Экологические аспекты газо-и нефтедобычи

  Исследование  техногенного воздействия шламовых амбаров на окружающую среду выявило, что они либо вообще не имеют гидроизоляции, либо она нарушена, и их содержимое проникает на глубину до 80 м. При попадании ОБР в почву происходит разрушение почвенных ферментов, за счет чего снижается продуктивность почвенного покрова. В частности, при попадании в почву отходов растворов, содержащих 15 % нефти и нефтепродуктов, урожайность падает практически до нуля и почва не восстанавливается в течение длительного времени– до 20 лет.

  В процессе бурения используют воду из близлежащих водоемов или из специально пробуренных скважин. Следует максимально полно использовать сточные воды на технологические нужды, не допуская их сброса на рельеф. При бурении одной скважины безвозвратное потребление и потери воды достигают 3500 м³, а количество выпускаемых в водоемы производственных сточных вод составляет примерно 1,5 м³ на один метр проходки.

  Из  всех видов загрязнения почвенной  среды нефтепродуктами и другими  группами загрязняющих веществ наиболее опасным является загрязнение горизонта грунтовых вод, так как токсичные вещества могут мигрировать на большие расстояния, распространяться за пределы первоначального участка и проникать к водозаборным сооружениям. Над загрязненной поверхностью подземных вод формируется газовая оболочка из углеводородов.

  Удельные  потери нефти российских добывающих компаний составляют в среднем 5,2 кг на тонну добытой нефти. Удельные потери предприятий нефтепереработки тоже велики и составляют в среднем 4,5 кг на тонну переработанной нефти. Нижний безопасный уровень содержания нефтепродуктов в почвах составляет 1000 мг/кг (табл. 14.1). Ниже этого уровня в почвенных экосистемах происходят процессы самоочищения. Верхний безопасный уровень содержания нефтепродуктов зависит от типа почвы, климатической зоны и состава нефтепродуктов. Следует заметить, что до сих пор остаются недостаточно изученными вопросы токсической активности многих используемых в бурении реагентов.

Таблица 14.1. Уровни загрязнения почв нефтепродуктами 

  Ликвидация  нефтеразливов. С позиции экологической безопасности более предпочтительны механические способы сбора разлитой нефти. Широко используются методы, основанные на свойствах некоторых материалов поглощать нефть: торф, мох, опилки, сено, полиуретан, целлюлоза, смолы. Искусственные сорбенты можно использовать повторно после регенерации. Поглощающая способность комбинированных поглотителей нефти достигает 26 кг/кг, а кратность использования – 30 раз.

  Перечень  химических препаратов для использования  при ликвидации нефтяных разливов насчитывает  более 200 наименований. Из них различают следующие основные группы:

  эмульгаторы для создания эмульсий с целью  диспергирования нефти и ускорения  ее разложения;

  отвердители для придания нефти густой консистенции и последующего механического удаления;

  моющие  средства для смывания нефтяных пленок, пятен и покрытий с пляжных участков.

  На  первых этапах ликвидации загрязнений  почв используют механический способ удаления слоя почвы и физико-химические методы очистки: сжигание, промывка или  сорбция. Применение нефтеразлагающих бактерий-биодеструкторов позволяет снижать загрязнения лишь в поверхностном слое почвы. К тому же процесс этот занимает 2–3 сезона. Процесс самоочищения под действием природной микрофлоры является длительным–до 25 лет. Этот период можно сократить на 5–7 лет, применяя рыхление или внесение сорбентов. Остаточная нефть по химическому составу представляет собой битум, что дает основание считать процесс деструкции законченным. На окончательной стадии рекультивации используют посев нефтестойких растений: клевер, щавель, осоку и др.

  Наиболее  эффективный метод – биотехнология, основанная на окислении нефтепродуктов микроорганизмами. В результате происходит расщепление углеводородов, их минерализация и последующая гумификация.

