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:     | 1 ||

Комплексный аналитический метод мониторинга состояния отходов бурения

-- [ Страница 2 ] --
Загрязняющий компонет Cl Zn Mn Cr Ni Pb Cu
амбарная технология 158,1 83,3 367,3 63,5 25,0 50,8 25,5
безамбарная технология 30,1 34,6 241,9 20,4 11,3 46,6 9,6

Проведенные исследования показали, что в буровых шламах, относящихся к безамбарной технологии содержания загрязняющих компонентов в 1,5-4 раза ниже, чем в шламах, образующихся при амбарной технологии складирования.

В табл. 2 представлены результаты исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов в буровых шламах с возрастом 1, 5, 10, 15 лет амбарной технологии бурения. Разница в содержаниях загрязняющих компонентов в буровых шламах различного возраста свидетельствует о вымывании из шлама подвижных форм металлов. Приведенные результаты показали, что за десятилетний период концентрации подвижных форм приведенных ниже поллютантов снизились на 1-3 порядка, что обусловливает высокую опасность отходов бурения.

Таким образом, подтверждается, что буровой шлам является источником формирования контрастных по содержанию тяжелых металлов литохимических и гидрогеохимических ореолов загрязнения.

Таблица 2 - Отношение концентрации подв. форм металлов в образцах к ПДКр/х

Возраст бурового шлама 1 5 10 15
Кобальт 1139 478 12 5
Свинец 13219 1629 75 10
Кадмий 2175 197 11 1
Марганец 59862 19378 575 197
Никель 5762 1489 58 12
Хром 5862 965 119 23
Цинк 7639 4982 82 46
Медь 59672 9679 57 9

3. Ранжирование отходов бурения по степени экологической опасности необходимо выполнять по результатам комплексного исследования отходов современными аналитическими методами путем сепарации на фракции, 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.

Для определения экологической опасности отходов бурения проводились исследования образцов бурового шлама, отобранных с различной глубины бурения скважины. При этом проектом на проведение буровых работ предусмотрено безамбарное складирование бурового шлама. Мониторинг состояния отходов бурения комплексным аналитическим методом основывался на системном подходе к изучению химического состава отходов бурения и их структурно-химических особенностей с использованием рентгенофлуоресцентного метода анализа, атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, рентгеновской дифрактометрии, оптической и растровой электронной микроскопии.

Исследования образцов бурового шлама комплексным аналитическим методом необходимо проводить в пять этапов:

  • I этап – определение валового химического состава буровых шламов;
  • II этап –определение валового минерального состава буровых шламов;
  • III этап –определение минерального состава отдельных фракций буровых шламов;
  • IV этап – исследование буровых шламов методами оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии;
  • V этап – определение содержания подвижных форм химических элементов в буровых шламах.

На первом этапе для определения валового химического состава отходов бурения проводился рентгенофлуоресцентный анализ. Для этого образцы проб высушивались в сушильном шкафу и измельчались при помощи вибрационной мельницы до крупности 100 мкм. После этого измельченные образцы запрессовывались в таблетки массой 6 г. и исследовались с помощью волнового рентгенофлуоресцентного спектрометра XRF-1800.

На втором этапе с целью определения миграционной способности поллютантов определялся минеральный состав отходов бурения. Для этого высушенные образцы бурового шлама диагностировались с помощью рентгеновского порошкового дифрактометра XRD-7000.

На третьем этапе для выявления содержания примесных минералов необходимо произвести сепарацию минералов и проанализировать отдельные фракции с помощью рентгеновского порошкового дифрактометра. В результате сепарации выделяются следующие фракции:

- пыль отмучивания (после взмучивания образца бурового шлама в воде),

  • легкая фракция, плотностью < 2,88 г/см3 (после отстаивания пробы бурового шлама в растворе бромоформа),
  • тяжелая фракция, плотностью > 2,88 г/см3 (после отстаивания пробы бурового шлама в растворе бромоформа).

