Геохимические условия размещения и утилизации отходов бурения в торфяно-болотных геосистемах Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 375. DOI: 10.17223/15617793/375/39

Геохимические условия размещения и утилизации отходов бурения в торфяно-болотных геосистемах Сибири

На основе данных геохимических исследований, выполненных авторами в 1998-2013 гг., получена общая характеристика химического состава отходов бурения в районах размещения объектов нефтегазодобычи на заторфованных территориях Западной и Восточной Сибири. Выполнено термодинамическое моделирование изменения химического состава амбарных вод. Показано, что в течение нескольких лет возможно снижение суммарного содержания растворённых солей только за счёт взаимодействий в системе «вода - порода» примерно на 40%. Выработаны рекомендации по использованию отходов бурения для рекультивации нарушенных участков торфяных болот.

Geochemical conditions of cuttings disposal and utilization in Siberian peat-bog geosystems.pdf В процессе добычи нефти и газа в наземные и водные экосистемы попадает значительное количество загрязняющих веществ, в том числе с отходами бурения, основная часть которых складируется в шламовых амбарах. Последние объекты часто размещены в пределах торфяных болот, характеризующихся дефицитом целого ряда веществ, что ограничивает развитие лесных (неболотных) фитоценозов. В то же время они в избытке содержатся в отходах бурения. Это и определяет актуальность исследований условий их размещения и утилизации в болотных экосистемах региона. Исследование является продолжением работы [1] и выполнено на основе данных Томского политехнического университета (ТПУ), Томского государственного университета (ТГУ), ОАО «Томскгеомониторинг», ОГУ «Облкомприрода» (г. Томск), полученных при участии авторов в 1998-2013 гг. совместно с В.А. Базановым, В.С. Архиповым и другими и частично опубликованных в [1-5]. Кроме того, использовались данные других авторов [6, 7]. Объектами исследования послужили нефтяные и газовые промыслы в Томской, Тюменской областях и Красноярском крае, расположенные в пределах торфяных болот. Методика полевых и лабораторных работ приведена в [1, 2], а термодинамических расчётов и моделирования - в [8]. Обобщение неопубликованных данных авторов и материалов [1-7] показало, что субстрат, сбрасываемый в шламовые амбары нефтегазовых месторождений, по сравнению с торфами исследуемых районов, содержит значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов и ряд других веществ (табл. 1). Заметно выше (относительно болотных вод) содержание указанных веществ и в амбарных водах (табл. 2). С одной стороны, это свидетельствует о значительном отклонении состава отходов бурения от состояния окружающей природной среды, особенно болотных экосистем. С другой стороны, состояние самих болот кардинально отличается от соответствующих показателей лесных фитоценозов, являющихся, с антропоцентрической точки зрения, более важным природным объектом и ресурсом, использование которого возможно как в хозяйственном, так и рекреационном отношении. В целом, с учётом огромных масштабов болотных процессов и продолжающегося интенсивного заболачивания равнинных территорий в Сибири [9], вопрос о направлениях охраны и использования болот региона является весьма неоднозначным. Сравнение данных о химическом составе твёрдого вещества и жидкости в шламовых амбарах, минеральных почв, торфов и болотных вод позволяет предположить, что твёрдые и жидкие отходы бурения вполне пригодны для использования при рекультивации нарушенных участков болот. Этот парадоксальный, на первый взгляд, вывод определяется тем, что в отходах бурения находятся более высокие, чем в торфах и болотных водах, количества кальция, магния, калия и соединений азота, необходимых для нормального функционирования неболотных фитоценозов. Однако есть и определённые проблемы, связанные с повышенным содержанием в отходах натрия и хлоридов, негативно влияющих на развитие растительности. Наиболее оптимальный по эффективности и себестоимости подход к решению этого вопроса заключается в смешении отходов бурения, торфов (включая загрязнённые), хозяйственно-бытовых стоков с повышенным содержанием биогенных веществ и негашёной извести. Это позволит, с одной стороны, снизить концентрации не только натрия и хлоридов, но и целого ряда токсичных микроэлементов и органических кислот, а с другой - увеличить содержание биогенных веществ. При этом необходимо отметить, что, несмотря на значительное содержание в амбарных водах растворённых солей, они остаются недосыщенными относительно первичных алюмосиликатов (табл. 3). В то же время амбарные воды пересыщены относительно карбонатных минералов и гуматов металлов, что обусловливает потенциальную возможность снижения концентраций некоторых веществ в течение того или иного времени. Для подтверждения этой гипотезы было выполнено термодинамическое моделирование изменения химического состава амбарных вод в направлении достижения минимума энергии Гиббса системы «вода - порода» с помощью программного комплекса Solution+. Полученные при этом результаты свидетельствуют о ключевой роли карбонатного барьера, определяющего постоянное выведение из раствора кальцита и доломита (табл. 3). Осаждаться будут также глинистые минералы и гуматы ряда металлов, следствием чего станет снижение концентраций макрокомпонентов в амбарных водах примерно на 40% даже при отсутствии специальных воздействий (табл. 4). При наличии последних, особенно в части принудительной коагуляции взвешенных веществ, следует ожидать дополнительного снижения концентраций растворённых и взвешенных веществ. Образующийся при этом осадок целесообразно смешивать с другими компонентами окружающей среды и сточными водами с целью усреднения их химического состава. Т а б л и ц а 1 Средний химический состав отходов бурения, минеральных почв и торфов в районах размещения объектов нефтегазодобычи Показатель Отходы бурения Торс э Минеральные почвы а 5а A 5а A 5а рН(в.в.) 7,77 0,22 4,75 0,30 6,06 0,18 Ca^.s.), ммоль/100 г 123,4 101,8 67,0 12,7 20,9 4,7 Mg2+(B.B;i, ммоль/100 г 46,6 41,6 26,3 4,0 1,7 0,5 304(в.в.), мг/кг 3 194,8 2 904,5 80,4 33,6 22,2 5,0 а-(в.в.), мг/кг 228,1 214,9 123,1 48,1 25,9 6,2 N03^^), мг/кг 28,79 7,53 19,10 18,10 4,35 1,33 Органическое вещество, % 10,6 8,8 47,2 11,4 4,6 0,7 Нефтепродукты, мг/кг 29 791,6 9 345,1 1056,6 265,7 111,2 24,5 P, мг/кг 173,1 24,6 385,4 179,8 440,1 81,1 K, мг/кг 328,6 26,7 - - 122,8 30,5 Ca, мг/кг - - 5895,0 1119,0 - - Cr, мг/кг 33,3 10,0 38,0 16,2 84,9 16,4 Mn, мг/кг 221,7 113,7 824,5 584,4 1068,1 206,3 Fe, мг/кг - - 17 385,0 6 469,9 38 520,4 5 323,5 Cu, мг/кг 57,9 27,1 9,6 3,3 23,9 5,2 Zn, мг/кг 174,4 80,7 21,3 5,7 31,7 6,6 As, мг/кг 3,8 0,8 1,8 1,0 2,4 0,4 Cd, мг/кг 0,8 0,2 0,2 0,1 0,1

