Об актуальности проблемы охраны недр

Человеческая деятельность преобразует природу значительно быстрее, чем происходит эволюционное восстановление ее и конкретных экологических объектов, на которые она воздействует (темпы потребления нефти и газа, например, несопоставимы со скоростью их образования). Этот вывод особенно характерен для недр, загрязнение которых – масштабный, во многих случаях необратимый процесс. Недра нельзя рассматривать только как источник полезных ископаемых, необходимых для жизни и деятельности человека. Загрязнение недр и их нерациональное использование немедленно отрицательно отражается на всей геологической среде, состоянии и качестве поверхностных и подземных вод, атмосферы, почвы, леса, режиме рек и водоемов, растительности и условиях обитания многих биологических видов. Справедливость этого вывода становится очевидной, если учесть, что основной объем наиболее опасных сточных вод и других отходов образуется и выбрасывается в окружающую среду предприятиями по добыче и переработке топлива (угля, нефти, газа) и химического сырья (металлические и неметаллические руды, строительные материалы, минеральные удобрения и т. д.) и их потребителями.

11.2.2. Охрана недр и окружающей среды
при сооружении гидрогеологических скважин

Все разведываемые и разрабатываемые месторождения пресных и минеральных вод подлежат охране с целью сохранения их природных физических и химических свойств, а также предохранения их от загрязнения и истощения.

Для обеспечения охраны месторождений устанавливаются округа или зоны санитарной охраны, в пределах которых запрещаются всякие работы, загрязняющие почву, воду и воздух, наносящие ущерб лесам и другим зеленым насаждениям, ведущие к развитию эрозионных процессов и отрицательно влияющие на санитарное состояние каптируемых (добываемых) вод.

При бурении и эксплуатации водозаборных скважин не должен допускаться их бесконтрольный, нерегулируемый самоизлив, а в аварийных случаях необходимо принятие срочных мер по ликвидации потерь воды.

Запрещается сброс отходов бурения и минерализованных стоков в водные объекты, на земли сельскохозяйственного и лесохозяйственного назначения.

11.2.3. Охрана недр и окружающей среды при разведке
и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Применительно к нефтяной и газовой промышленности в проблеме охраны недр следует выделить:

· комплексное геологическое изучение строения недр, получение достоверных данных о количестве и качестве запасов нефти, газа и других сопутствующих полезных ископаемых;

· максимально возможное снижение потерь запасов нефти и газа при разведке и эксплуатации месторождений (выбросы и открытое фонтанирование, внутрипластовые перетоки);

· выбор, обоснование прогрессивных систем вскрытия, способов разработки и методов повышения нефтеотдачи, технологии добычи и т. д. по экономическим и экологическим показателям, обеспечивающим оптимальную полноту и комплексность извлечения из недр нефти, газа и других полезных ископаемых;

· объемы, виды и прогрессивная организация работ по рекультивации земли;

· предотвращение открытых нефтяных и газовых фонтанов:

· исключение обводнения месторождения и др.;

· сохранение в чистоте водоносных горизонтов, предотвращение их истощения;

· использование нефтяного газа;

· сведение к минимуму потерь добытой нефти, нефтяного и природного газа и конденсата при эксплуатации, подготовке и транспорте нефти и газа;

· извлечение запасов нефти, газа и конденсата и сопутствующих им полезных ископаемых при минимальных затратах;

· предотвращение загрязнения, заражения, опасной деформации и сейсмического воздействия на недра при бурении, эксплуатации, исследовании скважин, сооружении или эксплуатации подземных хранилищ нефти или газа, захоронении и т. д.;

· предотвращение потерь нефти и газа, загрязнения ими почвы, атмосферы и водоемов;

· загрязнение морей и океанов при освоении шельфа.

Мероприятия по охране недр являются важным элементом и составной частью всех основных технологических процессов при проводке нефтяных и газовых скважин, разработке и эксплуатации месторождений и направлены на обеспечение высокой эффективности и безаварийности производства, более полного извлечения и использования нефти, газа и конденсата и других полезных ископаемых.

Геологоразведочные работы на нефть и газ могут проводиться при наличии утвержденного проекта с геолого-техническим нарядом, определяющим порядок и полноту геологического изучения объекта разведки.

В процессе проводки скважин предусматривается и реализуется комплекс мер по предотвращению выбросов, открытого фонтанирования, грифонообразования, обвалов стенок скважин, поглощений промывочной жидкости и других осложнений. Для этого нефтяные, газовые и водоносные интервалы в скважинах изолируются друг от друга, обеспечивается герметичность колонн, крепление ствола скважины кондуктором, промежуточными эксплуатационными колоннами с высоким качеством их цементирования.

