автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Совершенствование процессов строительства скважин с целью предупреждения загрязнения и рационального использования земельных ресурсов

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ^^

НПО "БУРЕНИЕ" (ОАО НПО "БУРЕНИЕ")

На правах рукописи УДК 622.24:502.6

БЕЗРОДНЫЙ Юрий Георгиевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН С ЦЕЛЬЮ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Специальность 05.15.10 Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар, 1996

Работа выполнена в открытом акционерном обществе НПО "Бурение"

Научный руководитель

- действительный член Международной академии наук по экологии и безопасности жизнедеятельности, доктор технических наук, старший научный сотрудник Шеметов В.Ю.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Рябченко В.И.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Матыцын В.И.

Ведущее предприятие

- АО "Прикаспийбурнефть" ¿7 1997 г.

Защита диссертации состоится в J • часов на заседании Специализированного Совета Д 104.04.01 при ОАО НПО "Бурение" по адресу: 350624, г. Краснодар, ул. Мира, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПО "Бурение"

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук

.И.Рябова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В настоящее время в практике строительства скважин основное внимание все еще сконцентрировано на повышении качества и технико-экономических показателей проводки скважин. Хотя по своей природе строительство скважин всегда будет оказывать отрицательное влияние на окружающую среду (ОПС), вопрос заключается в том, как оптимально совместить бурение с экологическими требованиями.

Перспективным направлением решения проблемы окружающей среды при строительстве скважин на суше являются предупреждение загрязнения, обоснованное и рациональное использование земельных ресурсов; минимизация объемов отходов строительства скважин; совершенствование инженерных систем сбора, хранения, утилизации отходов бурения, методов обезвреживания содержимого шламовых амбаров с последующей экологически безопасной их ликвидацией и рекультивацией нарушенных земель. Однако многие из этих проблем еще не нашли своего окончательного решения. В связи с этим совершенствование процессов строительства скважин для повышения экологической безопасности представляется весьма актуальным.

Цель работы - совершенствование процессов строительства скважин в направлении предупреждения загрязнения и рационального использования земельных ресурсов, создания и внедрения эффективных методов снижения объемов отходов строительства скважин, их утилизации для перевода отходов из категории загрязнителей природной среды в материалы для ее защиты.

Основные задачи исследования:

• установить причины и источники загрязнения ОПС при строительстве скважин и выявить доминирующие из них;

• проанализировать обоснованность и рациональность использования земель, отводимых для строительства скважин, выявить резервы и определить направления сокращения размеров земельных отводов за счет совершенствования процессов бурения;

• разработать принципы и алгоритм построения схем расположения комплекса бурового оборудования и привышечных сооружений,

систематизировать нормативные ограничения на их размещение в пределах земельного отвода в зависимости от технологии строительства скважин;

• проанализировать генезис, состав и свойства отходов строительства скважин, определить направления их нейтрализации и утилизации;

• разоаботать методику расчета объемов земляных амбаров-накопителей отходов бурения;

• на основе районирования территории ведения буровых работ по условиям естественной защищенности грунтовых вод разработать типовые конструкции земляных амбаров-накопителей и оптимизировать методы складирования отходов бурения в разл! ных гидрогеологических условиях;

• разработать технико-технологические решения минимизации объемов отходов строительства скважин, нейтрализации и экологически безопасного захоронения отходов бурения, ликвидации земляных амбаров-накопителей, рекультивации нарушенных земель;

• оценить воздействие утилизируемых отходов бурения на почвы, рост и развитие сельскохозяйственных культур, а также результаты токсиколого-гигиенических исследований нейтрализованных отходов бурения для совершенствования рекультивации земель.

Методика исследований. Для решения по.ставлейных задач выполнен комплекс исследований, включающий обработку и анализ проектных, промысловых и геоэкологических материалов, теоретические и экспериментальные исследования с привлечением математической статистики, лабораторные химико- аналитические и хроматографические исследования с использованием стандартных методик на современных отечественных приборах, экспериментальные работы в стендовых и промысловых условиях на нестандартном,- штатном буровом и цементировочном оборудовании.

Научнаяновизна

1. Выявлены резервы и установлены основные направления сокращения размеров и рационального использования земельных отводов, используемых для строительства скважин. Впервые разработаны принципы и алгоритм построения схем расположения комплекса бурового оборудования при строительстве скважин на суше. Систематизированы нормативные

ограничения на размещение объектов и сооружений буровых установок в зависимости от технологии бурения скважин.

2. Разработана отраслевая концепция обращения с отходами строительства скважин, предусматривающая изменение технологии строительства скважин в направлении минимизации объемов образующихся отходов, утилизации отходов с целью их перевода из категории загрязнителей окружающей природной среды в инструмент для ее защиты (пат. 2039157; пат. 2039073; пат. 2040633).

3. Разработан расчетный метод определения объемов земляных амбаров-накопителей отходов бурения.

4. На основании экспериментальных исследований предложены направления и методы нейтрализации отходов бурения промышленными отходами других отраслей (а.с. 1616943; а.с. 1691385; а.с. 1575975).

5. Разработаны способы и устройства возведения противофильтрационных экранов и завес типа "стена в грунте" земляных шламовых амбаров (а.с. 1548322; а.с. 1723856; а.с. 17424СЗ; лат. 2040633).

6. Разработаны методы локализации, сбора и удаления плавающей нефти с водных поверхностей (а.с. 1730877; а.с. 1752027; пат. 1768035), ■очистки воды (а.с. 1626488), а также устройство для перемешивания сточных вод (пат. 2048178).

7. Разработаны способы рекультивации земель после окончания строительства скважин (пат. 1794286; пат. 1813278).

Практическая ценность работы

1. Реализация мероприятий по совершенствованию процессов строительства скважин позволяет сократить площадь земельных отводов и размер платежей за их аренду на 25-30 % и предотвратить необоснованное изъятие их из' сельскохозяйственного пользования и загрязнение земельных ресурсов.

