Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности бурения скважин в интервалах залегания слабосвязных и несвязных пород 8
1.1. Геологические условия залегания слабосвязных горных пород и их свойства 8
1.2. Анализ методов бурения слабосвязных пород 32
1.3. Анализ промывочных жидкостей используемых при бурении слабосвязных и несвязных пород 40
2. Разработка методики исследования 63
2.1. Структурообразующие процессы закрепления слабосвязных горных пород 63
2.2. Методика определения свойств промывочной жидкости 92
2.3. Методы определения физико-механических характеристик несвязных горных пород 95
2.4. Метод исследования в условиях скважины 100
2.5. Методика обработки результатов эксперимента 103
3. Экспериментальные исследования 107
3.1. Исследование свойств промывочной жидкости 107
3.2. Определение пластической прочности 111
3.3. Определение механических характеристик на срезном приборе 114
3.4. Экспресс-метод определения крепящих свойств промывочных жидкостей 117
3.5. Исследования на экспериментальном стенде 122
4. Технико-экономическая оценка и экологическая безопасность промывочных жидкостей при бурении слабосвязных горных пород 130
4.1. Результаты экспериментально-промышленных испытаний рецептур промывочных жидкостей. Технико-экономическая оценка 130
4.2. Влияние разработанных промывочных жидкостей на окружающую среду 135
Заключение 141
- Анализ промывочных жидкостей используемых при бурении слабосвязных и несвязных пород
- Методика определения свойств промывочной жидкости
- Экспресс-метод определения крепящих свойств промывочных жидкостей
- Влияние разработанных промывочных жидкостей на окружающую среду
Введение к работе
Результаты бурения геологоразведочных скважин и, как следствие, динамика прироста запасов полезных ископаемых, во многом зависят от эффективности проходки бурением интервалов скважин, представленных толщей слабосвязных и несвязных горных пород.
При бурении геологоразведочных скважин традиционными способами в слабосвязных и несвязных породах, представленных песками, валунно-галечными и моренными отложениями происходит сужение и обрушение ствола скважины, что приводит к прихватам бурового инструмента, перебурке уже пройденных интервалов и обуславливает усложнение конструкций скважин, увеличение металлоемкости за счет постановки дополнительных обсадных колонн и удорожание процесса бурения.
В настоящее время эта проблема решается либо путем создания технических средств и технологий бурения с одновременным креплением ствола скважины колонной обсадных труб, либо за счет разработки специальных составов промывочной жидкости, способной за счет своих крепящих свойств удерживать ствол скважины в устойчивом состоянии. Применение специальных составов промывочных жидкостей является неотъемлемой частью первого способа и по экономическим и технологическим параметрам более выгодно.
Исследованием проблемы беструбного крепления скважин при проходке неустойчивых интервалов скважин в разное время занимались следующие ученые и специалисты в области бурения: A.M. Яковлев, Б.Б. Кудряшов, Л.К. Горшков, B.C. Литвиненко, Н.И. Николаев, A.M. Жуков, А.С. Коржуев, В.А. Никишин, Н.К. Липатов, Л.А. Терещенко, В.Г. Поротов, Э.А. Бочко, Л.М. Ивачев, А.П. Руденко, М.К. Раскопин, М. Роберте, М.У. Шаусманов, Ю.А. Нифонтов, Н.И. Герасименко, С.Н. Смагин и др.
Таким образом, в интервалах залегания слабосвязных и несвязных горных пород особую актуальность приобретает решение проблемы их проходки без
дополнительного крепления обсадными трубами.
Актуальность темы диссертации подтверждается также тем, что исследования выполнялись в соответствии с планом НИР кафедры технологии и техники бурения скважин Санкт-Петербургского государственного горного института, выполняемых за счет госбюджетных ассигнований.
Целью работы является повышение эффективности проходки толщи слбосвязных горных пород при бурении геологоразведочных скважин.
