CC BY
34Проблемы экологии нефтегазовых регионов
УДК 504.53.054
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЛИКВИДАЦИИ СКВАЖИН БОВАНЕНКОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
LAND RESOURCES RESTORATION IN CONSTRUCTION AND ABANDONMENT OF OIL WELLS IN THE FIELD BOVANENKOVO
И. Н. Кустышева, В. В. Журавлев, Л. Н. Скипин
I. N. Kustysheva, V. V. Zhuravlev, L. N. Skipin
Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
Ключевые слова: земельные ресурсы; техническая рекультивация; биологическая рекультивация; многолетнемерзлые породы; буровой шлам; буровой раствор Key words: Land resources; technical reclamation; biological reclamation; permafrost rocks; drill cuttings; sludge pit; drilling mud
Освоение нефтегазовых месторождений в зоне распространения многолетне-мерзлых пород (ММП) ведет к уничтожению почвенного покрова, играющего роль теплоизолятора, что, в свою очередь, приводит к интенсивному развитию криогенных процессов, таких как термокарст, солифлюкция, морозное пучение, моро-зобойное растрескивание, в результате чего наблюдается интенсивное развитие термоэрозии [1].
Анализ состояния природных компонентов в районе освоения Бованенковского месторождения показывает, что их развитие происходит в суровых климатических и сложных геокриологических условиях [2].
Причиной повышенной уязвимости тундровых экосистем является термодинамическая нестабильность ММП, расчлененность рельефа, развитие биоценозов в экстремальных условиях с формированием упрощенной структуры. Незначительная мощность почвенного покрова, обедненного элементами питания, наличие подстилающих многолетнемерзлых грунтов сказывается на устойчивости почв к техногенным нагрузкам.
Климатические условия рассматриваемой территории с ограниченными радиационными ресурсами, коротким тепловым периодом, низкими отрицательными температурами, избыточным увлажнением, сильной ветровой деятельностью при наличии на большей части территории ММП обусловливают незначительные агроклиматические ресурсы территории, определяющие низкий потенциал самовосстановления нарушенных земель. В связи с этим восстановление нарушенных земель на Ямале актуально не только для решения экологических проблем и восстановления пастбищных угодий, но и для решения проблемы устойчивости эксплуатационных сооружений в районе вечной мерзлоты.
В свете сегодняшних знаний о роли почвенной оболочки Земли в поддержании современного климата и устойчивого состояния биосферы термин «рекультивация» все чаще заменяется термином «восстановление» нарушенных земель, который трактуется не только с точки зрения возвращения их в народно-хозяйственное пользование, а как одна из приоритетных задач восстановления экосистемных функций территории.
Характеристика основных источников техногенного воздействия на окружающую среду при бурении скважин.
Выполнение комплекса работ, связанных с бурением скважины, сопровождается воздействием машин и механизмов, технических сооружений и технологических процессов на окружающую среду.
Состав работ по строительству скважины включает прокладку временных автодорог-зимников, подготовку площадки, строительно-монтажные работы, бурение, крепление скважины и комплекс исследовательских работ, включающий испытание продуктивных горизонтов [3].
Воздействие на окружающую среду при подготовительных и строительно-монтажных работах является временным. Работы проводятся в период отрицательных температур (в зимний период), и поэтому ущерб, наносимый природе, незначителен. Основные формы негативного воздействия на окружающую среду на этом этапе проявляются в виде загрязнения атмосферы при работе двигателей автотракторной техники и стационарных силовых установок; локальных нарушений почвенно-растительного слоя в пределах промышленной площадки и по трассе существующих и вновь строящихся зимников; создание факторов беспокойства животного мира.
В период бурения, крепления, испытания скважины и проведения исследовательских работ в ней основными формами антропогенной нагрузки являются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, образование и накопление промышленных отходов.
Технологический процесс строительства скважины предполагает работу силовых и энергетических установок, транспортных средств в пределах промышленной площадки, циркуляцию бурового раствора в замкнутой желобной системе. Кроме того, на протяжении всего периода строительства скважины происходит накопление отходов жизнедеятельности обслуживающего персонала.
