ККЛ по ЭКОЛ.БЕЗОПАС. в НГКЧасть2(2). Курс лекций по экологической безопасности часть ii. Охрана окружающей среды в нефтегазовом комплексе учебное пособие
 Скачать 1.89 Mb.
|
25. ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ РАЗВЕДКЕ И ДОБЫЧЕ УГЛЕВОДОРОДОВПриродные воды являются одним из объектов нефтяного загрязнения и наряду с атмосферой и литосферой испытывают техногенное воздействие при разведке и добыче углеводородов. При этом, в первую очередь, происходит снижение качества вод в результате загрязнения нефтью, промысловыми стоками, химреагентами, буровыми растворами. Величина мировых потерь нефтепродуктов составляет по различным оценкам несколько сот миллионов тонн в год, из них около 20% ежегодно попадает в Мировой океан. При поступлении углеводородов в природные воды увеличиваются концентрации органических веществ и высокотоксичных продуктов (фенолов, нафтенов). Одновременно снижается скорость газообмена между водной средой и атмосферой. Растворимость нефти в воде является определяющим свойством в процессе загрязнения гидросферы. Увеличение этого показателя отмечается в следующей последовательности: парафины - нафтены - олефины - ароматические вещества. Наивысшей растворимостью характеризуются более легкие нефтепродукты, Максимальное суммарное содержание растворенных ароматических углеводородов в воде может достигать 1,5 г/л. Одним из распространенных представителей полициклических ароматических углеводородов является бензпирен, обладающий сильным канцерогенным действием, ПДК которого в воде установлено в 0,05 мкг/л. Присутствие нефти и нефтепродуктов в природных водах, превышающее ПДК, как правило, сокращает или полностью исключает практическое использование последних. В таблице 5 приведены сведения по ПДК загрязнителей нефтяного происхождения в различных объектах водопользования. Поступление нефти в океан приводит к сокращению и ухудшению биологических и рекреационных морских ресурсов. Площадь загрязнения от разлива 1 т нефти при толщине пленки несколько сотых микрометра может составить более 30 км2. Интенсивность процессов самоочищения зависит от климатических условий региона и от свойств самой нефти. Миграция нефти и нефтепродуктов в водной среде осуществляется в пленочной, эмульгированной и растворенной формах, и в виде нефтяных агрегатов. Донные осадки аккумулируют нефть, однако этот процесс нельзя рассматривать как самоочищение акваторий. В этом случае разложение сорбированных углеводородов происходит значительно медленнее, чем в водной среде. Кроме того, на контакте среды и русловых отложений устанавливается динамическое равновесие и осадки могут служить повторным источником загрязнения водоема. Таблица 5 Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в природных водах
Известна прямая связь между температурным режимом и деятельностью микрофлоры, очищающей воду от нефти. Наиболее эффективно процессы самоочищения проходят в районах экваториального шельфа и гораздо медленнее на глубоководных акваториях и в приполярных морях, где нефть может сохраняться в растворенном состоянии или в виде эмульсии на водной поверхности в течение нескольких десятков лет. Аналогичные закономерности наблюдаются и при поступлении нефти в речную сеть. По данным Р.И. Медведского (1978 г.), в средней климатической зоне самоочищение рек от нефтяного загрязнения происходит на участке длиной 200 – 300 км, а в условиях Крайнего Севера для этой цели требуется 1500 – 2000 км. Такие протяженные пути транспортировки нефтяного загрязнения не исключают возможности поступления углеводородов в шельфовую зону Северного Ледовитого океана. Основными поставщиками нефтяного загрязнения океана служат поверхностные водотоки, протекающие через площади интенсивного хозяйственного освоения и сточные воды промышленных предприятий, расположенных в береговой зоне. Морской флот занимает второе место в статистических данных как источник поступления углеводородов и гидросферу. Разведка и добыча нефти на континентальном шельфе также сопровождается техногенным загрязнением Мирового океана. По зарубежным оценкам, поступление нефти в океан из этого источника не превышает 200 – 300 тыс. т /год. Аварийные разливы наиболее часто происходят при испытаниях скважин и транспортировке углеводородного сырья по трубопроводам на береговые сборные пункты. Для охраны гидросферы от нефтяного загрязнения большое распространение должны получить превентивные природоохранные мероприятия, снижающие или исключающие вероятность аварии при добыче и транспортировке углеводородного сырья. Они связаны с увеличением затрат на строительство судов, морских стационарных платформ н подводных трубопроводов, но их объем значительно меньше расходов на применение методов очистки воды и убытков от ухудшения биологических и рекреационных ресурсов Мирового океана. Масштабность техногенного воздействия разведки и разработки месторождений углеводородов на