Идея работы заключается в создании условий для формирования зоны консолидации в толще несвязных горных пород приствольной зоны геологоразведочной скважины за счет проникающего и структурообразующего воздействия адгезивов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Изучение механических свойств несвязных пород, влияющих на устойчивость ствола скважины;
Разработка и обоснование экспресс-метода, позволяющего определять крепящие свойства промывочной жидкости по величине относительной продольной деформации;
Исследование механических свойств несвязных пород, обработанных промывочной жидкостью;
Исследование механизма структурообразования толщи несвязных горных пород в приствольной зоне геологоразведочной скважины при проникающем воздействии промывочных жидкостей, обогащенных адгезивами;
Определение параметров промывочной жидкости, влияющих на механические свойства несвязных пород.
Методика исследований включает в себя комплекс теоретических, экспериментальных и стендовых исследований с использованием как стандартных, так и специально созданных методик, приборов и установок.
Планирование экспериментов и статистическая их обработка проводилась с использованием ПК с помощью современного программного обеспечения. Основные защищаемые положения.
/. Структурообразующие процессы закрепления слабосвязных горных пород методом холодной битумизации сопровождаются возникновением новообразований, представленных первичными и вторичными субстрат-связующими комплексами, прочностные показатели которых зависят от физико-химических свойств субстрата (зерен горных пород), типа адгезивов и условий их применения.
Крепящие свойства промывочных жидкостей, используемых при бурении геологоразведочных скважин в интервалах залегания несвязных пород, могут быть выражены величиной относительной продольной деформации (є — Ah/H) образцов горной породы и достоверно определяются экспресс-методом непосредственно на буровой.
При бурении несвязных горных пород временная устойчивость ствола скважины может быть обеспечена за счет использования в качестве промывочной жидкости глинобитумных растворов на основе омыленного талового пека (ОТП).
Основные научные результаты, полученные лично автором:
анализ современного состояния проблемы бурения толщи несвязных горных пород, позволивший сформулировать цель и задачи исследований;
методика исследований крепящих свойств промывочных жидкостей;
результаты исследований механизма структурообразования консолидированных массивов в толще несвязных горных пород приствольной зоны геологоразведочной скважины;
экспресс-методика определения крепящих свойств промывочных жидкостей;
установление закономерности проникновения различных типов промывочной жидкости в приствольной зоне толщи несвязных горных пород;
разработка оптимальной рецептуры промывочной жидкости для проходки толщи несвязных горных пород.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерности консолидирующего воздействия промывочной жидкости на состояние стенок ствола скважины и механизма структурообразования консолидированных массивов в толще несвязных горных пород.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяются современным уровнем теоретических и экспериментальных исследований, высокой степенью сходимости их результатов и многократной воспроизводимостью полученных данных при последующих исследованиях.
Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы в виде экспресс-методики и макета прибора для экспресс-исследований крепящих свойств промывочных жидкостей, которые могут быть рекомендованы для практического использования в производственных геологических предприятиях, ведущих буровые работы. Результаты исследований используются при чтении лекций и при проведении лабораторных занятий для студентов специальностей 080700 и 090800 по дисциплинам "Буровые промывочные и тампонажные растворы", "Бурение нефтяных и газовых скважин", "Бурение скважин на нефть и газ", "Заканчивание скважин", "Осложнения и аварии при бурении". Материалы исследований использованы при подготовке учебного пособия "Буровые промывочные жидкости".
Практическая значимость работы.
Разработка экспресс-метода для определения крепящих свойств промывочных жидкостей;
Создание оригинальной конструкции стенда для визуального наблюдения и оценки результатов экспериментов;
Разработка рекомендаций по применению ОТП при бурении несвязных пород.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) 2001, 2002 и 2003 гг.; международной конференции Streszczenia referatow XIV miedzynarodowa konferencja naukowo-techniczna, Zakopane (Польша), 2003 г.; на заседаниях кафедры технологии и техники бурения скважин СПГГИ (ТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в т.ч. одно учебное пособие.
Анализ промывочных жидкостей используемых при бурении слабосвязных и несвязных пород
Устойчивость пород в скважинах обусловлена, главным образом, инженерно-геологическими особенностями горных пород и технологией бурения. Нарушения устойчивости стенок скважин приурочены, в основном, к породам без жестких кристаллизационных связей. При нарушении естественных условий залегания такие породы теряют свою устойчивость, так как нарушаются структурные связи. При этом незначительные механические воздействия могут привести эти породы в движение. Для укрепления стенок скважин необходимо искусственно вводить или создавать в горной породе такие вещества, которые при взаимодействии с ней будут образовывать химические соединения в виде надстроек на кристаллической решетке минералов или выделяться в самостоятельные новообразования и служить цементом для сцепления частиц. Образующиеся соединения должны обеспечивать водоустойчивость структурных связей и значительную прочность. Из этого следует, что принципы упрочнения горных пород основаны на управлении процессами структурообразования и физико-механическими свойствами дисперсных структур, возникающих в породах. Методы искусственного улучшения свойств пород в скважинах можно разделить на две большие группы: стабилизацию буровыми растворами в процессе проходки и химическое упрочнение [16].