Ключевые слова

отходы бурения, шламовые амбары, торфяные болота, химический состав, Сибирь, cuttings, mud pits, peat swamps, chemical composition, Siberia

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Савичев Олег Геннадьевич Томский политехнический университет д-р геогр. наук, профессор кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологииOSavichev@mail.ru
Бернатонис Павел Вилисович Томский политехнический университет канд. геол.-минерал. наук, доцент кафедры общей геологии и землеустройстваbpv@tpu.ru
Бернатонис Вилис Казимирович Томский политехнический университет канд. геол.-минерал. наук, доцент кафедры геологии и разведки полезных ископаемыхbpv@tpu.ru
Всего: 3

Ссылки

Базанов В.А., Савичев О.Г., Волостное Д.В. и др. Влияние шламовых амбаров на геохимическое состояние болотных экосистем в бассейне реки Васюган // Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307, № 2. С. 72-75.javascript:saveUnit(null);
Бернатонис В.К., Архипов В.С., Здвижков М.А. и др. Геохимия растений и торфов Большого Васюганского болота // Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития / Под ред. М.В. Кабанова. Томск : Изд-во ИОА СО РАН, 2002. С. 204-215.
Савичев О.Г. Водные ресурсы Томской области. Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2010. 248 с.
Савичев О.Г., Копылова Ю.Г., Хващевская А.А. Эколого-геохимическое состояние окружающей среды в Северном Приангарье (Восточная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 316, № 1. С. 129-136.
Savichev O.G., Kolesnichenko L.G., SaiMina E.V. The ecologo-geochemical state of water bodies in the Taz-Yenisei interfluves // Geography and Nature Resources. 2011. Vol. 32, № 4. P. 333-336, DOI: 10.1134/S1875372811040056.
Bleuten W., Lapshina E., Ivens W. et al. Ecosystem recovery and natural degradation of spilled crude oil in peat bog ecosystems of westsiberia // Inter national Peat Journal. 1999. № 9. P. 73-82.
Березин А.Е., Базанов В.А., Волостнов Д.В., Шинкаренко В.П. Влияние шламовых амбаров на экологическую ситуацию вмещающих терри торий // Охрана природы : сб. ст. / под ред. А.Е. Березина. Томск : Изд-во НТЛ, 2001. Вып. 2. С. 21-43.
Савичев О.Г., Колоколова О.В.,Жуковская Е.А. Состав и равновесие донных отложений р. Томь с речными водами // Геоэкология. 2003. № 2. С.108-119.
Полозова Н.Н., Лапшина Е.Д. Накопление углерода в торфяных залежах Большого Васюганского болота // Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития / под ред. М.В. Кабанова. Томск : Изд-во ИОА СО РАН, 2002. С. 174-179.
 Геохимические условия размещения и утилизации отходов бурения в торфяно-болотных геосистемах Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 375. DOI: 10.17223/15617793/375/39

Геохимические условия размещения и утилизации отходов бурения в торфяно-болотных геосистемах Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2013. № 375. DOI: 10.17223/15617793/375/39

Полнотекстовая версия