Экологические требования к промывочным жидкостям при бурении на море

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические требования к промывочным жидкостям при бурении на море

В. Балаба, Губкинский университет нефти и газа

Annotation

море экологический риск нефтегазовый

Ecology requirements to flushing fluids during offshore drilling

V. Balaba, Gubkin Oil and Gas University

Importance of seas for economy of the country is determined not only by reserves of hydrocarbons, but also by a number of other factors, first of all as a source of biological resources. In this connection there is actual technical regulating of prospecting and development of oil-gas fields in order to minimize ecologic risk.

Потенциальные запасы нефти шельфа морей России оцениваются в 13 млрд тонн, а газа - 52 трлн м3. Однако значение морей для экономики страны определяется не только запасами углеводородов, но и рядом других факторов, прежде всего как источник биоресурсов. В связи с этим техническое регулирование разведки и освоения морских нефтегазовых месторождений с целью обеспечения минимального экологического риска является актуальным.

Введение в действие с 01.01.2010 г. для добровольного применения национального стандарта ГОСТ Р 53241-2008 «Геологоразведка морская. Требования к охране морской среды при разведке и освоении нефтегазовых месторождений континентального шельфа, территориального моря и прибрежной зоны» (приказ Ростехрегулирования от 25 декабря 2008 г. №778-ст) является долгожданным событием. Стандарт разработан ООО «Научно-исследовательский и проектный институт мониторинга природных ресурсов Российской академии естественных наук». К сожалению, данный стандарт не лишен некоторых недостатков своих предшественников. Рассмотрим лишь те из них, которые касаются требований к буровым промывочным жидкостям.

Требования к буровым промывочным жидкостям

Согласно п. 5.1.1 стандарта ГОСТ Р 53241-2008 применение технологических рецептур буровых промывочных жидкостей (в стандарте используется термин «буровой раствор») разрешается при условиях:

- наличия официально утвержденных нормативов (ПДК, ОБУВ) для буровых промывочных жидкостей и/или их отдельных компонентов и соответствующих методов аналитического контроля, если проект освоения морского нефтегазопромысла предусматривает сброс сточных вод и отходов в морскую среду;

- исключения в качестве основы буровых промывочных жидкостей сырой нефти, дизельного топлива и других нефтепродуктов;

- отсутствия в составе компонентов буровых промывочных жидкостей высокотоксичных веществ с ПДК менее 0,001 мг/дм3 или ЛК50 (за 96 ч) менее 0,1 мг/дм3 при биологическом тестировании по аттестованным методикам.

Общепризнанными требованиями к стандартам являются точность и ясность формулировок, правильное и единообразное употребление терминов. Нарушение этих требований приводит к неоднозначному толкованию текста стандарта, что недопустимо, прежде всего, в тех случаях, когда это может привести к разным правовым последствиям. Анализ приведенных в стандарте требований к буровым промывочным жидкостям (БПЖ) с этой точки зрения позволяет отметить следующее.

1. Согласно стандарту БПЖ можно использовать при условии наличия официально утвержденных нормативов (ПДК, ОБУВ) для них и/или их отдельных компонентов и соответствующих методов аналитического контроля. По нашему мнению, эти условия являются необходимыми, но недостаточными для безопасного использования веществ в технологических процессах. Предельно допустимая концентрация вещества характеризует, главным образом, его токсичность, наряду с которой экологическая опасность вещества определяется также, например, биоразлагаемостью, биоаккумуляцией, биоконцентрацией.

Для обеспечения потребителя достоверной информацией по безопасности промышленного применения, хранения, транспортирования и утилизации химическая продукция (вещество, смесь, материал, отходы промышленного производства) должна иметь паспорт безопасности. Основные требования к построению, содержанию, изложению и оформлению включаемой в паспорт безопасности информации, являющейся обязательной составной частью технической документации на химическую продукцию, установлены стандартом ГОСТ 30333-2007 «Паспорт безопасности химической продукции. Общие требования», который был принят взамен ГОСТ 30333-95. Данный стандарт соответствует Рекомендациям ООН ST/SG/AC.10/30/Rev.1 «Согласованная на глобальном уровне система классификации опасности и маркировки химической продукции (СГС)». Наряду с гигиеническими нормативами в объектах окружающей среды паспорт безопасности содержит также данные о возможных воздействиях вещества на окружающую среду (воздух, воду, почву), о стабильности и трансформации его в окружающей среде; показатели экотоксичности вещества. Включение паспорта безопасности в состав обязательных требований к веществам, применяемым при бурении скважин на море, позволило бы поднять требования ГОСТ Р 53241-2008 до уровня международных норм и, соответственно, способствовало бы повышению конкурентоспособности отечественного бурового сервиса, что является одной из целей стандартизации.

