Экологические аспекты при строительстве нефтяных и газовых скважин

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ 
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

УДК 502/504 + 622.276 + 622.24 
ББК 20.18 
Э40 
 
А в т о р ы:  
О. В. Савенок, В. Г. Григулецкий, Д. В. Рахматуллин, 
А. Н. Сухоносова, Н. В. Рюмина, 
Л. В. Поварова, Г. В. Кусов 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
доктор технических наук, профессор, 
профессор кафедры геофизических методов поисков 
и разведки месторождений полезных ископаемых 
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»  
Бекетов Сергей Борисович; 
доктор технических наук, профессор, 
заведующий кафедрой нефтегазовых техники и технологий 
ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический 
университет (НПИ) имени М. И. Платова», академик РАЕН  
Третьяк Александр Яковлевич 
 
 
Э40  
 
Экологические аспекты при строительстве нефтяных и газовых 
скважин : монография / [О. В. Савенок и др.]. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. í 652 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0637-6 
 
Освещены вопросы экологии нефтяной и газовой промышленности. Даны 
основные понятия об окружающей среде, её физических компонентах и структуре. Приведены принципы оценки экологической устойчивости природной среды 
к техногенному воздействию процессов нефтегазодобычи. Рассмотрены правовые и организационные аспекты охраны окружающей среды в нефтегазодобывающей промышленности. Сформулированы основные принципы и задачи инженерной экологии. Рассмотрены основные закономерности и особенности 
очистки, утилизации и обезвреживания отходов, а также применяемая техника и 
технология. 
Для научных и инженерно-технических работников нефтегазодобывающей 
промышленности. Может быть полезно студентам нефтегазовых вузов и факультетов. 
 
 
УДК 502/504 + 622.276 + 622.24 
 
ББК 20.18 
 
 
 ISBN 978-5-9729-0637-6  
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
ААС – атомно-абсорбционная спектрометрия 
БПК – биохимическое потребление кислорода 
БПР – блок приготовления растворов 
БСВ – буровые сточные воды 
БШ – буровой шлам 
ВВ – взвешенные вещества 
ВМС – высокомолекулярное соединение 
ВНИИКРнефть – Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам 
ВНИИСПТнефть – Всероссийский научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов 
ВПК – биохимическое потребление кислорода (вода) 
ГАУ – гранулированный активный уголь 
ГРС – газораспределительная станция 
ГЖХ – газожидкостная хроматография 
ГСМ – горюче-смазочные материалы 
ДК – доза коагулянта 
ДСФ – двойной суперфосфат 
ДФП – дренажная фильтрующая площадка 
ДЭС – двойной электрический слой 
КВИО – коэффициент возможности ингаляционного отравления 
КК – камера концентрирования 
КМЦ – карбоксиметилцеллюлоза 
КО – камера обессоливания 
КС – компрессорная станция 
КССБ – конденсированная сульфит-спиртовая барда 
КУ – коэффициент утилизации 
ЛБВ – логический блок выбора 
ЛПУ – линейное производственное управление 
ЛЭП – линия электропередачи 
МП – малоопасные предприятия 
МУН – методы увеличения нефтеотдачи 
НГДУ – нефтегазодобывающее управление 
НП – нефтепродукты 
НТФ – нитрилотриметилфосфоновая кислота 
НЦ – напрягающий цемент 
ОБР – отработанный буровой раствор 
ОГР – отверждающий глинистый раствор 
ООП – особо опасные предприятия 
ООС – охрана окружающей среды 
ООУ – общий органический углерод 
ОП – опасные предприятия 
 
3

ОЭДФ – оксиэтилидендифосфоновая кислота 
ОЭЦ – оксиэтилцеллюлоза 
ПАА – полиакриламид 
ПАВ – поверхностно-активные вещества 
ПВХ – поливинилхлорид 
ПДВ – предельно допустимые выбросы 
ПДК – предельно допустимая концентрация 
ПДН – предельно допустимая нагрузка 
ПДС – предельно допустимые сбросы 
ПДУ – предельно допустимый уровень 
ПЛ – перемешиватель лопастной 
ПМАУ – порошкообразный модифицированный активный уголь 
ПО – прокалённый остаток 
ПОМ – природоохранное мероприятие 
ППД – поддержание пластового давления 
ППК – почвенный поглощающий комплекс 
ППК – природно-промышленный комплекс 
ППС – природно-промышленная система 
ППУ – пенополиуретан 
ПЭ – полиэтилен 
РИС – радиационный индекс сухости 
СевНИИГиМ – Северный научно-исследовательский институт  
гидротехники и мелиорации 
СО – сухой остаток 
СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества 
СППЖ – среднестатистическая продолжительность предстоящей жизни 
ССБ – сульфит-спиртовая барда 
СУОС – система управления окружающей средой 
СЭС – социально-экономическая система 
СЭУ – система экологического управления 
ТПК – территориально-промышленный комплекс 
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль 
УБР – управление буровых работ 
УЩР – углещелочной реагент 
ФХЛС – феррохромлигносульфонат 
ХПК – химическое потребление кислорода 
ХТС – химико-технологическая система 
ЦА – цементировочный агрегат 
ЦНИПР – цех научно-исследовательских и промышленных работ 
ЦПКБ – центральное проектно-конструкторское бюро 
ЦС – циркуляционная система 
ЭМС – электромагнитная совместимость 
 