По характеру воздействия на окружающую среду все источники вредных веществ можно разделить на несколько групп: оказывающие воздействие на атмосферу, почву и гидросферу. При соблюдении технологии работ прямого загрязнения почвы химическими веществами, нефтепродуктами, бытовыми отходами, производственным и бытовым мусором не должно быть. Все случаи загрязнения почвы перечисленными выше компонентами следует рассматривать как нарушения природно-сберегающих положений и принимать незамедлительные меры по ликвидации последствий.
Испытание скважины предполагает вызов притока пластовых флюидов исследуемого горизонта на поверхность и дальнейшую их утилизацию. При этом происходит загрязнение атмосферного воздуха продуктами сжигания получаемого природного газа, возможно загрязнение почвы нефтью и газовым конденсатом.
Несомненно, наиболее разрушительное воздействие на окружающую среду происходит в период аварийных выбросов пластовых флюидов, а, следовательно, и компонентов бурового раствора при неуправляемом фонтанировании. Крупные аварии с выбросом большого количества нефти и газа являются главным фактором негативного воздействия на окружающую среду, который вызывает трудно обратимые последствия. В случае загорания пластовых флюидов создается опасность интенсивного нагревания приустьевого оборудования, что, в свою очередь, может привести к ослаблению их прочности и разрушению. В связи с тем, что до начала работ по тушению факела и ликвидации газового фонтана проходит обычно несколько часов, то в течение этого времени авария будет протекать бесконтрольно и имеет реальные предпосылки перейти в фазу каскадного развития с резким возрастанием масштабов негативного воздействия на окружающую среду [4, 5].
Для скважин, пробуренных на мерзлых породах, горение фонтана может привести к протаиванию грунта вокруг устья скважины и непосредственно под площадкой буровой установки, что, в свою очередь, может привести к просадке грунта вокруг горящей буровой с последующим вероятным обрушением и неконтролируемым выходом газа на поверхность с образованием грифонов.
При строительстве скважин возможны следующие виды воздействия на окружающую среду: загрязнение окружающего воздуха; изъятие водных ресурсов с
возможным попаданием химических веществ и углеводородов в поверхностные водные объекты; нарушение почвенно-растительного покрова в пределах промышленной площадки и в процессе эксплуатации зимников; загрязнение почвы отходами производства; загрязнение подземных вод и создание условий для возникновения межпластовых перетоков газа; нарушение среды обитания животных и птиц; нарушение естественного режима ММП с последующей возможной их деградацией.
Основными потенциальными источниками загрязнения окружающей среды могут быть: буровые растворы, материалы и реагенты для их приготовления; буровые сточные воды (БСВ) и буровой шлам (БШ); тампонажные растворы, материалы и компоненты для их приготовления и обработки; пластовые минеральные воды, нефть и газ; стационарные двигатели внутреннего сгорания и котельные установки в пределах промышленной площадки; передвижные установки; горючесмазочные материалы; хозяйственно-бытовая деятельность; загрязненные снеговые и ливневые стоки.
Строительство газовых скважин приведет к нарушению почвенного покрова и уничтожению имеющейся растительности. Причем нарушение почвенно-растительного слоя будет происходить в результате проведения подготовительных работ к строительству.
Нарушение и изменение морфологической структуры почвенных горизонтов будет происходить при строительстве двухсекционного шламового амбара. Воздействие на почвенно-растительный покров в период строительства будет также происходить в результате передвижения строительной техники и, как следствие, уплотнения грунта.
При строительстве объектов и выполнении земляных работ на территории произойдет изменение первоначального рельефа местности, связанное c планировкой площадки, устройством земляных амбаров и сооружением земляных насыпей, так называемых обваловок.
Сложные климатические и геокриологические условия Ямала определяют требования к технологиям восстановления нарушенных земель.
Традиционные методы рекультивации нарушенных земель [6], подразумевающие нанесение плодородного слоя на поверхность (торф, потенциально плодородные земли), неприемлемы для Ямала — доставка его транспортом из других регионов экономически не оправдана, а изъятие маломощного слоя торфа на территории полуострова приведет к еще большему усилению термоэрозионных процессов.