2. Стандарт устанавливает требования к двум типам БПЖ: на водной основе - состоит, в основном, из морской или пресной воды с добавками специальной глины, барита, каустической соды и других солей и реагентов (п. 2.1.1) и на нефтяной основе - водоэмульсионная с использованием в качестве базовых компонентов сырой нефти, дизельного топлива, парафинов и других нефтепродуктов (п. 2.1.2). Таким образом, вне поля технического регулирования оказались БПЖ на синтетической основе, в частности на основе синтетических биоразлагаемых жидкостей, созданные специально для использования в морском бурении. Такие БПЖ, с экологической точки зрения, являются наиболее перспективными, что предопределяет необходимость регламентирования требований к ним в стандарте.

Стандарт запрещает использовать в качестве основы (базового компонента) БПЖ, то есть в качестве жидкой дисперсионной среды, сырую нефть, дизельное топливо и другие нефтепродукты. Таким образом, под запретом оказались только обратные (инвертные) эмульсии типа «вода в масле»: дисперсионная среда (основа) - нефтепродукты, дисперсная фаза - вода. Что касается прямых эмульсий типа «масло в воде»: дисперсионная среда - вода, дисперсная фаза - нефтепродукты, то их использовать можно (при отсутствии в составе прямой эмульсии высокотоксичных веществ с ПДК менее 0,001 мг/дм3 или ЛК50 менее 0,1 мг/дм3). ГОСТ Р 53241-2008 запрещает лишь сброс и захоронение в море отработанных БПЖ с добавками нефтяных углеводородов (п. 3.13).

Если не учитывать технологическую эффективность, то принципиально возможно использование в качестве БПЖ прямой и обратной эмульсий, в т. ч. с одинаковым содержанием нефтепродукта. Его функции в этих эмульсиях будут разные: в первом случае - дисперсная фаза, во втором - дисперсионная среда, но техногенное воздействие на морскую среду - одинаковым. Следовательно, логичным было бы нормирование общего содержания нефтепродуктов, вне зависимости от их состояния в БПЖ.

3. Требования п. 5.1.1 распространяются только на технологические рецептуры БПЖ, то есть допускается существование иных рецептур БПЖ. Это замечание можно было бы квалифицировать как крайний педантизм автора статьи. Однако опыт автора по экологической экспертизе многочисленных морских проектов на Сахалине, Камчатке и Каспийском море показывает, что такая формулировка может использоваться как юридическое основание обойти эти требования, например, использовать вещества без утвержденных нормативов ПДК или ОБУВ. Аргументы заказчиков экспертизы в этом случае простые и, как правило, одинаковые: на экспертизу представлен проект, приведенная в нем рецептура БПЖ является проектной; после утверждения проекта будет разработан технологический регламент промывки скважины, в котором будет указана технологическая рецептура БПЖ, удовлетворяющая всем требованиям экологической безопасности. Государственная экологическая экспертиза с этим соглашается. В результате в получивших положительное заключение Государственной экологической экспертизы проектах рецептуры БПЖ изобилуют ни к чему не обязывающими названиями компонентов, например, «бентоглинопорошок», «полиакриламид гидролизованный», «карбоксиметилцеллюлоза». Это обобщенные названия веществ, не позволяющие идентифицировать их с точки зрения экологической опасности. В частности, техногенное воздействие на морскую среду бентонитового глинопорошка зависит от состава и содержания модифицирующих добавок, полиакриламида гидролизованного - технологии гидролиза. Например, различные марки карбоксиметилцеллюлозы, согласно [1], характеризуются значениями ПДК, отличающимися на несколько порядков. Так, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы высокозамещенной (6351) имеет ПДК 0,1 мг/л, а карбоксиметилцеллюлоза-КМЦ-500 (440) - 12,0 мг/л (ПДК установлена для морских водоемов). При этом лимитирующим может быть как токсикологический, так и санитарно-токсикологический показатель вредности.