Стабилизация осуществляется путем управления процессами коагуляционного структурообразования буровых растворов, которые, заполняя поры и трещины в породах, образуют на стенках скважины тонкие водонепроницаемые пленки. Применяя специальные промывочные жидкости, можно предотвратить обвалы пород как в процессе проходки скважины, так и на определенное время после окончания бурения. оссийская ,. государственная библиотека Надежное упрочнение неустойчивых пород на более продолжительный срок можно обеспечить двумя способами: введением химических реагентов и приложением физических полей. В этом случае искусственное улучшение пород связано с увеличением их прочности, а все остальные изменения свойств являются вторичными по отношению к упрочнению. Среди методов упрочнения практически приемлемыми оказались: битумизация, цементирование, силикатизация, смолизация и замораживание. Эффект от упрочнения пород в скважинах будет максимальным при учете влияния инженерно-геологических факторов. Только при тесном сочетании инженерно-геологического и физико-химического подходов возможно решение сложных и важных вопросов искусственного упрочнения и стабилизации пород в скважинах. Методы улучшения свойств неустойчивых пород Стабилизация горных пород Под стабилизацией горных пород понимают временное повышение их водопроницаемости и водоустойчивости без изменения структурных связей. В зависимости от инженерно-геологических условий при бурении используют промывочные жидкости, отличающиеся по своему составу и свойствам. Кроме того, эффективность стабилизации неустойчивых пород обеспечивается использованием высококачественных промывочных жидкостей и методики регулирования их свойств. Последние основаны на управлении процессами коагуляционного структурообразования в глинистых растворах: регулирование катионного обмена, химическая обработка и тому подобное.
Основные методы стабилизации несвязных пород следующие: 1. Обработка глинистыми растворами с добавками солей кальция и натрия. 2. Обработка глинистыми растворами с добавками хромовокислых солей (для песков). 3. Обработка глинистыми растворами с добавками дисперсного битума, силиката натрия. 4. Обработка глинисто-цементными растворами с известью. 5. Обработка растворами на нефтяной основе с добавкой известково-битумных порошков. Обработка глинистых растворов солями натрия или кальция изменяет толщину гидратных пленок и общую гидрофильность частиц породы в системе. Однако это приводит лишь к некоторому изменению характера образования контактов между частицами и ограничивает возможность регулирования деформационного процесса, что связано с неизменностью кристаллической решетки глинистых минералов [2]. Более эффективным способом получения высококачественных растворов является химическая обработка, которая сводится к приданию буровому раствору заданных структурно-механических свойств в соответствии с конкретными условиями проходки скважин. Традиционными реагентами для обработки буровых растворов являются: углещелочной реагент (УЩР), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), модифицированный крахмал (МК), сульфит - спиртовая барда (ССБ), гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), полифенолы лесохимические (ПФЛХ), карбонат натрия, каустическая сода, известь, соли хрома и др. В бурении нашли применение следующие модификации глинистых промывочных жидкостей на водной и углеводородной основе: растворы с небольшим содержанием твердой фазы; естественные глинистые суспензии; кальциевые; глинистые растворы на пресной и минерализованной воде; солеустойчивые; эмульсионные; на нефтяной основе и т. д. [45, 46] Известковые растворы представляют собой сложные полидисперсные микрогетерогенные системы из извести, понизителя вязкости и защитного реагента. Известь добавляют в количестве 0,2-1,5 %. Известковые растворы содержат до 300 мг/л кальция. Для регулирования вязкости применяют нитролигнин, ПФЛХ, лигносульфонаты, ССБ. Для предупреждения загустевания растворов в них добавляют хроматы. Например, при введении 0,5-0,8 % окзила, представляющего хромсодержащую модифицированную ССБ, в глинистый раствор плотностью 1,46 г/см и водоотдачей 7,7 см последняя понижается до 3,3 см . Основное преимущество известковых растворов состоит в том, что они не загустевают благодаря предотвращению необратимого перехода в раствор выбуриваемых пород [1].
