1 - валовая проба; 2 - выделенная фракция методом отмучивания/
1 - gross sample; 2 - selected fraction by elutriation
Геохимическая специфика исследуемых буровых шламов рассчитана относительно кларка верхней части континентальной коры на основании работы Н. А. Григорьева [2] (табл. 2).
Буровой шлам с Ярактинского месторождения различается в зависимости от типа скважины. Проба, отобранная на кустовой площадке с эксплуатационными скважинами, выделяется повышенным содержанием Pb, As, Sb, Mo, Cu, Zn, W, Ag, Mg, Li. В буровом шламе с разведочной скважины отмечается ряд элементов с повышенным содержанием - Cu, As, Sc, Co, Mg, Na, V, Ni, Mn, Ti, Fe, Zn, Ag, Ge, Cr. При сравнении двух проб с Ярактинского месторождения отмечается сильное различие в содержании редкоземельных элементов (в пробе, отобранной из разведочной скважины, концентрация РЗЭ близка к единице). Проба бурового шлама с эксплуатационной скважины Марковского месторождения существенно отличается по концентрации элементов. Отмечается повышенное содержание таких элементов, как As, Sc, Ag, Sr, Mg, Zn, Cr, Co, Li, Mn, Mo, Sb.
Элементный состав исследуемых буровых шламов различен, однако в целом накапливаются элементы, относящиеся к тяжелым металлам. Рассматриваемая территория характеризуется проявлением натриевых солей и медистых песчаников, поэтому повышенное содержание меди в пробах объясняется природным фактором [11].
В табл. 2 наглядно показана специфика накопления химических элементов в буровых шламах. В буровом шламе с эксплуатационных скважин Ярактинского месторождения элементы концентрируются высоко, в буровом шламе с разведочной скважины - в меньшей степени. Суммарный показатель загрязнения, рассчитанный по кларку концентрации, показывает, что проба с Ярактинского месторождения, отобранная на кустовой площадке с эксплуатационными скважинами, обладает высокой степенью загрязнения. К низкой степени загрязнения относится проба бурового шлама с Марковского месторождения.
Таблица 2 / Table 2
Кларки концентрации (Кк) химических элементов относительно среднего состава верхней части континентальной земной коры по Н. А. Григорьеву [2] в буровых шламах нефтегазоконденсатных месторождений (Ярактинское и Марковское) / Clark of concentration of chemical elements relative to the average composition in the upper continental crust by N. A. Grigoriev [2] in drill cutting oil and gas condensate fields (Yaraktinskoye and Markovskoye fields)
|
Диапазон/ Range |
Химические элементы / Chemical elements |
|||
|
Марковское месторождение / Markovskoye fields |
Ярактинское месторождение / Yaraktinskoye fields |
|||
|
эксплуатационная скважина / production well |
эксплуатационная скважина / production well |
разведочная скважина / exploratory well |
||
|
> 3 |
As |
Pb, As, Sb, Mo, Cu, Zn, |
Cu, As, Sc |
|
|
2...3 |
- |
W |
Co, Mg, Na, V, Ni, Mn |
|
|
1...2 |
Sc, Ag, Sr, Mg, Zn, Cr, Co, Li, Mn, Mo, Sb |
Ag, Mg, Li |
Ti, Fe, Zn, Ag, Ge, Cr |
|
|
0,5.1 |
Be, Fe, V, Ge, Ti, U, P, Cu, Pb, Ni, Ga, Ba, K, Si, Yb, Zr, Al, Rb, Eu, Nd, Na, Sm, Bi, Cs, Tb, Gd, Dy, Y, Ce, La, Nb, Tm, Er |
Bi, Cr, Co, Sn, Sr, Fe, Ge, U, Cd, V, Mn |
P, Sr, Ga, Yb, Tm, Dy, Er, Y, W, Eu, Tb, Zr, Al, Li, Mo, Ho, Lu, Gd, Si |
|
|
< 0,5 |
Lu, Th, W, Pr, Sn, Hf, Cd, Ho, Tl, Ta |
Ni, Si, P, Ti, K, Nb, Tl, Ta, Ga, Rb, Na, Cs, Be, Ba, Al, Zr, Hf, Tm, Sm, Sc, Tb, Gd, Eu, Th, Nd, La, Y, Pr, Ho, Ce, Lu, Yb, Er, Dy |
Sm, Sn, Nb, Hf, Be, Nd, Cd, Ce, Sb, Pr, U, Ba, La, Ta, Pb, K, Rb, Th, Bi, Tl, Cs |
|
|
Zc |
8,78 |
34,53 |
20,56 |
Также пробы бурового шлама разделялись на магнитную, электромагнитную и немагнитную фракции. Каждая фракция исследовалась методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на сканирующем электронном микроскопе. Магнитная фракция в основном представлена оксидами железа в виде осколков и сферул. Буровой шлам Ярактинского месторождения выделяется наличием Ti-Fe-содержащими частицами, в отличие от проб с Марковского месторождения, где данные частицы не найдены.