2. Разработанная отраслевая концепция обращения с отходами строительства скважин предусматривает минимизацию объемов отходов, их экологически безопасное азмещение, устройство и эксплуатацию земляных шламовых амбаров, утилизацию отходов бурения с использованием отходов других отраслей промышленности, позволяет сократить расходы на земляные работы по сооружению амбаров и их гидроизоляцию, спи чип размеры платежей за размещение отходов.

3. Реализация технологии нейтрализации отходов бурения с использованием многотоннажных промышленных отходов местного производства обеспечивает сокращение на 5-7 месяцев сроков ликвидации земляных амбаров и, соответственно, возврата рекультивированных земель землепользователям.

4. Использование разработанных типовых конструкций земляных шламовых амбаров на основе районирования территории ведения буровых работ по условиям защищенности грунтовых вод с учетом технологии проводки скважин обеспечивает на этапе выбора площадки для строительства скважин возможность обоснования конструкции амбара без провединия инженерно-геологических изысканий, упрощение и ускорение процесса проектирования.

5. Научно-технические решения по совершенствованию процессов строительства скважин, разработанные на их основе инструкции, стандарты и руководящие документы, согласованные с контролирующими ведомствами, оптимизируют составление рабочих проектов на строительство скважин, обеспечивают повышение экологической безопасности реализации проектных решений.

Реализация работы в промышленности.

Внедрение научно-технических и инженерных разработок осуществлялось посредством методических и руководящих' документов, созданных при непосредственном участии автора, путем включения их .в раздел 3 "Охрана окружающей природной среды" рабочих проектов на строительство скважин в ПО "Грознефть", управлении "СевКавбургеотермия", ОАО "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть", АО "Юганскнефтегаз", ПБР "Астраханьбургаз", Астраханском УБР, СП "Волгодеминойл", АО "Прикаспийбурнефть", в том числе:

• принципы экологически безопасного ведения буровых работ, включающие оценку воздействия на окружающую среду, технико-технологические и организационные ■ решения по предотвращению загрязнения компонентов ОПС отражены в "Технологическом регламенте на составление раздела "Охрана окружающей природной среды" рабочего проекта на строительство скважин на нефть и газ на территории Волгоградской области" (РД 39Р-0136201-1-Э6), "Положении об

экологической экспертизе рабочих проектов на строительство скважин на нефть и газ в Волгоградской области" (РД 39Р-0136201-2-96);

• методические основы предупреждения загрязнения и рационального использования земельных ресурсов на стадии проектирования строительства скважин отражены в рациональных схемах расположения парка буровых установок ПО "Грознефть" для строительства глубоких и сверхглубоких скважин в сложных горно-геологических условиях;

• концепция обращения с отходами бурения реализована в расширеннии направлений утилизации отходов строительства скважин; методических рекомендациях "Оценка естественной защищенности подземных вод с целью определения условий складирования и захоронения отходов бурения"; "Технологических мероприятиях по сооружению и эксплуатации систем сбора и хранения отходов бурения" (СТО 09-0147428037-89); инструкции "Временные технологические мероприятия по обработке отходов бурения с целью их утилизации и обезвреживания, ликвидации земляных амбаров-накопителей"; руководящих документах: "Временные методические указания по расчету объемов шламовых амбаров, сооружаемых при строительстве нефтяных и газовых скважин в ПО "•Грознефть" (РД 39-0147009-725-88Р); "Комплексная технология нейтрализации и утилизации отходов бурения, ликвидации земляных амбаров-накопителей" (РД 39Р-0135983-007-92); "Технология нейтрализации отходов бурения методом отверждения с использованием цементной пыли" (РД 39Р-0136201-07-94); "Методика отбора и подготовки проб отходов бурения для определения комплекса гоказагелей загрязняющей способности в исходном и обезвреженном состоянии": РД 39Р-0135983-006-91.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции Чечено-Ингушского областного правления НТО НГП им. акад, И.М.Губкина "Охрана окружающей среды в нефтедобывающей промышленности" (Грозный, 1988 г.), научно-технической конференции "Проблемы обустройства месторождений с аномальными нефтями в районах распространения многолетнемерзлых пород" (Ухта, 1988), координационном совещании НПО "Бурение" в области охраны окружающей среды при бурении скважин (Краснодар, 1989 г.), ярмарке научно-технических идей и

разработок в области охраны окружающей среды, рационального использования природных и материально-технических ресурсов газовой промышленности (Ташкент, 1989 г.), Всесоюзном совещании "Проблемы охраны окружающей среды в нефтяной промышленности" (Уфа, 1990 г.), региональном совещании УрО АН СССР "Проблемы техногенного изменения геологической среды и охраны недр в горнодобывающих регионах" (Пермь, 1991 г.), Северо-Кавказской региональной научно-практической конференции "Экологические проблемы Чечено-Ингушетии и сопредельных территорий" (Грозный, 1991 г.), 1-й Международной конференции "Экологические проблемы горных территорий" (Владикавказ, 1992 г.), 2-й Международной научно-практической конференции РАО "Газпром" "Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых месторождений России" (Астрахань, 1993 г.), семинаре ГПО "Нижневолжскнефть" "Оценка воздействия на окружающую среду. Отходы производства и их утилизация" (Волгоград, 1994 г.), конференции Правления НТО НГ им. акад. И.М.Губкина "Экологические проблемы на нефтегазовых объектах суши и континентального шельфа" (пос. Кабардинка, 1995 г.), научно-практической конференции Ассоциации ЦНТС НК "ЛУКойл", "Современные . методы очистки территорий от нефтяных загрязнений. Утилизация отходов.(Москва, 1995 г.), международном симпозиуме "Экология и безопасность жизнедеятельности, научно-прикладные аспекты, инженерные решения" в рамках международного конгресса "Экология, жизнь, здоровье" (Волгоград, 1996 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 39 опубликованных работах (в том числе, в 23 статьях, 16 авторских свидетельствах и патентах на изобретения), кроме того, в 8 руководящих документах, стандартах и инструкциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, кроме- этого содержит 22 таблицы, 36 рисунков, список литературы из 250 наименований, 10 приложений на 114 страницах. Общий объем работы составляет 254 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цели и задачи исследования, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе приведен анализ состояния проблемы охраны окружающей среды при строительстве скважин на суше.

