5. Токсикологическая и экологическая характеристика реагентов и материалов для бурения.

Классификация реагентов для регулирования свойств буровых промывочных жидкостей по назначению 1) Понизители фильтрации – реагенты, снижающие потери жидкой фазы БР вследствие ее поглощения горной породой в процессе бурения -эфиры целлюлозы (КМЦ) -полиэлектролиты акрилового ряда (гидролизованный полиакрилонитрил, сополимеры акриловой и метакриловой кислот) -лигносульфонаты . 2) Структурообразователи – реагенты, вызывающие увеличение параметров: эффективной и пластической вязкости, статического и динамического напряжения сдвига (глина – бентонитовый глинопорошок, ксантан, высококислый нефтяной битум) Поддержание этих показателей на высоком уровне необходимо для сохранения выносной способности, также для обеспечения гидродинамического режима промывки скважины. 3) Разжижители (диспергаторы) - реагенты, не допускающие чрезмерного увеличения вязкости и структурных параметров БР (феррохромлигносульфонаты ФХЛС, натриевые соли фосфорных кислот, фосфоновые кислоты НТФ). 4) Регуляторы концентрации водородных ионов (рН) – обеспечивают оптимальный уровень щелочности или кислотности БР (едкий натр или каустическая сода, гидроокись калия, кальцинированная сода, гашеная известь). Свободные кислоты вводят редко. 5) Ингибиторы гидратации – снижают активность водной фазы и предотвращают набухание пород (хлорид кальция, известь, гипс, силикат натрия). Они затрудняют диспергирование частиц БШ, облегчая очистку БР от выбуренной породы 6) Смазочные добавки – снижают силы трения на всех поверхностях контакта деталей бур инструмента и оборудования между собой и с горной породой (полимеры, вводимые как стабилизаторы и понизители фильтрации, нефть и жидкие нефтепродукты, ПАВ – сульфонол, неонол, графитовый порошок). 7) Термостабилизаторы – повышают устойчивость и работоспособность БР в жестких термобарических условиях (хроматы и бихроматы щелочных металлов). 8) Эмульгаторы – способствуют диспергированию в среде БР несмешивающейся с ней жидкости и обеспечивающие устойчивость полученной эмульсии (ПАВ – сульфонолы, щелочные мыла, неонол). 9) Пеностабилизаторы – способствуют образованию и обеспечивают устойчивость пены (ПАВ – щелочные жировые мыла, алкилбензолсульфонаты, алкилсульфаты). 10) Пеногасители – препятствуют нежелательному образованию пены или разрушают уже образовавшуюся пену (сивушные масла, кремнийорганические соединения, резиновая или полиэтиленовая крошка) 11) Флокулянты – вызывают образование в БР рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы (линейные полиакриламиды.) Используют для облегчения очистки БР от высокодисперсного БШ. 12) Бактерициды воодят для защиты от микробиологической диструкции. Защита полимеров из класса полисахаридов . Антисептическим действием обладают (фенол, формальдегид) 13) Поглотители сероводорода - используют в случае проявления сероводорода в процессе бурения(железный сурик, магнетит)

ТОКСИЧНОСТЬ способность вещества вызывать нарушения физиологической функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях-его гибель.Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсичной дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше доза, тем выше токсичность. Степень токсичности вещества характеризуется также предельно допустимой концентрацией (ПДК)-максимальное количество вещества в единице объема воздуха или воды, которое при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызывает в нем патологических изменений, а также не нарушает нормальной жизнедеятельности человека.

Величины токсичности характеризуют степень опасности вещества при поступлении его в организм.

Класс опасности вредных веществ — условная величина, предназначенная для упрощённой классификации потенциально опасных веществ.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей.

