Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера"



На правах рукописи

У

/

СИЗИКОВА ГАЛИНА ГЕННАДЬЕВНА

Геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

7 АПР 2011

Москва-2011

4841981

Работа выполнена на кафедре геологии Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор по кафедре геологии, ¡Поспелов Владимир Владимирович!

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

Малиновский Юрий Михайлович (ГИН РАН)

кандидат геолого-минералогических наук, Судо Роман Михайлович (ФГУП «ВНИГНИ»)

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью

«Газпром ВНИИГаз»

Защита состоится: « 29 » марта 2011 года в 15:00 часов в ауд. 232 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.200.02 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 65, В-296, ГСП-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.-м.н., доцент

Леонова Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимость разработки геоэкологической системы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод обусловлена широко практикующимся подземным захоронением промышленных сточных вод на территории Ямало-Ненецкого автономного округа.

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений связана с образованием буровых отходов и промышленных сточных вод (промстоков). Промстоки - представляют собой смесь вод, добытых вместе с нефтью и газом, а также техногенных вод, образующихся в результате различных технологических процессов. Так, например, из ежегодно образующихся 90 млн. тонн только промышленных токсичных отходов, так или иначе, используется только 37,8%, а обезвреживается полностью всего 7,2%. Остальные отходы поступают в окружающую среду.

Ежегодное образование и накопление сточных вод от технологических процессов и хозяйственно-бытовой деятельности добывающих предприятий подтолкнуло исследователей России и зарубежья с различных позиций геологии, гидрогеологии, геохимии, гидродинамики, геофизики рассматривать и изучать геологические условия и возможности глубинных недр для захоронения в них промышленных сточных вод, как один из вариантов утилизации промышленных отходов.

За рубежом захоронение промстоков в глубокие геологические горизонты получило широкое применение ещё в 1930-1940 годах. В Ямало-Ненецком автономном округе актуальность данной проблемы появилась к 1979 году.

Проблемой захоронения жидких промышленных отходов (ЖПО) в глубоких водоносных горизонтах занимались: А.Я. Гаев, A.A. Карцев, В.А. Грабовни-ков, В.М. Гольдберг, Б.П. Акулинчев, В.П. Дьяконов, A.C. Белицкий, О.М. Севастьянов, В.П. Ильченко, А.Ф. Соколов, В.М. Кирьяшкин, Ю.В. Терновой и другие.

Задача обоснования выбора поглощающего горизонта и методов контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод особенно важна не только для регионов Крайнего Севера, где крайне хрупкие природные геоэкологические условия и отсутствие развитой инфраструктуры, но и для обустроенных районов страны, в которых производится подземное захоронение отходов.

В связи с широко внедряющимся способом подземного захоронения отходов особое внимание необходимо уделять контролю за их размещением в геологических недрах. Поэтому разработка геоэкологической системы контроля состояния недр при подземном захоронении с использованием новых технологий является особенно значимой в нефтегазовой отрасли. Это и определяет актуальность темы диссертации.

Цель диссертационной работы - разработать геоэкологическую систему контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера, позволяющую снизить затраты при захоронении промстоков в 1,5-2 раза.

В качестве объекта исследования в данной работе выбран полигон захоронения промстоков на Сандибинском нефтяном месторождении, расположенный в Ямало-Ненецком автономном округе.

Основные задачи для достижения поставленной цели:

- обобщение отечественного и зарубежного опыта подземного захоронения в геологические недра;

- анализ геологических и лито-физических особенностей Западно-Сибирской геосинеклизы и артезианского мегабассейна с точки зрения возможности захоронения промстоков в водоносный альб-сеноманский горизонт (на примере Сандибинского нефтяного месторождения);

- обоснование геолого-геохимических критериев альб-сеноманского горизонта для применения его в качестве полигона для захоронения промстоков в пласт;

- оценка воздействия подземного захоронения промышленных сточных вод на окружающую и геологическую среды;

- обоснование экономической целесообразности закачки промстоков в недра;

- разработка геоэкологической системы контроля состояния недр с использованием геоинформационных технологий на участке захоронения промышленных сточных вод (на примере Сандибинского месторождения).

Научная новизна представленной работы:

1. Научно обоснован рациональный метод утилизации промышленных сточных вод для Сандибинского нефтяного месторождения.

2. Доказана совместимость подтоварных, пластовых и хоз-бытовых вод Сандибинского месторождения. Это позволяет использовать альб-сеноманский водоносный горизонт и подстилающую часть продуктивного горизонта БН^, как объекты для захоронения промстоков.

3. Впервые выполнен для данного месторождения прогнозный расчет площади распространения «загрязненного пятна» в альб-сеноманском горизонте от закачки промстоков.

