Эколого-технологические аспекты образования и размещения отходов бурения в янао: к проблеме реабилитации арктических тундровых экосистем

ENVIRONMENTAL AND TECHNOLOGICAL ASPECTS OF DRILLING WASTE GENERATION, COMPOSITION AND STORAGE IN YAMAL-NENETS AUTONOMOUS DISTRICT

MATVEEV M.P.1,
SVERCHKOV A.A.2
1 AKROS LLC
Moscow, 117485, Russian Federation
2 Gazpromneft – NNG JSC
Noyabrsk, Tyumen Region, Yamal-Nenets Autonomous District, 629807,
Russian Federation

Актуальность обоснования реабилитации территорий арктической зоны Российской Федерации связана с особой ролью региона в обеспечении требуемого уровня добычи углеводородных ресурсов и увеличивающейся в этих условиях антропогенной нагрузки. Бурение скважин на все виды углеводородного сырья сопровождается образованием большого количества отходов, размещаемых, в том числе, в шламовых амбарах в виде поликомпонентной суспензии. Изменение технологических приемов в практике бурения влияет на расширение номенклатуры химических соединений, используемых в приготовлении буровых растворов, и, соответственно, переходящих в отходы бурения. Накопление таких отходов оказывает негативное воздействие как на уязвимые арктические тундровые экосистемы, так и здоровье населения. Представлен обзор причин изменения компонентного состава буровых растворов и анализ динамики образования шламовых амбаров в ее связи с объемом добычи углеводородных ресурсов в ЯНАО. Обоснована необходимость разработки мероприятий, необходимых для рекультивации шламовых амбаров в условиях тундровой зоны ЯНАО, существенно отличающихся от таковых в более южных регионах.

Changes in drilling technologies applied in practice expand the range of chemical compounds used in drilling fluid mixing, turning into drilling waste. Measures for restoration of sludge ponds in the tundra zone conditions in Yamal-Nenets Autonomous District differ significantly from those in southern regions.
The paper provides an overview of reasons of drilling fluid composition changes and analysis of the sludge pond formation dynamics resulting from changes in hydrocarbon production volumes.

Нефтегазовый комплекс России относится к базовым отраслям экономики и играет определяющую роль в обеспечении энергетических потребностей страны [1].
Следует отметить особую роль освоения Арктической зоны РФ (АЗРФ) для поддержания требуемого уровня добычи углеводородных ресурсов. Согласно опубликованному проекту стратегии освоения углеводородного потенциала Арктической зоны РФ [2],

до 2050-х гг., предусматривается создание двух новых регионов арктической нефтегазодобычи – Южно-Баренцевоморского (в другом наименовании – Южно-Новоземельского) и Ямало-Гыданского (иначе – Ямало-Карского). В пределах первого общие запасы нефти уже выявленных месторождений составляют более 350 млнт, а годовая добыча может быть доведена до 30 – 40 млн т. Ямало-Гыданский регион имеет доказанные запасы газа не менее 15 – 20 трлнм3, что может обеспечить годовую добычу до 200 – 250 млрд м3 газа.
Суммируя вышесказанное, следует отметить, что на период как минимум до 2030-х гг. уровень добычи углеводородного сырья в России будет поддерживаться в значительной степени за счет разработки сухопутных месторождений АЗРФ, причем в наибольшей степени они будут локализованы на территории Ямало-Гыданского региона. Очевидным представляется тот факт, что объемы буровых работ (как по количеству скважин, так и по метражу бурения) на указанной территории будут иметь устойчивый тренд к росту.
Неотделимым от процесса бурения являются как процесс использования различных по составу буровых растворов, так и сопряженный процесс образования буровых отходов, в т.ч. бурового шлама. Буровой шлам является поликомпонентной суспензией, имеющей в своем составе все применяемые в используемом буровом растворе химические реагенты. Их спектр и, соответственно, уровень опасности бурового шлама различен и определяется используемой технологией бурения [3]. Перечислим ключевые, на наш взгляд, причины изменения компонентного состава буровых растворов:
1. Важным направлением в совершенствовании газогидродинамической системы «скважина—продуктивная залежь», связанным с необходимостью повышения величины извлекаемых запасов, является увеличение поверхности дренирования залежи путем удлинения фильтрующего участка в продуктивном пласте. Вышеупомянутые цели достигаются путем строительства скважин либо с одним горизонтальным участком, либо нескольких горизонтальных стволов, разветвляющихся в продуктивном пласте (технология «fishbone»). Бурение горизонтальных участков показывает как быстрый рост объемов (до 11,2 млн м, или 40 % от всего эксплуатационного бурения РФ в 2017 г. [4]), так и средней протяженности интервала горизонтального участка скважины (от 300м в 2010-м, 800 м – в 2017-м, 1500 – 1700 м в прогнозе к 2030г.). Подобные технологии (в частности, использование роторных управляемых систем – РУС) в обязательном порядке подразумевают изменение требований, предъявляемых к буровым растворам; зачастую происходит смена основы бурового раствора с заменой ее на углеводородную либо синтетическую. Доля буровых растворов на углеводородной основе (РУО) в общем объеме использования промывочных жидкостей в РФ (2017) составляла не более 4 %, или 228тыс.м3 [5]; однако есть все основания полагать, что это значение будет только увеличиваться.

