Утилизация отходов бурения на морском шельфе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Факультет технологический

Кафедра «Прикладная экология»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Химия окружающей среды»

на тему «Утилизация отходов бурения на морском шельфе»

Выполнил: ст. гр. ОС-10-01 А.Ф. Хабибуллина

Проверил: профессор, д.т.н. Г. Г. Ягафарова

Уфа 2013

Содержание

бурение нефтедобыча сброс море

Введение

1. Нефть и экология моря

2. Состав и характеристика отходов бурения и нефтедобычи, поступающих в море

3. Правовые аспекты сброса технических отходов бурения в морскую среду

4. Технические аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду

5. Охрана вод от загрязнения при бурении и освоении морских скважин на нефть и газ

6. Предложения для сохранения моря в дальнейшем

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Целью данной курсовой работы является рассмотрение утилизации отходов бурения на морском шельфе.

Загрязнение окружающей среды - один из самых важных факторов, наиболее существенно влияющих на продолжительность жизни и здоровья людей. Среди объектов техногенного воздействия на компоненты окружающей среды ведущее место занимает топливно-энергетический комплекс. Загрязнение окружающей среды и ее техногенное преобразование приобретает глобальный характер и поэтому поиск оптимальных путей выхода из сложившейся ситуации становиться все более актуальным.

Основная доля загрязнения токсичными отходами приходиться на предприятия горнодобывающей, металлургической, химической, нефтегазовой промышленности.[2]

Потенциальные запасы нефти на шельфе морей России оцениваются в 13 млрд. т, газа -- 52 трлн. м3. Мировая тенденция постепенного смещения добычи углеводородов с суши на море находит подтверждение и в нашей стране. Свидетельством тому является развитие работ на шельфе арктических и дальневосточных морей, в Каспийском и Черном морях.

При строительстве морских скважин основными видами воздействия на окружающую среду являются выбросы в атмосферу, сбросы в морскую среду, ее тепловое и шумовое загрязнения. Объем и интенсивность техногенного воздействия на окружающую среду зависит от реализуемой технологии строительства скважины. Выбросы в атмосферу и шумовое загрязнение можно существенно снизить за счет природоохранных мероприятий, а тепловое загрязнение и сброс веществ в морскую среду исключить.[4]

1. Нефть и экология моря

В настоящее время более 40 стран разрабатывают или готовят к эксплуатации морские месторождения нефти и 80 стран провели геологоразведочные работы на принадлежащих им континентальных шельфах.[8]

К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть и нефтепродукты, а также отдельные металлы (ртуть, свинец, кадмий), хлор и фосфорорганические пестициды.

В последнее время значительно увеличилось загрязнение внутренних морей и глубоких заливов. Особенно в критическом положении находятся такие замкнутые моря, как Средиземное, Балтийское и внутренние моря Японии. В Средиземное море, например, при морских перевозках ежегодно поступает 300 тыс. т. нефти и нефтепродуктов. Кроме того, около 20 тыс. т. нефтепродуктов в год выбрасывается с расположенных на побережье нефтеперерабатывающих заводов.

В Эгейском море и в районе о. Кипр концентрация нефти в поверхностных слоях воды достигла 230 мг/м2, что в 3 раза превышает соответствующий усредненный показатель по Мировому океану в целом. У берегов Северной Африки часто наблюдается скопление водонефтяных эмульсий, расположенных ниже поверхности воды. Концентрация загрязнителей в этом районе также часто превышает допустимые нормы. В Балтийском море и во внутренних морях Японии загрязнение водной среды нефтью и нефтепродуктами происходит также в основном за счет морских перевозок и поступления от источников, расположенных на суше. Загрязненность Балтийского моря изменяется от 0,3 до 1 мг/л, что во много раз превышает соответствующие показатели в интенсивно загрязняемых открытых частях Атлантического океана.

Наибольшее влияние нефтяные загрязнения оказывают на фауну и флору прибрежных вод, в которых нефть накапливается в результате приливов.

