Эколого-геохимические аспекты использования поверхностно-активных веществ в нефтедобыче

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эколого-геохимические аспекты использования поверхностно-активных веществ в нефтедобыче

Современные технологии интенсивной добычи нефти, основанные на регулировании поверхностных явлений в дисперсных системах, неразрывно связаны с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ), способных изменять фазовые и энергетические взаимодействия на различных поверхностях раздела за счет дифильности (наличие гидрофильной и гидрофобной частей) их молекул.

ПАВ применяют при бурении скважин, вскрытии продуктивных пластов, обработке призабойной зоны пласта, увеличении нефтеотдачи, борьбе с органическими и солевыми отложениями и коррозией, подготовке и транспортировке нефти и т.д. Ассортимент ПАВ различного функционального назначения составляет сотни наименований с объемами применения в сотни тысяч тонн [1]. Широкое применение ПАВ неизбежно сопровождается их поступлением в природные геосистемы и, прежде всего, в гидросферу. Присутствие в водных объектах ПАВ, многие из которых является токсичными веществами, отрицательно влияет на качество воды и самоочищающую способность водоемов. Однако, информационные данные о токсичности ПАВ, их поведению в водной среде и, тем более, экологических последствиях применения достаточно противоречивы и неоднозначны.

Абсентизм единых представлений об экологической значимости ПАВ во многом обусловлен «закрытостью» состава применяемых композиций и отсутствием сведений об их физико-химических свойствах. Для относительно простых по составу ПАВ обычно приводятся санитарно-гигиенические нормативы, однако их использование не позволяет оценить реальный уровень загрязнения воды.

Во-первых, учитывая, что при мониторинге используют, как правило, аналитические методы с применением стандартных образцов (ГСО), по которым и идет оценка уровня загрязнения, достоверно можно определить только массовую концентрацию ПАВ. Например, при количественном анализе неионогенных ПАВ экстракционно-фотометрическим методом используют ГСО состава неонола АФ 9-12. Какое бы неионогенное ПАВ не находилось в воде, его содержание будут сравнивать с предельно допустимой концентрацией (ПДК) данного соединения - 0,25 мг/дм³. В тоже время многие из применяемых ПАВ данной группы имеют более жесткие рыбохозяйственные нормативы (ПДК_р/х): неонол АФ 9-10 - 0,10 мг/дм³, неонол АФ 9-6 - 0,05 мг/дм³, неонол АФ 9-4 - 0,01 мг/дм³, неонол АН-1214-5 - 0,005 мг/дм³, неонол 1020-3 - 0,0001 мг/дм³.

Во-вторых, ориентация только на ПДК ПАВ выводит из-под контроля продукты их деградации, которые во многих случаях являются более опасными, чем исходное вещество. В качестве примера рассмотрим комплексный реагент МЛ-80, основой которого является алкилсульфонат натрия (4 класс опасности) с ПДК_р/х. 0,5 мг/дм³. Исследования водной вытяжки данного реагента показали, что при контакте с водой происходит его расщепление с образованием целого комплекса соединений, среди которых доминируют спирты и эфиры ряда С₈-С₁₆. Большая часть данных соединений не имеют разработанных гигиенических нормативов, однако низший и высший гомологи ряда спиртов относятся к 3 классу опасности (к.о.) и имеют ПДК_р/х. = 0,05 мг/дм³.

В третьих, при установлении гигиенических нормативов на композиционные ПАВ их второстепенные компоненты практически не учитываются. Например, в состав МЛ-80 кроме алкилсульфоната натрия входят и более токсичные соединения: алкилбензолсульфонат натрия (3 к.о.) - ПДК_р/х. = 0,03 мг/дм³, оксифос Б или Б-1 (1 к.о.) - 0,0001 мг/дм³.

Еще более сложный характер органического загрязнения гидросферы отмечается в случае взаимодействия ПАВ с нефтяными соединениями, сопровождаемое явлениями мицеллообразования и солюбизации. Лабораторное моделирование поведения системы «нефть - вода - МЛ-80», показало, что образующиеся коллоидные растворы существенно затрудняют извлечение нефтяной органики из воды и обуславливают фоновые значения показателя «нефтепродукты» (НП), используемого в качестве основного критерия оценки уровня органического загрязнения гидросферы в районах нефтедобычи, что создает мнимое впечатление о благополучной экологической обстановке.

Поиск оптимальных условий эксперимента показал, что максимальная степень извлечения и наибольшие коэффициенты концентрирования нефтяной органики достигаются в этом случае при использовании полярных растворителей (хлороформ) и кислой среды (рН 3). Данные ХМС водных вытяжек, формируемых в системах «ПАВ - вода» и «нефть - ПАВ - вода» показали их принципиальную схожесть - состав водорастворенной органики в значительной степени определяется реагентом МЛ-80 (табл.).