Электромагнитная фракция проб бурового шлама представлена Pb-, Sn- и Sr-содержащими частицами, а также наличием включений, спектр которых соответствует группе сульфидов (пирит, халькопирит).
В пробах бурового шлама с Ярактинского месторождения, отобранных с разведочной скважины, отмечается наличие Pb-содержащих и Sr-S-содержащих частиц, также выявлен спектр минерала халькопирит и минерала галит (хлорид натрия). Буровой шлам с эксплуатационных скважин Ярактинского месторождения отличается от первой пробы наличием Sn-содержащей частицы и парагенезисом таких элементов, как Sr-Ba-S в одном спектре.
Проба с Марковского месторождения выделяется включением частиц со спектром таких элементов, как Sr-Ba-S и наличием дисульфидов железа (минерал пирит).
На исследуемых пробах бурового шлама проводилось биотестирование с последующим определением класса опасности на двух тест-объектах разных систематических групп: ракообразные Daphnia magna Straus (ФР. 1.39.2007.03222) и водоросли Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb (ФР 1.39.2007.03223).
Определение кратности разведения водной вытяжки из отхода, при которой вредное воздействие на гидробионты отсутствует, основано на биотестировании водной вытяжки, выделенной из исследуемого отхода. За окончательный результат принимается класс опасности, выявленный на тест-объек- те, проявившем более высокую чувствительность к анализируемому отходу.
Так, проба бурового шлама с Ярактин- ского месторождения (эксплуатационная скважина) относится к III классу опасности (умеренно опасный), водная вытяжка из отхода оказывает вредное воздействие при кратности 1...100 раз. Пробам с Ярактинско- го месторождения (разведочная скважина) и Марковского месторождения (эксплуатационная скважина) присвоен IV класс опасности (малоопасные), где водная вытяжка из отхода оказывает вредное воздействие при кратности в 1 раз.
Результаты биотестирования совпадают с рассчитанным показателем суммарного за-грязнения. Проба бурового шлама с Ярактин- ского месторождения, отобранная с кустовой площадки с эксплуатационными скважинами, является умеренно опасным веществом и обладает высокой степенью загрязнения.
Заключение
Обобщая результаты исследования по установлению геохимической и минералогической специализации буровых шламов на примере Ярактинского и Марковского месторождений, можно отметить ряд особенностей:
1) минералогический состав исследуемых проб бурового шлама схож, максимальную долю в составе занимают кварц, кальцит, доломит и слюдистые минералы;
2) в пробах бурового шлама, отобранных на шламовых амбарах Ярактинского и Марковского месторождений, отмечается повышенное концентрирование As, Zn, Mg, Ag относительно среднего состава верхней части континентальной земной коры (по Н.А. Григорьеву);
3) суммарный показатель загрязнения, рассчитанный по кларку концентрации, показывает, что исследуемые пробы относятся к разной степени загрязнения. Высокой степенью загрязнения обладает проба бурового шлама с Ярактинского месторождения, отобранная с кустовой площадки с эксплуатационными скважинами. Проба с разведочной скважины обладает средней степенью загрязнения. К низкой степени загрязнения относится проба бурового шлама с Марков-ского месторождения;
4) метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии при исследовании проб бурового шлама на сканирующем электронном микроскопе выявил минеральные фазы Pb, Sn, Sr, Ba Fe, Ti. Также зафиксированы оксиды железа сферической формы;
5) по результатам токсикологического анализа методом биотестирования исследуемый буровой шлам относится к умеренно опасным и малоопасным отходам. Пробы бурового шлама оказывают токсическое действие на микроводоросли Scenedesmus quadricauda и рачков Daphia magna.