 
 
4

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Введение ......................................................................................................................... 
7 
 
Глава 1. 
Технобиогеохимия окружающей природной среды  .......................................... 
 9 
 1.1. Объекты и компоненты окружающей 
   природной среды  ............................................................................................. 
 9 
 1.2. Основные понятия и законы экологии  ....................................................... 
 11 
 1.3. Методы исследования природной среды  ................................................... 
 19 
 1.4. Структура окружающей среды  
.................................................................... 
 25 
 1.5. Экологическая устойчивость природной среды 
   к техногенному воздействию процессов 
   строительства и эксплуатации скважин  ..................................................... 
 36 
 
Глава 2. 
Источники загрязнения окружающей природной среды 
при строительстве скважин  
................................................................................... 
 62 
 2.1. Источники, причины и характер загрязнения 
   природной среды при бурении скважин  .................................................... 
 62 
 2.2. Загрязнение подземных вод при строительстве скважин  ...................... 
 102 
 2.3. Номенклатура показателей загрязняющих свойств 
   отходов бурения и методы их определения  
............................................. 
 107 
 2.4. Класс опасности отходов бурения  
для окружающей среды ................................................................................ 
128 
 
Глава 3. 
Инженерная защита окружающей среды 
при строительстве нефтяных и газовых скважин  ......................................... 
 131 
 3.1. Природоохранные технологии 
   и основные требования к ним  .................................................................... 
 131 
 3.2. Техника и технология очистки и утилизации 
   буровых сточных вод  .................................................................................. 
 134 
 3.3. Техника и технология очистки буровых сточных вод  ........................... 
 234 
 3.4. Физико-химическое и математическое моделирование  
электромембранной подготовки и очистки пластовых вод  
................... 
 266 
 3.5. Техника и технология утилизации и обезвреживания 
   отработанных буровых растворов и шлама  ............................................. 
 331 
 3.6. Защита окружающей среды от нефтяного загрязнения  ......................... 
 410 
 3.7. Гидроизоляция шламовых амбаров 
   при строительстве скважин  
........................................................................ 
 439 
 3.8. Ликвидация шламовых амбаров и рекультивация земель  
..................... 
 465 
 3.9. Очистка возвратных сточных вод нефтяного 
   месторождения Дыш Краснодарского края  
............................................. 
 472 
 
5

 
Глава 4. 
Методические основы выбора 
и применения природоохранных мероприятий 
в промысловой практике  ..................................................................................... 
 486 
 4.1. Классификация природоохранных мероприятий  
.................................... 
 486 
 4.2. Состав природоохранных мероприятий  
................................................... 
 491 
 4.3. Экологический дизайн  ................................................................................ 
 498 
 4.4. Принципы и методика выбора природоохранных 
   мероприятий  
................................................................................................. 
 505 
 
Глава 5. 
Правовые и организационные основы 
охраны окружающей природной среды  ........................................................... 
 524 
 5.1. Правовая основа охраны окружающей природной среды  
..................... 
 524 
 5.2. Организация и управление охраной окружающей 
   природной среды на предприятиях 
   нефтяной и газовой промышленности  
...................................................... 
 533 
 