Рассмотрение причин возникновения проблемы показало, что длительное время негативное влияние строительства сква'жин на ОПС почти полностью игнорировалось и проблемы загрязнения природной среды не решались. Затраты зарубежных буровых фирм на охрану ОПС составляют от 16 до 24 % проектной стоимости строительства скважины. В отечественном бурении эти затраты продолжают составлять 3-4 % от стоимости скважины.

Проведенный анализ использования и охраны земельных ресурсов при строительстве скважин показал, что основной объем буровых работ осуществляется на сельскохозяйственных уюдьях, а действующие СН 45974, регламентирующие размеры используемых земель, не отвечают современным требованиям охраны ОПС. Попытки частичного решения проблемы охраны земель на стадии проектирования на основе разработки схем расположения буровых установок не дали положительных результатов из-за отсутствия системного подхода к построению таких схем.

Показано, что проблема охраны земель при строительстве скважин в зависимости от принятой технологии бурения в значительной степени обусловлена необходимостью сбора, складирования и обезвреживания отходов строительства скважин (ОСС). В основном это относится к отходам бурения (ОБ), включающим буровой шлам (БШ), отработанный буровой раствор (ОБР) _ и буровые сточные воды (БСВ). Отсутствие концепции обращения с отходами бурения, в частности методов минимизации их объемов, утилизации и экологически безопасного захоронения, не позволяет существенно снизить загрязнение ОПС при строительстве скважин.

Исследования в области снижения отрицательного влияния бурения скважин на ОПС проводили Р.А.Абдуллин, Б.А.Андресон, Р.К.Андресон, У.М. Банков, О.Н.Балаева, А.И.Бочкарев, И.Ю.Быков, Э.Х.Векилов, В.В.Грещишин, А.С Гуменюк, Т.И.Гусейнов, М.М.Дорош, И.П.Елманов, И.А.Жданов, Н.Ф.Кагёрманов, Г.С.Кесельм'ан, И.В.Косаревич, Н.И.Крысин, В.А.Левшин, В.И.Литвиненко, В.И.Матыцын, В.И.Рябченко, А.С.Сатаео,

И.В.Стрилецкий, Н.Н.Фесенко, В.Ю.Шеметов, В.А.Шишов, L.Astrella, R.C.Churchwell, G.E.Davies, D.A.Mead, B.Fristoe, D.R.Grames, A.Hinds, S.E.Hrudey, P.M.Hunson, F.V.Jones, A.J.Leuterman, H.Lillo, T.M.Macyk, J.D.Mikendriek, W.W.Mitchell, C.B.Powter, C.T.Stillwell, G.A.Webster, P.D.Wotherspoon, P.K.Zimmerman и другие специалисты. Однако, несмотря на это, проблема повышения экологической безопасности строительства скважин на суше далека от разрешения.

На основании выполненного анализа обоснована необходимость достижения оптимального соответствия уровня рационального

использования земельных ресурсов уровню нарушения природных равновесий, определен комплекс задач исследований, решения которых отражены в последующих главах работы.

Вторая глава посвящена разработке концепции охраны земель при строительстве скважин.

Земельные отводы для нефтяных и газовых скважин предоставляются в краткосрочное пользование на период их строительства и долгосрочное - на период их эксплуатации. Строительство скважин на суше неизбежно вызывает нарушение и загрязнение земель.

Автором на основе анализа использования земельных отводов, арендуемых для строительства скважин, выделены шесть групп объектов и сооружений буровых установок. Для строительства разведочной скважины глубиной 5800 м буровой установкой "Уралмаш-4Э" баланс использования • площади земельного отвода следующий: основное буровое и технологическое оборудование (группы l,ll и III) занимает до 6,5 % площади земельного отвода; шламовый и аварийный (на выкидах ПВО) амбары - до 33 %; факельная и трапная установки - до 20 %, а остальная территория - (> 40 %) используется для создания производственных зон обслуживания и обеспечения минимально допустимых расстояний между сооружениями и объектами буровой установки.

Показано, что размер земельного отвода может быть принят в качестве одного из основных факторов при определении требуемого уровня защиты ОПС ппи строительстве скважин. Он может'быть выражен как функция ряда аргументов и может служить базой для совершенствования действующих нормативов и правил, конструкций буровых вышек и блоков, а также

применяемых технологий их монтажа, бурения, крепления, испытания и освоения скважин.

Стратегия сокращения размеров земельных отводов, используемых для строительства скважин, базируется на необходимости обеспечения охраны компонентов ОПС от загрязнения при одновременном создании технологически благоприятных условий для реализации строительно-монтажных работ, бурения, крепления и испытания скважин без снижения технической, пожарной и экологической безопасности.

Схемы расположения комплекса бурового оборудования и привышечных сооружений являются неотъемлемой составной частью рабочих проектов на строительство скважин и единственным документом, определяющим и обосновывающим размеры и плановую конфигурацию земельного отвода. Сформулированы требования, предъя яемые к схемам расположения, с учетом технических, экономических и экологических аспектов, нормативов . технической и пожарной безопасности. Откорректированы (по согласованию с горно-техническим и пожарным надзором и природоохранными органами) и систематизированы нормативные ограничения на размещение 26 объектов и сооружений буровой установки, подлежащие обязательному учету при разработке схем расположения комплекса бурового оборудования и при сооружении буровых установок.

.Сформулированы основные принципы построения схем расположения, включающие сбор исходной информации, ее анализ, обобщение, систематизацию и алгоритм проектирования. С учетом факта невозможности обеспечения экологически чистого строительства скважин на суше рекомендуется разделение территории земельного отвода на две зоны: условно чистую и подверженную загрязнению. Границей раздела зон являются линии дросселирования ПВО и обвалование земляных амбаров, при этом прямая или ломаная линия, разделяющая буровую площадку на две зоны, проходит, как правило, через вышечный блок.

Разработанные принципы построения схем расположения буровых установок являются составной частью экологического дизайна строительства скважин и позволяют обоснованно сократить на 25-30 % размеры земельных отводов.

