авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Комплексный аналитический метод мониторинга состояния отходов бурения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГВОЗДЕЦКАЯ Мария Викторовна

КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ

Специальность 25.00.36 Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Белоглазов Илья Никитич,

кандидат технических наук

Паршина Мария Викторовна

Ведущая организация: НПК «Механобр-техника»

Защита диссертации состоится 28 апреля 2010 г. в 13 час 15 мин на заседании диссертационного совета  Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 26 марта 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

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 гидро- и 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 А.М., Кехлинг Р., Мироненко В.А., Моторина Л.В., Певзнер М.Е., Плотников Н.И., Рязанов Я.А., Фишер В., Шеф Х.Ю., Шуберт Р., Ягафарова).

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 исследований; в изучении техногенного воздействия шламовых амбаров; в 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, 2006г.), всероссийской студенческой научно-технической школы-конференции «Инженерные науки – защите окружающей среды» (Тула, 2006г.), молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца «Геология, полезные ископаемые и геоэкология Северо-Запада России» (Петрозаводск, 2006г.), 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, 36 рисунков, 19 таблиц и список литературы из 127 наимено-ваний.

Автор искренне благодарен проф. М.А.Пашкевич за научное руководство работой, проф. Ю.В.Шувалову за ценные научные консультации, сотрудникам Отдела аналитических исследований ЦКП СПГГИ(ТУ) и доц. И.Б. Мовчану за научные консультации и содействие при проведении исследований.

СОДЕРЖ АНИЕ РАБОТЫ

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.

При строительстве и эксплуатации скважин наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой. В своем составе они содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, представленных выбуренными породами и химическими реагентами, используемыми для приготовления и обработки буровых растворов.

Геоэкологические исследования проводились на различных объектах – скважинах, пройденных в различных горно-геологических условиях, с применением различных технологий складирования.

Проведение комплексных инженерно-экологических исследований районов расположения техногенных массивов, сформированных отходами бурения (опробование, химический анализ заскладированных отходов, почв, дренажных и подземных вод, атмосферного воздуха, растительности), позволило оценить распределение загрязняющих компонентов в плане и в разрезе для различных сред и установить закономерности формирования ореолов и потоков загрязнения.

Исследование процессов трансформации почв на территории складирования отходов бурения позволило выявить структуру техногенных литохимических ореолов, контрастных по цинку, никелю, железу и меди и установить, что спектр и содержание загрязняющих компонентов определяются технологическими особенностями складирования отходов бурения.

По результатам опробования атмосферного воздуха и почвенно-растительного покрова в зоне техногенного воздействия хранилищ были определены границы атмохимических и литохимических ореолов загрязнения, формирующихся в результате пылесдувания тонкодисперсных частиц с поверхности массивов. Установлено, что в радиусе 0,5-2,8 км от границы хранилищ происходит превышение фоновых содержаний цинка (до 80 мг/кг сухой почвы), никеля (до 45 мг/кг сухой почвы) и меди (до 60 мг/кг сухой почвы) в почве, приводящее к более чем двукратному снижению продуктивности и потере качества лесохозяйственной продукции (рис. 1).

Проведение гидрохимического опробования и анализа проб дренажных и подземных вод показало, что вследствие низкой изоляции горизонта грунтовых вод, происходит их метаморфизация в направлении формирования хлоридных вод с минерализацией до 2,5 г/л, обогащенных металлами: железом (до 40 мг/л), медью (до 3,8 мг/л), никелем (до 1,9 мг/л), свинцом (до 0,7 мг/л) и образование гидрохимического ореола загрязнения на территории более 20 га. Формирование техногенного ореола в грунтовых водах связано с инфильтрацией подкисленных атмосферных осадков и талых вод, вымывающих из заскладированных отходов загрязняющие компоненты, а также попаданием компонентов буровых растворов и высокоминерализованных пластовых.

В результате проведения режимных наблюдений за составом и уровнем подземных вод было установлено, что удельное количество поступающих в водоносный горизонт дренажных вод определяется разностью между среднегодовым количеством осадков и испарением, степенью естественной и технической защищенности водоносного горизонта от загрязнения.

Под естественной защищенностью подземных вод от загрязнения понимается степень перекрытости водоносных горизонтов отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли. Оценка степени защищенности дается на основе учета мощности зоны аэрации, ее строения, вещественного состава и фильтрационных свойств.

Под технической защищенностью подземных вод от загрязнения понимается степень изоляции техногенных массивов от подземных вод специальными дренажно-защитными сооружениями.

Степень природной защищенности на территориях болотистых ландшафтов приравнивается нулю из-за приповерхностного расположения подземных вод. При этом низкая степень технической защищенности объясняется отсутствием качественной гидроизоляции хранилищ отходов бурения.

Анализ метаморфизации состава приповерхностных отложений, природных вод, атмосферного воздуха позволил выявить свойства заскладированных отходов, определяющие процессы формирования ореолов и потоков загрязнения в районах воздействия техногенных массивов: физические (агрегатное состояние, крупность, плотность, летучесть, вязкость, сорбционная способность, способность к ионному обмену); химические (содержание в отходах загрязняющих веществ, валентность, строение электронной оболочки, потенциал ионизации основных загрязнителей, растворимость, реактивность с водой, почвой, грунтами, устойчивость, способность к деградации (биологической или химической), особенности поведения в различных кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условиях); токсикологические и гигиенические (токсичность, канцерогенность, запах, цвет, биоаккумуляция, синергичность).

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.

Складирование отходов в зависимости от технологии бурения скважин производится амбарным и безамбарным способом, причем в обоих случаях отходы бурения размещаются на территории кустовых площадок. Амбарная технология бурения предполагает временное накопление в шламовых амбарах бурового шлама (выбуренной породы, пропитанной буровым раствором), буровых сточных вод, бурового раствора, и других технологических жидкостей, а безамбарная - исключительно бурового шлама, при этом буровые сточные воды осветляются и утилизируются.

В настоящее время при оценке экологической опасности бурового шлама основное значение имеет валовое содержание минеральных компонентов без учета миграционной способности поллютантов присутствующих в шламе. Тем не менее, проведенные исследования показали, что наиболее опасными являются подвижные формы химических соединений, которые определяют степень токсичности и опасности бурового шлама.

Свойства образующегося бурового шлама обусловлены минеральным составом выбуренной породы, пластовых флюидов и остатками бурового раствора. Основной причиной загрязнения природных вод в зоне воздействия заскладированных буровых шламов является десорбция с поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов.

С целью оценки риска негативного воздействия заскладированных отходов бурения были проведены исследования состояния отходов, образующихся при различных технологиях бурения, а также отличающихся по возрасту.

Были проведены исследования отходов бурения 13 шламовых амбаров, из них: 6 относились к амбарной технологии, 7 – безамбарной. Средние значения концентраций основных загрязняющих компонентов в шламах представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Средние значения концентраций загрязняющих компонентов в буровых шламах, мг/кг



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.