Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая безопасность производства (по отраслям). В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие.pdf
Оксид углерода (окись углерода) СО. Газ без цвета, запаха и вкуса.
Плотность по воздуху – 0,967. Горюч. С воздухом образует взрывчатую
смесь. В воде практически не растворяется. Обладает токсическим действием. Поступление СО в организм подчиняется закону диффузии газов.
ПДК оксида углерода в воздухе рабочей зоны – 20 мг/м3. Концентрацию
300 мг/м3 человек переносит без заметного действия в течение 2–5 ч;
600 мг/м3 вызывает легкое отравление; 1800 мг/м3 приводит к тяжелому
отравлению через 10–30 мин; при 3600 мг/ м3 через 1–5 мин наступает
смерть.
Диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый газ) СО
. Бес-
2
цветный, тяжелый, с малой реакционной способностью газ. При низких
и умеренных температурах обладает слегка кисловатым запахом и вкусом.
При содержании в воздухе до 1 % нетоксичен; при концентрации 4–5 %
раздражающе действует на дыхательную систему, значительно учащая
дыхание; при 10 % вызывает сильное отравление. Углекислый газ оказывает наркотическое воздействие на человека и может изменять его поведение (походку, реакцию зрачков и др.), раздражать слизистые оболочки.
В воздухе, вдыхаемом человеком, содержится примерно 0,04 % СО2. ПДК
СО2 в воздухе составляет 1 %. В относительно малых количествах СО2
стимулирует дыхательный центр, в больших – угнетает его и вызывает
повышение содержания адреналина в крови. Привыкание людей к СО2
признается возможным, но связано с тренировкой органов дыхания и кровообращения.
Окись азота NО. Бесцветный газ, быстро окисляется до NО2. NO –
кровяной яд, оказывает прямое действие на центральную нервную систему. ПДК – 5 мг/м3 .
Диоксид азота NО
. Газ бурого цвета с удушливым запахом. Диоксид
2
азота оказывает сильное влияние на легкие человека. При работе в течение 3–5 лет в среде с концентрацией NО2 0,8–5 мг/м3 развиваются хронический бронхит, эмфизема легких, астма и некоторые другие заболевания.
ПДК NО2 – 5 мг/м3, при более высоких концентрациях поражается нерв-
101
ная система человека. При одновременном присутствии в воздухе оксидов
азота и углерода рекомендуется снизить ПДК обоих соединений.
Сернистый ангидрид SО
. Бесцветный газ с острым запахом. Хоро-
2
шо растворяется в воде, образуя сернистую кислоту. Оказывает общее
токсическое действие, нарушает углеводный и белковый обмен. При концентрации 20–60 мг/м3 раздражает слизистые оболочки дыхательных путей
и глаз (чихание, кашель, покалывание в носу); при 200 мг/м3 вызывает отдышку, синюшность, человек переносит эту концентрацию только 3 мин.
При концентрации 300 мг/м3 происходит расстройство сознания, и через
1 мин человек теряет сознание. SО2 вызывает изменения костной ткани.
ПДК – 10 мг/м3. Токсичность SО2 резко возрастает при одновременном
воздействии с сероводородом, окисью углерода, аммиака и окислами азота.
Сероводород H
S. Бесцветный газ с резким неприятным запахом,
2
ощутимым даже при незначительных концентрациях (запах тухлых яиц).
Плотность сероводорода по отношению к воздуху 1,19, поэтому он может
скапливаться в низких местах – ямах, колодцах, траншеях, тоннелях, ящиках конденсаторов, холодильниках и т. п. Сероводород растворяется в воде и очень легко переходит из растворенного состояния в свободное. В организм человека сероводород поступает главным образом через органы
дыхания и в небольших количествах через кожу и желудок. При вдыхании
сероводород задерживается преимущественно в верхних дыхательных путях. В небольших количествах он угнетает центральную нервную систему,
в умеренных – возбуждает, а в больших вызывает паралич, в частности
дыхательной и сосудистой систем. После перенесенного острого отравления часто отмечают заболевания пневмонией, менингитом, энцефалитом
и т. д. Сероводород – наиболее токсичный компонент в воздушном бассейне объектов по добыче высокосернистых нефтей и газа. Присутствие
его ощущается следующим образом: при концентрации 1,4–2,3 мг/м3 –
незначительный запах; 3,3–4,6 мг/м3 – явно ощутимый запах, для привыкших к нему нетягостный; 4,0 мг/м3 – сильный запах; 7,0–11,0 мг/м3 –
102
запах, тягостный даже для привыкших к нему; 100 мг/м3 – запах уже не
чувствуется; 140–150 мг/м3 – раздражение слизистой оболочки; 260 мг/м3 –
погибают хвойные деревья; 700 мг/м3 – человек теряет сознание; 1000 мг/м3
и выше – мгновенная смерть. ПДК сероводорода – 10 мг/м3, в смеси с углеводородами С1–С5 – 5 мг/м3.