На скважинах, вскрывающих зоны с возможными газонефте-проявлениями, а также продуктивные горизонты на новых площадях и объектах, газовых и газоконденсатных месторождениях, а также на месторождениях с аномально высокими пластовыми давлениями буровая установка до начала бурения должна быть обеспечена противовыбросовым оборудованием – превентором с глухими плашками и с превентором, имеющим плашки под бурильные трубы, емкостями с запасом промывочной жидкости.

В других случаях необходимость установки превенторов и их число определяются нефтегазодобывающим или геологическим объединением (в Республике Беларусь это РУП «Беларусьнефть» и РУП «Белгеология») и согласовываются с местным органом Проматомнадзора МЧС РБ.

Устье скважины после спуска кондуктора или промежуточной обсадной колонны оборудуется превенторной установкой. Обвязка превенторов должна выполняться по типовой схеме.

Качественная изоляция проницаемых пластов в затрубном пространстве позволяет устранять возможность перетоков жидкости или газа из одного объекта в другой или в атмосферу, предотвращает ухудшение свойств коллекторов и обеспечивает возможность дальнейшего ведения буровых работ при различных осложнениях. Основной метод разобщения пластов в настоящее время – цементирование заколонного пространства скважин.

Освоение и опробование скважин должно проводиться после обвязки обсадных колонн скважины колонной головкой, которая испытывается закачкой воды в межколонное пространство на давление опрессовки внешней обсадной колонны.

Герметичность обсадной колонны, колонной головки и зацементированного заколонного пространства проверяют опрессовкой. Колонна считается герметичной, если после замены продавочной жидкости водой не наблюдается перелива жидкости и выделения газа на устье, если в период выдержки колонны под давлением последнее в течение 30 мин. снижается не более чем на 0,5 МПа при опрессовочном давлении свыше 7 МПа и не более чем на 0,3 МПа при меньшем опрессовочном давлении.

Герметичность эксплуатационных колонн во всех разведочных скважинах, в которых давление на устье в период опробования, испытания или эксплуатации существенно не превышает атмосферного, дополнительно проверяют снижением уровня жидкости на 40–50 м ниже того, при котором предполагается вызвать приток пластовой жидкости при опробовании.

Особенно высокие требования к конструкции, герметичности и прочности обсадных колонн, а также качеству их крепления предъявляются к газовым и газоконденсатным скважинам и скважинам, используемым для процессов подземного хранения газа.

Для герметизации стыков колонн таких скважин применяют смазки Р-2, УС-1, металлизацию поверхности витков резьбы муфт, стыкосварные колонны.

При строительстве подземных хранилищ газа особое внимание должно уделяться герметичности обвязки колонн и их креплению. Для этих целей широко используются колонные головки, шаровые обратные клапаны, способ крепления скважин трубами с шероховатой поверхностью и др. Кроме того предусматривается создание специальных конструкций скважин, подземных хранилищ, обеспечивающих их надежную изоляцию от поверхностных и промежуточных верхних водоносных горизонтов, бурение скважин уменьшенного диаметра (не более 146 мм) при дебитах до 500 тыс. м³/сут. и повышенного диаметра (до 325 мм) при больших дебитах газа, а также другие технические и технологические мероприятия.

При первоочередном разбуривании верхних объектов в скважинах, бурящихся на нижележащие горизонты, следует осуществлять меры по предотвращению проникновения промывочной жидкости в эксплуатируемые верхние объекты.

При вскрытии и освоении продуктивных пластов необходимо принимать эффективные меры для предотвращения ухудшения проницаемости призабойной зоны за счет глинизации коллектора, инфильтрации и других процессов. Для этого необходимо применять качественные промывочные жидкости, максимально возможно сокращать время контакта промывочной жидкости с коллектором, не допускать чрезмерного повышения противодавления на пласт-коллектор и др. Особое значение с точки зрения охраны недр имеет правильное проведение работ по консервации и ликвидации скважин.

Ликвидация скважин

Ликвидация скважин после опробования при наличии эксплуатационной колонны должна проводиться следующим образом.

В интервалах со слабыми нефтяными и газовыми проявлениями или в пластах, оказавшихся нефтепродуктивными, устанавливаются цементные мосты. Высота каждого из них должна быть на 20–30 м выше и ниже кровли и подошвы пласта (интервала). Выше последнего объекта испытания устанавливается цементный мост высотой не менее 50 м.