Прибрежные воды значительно загрязняются в результате сброса нефти и нефтепродуктов химических и нефтеперерабатывающих комплексов. Особенность этих сбросов - их локальность, приводящая к созданию высоких концентраций нефти и нефтепродуктов на ограниченном участке моря.

Загрязняется окружающая среда и при добыче нефти на море, причем разливы нефти имеют место, как в разведочном бурении, так и во время эксплуатации морских нефтяных и газовых месторождений.

Характерная особенность - то, что в данном случае нефть попадает на море не только с поверхности, но и из подводных грифонов. При этом создаются высокие концентрации нефти во всей толще морской воды.

С течением времени нефть и нефтепродукты оседают на дно океана и образуются так называемые донные осадки, что свидетельствует о хроническом загрязнении морской среды. Процесс этот проходит особенно быстро при попадании в море тяжелой нефти и ее фракций. В этом случае накопленные загрязнители в донных отложениях сохраняются длительное время, но при шторме они могут повторно загрязнять морскую среду. [8]

2. Состав и характеристика отходов бурения и нефтедобычи, поступающих в море

Буровые растворы - это наиболее токсичная часть буровых отходов.

Понятие «Буровые растворы» охватывает широкий круг жидких, суспензионных и аэрированных сред, выполняющих различные функции: улучшение буримости породы, ее размыв и вынос, сохранение целостности стенок скважины, предохранение бурового оборудования от коррозии и т.д. Принципиально буровые растворы можно разделить на три группы: на нефтяной основе, синтетические и на водной основе (наименее токсичные). В данном разделе речь пойдет лишь о последней группе, поскольку буровые растворы первых двух групп практически не сбрасываются (по крайней мере, официально) на примере сахалинского шельфа.[7]

Химический состав бурового раствора зависит от его назначения, типа пород и метода бурения, хотя существует ряд обязательных моментов. Непременным компонентов любого бурового раствора является бентонит (монтмориллонитовая глина). Глина используется как структурообразователь раствора и регулятор вязкости. В некоторых случаях применяется палыгорскитовая глина - атапульгит.[6]

Аномально высокие пластовые давления часто превышают гидростатическое давление столба бурового раствора в скважине, поэтому его необходимо утяжелять, для чего применяется баритовый утяжелитель (безводный сульфат бария), являющийся за рубежом единственным материалом, служащим в этих целях. В качестве регулятора щелочности применяются такие реагенты, как каустическая сода (NaOH). Поверхностно активные вещества (ПАВ) также входят в состав любого бурового раствора. В качестве ПАВ используют сульфанол, дисолван, стеарокс и различные оксиэтилированные спирты. Для дегазации буровых растворов используют реагенты-пеногасители: соасток, карболинеум, синтетические жирные кислоты и т.д. На шельфе Сахалина применяются антивспениватель De Foam A и его аналог -- Бара Брайн Дефоум. Для поддержания постоянной плотности бурового раствора используют реагенты-понизители водоотдачи (углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлоза, гидролизованный полиакриламид) и понизители вязкости (феррохромлигносульфонат, нитролигнин, сунил и т.д.). Из зарубежных компонентов применяются Терма Тин и Пал-ли. Кроме того, применяются вещества-ионофоры (известь, бикарбонат натрия), термостабилизаторы, эмульгаторы, смазочные добавки, ингибиторы коррозии и биоциды.[7]

На сахалинском шельфе буровые растворы на водной основе обычно сбрасываются в море без предварительной очистки и нейтрализации. В настоящее время практически на все компоненты буровых растворов на водной основе, применяемых на шельфе Сахалина, устанавливаются рыбохозяйственные ПДК. [3]

Шлам - представляет собой выбуренную в скважине горную породу, поднятую на поверхность с буровым раствором. Насколько известно авторам, состав и количество конкретных загрязняющих (токсичных) веществ в буровых шламах на сахалинском шельфе как следует не изучены. Однако известно точно, что рыбохозяйственные ПДК на этот вид отходов не устанавливаются. [6]