В третьей главе приведены результаты исследований по снижению загрязнения земельных отводов отходами строительства скважин.

Определены доминирующие источники загрязнения ОПС при строительстве скважин на суше. Установлено, что в процессе строительства скважин наибольшее отрицательное воздействие на ОПС может оказываться на этапе бурения скважин и наименьшее - на этапе строительно-монтажных работ. Основные виды отрицательного воздействия (в сумме принятые за 100 %) связаны с изъятием земель во временное пользование и нарушением целостности почвы (30 %), а также углеводородным, ионно-солевым и химическим загрязнением окружающей природной среды в результате поступления в нее жидких и газообразных углеводородов, отходов строительства скважин и неорганических веществ (70 %).

Рассредоточенность, удельная малообъемность и удаленность буровых работ от централизованных накопителей промышленных отходов и предприятий по их переработке обусловливают отказ от дорогостоящих транспортных операций и необходимость утилизации ОСС на месте их образования без использования сложных технологий и громоздких технических средств.

Разработанная концепция обращения с отходами предполагает изменение технологии строительства скважин в целях минимизации объемов образующихся отходов до того, как они становятся опасными для ОПС, замены токсичных реагентов на малоопасные, утилизации для перевода отходов из категории загрязнителей окружающей природной среды в инструмент для ее защиты. Концепция обращения с отходами предусматривает последовательную реализацию комплекса природоохранных мероприятий.

Реализация концепции начинается на стадии проектирования строительства скважин с оценки современного состояния компонентов ОПС в районе заложения проектных скважин, изучения источников образования и классификации отходов строительства скважин и вторичных материальных ресуосов.

Далее следуют анализ эффективности применяемой очистки бурового раствора (БР), расчет ожидаемых объемов отходов бурения и земляного амбара-накопителя по разработанной методике с использованием ПК; прогнозирование класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76 рецептур

применяемых буровых растворов и нарабатываемых отходов; изучение гидрогеологических условий буровой площадки и анализ состава ожидаемых Пластовых флюидов; обоснование метода изолированного сбора промышленных отходов по их видам, классам опасности и другим показателям с тем, чтобы обеспечить их использование в качестве вторичного сырья, переработку и последующее размещение согласно разработанному способу; обоснование конструкции земляных амбаров-накопителей отходов бурения, выбранных на основе схематических карт районирования привязки типовых конструкций амбаров на территории деятельности буровых предприятий, согласно разработанному стандарту предприятия; выбор и обоснование метода нейтрализации, утилизации и захоронения ОБ, расчет потребности в химреагентах и материалах для нейтрализации ОБ методом отверждения в специальк„ сооруженных с внешней стороны амбара-накопителя узких траншеях, образующих тело дополнительной противофильтрационной завесы типа "стена в грунте"; утилизация опорожненной бумажной мешкотары из-под портландцемента и глинопорошка для создания дополнительной гидроизоляции захороняемых отходов бурения; использование фундаментов многократного применения с облегченным извлечением их из котлована после окончания строительства скважин (пат. 1813278), ведение мониторинга мест захоронения отходов.

Концепция обращения с отходами строительства скважин защищена авторскими свидетельствами и патентами РФ и воплощена в разработанных руководящих документах.

Реализация концепции обращения с отходами, разработанной в преддверии принятия Федерального Закона "Сб отходах производства и потребления", позволяет повысить экологическую безопасность строительства скважин на суше, в том числе частично утилизировать отходы и до 25-35 % снизить размеры нормативных платежей за их размещение.

Обоснованы методы обработки ОСС и направления утилизации.

Одним из важных аспектов экологически безопасного размещения ОБ на стадии проектирования является прогноз объемов амбаров-накопителей. До последнего времени в отрасли отсутствовала методика расчета объемов амбаров-накопителей ОБ глубоких и сверхглубоких скважин.

В основу предложенного методического подхода положены расчетные методы, согласно которым определяются объемы ОБ по интервалам бурения, заданным конструкцией скважины и типом бурового раствора.

Для расчета объемов ОБР и БШ использованы зависимости, в которых учитывается достигнутый уровень знаний в области определения объемов ствола скважины и плотности разбуриваемых глинистых пород, взаимодействия буровых растворов с выбуренной породой в скважинных условиях и совершенство технических средств очистки БР. Методика охватывает технологические операции, связанные с образованием всех видов ОБ, учитывает продолжительность строительства скважин, а также повторное использование БСВ и особенно роль внешней среды -атмосферных осадков и испаряемости на формирование объемов отходов, что позволяет обоснованно рассчитать объем амбаров на стадии проектирования строительства глубоких и сверхглубоких скважин. Разработанная методика положена в основу РД 39-0147009-725-88Р.

Особую экологическую опасность представляют параллельно развивающиеся в нефтегазодобывающих районах предприятия, не связанные между собой технологическими процессами передачи, утилизации и переработки отходов.

В соответствии с разработанной концепцией обращения с отходами проведены исследования по определению возможности нейтрализации ОБР методом отверждения местными многотоннажными промышленными отходами других предприятий с целью их перевода из категории загрязнителей ОПС в инструмент для ее защиты.

Исследованы процессы нейтрализации отходов бурения ПО "Грознефть" отходами ПО "Грознефтеоргсинтез", в частности отходами производства и очистки парафина марки В2, В3, В4 в виде отработанной катализаторной крошки (а.с. 1616943); отходами производства катализатора крекинга нефтяного сырья в виде крошки шарикового цеолитсодержащего катализатора ЦЕОКАР-3 (а.с. 1691385); отходами производства аморфного алюмосиликатного катализатора крекинга в виде крошки (а.с. 1575975).

В результате исследований установлены общие закономерности и выявлены основные особенности процесса набора испытуемыми образцами прочности на сжатие, обусловленные природой нейтрализующей добавки и ее количеством, вводимым в ОБ. Отмечен временной фактор роста

показателей консолидации отходов бурения при одновременном снижении вымываемости из них загрязнителей.

Особую озабоченность природоохранных служб вызывает применение для обработки буровых растворов некоторых реагентов, например, изополихроматов, феррохромлигносульфонатов, в связи с присутствием в них вредных металлов.