нефтедобыча поверхностный дисперсный геохимический

Состав гексановой фракции аквабитумоидов водной вытяжки реагента МЛ-80

Основной структурой аквабитумоидов являются спирты С₁₀, С₁₂ (доминирующая форма), С₁₄, С₁₅, С₁₇, суммарная концентрация которых достигает 71,5%. Нефтяные маркеры представлены практически одними алифатическими УВ, среди которых доминируют алкены ряда С₁₃-С₁₈, переход которых в водную фазу обусловлен их более высокой растворимостью, по сравнению с насыщенными гомологами. Нафтено-ароматические структуры, характерные для водорастворимых комплексов нефтей, не обнаружены. Очевидно, что циклопентаны, циклогексаны, бензолы, нафталины, антрацены и другие соединения, формирующие классическую нафтено-ароматическую фракцию водных вытяжек нефтей, прочно закрепляются на ПАВ и не извлекаются из воды классическими методами.

Исследования водотоков, находящихся в зоне влияния добычи нефти, подтвердили данные лабораторного моделирования о затушевывании признаков нефтяного загрязнения на объектах, где применяются ПАВ. Так, при содержании неионогенных ПАВ на уровне 2-3 ПДК водорастворенные НП практически не обнаруживаются даже при визуальных признаках нефтяного загрязнения поверхности воды и донных отложений. Наиболее ярким примером такой ситуации являются нефтеловушки, создаваемые на водотоках для перехвата поступающей нефти, где основная часть нефтяных соединений локализуется в дисперсной пене («шоколадный мусс») на поверхности воды и в донных отложениях. В составе данных комплексов идентифицированы как продукты деструкции ПАВ (карбитолы,

нитрилы, сульфонаты, сульфонолы, силоксаны, фторированные фенолы), так и нефтяные структуры (алифатические, нафтеновые, ароматические УВ и ряд гетеросоединений). Природная гидрофобность нефтяных структур обеспечивает легкость их вхождения в состав мицелл ПАВ, т.е. своеобразную их консервацию, но не исключает возможности разрушения данных коллоидов под влиянием гипергенных факторов и вторичное поступление высвобождающихся соединений в гидросферу. Это подтверждается исследованием характера водорастворенной органики ниже нефтеловушек: содержание НП возросло до 2,4 ПДК_р/х, а в составе гексановой фракции аквабитумоида - почти в 14 раз увеличилась доля УВ, представленных типично нефтяными н-алканами ряда С₁₇-С₂₁ и бензолами. Кроме

того, в составе аквабитумоидов существенную роль играют и гетеросоединения. Доминирующими компонентами данных соединений являются фталаты (более 68% гексановой фракции), образование которых связано с деструкцией аренов, входящих в состав нефтей и ПАВ на ароматической основе. Данные соединения относятся к категории стойких органических загрязнителей (СОЗ), характеризующихся устойчивостью к физическому, химическому и биологическому разложению, что способствует их накоплению в природных геосистемах [2]. Несмотря на высокую токсичность данных соединений (2 к.о.), они в настоящее время выходят за рамки экологического мониторинга природных геосистем, сопряженных с добычей нефти. Это касается и собственно ПАВ, также выходящих за рамки производственного экологического контроля.

Выводы:

- интенсивное применение ПАВ при добыче нефти приводит к поступлению в гидросферу широкого спектра синтетических органических соединений, изменяющих органолептические и санитарно-гигиенические показатели воды;

- поступление ПАВ в природные воды сопровождается деструктивно-синтетическими реакциями с образованием веществ, отражающих как состав исходных структур ПАВ, так и новообразований, характеризующихся повышенной миграционной способностью и токсичностью;

- при взаимодействии ПАВ с нефтью происходит маскировка нефтяной составляющей и минимизация признаков нефтяного загрязнения, приводящие к мнимому представлению об удовлетворительном качестве воды;

- органические и органо-минеральные комплексы, образующиеся в результате совместного присутствия ПАВ и нефти в воде, и аккумулирующиеся на поверхности воды или в донных отложениях, являются вторичным источником загрязнения пролонгированного действия;

- технико-экономическая необходимость использования ПАВ должна сопровождаться контролем их содержаний на уровне регламентированных показателей системы эколого-аналитического мониторинга природных геосистем, сопряженных с добычей нефти.

Список литературы

нефтедобыча поверхностный дисперсный геохимический

1. Мурзакаев Ф.Г. Химизация нефтедобывающей промышленности и охрана окружающей среды / Мурзакаев Ф.Г., Максимов Г.Г. - Уфа: Башк. кн. изд-во, 1989. - 176 с.

2. Бачурин Б.А. Стойкие органические загрязнители в отходах горного производства / Б.А. Бачурин, Т.А. Одинцова // Современные экологические проблемы Севера: материалы междунар. конф. / КарНЦ. - Апатиты, 2006. - Ч. 2. - С. 7-9.

Размещено на Allbest.ru