Представляется очевидным, что требования п. 5.1.1 должны распространяться на все рецептуры БПЖ, а не только на их частный случай - технологические. При этом названия компонентов должны указываться в соответствии с их паспортом безопасности.

Рыбохозяйственные нормативы буровых промывочных жидкостей

Согласно ГОСТу Р 53241-2008 для буровых промывочных жидкостей и/или их отдельных компонентов должны быть официально утверждены нормативы (ПДК, ОБУВ) и соответствующие методы аналитического контроля. Логично предположить, что, прежде всего, речь идет о рыбохозяйственных нормативах. Необходимость утверждения таких нормативов для компонентов БПЖ не вызывает сомнения, причем для всех без исключения, а не отдельных, как это предусмотрено стандартом. Формулировка, используемая в стандарте, - это еще одна лазейка для недобросовестных природопользователей. Что касается утверждения рыбохозяйственных нормативов для промывочных жидкостей, то взгляды экологов и буровиков по этому вопросу расходятся. Нами неоднократно, как на конференциях и семинарах, например, на международном семинаре «Охрана водных биоресурсов в условиях интенсивного освоения нефтегазовых месторождений на шельфе и внутренних водных объектах Российской Федерации» (г. Москва, 2000), так и в различных публикациях [2, 3, 4], в т. ч. в журнале «Бурение и нефть», была обоснована абсолютная бесполезность утверждения рыбохозяйственных нормативов для промывочных жидкостей. Этот вывод сделан на основании следующих аргументов.

1. Разработка рыбохозяйственных нормативов для БПЖ основана на предположении, что они являются смесевыми препаратами постоянного состава. Принципы нормирования смесевых препаратов, принятые Научно-техническим советом Главрыбвода от 30 марта 1995 г. и подтвержденные его решением от 29 января 1997 г., сводятся к следующему:

- смеси постоянного состава - это рецептуры (буровые растворы, пестициды, некоторые красители и т. д.), полученные в результате намеренного смешивания двух или группы индивидуальных веществ. Такие смеси имеют (наряду с индивидуальными веществами) соответствующие номера ГОСТа или ТУ, номер госрегистрации, международный код, определяющие свойства этих веществ (количество и качество примесей). Смесевые вещества могут иметь фирменное или торговое название;

- индивидуальное - это вещество, полученное в результате конкретного химического процесса. Оно может содержать примеси побочных продуктов химической реакции и продуктов его трансформации за счет биологических и физико-химических факторов. Индивидуальные вещества, входящие в состав смесей, рассматриваются с точки зрения их влияния на водную биоту, как потенциально токсичные или опасные;

- при определении норматива на смесь химических веществ постоянного состава она исследуется как единое вещество в соответствии с общими правилами. При этом устанавливается величина норматива на смесь в целом с указанием лимитирующего признака вредности и класса опасности. На каждый компонент смеси также устанавливается величина норматива. Не нормируются те компоненты, для которых доказано отсутствие биологической активности (на основании литературных или собственных экспериментальных данных, представленных в отчете) в концентрациях, которые достигаются при содержании смеси в окружающей среде на уровне ее ПДК.