Наименование показателя	Норма для класса опасности
	IV	III	II	I
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м³	более 10,0	1,1—10,0	0,1—1,0	менее 0,1

Классификация опасности отходов № п/п Степень вредного воздействия опасных отходов Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности Класс опасности отхода 1. Очень высокая Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует. I класс Чрезвычайно опасные 2. Высокая Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия. II класс Высокоопасные 3. Средняя Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника. III класс Умеренно опасные 4. Низкая Экологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее трех лет. IV класс Малоопасные 5. Очень низкая Экологическая система практически не нарушена. V класс Практически неопасные

Класс токсичности	Вещество	ПДК, мг/м3	ППК, кг/м3
I	Хроматы и бихроматы	0,01	-
2	Щелочи едкие	0,5	-
3	Масла минеральные	5,0	-
3	Сульфонол	3.0	-
3	Сода кальцинированная	2,0	-
4	Барит	6,0	-
4	Окись алюминия	2,0	-
4	Известняк, доломит	6,0	-
4	Кремнийсодержащие глины	4,0	-
4	Силикатная пыль (цемент, асбест)	6.0	-
I	Фенолы эстонских сланцев	1.5.	-
I	КССБ	-	0.30
2	Гипан	-	0.14
2	ФХЛС	-	0,13
2	Высшие жирные спирты	-	0,12
3	Крахмал	-	0,08
3	КМЦ	-	0,06
3	Метас	-	0,06
3	УЩР	-	0,30

Одним из ключевых факторов использования той или иной дисперсионной среды в настоящее время является степень ее токсичности для окружающей среды

Сложный химический состав дисперсионных сред затрудняет возможность разделения их на индивидуальные углеводороды, поэтому об их химическом составе судят по содержанию в них отдельных групп углеводородов: нафтеновых, парафиновых, ароматических, а также асфальто-смолистых веществ в том случае если дисперсионная среда - нефтяная основа.

Содержание алифатических углеводородов в нефти колеблется и может достигать до 70% . Кроме того, в состав нефти могут входить полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – соединения с числом конденсированных колец от двух до шести. Содержание ПАУ в нефти различно, но чаще всего составляет от 1 до 4%, но даже такая минимальная концентрация токсикантов вызывает тревогу у экологов в связи с высокой биологической (канцерогенной и мутагенной) активностью. В нефти распространены и гетероциклические аналоги ПАУ. Данные соединения иногда более токсичны, а их присутствие в смеси с ПАУ может вызвать синергетический эффект.

Ароматические углеводороды являются самыми токсичными компонентами дисперсионных сред, однако алифатические углеводороды (С5-С10), входящие в состав дисперсионных сред, также оказывают сильное токсическое воздействие на живые организмы, находясь в почвах, водной или воздушной средах. Алканы с короткой углеродной цепью особенно быстро действуют на клетки. Они легко проникают в клетки организмов через цитоплазматические мембраны, нарушая их. Однако, вследствие летучести, их токсическое действие непродолжительно. Токсичность высокомолекулярных алканов (С11-С28) выражена гораздо слабее, чем низкомолекулярных. Парафины не оказывают токсическое действие на живые организмы. Менее токсичной и вследствие этого самой распространенной дисперсионной средой, особенно при бурении скважин на морских проектах, является минеральное масло. В состав минеральных масел, входят в основном парафиновые углеводороды. Их содержание может достигать до 90%. Однако, нередко данные дисперсионные среды могут включать нафтеновые и ароматические углеводороды до 60 и 40% соответственно. В состав минеральных масел могут входить и смолисто-асфальтеновые вещества до 10%. Токсичность минеральных масел, используемых в бурении, изучена достаточно слабо, однако имеются сведения, что данные дисперсионные среды относятся к III и IV классам опасности.

Отдельной, наносящей большой вред группой реагентов, входящих в состав БПЖ являются ПАВ. По химическому составу и поведению в растворах различают анионоактивные (АПАВ), неионогенные (НПАВ), катионоактивные (КПАВ) и амфолитные ПАВ. В бурении наиболее часто используются первые три группы. Вредное воздействие ПАВ на биообъекты является сложным и многофакторным . ПАВ ухудшают органолептические показатели воды, придавая ей неприятный кислый запах и мыльный привкус. Попадая в воду, ПАВ вызывают пенообразование. Пена не только нарушает тепло- и газообмен, но и снижает поступление кислорода из воздуха, вызывает в значительных количествах размножение микроорганизмов, в том числе, и патогенных. В исследованиях Л.А. Косковой и В.И. Козловской (1979) установлено, что закономерность действия ПАВ на рыб заключается в том, что при концентрации 4-16 мг/л у них нарушается слизистый покров, а при более высоких концентрациях происходит жаберное кровотечение и нарушается проницаемость жаберных мембран, что приводит к уменьшению поступления кислорода. Обнаружены изменения под действием ПАВ в обонятельных и вкусовых органах рыб. При концентрации 1,5 мг/л сульфонола НП-3 полностью угнетается обонятельная реакция карпа.