Технология должна обеспечивать: восстановление (создание) почвенно-растительного покрова без нанесения плодородного слоя; прекращение ветровой и водной эрозии сразу после производства работ, последующее прекращение термоэрозии; устойчивость сеяного фитоценоза по отношению к неблагоприятным климатическим факторам; самовоспроизводство сеяного фитоценоза; минимальный уход за посевами; закрепление больших площадей в короткие сроки; быструю организацию работ на месте.
Для обоснования способа рекультивации определяются следующие условия: характер нарушения земель на рассматриваемой территории; природные условия района расположения объекта (рельеф, климат, почвы, геологическое строение участка, состав и свойства нарушенных пород); формы и уровень воздействия нарушенных земель на окружающую природную среду; социально-экономические условия жизни населения в районе размещения объекта и перспективы развития района.
Направление рекультивации выбирается с учетом ГОСТ 17.5.1.02-85 «Классификация нарушенных земель для рекультивации с учетом их последующего целевого использования», а также с учетом вышеперечисленных особенностей района расположения объекта.
Среди технологий восстановления нарушенных земель без нанесения плодородного слоя, в той или иной степени опробованных в условиях Ямала, предпочтение отдается следующим: технология применения бентонитовых составов для рекультивации техногенных песчаных субстратов (многокомпонентный состав
рецептуры, энергоемкость производства, низкая производительность, большой расход рецептур на единицу площади); технология применения биоматов (необходимость своевременного приготовления, чтобы семена не теряли всхожести, высокая стоимость технологии); технология создания почвенно-растительного покрова без нанесения плодородного слоя под полимерным покрытием (технология имеет 30-летний опыт и является наиболее экологически, экономически и технологически эффективной).
Рекультивация нарушенных земель в традиционном исполнении осуществляется в два этапа: технический и биологический.
Технический этап рекультивации.
Технический этап предусматривает проведение работ, создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв (биологический этап).
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.5.3.04-83 при проведении технического этапа рекультивации должны быть выполнены следующие основные работы: освобождение рекультивируемой поверхности от производственных конструкций и строительного мусора; противоэрозионная организация территории.
Производят планировку поверхности бульдозером. Для предотвращения эрозионных процессов склоны должны быть не более 3 град. (на многолетнемерзлых грунтах) и 5 град. (на прочих грунтах). Операция по окончательным планировочным работам должна производиться в теплое, безморозное время года.
Технический этап рекультивации земель, нарушенных при размещении скважин, включает следующие работы: демонтаж и вывоз технологического и вспомогательного оборудования; уборка территории от отходов производства и потребления; вывоз отходов производства и потребления в п. Бованенково; работы по ликвидации шламового амбара, которые включают в себя:
а) естественное и принудительное разделение твердой и жидкой фаз содержимого амбаров;
б) обработку отработанных буровых растворов и шлама отверждением (в том числе отходов, оставшихся в амбаре после откачки);
в) засыпку амбаров грунтом.
Работы по ликвидации и рекультивации шламонакопителей являются одним из этапов работ по рекультивации площадок строительства скважин и производятся после окончания буровых работ.
Ликвидация и рекультивация амбаров для буровых отходов (шламонакопителей) выполняется в порядке, установленном нормативными документами [7, 8].
Подготовка отходов бурения к захоронению и ликвидация накопителя проводятся по плану, разработанному буровой организацией, мероприятия которого должны учитывать конкретную ситуацию (состояние, характеристику состава и свойств отходов, погодные условия, сроки ликвидации и производственные мощности) [9, 10].
Ликвидацию накопителя в осенне-зимний период производить только после установления температуры окружающего воздуха, обеспечивающей замораживание ОБ, а в весенне-летний период — после установления положительных температур окружающего воздуха, обеспечивающих проведение химической обработки ОБ. До начала производства работ по ликвидации накопителя необходимо сохранить (не демонтировать) ограждение накопителя.
Технология захоронения ОБ и ликвидация накопителя ОБ в холодное время года при температурах окружающего воздуха, обеспечивающих естественное замораживание ОБ, должна предусматривать следующий порядок:
1) естественное замораживание ОБ до промерзания на глубину не менее 0,5 м;
2) при наличии над поверхностью мерзлых ОБ снежного покрова удаление последнего с использованием бульдозера тягового класса не выше 4;
3) сооружение изоляционного экрана над ОБ в накопителе путем укладки на мерзлый слой ОБ с нахлестом слоя синтетического нетканного материала дорнит
по ТУ 21-29-81-81 и засыпки накопителя, начиная с торца накопителя, карьерным грунтом с послойным уплотнением с использованием бульдозера тягового класса 6 и выше.