2. Растет список номенклатуры химических реагентов, вовлекаемых в процесс бурения и последующего освоения скважин: в 1976 г. упоминалось использование в отечественной буровой практике 41 наименование реагентов [6], в 2005-м – 123 наименования (из них – 28 наименований материалов для борьбы с поглощениями) [7]. В настоящее время номенклатура химических реагентов, используемых только ООО «АКРОС» для приготовления буровых растворов и производства прочих работ по ремонту, заканчиванию и освоению скважин, насчитывает 130 наименований (из них — 11 наименований материалов для борьбы с поглощениями).
3. Валовый тоннаж потребляемых химических реагентов также возрастает за счет вовлечения в разработку залежей со значительным пластовым давлением, что приводит к необходимости бурения с использованием буровых растворов значительных плотностей (до 2,00г/см3 и выше; в опыте ООО «АКРОС» использование буровых растворов плотностью до 2,18 г/см3 проводилось, в частности, на Западно-Юрхаровском НГКМ). В свою очередь, это приведет к сопряженному росту объемов отходов бурения.
При строительстве одной скважины глубиной до 3000м образуется от 1000 до 3000 м3 жидких отходов — бурового шлама, отработанного бурового раствора, буровых сточных вод [8]. Централизованный сбор этих отходов производится в шламовом амбаре (ША), в подавляющем большинстве случаев — расположенном на той же площадке, что и буровая установка. Важнейшими составляющими содержимого ША являются вода (45,1%) и твердая фаза (51,4 % суммарно, 30,0 % из которых — выбуренная порода) [9].
В табл. 1 [10] приведены данные по действующим, законсервированным и выведенным из эксплуатации нерекультивированным ША на территории районов ЯНАО (данные по ША, статус которых не определен, в таблицу не вносились).
Как следует из табл. 1, средняя площадь шламового амбара составляет 0,31 га, средняя проектная вместимость – 5338 т; эти показатели отличаются в большую сторону по сравнению со средними по РФ (площадь — 0,25га; средняя наполненность — 500 м3 [9]).
Нами были консолидированы данные по динамике взаимоотношений количества ША (всех видов, включая рекультивированные) в региональном кадастре отходов к объему добычи УВ-ресурсов (данные взяты из официального «Доклада об экологической ситуации в Ямало-Ненецком автономном округе» за соответствующие года) (рис.). Анализ этих данных за период 2012 – 2017 гг. показал существенный рост числа ША в 2013 г., что, вероятнее всего, связано с особенностями обновления базы данных в этот период (рис. а). Поэтому однородным для анализа будем считать период 2013 – 2017 гг., для которых базисные темпы роста представлены на рис. б.
Опережающие среднегодовые темпы роста добычи к росту числа ША за 2014 – 2017 гг. отмечены для нефти и конденсата (табл. 2), в то время как добыча газа росла более медленными темпами, чем увеличение числа ША.
Парные коэффициенты корреляции (табл. 3), рассчитанные как по данным за 2012 – 2017 гг., так и за 2013 – 2017гг., указывают на сильное совпадение тенденций по числу шламовых амбаров и добыче конденсата (0,846 и 0,724), то же и с добычей нефти за 2013 – 2017 гг. (0,733).
Общеизвестным трендом локализации буровых работ в пределах ЯНАО является перемещение основной их части в сторону высокоширотных проектов. Следствием этого является большая уязвимость арктических тундровых экосистем к антропогенному воздействию – и взаимодействие «ША – окружающая экосистема» не является исключением. Так, если естественное возобновление леса и проведение рекультивации на ША, расположенных в среднетаежной зоне, рассматривается как успешное [11], то проведение рекультивации в условиях тундровых сообществ Ненецкого АО требует специфических подходов [12]. Неблагоприятные климатические условия высокоширотных объектов рекультивации, низкий потенциал самовосстановления почвенно-растительного покрова и транспортная изоляция региона определяют необходимость приложения больших усилий по рекультивации нарушенных земель, использования особых приемов рекультивации, отличных от применяемых в более южных регионах.
В заключение следует отметить, что динамика образования и рекультивации шламовых амбаров в связи с активностью буровой деятельности требует дальнейшего изучения. Эти исследования являются актуальными для проведения дальнего (10 лет и более) планирования природозащитных мероприятий в рассматриваемом уязвимом регионе.