В исследованиях С.А. Остроумова (1991) показана способность синтетических ПАВ в концентрации 0,2-0,4 мг/л нарушать процессы фотосинтеза фитопланктона, прекращать рост некоторых зеленых водорослей.

Применяемые в бурении ПАВ негативно влияют и на обитателей моря. Сульфонол в концентрации 0,02 мг/л приводит к полной гибели велигеров приморского гребешка; концентрация 3,4 мг/л является смертельной для серого ежа. Дисолван в концентрации 0,3 мг/л вызывает гибель 60% особей сеголеток форели; в концентрации 100 мг/л полностью подавляет оплодотворение икры вьюна. В почвах ПАВ негативно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов и рост растений. Так, например, под влиянием ПАВ происходит изменение культурально-морфологических свойств энтеробактерий . Большинство ПАВ обладают канцерогенным действием, что приводит к ускорению развития различных опухолей. Опасность ПАВ заключается в том, что они способствуют растворению нерастворимых в воде токсикантов, в частности углеводородов, или образуют стойкие эмульсии.

Для снижения активности воды в БПЖ используют хлорид кальция. Использование солей на основе хлоридов создает проблемы при утилизации отходов месторождения, образованных в результате работы с данным типом бурового раствора. Хлориды увеличивают электропроводимость любой воды и создают ряд проблем для биологических объектов, поскольку хлориды очень устойчивы к разрушению.

Модифицированная бентонитовая глина, используемая в БПЖ, по своему составу не представляет угрозы химического загрязнения, за исключением увеличения мутности воды . Из-за повышения мутности воды происходит отпугивание рыб от нерестилищ и миграционных путей. Это особенно актуально для Северного Сахалина, где уже нарушено 50% нерестилищ лососевых рыб под действием буровых отходов .

В БПЖ основным утяжелителем является барит. Оценка токсичности барита несколько различается в отечественной и зарубежной литературе. Американские ученые, например, считают его не токсичным, или малотоксичным веществом .В работах отечественных и отдельных западных токсикологов имеются данные о более высокой токсичности барита. Барит, также как и глины, повышает мутность воды, но быстрее оседает на дно из-за своей высокой плотности, поэтому его влияние более ощутимо для бентоса, чем для планктона. Так, например, имеются сведения о значительном снижении численности полихет и моллюсков в донных сообществах под действием барита. Концентрация барита 90-140 мг/л может вызывать реакцию активного избегания у молоди трески ;150 мг/л – приводит к гибели планктонных ракообразных . Имеются сведения, что барит усиливает токсичность других компонентов буровых растворов.

Реагенты, изменяющие pH, используются в буровых растворах в больших количествах. Самым распространенным реагентом для поддержания pH является гашеная известь. Под действием щелочных буровых растворов изменяется pH воды, окисляемость, электропроводность и соленость.

Установлено, что подкисление или защелачивание воды приводит к затруднению тканевого дыхания у рыб, вызывая кислородный дефицит. До определенных значений pH это приводит к учащению дыхания и сердцебиению, из-за чего происходит нарушение сердечных ритмов, завершающееся смертью рыб от удушья.

Тяжелые металлы из продуктов и подземных пластов имеют тенденцию реагировать с пробуренными твердыми частицами и глинами и лишь слегка подвижны в окружающей среде. Термин «тяжелые металлы» относится к группе токсичных металлов, которые считаются потенциально опасными. К ним относятся ртуть, кадмий, хром, свинец, растворимый барий и другие. Эти металлы не будут биодеградировать и могут быть проблематичными в течение многих лет. Например, тяжелые металлы могут биоаккумулироваться и переноситься в пищевую цепь, вызывая проблемы со здоровьем, такие как врожденные дефекты.

Суммарное количество суспендированных твердых веществ (TSS) может повредить близлежащие поверхностные тела воды не только эстетически, но и уменьшать как количество, так и качество имеющегося света, необходимого для роста растений. Эта дополнительная нагрузка также оказывает механическую токсичность, то есть стресс и / или покрытие органов дыхания. Повышенные взвешенные твердые вещества содержат органические компоненты, которые при деградации уменьшают содержание кислорода в окружающих водах