Методы и способы рекультивации шламовых амбров в северных условиях

Аннотация. Растущие требования природоохранного законодательства в деятельности нефтегазодобывающих компаний требуют владения информацией и приобретенным опытом в области современных технологий и использования оборудования для переработки и утилизации буровых отходов. В современных условиях при повышенной антропогенной нагрузке на природную окружающую среду все большую остроту приобретает проблема необходимости проведения регенерации буровых растворов после окончания бурения скважин. Это ставит к буровым растворам высокие требования относительно их качества, универсальности и легкости переработки и утилизации.
Согласно требований по ограничению сброса бурового раствора необходимо повышать технологичность его использование путем достижения эффективной очистки самого бурового раствора и ствола скважины, соблюдением нормируемой концентрации реагентов и материалов. Системы очистки буровых промывочных жидкостей должны обеспечить такое отделение твердой фазы, чтобы технологичная жидкость могла повторно применяться в условиях безамбарного бурения. Анализ проведенного информационного поиска позволил сделать вывод о возможности использования безамбарного способа бурения, что характеризует его как более экологически безопасный для окружающей среды. Также автор статьи уделает значительное внимание рассмотрению методов рекультивации шламовых амбров.

Ключевые слова: шламовые амбары, буровой шлам, методы и способы рекультивации, безамбарное бурение, амбары-накопители.

Во время бурения скважины образуются жидкие отходы бурения (отработанный буровой раствор и буровые сточные воды), которые содержат углеводороды и другие токсичные химические соединения. Для недопущения попадания отходов бурения на территорию буровой площадки и миграцию токсичных веществ в природные объекты создается инженерная система организованного их сбора, хранения, обезвреживания, которая предусматривает сооружение шламовых амбаров. Все отходы бурения сбрасываются в шламовые амбары или шламонакопители, если сразу невозможно переработать, утилизировать или вывезти эти отходы на специальные полигоны. Они могут оказывать негативное влияние на окружающую среду и здоровье людей, проживающих неподалеку нефтегазодобывающих районов [1].
В последние годы в публикациях уделяется внимание улучшению свойств изолирующей пленки, которая устилает дно амбара. Предлагается отказ от использования химических реагентов высокой токсичности для приготовления бурового раствора и переход на безамбарную технологию проведения буровых работ. К сожалению, безамбарная технология бурения требует значительных организационных и материальных затрат, поэтому используется редко [5].
При амбарной технологии проведения буровых работ загрязняющие соединения испаряются с поверхности шламовых амбаров, а также во время аварийного разлива углеводородов и других веществ они попадают в воздух и переносятся на огромные расстояния ветром. Попадая в почву, и на ее поверхность загрязняющие соединения со стоком попадают в реки, а затем они также просачиваются в грунтовые воды. Таким образом, загрязняющие вещества с буровых сточных вод распространяются на большие площади и могут не только загрязнять воздух, но и оказаться в растениях и колодцах с питьевой водой у местных жителей, создавая опасность для их здоровья.
Возможность утилизации и переработки жидких отходов бурения на сегодняшний день полностью не решена. Именно поэтому вопрос экологической безопасности шламовых амбаров и состояния здоровья населения, проживающего в районах добычи нефти и газа, требует детального анализа и является актуальным [8].
В шламовом амбаре отходы бурения скважин проходят процесс расслоения на загущенную и жидкую фазы. Жидкая фаза удаляется и направляется в систему сбора и подготовки нефти с последующим использованием ее в системе поддержания пластового давления. Вода в амбарах из жидкой фазы может удаляться и путем испарения. Для минимизации негативного влияния шламовых амбаров на окружающую среду, подземные водоносные горизонты, важным является выбор метода обвалования и гидроизоляции амбара, а также выбор способа ликвидации амбара. К сожалению, в практике бурения скважин часто применяется метод эксплуатации амбаров с обвалованием и гидроизоляцией полости котлована лишь слоем глины. При ликвидации таких амбаров загущенные отходы бурения засыпают минеральной почвой [1].
Более экологически безопасный способ утилизации буровых отходов предусматривает сооружение котлованов в минеральной почве с обеспечением гидроизоляции металлическими листами, синтетической пленкой, железобетонными плитами, деревянными щитами с битумным покрытием или композициями на основе глины, извести и цемента. После отвода осветленной воды котлован амбара периодически чистят от загущенного отстоявшегося осадка или консервируют амбар. Такая система широко используется в бурении скважин, однако удовлетворительной ее также назвать нельзя, так как непрерывно загрязняет прилегающие к котлованам шламовых амбаров территории и гидросвязи в экосистеме [8].
Строительство шламового амбара начинается со снятия плодородного слоя почвы и складирование его во временные отвалы, затем рытье земляного котлована и складирование грунта для дальнейшего его использования при приготовлении почвоцемента, получения сведений по периметру амбара обвалования, выполнение гидроизоляции днища и стенок котлована с использованием почвоцемента. Отметка дна котлована амбара должна быть на 1,0 - 1,5 м выше уровня грунтовых вод, а глубина захоронения твердых отходов (в амбаре) не менее 1 м. Обвалование выполняют высотой до 1 м для предотвращения растекания жидких отходов бурения с амбара и исключения попадания в него талой воды. Оптимальная крутизна откосов равна 1:2. Почвоцемент готовится на строительной площадке в горизонтальном бетоносмесителе непрерывного действия из почвы (суглинок, супесь), портландцемента марки 400 в количестве 20% от веса сухой почвы и воды и с помощью автобетононасоса закачивается равномерным слоем толщиной не менее 0,3 м. Срок схватывания в увлажненном состоянии длится 28 суток. Размеры шламовых амбаров, их объем, профилю и глубине определяют на стадии рабочего проектирования относительно конкретного участка строительства скважины с учетом категории почвы, глубины залегания грунтовых вод и характеристик