подземные воды зависит от геологического строения, гидродинамических и термобарических условий, технологии эксплуатации нефтегазоводоносных комплексов. Влияние техногенных факторов непосредственно сказывается на изменениях физико-химического состава и органолептических свойств грунтовых вод, а с некоторым запозданием во времени – и на качественных характеристиках подземных вод глубоких структурных горизонтов. Как следствие, гидрохимическая и температурная обстановка в водоносных горизонтах, сформированная под воздействием техногенных факторов, оказывает влияние на фильтрационные свойства пород. Экспериментальные данные свидетельствуют, что при изменении температуры от 20 до 80°С проницаемость глин возрастает на один или два порядка, что, в свою очередь, обусловливает увеличение скорости латеральной миграции подземных вод и вертикального водообмена. При фильтрации воды, загрязненной нефтепродуктами, происходит их постоянное накопление во вмещающих породах. Вместе с тем, параллельно накоплению идут процессы разложения органических веществ с учетом реальной физико-химической обстановки в коллекторе. Случаи нефтяного загрязнения широко распространены во многих промышленно развитых странах. Обычно на этот вид загрязнения приходится 30-40% общего загрязнения подземных вод и по масштабам негативного воздействия нефть стоит в одном ряду с ведущими химическими загрязнителями - соединениями азота, серы, хлора и фосфора. Из отечественной и зарубежной практики известны примеры, когда подземные водозаборы были выведены из строя на десятки лет в результате загрязнения нефтепродуктами. На отдельных объектах загрязнение практически невозможно ликвидировать с приемлемыми технико-экономическими показателями. Эффективность борьбы с нефтяным загрязнением подземных вод в значительной степени снижается из-за недостаточной изученности механизма загрязнения нефтепродуктами и слабой разработанности методов его индикации. Существенное влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод оказывают попутные воды, которые извлекаются из продуктивного пласта на поверхность вместе с нефтью или газом. Наряду с высоким содержанием солей в этих водах присутствуют токсичные злементы (бор, литий, бром, стронций и др.) и органические вещества (нафтеновые кислоты, фенолы, эфиры, бензол и др.). В попутных водах встречаются механические примеси, нефтепродукты, а также утяжелители и химреагенты, которые применяют в процессе бурения скважин. В настоящее время для нейтрализации воздействия сточных вод нефтяных месторождений на окружающую среду применяется их естественное упаривание в прудах-испарителях и на полях фильтрации, закачка в глубокие поглощающие горизонты и заводнение продуктивных коллекторов для ППД. Первые два способа используются ограниченно, так как косвенно влияют на загрязнение воздушной среды и подземных вод. Наиболее приемлемым с экологических и экономических позиций является заводнение продуктивных горизонтов. Кроме повышения нефтеотдачи, ППД позволяет уменьшить вероятность изменения пространственного положения или разрушения залежей из-за увеличения градиентов напоров в продуктивных резервуарах. В отечественной и зарубежной практике накоплен опыт захоронения промысловых сточных вод в глубокие поглощающие горизонты. Они должны иметь значительное площадное распространение, высокие емкостные и фильтрационные характеристики, быть приуроченными к зоне застойного или замедленного гидродинамического режима, обладать выдержанными водоупорами, исключающими гидравлическуто связь пласта-коллектора с другими водоносными горизонтами. Обязательным условием должна быть совместимость составов пластовых и закачиваемых вод. В противном случае происходит отложение солей в призабойной зоне нагнетательных скважин, что отрицательно сказывается на их приемистости. Участки размещения нагнетательных скважин необходимо располагать за пределами сейсмически активных районов. Экологический мониторинг за гидрогеологическими параметрами поглощающих горизонтов осуществляется с помощью наблюдательных скважин. Однако даже при соблюдении всех мер предосторожности, предъявляемых к системе нагнетания и поглощающему объекту, захоронение сточных вод в подземные горизонты представляет потенциальную опасность для геологической среды. Наиболее рациональное использование подземных вод и рассолов, добываемых вместе с нефтью, возможно при заводнении продуктивных горизонтов для поддержания пластового давления. Применение системы ППД позволяет повысить нефтеотдачу пластов и темпы отбора нефти и, как следствие, сократить срок разработки месторождения. Кроме того, решаются вопросы внедрения оборотного водоснабжения и сокращаются расходы на бурение поглощающих скважин. В настоящее время свыше 1,5 млрд. м3 пластовых вод откачивается из коллекторов вместе с нефтью, из них 90% попутных вод находит применение в системах заводнения (в отдельных случаях этот показатель