Методика определения свойств промывочной жидкости
Определение плотности промывочной жидкости Плотность промывочной жидкости - это масса единицы ее объема. Изменением плотности раствора регулируют гидростатическое давление на забой и стенки скважины, что важно при борьбе с осложнениями (поглощениями, фонтанированием, обвалами). Увеличение плотности вызывает повышение расхода энергии на прокачивание раствора и увеличение его потерь в трещиноватых и пористых породах [60]. Плотность промывочной жидкости измерялась ареометром АГ-ЗПП. Определение вязкости промывочной жидкости Вязкость - один из важнейших параметров промывочной жидкости. Она определяет не только величину гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе скважины, но и характер, и величину проникновения промывочной жидкости в поры и трещины горных пород. С ростом вязкости ухудшаются условия очистки скважины от шлама, и резко падает механическая скорость бурения [18].
В полевых условиях измеряют так называемую условную вязкость (Г, с), которая определяется временем истечения 500 см3 промывочной жидкости через вертикальную трубку вискозиметра СПВ-5. Определение стабильности и суточного отстоя промывочной жидкости Стабильность раствора - это способность его сохранять равномерность распределения частиц твердой фазы по всему объему. От величины стабильности глинистого раствора зависит его способность удерживать во взвешенном состоянии частицы глины, выбуренной породы (шлама) и утяжелителя [70]. Стабильность определялась с помощью цилиндра стабильности ЦС-2 и ареометра АГ-ЗПП, по формуле: C=Pl-p2, (2.14) где /7, и /7, - плотности промывочной жидкости в верхней и нижней половинах цилиндра ЦС-2, через 24 ч. Для нормального раствора стабильность не должна превышать 20 кг/м (0,02 г/см3). Суточный отстой - это количество свободной воды в процентах, отстоявшейся за сутки из пробы раствора. Суточный отстой характеризует устойчивость раствора как коллоидной системы, т.е. способность в течение длительного времени не разделятся на твердую и жидкую фазы.
Суточный отстой определялся с помощью мерного цилиндра объемом 100 см с ценой деления 1 см . Через 24 ч по шкале цилиндра определяют объем отстоявшейся воды 0\. Суточный отстой: 0=100-01,%. (2.15) Для нормальных глинистых растворов суточный отстой не должен превышать 4 % [19]. Определение содержания песка в промывочной жидкости Содержание песка в растворе характеризует загрязненность его грубодисперсными частицами, попавшими вместе с исходным сырьем (глиной), а также в результате разрушения горных пород в процессе бурения. Наличие песка в растворе свыше 4 % приводит к интенсивному износу деталей буровых насосов, бурового снаряда и другого гидравлического оборудования [28]. Содержание песка (%) измерялось с помощью отстойника ОМ-2 (отстойник Лысенко). Определение водоотдачи и толщины фильтрационной корки промывочной жидкости Водоотдача промывочной жидкости - это способность её отфильтровывать жидкую фазу под влиянием избыточного давления. Водоотдача раствора является наиболее важным его параметром при бурении в рыхлых, слабосцементированных, пористых и трещиноватых породах. Глинистый раствор с большой водоотдачей образует в скважине толстую и рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки и прихваты бурового инструмента при подъеме [31].
