Экологические проблемы бурения скважин

В последние десятилетия взаимоотношения человека и окружающей среды находятся в центре внимания всего мирового сообщества. Академик П.Л.Капица еще в середине 1970-х гг. выделил три наиболее значимых аспекта проблемы отношений человека и природы:

  1. технико-экономический, связанный с истощением природных ресурсов земного шара;
  2. экологический, связанный с биологическим равновесием человека с живой природой при глобальном загрязнении окружающей среды;
  3. социально-политический, связанный с необходимостью решения этих проблем в масштабе всего человечества.

Вовлечение все новых и новых природных ресурсов в индустриальное производство, увеличение численности населения, урбанизация и другие факторы выдвигают экологическую проблему как важнейшую.

Особое положение в планетарной системе атмосфера — океан — суша — оледенение занимают обширные районы распространения современных ледников, сосредоточенные в высокогорных и приполярных областях нашей планеты. Занимая площадь 16,1 млн. км2 или 10,9% суши, они заключают в себе подавляющую массу пресной воды на Земле и являются одним из наиболее значимых факторов формирования и изменения климата на планете. Наиболее важную роль при этом играют значительные по площади и мощные по толщине современные ледниковые покровы Антарктиды и Гренландии, на которые приходится соответственно 85,3% и 12,1% от общей площади ледниковых покровов.

Изучение ледников и ледниковых покровов имеет первостепенное значение не только для познания законов формирования и развития криосферы Земли в целом, но и занимает важное место при исследовании других глобальных явлений и процессов. Большую ценность для изучения истории развития нашей планеты представляют накопленные в течение десятков и сотен тысячелетий и сохранившиеся в низкотемпературных тысячеметровых ледовых толщах практически без изменений различные включения земного и внеземного происхождения: пузырьки воздуха древней атмосферы, вулканический пепел, метеоритные частицы, земная и космическая пыль, пыльца, споры, бактерии и др.

Ближайшие десятилетия будут характеризоваться качественно новыми процессами в освоении недр Земли. Это вовлечение в производство весьма бедных, но крупных месторождений полезных ископаемых в неосвоенных районах, в том числе и в районах Арктики и Антарктики, а также месторождений морей, океанов и прибрежного шельфа. Истощение сырьевых ресурсов нашей планеты значительно повышает интерес к запасам полезных ископаемых, скрытых ледниками.

В недрах Антарктиды хранятся неисчислимые минеральные богатства гондванского комплекса. По оценке американского геолога Л.Гулда запасов каменного угля на Южнополярном континенте больше, чем на всех остальных континентах, вместе взятых. Богата Антарктида железными рудами, во многих районах Восточной Антарктиды найдены медный колчедан, галенит (минерал, содержащий свинец), касситерит (оловосодержащий минерал) и другие минералы, богатые никелем, хромом, молибденом. На побережье Земли Королевы Мод открыты многочисленные залежи графита, на земле Эндерби — мусковита, флогопита, минералов, используемых для добычи слюды.

В последние десятилетия в ледниковых областях Земли развернулись самые разнообразные научные исследования и, в первую очередь, в Антарктиде и Гренландии. Важность задач и объемы исследований, высокая их стоимость определяют тенденцию к тесному международному сотрудничеству, к кооперированию исследований и концентрации усилий на конкретных тематических проектах, что и обусловило переход от комплексных национальных программ, характерных для 50-х и 60-х годов, к долговременным международным проектам.

Успешное проведение исследований по этим проектам оказалось возможным благодаря созданию и внедрению в практику полевых гляциологических работ новых методов и технических средств, среди которых особое место по информативности и комплексности изучения ледников и ледниковых покровов занимает бурение и ремонт скважины с полным отбором керна.

Так в начале 80-х годов успешно был завершен Международный проект по исследованию ледникового покрова Гренландии GISP 1, организованный Национальным научным фондом США с участием ряда европейских стран — Дании, Франции, ФРГ, Швейцарии, главным достижением которого было бурение через всю ледниковую толщу скважины глубиной 2038 м. В начале 90-х годов также в Гренландии были успешно завершены два Международных проекта: Проект колонкового бурения в Гренландии (GRIP), организованный Европейским научным фондом с участием Бельгии, Великобритании, Дании, Исландии, Италии, Франции, ФРГ и Швейцарии, и Проект GISP 2, поддерживаемый Национальным научным фондом США. В результате были пробурены две скважины глубиной 3029 м (1992 г.) и 3053 м (1993 г.) и получен керн по всему разрезу ледникового покрова Гренландии в районе его максимальной мощности.

В настоящее время этими фондами, а также национальными фондами Австралии, КНР и Японии продолжаются интенсивные исследования Антарктического ледникового покрова, в которых активное участие принимает и наша страна. В рамках отечественной национальной программы по изучению глубинного строения, состава и динамики ледникового покрова в центральной части Антарктиды, а также целого ряда совместных программ сотрудничества по данной тематике с Францией и США на внутриконтинентальной станции Восток успешно выполняется проект глубокого бурения через всю ледниковую толщу. В 1998 г здесь был достигнут абсолютный рекорд по бурению глубоких скважин в ледниках — 3623 м.

Антарктида и Гренландия как потенциальные объекты практического освоения характеризуются сочетанием наиболее экстремальных природно-климатических условий: почти сплошной ледяной покров на суше и тяжелые льды на шельфе, низкие отрицательные температуры, чрезвычайная отдаленность от пунктов снабжения, специфические транспортные условия, полное отсутствие инфраструктуры и др. Поэтому до сих пор ряд вопросов, касающихся технологии проходки и исследования скважин во льдах и в подледниковых отложениях, является нерешенным.

В первую очередь это относится к созданию экологически безопасных технологий, так как строительство разнообразных горных сооружений — карьеров, шахт, траншей, буровых скважин — связано с изменением (главным образом, ухудшением) практически всех составляющих окружающей среды: атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, ландшафта, растительности и животного мира. Главным источником экологической опасности при бурении является наличие в используемых промывочных средах и их отходах веществ, вызывающих активизацию химико-физических процессов в атмосфере, гидросфере, геосфере и биосфере.

Промывочная среда, как правило, специальная низкотемпературная жидкость, заполняющая ствол глубокой скважины, выполняет целый ряд функций, из которых наиболее важными с технологической точки зрения являются очистка забоя от продуктов разрушения и обеспечение устойчивости ствола скважины. Специфические условия бурения скважин во льду предъявляют особые требования к промывочной жидкости:

а) регулируемая плотность в пределах от 900 до 950 кг/м3;

б) морозостойкость (температура льда достигает — 57њ С в Центральной Антарктиде и — 32њ С в Гренландии);

в) низкая вязкость, необходимая для проведения спуско-подъемных операций в скважине со скоростью не ниже 1 м/с;

г) высокая стабильность;

д) инертность к различным материалам, используемым в буровом оборудовании и инструменте, а также в скважинных устройствах и приборах;

е) соответствие нормам и требованиям безопасности (производственной, противопожарной, санитарной и экологической);

ж) доступность и относительно небольшая стоимость.

Требование экологической чистоты, предъявляемое к промывочным жидкостям, имеет особое значение, так как последствия воздействия на окружающую среду в полярных районах, имеющих уникальное сочетание природных условий, может иметь катастрофический необратимый характер.


Посмотрите также:

Куда сдать на утилизацию отходы, технику и другие вещи в Вашем городе