Пластовые воды - воды, поступающие из нефтегазоносных подземных пластов вместе с нефтью и газом в процессе нефтедобычи. Как правило, они содержат остаточные количества нефти, загрязнены природными низкомолекулярными углеводородами, неорганическими солями и взвешенными веществами. Объем нефти, поступающей в море в составе пластовых вод, может достигать десятков тонн в год. В Северном море нефть, поступающая с пластовыми водами, составляет 20% от всех нефтяных сбросов в этом регионе. Кроме собственно нефти, пластовые воды отличаются повышенным содержанием полиароматических (особо токсичных) углеводородов. Известно, например, что пластовые воды на одном из месторождений Мексиканского шельфа имели высокое содержание бензола, толуола и ксилена (10 -- 31 мг\кг) и значительное количество бензапирена (1 - 2 мг\кг). Аналогичные данные были получены в Северном море. Есть сведения о высоком содержании углеводородов нафталинового ряда - 1,7 мг\л -- в стоках, сбрасываемых после очистки с буровых платформ в Мексиканском заливе.[6]

Наблюдение за химическим составом жидких сбросов при буровых работах на шельфе Норвегии показали высокое содержание фенола и его производных - 5,5-5,9 мл/л. Напомним, что фенолы отличаются высокой токсичностью, и предельно допустимая концентрация их в природных водах составляет всего 0,001 мл/л.

Исследования последних лет выявили присутствие в пластовых водах природных радионуклеотидов, таких, как радий-226, радий-228 и продуктов их распада. При контакте с морской водой эти радионуклеотиды, выпадая в осадок, образуют локальные радиоактивные скопления.[3]

3. Правовые аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду

Экологическое законодательство крайне противоречиво в отношении регулирования загрязнения морской среды. Его основные требования по охране качества водной среды, изложенные в Водном кодексе РФ, сводятся к запрещению сброса в водные объекты неочищенных в соответствии с установленными нормативами сточных вод, в том числе, содержащих вещества, для которых не установлены ПДК.

Федеральным Законом “О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации” запрещены захоронение отходов и других материалов, а также сброс вредных веществ. Однако в нем содержится некорректная формулировка сброса вредных веществ или стоков, содержащих такие вещества. Исключается из запрета выброс вредных веществ, происходящий вследствие разведки, разработки и связанных с ними процессов обработки в море минеральных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря.

Допускают сброс вредных веществ в море и нормативные документы, принятые до введения указанных федеральных законов.

Полный запрет на сброс даже очищенных сточных вод устанавливается в целях охраны от загрязнения и других негативных последствий хозяйственной деятельности морских акваторий, имеющих особую рыбохозяйственную ценность -- нереста и зимовки ценных охраняемых видов рыб, а также места обитания занесенных в Красную книгу видов животных и растений.[5]

Несмотря на это, Государственная экологическая экспертиза не считает сброс технологических отходов бурения нарушением законодательства.

Следует отметить, что в соответствии с федеральными законами “О континентальном шельфе Российской федерации” и “О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации” любое преднамеренное удаление отходов и других материалов с судов и иных плавучих средств, установок и сооружений квалифицируется как захоронение.

Вопрос с захоронением технологических отходов бурения однозначно решен лишь применительно к скважинам на континентальном шельфе. Согласно “Правилам безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе” выбуренная порода должна утилизироваться в соответствии с проектом на строительство скважины и требованиями охраны окружающей среды. Это представляется не вполне обоснованным, поскольку экологически оправданным и экономически целесообразным может быть и захоронение отходов (подземное или на суше) Вызывает также сомнение существование различных подходов к охране морской среды в территориальном море и на континентальном шельфе.