4. Научно обоснованы методы и система ведения контроля состояния недр при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт с использованием геоинформационных технологий.

5. Впервые для Сандибинского нефтяного месторождения разработана эффективная геоэкологическая система контроля (мониторинг) состояния недр при захоронении промышленных сточных вод, позволяющая снизить затраты на утилизацию промстоков в 1,5-2 раза.

Основные защищаемые положения:

1. Геолого-экологическое обоснование возможности использования альб-сеноманского горизонта при разработке Сандибинского нефтяного месторождения в качестве полигона для захоронения промышленных сточных вод, как наиболее геологически и экологически защищенный горизонт.

2. Совместимость пород и вод альб-сеноманского горизонта с закачиваемыми водами не приводит к преобразованиям геохимического облика пластовых вод.

3. Разработанная геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на основе существующих скважин позволяет свести к минимуму загрязнения недр.

Практическая ценность: В процессе работы над диссертацией автор принимал участие в обработке и обобщении геолого-геофизического материала, изучении (анализе) гидрогеологических условий подземного захоронения промышленных сточных вод на нефтегазовых комплексах ЯНАО, разработке системы мероприятий, позволяющей систематизировать получаемые данные с нефтепромыслов на основе геоинформационных технологий. Для практического использования разработанная система контроля рекомендована НГДУ «РИ-ТЭКНадымнефть». Специалистами предприятия дана положительная оценка представленной работы. На сегодняшний день предложенные методы и разработанная геоэкологическая система контроля состояния недр применяется при составлении технологической документации Сандибинского месторождения.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы могут быть использованы:

- при проектировании, строительстве и эксплуатации систем подземного захоронения сточных вод в условиях ЯНАО;

-при лицензировании пользования недрами в части захоронения сточных вод в поглощающие водоносные горизонты.

Апробация работы: Результаты проведенных исследований неоднократно докладывались на окружных научных конференциях «Обеспечение экологической безопасности окружающей среды при разработке месторождений Крайнего Севера» (Надым 2004, Новый Уренгой 2005 гт). Основные положения работы обсуждались на научно-технических советах организации ООО «Газфлот» (г. Москва, 20 Юг). По теме диссертации опубликованы 2 работы в журнале «Нефтепромысловое дело» и подготовлены несколько глав научных отчетов.

Структура и объём представленной работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 147 страниц машинописного текста, включающего 23 таблицы, 3 схемы, 15 рисунков. Список использованной литературы включает 101 наименование (с указанием зарубежных источников).

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору В.В. Поспелову!, профессору В.Г. Аковецкому, профессору O.A. Шнип, кандидату геолого-минералогических наук Б.П. Акулинчеву, за ценные советы и предложения при написании работы.

Исследования проводились в тесном содружестве с соответствующими службами заинтересованных подразделений предприятия, сотрудниками Управления по технологическому, экологическому и атомному надзору по ЯНАО.

В ходе работ автор пользовался материалами и консультациями специалистов ОАО «РИТЭК» и НГДУ «РИТЭКНадымнефть», которым выражает свою признательность за помощь в получении необходимой информации.

Основное содержание диссертационной работы

Во введении изложена актуальность темы диссертации, определены цель и основные задачи работы, сформулированы научная значимость и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе «Методы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на нефтегазовых промысловых объектах» рассмотрена актуальность современных методов контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод.

Интенсивное освоение месторождений нефти и газа в условиях Крайнего Севера непосредственно связано с увеличением техногенного воздействия на природные компоненты окружающей среды. Задачи сохранения уникальной и хрупкой природы во многом зависят от используемых технологий обеспечения экологической безопасности, которые связаны с поддержанием защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуа-

7

ций природного и техногенного характера, их последствий. В первую очередь, это относится к объектам повышенной экологической опасности, связанным с добычей и переработкой нефти и газа. Опыт их эксплуатации показал, что полностью исключить негативное техногенное воздействие на природные компоненты окружающей среды невозможно. Это влечет за собой необходимость управления уровнем воздействия на основе оценки состояния компонентов природной среды и его минимизации посредством внедрения экологически чистых и ресурсосберегающих технологий.

В начале XXI века в связи с ужесточением требований по охране окружающей среды нефтегазодобывающие компании приступили к разработке рациональных методов утилизации отходов производства, обосновывая технологию контроля состояния окружающей и геологической сред.

В качестве основного технического решения для Сандибинского нефтяного месторождения рассматривается рациональный метод утилизации промышленных сточных вод путем подземного захоронения отходов в альб-сеноманский горизонт, используя водопоглощающую скважину.

Учитывая слаборазвитую инфраструктуру и суровые климатические условия Надымского района, автор в своей работе обосновывает возможность использования альб-сеноманского горизонта в качестве полигона для захоронения промышленных сточных вод с объектов Сандибинского месторождения.