Результаты исследований процесса нейтрализации ОБР отработанным катализатором ЦЕОКАР-3 показали, что кратность снижения содержания металлов в экстракционной воде составила: свинца - 3,15 (при содержании нейтрализующей добавки в количестве 30 % свинец ме обнаружен), хрома -7,9.

Степень нейтрализации (снижения содержания металлов в экстракционной воде) ОБР составила: РЬ2+ - 79 %; Сгэ+ - 73 %; №2+ - 100 %; Мо5+ - 100 %; Си2+ - 96 %. Исследования, выполненные в объеме токсиколого-гигиенического паспорта, пятикратной водной вытяжки нейтрализованного ОБР показали, что она относится к 1У классу по ГОСТ 12.1.007-76.

Разработанная технология нейтрализации ОБ с одновременной утилизацией отработанной катализаторной крошки и отхода производства катализатора (а.с. 1616943, а.с. 1691385, а.с. 1575975) реализована в РД 39Р-0135983-007-92.

Проведены исследования по нейтрализации отходов бурения "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть" методом отверждения отходами Себряковского цементного завода - цементной пылью (ЦП). Установлено, что ЦП является хорошим сорбентом, однако независимо от массы добавляемой в ОБ цементной пыли по истечении достаточно короткого промежутка времени (разница между опытами составляет 7 суток) связь между сорбентом (ЦП) и связанными им ингредиентами (хлоридами, сульфатами, гидрокарбонатами, сухим остатком) ослабевает. Стабильность величин ХПК водной вытяжки консолидированных отходов бурения указывает на нейтрализацию органических соединений. Во времени этот процесс носит необратимый характер.

Установлена зависимость продолжительности достижения минимально допускаемой прочности отвержденных отходов бурения от темперчтуры окружающего воздуха. Составлен график наиболее предпочтительного

времени (Т) года для отверждения ОБ цементной пылью для Волгоградской области в зависимости от годового хода температуры (I °С), продолжительности и величины атмосферных осадков.

Потребность в цементной пыли для отверждения ОБ на стадии проектирования определяется расчетным путем.

Автором разработаны и внедрены в ОАО "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть" два варианта технологических схем обработки ОБ консолидирующим материалом (ЦП) с использованием: цементировочного агрегата ЦА-320, цементосмесительных машин 2СМН-20 и смесительного агрегата АСМ-24; бульдозера, перемещающего бурт цементной пыли в амбар, и лопастного смесителя, перемещаемого тяговым устройством по амбару. Приведены схемы обработки ОБ в амбаре для двух вариантов: с демонтированным буровым оборудованием и без его демонтажа. Удельное давление смесителя на поверхность отходов бурения не превышает 0,006 МПа. Установлено, что для качественного перемешивания ОБ с консолидирующим материалом должно быть выполнено не менее трех-четырех зигзагообразных циклов перемещения трактором лопастного смесителя с перекрытием всей площади амбара.

Технология нейтрализации ОБ методом отверждения с использованием цементной пыли изложена в РД 39-0136201-07-96.

Таким образом, разработанные методы нейтрализации ОБ методом отверждения с одновременной утилизацией промышленных отходов других отраслей позволили улучшить экологическую обстановку в Грозненском и Волгоградском нефтегазодобывающих районах.

Четвертая глава посвящена совершенствованию методов сбора и захоронения отходов строительства скважин. Подчеркивается важная роль предпроектнога обеспечения в деле охраны ОПС при строительстве скважин. Разработан и использован системный подход к определению комплекса предпроектного обеспечения для обоснования конкретных технических решений по охране земель, поверхностных и подземных вод. Разработаны конструкции земляных амбаров на базе трех основных схем расположения их по отношению к поверхности земли: в выемке, в выемке-насыпи, в насыпи и с учетом районирования территории ведения буровых работ на основе имеющихся сведений о глубинах залегания и направлении движения грунтовых вод (ГВ), защитных свойствах пород зоны аэрации, а та ке о

расположении природных объектов, наиболее уязвимых техногенными процессами. Приближенная оценка времени достижения уровня ГВ фильтрующимися из амбара ОБ для условий однородного разреза зоны аэрации определяется по формуле Цункера. На основании выполненных расчетов составлены схематические карты районирования привязки типовых конструкций (пять вариантов) земляных амбаров.

Вопросы оптимизации размещения систем сбора ОБ и формы земляных амбаров исследованы в аспекте снижения размеров и рационального использования земельных отводов.

Технология сооружения и эксплуатации систем сбора и хранения ОБ изложена в стандарте объединения СТО 09-0147428-037-89.

В рамках совершенствования методов снижения фильтрации ОБ из • амбаров разработаны два типа многослрйных экранов с использованием промышленных отходов, обеспечивающие защиту ГВ от загрязнения отходами бурения, экономию строительных материалов и изоляцию от атмосферы промышленных отходов, обладающих вредными пылеобразующими свойствами (а.с. 1548322, а.с. 1723856).

Объем накапливаемых отходов строительства скважин может быть значительно снижен в результате их утилизации в рамках разработанной концепции обращения с отходами путем перевода их из категории загрязнителей ОПС в инструмент для ее защиты. Для этого автор предлагает ряд мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности строительства скважин.

Так, метод рационального складирования ОБ, включающий предварительное их разделение по фазовому и фракционному составам, а также токсичности, отличающейся в разных интервалах бурения, утилизацию ОБ с коллоидными и мелкими фракциями, наработанными при бурении под кондуктор экологически безвредным буровым раствором, для создания ПФЭ земляного амбара, позволяет минимизировать объемы отходов бурения (пат. 2039157).

Нейтрализация ОБ методом отверждения в узкой замкнутой траншее, возведенной вокруг амбара, с образованием противофильтрационной завесы типа "стена в грунте" позволяет не только снизить объем отходов, но и объем амбара с одновременным повышением экологической безопасн :ти его эксплуатации (пат. 2040633, а.с. 1742403).