Вопрос правового регулирования загрязнения морской среды в настоящее время актуален в связи с принятием Федерального закона “О техническом регулировании”, в рамках которого предусмотрена разработка специальных технических регламентов, в том числе, по вопросам экологической безопасности.[5]

4. Технические аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду

Для выполнения требований экологического законодательства циркуляция промывочной жидкости в процессе бурения должна быть организована по замкнутому циклу. В этом случае обращение промывочной жидкости и технологических отходов бурения ограничено циркуляционной системой буровой установки и системой размещения технологических отходов бурения. Для организации замкнутого цикла циркуляции на этапе бурения под направление на устье скважины устанавливают водоотделяющую колонну, например, забивную и бурение ведут с циркуляцией промывочной жидкости внутри водоотделяющей колонны.

Однако при бурении скважин на сахалинском шельфе и в Каспийском море применяется способ бурения под направление без создания замкнутой системы циркуляции. В этом случае отработанная промывочная жидкость и буровой шлам при бурении под направление (примерно 50-100 м) сбрасываются в морскую среду.

В действительности же промывка скважины только морской водой не ограничивается. Нефтяные и газовые скважины имеют сложную конструкцию с номинальным диаметром первого интервала ствола, как правило, 914,4 мм. Верхний интервал сложен неустойчивыми породами, которые при промывке скважины морской водой разрушаются с образованием каверн. Поэтому фактический диаметр ствола больше номинального примерно на 15-25 %. В стволе такого большого диаметра трудно создать условия для эффективного гидротранспорта бурового шлама на поверхность. Для этого нужно повышать скорость восходящего потока промывочной жидкости, либо увеличивать удерживающую способность промывочной жидкости, иначе говоря, загустить ее.[5]

Применение первого способа ограничено максимальной производительностью буровых насосов. Как правило, скорость восходящего потока промывочной жидкости в открытом стволе не превышает 0,1 м/с. Применение второго способа означает отказ от промывки морской водой. Поскольку при отсутствии водоотделяющей колонны это невозможно, так как противоречит

п. 4.2 ГОСТ 17.1.3.02 77, то в рабочем проекте на строительство скважины указывается, что промывка осуществляется морской водой, а периодически (как правило, через 10 м проходки) с целью очистки ствола скважины от шлама прокачивается порция (пачка) вязкой жидкости. Итак, для промывки скважины используется комбинированная промывочная жидкость, состоящая из последовательно закачиваемых в скважину порций морской воды и вязкой жидкости.

При бурении скважин в Каспийском море используют глинистую суспензию, на шельфе Охотского моря -- глинистую суспензию, загущенную полимером (примерно 75 кг/м3 глинопорошка и 3 кг/м3 полимера). В этом случае из скважины в морскую среду сбрасываются тонкодисперсные глинистые частицы и полимер.

При строительстве скважин в Каспийском море объем пачки вязкой жидкости составляет 20 м3. Следовательно, при бурении под направление длиной 50 м за четыре прокачки в море будет сброшено 80 м3 промывочной жидкости со шламом. Используемая промывочная жидкость состоит из бентонитового глинопорошка 70 кг/м3 (по ОСТ 39-202-86 может содержать свободной соды от 1,0 до 5,0 г/100 г и МgО от 2,5 до 8,0 %), соды каустической и кальцинированной по 1 кг/м3 и барита 113 кг/м3. Таким образом, в сброшенных в море 80 м3 промывочной жидкости, помимо шлама, содержатся 5600 кг тонкодисперсной глины, 160 кг каустической и кальцинированной соды и 9040 барита. Промывка осуществляется при суммарной производительности буровых насосов до 80 л/с.

Сброс технологических отходов бурения продолжается и на этапе крепления скважины направлением. Чтобы обеспечить спуск и последующее цементирование направления, ствол скважины заполняют промывочной жидкостью. Так, при строительстве скважин в Каспийском море ствол заполняют глинистой промывочной жидкостью, утяжеленной баритом до плотности

1160 кг/м3 (до утяжеления -- 1080 кг/м3). В процессе спуска направления промывочная жидкость вытесняется из скважины в незначительном объеме. При цементировании направления происходит замещение промывочной жидкости тампонажным раствором. Поступление промывочной жидкости в морскую среду равно объему закачиваемого тампонажного раствора -- 40 м3.

