CC BY
14
© М.А. Пашкевич, М.В. Гвоздспкая, 2013
УДК 504.064.3
М.А. Пашкевич, М.В. Гвоздецкая
РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ МОНИТОРИНГА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ
Разработана методика мониторинга состояния отходов бурения комплексом современных аналитических методов: рентгенофлуоресцентный метод анализа, порошковая рентгеновская дифрактометрия, оптическая и электронная микроскопия.
Ключевые слова: буровой шлам, экологическая опасность, современные аналитические методы.
В настоящее время в процессе разведки и разработки месторождений полезных ископаемых образуется значительное число минеральных отходов, в том числе отходов бурения, что обуславливает формирование в районах их хранения атмо-, лито- и гидрогеохимических ореолов загрязнения.
Число пробуренных скважин увеличивается с каждым годом, причем часть из них проходятся на морском дне, а более 70 % находится в экологически уязвимых регионах с крайне неблагоприятными природно-климатическими и почвенно-ландшафтными условиями, характеризующимися ограниченной способностью самоочищения и слабыми защитными функциями. Только на территории Западной Сибири ежегодно складируются миллионы тонн шламов.
Наиболее значительной техногенной нагрузке подвергаются компоненты природной среды на территориях складирования отходов бурения.
С целью оценки техногенных изменений в зоне влияния отходов бу-
рения были проведены инженерно-экологические исследования в зоне непосредственного техногенного воздействия (НТВ) и на фоновых участках.
Полевые наблюдения включали: описание природных территориальных комплексов, описание объектов и съемку ситуации в границах кустовых оснований и других техногенных объектов, отбор проб грунта, донных отложений, воды, водных микроорганизмов для различных видов лабораторных анализов, замер физических и химических параметров природной среды в зоне НТВ и на фоновых участках.
В ходе камеральной обработки данных полевых наблюдений на первом этапе экологических исследований соотносятся показатели природных объектов в зоне НТВ и на фоновых участках. Разница показаний характеризует проявление техногенных процессов в природной среде в строго определенный момент времени. Это отношение составляет основу экологической оценки.
Экологическая оценка техногенного воздействия производилась на
Таблица 1
Оценка состояния почвенного покрова и грунта на кустовой площадке по данным химического анализа. Концентрация дана в мг/кг
Проба К-2 К-3 К-4 К-5 Фон Верховое болото, торф
Глубина, м 0—0.2 0—0.2 0—0.2 0—0.2 —
Особенности места отбора За обвалов-кой, возле шламового амбара, торф За обвалов-кой, возле водяного амбара, торф За обва-ловкой, торф За обва-ловкой, 0—0.1м — песок, 0.1—0.2 м — торф —
Нефтепродукты 6210.00 4717.00 330 320 881.07
рН 3.69 6.34 — — 3.93
Бикарбонаты 122.00 951.00 — — 200
Хлориды 3408.00 710.00 255 26 83.97
Сульфаты 392.00 292.00 — — 69.93
Фенолы 10.00 23.00 — — 1.27
Магний 72.00 36.00 — — 1.77
Кальций 184.00 137.00 76 1 1.53
Натрий 850.00 83.00 192 16 19.13
Калий 197.00 52.00 — — 96.20
Цинк 20.00 45.00 — — 41.17
Никель 0.50 13.00 — — 11.87
Свинец 5.00 0.50 — — 12.23
Кадмий 0.50 0.50 — — 0.50
Хром 6.00 29.00 — — 5.27
Железо 1832.00 12470.00 — — 1283.00
Медь 5.00 10.00 — — 8.67
Ртуть 0.054 0.006 — — 0.12
Алюминий 5774.00 16340.00 — — 1921.33
одной из кустовых площадок месторождения нефти и газа в Западной Сибири.