Извлечение обсадных колонн разрешается при отсутствии газовых и газонефтяных залежей, а также напорных минерализованных пластовых вод, могущих загрязнить верхние пресные воды.

Устья ликвидированных скважин на нефть, газ, калийные соли и т. п. заливаются цементом и оборудуются цементным сальником, бетонной тумбой размером 1×1×1 м и репером, на котором электросваркой делаются надписи: номер скважины, наименование площади и организации, пробурившей скважину, дата окончания бурения.

При консервации скважин на нефть и газ способ консервации зависит от ее длительности и коэффициента аномальности пластового давления. При консервации скважин на срок свыше 3 мес. скважина без установки цементного моста задавливается промывочной жидкостью на нефтяной основе или обрабатывается ПАВ, исключающими глинизацию призабойной зоны. Плотность раствора должна создать давление в скважине на 5–10 % выше пластового.

Самый верхний участок ствола скважины длиной около 30 м необходимо заполнять незамерзающей жидкостью (соляровым маслом, раствором хлористого кальция и т. д.).

В случае кратковременной консервации (до 3 мес.) при низких пластовых давлениях скважины можно не задавливать промывочной жидкостью. На устье скважины устанавливается фонтанная арматура с контрольным вентилем, штурвалы с задвижек арматуры должны быть сняты, манометры вывернуты, патрубки загерметизированы, фланцы задвижек оборудованы заглушками.

11.2.5. Мероприятия по охране недр
в процессе разработки месторождений

Большое количество мероприятий следует осуществлять для охраны недр в процессе разработки месторождений. В основном эти меры сводятся к выбору рациональной системы разработки нефтяных, газовых или газоконденсатных месторождений, к контролю и регулированию разработки месторождений, внедрению эффективных методов повышения нефтегазоконденсатоотдачи.

Разработка месторождений нефти или газа должна осуществляться по утвержденной в установленном порядке технологической схеме, либо по проекту. При проектировании разработки руководствуются проверенными и принятыми методами расчетов с учетом специфики геологического строения, геолого-промысловых особенностей месторождений и физико-химических свойств пластовых флюидов. При этом исходят из требований и положений действующих рекомендаций, регламентов и правил разработки месторождений нефти и газа.

При проектировании разработки месторождений нефти и газа следует обеспечивать уровень нефтегазоконденсатоотдачи с учетом технологических и экономических показателей.

Очень важное значение с точки зрения охраны недр имеет контроль за состоянием разработки месторождений, особенно за продвижением контуров нефтеводогазоносности, пластовым давлением, гидродинамической связью между пластами и т. д.

Работа добывающих и нагнетательных скважин должна вестись на установленных технологических режимах, обеспечивающих сохранность коллектора и не допускающих преждевременного обводнения скважин.

11.2.6. Источники нефтяного и химического загрязнения
при бурении скважин

В процессе бурения скважин, в частности нефтяных и газовых, на одну буровую в среднем расходуется около 100–120 м³/сут. воды. Обычно на территории бурящихся скважин в земляных амбарах скапливается значительное количество сточных вод, загрязненных диспергированной глиной, смазочными маслами, химическими реагентами, выбуренной породой, солями и т. д.

Лабораторными исследованиями установлено, что физико-хими-
ческий состав сточных вод колеблется в широких пределах и зависит в основном от количества попавших в воду бурового раствора и химических реагентов. Вместе с буровым раствором в сточную воду попадают такие химические реагенты, как УЩР, ПФЛХ, КССБ, ВЖС, гипан, нитролигнин, хромпик, КМЦ, ПАВ и другие, обладающие определенной токсичностью. Механические же примеси в сточных водных буровых в основном состоят из диспергированной глины, породы и утяжелителя и содержание их колеблется в широких пределах.

Непреднамеренное попадание или сброс буровых сточных вод в открытые водоемы или поглощающие скважины сильно загрязняет водные источники и подземные пресные воды и губит живые организмы водоемов.

Значительную опасность для окружающей среды представляют также буровые растворы и особенно растворы на нефтяной основе. Обычно загрязнения ими происходят в результате переливов и выбросов из бурящихся скважин, сброса отработанных растворов в овраги и водоемы, перетоков их по поглощающим пластам и др. Так как при массовом бурении все еще используется амбарная циркуляционная система, то шлам, сточные воды и буровые растворы находятся в земляных амбарах, откуда достаточно легко могут попасть в окружающую природную среду.