Список литературы
1. Балаба В.И. Обеспечение экологической безопасности строительства скважин на море // Бурение и нефть. 2004. № 1. С. 18-21.
2. Григорьев Н. А. Распределение химических элементов в верхней части континентальной коры. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 382 с.
3. Матвиенко В. В., Кузнецов В. А., Цеханский М. В. К вопросу о современных методах переработки и утилизации отходов бурения // Нефть и газ Сибири. 2017. № 3. С. 94-99.
4. Московченко Д. В., Дорожукова С. Л. Последствия буровых работ на севере Тюменской области // Экология и промышленность России. 2002. № 9. С. 27-30.
5. Непско-Ботуобинская антеклиза - новая перспективная область добычи нефти и газа на Востоке СССР / под ред. А. Э. Конторовича, В. С. Суркова, А. А. Трофимука. Новосибирск: Наука, 1986. 245 с.
6. Патин С. А. Нефть и экология континентального шельфа = Oil and continental shelf ecology. М.: ВНИРО, 2001.247 с.
7. Пичугин Е. А. Шенфельд Б. Е. К вопросу различия буровых и нефтяных шламов // Экология и про-мышленность России. 2017. Т. 21, № 7. С. 14-19.
8. Попов Д. Д. Особенности геологического строения и перспективы нефтегазоносности базальных терригенных отложений венда западной, юго-западной частей Непско-Ботуобинской антеклизы // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле. 2011. Т. 4, № 1. С. 173-189.
9. Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П., Смирнова Р С., Башаркевич И. Л., Онищенко Т Л., Павлова Л. Н., Трефилова Н. Я., Ачкасов А. И., Саркисян С. Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
10. Соромотин А. В. Воздействие добычи нефти на таежные экосистемы Западной Сибири. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2010. 320 с.
11. Соромотин А. В., Пислегин Д. В. Тяжелые металлы в донных отложениях шламовых амбаров ге-ологоразведочных скважин Западной Сибири // Геоэкология. Инженерная геология. Г идрогеология. Геокриология. 2015. № 6. С. 514-520.
12. Стратиграфия нефтегазоносных бассейнов Сибири. Рифей и венд Сибирской платформы и ее складчатого обрамления = Stratigraphy of oil and gas basins of Siberia. Riphean and vendian of Siberian platform and plaited border / под ред. H. В. Мельникова. Новосибирск: Гео, 2005. 428 с.
13. Baloyan M. B., Chudnova T. A., Shapovalov D. A. Environmental justification of the use of drill cuttings in the soil // International agricultural journal. 2019. No. 1. P. 50-55.
14. Kujawska J., Cel W. Mobility of metals from drill cuttings. URL: https://www.longdom.org/open-access/ mobility-of-metals-from-drill-cuttings-2252-5211-1000285.pdf (дата обращения: 12.10.2019). Текст: электронный.
15. Mikos-Szymanska M., Rusek P, Borowik K., Rolewicz M., Bogusz P Characterization of drilling waste from shale gas exploration in Centraland Eastern Poland // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25, No. 36. P. 35990-36001.
16. Nabhani N., Khaje E. Environmental aspects of oil and water-based offshore drilling muds and cuttings // International Journal of Mechanical And Production Engineering. 2015. Vol. 3, No. 4. P. 14-19.
17. Savichev O. G., Matveenko I. A., Savchenko D. V. Changes in chemical composition of drilling waste water in taiga zone of Western Siberia (the Russian Federation) on the basis of thermodynamic approach. URL: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/35134/1/dx.doi.org-10.1088-1755-1315-43-1-012027.pdf (дата обращения: 10.10.2019). Текст: электронный.
References
1. Balaba V I. Burenie ineft (Drilling and oil), 2004, no. 1, pp. 18-21.
2. Grigoriev N. A. Raspredelenie himicheskih elementovvverhney chastikontinentalnoykory (Distribution of chemical elements in the upper part of the continental crust). Yekaterinburg: Uro RAS, 2009. 382 p.