Водоотдача измеряется количеством отфильтровавшейся жидкости из раствора (см3) за 30 мин при избыточном давлении 0,1 МПа при площади фильтра 44 см" (диаметр фильтра 75 мм) на приборе ВМ-6, и обозначается буквой В. Толщина фильтрационной корки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой К. Для нормальных глинистых растворов водоотдача считается допустимой, если её величина не превышает 10-25 см3 за 30 мин, при толщине глинистой корки 1-2 мм (по ВМ-6). При бурении в осложненных условиях (рыхлые, неустойчивые породы) водоотдачу раствора необходимо снижать до 5 см за 30 мин и меньше. Определение статического напряжения сдвига промывочной жидкости Статическое напряжение сдвига Охарактеризует прочность структуры и определяет способность промывочной жидкости: удерживать во взвешенном состоянии частицы разрушенной породы и пузырьки газа (воздуха); проникать в трещины и поры горных пород и удерживаться там под действием нагрузок. Повышать 9 следует в случае, если интенсивность разрушения горных пород при бурении достаточно велика и продукты разрушения имеют значительные размеры и плотность, если необходимо утяжелять промывочную жидкость специальными утяжелителями, а также в условиях возможных поглощений промывочных жидкостей в трещиноватых или пористых породах. При этом необходимо иметь в виду, что повышенное статическое напряжение сдвига ухудшает условия дегазации и очистки промывочных жидкостей [32]. Статическое напряжение сдвига определялось с помощью прибора СНС-2 по формуле: в=к((р2-(Рх), (2.16) где к - константа прибора при данной упругости проволоки; (рх и щ -начальный и конечный углы закручивания проволоки.
Экспресс-метод определения крепящих свойств промывочных жидкостей
Второе защищаемое положение Крепящие свойства промывочных жидкостей, используемых при бурении геологоразведочных скважин в интервалах залегания несвязных пород, могут быть выражены величиной относительной продольной деформации (є = Ah/H) образцов горной породы и достоверно определяются экспресс-методом непосредственно на буровой. При выборе рецептуры промывочной жидкости необходимо определять свойства бурового раствора, оказывающие наибольшее влияние на устойчивость ствола скважины. Зависимость устойчивости стенок скважин от технологических свойств промывочной жидкости может быть установлена путем исследования прочностных характеристик пород, обработанных буровым раствором: напряжения сдвига и пластической прочности. Исследование и подбор промывочных жидкостей для бурения слабосвязных пород при помощи стандартных методов может вестись в лабораторных условиях, занимает достаточно много времени и требует специальной инженерной подготовки персонала. Для оперативного определения прочностных свойств промывочной жидкости, непосредственно на буровой, разработана экспресс-методика, которая заключается в определении продольной деформации цилиндрического образца породы, обработанного буровым раствором.
Принята следующая методика определения (рис. 3.5): в полый металлический цилиндр 1, диаметром 5-10" м и высотой //=0,12 м, помещается приготовленная порода; цилиндр медленно поднимается; образцы породы деформируются под действием собственного веса (рис. 3.6); высота оседания породы h измеряется при помощи тонкого стеклянного щупа; вычисляется величина относительной продольной деформации s=AhlH, где Ah =H-h. В качестве исследуемой породы брался среднезернистый кварцево-полевошпатовый песок 10% влажности. Образцы породы обрабатывались буровым раствором по методу смешения. Плотность образцов доводилась до 3000 кг/м . В качестве промывочной жидкости использовались глинистые растворы на основе бентонитового глинопорошка Черкасского карьера. Концентрации буровых растворов составляли 5, 7, 10 и 15%. В раствор вводились добавки кальцинированной соды в объеме 0,3 % от общей массы для снижения жесткости водопроводной воды путем нейтрализации ионов Са++ и Mg++. Промывочные жидкости обрабатывались реагентом ОТП (омыленным таловым пеком) с массовым содержанием 1, 2, 3, 4 %. На основании проведенных исследований были получены следующие зависимости продольной деформации образцов несвязной породы, обработанной буровым раствором (табл.3.2). ) ) Зависимость содержания глины в буровом растворе от продольной деформации имеет не линейный характер (рис.3.7). При увеличении содержания"" глины в растворе от 0 до 10% наблюдалось уменьшение продольной деформации, после которого ее значения стабилизировались. Значение продольной деформации образца породы, при содержании 10% глины в буровом растворе, составляет 0,2. Для проверки достоверности результатов исследований полученных экспресс-методом, были проведены сравнения испытаний образцов стандартными методами, а именно по методу Ребиндера-Винарского и на срезном приборе конструкции «Гидропроекта».