Глава 6. 
Подходы к управлению экологическим риском  ............................................ 
 563 
 6.1. Основные понятия и термины управления и оценки рисков  ................ 
 563 
 6.2. Структура экологического риска  .............................................................. 
 569 
 6.3. Основные принципы и критерии управления риском  
............................ 
 574 
 6.4. Цикл управления риском  
............................................................................ 
 579 
Список литературы  ............................................................................................... 
 635 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Экология – теоретический фундамент рационального природопользования 
и охраны природы. Экология (от греческого oikos – дом, жилище и logos – учение) – наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их 
обитания. В широком смысле экология (глобальная экология) – комплексная 
(междисциплинарная) наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии природы и общества. Задачи глобальной экологии – изучение законов взаимодействия природы и общества и оптимизация этого взаимодействия. 
Производственная деятельность предприятий нефтяной и газовой промышленности, осуществляющих строительство скважин, добычу, транспорт и 
переработку углеводородного сырья, является значимым фактором мощного антропогенного воздействия на экологию окружающей природной среды. В силу 
специфики работ в нефтегазодобывающей промышленности образуются значительные объёмы загрязнителей, которые оказывают отрицательное воздействие 
на объекты природной среды. Эффективность разрабатываемых природоохранных мероприятий в значительной степени определяется знаниями механизма загрязнения и состава и свойств загрязнителей. 
Научно-технический прогресс – основа концепции ускорения социальноэкономического развития общества. Неизбежным следствием научно-технического прогресса является не только улучшение качества жизни человека, защищённость его от многих природных факторов, но и резко возрастающие антропогенные нагрузки на объекты окружающей среды и, в первую очередь, на её 
наиболее уязвимый компонент – биосферу. 
В силу специфических особенностей ведения горных работ нефтегазодобывающая отрасль относится к числу отраслей – загрязнителей природной среды. Геохимический техногенез свойственен всем этапам освоения месторождений углеводородов – от бурения до введения скважин в эксплуатацию и на протяжения всего периода эксплуатации. 
Техногенез – преобразование биосферы и её элементов под влиянием хозяйственной деятельности человека, связанный с прямым или косвенным использованием технических средств. 
При нынешних темпах развития производительных сил и освоении углеводородных ресурсов вопросы экологии окружающей среды приобретают особую остроту и социальную значимость. 
Ежегодно в нефтегазодобывающей промышленности образуется более  
6 млн загрязнителей, которые поступают в окружающую среду и её объекты, в 
том числе до 200 тыс. тонн нефти, нефтепродуктов и других органических соединений. Среди них наибольшую опасность представляют жидкие и полужидкие загрязнители, которые в силу своей подвижности обладают высокой аккумулирующей способностью, что может приводить не только к устойчивому загрязнению 
 
7

объектов окружающей среды, но и к нарушению экологического равновесия в местах их попадания. Загрязнители предприятий нефтегазодобывающего комплекса 
содержат в своём составе органические и минеральные вещества. К органическим 
загрязнителям относятся, прежде всего, нефть, нефтепродукты, газоконденсат, 
масла, фенолсодержащие соединения, метанол, ацетон, формальдегид, бензол, толуол, диэтиленгликоль и др. К неорганическим относятся различные минеральные 
соли, включая соли тяжёлых металлов. Загрязнителями могут быть многие инертные материалы, включая минералы, а также радиоактивные вещества. Многие из 
них токсичны. В соответствии с современными требованиями природоохранных 
органов анализ состава загрязнителей и их свойств, а также химического состава 
объектов природной среды должен производиться по единым методикам, допущенным для целей государственного экологического контроля. 
Немаловажную роль в негативном влиянии на окружающую среду играют 
процессы строительства скважин. Отличительными особенностями воздействия 
процессов бурения являются высокая интенсивность и кратковременность формирования значительных техногенных нагрузок на объекты гидро-, лито-, и биосферы, которые нередко превышают пороговые нагрузки. Такой характер техногенного воздействия создаёт реальную угрозу экологического стресса в районах 
массового бурения. В этих районах отмечается нарушение естественного экологического равновесия, падение ресурсобиогенетического потенциала биосферы, 
страдает генофонд, а в отдельных случаях наблюдается и деградация отдельных 
компонентов природной среды (резкое снижение рыбных запасов, стойкое загрязнение почвогрунтов и водных объектов, значительное уменьшение биотической нагруженности среды и др.). Так, по данным СибрыбНИИпроекта (г. Тюмень), из 47 видов ценных промысловых рыб Обского бассейна с начала освоения Западной Сибири (с 1964 года) в настоящее время сохранился лишь 21 вид. 
Это связано, в первую очередь, со значительным уровнем нефтяного загрязнения 
водных объектов. Причиной создающегося положения является низкий уровень 
экологичности технологических процессов нефтегазодобычи, используемых 
технических средств и применяемых материалов и химических реагентов. 
Отставание в разработке научных и инженерных основ экологически безопасного ведения работ, отвечающих требованиям прогрессивной экологически 
чистой малоотходной ресурсо- и природосберегающей технологии нефтегазодобычи, является основной причиной создания напряженной экологической обстановки в районах разработки и эксплуатации месторождений нефти и газа. Поэтому перед исследователями поставлена задача большой социальной значимости – повышение экологичности работ всех видов путём максимальной утилизации и обезвреживания производственно-технологических отходов, ликвидации 
последствий загрязнения окружающей среды, применения экологически чистых 
материалов, химреагентов, природосберегающих и природовосстанавливающих 
технологических процессов и операций, правильного выбора необходимого комплекса средозащитных мер в зависимости от природно-климатических и ландшафтных условий и принятых технологий проводки скважин, разработки и эксплуатации месторождений углеводородного сырья. 
 