Таким образом, при разработке рыбохозяйственных нормативов постулируется, что БПЖ: а) являются смесями постоянного состава, б) имеют соответствующие номера ГОСТа или ТУ, номер госрегистрации, международный код, определяющие свойства этих веществ (количество и качество примесей). Эти утверждения являются ошибочными. Рецептуры БПЖ не имеют соответствующего номер ГОСТа или ТУ, номера госрегистрации, международного кода. Для того чтобы в этом убедиться, достаточно заглянуть в любой справочник по промывке скважин, например [5]. В перечне рыбохозяйственных нормативов [1] только для одной из промывочных жидкостей указаны технические условия (БПЖ №120, ТУ 6-01-166-84). Однако это не только исключение, но и недоразумение, так как норматив ПДК утвержден для вещества, для которого известен только вещественный состав: гидролизованный полиакрилонитрил (769, ПДК = 1,0 мг/л), гидролизованный полиакриламид (766, ПДК = 0,8 мг/л) и эмультан, а концентрация этих веществ неизвестна. При этом для эмультана ПДК не установлен, что должно свидетельствовать о доказанном отсутствии биологической активности данного поверхностно-активного вещества в концентрациях, которые достигаются при содержании смеси в окружающей среде на уровне ее предельно допустимой концентрации (ПДК = 5,0 мг/л).

Представляется очевидным, что БПЖ не являются смесями постоянного состава. Параллель между промывочными жидкостями, пестицидами, некоторыми красителями и т. д., проведенная в решении НТС Главрыбвода, свидетельствует о полном непонимании специфики применения БПЖ. Для того чтобы учесть эту специфику, нами было предложено классифицировать смеси на товарные и нетоварные. Состав и свойства товарных смесей, например пестицидов, в процессе применения не изменяются - это смеси постоянного состава. Состав и свойства нетоварных смесей, например БПЖ, в течение их жизненного цикла изменяются многократно - это смеси непостоянного состава.

Жизненный цикл буровых промывочных жидкостей включает проектирование, приготовление, использование, кондиционирование и перевод в отходы производства. Как материальный объект БПЖ появляется на этапе приготовления (исходная, кондиционная промывочная жидкость), ее использование заключается в многократном прокачивании через скважину, при котором ее состав и свойства изменяются в результате:

* обогащения буровым шламом;

* химических реакций и физико-химического взаимодействия между компонентами дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также с породами в стенке скважины (путь циркуляции БПЖ через скважину, которая, по сути, является химическим реактором с повышенными температурой и давлением, составляет несколько километров);

* механо-химических процессов в элементах циркуляционной системы, прежде всего в гидромониторных насадках долота (скорость истечения струи при реализации гидромониторного эффекта не менее 70 м/с [6]).

Разумеется, речь не идет о том, что состав и свойства БПЖ существенно изменяются уже в течение первого цикла циркуляции. Интенсивность снижения качества промывочной жидкости в процессе циркуляции зависит от многих факторов, и вопрос лишь в том, когда эти изменения станут экологически значимыми. Сохраняя объективность, следует также отметить, что неизбежное ухудшение технологических свойств не обязательно будет сопровождаться ухудшением и экологических свойств промывочной жидкости. Не исключено, что в результате химических реакций и физико-химических процессов экологические свойства циркулирующей промывочной жидкости улучшатся по сравнению с исходной. Однако изначально это не известно, поэтому постулат о соответствии утвержденных нормативов ПДК для технологической рецептуры БПЖ, реально циркулирующей через скважину промывочной жидкости, нуждается в доказательстве.

В процессе циркуляции из скважины выходит некондиционная промывочная жидкость. Для возвращения исходного качества ее кондиционируют, в т. ч. периодически путем химической обработки. Таким образом, можно выделить три состояния промывочной жидкости: исходное, для которого формально норматив ПДК утвержден, а также некондиционное (на выходе из скважины) и кондиционное (после химобработки), для которых норматив ПДК неизвестен.

Норматив ПДК в перечне [1] определен для одного фиксированного значения концентрации компонентов БПЖ, хотя это один из множества возможных вариантов ее рецептур. В проектной и технологической документации на строительство скважин приводятся интервалы значений концентрации компонентов БПЖ. Перед приготовлением промывочной жидкости на буровой осуществляют отработку ее рецептуры в лаборатории из реагентов и материалов, имеющихся на предприятии. В этом еще одно отличие БПЖ от смесей постоянного состава, к которым они наряду с пестицидами отнесены в перечне [1].