Этилен. Бесцветный газ, способный растворяться в воде. По характеру токсического действия – сильный наркотик. При длительном воздействии водных растворов этилена отмечается поражение печени, изменения
в составе крови. Порог токсического действия – 1,5 мг/л; в концентрациях
выше 0,5 мг/л этилен придает воде запах, выше 10 мг/л – нарушает процессы самоочищения водоема от органических веществ хозяйственнобытовых сточных вод. ПДК этилена в водных объектах хозяйственнопитьевого назначения – 0,5 мг/л.
Формальдегид. Газ с резким неприятным запахом, хорошо растворяется в воде. 40%-й водный раствор носит название формалина, который
широко используется в медицине. Формальдегид – раздражающий газ, вызывает регенеративные процессы в органах, сенсибилизирует кожу, действует на нервную систему, особенно на зрительные бугры и слизистые
оболочки глаз, вызывает першение в горле, насморк, кашель, удушье.
Бенз(а)пирен. Типичный химический канцероген ОС. Присутствует
в атмосфере воздуха, растениях, почве, воде. Поступает в организм через
кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт.
Сажа. Ее условно называют твердым фильтратом отработанных газов. Продукт неполного сгорания и термического разложения углеводородных веществ, состоит в основном из частиц углерода, содержит в своем составе канцерогенные, полициклические ароматические углеводороды, токсичные соединения металлов. Сажа обладает хорошей летучестью,
долго держится в воздухе, образуя устойчивое облако в местах выделения.
Если содержание сажи в воздухе превышает 8 %, ее рассматривают как
взрывчатое вещество.
103
2.3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН
На протяжении всей геологической истории Земли непрерывно происходили тектонические движения (перемещения) отдельных ее блоков относительно друг друга. Залегание горных пород, слагающих земную кору,
также видоизменялось. Считается, что в осадочных породах образовались
нефтяные и газовые залежи, а в результате смещения горных пород образовались разбросанные по площади нефтяные и газовые месторождения.
Строительство скважины представляет собой процесс бурения до
пластовых залеганий добываемой продукции. Бурение скважины осуществляется с помощью буровой установки, представляющей собой совокупность сложных механизмов, кинематически связанных друг с другом.
Если бурение нескольких скважин проводится с одной площадки и при
этом бурят ряд наклонно направленных скважин в различных направлениях, то такой способ бурения носит название кустового. Во всех случаях
бурение скважин связано с ощутимым загрязнением ОС.
Отличительной особенностью процесса бурения является высокая интенсивность и кратковременность формирования значительных техногенных нагрузок на объекты гидро-, лито- и биосферы, которые нередко превышают пороговые нагрузки и тем самым приводят к негативным последствиям. Причем такой характер техногенного воздействия создает реальную угрозу экологического стресса в районах массового бурения. Если
учесть, что свыше 70 % объемов буровых работ приходится на экологически уязвимые регионы с крайне неблагополучными природно-климатическими и почвенно-ландшафтными условиями, характеризующиеся ограниченной способностью к самоочищению и слабыми защитными функциями к любому антропогенному воздействию, то становится очевидным
ущерб, причиняемый природной среде процессами строительства скважин.
При бурении нефтяных и газовых скважин наибольшую опасность
представляют открытые фонтаны с неконтролируемыми выбросами нефти,
104
газа и газового конденсата. Это может привести к образованию вокруг
устья скважины кратеров и котлованов.
Основными объектами загрязнения ОС при бурении нефтяных и газо-
вых скважин являются:
– рабочая площадка;
– устье скважины и прискваженные участки;
– циркуляционная система;
– блоки приготовления, очистки, утяжеления и регенерации бурового
раствора; блок химреагентов;
– склад для хранения сыпучих материалов, блок емкостей для запас-
ного бурового раствора, насосный блок, дизельный привод, обвязка буровых насосов;
– обвязка водоснабжения, земляные амбары.
Источниками механических нарушений являются следующие техно-
логические процессы:
– снятие и складирование плодородного слоя земли при подготовке
территории буровой;
– устройство насыпной площадки под буровую при кустовом строи-
тельстве скважин;
– устройство земляных котлованов (шламовых амбаров) для сбора
и хранения производственно-технологических отходов бурения;
– сооружение технологических площадок под оборудование буровой.