. Заполнение амбара отходами бурения осуществляется после схватывания почвоцемента [4].
Водонепроницаемость почвоцемента при этом составляет не менее W8. Во времени прочность и водонепроницаемость почвоцемента увеличиваются. Процесс заполнения шламового амбара происходит до тех пор, пока уровень шлама не достигнет проектной отметки - верхней кромки почвоцемента на стенах котлована на глубине не менее 1 м от поверхности земли. Для снижения токсичности и с целью затвердевания полужидких отходов бурения проводится их нейтрализация. Затем осуществляется полная герметизация амбара путем нанесения слоя почвоцемента толщиной не менее 0,3 м на нейтрализованные и затвердевшие отходы. После схватывания верхнего слоя почвоцемента выполняется техническая рекультивация – засыпка минеральной почвой и равномерное нанесение плодородного слоя почвы на минеральный. Рекультивационное покрытие должно надежно отводить воду атмосферных осадков [7].
Одним из видов отходов, образующихся при эксплуатации нефтяных месторождений, является буровой шлам. Он составляет породу, измельченную породоразрушающим инструментом и вынесенную на поверхность буровым раствором в виде текуче-пластической пастообразной массы. Поэтому физические и химические параметры шлама будут зависеть как от состава породы, которая разрушается при бурении скважины, так и от характеристик бурового раствора, используемого для этого процесса. Известно, что территории залегания нефтяных полезных ископаемых отличаются по минералогической, петрографической структуре и т.п., а, следовательно, шлам, образующийся при бурении различных скважин, будет иметь отличный химический, механический, минеральный состав. Другим фактором, влияющим на свойства и характеристики отхода, является буровой раствор [5]. Вещества, используемые для его приготовления, различные по химической природе, физико-химическим свойствам и функциональному назначению. Основными минералами, из которых образованы буровые отходы, является кварц, кальцит, магнетит и алюмосиликаты. Известно, что песок широко применяется в строительстве в качестве мелкого заполнителя. Его используют для производства различных строительных материалов. К примеру, на основе гипсового вяжущего и наполнителей (щебень, песок и т.п.) изготавливают гипсобетон, который быстро затвердевает. Поэтому было осуществлено предположение, что связывание опасных элементов бурового шлама можно проводить с помощью отходов химической промышленности - фосфогипса. Он образуется при сернокислотной переработке апатитов или фосфоритов в фосфорную кислоту (экстракционную) или концентрированные фосфорные удобрения. Фосфогипс обладает необходимыми свойствами для использования его в качестве гипсового вяжущего. На основе проведенного минерального анализа шлама можно предположить, что материал после смешивания отхода бурения и фосфогипса будет иметь прочную структуру. Поэтому предполагается возможность применения продукта утилизации бурового шлама в строительстве [2].
Опасность для окружающей среды представляют нефтепродукты, синтетические жирные кислоты и спирты, серо и фосфорорганические соединения и другие [4].
Данные реагенты заслуживают особого внимания в рамках экологической безопасности, поскольку большая их часть переходит в отходы, образующиеся при бурении скважин, ведь частицы породы способна адсорбировать их на своей пористой поверхности. Загрязняющая способность буровых растворов зависит от количества и токсикологической характеристики химических веществ, применяемых для их обработки. При бурении скважин используются реагенты и соединения третьего и четвертого классов опасности.
Более того, наличие той или иной добавки зависит, преимущественным образом, от глубины бурения скважины, объясняется ее функциональным назначением. Поэтому состав бурового шлама, который образуется на различных этапах бурения, будет отличаться по составу.
Методы переработки буровых шламов классифицируются следующим образом [3]:
- термические - сжигание, сушка, прокаливание;
- физические - захоронение, замораживание, отстаивание, отмывание, центрифугирование, электролизное разделение, фильтрации;
- химические - экстрагирование, затвердевание с применением неорганических (цемент, жидкое стекло, глина) и органических (эпоксидные и полистирольные смолы, полиуретаны и др.) добавок с целью получения смеси для отсыпки кустовых площадок и дорог или формованных изделий для строительства;
- физико-химические - коагуляция, флокуляция с последующей обработкой на специальном оборудовании;
- биологические - микробиологическое, биотермическое разложение, рекультивация нефтезагрязненных земель [4].
При безамбарном способе проведения буровых работ площадки возможного загрязнения экранируют, а отходы бурения (отработанный буровой раствор и шлам) охлаждают, нейтрализуют и вывозят в специально отведенные места для захоронения, которые часто находятся в нескольких сотнях километров от места проведения работ.
Безамбарный способ требует высокой степени организации проведения буровых работ, достаточно значительных материальных, трудовых и финансовых затрат на его осуществление, поэтому используется в исключительных случаях при бурении скважины на землях природно-заповедного, курортно-оздоровительного, рекреационного назначения, в зонах санитарной охраны вод. Технология строительства скважины предусматривает проведение буровых работ амбарным способом, при котором сбор, накопление, утилизация, нейтрализация и захоронение отходов бурения осуществляется в шламовых амбарах непосредственно на месте проведения буровых работ [3].
Размеры амбаров определяются проектом и должны соответствовать объемам отходов бурения скважин. Условия строительства амбаров-накопителей буровых отходов, и их конструкция зависит от инженерно-геологических условий площади, выделенной под строительство скважины и характеристик почв этой площади (их физико-химического состава, фильтрационных свойств и др.).
После окончания строительства котлована под амбар-накопитель с целью защиты от загрязнения почв и подземных вод проводятся работы по обустройству его поверхности противофильтрационным экраном