Литература

1. Ледовских А.А. и др. Основные проблемы геологического изучения недр и прироста запасов углеводородного сырья Российской Федерации // Геология нефти и газа. 2010. № 5. С. 9—23.
2. Гаврилов В.П. и др. Стратегия освоения углеводородного потенциала Арктической зоны РФ до 2050 г. и далее // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 3. С. 39—49.
3. Опекунов А.Ю. и др. Оценка загрязнения почв отходами буровых работ на территории ЯНАО / Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. 2015. С. 443—448.
4. RPI: Динамика рынка бурения в 2017 году внушает оптимизм. [Электронный ресурс]. 2017. Дата обновления: 01.03.2017. URL:https://rogtecmagazine.com/rpi-динамика-рынка-бурения-
в-2017-году-внуша/?lang=ru (дата обращения: 18.01.2019).
5. Исследование рынка буровых растворов и компонентов для буровых растворов AT Consulting. 9-й выпуск. 2012—2017 гг. Российская Федерация. С. 501—502.
6. Жуховицкий С.Ю. Промывочные жидкости в бурении.
М.: Недра, 1976. C. 67—106.
7. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург: Летопись, 2005. С. 170—276, 424—430.
8. Солодовников А.Ю., Солодовникова З.А. К вопросу утилизации отходов производства и потребления на предприятиях нефтегазового комплекса // Наука сегодня: реальность
и перспективы. Международная научно-практическая конференция /сб. материалов. 2019. С. 158.
9. Скипин Л.Н. и др. Техногенное воздействие шламовых амбаров на окружающую среду полуострова Ямал // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2014. № 11. С. 146.
10. Объекты размещения отходов на территории Ямало-
Ненецкого автономного округа за 2014 — 2018 годы / Правительство Ямало-Ненецкого автономного округа [Электронный ресурс]. URL: https://www.yanao.ru/activity/2854 (дата обращения: 12.08.2019).
11. Седых В.Н. Естественное возобновление леса на отходах бурения // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. Т. 3. № 4. С. 114—120.
12. Кононов О.Д., Попов А.И. Проблема рекультивации нарушенных тундровых земель Ненецкого автономного округа // Arctic Evironmental Research. 2015. № 3. С. 15—19.

