Природно-ресурсные проблемы

К главным источникам загрязнения поверхности земли и геологической среды относятся выбуренный шлам, тампонажные растворы, в том числе на нефтяной основе с добавками химреагентов, естественная фильтрация загрязненных вод от буровых площадок и амбаров, закачка производственных отходов в заколонное пространство пробуренных скважин, загрязнение свалками мусора и бытовыми сточными водами.

В литературе приводятся разные данные по условиям складирования бурового шлама, буровых сточных вод и буровых растворов в открытых земляных котлованах (амбарах). Считается, что каждый котлован одиночной скважины может содержать от 60 м³ и более бурового шлама и 200-300 м³ бурового раствора, в составе которых может присутствовать до 20 м³ нефти и 1 м³ реаген­тов. "Средний" куст скважин может производить до 3-5 тыс. м³ бурового ра­створа с соответствующими негативными последствиями. При существующих масштабах освоения месторождений с 1990 г. только в Западной Сибири обра­зовалось не менее 6 тыс. неликвидированных котлованов, содержащих продукты бурения и освоения нефтяных скважин.

Технология бурения нефтяных скважин преимущественно станками БУ-3000 и др. находится на уровне 50-х гг. XX в. и до сих пор сопровождается применением амбарных способов, ведущих к загрязнению почв, подземных и поверх­ностных вод.

Специальные исследования, проведенные в Болыпеземельской тундре [58] в Архангельской области, показали в породах донных отложений, которые мож­но рассматривать как депонирующую среду, повышенные уровни содержания углеводородов - до 25 мг/дм³, бенз(а)пирена - до 123 мкг/дм³, меди - 87 мкг/дм³, кадмия - до 2,6 мкг/дм³, ванадия - до 28 мкг/дм³, бария - 23 мкг/дм³, свинца -14 мкг/дм³ и никеля - до 20 мг/дм³. Перечень поллютантов не оставляет сомнений в их техногенном генезисе, связанном с процессами бурения и последую­щим освоением скважин.

Кроме перечисленных ингредиентов в буровых растворах присутствуют нитроглицерин, карбоксометилцеллюлоза (КМЦ), гидроокись кальция, хром­пик, полифенол, углещелочные реагенты, взвеси и другие токсичные вещества. Несмотря на многочисленные оценки токсичности буровых растворов с применением биотестов, поведение перечисленных поллютантов в природных сре­дах остается практически неисследованным.

Тем не менее при бурении скважин, особенно с применением современных импортных технологий обезвреживания и нейтрализации отходов бурения (установки фирм "Кем-трон" и "Бароид", США), оценка токсичности буровых растворов дается в долях ПДК. Тестирование проводится на биологических объектах и позволяет оценивать степень безопасности с использованием стан­дартных приемов и норм приготовления буровых растворов.

Содержание в буровых растворах высоких концентраций отдельных компонентов, например, хромпика, может превышать существующие нормативы в 20 тыс. раз, не говоря о нефтепродуктах. Приведение таких высоких концент­раций ядовитых веществ в буровых растворах к экологически безопасному уров­ню, позволяющему поддерживать экосистемы в устойчивом состоянии, требу­ет их разбавления (другие методы менее эффективны и экономически невыгодны) огромным количеством воды, получаемой за счет атмосферных осадков и поверхностных вод. Подсчитано, что для нейтрализации загрязнен­ных стоков лишь одной буровой установки необходима площадь водосбора в условиях тундры не менее 6-7 тыс. км², а в таежной зоне – 2-3 тыс. км².

В реальности, если учесть самоочищающий потенциал северных рек, приведенные цифры в 10-12 раз занижены по отношению к естественным экосис­темам. Полученные данные дают возможность регламентировать техногенные нагрузки при планировании разработки запасов УВ не только в пределах гор­ного отвода, но и на прилегающей к нему местности.

Само понятие нейтрализация стоков механическим разбавлением означает лишь вынос загрязнителей с конкретного участка (ландшафтной зоны), но в итоге они аккумулируются в конечных звеньях миграционной цепи - биологических объектах, донных отложениях, грунтах. Восстановление геосистемы после попадания загрязнителей не сводится к снижению концентраций поллютантов до фонового уровня в водной среде, которая является основой миг­рации массопотоков. Гораздо труднее и в более длительные сроки происходит релаксация биологической составляющей экосистем.

При строительстве разведочных и добывающих скважин крайне медленно внедряется технология с замкнутой циркуляцией буровых растворов, которые обеспечивают безамбарный способ бурения. Впервые такая технология была применена в Западной Сибири еще в 1992 г., при выполнении буровых работ в пойме р. Юганки, где было запрещено бурение обычным способом. Данная технология кроме явного снижения экологического риска негативного влияния на ОС имеет значительные экономические выгоды (до 30 тыс. долл. и бо­лее при строительстве каждой скважины).