На основании анализа мирового опыта и отечественной практики утилизации промстоков выяснено, что закачка этих видов отходов в глубокие геологические горизонты освоена в большинстве высокоразвитых стран различными отраслями промышленности. В работе приведены стоимостные характеристики по способам утилизации отходов. Проведенный анализ показал, что метод подземного захоронения отходов является наиболее экономически рентабельным и экологически безопасным.

Однако, при эксплуатации полигонов захоронения возникают опасности затухания приемистости поглощающих скважин и вследствие этого - загрязнения недр и окружающей среды.

К сожалению, до сих пор вся поступающая информация зачастую ограничивается регистрацией данных на бумажных носителях или на персональных компьютерах в несогласованных форматах. В результате отсутствия единой базы данных (БД) передача геолого-промысловой информации между подразделениями Компаний затруднена. Для осведомленности о происходящем, отслеживании изменений, прогнозировании ситуаций на объектах нефтегазодобычи необходимо создание единой географической информационной системы (ГИС), включающей в комплексе методы гидродинамического, геофизического и гидрогеологического контроля.

В связи с этим следует признать, что разработка геоэкологической системы контроля состояния недр при захоронении промстоков с использованием геоинформационных технологий в нефтегазодобывающих компаниях является крайне важной и необходимой задачей.

Во второй главе «Особенности геолого-гидрогеологического строения территории Сандибинского месторождения и геолого-экологическое обоснование возможности утилизации промышленных сточных вод в альб-сеноманском горизонте» изложены общие сведения о месторождении, тектоника, стратиграфия, гидрогеология, обоснованы геолого-структурные предпосылки и литофи-зические возможности захоронения промышленных сточных вод в альб-сеноманском горизонте на территории ЯНАО.

В административном отношении территория Сандибинского нефтяного месторождения относится к Надымскому району Ямало-Ненецкого автономного округа Тюменской области и находится на правом берегу Обской губы в юго-западной части Тазовского полуострова (Рис 1). Открыто месторождение в 1982 году бурением скважины № 5. Ближайшими разрабатываемыми месторождениями выделяются: Медвежье, расположенное в 10 км к юго-востоку от границ Сандибинского месторождения, Надымское - в 130 км к югу, Ямбургское - в 70 км к северо-востоку.

Инфраструктура района развита слабо. Климат резко континентальный.

УСЛОвНЬЕ ОБОЗ№№ЖЯ

Населеннее г^нкты

о

к

/Г

2

2

Компрессорные станции Насосше станида Центральные пункты сбора Граница ЯНАО Гражцы районов Нефтепроводы

ЛЭП

Автодороги Сфояшдеся Железные дороги Сфояшигся

Во вреленюй эксплуатации

Рисунок 1

Обзорная карта Ямало-Ненецкого автономного округа.

В гидрогеологическом отношении район приурочен к бассейну р. Нумги, с её притоками, впадающими в р. Ныда и далее в Обскую губу.

В геологическом отношении территория ЯНАО расположена в пределах двух тектонических элементов земной коры - Западно-Сибирской геосинеклизы и обрамляющей ее с запада Уральской горно-складчатой системы. В пределах всей мегаструктуры Западно-Сибирской геосинеклизы выделяется ЗападноСибирский мегабассейн, состоящий из трех гидрогеологических бассейнов: палеозойского, мезозойского и кайнозойского. Герцинский фундамент перекрыт ортоплатформенным мезозойско-кайнозойским чехлом, общая мощность которого составляет 3500-3900 м.

В тектоническом отношении Сандибинское месторождение расположено в северной части Ярудейского нефтегазоносного района и приурочено к одноименному структурному выступу в пределах Северо-Надымской моноклинали, погружающейся в сторону Обской губы.

По результатам геофизических работ (1981-1983 гг) Сандибинское локальное поднятие по подошве чехла представляет собой крупный структурный нос, шарнир которого полого погружается к юго-востоку. Структурный нос осложнен куполом с амплитудой в 100 метров. Контрастность его увеличивается вниз по разрезу. Эта структура унаследуется юрскими и меловыми отложениями и далее в палеогеновых слоях выполаживается. Анализируя информацию по всем отражающим горизонтам, предполагается замыкание этого локального поднятия в акватории Обской губы.

Согласно данным бурения и сейсморазведочных работ геологический разрез Сандибинского месторождения представлен породами двух структурных комплексов: песчано-глинистыми отложениями мезозойско-кайнозойского осадочного чехла и метаморфизованными породами фундамента. На рис.2 представлен фрагмент литолого-стратиграфического разреза с выделением марреса-линской свиты - как объекта для захоронения отходов.