Таким образом, сброс (захоронение) технологических отходов бурения имеет место на всех этапах бурения и крепления первого интервала скважины и его следует учитывать при оценке воздействия на окружающую среду строительства морских скважин.[5]

5. Охрана вод от загрязнения при бурении и освоении морских скважин на нефть и газ

При строительстве и эксплуатации морских буровых платформ, а также бурение и освоении морских скважин необходимо выполнять все требования водного законодательства и международных соглашений по предотвращению загрязнения морских вод.

Места для размещения морских буровых платформ выбираются в соответствии с правилами санитарной охраны прибрежных вод. На морских буровых платформах устанавливаются по всей плоскости настил с системой стока в специально предусмотренные емкости. Сыпучие материалы, утяжелитель и химические реагенты доставляются на морскую платформу в закрытых упаковках контейнерами или в герметичной таре. Промывочная жидкость транспортируется в закрытых ёмкостях, контейнерах или по растворопроводу. Химические реагенты и сыпучие материалы хранятся в герметичной таре или в закрытом помещении.

Выбуренный шлам собирают и вывозят на береговые базы и складируют в береговых шламоотвалах, исключающих фильтрацию и сток в водные объекты. Если при бурении верхних интервалов скважины в качестве промывочной жидкости используется морская вода, то допускается сброс выбуренного шлама на дно при условии обеспечения сохранения водохозяйственного значения водного объекта и естественных местных условий обитания водных организмов.

Промывочная жидкость, воды из систем охлаждения, буровые сточные воды используются в оборотных системах. В случае необходимости они подвергаются специальной очистке на установках, смонтированных на морской буровой платформе. По окончанию освоения скважины и демонтажа бурового обрудования все оставшиеся материалы и промывочная жидкость ввозятся на береговые базы.[5]

Бурение в интервале с возможным нефтегазопроявлением производится только при наличие обратного клапана на бурильной колонне или устройства, обеспечивающего перекрытие колонны бурильных труб.

Перед освоением скважина оборудуется герметичными устьевыми устройствами для сбора и ликвидации отходов - емкостью для сбора жидкостей и блоком для сжигания твердых отходов. При отсутствии таких приспособлений отходы вывозятся или откачиваются на сборочные пункты. Средства сбора и транспортировки должны исключать попадание отходов в море.[5]

6. Предложения для сохранения моря в дальнейшем

1. Прежде всего, следует определить, что такое океан, отличая его от внутренних пресноводных водоемов и гаваней, а также мелких заливов, и разработать законодательство, соответствующее каждому элементу из окружающей среды. 2. Следует признать неправильным предположение согласно которому все, что попадает в океан, может быть опасным. Вместо этого необходимо рассмотреть, какие вещества могут причинить ущерб, и стараться избежать образования избытка их в океане. 3. Строго запретить сброс всех искусственных радиоактивных материалов, галогеносодержащих углеводородов (ДДТ и полихлорных бифенилов) и других синтетических органических материалов, которые являются токсичными и против которых морские организмы не имеют естественной защиты. 4. Следует установить стандарты на качество воды (после допустимого смешивания), соответствующие пороговым значениям, выше которых жизнедеятельности моря наносится ущерб; при этом должен быть обеспечен коэффициент безопасности, равный по крайней мере десяти. 5. Следует развивать международное сотрудничество в направления запрещения сбросов с судов мусора или нефти, а также сброса балластной воды. 6. Следует выделить глубоководные места океана с медленным течением, где можно сбрасывать определенные отходы, причиняя минимальный ущерб окружающей среде. 7. Необходимо, чтобы каждое предприятие, сбрасывающее отходы, изучило вопрос о том, каким образом тот или иной загрязнитель будет влиять на прилегающее воды океана. Следует поощрять проведение всех новых исследований влияния загрязнителей на океан и его жизнедеятельность. 9. Необходимо прогнозировать появление новых загрязнителей по мере развития в больших объемах производства новых химических соединений.[1]