Использование разработанного метода экологически безопасного захоронения ОБ в узких траншеях, оборудованных противофильтрационным экраном из утилизируемых опорожненных бумажных мешков, обеспечивает предотвращение загрязнения ОПС и снижает объем отходов (пат. 2039073).

Способ захоронения ОБ в узких траншеях, сооруженных зигзагообразными параллельными рядами с интервалом 3,3-3,8 м, позволяет снизить на 20-25 % размеры территории для рекультивационных работ и. исключить опасность провала автотракторной техники при ее передвижении в любом направлении по рекультивированной территории (пат. 1794286).

Разработаны устройства для локализации, сбора и удаления плавающей на поверхности водоемов и в амбарах нефти (а.с. 1752027, а.с. 1730877, пат. 1768035).

Таким образом, разработанные автором методические подходы и созданные на уровне изобретений инженерные разработки обеспечивают повышение экологической безопасности строительства скважин на суше.

В пятой главе приведены результаты внедрения разработок по совершенствованию процессов строительства скважин в целях предупреждения загрязнения и рационального использования земельных ресурсов.

Показано, что при разработке схем расположения буро.вых установок и их сооружении в ПО "Грознефть" автор использовал нормативные ограничения на размещение объектов и сооружений, согласованные со Средне-Кавказским округом Госгортехнадзора, республиканским управлением пожарной охраны.

Методика определения объемов шламовых амбаров используется проектными организациями при составлении рабочих ■ проектов -на строительство глубоких скважин. Составленная совместно с инженером Зенкиной Т.Н. для работы на 1ВМ-совместимых компьютерах программа расчета объемов амбаров на базе РД 39-0147009-725-88Р обеспечивает высокопроизводительное решение и повышение качества рабочих проектов на строительство скважин.

Технология нейтрализации отходов бурения цементной пылью реализована в ОАО "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть" при ликвидации амбаров скв. 65,-66,-70,-75-Добринских, 107,-111-Сасовских, 4- и 7-Памятных, 36-Демьяновской, 1- и 2-Платовских.

Рекомендации СТО 09-0147428-037-89 по сооружению и эксплуатации систем сбора отходов бурения использованы при строительстве скв. 135-Ястребиная.

Способ складирования отходов бурения (пат. 2039157) реализован при строительстве скв. 1-Грозненская, 156-Правобережная, З-Джалкинская.

Противофильтрационная завеса типа "стена в грунте" (пат. 2040633) использована при строительстве скв. 3- и 5-Платовские.

Противофильтрационный экран (а.с. 1548322) возведен в амбаре скв. 2-Т-Северо-Грозненская.

Внедрение инженерных разработок, изобретений и руководящих документов, составляющих основу диссертационной работы, осуществлялось путем их включения в рабочие проекты: № 395 на строительство скв. 1Рг, 2Рг, ЗРг Вармулинской площади; № 397 на строительство скв. 2Д Астраханской площади; N2 309 на строительство скв. 5 Ерусланской. площади; № 399 на строительство скв. 1 Безымянной площади; N2 389 на строительство скв. 1 и 2 Платовской площади; N9 430 на строительство скв. 4,7,9,10 Платовской площади; № 427 на строительство скв. 143,144 Памятного месторождения. Внедрение подтверждается соответствующими актами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработаны: научные основы рационального использования и предупреждения загрязнения земельных ресурсоз при строительстве скважин; концепция обращения с отходами строительства скважин и технико-технологические решения по сбору, хранению, утилизации, нейтрализации и экологически безопаоному'захоронению отходов бурения. Предложенные решения не требуют значительных капитальных вложений и позволяют повысить экологическую безопасность и технико-экономическую эффективность буровых работ.

2. Разработаны оснс ¡(ые направления работ по сокращению размеров и рациональному использованию земельных отводов, предоставляемых во временное пользование для строительства скважин, и сформулированы требования, предъявляемые к схемам расположения комплекса бурового оборудования и привышечных сооружений . в

зависимости от принятой технологии бурения с позиций обеспечения технической, пожарной и экологической безопасности.

3. Разработаны принципы и алгоритм построения схем расположения комплекса бурового оборудования при строительстве скважин на суше. Систематизированы нормативные ограничения на размещение основных объектов и сооружений буровой установки, которые рекомендованы к использованию в новой редакции "Правил безопасности .в нефтяной и газовой промышленности".

4. На основе принципов и алгоритма построения схем расположения, а также систематизированных нормативных ограничений на размещение объектов и сооружений буровой установки разработаны рациональные схемы расположения буровых установок "Уралмаш-4Э"; "Уралмаш-ЗД"; БУ 6500Э-!У; БУ 5000ЭУ; БУ 5000Э-1; БУ 5000ЭР/320; Р32СЮН; Р320ЕС, позволившие сократить размеры земельных отводов, используемых при строительстве скважин в сложных горно-геологических условиях, и предотвратить загрязнение и необоснованное изъятие из сельскохозяйственного пользования около 1600 га земель.

5. На базе созданных методических основ предложено разработать новый норматив (взамен СН 459-74), регламентирующий, использование земель для строительства нефтяных и газовых скважин любыми типами буровых установок, который обеспечит сокращение на 25-30 % размеров площади ныне используемых земель без значительных капитальных вложений и ущерба технической, пожарной и экологической безопасности ведения буровых работ.

6. Разработана отраслевая концепция обращения с отходами, предусматривающая изменение технологии строительства скважин в направлении минимизации объемов образующихся отходов; утилизации для перевода отходов из категории загрязнителей окружающей природной среды в инструмент для ее защиты, а также ведение мониторинга мест захоронения отходов.

7. Разработана методика определения объемов земляных амбаров-накопителей отходов бурения.

8. Определены возможности нейтрализации отработанных буровых растворов методом отверждения местными многотоннажными промышленными отходами нефтепереработки, производства катализаторов

и цемента, обоснованы оптимальные рецептуры нейтрализующих добавок. Установлены закономерности роста во времени показателей консолидации отработанных буровых растворов при одновременном снижении вымываемости из них загрязнителей.