Сопоставление результатов исследований представленных на рис. 3.1, 3.3 и 3.7 показывает, что изменение прочностных свойств пород в зависимости от концентрации глины в буровом растворе имеет идентичный характер в С целью проверки полученных данных в условиях скважины был разработан экспериментальный стенд (рис. 3.8 и 3.9), который состоит из: - модели несвязных пород, представляющей собой короб из оргстекла высотой и длиной 1 м, шириной - 0,5 м, заполненный среднезернистым песком; - бурового снаряда диаметром 2-10" м с наконечником диаметром 3,8 -10" м; - регулируемой системы подачи бурового раствора; - бурового станка СКБ-4. Было пробурено девять скважин с постоянной механической скоростью 8,3-10" м/с, частотой вращения 2,583 с" (155 об/мин) и подачей бурового раствора 2,5-10" м/с (15 л/мин). К Промыва скважины осуществлялась 10 % глинистым раствором, 10 % глинистым раствором с добавкой 2 % ОТП и водой. Для визуальной оценки результатов бурения, буровой раствор окрашивался анилиновыми красителями. После окончания бурения ствол скважины заполнялся цементным раствором (часть скважин - сразу после бурения, часть - через сутки).
После окончания опытов модель разбиралась (рис. 3.10), определялся радиус проникновения фильтрата бурового раствора (табл. 3.4) и геометрические размеры ствола (по застывшим цементным кернам (табл. 3.5)). При использовании воды ствол скважины увеличивался в диаметре, в среднем, на 30 % (по отношению к диаметру наконечника) и по истечении суток полностью затягивался. Проникновение окрашенной воды в породу составляло более 0,25 м (рис. 3.11-а). При использовании глинистого раствора (рис. 3.11-6) зона кольматации (з-ОАіь-к-вй-ьмат -ьігИ-и состоит из глинистой корки и зоны проникновения твердой фазы бурового раствора в приствольную часть скважины) составила 10" м. Увеличение диаметра ствола скважин - 24 %. По истечении суток ствол скважины сужался на 10 % (по отношению к диаметру наконечника). При использовании глинистого раствора с добавками ОТП (рис. 3.11-в) толщина глинистой корки составила 5-10" м. Проникновение в породу отчетливо видно и в среднем составляет 0,15 м. Разработка ствола скважины составляет 13 %. По истечении суток ствол скважины не изменял своего диаметра. По сравнению с глинистым раствором глинобитумный раствор обладает значительно большей фильтрационной способностью, меньшим (на 10%) размывающим эффектом и большим крепящим свойством (за сутки диаметр ствола скважины практически не изменялся).
Влияние разработанных промывочных жидкостей на окружающую среду
Воздействие процесса строительства скважины на окружающую природную среду (ОПС) заключается, прежде всего, в ее загрязнении веществами и материалами, используемыми и образующимися при бурении. Наиболее уязвимыми элементами ОПС являются водные объекты рыбохозяйственного назначения. Оценка риска их ингридиентного загрязнения осуществляется на основе эколого-рыбохозяйственного норматива - предельно-допустимой концентрации (ПДК), т.е. такой концентрации вещества, при превышении которой вода становится непригодной для использования в рыбохозяйственных целях. Процесс разработки и утверждения ПДК достаточно длителен, трудоемок и дорог. В соответствии с Правилами охраны поверхностных вод (1991 г.) и Правилами охраны от загрязнения прибрежных вод морей (1984 г.) утверждение ПДК на каждое вещество, попадающее в водную среду в результате любой деятельности, является обязательным. Разработка эколого-рыбохозяйственных нормативов должна осуществляться до начала проектирования строительства скважины. Опасность загрязнения объектов ОПС оценивается по степени превышения ПДК.
Изложенная практика оценки экологичности веществ не учитывает специфику технологии бурения скважин и вследствие этого не обеспечивает достоверную оценку экологического риска. Используемые в бурении вещества можно разделить на две категории: товарные (продукция промышленного производства) и нетоварные (композиции, приготавливаемые из товарных веществ для использования в технологическом процессе, буровые растворы) [72]. Наиболее значимым с точки зрения разнообразия и объема применяемых веществ является процесс промывки ствола скважины, включающий приготовление бурового раствора (БР), его использование (прокачивание через скважину) и кондиционирование (поддержание требуемых свойств). При этих работах применяются товарные (химические реагенты и материалы) и нетоварные (буровые растворы) вещества. Методика разработки эколого-рыбохозяйственных нормативов для буровых растворов базируется на неподтвержденном предположении о неизменности их состава в процессе промывки скважины. В соответствии с решением, принятым Научно-техническим советом «Главрыбвода», они классифицируются как смесевые препараты постоянного состава. В действительности состав исходного бурового раствора в процессе циркуляции через скважину изменяется. Кондиционирование БР, осуществляемое главным образом путем химической обработки, также изменяет состав циркулирующего бурового раствора. Следовательно, предположение о неизменности состава БР в процессе промывки скважины ошибочно.