Необходимо разработать более рациональные основы для принятия решений о том, как перерабатывать отходы и как от них избавляться. Ни один океанограф не хочет, чтобы опасные отходы накапливались там, где он работает или чтобы эти отходы накапливались на суше там, где он живет. Однако, поскольку отходам в любом случае необходимо найти место, было бы предпочтительно сделать выбор, основанный на знании всех факторов.

Охрана природы, и водных ресурсов в частности, - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей водной среде, но до сих пор многие из нас считают ее неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справится со всеми выявившимися затруднениями. Однако воздействие человека на водную среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к водной среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком. Именно разработке, расчету и внедрению современных, надежных и высокоэффективных методов очистки сточных вод и посвящена данная курсовая работа.

Разумный, лишенный эмоциональной окраски подход к вопросу о том, какие материалы можно сбрасывать в океан, не нанося серьезного ущерба его жизнедеятельности, повлияют на чистоту его вод и обеспечит экономию государственных средств.[1]

Заключение

Воздействие нефтедобычи на морские экосистемы проявляется уже на этапе сейсморазведки, когда при резком повышении давления в воде создаются условия, летальные для большинства гидробионтов, особенно на ранних стадиях их развития. В дальнейшем, основными факторами воздействия являются отчуждение акваторий, сброс токсичных веществ, повышение мутности воды и изменение ее физико-химических характеристик.

В целом, влияние буровых отходов на экологию морей сводится к следующему:

- Изменение условий существования

- Загрязнение воды и грунтов токсичными веществами

- Угроза жизнедеятельности организмов

- Разрушение структуры экосистемы.

В последние годы нефтедобывающими предприятиями в производство внедряются различные технологические решения, направленные на утилизацию отходов бурения. Однако унифицированного способа переработки буровых шламов с целью обезвреживания и утилизации не существует. Предотвращение загрязнения среды и сокращение использования природной воды на бурение скважин достигается многократным использованием технической воды в технологическом обороте. Для этого необходима комплексная очистка буровых сточных вод с применением физических, химических и биологических методов.

Для работы использовали статьи из интернета и библиотеку главного корпуса Уфимского Государственного Нефтяного Технического Университета.

Список использованной литературы

1. Балаба В.И. Обеспечение экологической безопасности строительства скважин на море//Бурение и нефть. - 2004. - № 1. - С. 18-21.

2. Боровский Н.А. Изменение гидрохимических показателей воды при попадании буровых компонентов // Газовая промышленность.-1990. -- N 6.-- С. 30-38.

3. Власенко Н.Л., Акопова Г.С., Тригубова Е.А., Бородай А.В. Повышение экологической безопасности при обращении с отходами бурения // Строительство буровых и газовых скважин на суше и море. - 2010. - №10.

4. Инструкция по охране окружающей среды при бурении скважин на нефть и газ на суше (РД 39-133-94). - М.: Роснефть, 1994.

5. Кесельман Г. С., Махмудбеков Э. А. Защита окружающей среды при добыче, транспорте и хранении нефти и газа. М.: Недра, 2006.-256 с.

6. Мовсумов А. Д., Гусейнов Г. И. Исследование ТОКСИЧНОСТИ хими-ческих реагентов, применяемых при бурении, и пути их нейтрализации // Газовая промышленность.-- 1986.-- N 3.-- С. 117.

7. Паус К.Ф. Буровые растворы. М.: Недра.-- 1973.-- 216 с.

8. Середа Н.Г., Соловьёв Е.М. «Бурение нефтяных и газовых скважин» М. Недра, 1988. 360 с.

Размещено на Allbest.ru