Установлена зависимость продолжительности достижения минимально допускаемой прочности отвержденных отходов от температуры окружающего воздуха и определен наиболее предпочтительный период года для нейтрализации отходов бурения цементной пылью.

В результате проведения Грозненской СЭС и Волгоградским НИИГТП токсиколого-гигиенических исследований нейтрализованных отходов бурения методом отверждения с одновременной утилизацией отходов нефтепереработки, катализаторного и цементного производства • установлено, что консолидированные отходы относятся к классу по ГОСТ 12.1.007 - 76, и могут безвредно захороняться в почво-грунтах при ликвидации шламовых амбаров и рекультивации земель.

Разработана технология нейтрализации отходов бурения методом отверждения с использованием штатного бурового и цементировочного оборудования и применением специального нестандартного устройства.

9. Предложены рекомендации по оптимизации размещения систем сбора отходов бурения в целях рационального использования земельных отводов и повышения экологической безопасности строительства скважин.

На основе районирования территории ведения буровых работ в ПО "Грознефть" и ОАО "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть" по условиям естественной защищенности грунтовых вод разработаны типовые конструкции земляных амбаров-накопителей, оптимизированы методы складирования отходов бурения в различных гидрогеологических условиях и методы минимизации объемов отходов строительства скважин в зависимости от технологии бурения, утилизации, нейтрализации и гарантированного экологически безопасного захоронения отходов бурения, ликвидации земляных амбаров-накопителей, рекультивации н ушенных земель.

10. Основные результаты исследований использованы автором при разработке восьми руководящих документов, регламентирующих правила составления и экспертизы раздела "Охрана окружающей природной среды" рабочих проектов на строительство скважии, а также реализацию проектных природоохранных мероприятий.

.Учтенный экономический эффект реализации комплекса природоохранных мероприятий составляет 153078 тыс.руб/скв.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Рабиханукаев М.И., Мамврийский A.C., Безродный Ю.Г. Рациональная схема монтажа буровой установки "Уралмаш-4Э" для бурения глубоких скважин // Бурение, испытание и освоение глубоких скважин на Северном Кавказе, в Дагестане и Грузии: Сб.науч.тр./ СевКавНИПИнефть. -Грозный, 1976. - Вып. 24. - С. 38-43.

2. Назаров В.Б., Молостов В.В., Безродный Ю.Г. Охрана окружающей среды при бурении скважин в объединении "Грознефть" // Бурение, испытание и освоение глубоких скважин районов Северного Кавказа: Сб.науч.тр. / СевКавНИПИнефть. - Грозный, 1983. - Вып. 3S. - С. 124-130.

3. Безродный Ю.Г. Рациональная компоновка буровой установки при сооружении скважин в водоохранных зонах в условиях объединения "Грознефть" // Бурение, испытание и освоение глубоких скважин районов Северного Кавказа: Сб.науч.тр. / СевКавНИПИнефть. - Грозный, 1985. - Вып. 43. - С. 3-6.

4. Безродный Ю.Г,, Минц Н.К. Обустройство территории, прилегающей ■ к буровой, при строительстве скважин в сложных горногеологических условиях // Азербайджанское нефтяное хозяйство. - 1988. - № 4. - С. 53-55.

5. Волобуев Г.П.,Безродный Ю.Г., Алипова А.П. и др. Оценка загрязнения грунтовых вод отходами бурения при строительстве глубоких скважин // Проблемы охраны окружающей среды в нефтяной промышленности: Тез.докл.Всесоюзн.совещ. - Уфа, 1989. - С. 41-42.

6. A.c. 1548322 СССР, МКИ5 Е02В 3/16, С09К 17/00. Противофильтрационный экран земляного амбара / Ю.Г.Безродный, В.К.Щербак. - Опубл. в Б.И. - 1990. - № 9.

7. A.c. 1575975 СССР, МКИ5 А01В 79/02, С09К 17/00. Способ рекультивации накопителей отходов бурения / Ю.Г.Безродный, В.К.Щербак. -Опубл. в Б.И. - 1990. - № 25.

8. A.c. 1616943 СССР, МКИ5 С09К 7/02. Способ обезвреживания отработанного бурового раствора / Ю.Г. Безродный, В.К.Щербак, Г.П.Волобуев и др. - Опубл. в Б.И. - 1990. - № 48.

9.- A.c. 1626488 СССР, МКИ5 В01Д 15/04. Устройство для очистки воды / Ю.Г.Безродный.

10. Безродный Ю.Г. О рациональном использовании площади земельных отводов для строительства нефтяных и газовых скважин // Азербайджанское нефтяное хозяйство. - 1990. - № 5. - С. 32-36.

11. Безродный Ю.Г. О складировании отходов бурения // Азербайджанское нефтяное хозяйство. - 1990. - № 10. - С. 56-58.

12. Безродный Ю.Г., Сибирко И.А. Об обоснованности объемов шламовых амбаров при строительстве скважин // Новые материалы и жидкости для бурения скважин, вскрытия и гидроразрыва продуктивных горизонтов: Сб.науч.тр. / ВНИИКРнефть. - Краснодар, 1990.- С. 192-194.

13. Безродный Ю.Г. Обеспечение рационального использования земельных отводов при строительстве нефтяных скважин // Проблемы техногенного изменения геологической среды и охраны недр в горнодобывающих регионах: Тез.докл.рег.совещ. / АН СССР. УрО. Горн, инт, Перм. Дом науки и техн. / Ред. Бачурин Б.А. - Пермь, 1991. - С. 110-112.

14. Безродный Ю.Г. Об основных принципах построения схем расположения буровых установок // Экологические проблемы Чечено-Ингушетии и сопредельных территорий: Тез.докл.Сев.-Кавк.рег.науч,-практ.конф. - Грозный, 1991. - С. 28.

15. Безродный Ю.Г. К методике определения объемов земляных амбаров-накопителей отходов бурения в ПО "Грознефть" // Вопросы строительства глубоких скважин в Восточном Предкавказье. - Сб. науч.тр. / СевКавНИПИнефть. - Грозный, 1991. - Вып. 55. - С. 17-21.