3. Matvienko V. V., Kuznetsov V A., Tsekhansky M. V Neft igaz Sibiri (Oil and gas of Siberia), 2017, no. 3, pp. 94-99.
4. Moskovchenko D. V, Dorozhukova S. L. Ekologiya i promyshlennost Rossii (Ecology and industry of Russia), 2002, no. 9, pp. 27-30.
5. Nepsko-Botuobinskaya antekliza - novaya perspektivnaya oblast dobychi nefti igaza na Vostoke SSSR (Nepsko-Botuobinskaya antekliza - a new promising area of oil and gas production in the East of the USSR) / ed. A. E. Kontorovich, V. S. Surkov, A. A. Trofimuk. Novosibirsk: Nauka, 1986. 245 p.
6. Patin S. A. Neft i ekologiya kontinentalnogo shelfa = Oil and continental shelf ecology (Oil and ecology of the continental shelf = Oil and continental shelf ecology). Moscow: VNIRO, 2001.247 p.
7. Pichugin E. A., Schoenfeld B. E. Ekologiya i promyshlennost Rossii (Ecology and industry of Russia), 2017, vol. 21, no. 7, pp. 14-19.
8. Popov D. D. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Nauki o Zemle (News of the Irkutsk State University. Series: Earth Sciences), 2011, vol. 4, no. 1, pp. 173-189.
9. Saet Yu. E., Revich B. A., Yanin E. P., Smirnova R. S., Basharkevich I. L., Onishchenko T. L., Pavlova L. N., Trefilova N. Ya., Achkasov A. I., Sarkisyan S. Sh. Geohimiya okruzhayushchey sredy (Geochemistry of the environment). Moscow: Nedra, 1990. 335 p.
10. Soromotin A. V. Vozdeystvie dobychineftina taezhnye ekosistemyZapadnoy Sibiri (Impact of oil production on taiga ecosystems in Western Siberia). Tyumen: Publishing house of the Tyumen State University, 2010. 320 p.
11. Soromotin A. V., Pislegin D. V Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya (Ecology. Engineering geology. Hydrogeology. Geocryology), 2015, no. 6, pp. 514-520.
12. Stratigrafiya neftegazonosnyh basseynov Sibiri. Rifey i vend Sibirskoy platformy i ee skladchatogo obramleniya = Stratigraphy of oil and gas basins of Siberia. Riphean and vendian of Siberian platform and plaited border (Stratigraphy of oil and gas basins in Siberia. Riphean and Wend of the Siberian platform and its folded frame = Stratigraphy of oil and gas basins of Siberia. Riphean and vendian of Siberian platform and plaited border) / ed. N. V. Melnikov. Novosibirsk: Geo, 2005. 428 p.
13. Baloyan M. B., Chudnova T. A., Shapovalov D. A. International agricultural journal (International agricultural journal), 2019, no. 1, pp. 50-55.
14. Kujawska J., Cel W. Mobility of metals from drill cuttings (Mobility of metals from drill cuttings). URL: https://www.longdom.org/open-access/mobility-of-metals-from-drill-cuttings-2252-5211-1000285.pdf (Date of access: 12.10.2019). Text: electronic.
15. Mikos-Szymanska M., Rusek P., Borowik K., Rolewicz M., Bogusz P. Environmental Science and Pollution Research (Environmental Science and Pollution Research), 2018, vol. 25, no. 36, pp. 35990-36001.
16. Nabhani N., Khaje E. International Journal of Mechanical And Production Engineering (International Journal of Mechanical And Production Engineering), 2015, vol. 3, no. 4, pp. 14-19.
17. Savichev O. G., Matveenko I. A., Savchenko D. V. Changes in chemical composition of drilling waste water in taiga zone of Western Siberia (the Russian Federation) on the basis of thermodynamic approach (Changes in chemical composition of drilling waste water in taiga zone of Western Siberia (the Russian Federation) on the basis of thermodynamic approach). URL: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/35134/1/dx.doi.org- 10.1088-1755-1315-43-1-012027.pdf (Date of access: 10.10.2019). Text: electronic.