівень рН, кількість нафтопродуктів, вміст органічних речовин, загальна кількість іонів залізу та хрому.

7. Розроблено керівний нормативний документ по визначенню забруднення ґрунтів в районі бурових площадок та галузевий стандарт України по рекультивації порушених земель під час спорудження нафтогазових свердловин. В документах приведено необхідний мінімум пріоритетних показників по оцінці забруднення ґрунтів відходами буріння, основні вимоги щодо проведення технічної та біологічної рекультивації земель з урахуванням рівня забруднення ґрунтів. Методи визначення цих показників забруднення та засоби їх вимірювання сертифіковані і мають державну атестацію.

8. Промисловими впровадженнями розроблених методу оцінки класу небезпеки відходів буріння та моделі по оцінці забруднення ґрунтів при спорудженні свердловин на нафтогазових родовищах ВАТ "Укрнафта" та розвідувальних площах ДГП Держкомгеології України в техногенно - небезпечних умовах ДДЗ підтверджена їх екологічна ефективність, як на стадії складання матеріалів ОВНС, так і при розробці та реалізації природоохоронних заходів по облаштуванню систем збору та зберігання відходів буріння, по технічній та біологічній рекультивації порушених земель.

9. Впровадження запропонованого методу оцінки небезпеки відходів буріння дозволило вперше системно підійти до відходів буріння та упорядкувати плату за їх розміщення. Це дозволяє геологорозвідувальним та нафтогазовидобувним підприємствам України заздалегідь планувати виплати за забруднення та розміщення відходів буріння, а власникам землі та землекористувачам своєчасно отримувати гроші на відновлення порушених земель.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ дисертації

1. Фесенко І.М. Контроль навколишнього середовища в районі бурової площадки // Вісник Українського Будинку економічних та науково – технічних знань. – Київ: Знання. - 1998. - №7.- С.10-12.

2. Фесенко М.М., Коваленко В.І., Дорош М.М., Фесенко І.М., Екологічний моніторинг ґрунтів в районі розташування бурових амбарів // Вісник Українського Будинку економічних та науково – технічних знань. – Київ: Знання. – 1999. - №3.- С.72-74.

3. Фесенко М.М., Коваленко В.І., Плахетко І.В., Фесенко І.М. Техногенно – екологічна безпека при бурінні свердловин на нафту і газ // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Державний міжвідомчий науково-технічний збірник. – Івано-Франківськ. – 2000. – Вип. 37, том 1. – С. 100-102.

4. Фесенко І.М., Решетов І.К., Фесенко М.М. Оцінка рівня небезпеки та контроль впливу відходів буріння нафтогазових свердловин на ґрунти // Вісник Національного технічного університету "ХПІ": Тематичний випуск "Хімія, хімічна технологія та екологія. – Харків: НТУ "ХПІ". – 2001. - №. 23. – С.13-19.

5. Фесенко І.М., Решетов І.К., Фесенко М.М. Удосконалення природоохоронних заходів, пов'язаних із експлуатацією нафтогазових свердловин // Вісник Харківського національного університету. – 1999. - №455.- С. 140-143.

6. Фесенко М.М., Коваленко В.І., Фесенко І.М., Дорош М.М. Про метод прогнозування класу небезпеки відходів буріння // Мінеральні ресурси України. -–1996. - №3. – С.37.

7. Фесенко М.М., Фесенко І.М., Дорош М.М., Коваленко В.І. Навколишнє середовище в районі бурової // Мінеральні ресурси України. -–1998. - №2. – С.39-40.

8. Фесенко М.М, Коваленко В.І., Фесенко І.М. Особливості моніторингу вод та ґрунтів при