Оптимизация рецептуры промывочной жидкости в лаборатории осуществляется по технологическим свойствам, которые, в отличие от экологических, можно оперативно измерить. Таким образом, задача воспроизведения БПЖ в соответствии с рецептурой, указанной в перечне ПДК, не ставится. Поэтому совпадение рецептуры приготовленной буровой (исходной) промывочной жидкости и ее утвержденного аналога -- дело случая. Концентрации ингредиентов БПЖ изменяются в широких пределах. Следовательно, существует вероятность того, что экологические свойства фактически используемой промывочной жидкости могут быть хуже ее аналога, указанного в перечне ПДК. Для того чтобы это исключить, целесообразно было в перечне ПДК привести концентрации ингредиентов БПЖ в виде интервала значений, а величину ПДК указать для самой худшей в этом отношении рецептуры промывочной жидкости. Впрочем, и это не сделает утвержденный норматив ПДК реальным, т. к. состав и свойства БПЖ в процессе циркуляции изменяются.

3. Целью разработки рыбохозяйственных нормативов смесевых препаратов согласно [1] являются экспертная оценка экологического риска применения препарата, проведение экологической и рыбохозяйственной экспертизы, а также подготовка материалов для предъявления исков за ущерб, нанесенный водным биоресурсам. При оценке ущерба водным биоресурсам сопоставляют фактическую концентрацию веществ в воде с предельно допустимой. Следовательно, процедура разработки и утверждения ПДК для БПЖ имеет практическую ценность только при наличии методик их аналитического контроля в воде. Поскольку, попадая в воду, промывочная жидкость перестает существовать, распадаясь на отдельные компоненты, растворяющиеся и осаждающиеся в воде, то речь может идти о создании методик аналитического контроля не БПЖ в целом, а ее компонентов. Для смесевых или биоразлагающихся препаратов в перечне ПДК [1] указывают компонент, по которому удобнее всего вести контроль (компонент-индикатор). Поскольку методики аналитического контроля для БПЖ отсутствуют, в графе «Метод анализа. Контролируемый показатель» указывают -- расчет. Однако и утвержденных в установленном порядке методик обоснования компонентов-индикаторов или методик расчета концентрации БПЖ в воде по содержанию их компонентов также нет. Следовательно, напрямую использовать значение ПДК промывочной жидкости при оценке ущерба водным биоресурсам не представляется возможным. Практически эта задача решается путем определения концентрации в воде компонентов БПЖ, для которых утверждены эколого-рыбохозяйственные нормативы, указываемые в том же перечне ПДК. Однако и здесь имеются нарушения установленных правил. Их формальным оправданием является положение о том, что не нормируются те компоненты, для которых доказано отсутствие биологической активности (на основании литературных или собственных экспериментальных данных, представленных в отчете) в концентрациях, которые достигаются при содержании смеси в окружающей среде на уровне ее ПДК. В результате, например, ПДК эмультана (БПЖ №120, ТУ 6-01-166-84) неизвестен. Представляется очевидным, что норматив ПДК должен быть определен для всех веществ, попадание которых возможно в воду.

Таким образом, приведенная в перечне [1] величина ПДК промывочной жидкости характеризует ее потенциальную экологичность на основе исследования только одной из возможных ее рецептур. Некоторая практическая польза от этого, безусловно, есть. Например, зная ПДК, на этапе проектирования можно выбрать промывочную жидкость с меньшим потенциальным ущербом водным биоресурсам. Однако с учетом длительности и трудоемкости процедуры разработки и утверждения эколого-рыбохозяйственных нормативов, а также неисчислимого количества существующих рецептур БПЖ такой путь вряд ли можно назвать разумным. На стадии проектирования, видимо, можно ограничиться применением приближенного расчетного способа определения экологичности БПЖ или, если необходим более точный результат, -- использовать метод биотестирования. Однако и расчетный способ, и биотестирование нуждаются в адаптации к условиям бурения [7, 8].

В заключение отметим, что в соответствии со статьей 12 Федерального закона «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 года №184-ФЗ документы в области стандартизации (в т. ч. национальные и региональные стандарты, своды правил) применяются на добровольной основе. Поэтому ГОСТ Р 53241-2008 можно рассматривать как один из вариантов требований к охране морской среды при разведке и освоении ресурсов природных углеводородов, предшествующих принятию соответствующего технического регламента, устанавливающего обязательные требования. При этом вышеизложенное исключает включение ГОСТа Р 53241-2008 в перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых будет обеспечиваться соблюдение требований такого технического регламента.