Источниками гидрогеологических нарушений являются технологические процессы, связанные с бурением скважин (загрязнения подземных
вод и открытых водоемов, почвенно-растительного покрова).
Источники загрязнения условно можно разделить на постоянные и временные. К первой группе относятся фильтрация и утечки жидких отходов
бурения из накопительных котлованов, сооружаемых в минеральном грунте (шламовых амбаров). Ко второй группе следует отнести источники временного действия: поглощение бурового раствора при бурении; выбросы
пластового флюида на дневную поверхность; нарушение герметичности
105
зацементированного заколонного пространства, приводящее к межпластовым перетокам и заколонным проявлениям; затопление территории буровой вследствие паводка в период весеннего половодья или интенсивного
таяния снегов и разлив при этом содержимого шламовых амбаров.
Источники загрязнения носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы. Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы
бурения (буровой шлам (БШ), отработанный буровой раствор (ОБР), буровые сточные воды (БСВ)), которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой, как правило, в земляных амбарах (котлованах-отстойниках), устраиваемых в минеральном или насыпном грунте.
Отходы в своем составе содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, а также химреагентов.
По агрегатному состоянию отходы могут быть систематизированы
как жидкие (текучие), полужидкие (пастообразные) и твердые. При этом
основным признаком отнесения к тому или иному виду в данной систематизации является содержание твердой и жидкой фаз. Так, при содержании
твердой фазы до 35 % отходы сохраняют свою подвижность и текучесть
и относятся к жидким отходам (ОБР). При содержании твердой фазы от 35
до 85 % отходы имеют пастообразный вид и относятся к полужидким
(ОБР с БШ). И, наконец, при содержании жидкости в составе отходов
меньше 15 % их следует отнести к категории твердых отходов (БШ).
С целью сокращения объемов наработки бурового раствора и уменьшения ОБР, подлежащего обезвреживанию и утилизации, применяется
трехступенчатая (четырехступенчатая) система очистки раствора от выбуренной породы, используется блок коагуляции-флокуляции (типа FCH)
для разделения раствора на механическую и твердые фазы и очистки БСВ
от загрязнений.
Наибольший объем среди отходов бурения составляют БСВ. Это связано с тем, что строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов природной воды и образованием загрязненных стоков
106
в виде БСВ. Суточная потребность буровой в технической воде колеблется в широких пределах – от 25–30 до 100–120 м3 (на цикл бурения – 5000–
8000 м3) и зависит как от природно-климатических условий и геологотехнических особенностей проводки скважин, организации системы водоснабжения, так и от глубины скважины, продолжительности бурения и необходимости ликвидации осложнений и аварий.
БСВ, образующиеся при бурении нефтяных и газовых скважин, под-
разделяются на следующие виды:
– эксплуатационные (очистка сеток вибросит, мытье полов и оборудо-
вания, отработанная вода от гидротормоза лебедки и системы охлаждения);
– технические (обмыв поднимаемых труб, явление сифона, дополнительное загрязнение бурового раствора после цементирования, увеличение объема раствора в результате самопроизвольного замешивания);
– технологические (утечки при приготовлении буровых растворов и химических реагентов для их обработки, потери при отделении выбуренного
шлама на механизмах грубой (вибросита) и тонкой (гидроциклонные пескоотделители и илоотделители, центрифуги) очистки, а также при засорениях и нарушениях целостности желобной системы);
– аварийные (порыв трубопроводов, неисправность запорной арматуры);
– хозяйственно-бытовые;
– природные (дождевые и талые воды).
В процессе освоения скважинная жидкость (нефть) и пластовый флюид в определенных условиях (при отработке скважины) представляют собой отходы процесса освоения, которые должны собираться в специальные передвижные металлические емкости.
В процессе испытания скважины полученную нефть следует собирать
в емкости с соблюдением правил хранения легковоспламеняющихся жидкостей. Конденсат, накапливающийся при испытаниях скважин, необходимо вывозить с буровой для использования в качестве топлива. Конденсат применяется только после удаления из него летучих компонентов.
107
При кратковременных испытаниях скважин допускается сжигать газ
в факелах при содержании сернистого ангидрида не более 0,5 мг/м3 и сажи 0,15 мг/м3. Сжигание газа, содержащего концентрацию больше вышеуказанных значений, должно производиться при наличии разрешения органов санитарного надзора.
Испытания и освоения скважин должны проводиться при благоприятных метеорологических условиях (направление ветра – от населенных
пунктов, отсутствие штилей и штормовых ветров). Время продувки скважин должно быть сведено к минимуму.
Экологическая безопасность процесса строительства скважин обеспечивается:
– организованным сбором всех видов отходов бурения и их локализацией в строго отведенном месте;
– переработкой отработанного бурового раствора с разделением его
на шлам и воду;
– очисткой загрязненных стоков до нормативного уровня с использованием центрифуги и блока коагуляции-флокуляции;
– использованием очищенной (осветленной) воды в системе замкнутого (оборотного) водоснабжения буровой при условии, что она очищена
до параметров, отвечающих требованиям, предъявляемым к оборотной воде. Очищенная техническая вода используется для технологических нужд
буровой (приготовление бурового раствора, обмыв оборудования, приготовление пара и т. д.);
– использованием малоопасных химреагентов для обработки бурового раствора;
– накоплением бурового шлама в бункере-накопителе с последующим
вывозом шлама на полигон для захоронения.
К основным факторам, которые необходимо учитывать при выборе
места расположения буровой площадки, относятся: уклон поверхности
земли, тип почвенного покрова и литологический состав почвогрунтов,
глубина залегания грунтовых вод (особенно пресных), необходимый объ-
108
ем подготовительных работ, в том числе при строительстве на болоте,
многолетнемерзлых пород (ММП), наличие охранных территорий и зон,
пути миграции животных, значимость растительного покрова, лесов.
Бурение скважины – это, с экологической точки зрения, глубокая рана
в земле. Если в скважине происходят аварии, то процесс воздействия на
природу усугубляется. Несмотря на то, что осложнения считаются ожидаемой ситуацией и для их преодоления предусмотрены технологические
приемы, иногда они переходят в категорию аварий.
Аварией считают нарушение непрерывности технологического процесса сооружения скважины, требующее для его ликвидации проведения
специальных работ, не предусмотренных техническим проектом. Основными причинами возникновения осложнений являются факторы, которые
можно условно разделить на три категории – горно-геологические, технико-технологические и организационные. Также на три основных разряда
делятся и средства предупреждения осложнений. Первые подразумевают
правильный выбор конструкции скважины, режимов, способов бурения
и применяемого оборудования; вторые – грамотный подбор бурового и тампонажного растворов, их свойств и параметров, а также оперативное регулирование их использования; третьи – постоянный технологический и геофизический контроль состояния ствола скважины с применением методов
прогнозирования.
Наиболее часто возникают такие осложнения, как поглощение бурового промывочного и тампонажного растворов, газо-, нефте- и водопроявления, осыпи и обвалы стенок скважины, затяжки и посадки бурильного
инструмента, образование желобных выработок.
Обычно такие ситуации складываются из-за халатного отношения
производителей буровых работ к производственному процессу или из-за
низкой квалификации работников. В ряде случаев, особенно при бурении
первых разведочных скважин, аварийные ситуации случаются из-за недостаточной изученности вскрываемого скважинного разреза горных пород.
В процессе бурения скважин даже без нарушения технологии происходит
109
поступление буровых растворов в поглощающие горизонты, а также проникновение фильтрата растворов в околоскважинное пространство.
Поглощение раствора – основной вид осложнений, занимающий до
80 % затрат времени на осложнения. В среднем затраты на ликвидацию
осложнений в общем балансе времени составляют 8,7 %. Поглощение бурового раствора происходит тогда, когда давление в пласте меньше давления столба жидкости в скважине или когда при бурении скважины встречается сильно кавернозный пласт. Для предупреждения гидроразрыва пород и поглощения бурового раствора ограничивают скорость спуска бурильного инструмента и обсадных колонн до 1,4 м/с.
Одной из ответственных экологических задач при строительстве
скважин является качественное цементирование затрубного пространства.
Оно проводится с целью защиты обсадных колонн от агрессивного воздействия жидких флюидов или газа на металл, а также устранения возможности перетоков их из одного пласта в другой или атмосферу. Учитывая, что после цементирования скважина будет эксплуатироваться десятилетиями, к качеству конструкции, герметичности и прочности обсадных
колонн, а также качеству их крепления, особенно к газовым и газоконденсатным скважинам, предъявляются высокие требования.
Перед цементированием скважины проводится подготовка ствола
скважины: полный вынос шлама из вертикальных и наклонных участков
скважины, обеспечение устойчивости стенок скважины (особенно в соленосных и терригенных отложениях) и прочее. Колонна должна быть
оснащена заколонными техническими средствами (центраторами, вращателями потока, скребками, турбулизаторами и т. п.) для обеспечения соосности колонны и скважины.
Бурение нефтяных и газовых скважин характеризуется значительным
водопотреблением. Расход воды на одну буровую в среднем составляет
100–120 м3/сут. На проходку 1 м ствола скважины расходуют от 1 до 6 м3
нормативно чистой воды. Объем сточных вод при этом изменяется от 25
до 40 м3/сут.
110