  В глобальном плане количество нефтешламов  в накопителях и масштабы загрязнений почв увеличиваются. Восстановление нарушенных земель значительно отстает от темпов загрязнения, потому что очистка почвы от нефтепродуктов представляет собой сложную проблему и требует высоких затрат. Стоимость рекультивации сильнозагрязненных участков достигает 150 тыс. долл. за гектар.

2. Воздействие бурения  скважин на недра

Проекты разведки и обустройства месторождений, а также проекты строительства скважин на нефть и газ должны содержать раздел «Охрана окружающей среды» с указанием различных мер и средств защиты.

  Охрана  недр является одним из важнейших  направлений деятельности нефтегазодобывающей  промышленности. При нарушении технологической  дисциплины производства работ бурение скважин и разработка месторождений вызывают значительное загрязнение недр.

  Бурение скважин и добыча углеводородов  всегда сопровождаются нарушением равновесного состояния земных недр, их загрязнением отходами производства и нефтепродуктами. В контрактах на разработку месторождений и в лицензиях на пользование недрами содержатся мероприятия по охране недр. Проходка скважины нарушает естественную разобщенность горных пород и создает возможность взаимодействия пластов между собой и с атмосферой. Нефть может попасть в водоносные пласты, и наоборот, пласт нефти может обводниться. Из-за катастрофических уходов промывочной жидкости в горные породы попадают применяемые в буровых растворах минеральные и органические вещества.

  Отбор нефти и газа из недр, а также нагнетание воды и других реагентов в продуктивные горизонты изменяют напряженно-деформированное состояние огромных массивов пород. А если при этом учесть, что большинство залежей приурочено к зонам тектонических напряжений, разломов и сдвигов, то становится понятной причинно-следственная связь между эксплуатацией месторождений и случаями техногенных, в том числе сейсмических проявлений.

  Одно  из таких проявлений – просадка земной поверхности, которая может достигать нескольких метров. Большие осадки дневной поверхности происходят при длительном отборе нефти, когда продуктивный пласт сложен мощной песчано-глинистой толщей. Отбор нефти вызывает значительное снижение порового давления в пласте и его вторичную консолидацию. По мере отбора нефти все возрастающую часть веса вышележащего массива воспринимает продуктивный пласт. Оседания земной поверхности наблюдаются, в частности, на крупных и длительно разрабатываемых месторождениях Западной Сибири.

  Показательными  примерами проседания пород при эксплуатации месторождений углеводородов являются:

• значительная просадка дневной поверхности над нефтеносным полем Уилмингтон в Калифорнии, из-за чего пришлось нарастить на 9 м береговые дамбы порта Лонг-Бич;
• образование впадины глубиной более 2,5 м и диаметром 60 км в пределах района добычи Хьюстон–Галвестон;
• опускание поверхности на 6 см при истощении газового месторождении Лак (Франция). При этом наблюдавшееся опускание поверхности было корреляционно связано со скоростью падения порового давления в пласте.

  На  промыслах Экофиск в норвежской части Северного моря произошло  непредвиденное погружение оснований  стационарных буровых платформ более  чем на 4 м, что привело к сокращению безопасного расстояния относительно уровня воды и волн. На борту прогиба вертикальное перемещение было наполовину меньше, но сопровождалось небольшим запрокидыванием. Уложенные на дне трубы, соединяющие платформы друг с другом и с материком, испытали повреждения и деформации: зависание над дном и горизонтальные изгибы.

  Последовательные замеры зафиксировали опускание морского дна со скоростью 0,40 м в год. Уровень безопасности стал недостаточным, и металлические платформы пришлось поднимать на 6 м с помощью домкратов. Причина погружения морского дна заключалась в том, что нефтяная залежь мощностью более 300 м перекрывалась слоями недоуплотненных глин, в которых давление флюидов было аномально высоким и в два раза превышало гидростатическое давление.

  Наиболее  опасны горизонтальные смещения и неравномерные  оседания земной поверхности, которые могут привести к авариям нефтегазопроводов и других инженерных сооружений. На нефтяном месторождении Инглвуд (Калифорния) образовавшиеся на поверхности горизонтальные смещения стали причиной деформаций и разрыва плотины Болдуин-Хилс.

