Согласно стратегии «Роснефть – 2022» компания должна придерживаться лидерских позиций в мире в области обеспечения безаварийной производственной деятельности. В статье рассматриваются виды воздействия шламового амбара на многолетнемерзлые грунты (ММГ) с предложением возможных путей решения проблемы для минимизации воздействия на окружающую среду и сохранения безопасного производственного процесса.
Ключевые слова: бурение, шламовый амбар, многолетнемерзлые грунты, растепление ММГ, кустовая площадка, площадка строительства скважины.
Abstract
According to the Rosneft-2022 strategy, the Company must hold a world leading position in terms of ensuring the accident-free production activities. The types of impact of a sludge pits on permafrost soils with proposed possible solutions to minimize the impact on the environment and maintain a safe production process are reviewed in the article.
Key words: drilling, sludge pit, permafrost soils, permafrost thaw, well pad, well construction site

           Размещение шламовых амбаров на многолетнемерзлые грунты (ММГ) требует специального подхода в выборе мероприятий для сохранения экологической безопасности. Шламовый амбар является объектом долгосрочного использования и захоронения, а также частью кустовой площадки (КП) нефтяных добывающих скважин, поэтому корректность выбора технологии строительства шламового амбара влияет на экологическую безопасность и экономические затраты по инженерной подготовке КП.

          Научный интерес к этой проблеме обусловлен последними объективными климатическими индикаторами. Анализ изменения климата Восточной Сибири за 1976-2018 гг. показал, что среднегодовая температура повышалась со скоростью 0,4-0,8°/10 лет [1]. В Восточной Сибири в связи с изменением климата главной проблемой является деградация многолетнемерзлых грунтов [2]. Она ведет к уменьшению несущей способности земляного основания и активизирует геоморфологические процессы, представляющие угрозу для инфраструктуры [1].

           Кустовая площадка представляет собой комплекс сооружений и оборудования для обеспечения строительства нефтяных скважин и организации процесса добычи нефти. Строительство КП влечет за собой изменение природного ландшафта территории, которое связано с вырубкой деревьев, кустарников и другой растительности, разработкой грунтов при планировке, рытьем траншей и амбаров. Любое вмешательство в естественное состояние ММГ, находящихся в основании разрабатываемой поверхности, влечет за собой изменения естественной структуры. Это обусловлено высокой чувствительностью ММГ к любому техногенному воздействию, а так же к изменению климата. Интенсивное техногенное воздействие на ММГ, в том числе и в процессе эксплуатации размещенного на площадке оборудования, может привести к оттаиванию и осадке грунтового массива. Протаивание ММГ может вызвать проседание КП и разрушение фундаментов.
Также в результате оттаивания пород может произойти изменение режима подземных вод, который в свою очередь может повлиять на гидрогеологические условия участка производства работ.

          Существует два принципа строительства сооружений на многолетнемерзлых грунтах и использования их в качестве основания: принцип I — многолетнемерзлые грунты основания используются в мерзлом или промораживаемом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения; принцип II — многолетнемерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения) [3].

              Выбор принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания сооружений, а также способов и средств, необходимых для обеспечения принятого в проекте температурного режима грунтов, следует производить на основании сравнительных технико-экономических расчетов. Зачастую, теплотехнический расчет отсыпки кустовой площадки с ММГ не учитывает наличие и влияние шламового амбара, что крайне необходимо в связи с тем, что шламовый амбар, в отличие от временного накопителя отходов бурения, является объектом долгосрочного использования и захоронения, и эксплуатируется на протяжении строительства всех скважин на кустовой площадке. При таких условиях эксплуатации шламовый амбар является объектом капитального строительства, применяемые к нему защитные технологии должны обладать надежными свойствами, а при проектировании проводиться теплотехнические расчеты. Принципы передачи тепла от шламового амбара ММГ недостаточно изучены. В первую очередь они определяются конструкцией шламового амбара, а так же условиями эксплуатации.

          Наполнение амбаров буровым шламом (БШ), буровыми сточными водами (БСВ) и отработанным  буровым раствором (ОБР) происходит поэтапно, по мере бурения скважин на кустовой площадке. За это время дно и стенки шламового амбара, покрытые гидроизоляционным материалом, подвергаются подогреву солнечными лучами с внешней стороны, что может повлиять на величину растепления ММГ и изменения надмерзлотных и подмерзлотных слоев. БШ, ОБР и БСВ также имеют положительную  температуру, особенно в летнее время, не успевая остывать, что может также негативно отразиться на чувствительных к температурным воздействиям ММГ. В зимнее время необходимо отметить возможное отсутствие снежного покрова в амбаре в зоне распространения ММГ. Изменение параметров снежного покрова приводит к промерзанию или оттаиванию грунтов оснований без дополнительных тепловых воздействий [4]. Конструкция шламового амбара в своем разрезе должна иметь подстилающий слой из песка под гидроизоляционным материалом и защитный слой из песка над гидроизоляционным материалом не только для защиты гидроизоляции от механических воздействий, но и от температурного воздействия. Пример общего вида конструкции шламового амбара показан на рисунке 1.

Рис.1. Пример общего вида конструкции шламового амбара

        Величина подстилающего и защитного слоя регламентируется [5], либо она должна определяться теплотехническим расчетом. Проведение теплотехнического расчета воздействия шламового амбара на ММГ позволит определить оптимальную технологию строительства амбара и подобрать необходимые материалы. Шламовый амбар используется в качестве объекта захоронения отходов бурения, обезвреженных по технологии нейтрализации отходов бурения IV класса опасности путем их обработки консолидирующим нетоксичным материалом. Одним из типов консолидирующих нетоксичных материалов может быть цементная пыль. Эксплуатация шламового амбара в районе распространения многолетнемерзлых грунтов и грунтовых вод с применением технологии консолидации усложняется захоронением в шламовом амбаре консолидированной массы. Площадка обустройства месторождения становится значительно меньше предшествующей ей площадки бурения и территория рекультивированного амбара с затвердевшей консолидированной массой может использоваться, например, в виде подъездной дороги. В случае нарушения гидрогеологических условий и просадки ММГ могут возникнуть серьезные и невосполнимые последствия для экосистемы и инфраструктуры всей кустовой площадки. Восстановление объектов площадки влечет за собой дополнительные расходы.  Только затраты такой статьи могут быть намного больше, чем при применении защитных мероприятий на этапе проектирования и строительства.

             Таким образом, взаимодействие шламового амбара с ММГ на сегодняшний день остается мало изученной проблемой, не смотря на применение современных технических средств в виде сезонно действующих  систем температурной стабилизации для приустьевой зоны и подземных трубопроводов, а также проведения расчетов величины ореола оттаивания и осадки грунта.

             Корректность выбора технологии строительства шламового амбара, проведение дополнительных исследований, геотехнического мониторинга и теплотехнических расчетов позволит управлять экологическими рисками, сократить экономические затраты на строительство кустовых площадок и значительно снизить расходы на ликвидацию последствий негативного воздействия на окружающую среду.

Список используемых источников информации:

1. Анисимов О.А., Жильцова Е.Л., Шаповалова К.О., Ершова А.А. Анализ индикаторов изменения климата. Часть 1. Восточная Сибирь. Метрология и гидрогеология 2019 №2.;
2. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории российской Федерации. Общее резюме. – М., Росгидромет, 2014, 58 с .;

3. СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;
4. Георгияди В.Г., Зенков Е.В. «Адаптация расчетных моделей», Научно-технологический дайджесть «Проектирование, строительство, эксплуатация на ВМГ», июль 2019 г.;
5. СН 551-82 «Инструкция по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки для искусственных водоемов».