Оценка экологической опасности и токсичности буровых отходов

В настоящее время в связи с развитием инфраструктуры нефтяной промышленности наблюдается ежегодный рост отходов бурения, причем основная часть скважин приходится на экологически уязвимые районы с крайне неблагоприятными климатическими условиями характеризующимися ограниченно способностью самоочищения и низкими защитными функциями.

Отличительными особенностями воздействия процессов бурения являются высокая интенсивность и кратковременность формирования значительных техногенных нагрузок на водные объекты, которые нередко превышают пороговые границы и тем самым приводят к негативным последствиям.

В связи с отсутствием новейших технологий обезвреживания отходов бурения значительное число хранилищ стало причиной угрозы масштабного загрязнения компонентов природной среды воды. На одну скважину в среднем приходится около 20 тыс. тонн отходов бурения.

В ходе эксперимента было проведено исследования с помощью апробации грунтовых вод находящихся возле хранилищ складирования буровых шламов. Были использованы методы системного анализа источников техногенного воздействия хранилищ отходов бурения на компоненты природной среды, гидрохимические экспериментальные исследования в лабораториях и в естественной среде, системный анализ промышленных методов обезвреживания отходов бурения, методы математической аналитики и комплексной мониторинговой статистики.

Были исследованы показатели концентрации подвижных форм металлов, содержащие загрязняющих веществ в компонентах различного возраста, концентрации тяжелых металлов в дренажных водах.

По данным исследования воздуха и почвы в зоне техногенного воздействия хранилищ были определены границы гидродинамических зон загрязнения, формирующихся в результате сдувания пыли и частиц буровых отходов с поверхности земли.

Анализ метаморфизации состава поверхностных отложений позволил выявить свойства заскладированных отходов определяющий процессы формирования областей загрязнения. Установлено что в радиусе 0,8–3,9 км. от границы происходит превышение фоновых содержаний цинка (до 98 мг/кг сухой почвы), никеля (до 57 мг/ кг сухой почвы) и меди (до 68 мг/кг сухой почвы) в воде.

В ходе проведения наблюдений за составом и уровнем подземных вод было выявлено что удельное количество поступающих в водоносный горизонт дренажных вод определяется разностью между среднегодовым количеством осадков испарением, степенью естественно и технической защищенности водоносного горизонта от загрязнения.

Под природной защищенностью подземных вод от загрязнения понимается уровень перекрытия водоносных горизонтов отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности почвы.

Оценка степени защищенности дается на основе учета мощности зоны аэрации, ее структуры и уровня фильтрации.

Учет мощности зоны аэрации и ее структуры позволяет измерить уровень кислорода в воде, необходимый для нормального существования гидробионтов.

Проведенные исследования выявили, что в буровых шламах, относящихся к безамбарной технологии содержания загрязняющих компонентов в ,7–6 раза ниже, чем в отходах, образующихся при амбарной технологии складирования.

Результаты показали, что в течении десятилетия концентрация полютантов изменилась, что значительно отразилась на структуре качества воды.

Буровые отходы являются источником образования контрастных тяжелых металлов с гидрохимическими областями загрязнения.

Для определения экологической опасности отходов бурения проводились исследования образцов бурового шлама, отобранных с различной глубины бурения скважин.

Проведение гидродинамического анализа и взятие проб дренажных и подземных вод показало, что в следствии низкой изоляции горизонта грунтовых вод, происходит изменение состава воды в направлении формирования хлоридных веществ и концентрацией минерализации до 2,8 г/л, обогащенных тяжелыми металлами: железом (до 50 мг/л), медью (до 4,9 мг/л), никелем (до 2,3 мг/л), кобальт (до 0,9 мг/г) и образование гидродинамических областей загрязнения на территории более 30 га.

Хлоридные вещества обогащенные тяжелыми металлами откладываются на дне водоемов, тем самым отравляя водные организмы, что в свою очередь препятствует нормальному их развитию, а также снижается уровень кислорода в воде.

В связи с сопровождением процессов бурения высокими температурами, применяют хлоридные составляющие при промывке скважин.

Что приводит к ухудшению биоразнообразия водных объектов, а также к нарушению трофических связей, динамика численности водных объектов резко сокращается.

Загрязненные водоемы в течении определенного времени становятся непригодными для существования водных организмов и они постепенно иссушаются превращаясь в пустоши с источающими ядовитые газы.

Техногенная зона формируется в грунтовых водах связанный с инфильтрацией подкисленных атмосферных осадков и грунтовых вод, вымывающих из складированных буровых отходов загрязняющие вещества, а также попаданием компонентов буровых растворов пластовых вод с высоким содержанием уровня минерализации.

Таким образом, из этого следуют что полютанты формируются у поверхности воды в кислой обстановке в виде хлоридов. Взятие проб дренажных вод показало, что в составе присутствуют тяжелые металлы в виде поверхностных фракций, что доказывает их высокую экологическую опасность для природной среды, результаты представлены в таблице 3.

Повторный анализ по отдельным фракциям показал, что буровой шлам представлен кварцем и полевым шпатом, что не представляет высокой опасности для экологической обстановки.

А также стоит пересмотреть мероприятия по обезвреживанию отходов бурения на нефтяных скважинах, обезопасить хранилища складирования нефтяных шламов от попадания в водные акватории.

Таблица 3.

Отношение концентраций подвижных форм металлов к ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения

По данным исследования предложен следующий класс распределения отходов бурения по степени экологической опасности и по коэффициенту общего загрязнения , где Сi-содержание активной формы передвижения химических элементов , мг/л; ПДКi-предельно-допустимая концентрация химических элементов для акватории рыбохозяйственного назначения, мг/л:

·     высокой опасности- 

·     средней опасности - 

·     умеренной опасности- 

Данную формулу распределения класса опасности стали применять практически на всех нефтяных предприятиях для анализа и мониторинговой статистики бурового шлама.

Благодаря высокому уровню прогресса в научной сфере стали применяться новейшие технологии по разработке очистных сооружений на нефтяных скважинах.

В свою очередь, это позволит снизить уровень негативного воздействия загрязняющих веществ буровых отходов на гидрохимические ореолы.

На хранилищах складирования буровых отходов стали применять специальные перекрывающие устройства для защиты попадания загрязняющих веществ от буровых шламов в воду.

Также решено было, установить постоянный график апробации дренажных вод для контроля и анализа концентрации тяжелых металлов в составе воды, чтобы исключить риск гибели водных объектов.

Установлены закономерности формирования гидрогеохимических ореолов, а также уровней загрязнения на основе постоянных наблюдений за состоянием компонентов окружающей среды в зонах складирования буровых шламов.

Была разработана методика оценки состояния отходов бурения с использованием комплекса новейших аналитических методов что позволяет рационально подходить к выбору средозащитных мероприятий по снижению негативного воздействия шламовых хранилищ на окружающую среду.