 
8

 
 
 
 
Глава 1 
ТЕХНОБИОГЕОХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ 
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ 
 
1.1. Объекты и компоненты окружающей природной среды 
 
Основные понятия системы окружающей природной среды вытекают из 
необходимости решения комплекса взаимосвязанных задач по охране природы и 
рациональному природопользованию. В научно-методическом плане с этой точки зрения следует выделить группу понятий, относящихся к раскрытию структуры взаимодействия природной среды со сферой хозяйственной деятельности человека. В современной экологической литературе учение об окружающей среде 
базируется на следующих основополагающих терминах и определениях: окружающая среда, природная среда, географическая среда, геологическая среда, 
жизненная среда, экологическая среда, социальная среда. 
Термин «окружающая среда» наиболее распространён и популярен, и он 
утвердился как официальный в природоохранных программах всех стран мира. 
Большинство исследователей, которые пользуются этим понятием, включают в 
него помимо природных компонентов и все объекты, созданные человеческой 
деятельностью. 
Согласно определению, данному ЮНЕСКО, окружающая среда является 
той частью мира, с которой человек находится во взаимодействии, которую использует, учитывает в своём взаимодействии и к которой приспосабливается. 
Термин «окружающая среда» в системе взаимодействия хозяйственной деятельности человека и природы целесообразно применять в сочетании с объектом, по отношению к которому среда рассматривается, например, окружающая 
природная среда. 
Наибольшее распространение получил термин «природная среда» в трактовке Н. Ф. Реймерса, согласно которому природная среда – это комплекс абиотических и биотических сред, влияющий на человека и его хозяйство, т. е. сочетание чисто природных и природно-антропогенных тел и явлений, непосредственно и опосредованно воздействующих на человека и естественно-ресурссные экономические показатели хозяйства. 
Биотический – относящийся к живым элементам данной среды; биотичекие факторы – совокупность влияний, которые оказывает на организмы 
жизнедеятельность других организмов. 
Термин «географическая среда» является отражением материальной системы, состоящей из взаимосвязанных геосфер: 
 
9

x литосферы (верхняя твёрдая оболочка земли – кора и верхние слои мантии); 
x гидросферы (совокупность вод рек, морей, океанов и ледников); 
x атмосферы (газообразная оболочка вокруг земли); 
x педосферы (почвы); 
x фитосферы (относящееся к растениям); 
x зоосферы (относящееся к животному миру). 
Географическая среда является сложной пространственной системой, для 
которой характерны процессы территориальной дифференциации и интеграции 
её отдельных частей и элементов. В силу этого она пространственно неоднородна, дифференцированна. Относительно самостоятельные её участки получили 
название ландшафта. 
Термин «геологическая среда» возник в связи с развитием нового научного 
направления – инженерной геологии. Он включает любые горные породы, почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, и все природные ресурсы, сконцентрированные в недрах земли. Их следует рассматривать как многокомпонентные 
системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйствен-ной деятельности человека, что приводит к изменению природных геологических процессов и 
возникновению новых антропогенных (связанных с деятельностью человека) 
(инженерно-геологических) процессов, изменяющих инженерно-геологические 
условия определённых территорий. 
Термин «жизненная среда» определяет совокупность биологических и физических условий существования человека как объекта природы. 
Экологическая среда представляется как среда обитания всех живых 
форм и организмов живой природы. 
И, наконец, «социальная среда» – трактуется как интеграционное понятие, объединяющее понятие экономического, правового, политического и культурного окружения. 
Итак, во всем многообразии имеющихся терминов и определений неизменным является понятие среды. Этот термин является основополагающим, 
фундаментальным понятием в экологии, что привело в теории и практике природопользования к экологическому подходу оценки всех явлений, происходящих в 
природе при ведении человеком хозяйственной деятельности. 
Среди сложного комплекса физических компонентов окружающей среды 
можно выделить две группы, различающиеся по своей роли в системе, – это природные и искусственно созданные человеком физические компоненты. 
Природные физические компоненты окружающей среды связаны с географическим положением объекта, а их роль, формы и степень участия в процессах 
взаимодействия определяются общепланетарными факторами. 
В зависимости от географического положения территории ведения хозяйственной деятельности степень антропогенного воздействия различна, так же как 
и различна самоочищающая и самовосстанавливающая способность природной 
среды. 
 
10