Попадая в воду, БР перестают существовать, распадаясь на отдельные компоненты. Таким образом, для сохранения практики утверждения эколого-рыбохозяйственных нормативов для буровых растворов правомерен контроль их содержания по компоненту индикатору. В настоящее время для смесевых или биоразлагающихся препаратов в перечне ПДК [52] указывается компонент (индикатор) по которому удобнее всего вести контроль. При отсутствии надежного метода аналитического контроля осуществляется расчет, поэтому для БР в графе «Метод контроля» указывают расчет. Однако, утвержденных в установленном порядке, методик обоснования компонентов-индикаторов или методик расчета концентрации БР в воде по содержанию компонентов нет. Следовательно, напрямую использовать ПДК буровых растворов при оценке ущерба водным биоресурсам не представляется возможным. Практически эта задача решается путем определения концентрации в воде компонентов БР. Отмеченные недостатки обеспечения экологической безопасности применения нетоварных веществ путем установления эколого-рыбохозяйственных нормативов являются основными, но не единственными. Для описания БР используются, как правило, обобщенные названия компонентов (бентоглинопорошок, полиакриламид гидролизованный, карбоксиметилцеллюлоза и др.). При этом возможно распространение результатов исследований на аналогичные вещества, не прошедшие токсикологическую оценку. Например, различные марки карбоксиметилцеллюлозы характеризуются значениями ПДК, различающимися до 200 раз, от 0,1 до 20 мг/л. Поэтому совпадение составов реально используемого бурового раствора и утвержденного его аналога является случайным. Следовательно, существует вероятность того, что эколого-рыбохозяйственные показатели применяемого БР могут быть хуже его аналога, указанного в перечне ПДК. Для исключения этого несоответствия целесообразно в перечне ПДК приводить концентрации ингредиентов БР в виде интервала значений, а ПДК указывать для самой худшей в этом отношении рецептуры БР.
К нетоварным веществам кроме БР относятся технологические отходы бурения (ТОБ): буровой шлам, буровые сточные воды и отработанные буровые технологические жидкости. Все операции, связанные с размещением ТОБ (сбор, обработка, утилизация и захоронение отходов) представляют опасность для ОПС и должны быть предметом анализа при оценке экологического риска технологии бурения [9]. ТОБ, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой, как правило в земляных амбарах-отстойниках и водонакопителях, сооружаемых на буровой площадке также представляют опасность. Технологией строительства скважин предусмотрено, что такие амбары подлежат ликвидации после окончания строительства скважин. Но практика показывает, что во многих случаях своевременной ликвидации не производится. В то же время несвоевременно ликвидированные шламовые амбары являются постоянно действующим фактором загрязнения природной среды. Проведенные исследования показали, что из-за несвоевременной ликвидации шламовых амбаров в объекты окружающей среды ежегодно попадает до 6,5 % их содержимого. Если учесть, что наиболее подвижными являются жидкие отходы (буровые сточные воды и отработанные БР), которые аккумулируют в себе основной объем загрязнителей, то можно с уверенностью утверждать, что именно они являются переносчиками загрязняющих веществ в объекты природной среды. Более того, даже ликвидация амбаров не полностью прекращает отрицательное воздействие ТОБ. В первую очередь жидких загрязнителей, имеющих высокую проникающую способность. Альтернативным решением, позволяющим отказаться при строительстве скважин от амбаров-отстойников, является их замена металлическими мерными емкостями и контейнерами, которые после заполнения могут быть эвакуированы на специальные полигоны для захоронения содержащихся в них вредных веществ [7, 8]. Обычно экологичность отходов оценивается расчетным методом, исходя из их химического или вещественного состава, в соответствии с «Методическими рекомендациями по определению класса токсичности промышленных отходов» (1987 г.).