Одной из актуальных проблем при эксплуатации месторождений является ущерб, наносимый загрязнением и нарушением почв и грунтов. По данным [4], на территории среднего нефтепромысла Западной Сибири площадь нарушен­ных земель достигает 20-22 % в границах горного отвода, из них 2-3 %, а порой до 10 % загрязнены нефтью и подтоварными пластовыми водами. При этом содержание нефтепродуктов может достигать в почве 4,0 т/га, составляя в сред­нем 1,8 т/га.

Эффективное решение проблемы охраны почв в нефтедобывающих райо­нах видится в неуклонном сокращении удельного расхода земель на строитель­ство нефтепромысловых объектов: отвод под бурение одной скважины должен быть около 1 га при существующих нормах отвода 3-4 га. Эффективное использование площади отвода достигается за счет рационализации расположе­ния бурового оборудования и складирования почв под временное хранение. Объемы снятой плодородной почвы могут достигать более 15 тыс. м³, что требует дополнительных площадей для ее размещения, которые не входят в территорию земельного отвода.

Опыт проведения буровых работ с применением современных технологий кустовое бурение, рациональное размещение устьевого оборудования и др.) свидетельствует о том, что необходима разработка новых отраслевых норм (взамен СН 459-74. Нормы отвода земель для нефтяных и газовых скважин), регла­ментирующих рациональное использование земель при всех видах работ по освоению месторождений УВ с учетом современных природоохранных требо­ваний.

Недостаточно полно и эффективно в практику реабилитационных работ внедряются методы биологической рекультивации за счет жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и внесения специальных биопрепаратов, содержащих нефтеокисляющие микроорганизмы. Эти методы дают хороший эффект в комплексе с агрохимическими и агротехническими мероприятиями, но, к сожалению, далеко не всегда используются. Неудачи применения биологичес­ки рекультивации в условиях Севера не означают, что эти методы непримени­мы в более низких широтах.

Весьма важной экологической проблемой является экономия пресных вод, применяемых на установках подготовки нефти (УПН) для ее обессоливания. Чаще всего в проектах количество подаваемой по водоводам воды из источников пресных вод (поверхностные водоемы) рассчитывается с учетом добывае­мых объемов нефти. При этом не учитываются процессы опреснения нефте­носных коллекторов, если ППД осуществляется с помощью пресных вод. Экономии пресных вод можно достичь на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки, где обводненность продукции составляет более 41%. Опыт АО "Татнефть" свидетельствует о возможности снижения подачи пресной воды на 4-5 % общего объема закачиваемых вод каждые 5 лет с уче­том опреснения пластовых вод. Кроме того, весьма эффективно применение за ступенях обессоливания УПН каплеобразователей, аппаратов ЭПА, ЭКУ, высокоэффективных смесителей.

Ненормированное и бесконтрольное использование больших объемов пресных вод для технологических нужд (обессоливание нефти и ППД) приводит к тотальному загрязнению водных объектов. Например, содержание нефтепро­дуктов в р. Оби у Нижневартовска достигает 6,2 ПДК. Зная эту цифру, можно сосчитать, сколько нефти потеряно при добыче. По разным оценкам, при добыче 1 т нефти образуются загрязнения в следующих масштабах (табл. 1.3).

Никем не отвергается факт, что при интенсивной добыче УВ нарушается сложившееся в районе природное равновесие геодинамического режима недр, в первую очередь это геодеформационные и флюидодинамические эндогенные и экзогенные изменения, которые охватывают слои земной коры по верти­кали на несколько километров. Эти изменения приводят к возникновению та­гах чрезвычайных и даже катастрофических событий, как землетрясения, активизация разломов, деформация (просадка) земной поверхности, горизонтальный сдвиг массивов горных пород, активизация многих экзогенных инженерно-геологических процессов (сели, оползни и др.).

Таблица 1.3 - Усредненные объемы загрязнения ОС при добыче 1 т нефти

Источник: Курноскинаи др., 1989.

До настоящего времени в проектных документах и на практике отсутствует эффективная система обеспечения безопасности объектов нефтегазового комплекса, позволяющая учитывать возможный спектр геодинамических прояв­лений при эксплуатации месторождений.

Тем не менее, работы, которые позволили бы прогнозировать экологические и социально-экономические последствия возникновения чрезвычайных геодинамических ситуаций, а также создать научно обоснованную систему оценок риска, в должном объеме не проводятся, несмотря на их высокую значимость. Отчасти это связано с большой наукоемкостью и сложностью самой пробле­мы, что требует высоких финансовых затрат. В то же время отсутствует зако­нодательно-нормативная база для оценки геодинамического состояния недр, которая обязывала бы недропользователя проводить такие исследования. Опыт создания системы геодинамического мониторинга разработан в ОАО "Газ­пром", а также на некоторых нефтедобывающих предприятиях, например в АО "Татнефть", и заслуживает самого широкого распространения.