В пробах К-2, К-3 отмечено превышение фонового содержания почти
по всем загрязняющим веществам. Следовательно, загрязняющие вещества, находящиеся в накопителях отходов бурения, мигрируют, образуя ореолы гидро- и литохимического загряз-
Таблица 2
Состояние отходов бурения по результатам рентгенофлуоресцентного анализа. Концентрация дана в мг/кг
Пробы П-1 П-2 Фоновое значение
Хлориды 37000 15100 215.59
Сульфаты 550 4590 51.79
Магний 2070 670 8.77
Кальций 3940 41000 17.21
Натрий 13200 8800 106.30
Калий 71300 58900 25.67
Цинк 120 43 30.07
Никель 78 49 11.48
Свинец 30 36 1.70
Кадмий 8 9 0.50
Хром 170 94 32.93
Железо 46300 4300 8714.63
Медь 89 27 9.03
Алюминий 144200 1510 26189.33
нения. Таким образом, вопросы своевременного мониторинга состояния отходов бурения на конкретных объектах становятся крайне актуальными.
В этой связи была разработана методика мониторинга состояния отходов бурения комплексным аналитическим методом, основанная на системном подходе к изучению химического состава отходов бурения и их структурно-химических особенностей с использованием рентге-нофлуоресцентного метода анализа, рентгеновской дифрактометрии, оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии.
Для проведения комплексного мониторинга отходов бурения образцы буровых шламов, отобранные по глубине бурения скважины с учетом ее геологического строения или
по площади шламового амбара, необходимо подготовить для дальнейшего исследования современными методами анализа.
Для этого образцы проб высушиваются в сушильном шкафу и измельчаются при помощи вибрационной мельницы. Химический состав проб определяется при помощи рентгенофлуоресцентного спектрометра, который по положению и интенсивности линий характеристического спектра позволяет установить элементный качественный и количественный состав вещества от Ма до и (порог чувствительности метода ~ 10-2—10-4 %).
Пробы П-1 и П-2 отбирались по глубине скважины с учетом геологического строения и рецептуры бурового раствора. Проведенные исследования показали, что в обоих
Пыль отмачивания. Фотографии сделаны на металлографическом микроскопе. Размеры частиц — 20 мкм-1мм
случаях концентрации загрязняющих С целью определения миграцион-веществ многократно превышают ной способности поллютантов опре-фоновые концентрации. делялся минеральный состав проб.
Для этого образцы бурового шлама диагностировались с помощью порошкового рентгеновского дифрак-тометра. Порошковая рентгеновская дифрактометрия — это метод нераз-рушающего контроля, предназначенный для идентификации и количественного определения кристаллических фаз в порошковых и твердых образцах, изучения структуры и размера кристаллитов, качества, однородности твердых материалов и тонких пленок.
Анализ дифрактограмм показал, что основную часть проб составляют кварц и полевой шпат. Для того чтобы диагностировать примесные минералы, которые находятся в пробе в меньших количествах, производилась сепарация минералов, в результате чего были выделены следующие фракции:
• пыль отмучивания (после взмучивания образца в воде),
• легкая фракция (плотность < 2,88 г/см3), тяжелая фракция (плотность > 2,88 г/см3) (после отстаивания пробы в растворе бромоформа).
Пыль отмучивания запрессовыва-
лась в эпоксидную смолу и исследовалась на металлографическом микроскопе в режиме проходящего света (рисунок).
Как показал повторный анализ образцов по отдельным фракциям, легкая фракция представлена кварцем и полевым шпатом, а незначительная по количеству тяжелая фракция — металлической стружкой и небольшим количеством сидерита и не представляют высокой экологической опасности для природной среды. Пыль отмучивания представлена вторично — измененными минералами, из которых загрязняющие вещества могут легко мигрировать, что обуславливает высокую экологическую опасность именно этой фракции исследованных буровых шламов.
Таким образом, предложенная методика мониторинга состояния отходов бурения позволяет определить экологическую опасность буровых шламов, а также является основанием для разработки и выбора средозащитных мероприятий, гтттт?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Пашкевич Мария Анатольевна — профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой геоэкологии, mpash@spmi.ru
Гвоздецкая М.В. — аспирант кафедры геоэкологии, marblsya@bk.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