Технология захоронения отходов бурения (ОБ) и ликвидация накопителя ОБ в период положительных температур окружающего воздуха должна предусматривать следующий порядок:
1) откачка (или химическая обработка и откачка) жидкой фазы ОБ содержимого накопителя для ее утилизации в следующем порядке:
• оценка токсичности ОБ и выбор ОБ направлений их обезвреживания и утилизации;
• очистка поверхностного слоя жидкой фазы ОБ от нефтепродуктов в случае их наличия в верхнем слое отстоявшихся ОБ с помощью предназначенных для этих целей устройств (нефтесборников, нефтеотстойников и др.), сорбентов (например, СТГР по ТУ 2164-001-05015070-97, «Турбополимер» по ТУ 2164-00257901390-2004) и бактериальных препаратов (например, «Деворойл-Петроклинер» по ТУ 9199-112-29306636-95);
• периодическая откачка жидкой фазы (поверхностного слоя) ОБ из накопителя для повторного использования в цикле строительства данной скважины;
• химическая обработка жидкой фазы ОБ методами реагентной коагуляции и флокуляции с целью повторного использования очищенной воды, согласно ГОСТ 17.1.3.12, в системе оборотного водоснабжения;
• сооружение изоляционного экрана над загущенными остатками ОБ в накопителе путем засыпки накопителя карьерным грунтом, начиная с торца накопителя;
• в случаях образования у противоположного торца накопителя жидкого фильтрата, выжимающегося из загущенных остатков ОБ, проводится откачка фильтрата в следующий накопитель кустовой площадки или его загущение с помощью вяжущих материалов (цемент, бентонит и др.).
Биологический этап рекультивации.
Биологический этап выполняется после завершения технического этапа. Он состоит из комплекса агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению почвенно-растительного слоя, утраченного в процессе строительства.
Биологическая рекультивация является завершающим этапом и проводится для снижения и предотвращения последствий техногенных нарушений. Одно из направлений биологической рекультивации — создание искусственного растительного покрова.
Восстановление ведется путем засева травосмесями с внесением минеральных удобрений. Ключевым звеном в решении задач биологической рекультивации является подбор растений — рекультивантов, способных в короткие сроки сформировать на восстанавливаемых участках сомкнутые, эрозионно устойчивые растительные сообщества.
Биологический этап рекультивации направлен на закрепление поверхностного слоя почвы корневой системой растений, создание сомкнутого травостоя и предотвращение развития водной и ветровой эрозии почв на нарушенных землях. Так как в условиях Крайнего Севера невозможно восстановить существовавшее ранее естественное сообщество, речь может идти только о создании нового биоценоза.
Агроклиматические условия района освоения обеспечивают развитие растений при подборе нетребовательных к теплу, с коротким периодом вегетации культур.
Проведение биологической рекультивации природоохранного направления предусмотрено следующим способом:
1. Внесение необходимого количества доломитовой муки. Норма внесения доломитовой муки составляет 1 т/га.
2. Внесение необходимого количества минеральных удобрений. Норма внесения нитроаммофоски - 0,160 т/га.
3. Площадь планируют и прикатывают.
4. Производят перемешивание фрезой. Целью рыхления является формирование бороздчатого (гребневого) микрорельефа, обеспечивающего создание оптимальных агрофизических свойств пород и водно-теплового произрастания расте-
ний. Глубина рыхления не должна превышать 0,2-0,3 м, расстояние между зубьями рыхлителя должно составлять не менее 0,5 см. Заглубление фрезы при толщине перемешиваемого слоя в 10 см составит 20 см. При отсутствии фрезы допускается 2-3-кратная обработка дисковой бороной и боронование.
5. На подготовленном участке производят посев травосмесей. Посев трав производят сеялкой, в переувлажненных местах и на откосах с крутизной более 1:3 — вручную. Площадь посева предварительно поливается водой.