На четвертом этапе проводилось диагностирование отходов бурения методами оптической и электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа. Пыль отмучивания запрессовывалась в эпоксидную смолу и исследовалась на инвертированном материаловедческом микроскопе GX71 в режиме проходящего света. Для исследования методами растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа запрессованная шашка напылялась проводящей пленкой, после чего исследовалась на растровом электронном микроскопе JSM-6460LV.

На пятом этапе для определения количества подвижной формы тяжелых металлов пробы бурового шлама анализировались методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Для этого готовился ацетатно-аммонийный экстракт (pH=4,8) проб бурового шлама, который исследовался с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000.

В связи с тем, что геологический разрез представлен, в основном глинами и песчаниками, принципиальное отличие в химическом составе отходов бурения обусловлено рецептурой бурового раствора, которая подбирается для разных интервалов бурения.

Результаты, полученные на первом этапе исследований, позволили оценить содержание загрязняющих компонентов в буровом шламе. При этом находились отношения концентраций элементов к фоновым значениям концентраций в почве, а также к предельно-допустимым концентрациям для почвы (табл. 3). Анализ результатов показал, что в обоих случаях (буровой шлам с рецептурой бурового раствора №1 и №2) концентрации загрязняющих веществ многократно превышают фоновые концентрации и ПДК.

Анализ дифрактограмм показал, что основную часть проб составляют кварц и полевой шпат. В меньшей степени присутствуют слоистые алюмосиликаты, кальцит и сильвин.

Повторный анализ образцов по отдельным фракциям показал, что 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.

Таблица 3 - Отношение концентраций загрязняющих компонентов к фоновым концентрациям в почве (С/Сфон) и к ПДК для почвы (С/ПДК)

Поллютант Проба бурового шлама с рецептурой бурового раствора № 1 Проба бурового шлама с рецептурой бурового раствора № 2
С/Сфон С/ПДК С/Сфон С/ПДК
Хлориды 185,00 102,78 75,50 41,94
Сульфаты 11,00 3,44 91,80 28,69
Магний 235,98 - 76,38 -
Кальций 236,40 - 2460,00 -
Натрий 118,80 - 79,20 -
Калий 2780,70 198,06 2297,10 163,61
Цинк 3,96 5,22 1,42 1,87
Никель 7,02 19,50 4,41 12,25
Свинец 17,70 1,50 21,24 1,80
Кадмий 16,00 16,00 18,00 18,00
Хром 5,10 3400,00 2,82 1880,00
Железо 4,63 - 0,43 -
Медь 9,79 29,67 2,97 9,00

Исследования пыли отмучивания с помощью оптического и растрового электронного микроскопов выявили микронеоднородность образцов и присутствие в пробах микровключений пирита и титаномагнетита (рис. 2-3).

Исследование проб шламов методами дифрактометрии и электронной микроскопии показало, что в минеральной части практически отсутствуют тяжелые металлы. Тем не менее, в ацетатно-аммонийных вытяжках из отходов и в дренажных водах хранилищ фиксируются значительно превышающие нормативы значения концентрации таких тяжелых металлов как цинк, свинец, медь, хром.

Таким образом, можно сделать вывод, что токсичные элементы сорбируются на поверхности частиц бурового шлама, после чего мигрируют в кислой обстановке в форме хлоридов.

Исследования образцов отходов бурения методом атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП показали превышение содержания тяжелых металлов в десятки – тысячи раз по сравнению с ПДК, что доказывает их высокую экологическую опасность (табл. 4).

Таблица 4 - Отношение концентраций подвижных форм металлов к ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения

Поллютант Проба бурового шлама с рецептурой бурового раствора № 1 Проба бурового шлама с рецептурой бурового раствора № 2
Марганец 4500,0 5000,0
Цинк 1000,0 800,0
Никель 17,0 19,0
Свинец 200,0 167,0
Медь 25000,0 20000,0
Хром 35,0 45,0
Молибден 0,5 2,8

По результатам проведенных исследований предлагается следующий порядок ранжирования отходов бурения по степени экологической опасности по коэффициенту суммарного загрязнения , где Ci- содержание подвижной формы химических элементов, мг/л; ПДКi – предельно-допустимая концентрация химических элементов для водоемов рыбохозяйственного назначения, мг/л:

  • высокой опасности - ;
  • средней опасности - ;
  • умеренной опасности - .