В последние годы заметно увеличилась доля добычи экологически опасных сернистых нефтей, а также концентрированных сероводородсодержащих рассолов и газов. В местах возникновения сероводорода растворы становятся край­не агрессивными по отношению к карбонату кальция и активизируют процессы карстообразования. Все карбонатные резервуары, содержащие сероводородные флюиды, трещиноваты и закарстованы, а наличие серы в нефтях карбонатов выше, чем в терригенных коллекторах. Нефти из карбонатных коллекторов характеризуются более низкой термостабильностью - 40-120 °С, что на 100-150 °С ниже порога термостабильности нефтей из терригенных коллекторов. Такая аномальность физических свойств создает ряд проблем при извлечении, подготовке и утилизации серосодержащих соединений, например, в составе газов резко возрастают концентрации меркаптановых соединений. До настоящего времени эти эффекты остаются слабоизученными. За рамками традици­онных исследований также остаются сероуглеродные циклы и трансформация сернистых соединений в природных средах в районе нефтедобывающих предприятий.

Высокая интенсивность карстообразования за счет генерации сероводорода и осернения нефтей до настоящего времени игнорируется многими специалистами. Форма пустот и их размеры могут достигать 2 см (по керну), а пещер­ные полости в карбонатных коллекторах, судя по провалу инструмента, - 8 м. В результате формируются коллекторы с ярко выраженной неоднородностью, ложного строения, с аномальными фильтрационно-емкостными свойствами. В процессах вторичного осернения нефтей за счет тектонической активизации может проявляться не только интенсификация карстовых процессов со всеми эндогенными и экзогенными последствиями, но и образование различных ге­нераций минералов, препятствующих извлечению нефти.

При разработке вязких нефтей и битумов скважинами термических мето­дов происходит локальное нарушение естественного термического градиента го разрезу, которое приводит к изменению химического состава подземных вод вышележащих горизонтов и ухудшению их качества. Такие инверсии температурного режима недр также являются слабоизученными, а регламентация этого вида антропогенных воздействий остается за рамками нормативных документов.

Актуальной проблемой, связанной с охраной недр, является постоянный мониторинг фонда скважин и их своевременный капитальный ремонт. В частности, на многих месторождениях проблема увеличения срока эксплуатации скважин решается путем изменения конструкции скважин, подъема и наращи­вания цементного кольца за эксплуатационными колоннами, внедрения элект­рохимической защиты обсадных колонн, защиты обсадных колонн и НКТ нагнетательных скважин от внутренней коррозии, бурения скважин-дублеров 1гамен отработанных. Эти меры позволяют эффективно снижать аварийность обсадных колонн (до 7-8 раз), исключать межпластовые перетоки по затрубному пространству эксплуатационных колонн, защищать их от коррозионного разрушения и в конечном счете сохранять качество пресных подземных вод в вышележащих водоносных горизонтах, предупреждать загрязнение геологи­ческой среды нефтепродуктами.

Проблема радиационного загрязнения ОС стоит не так остро, как загрязнения нефтепродуктами. Тем не менее благодаря средствам массовой информации, сообщившим о проведенных подземных ядерных взрывах в ряде нефтеносных районов с целью сейсмического зондирования и интенсификации нефтеотдачи, эта проблема стала актуальной с начала 1990-х гг.

В настоящее время практически на всех крупных предприятиях по добыче УВ ведется (или проведено) детальное радиометрическое обследование технологического оборудования, территории и природных объектов, прилегающих к производству.

На ряде объектов Татарстана и Башкортостана отмечается повышенное значение гамма-фона (технологические аппараты УПН, осадки резервуаров для хранения нефти, буллиты, обваловка и другое оборудование), однако за пределами территории предприятий следы радиоактивного загрязнения отсутствуют.

Проведение специальной аэрогаммаспектрометрической съемки в Западной Сибири также не выявило площадного загрязнения. Вместе с тем в работе [50] отмечаются локальные очаги загрязнения ториевой природы. Как правило, это места захоронения шламов после очистки фильтров и емкостей, а также частых разливов нефти. На Урьевском месторождении величина гамма-излучения на образце шлама, собранного с фильтра ДНС-1, составила 400 мкРг/ч. Ранее были отмечены значения радиоактивного излучения при очистке фильтров до 5600 мкРг/ч. Причиной образования таких аномалий является естественное излучение радионуклидов при добыче нефти.

Из сказанного выше следует, что определенная опасность радиационного загрязнения при нефтедобыче присутствует. Поэтому одной из важнейших задач радиологических исследований при добыче нефти (кроме мониторинга) является ревизия старых захоронений - амбаров с выбуренной породой, нефтешламами, мусором, загрязненными грунтами, а также мест производствен­ных официальных несанкционированных свалок.