6. После посева проводится заделка семян в почву бороной или граблями. Для равномерной заделки семян в почву сеялка оборудуется шлейф-бороной, состоящей из древесных брусков или стального троса диаметром 0,2 м и длиной до 8 м.
7. После этого производится прикатывание. Основное назначение прикатыва-ния — обеспечение лучшего контакта семян с почвой; подтягивание капиллярной влаги из нижележащего слоя почвы к семенам; частичная заделка семян, оказавшихся на поверхности участка, в почву. В качестве устройства для прикатывания наиболее эффективно использование среднего гусеничного трактора типа Т-130.
8. При посеве в засушливый период производят регулярный полив посевов водой. Количество воды определяется поливной нормой. Поливная норма составляет 200-400 м3/га в два приема с суточным интервалом между поливами.
9. После появления всходов семян производится подкормка посевов нитроаммофоской из расчета 50 кг на 1 га.
На биологическом этапе предусматривается посев трав в соответствии с Приказом Министерства природных ресурсов РФ № 183 от 16.07.2007 г.
Рекультивируемые земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт (ГОСТ 17.5.3.04-83).
Таким образом, восстановление природных ресурсов территории заключается не только в технической и биологической рекультивациях нарушенных земель, но и в восстановлении всей экосистемы, включая растительный и животный мир, а также среду обитания человека.
Список литературы
1. Вяхирев Р. И., Коротаев Ю. П. Теория и опыт разработки месторождений природных газов. -М.: Недра, 1999.-412 с.
2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / Под общ. ред. Ю. Б. Ба-ду, Н. А. Гафарова, Е. Е. Подборного.- М.: ООО «Газпром экспо», 2013. - 424 с.
3. Кустышев А. В. Сложные ремонты газовых скважин на месторождениях Западной Сибири. -М.: ООО «Газпром экспо», 2010. - 255 с.
4. Журавлев В. В. Проблемы строительства скважин Бованенковского месторождения // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2011. - N° 7. - С. 2-5.
5. Предотвращение и ликвидация газопроявлений и открытых фонтанов при ремонте скважин в экстремальных условиях Крайнего Севера / Л. У. Чабаев, А. В. Кустышев, Г. П. Зозуля, М. Г. Гейхман. - М.: ИРЦ Газпром, 2007. - 189 с.
6. Кустышева И. Н., Скипин Л. Н., Ваганов Ю. В., Суслов С. Л. Рекультивация нарушенных земель под нефтегазовыми объектами // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2015.
7. СТО Газпром 2-1.19-107-2007. Руководство по сбору, утилизации и ликвидации отходов бурения при строительстве скважин на месторождениях Тюменской области. - М.: ООО «Газпром экспо», 2007. - 33 с.
8. РД 51-1-96. Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного состава, в том числе сероводородосодержащих. -М.: ИРЦ Газпром, 1996. - 45 с.
9. ВРД 39-1.13.002-98. Регламент геохимического контроля почв, природных вод при бурении скважин, эксплуатации объектов нефтегазодобычи, подготовки и транспорта газа на Севере Тюменской области.-М.: 1998.-35 с.
10. РД 00158-221-2001. Регламент на систему сбора и ликвидацию отходов бурения при строительстве скважин на месторождениях севера Тюменской области. - Тюмень: ТюменНИИгипрогаз, 2001. - 67 с.
Сведения об авторах
Кустышева Ирина Николаевна, аспирант. Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, старший преподаватель кафедры « Землеустройство и кадастр », г. Тюмень
Журавлев Валерий Владимирович, аспирант Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
Скипин Леонид Николаевич, д. с.-х. н„ профессор. заведующий кафедрой «Техносферная безопасность», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень, тел. 89129924555. e-mail: lke@tgasn.rn
Information about the authors
Kustysheva I. N.. postgraduate of Tyumen State Architectural and Building University, senior lecturer of the chair «Land management and cadastre »
Zhuravlev I '. I '., postgraduate of Tyumen State Oil and Gas University
Skipin L. N.. Doctor of Sciences in Agriculture, professor, head of the chair « Technosphere safety», Tyumen State Architectural and Building University, phone: 89129924555. e-mail: lke(a>tgasu.ru