  Иногда разработка месторождений приводит к горизонтальным сдвигам горных пород. Этому явлению способствует наличие в разрезе глинистых слоев, играющих роль смазки для горизонтальных смещений вышележащих пластов. Горизонтальные смещения массивов приводят к срезанию обсадных колонн эксплуатационных скважин.

  Механизм  возникновения землетрясений при  добыче нефти имеет много общего с механизмом возбужденной сейсмичности при строительстве крупных гидроузлов. Давно замечено, что в районах  строительства крупных плотин возникает или усиливается сейсмическая активность.

  Как показывают наблюдения, возбужденная сейсмичность возникает при наличии  в массивах боковых тектонических  напряжений, трещин и ранее существовавших разломов. О существовании в горных породах накопленной упругой энергии свидетельствуют большие горизонтальные напряжения тектонического происхождения. Например, на Талнахском рудном месторождении фоновые значения напряжений на 10–15 МПа выше напряжений, обусловленных весом вышележащих пород.

  Причиной  происходящих на месторождениях нефти и газа сейсмических событий может являться увеличение гидродинамического давления в процессе циркуляции промывочной жидкости или принудительного нагнетания воды в продуктивные пласты. В результате обжатия жидкостью скальных отдельностей пласты горных пород «разрыхляются», характер механического взаимодействия между отдельными блоками изменяется, сопротивляемость пород сдвигу снижается. Если при этом пласт накопил значительную потенциальную энергию деформаций и воспринимает значительные тектонические напряжения, то в какой-то момент он выходит из равновесного состояния, происходит резкая подвижка части массива.

  Стартовым механизмом для начала подвижек является достижение предельного равновесия в большом объеме массива горных пород. Ранее накопленная упругая потенциальная энергия деформаций высвобождается, скачком переходит в кинетическую энергию – происходит сейсмическое событие. В качестве примера можно привести землетрясение с магнитудой 5,7, случившееся в 1983 г. с очагом на глубине 7–8 км на Кумдагском месторождении в Туркменистане.

  Длительная  закачка воды в глубокие горизонты  вызывает изменение температурного состояния массива и, что неизбежно, – дополнительные деформации и напряжения. Для типичных по упругим и тепловым свойствам горных пород понижение температуры на 1 °С по реакции массива эквивалентно повышению давления воды в порах и трещинах на 0,7 МПа. Таким образом, нагнетание воды в глубокие горизонты вызывает возникновение дополнительных напряжений в горных породах как за счет их охлаждения, так и за счет повышения порового давления. Два последних фактора следует рассматривать в ряду причин возбужденной сейсмичности.

  Сейсмические  события происходят и в результате отбора большой массы углеводородов  и снижения гидростатической нагрузки на породы фундамента и кровли, находящихся в критически напряженном состоянии. Так на Ромашкинском месторождении, где продуктивные пласты залегают на глубине до двух километров, центры землетрясений находились в верхней части кристаллического фундамента на глубинах 3–5 км. В Волго-Уральской нефтегазоносной провинции техногенно-индуцированные землетрясения достигали силы 7 баллов.

  Территория  газового месторождения Лак на юге  Франции на протяжении нескольких веков  оставалась несейсмичной. Через 10 лет после начала разработки месторождения из-за падения порового давления в пласте массив пришел в состояние повышенной сейсмической активности. Подобные ситуации встречаются и в других районах (например, Газлинское месторождение в Туркмении), где извлечение флюидов приводит массив в сейсмически неустойчивое состояние.

  Таким образом, можно заключить, что разработка месторождений нефти и газа часто  провоцирует землетрясения в  районах добычи. Возникают они  как при интенсивном отборе углеводородов, так и при закачке жидкости для поддержания пластового давления с целью повышения нефтеотдачи. Поэтому для предупреждения опасных событий при разработке месторождений следует проводить мониторинг напряженно-деформированного состояния массива и создавать специальную сеть сейсмических станций.