16. Безродный Ю.Г. Обезвреживание отработанных буровых растворов // Вопросы строительства глубоких скважин в Восточном Предкавказье: Сб.науч.тр. / СевКавНИПИнефть. - Грозный, 1991. - Вып. 55. -С. 21-31. .

17. A.c. 1691385 СССР, МКИ5 С09К 7/02. Способ обезвреживания отработанного бурового раствора / Ю.Г.Безродный, В.Х.Щербак, В.Д.Негиевич и др. - Опубл. в Б.И. - 1991. - № 42.

18. Безродный Ю.Г., Моллаев Р.Х. Комплексные мероприятия по снижению загрязнения окружающей среды отходами бурения нефтяных и газовых скважин // Нефтяное хозяйство. - 1991. - № 12. - С. 29-30.

- 19. Безродный Ю.Г. Снижение фильтрации отходов бурения из земляных амбаров // Азербайджанское нефтяное хозяйство. - 1992. - № 1. -С. 57-60.

20. Безродный Ю.Г., Моллаев Р.Х. Принципы оценки загрязняющей способности отходов бурения в исходном и обезвреженном состоянии // Азербайджанское нефтяное хозяйство. - 1992. - № 6. - С. 56-58.

21. A.c. 1723856 СССР, МКИ5 Е02В 3/16, С09К 17/00. Противофильтрационный экран земляного амбара / Ю.Г.Безродный, В.К.Щербак. - Опубл. в Б.И. - 1992. - № 12.

22. A.c. 1730877 СССР, МКИ5 Е02В 15/04. Устройство для сбора нефти с поверхности воды / Ю.Г.Безродный. - Опубл. в Б.И. - 1992,- № 16.

23. A.c. 1742403 СССР, МКИ5 Е02В 3/16. Способ возведения противофильтрационной завесы и устройство для его осуществления / Ю.Г.Безродный. - Опубл. в Б.И. - 1992. - № 23.

24. A.c. 1752027 СССР, МКИ5 Е02В 15/04. Устройство для сбора нефти с поверхности воды / Ю.Г.Безродный. - Опубл. в Б.И. - 1992,- № 28.

25. . Безродный Ю.Г., Моллаев Р.Х., Байбаков А.З. и др. Утилизация буровых сточных вод // ЭИ ВНИИОЭНГ. Сер. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - 1992. - № 9. - С. 8-15.

26. Пат. 1794286 СССР, МКИ5 А01В 79/02, С09К 17/00. Способ рекультивации земель в зоне буровых скважин / Ю.Г.Безродный, Р.Х.Моллаев. - ДСП.

27. Пат. 1768035 СССР, МКИ5 Е02В 15/04. Устройство для сбора нефти с поверхности воды в водотоках / Безродный Ю.Г. Щербак В.И., Моллаев Р.Х. - Опубл. в Б.И. - 1992. - № 37.

28. Пат. 1813278 СССР, МКИ5 E02D 27/32. Способ возведения фундамента / Ю.Г.Безродный, В.В.Кисаев. - ДСП.

29. Моллаев Р.Х., Безродный Ю.Г., Макеев Ю.И. и др. Экологические аспекты буровых и нефтегазодобывающих предприятий ПО "Грознефть" // Нефтяное хозяйство. - 1993. - № 8. - С. 51-53.

30. Безродный Ю.Г. Об охране окружающей природной среды на стадии проектирования строительства скважин: Тез.докл. 2-й междунар. нйучн.-практ. конф. РАО "Газпром" "Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых месторождений России". Астрахань, 5-8 окт., 1993. - С. 2.

31. Безродный Ю.Г., Моллаев Р.Х., Байбаков А.З. и др. Исследования влияния утилизируемых буровых сточных вод на почвы, рост и развитие сельскохозяйственных культур // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - № 9-10. - С. 23-27.

32. Безродный Ю.Г. Нейтрализация отходов бурения скважин АО "Нижневолжскнефть" с одновременной утилизацией отхода производства АО "Себряковцемент" / Экологический вестник Поволжья. - Волгоград: Волгогр. отдел. РЭА. - 1995. - Вып. 2. - С. 64-67.

33. Безродный Ю.Г. Программа обращения с отходами бурения // Экологические проблемы на нефтегазовых объектах суши и континентального шельфа: Тез. докл. совещ. Правления НТО НГ им. акад. И.М.Губкина. - Пос. Кабардинка, 1995. - С. 15.

34. Пат. № 2039157 РФ, МКИ6 E02D 17/18; С09К 7/00. Способ складирования отходов бурения нефтяных и газовых скважин / Ю.Г.Безродный. - Опубл. в БИ. - 1995. - № 9.

35. Пат. № 2039073 РФ, МКИ6 С09К 7/00. Способ захоронения отходов бурения / Ю.Г.Безродный. - Опубл. в БИ. - 1995. - № 19.

36. Пат. № 2040633 РФ, МКИ6 Е02В 3/16, С09К 7/02. Способ ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения / Ю.Г.Безродный, Р.X.Моллаев. - Опубл. в БИ. - 1995. - № 21.

37. Пат. № 2048178 РФ, МКИ5 B01F 7/28. Устройство для перемешивания сточных вод/Ю.Г.Безродный. - Опубл. в БИ,- 1995.-№ 32.

38. Безродный Ю.Г., Василенко H.H. Результаты токсиколого-гигиенических исследований обезвреженных от> дов бурения глубоких скважин // НТЖ. Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - М. ВНИИОЭНГ, 1996. - № 3-4. - С. 16-20.

39. Безродный Ю.Г. Использование утилизируемых отходов строительства скважин для защиты геологической среды от загрязнения / Экология и безопасность жизнедеятельности, научно-прикладные аспекты, инженерные решения: Тез.докл. междунар. симп. в рамках междунар. конгресса "Экология, жизнь, здоровье". Волгоград, 12-14 сент., 1996 г. -Волгоград: ВолгГТУ, 1996. - С. 80-81.

Соискатель

Ю.Г.Безродный

Формат 60x84 1/16 Заказ 1469

Ротапринт ДОАО "ВолгоградНИПИнефть"

Печ. л. 1 Тираж 100