References

1. Ledovskikh A.A. et al. Osnovnyye problemy geologicheskogo izucheniya nedr i prirosta zapasov uglevodorodnogo syr'ya Rossiyskoy Federatsii [Main Problems of Geological Exploration and Growth of Hydrocarbon Reserves of the Russian Federation]. Geologiya nefti
i gaza [Oil and Gas Geology], 2010, no. 5, pp. 9–23. (In Russian).
2. Gavrilov V.P. Strategiya osvoyeniya uglevodorodnogo potentsiala Arkticheskoy zony RF do 2050 g. i daleye [Strategy of Development of Hydrocarbon Potential of the Russian Arctic Zone till 2050 and Further]. Territoriya «NEFTEGAZ» [Oil and Gas Territory], 2015, no. 3,
pp. 39–49. (In Russian).
3. Opekunov A.Yu. et al. Otsenka zagryazneniya pochv otkhodami burovykh rabot na territorii YANAO [Assessment of Soil Pollution with Drilling Waste in Yamal-Nenets Autonomous District]. Problemy rekul'tivatsii otkhodov byta, promyshlennogo i sel'skokhozyaystvennogo proizvodstva [Problems of Reclamation of Household, Industrial and Agricultural Waste], 2015, pp. 443–448. 501–502. (In Russian).
4. RPI: Dinamika rynka bureniya v 2017 godu vnushayet optimism. Available at: https://rogtecmagazine.com/rpi-dinamika-rynka-bureniya-v-2017-godu-vnusha/?lang=ru (accessed 18.01.2019).
5. Issledovaniye rynka burovykh rastvorov i komponentov dlya burovykh rastvorov. Rossiyskaya Federatsiya. 2012–2017. [Drilling Fluids and Drilling Fluid Components Market Research. 2012–2017]. AT Consulting, issue 9, pp. 501–502.
6. Zhukhovitskiy S.Yu. Promyvochnyye zhidkosti v burenii [Muds in Drilling]. Moscow, Nedra Publ., 1976, pp. 67–106. (In Russian).
7. Zhukhovitskiy S.Yu. Promyvochnyye zhidkosti v burenii [Drilling Fluid Encyclopedia]. Orenburg, Letopis Publ., 2005, pp. 170–276, 424–430. (In Russian).
8. Solodovnikov A.Yu., Solodovnikova Z.A. [On the Issue of Industrial and Consumer Waste Disposal at Oil and Gas Complex Enterprises] K voprosu utilizatsii otkhodov proizvodstva i potrebleniya na predpriyatiyakh neftegazovogo kompleksa. Trudy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsiyi «Nauka segodnya: real'nost'
i perspektivy»[ Science Today: Reality and Prospects. International Scientific and Practical Conference]. 2019, pp. 158. (In Russian).
9. Skipin L.N. et al. Tekhnogennoye vozdeystviye shlamovykh ambarov na okruzhayushchuyu sredu poluostrova Yamal [Production Induced Impact of Slurry Ponds on the Environment of the Yamal Peninsula]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Krasnoyarsk State Agrarian University], 2014, no. 11, pp. 146. (In Russian).
10. Ob"yekty razmeshcheniya otkhodov na territorii Yamalo-Nenetskogo avtonomnogo okruga za 2014 – 2018 gody / Pravitel'stvo Yamalo-Nenetskogo avtonomnogo okruga [Waste Disposal Facilities in Yamal-Nenets Autonomous District in 2014 – 2018/Government of Yamal-Nenets Autonomous District]. (In Russian). Available at: www.yanao.ru/activity/2854 (accessed 12.08.2019).
11. Sedykh V.N. Yestestvennoye vozobnovleniye lesa na otkhodakh bureniya [Natural Reforestation on Drilling Waste]. Interekspo Geo-Sibir' [Interexpo Geo-Siberia Forum], 2015, vol. 3, no. 4, pp. 114–120. (In Russian).
12. Kononov O.D., Popov A.I. Problema rekul'tivatsii narushennykh tundrovykh zemel' Nenetskogo avtonomnogo okruga [Issue of Reclamation of Disturbed Tundra Soils of Nenets Autonomous District]. Arctic Evironmental Research [Arctic Environmental Research], 2015, no. 3, pp. 15–19. (In Russian).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Матвеев М.П.

    Матвеев М.П.

    инженер технологической службы

    ООО «АКРОС» г. Москва, 117485, РФ

    Сверчков А.А.

    Сверчков А.А.

    руководитель направления по буровым растворам

    АО «Газпромнефть – ННГ» г. Ноябрьск, Тюменская обл., ЯНАО, 629807, РФ

    Просмотров статьи: 176

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru