Комплексный аналитический метод мониторинга состояния отходов бурения

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В настоящее время наблюдается ежегодный рост объемов бурения, причем значительная часть скважин проходится в экологически уязвимых регионах с крайне неблагоприятными природно-климатическими и почвенно-ландшафтными условиями, характеризующимися ограниченной способностью самоочищения и слабыми защитными функциями.

Отличительными особенностями воздействия процессов бурения являются высокая интенсивность и кратковременность формирования значительных техногенных нагрузок на объекты гидрои литосферы, которые нередко превышают пороговые нагрузки и тем самым приводят к негативным последствиям.

Наиболее интенсивной техногенной нагрузке подвержены компоненты природной среды на территориях складирования отходов бурения. Отсутствие современных технологий ликвидации и обезвреживания отходов превратило значительное число хранилищ из средозащитного средства в угрозу крупномасштабного загрязнения компонентов природной среды (почв, подземных и поверхностных вод, атмосферы). На одну скважину в среднем приходится около 3 тыс. тонн отходов бурения, так, только на территории Западной Сибири ежегодно складируются миллионы тонн буровых шламов.

Резолюцией 42/186−187 Генеральной ассамблеи ООН и решением Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию декларируется «.правительства, компании, предприятия, частные лица должны способствовать сокращению отрицательных воздействий на природную среду причиняемых потенциально вредными веществами,.продолжать разработку и внедрение в практику критериев и процедур для количественного определения, мониторинга и оценки ущерба наносимого окружающей среде и здоровью человека». В этой связи возникает необходимость разработки новых методических подходов к оценке экологической опасности и мониторингу состояния техногенных массивов, формирующихся при складировании отходов бурения.

Проблемы оценки негативного воздействия отходов производства нашли отражение в трудах ученых разных стран (Гавич И.Н., Гольцова Н. И., Демин A.M., Мироненко В. А., Моторина JI.B., Певзнер М. Е., Плотников Н. И., Рязанов Я. А., Фишер В., Шеф Х. Ю., Шуберт Р., Ягафарова А.Г.).

Несмотря на значительные объемы заскладированных на территории Российской Федерации отходов бурения до сих пор не разработано однозначной процедуры ранжирования буровых шламов по классам опасности. До настоящего времени отнесение отходов бурения к определённому классу опасности было крайне трудоемким и малодостоверным, в ряде случаев оно осуществлялось методом биотестирования, без определения химического состава и оценки его трансформации во времени и теле техногенного массива, а также без изучения особенностей складирования (захоронения), что обусловливает необходимость разработки и внедрения новой методики оценки состояния отходов бурения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Оценка экологической опасности и токсичности отходов бурения.

ИДЕЯ РАБОТЫ: Оценка экологической опасности отходов бурения должна производиться путем проведения мониторинга состояния отходов комплексом современных аналитических методов (рентгенофлуоресцентная спектрометрия, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП), порошковая дифрактометрия, электронная микроскопия), который обеспечит достоверный прогноз развития экологической ситуации.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

• оценка современного состояния ландшафтно-экологической ситуации в целом по исследуемым территориям, выявление локальных участков с проявлениями опасных природных и техногенных процессов;

• полевые эколого-геохимические исследования почв, донных отложений, геоботанические исследования, инженерно-геологическое обследование территорий в районе складирования отходов бурения;

• изучение миграции загрязняющих веществ с территорий хранилищ отходов бурения;

• определение содержания и миграционной способности токсичных элементов в буровых шламах;

• создание методики оценки экологической опасности отходов бурения для экономически целесообразного и безопасного складирования отходов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

• на основе результатов, полученных аналитическими методами, с учетом специализации бурения и ландшафтно-геохимических условий территории исследуемого региона выявлены зависимости трансформации компонентов природной среды в зонах воздействия техногенной нагрузки шламовых амбаров от химического состава отходов, способа складирования, миграционной способности токсичных элементов;

• разработаны методические принципы оценки экологической опасности отходов бурения, основанные на определении состава (гранулометрического, химического, минерально-фазового) и миграционной способности токсичных элементов методами рентгенофлуоресцентной спектрометрии, атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП, порошковой дифрактометрии и электронной микроскопии, позволяющие создать методику определения класса опасности отходов, обеспечивающую рациональный подход к выбору средозащитных мероприятий.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: 1. Формирование структуры атмо-, лито-, гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения различной контрастности в районах складирования отходов бурения следует определять способом их образования, количеством и свойствами заскладированных отходов, уровнем природной и технической защищенности компонентов окружающей среды.

2. Оценка риска негативного воздействия отходов бурения должна производиться, исходя из технологий образования и складирования, срока хранения отходов, значений концентраций токсичных элементов в отходах и их миграционной способности.

3.Ранжирование отходов бурения по степени экологической опасности необходимо выполнять по результатам комплексного исследования отходов современными аналитическими методами с сепарацией на фракции, путем исследования отдельных фракций методами рентгенофлуоресцентной спектрометрии (с точностью до 10″ 4 вес.%), атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП (с точностью до 10~6 вес.%), порошковой дифрактометрии, оптической и электронной микроскопии.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В качестве основных методов исследований применялись:

• системный анализ источников и факторов техногенного воздействия хранилищ отходов бурения на компоненты природной среды;

• аналитические, ландшафтно-геохимические, геоботанические, экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ промышленных методов обезвреживания отходов бурения;

• методы математической статистики, аналогового и численного моделирования;

• современные высокоточные методы анализа.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечена использованием значительного объема исходных материалов и применением современных методов анализа, сходимостью аналитических и экспериментальных результатов с исследованиями других авторов. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

• выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты природной среды в районах расположения производственных объектов ООО «РН-Юганскнефтегаз»,.

• разработаны методические основы мониторинга состояния отходов бурения на основе исследования современными аналитическими методами.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА работы заключается в постановке цели, задач и разработке методологии исследования, в личном участии в проведении основной части комплекса исследованийв изучении техногенного воздействия шламовых амбаровв разработке методики мониторинга состояния отходов бурения комплексом современных аналитических методов.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ:

• разработанная методика оценки состояния отходов бурения предложена к реализации на производственных объектах предприятий ТЭК;

• научные и практические результаты работы используются в учебном процессе СПГГИ (ТУ) при подготовке специалистов горно-геологического профиля, в частности, при проведении занятий по дисциплинам: «Экология», «Геохимия окружающей среды», «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые — наукам о Земле» (Москва, 2006 г.), всероссийской студенческой научно-технической школы-конференции «Инженерные науки — защите окружающей среды» (Тула, 2006 г.), молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К. О. Кратца «Геология, полезные ископаемые и геоэкология Северо-Запада России» (Петрозаводск, 2006 г.), ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПб, 2007;2009гг.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме работы опубликовано 30 печатных трудов. ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 167 страниц машинописного текста, 41 рисунков, 35 таблиц и список литературы из 127 наименований.

Выводы к главе 4.

1. Результаты аналитических исследований показали, что, несмотря на использование буровых растворов 3 класса опасности (умеренно опасные), буровые шламы при этом обладают высокой экологической опасностью (Kz >п-104).

2. Комплексный аналитический подход к исследованию отходов бурения методами рентгенофлуоресцентной спектрометрии, рентгеновской дифрактометрии, атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП, оптической и электронной микроскопии, позволяет достоверно оценить экологическую опасность отходов бурения путем определения типа нахождения токсичных элементов в отходах, их содержаний и миграционной способности.

3. Использование результатов мониторинга отходов в качестве основы при разработке комплекса технологических мероприятий позволит минимизировать негативное влияние отходов путем целенаправленного выбора комплекса мероприятий по их складированию, утилизации и рекультивации территорий шламовых амбаров в соответствии с определяемой степенью опасности.