достигает 95 – 100%). Благодаря утилизации этих вод, в оборотном водоснабжении частично компенсируется расход пресных вод для технологических целей при добыче нефти. Использование пластовых или сточных вод позволяет повысить коэффициент вытеснения нефти на 5-8 % по сравнению с применением пресных вод для той же цели. Однако суммарное потребление поверхностных вод при разведке и эксплуатации месторождений углеводородного сырья еще весьма значительно. Особое внимание следует уделить биологической и химической совместимости закачиваемых вод. Применение пресных вод для заводнения нефтяных коллекторов способствует развитию микробиологических процессов и, как следствие, заражению продуктивных пластов аэробными и анаэробными бактериями. Скорость формирования микробиологического сообщества в призабойных зонах нагнетательных скважин зависит от физико-химических условий пласта и количества закачиваемой воды, содержащей кислород. В среднем этот период времени исчисляется несколькими месяцами, реже первыми годами от момента начала разработки месторождений с ППД. Наибольшую опасность в связи с высокой коррозийной активностью представляют сульфатвосстанавливающие, нитрофицирующие, тионовые и железобактерии. Среди разнообразных групп микроорганизмов, обнаруженных в попутных водах, следует отметить сульфат-восстанавливающие бактерии, содержание которых достигает нескольких миллионов клеток в 1 мл воды. Оптимальными условиями для жизнедеятельности этого типа бактерий являются близкая к нейтральной реакция водной среды, отсутствие или минимальное содержание свободного кислорода, минерализация воды в пределах 10 – 100 г/л, температура 20 – 40°С. Именно они обусловливают процесс восстановления сульфатов, который ведет к накоплению сероводорода и усилению явлений коррозии нефтепромыслового оборудования. Требования, предъявляемые к качеству закачиваемой речной воды, постоянно возрастают, и сегодня для их использования в заводнении нефтяных пластов рекомендуется использовать комплекс технологической подготовки. С помощью двухступенчатого фильтрования или последовательных операций, связанных с коагулированием, отстаиванием и фильтрованием, содержание в речной воде твердых механических примесей ограничивается 2 – 5 мг/л, растворенного кислорода не более 0,1 мг/л, а коррозионная агрессивность не должна превышать 0,15 мм/год. При подготовке речной воды должны быть полностью удалены сульфатвосстанавливающие бактерии. При контакте закачиваемых и подземных вод отмечается изменение термодинамических условий миграции флюидов, сопровождающееся нарушением солевого равновесия и интенсификацией процессов биогенной сульфатредукции. Известно, что около 80% потерь от коррозии нефтепромыслового оборудования связано с деятельностью сульфатвосстанавливающих бактерий. Под воздействием этих микроорганизмов происходит окисление водорода металла и осаждение железа в сульфидной форме. Сульфид железа образует гальваническую пару с железом, в которой сульфид железа является катодом, а железо подвергается анодному растворению. Скорость коррозии металла может достигать 6 мм/год. Для защиты оборудования и коммуникаций от коррозии широко используют ингибирование всей добываемой жидкости и закачиваемой в пласт воды. Для предотвращения солеотложения в продуктивных пластах и дня защиты от микробиологической коррозии нефтепромыслового оборудования для ППД применяют природные и сточные растворы, совместимые по химическому составу с подземными водами. Возможно использование химических реагентов-ингибиторов в композиции с полимерами, бактерицидами и другими активными веществами. При наличии в природной зоне глинистых минералов под влиянием нагнетаемой воды снижается проницаемость пласта и приемистость скважин. Разбухание интенсивно развивается при контакте с пресными водами и существенно снижается при использовании попутных вод повышенной минерализации. Опытные данные показывают, что разбухание глин не происходит при минерализации закачиваемой воды более 20 – 30 г/л и содержании ионов кальция и магния более 10%. К природным водам относятся поверхностные воды (реки, ручьи, озера, болота и т.д.), а также подземные воды пресных водоносных горизонтов. Обустройство и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений сопровождаются неизбежным техногенным воздействием на объекты окружающей среды. По данным Минэкологии РФ, ежегодный сброс неочищенных сточных вод составляет почти 1/3 часть от общего сброса. На долю предприятий нефтегазового комплекса приходится приблизительно 10% от общего сброса. Уменьшение сброса загрязняющих веществ возможно при рациональном водопользовании за счет повышения уровня очистки сбрасываемых вод и применения замкнутых систем водоснабжения (бессточные технологии). Последнее направление следует считать приоритетным в системе мер по охране водных объектов от загрязнения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||