Литература

1. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: Изд-во ВНИРО. 1999.

2. Балаба В.И. Об оценке экологического риска использования нетоварных веществ в бурении // Нефтяное хозяйство, 2000. №7. С. 81 - 83.

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

4. Балаба В.И. Бурение скважин как источник техногенного воздействия на водные биоресурсы / Сб. статей. Актуальные задачи защиты водных биологических ресурсов от негативного воздействия работ по освоению нефтегазовых месторождений. Владивосток: ТИНРО-центр, 2006. С. 61 - 77.

5. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. М.: Недра, 1984. 317 с.

6. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов: В 2-х частях. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. Ч. 1: Гидроаэромеханика в бурении. 413 с.

7. Заворотный В.Л., Смирнова Т.С. Применение экологического моделирования в целях определения степени опасности и токсичности химических реагентов // Управление качеством в нефтегазовом комплексе, 2009. №3. С. 38 - 42.

8. Балаба В.И., Коновалов Е.А., Колесов А.И. Проблемы экологической безопасности использования веществ и материалов в бурении /Обз. информ. Сер. Охрана человека и окружающей среды в газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 2001. 93 с.

References

1. List of fishery economy regulations: ultimately admissible concentrations and approximately harmless levels of influence of noxious substances for water of water units having fishery economy importance. M.: VNIRO publishers. 1999.

2. V.I. Balaba. On assessment as to ecology risk of using non-commodity substances in drilling // Oil economy. 2000/ No.7. Page 81-83.

3. V.I. Balaba. Ensuring ecology safety of drilling offshore wells // Burenie i neft. 2004. No.1. Page 18-21.

4. V.I. Balaba. Drilling of wells as source of man-made influence on water bio-resources / Collection of articles. Actual protection tasks of water biological resources from negative influence of development works at oil & gas fields. Vladivostok: TINRO-center, 2006. Page 61-77.

5. A.I. Bulatov, A.I. Pen'kov, Yu.M. Proselkov. Reference book on flushing of wells. - M.: Nedra, 1984. - 317 pages.

6. Ye.G. Leonov,V.I. Isaev. Complications and failures during drilling of oil and gas wells: Manual for higher school: in 2 parts. - M.: “Nedra-BusinessCentre” Co.Ltd, 2006. - Part 1: Hydro-aero-mechanics in drilling. - 413 pages.

7. V.L. Zavorotnyy, T.S. Smirnova. Using ecology simulation in order to determine level of harm and toxicity of chemical reagents // Control over quality in oil-gas complex. - 2009. - No.3. - Page 38-42.

8. V.I. Balaba, Ye.A. Konovalov, A.I. Kolesov. Ecology safety problems of using substances and materials in drilling. /Review information. Series: Protection of man and environment in gas industry. M.: IRZ Gazprom, 2001. - 93 pages.

9. ALIEV

10. Z.S. Aliev, V.V. Bondarenko. “Survey of horizontal wells”: Text-book. - M.: FGUP “Oil and gas” publishers of the Gubkin oil and gas University, 2004.

11. Z.S. Aliev, B.Ye. Somov, S.A. Rogachev. Substantiation and choosing of optimal structure of horizontal gaswells. - M.: Technique, 2001.

12. 3.Z.S. Aliev, V.V. Sheremet. Influence of pressure drops in horizontal parts of bore-hole on pproductivity of horizontal gas wells. Express-inform. Series: Geology, drilling, development and exploitation of gas and gas condensate fields: VNIIEGazprom - Issue 5. - M.: 1992.

13. Z.S. Aliev. Technology of using horizontal wells: synopses of lectures for professors, post-graduate students, magistrates and students of oil & gas institutes and faculties. Orenburg: GU RTsRO, 2007.

14. A.I. Gritsenko, Z.S. Aliev, O.M. Yermilov, V.V. Remizov, G.A. Zotov. Handbook on survey of wells. - M.: Nauka (Science), 1995.

Размещено на Allbest.ru