В процессе бурения химически обработанный буровой раствор, включающий некоторые токсичные вещества (КССБ, КМЦ, РС-2, сульфонолы, высшие жирные спирты и др.), смешиваясь со сточными буровыми водами, загрязненными нефтью, нефтепродуктами, отработанными смазочными маслами и др., и попадая в открытые водоемы, образует весьма стойкие, не отстаивающиеся суспензии. Загрязняются водоемы и буровым шламом, который вместе с выбуренной породой и нефтью включает все химические соединения, используемые для приготовления буровых растворов. Количество глины в шламе составляет от 30 до 90 %, утяжелителя – 10–30 %.

Установлено, что присутствие всех этих токсичных химических веществ в воде пагубно отражается на живых организмах и приводит к их гибели. Кроме того, наличие в буровых растворах ПАВ усугубляется действием пены, которая, накапливаясь на поверхности воды, уменьшает способность водоемов к самоочищению. То есть буровые растворы высокотоксичны и попадание их в водоемы даже в небольших количествах представляет серьезную опасность.

Для очистки буровых растворов применяют различные устройства, такие, например, как вибрационные сита, пескоотделители, шламоотделители, илоотделители, гидроциклонные установки и центрифуги. До настоящего времени одна из серьезных проблем бурения – изыскание наиболее простых и дешевых способов утилизации буровых растворов. Практика показывает, что наиболее оправданный способ – многократное их использование и последующее захоронение в глубокозалегающие поглощающие интервалы горных пород.

Рекультивация земель

В процессе строительно-монтажных работ по возведению буровой вышки и привышечных сооружений на территории, где производятся эти работы, в результате расчистки и планировки площадок, копки траншей для циркуляционных систем и земляных амбаров нарушается почвенный и растительный покров. Наибольшие нарушения и загрязнения допускаются буровыми предприятиями на отчужденных участках земли в процессе бурения скважин и их освоения.

Степень этих загрязнений зависит от вида и свойств применяемых промывочных жидкостей и входящих в них химических компонентов. В связи с этим в нефтяной отрасли разработаны различные рецептуры промывочных жидкостей, применение которых обеспечивает качественную проводку скважин и охрану природы.

Для сокращения загрязнения земель и восстановления нарушенного плодородия почвы геологоразведочные и нефтедобывающие предприятия в широких масштабах осуществляют рекультивацию.

Рекультивация земель предусматривает снятие и сохранение плодородного слоя почвы при подготовке площадки (до начала возведения буровой вышки), транспортировку снятого слоя к месту временного хранения и нанесение его на восстанавливаемые земли после окончания буровых работ и демонтажа оборудования.

Для уменьшения объема земляных работ, строительно-монтажных работ по сооружению нефтегазопроводов, ЛЭП и т. д. рекомендуется кустовое бурение.

По окончании бурения площадку восстанавливают в обратном порядке – вначале заваливают неплодородной почвой амбары, планируют весь участок и только после этого рекультивируют плодородный слой. Если скважина расположена на пахотных землях, то плодородный слой следует распределять равномерно по всей территории (не оставляя обваловку вокруг скважины).

При расположении скважины на незасеваемых площадях вокруг нее необходимо делать обваловку на территории 0,36 га, а на остальной площади (1,24 га) рекультивировать почву.

литература

Основная

1. Башлык С. М., Загибайло Г. Т. Бурение скважин. М.: Недра, 1983.

2. Вадецкий Ю. В. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1973.

3. Ивачев Л. М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М.: Недра, 1987.

4. Кардыш В. Г. Оборудование для поискового бурения. Л.: Недра, 1986.

5. Кесельман Г. С., Махмудбеков Э. А. Защита окружающей среды при добыче, транспорте и хранении нефти и газа. М.: Недра, 1981.

6. Муравьев В. М., Середа Н. Г. Основы нефтяного и газового дела. М.: Недра, 1967.

7. Правила безопасности при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1991.

8. Словарь по геологии нефти и газа. Л.: Недра, 1988.

9. Справочник по бурению скважин на воду / Под ред. Д. Н. Башкатова. М.: Недра, 1979.

10. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин / Под ред. Е. А. Козловского. Т. 1. М.: Недра, 1984.

11. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин / Под ред. Е. А. Козловского. Т. 2. М.: Недра, 1984.

12. Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения / Г. А. Блинов, В. И. Васильев и др. Л.: Недра, 1983.

13. Спутник нефтегазопромыслового геолога. Справочник / Под ред. И. П. Чоловского. М.: Недра, 1989.

14. Технология и техника разведочного бурения / Ф. А. Шамшев, С. Н. Тараканов и др. М.: Недра, 1973.