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. 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 определяемым классом опасности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи - мониторинга состояния отходов бурения комплексным аналитическим методом.

  1. Установлены закономерности формирования атмо-, лито- и гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения на основе многолетних натурных наблюдений за состоянием компонентов природной среды в районе складирования отходов бурения
  2. Выявлены зависимости трансформации компонентов природной среды в зонах воздействия техногенной нагрузки шламовых амбаров в зависимости от химического состава отходов, способа складирования, миграционной способности токсичных элементов на основе результатов анализов аналитическими методами с учетом специализации бурения и ландшафтно-геохимических условий территории исследуемого региона.
  3. На основании проведенного комплекса исследований состояния компонентов природной среды в зонах складирования отходов бурения определен спектр загрязняющих среду веществ в зависимости от способов формирования отходов бурения.
  4. Разработана методика оценки состояния отходов бурения с применением комплекса современных аналитических методов (рентгенофлуоресцентной спектрометрии, атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП, порошковой дифрактометрии, оптической и электронной микроскопии), что позволяет обоснованно подходить к выбору средозащитных мероприятий по снижению негативного влияния шламовых амбаров на окружающую среду.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В 30 РАБОТАХ, в том числе:

1. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Оценка техногенных изменений компонентов природной среды в зоне негативного воздействия нефтепромыслов»// Известия Тульского государственного университета, Серия «Экология и рациональное природопользование», Выпуск 1. Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Э.М. Соколова.- Издательство ТулГУ, Москва - Тула 2006, с. 111-118.

2. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Исследование трансформации грунтовых вод в зоне воздействия нефтепромыслов»// Записки Горного Института, том 170, часть 1, Санкт-Петербург, 2007г., - с 111-113.

3. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) Оценка и снижение техногенной нагрузки в зоне влияния нефтепромыслов ООО «РН-Юганскнефтегаз»// Записки Горного Института, том 174, Санкт-Петербург, 2008г.,-с 229-232.

4. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Общие задачи и методическая основа комплексных экологических исследований природной среды на территориях нефтепромыслов»// Сборник тезисов докладов III-ей Межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые – наукам о Земле» - Москва, 2006г., - с. 220.

5.  Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Оценка площади нефтяных техногенных ореолов»// Сборник статей по итогам Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества студентов. – Новочеркасск, 2005 г., с. –38-40.

6. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Оценка площади нефтяных техногенных ореолов»//Кожевникова М.В., Пашкевич М.А./ Сборник тезисов Второй Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности». Тула, 2006г., - с. 31-33.

7. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Мониторинг образования и разработка методов утилизации бурового шлама»// Сборник тезисов XVII молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца «Геология, полезные ископаемые и геоэкология Северо-Запада России». Петрозаводск, 2006г., - с. 27-28.

8. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Общие задачи и методическая основа комплексных экологических исследований природной среды на территории нефтепромыслов»// Сборник материалов V Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» - Пенза, 2005 г., - с. 136-138.

9. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Техногенные изменения компонентов природной среды в зоне негативного воздействия нефтепромыслов»// Материалы Международной научно-практической конференции «Южная Якутия – новый этап индустриального развития», Нерюнгри, Республика Саха (Якутия), 2007 г., - с. 42-45.

10. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Создание рациональной системы мониторинга грунтовых вод в зоне влияния нефтепромыслов»// Материалы Одиннадцатой международного научного симпозиума М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр», Томск, 2007г., - с. 203-204.

11. Кожевникова М.В. (Гвоздецкая М.В.) «Мониторинг и оценка состояния грунтовых вод в зоне влияния нефтепромыслов» /Кожевникова М.В., Куликова М.А.// Сборник тезисов докладов III-ей Межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые – наукам о Земле». Москва, 2006г.,- с.221.

12. Гвоздецкая М.В. Оценка состояния компонентов природной среды в зонах хранения отходов бурения/Гвоздецкая М.В., Исаков А.Е.// Материалы международной конференции МК-15-49, Пенза, 2009,- с.67-69.

Рис. 1. Вторичные лито

Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.