С О д Я Р У С П Д п ■Ц Литология Г У б Электрокаротажные диаграммы |Ц мв о 2-« <0 " м«> Литологическое описание пород

2Г ш 1100 1! Глины зеленовато-серые с зернами

м В а г|' ГУг МШТ" «0

Л р Р

В и с

я й л

Г7. 1240 зГ '<■

12(0

«оо .__^

к?: ,3« Г" ' \ Сероцветные алевриты, уплотненные пески, песчаники с прослоями и линзами

1540 ^ \ »»ро-т^ых. СЧШ, ПШ.

1М0 „___"*»- -ъ

1400

» € —!

Г.'ТГ^'.!'-' 'У: «ОО

Н А

ж £ ; —

» и .»00 ^ .л аргиллитоподобные, с прослоями песчаников и алевролитов.

К1п) 1620

К1а1 1640

Рисунок 2

Фрагмент сводного литолого-стратиграфического разреза Сандибинского месторождения (с выделением марресалинской свиты).

Изученность гидрогеологических условий данного района работ, базируется на результатах разведки и разработки группы крупнейших газовых месторождений Северной зоны: Медвежье, Уренгойское, Ямбургское и других.

На рис. 3 представлен схематический региональный субширотный геологический разрез Западно-Сибирской плиты, где Сандибинское месторождение находится во внутренней части водонапорной системы Западно-Сибирского артезианского мегабассейна.

Как видно из приведенного разреза, эксплуатируемый альб-сеноманский гидрогеологический комплекс не имеет выходов на дневную поверхность и приурочен к определенным типам геотектонических структур: обширным платформенным областям и особенно развитым в их пределах синеклизам и внутри-платформенным прогибам.

Рисунок 3

Схематический региональный субширотный геологический разрез Западно-Сибирской плиты (Матусевич В.М., 1998).

Характерная особенность артезианского мегабассейна - двухэтажное строение с наличием в разрезе мощного регионального водоупора.

Вскрытая в районе месторождения часть разреза осадочного чехла относится к мезозойско-кайнозойской водонапорной системе, состоящей из двух гидрогеологических этажей.

В разрезе верхнего гидрогеологического этажа выделяется олигоцен-четвертичный водоносный комплекс, подошва которого отбивается на глубинах до 350 м, расположен полностью в зоне многолетнемерзлых пород. Данный водоносный комплекс является основным источником хоз-питьевого водоснабжения округа. Подземные воды, которого в жидком состоянии приурочены к над-мерзлотным и межмерзлотным таликам. При опробовании талика на соседних

Медвежьем и Уренгойском месторождениях дебиты воды составили 5-2195 м3/сут при динамических уровнях 2-64 м. Статические уровни отбиты на глубинах 1-30 м. Воды по химическому составу преимущественно гидрокарбонатные, кальциевые, магниевые и натриевые с минерализацией 0,02-^0,51 г/дм3. Отличительной особенностью пресных подземных вод ЯНАО является их низкая минерализация, редко превышающая 100 мг/дм3, высокое содержание ионов железа (от 1,4 до 6,5 мг/дм3) и марганца (от 0,01 до 2,2 мг/дм3), а также кремнекислоты (от 2,4 до 35 мг/дм3). От нижнего гидрогеологического этажа олигоцен-четвертичный комплекс изолирован мощной (до 1150 м) глинистой толщей отложений верхнемелового возраста. Таким образом, переток стоков из горизонта закачки в вышележащий олигоцен-четвертичный горизонт вверх по разрезу через водоупорные разности практически невозможен.

В составе нижнего гидрогеологического этажа выделяются апт-альб-сеноманский и неоком- юрский гидрогеологический комплексы.

Апт-альб-сеноманский водоносный комплекс (ААС ВК) на территории района имеет практически сплошное распространение в разрезе платформенного чехла. Комплекс выдержан по площади и имеет постоянную общую толщину в среднем 848 м.

На основании изучения геологических условий залегания апт-альб-сеноманского водоносного комплекса и гидрогеологических исследований отобранных проб с различных водоносных горизонтов составлен схематический геолого-гидрогеологический разрез Сандибинского нефтяного месторождения по линии скважин №№ 1ВЗ, 221, 1ВП, 219, 222, 238, 2ВЗ (рис. 4).

При опробовании водоносных пород дебиты скважин составили 0,5-198 м3/сут при динамических уровнях 76-513 м. Статические уровни отбиты на глубинах 64-78 м. Замеренные пластовые температуры вод изменяются от 29°С до 36°С. Воды в коллекторах марресалинской свиты, в подавляющем большинстве проанализированных проб, имеют величину минерализации 18-^19,5 г/дм3 и хло-ридно-кальциевый (по В.А. Сулину) тип вод. Воды по своей минерализации и

общему химическому составу могут иметь бальнеологическое значение.

14

Ниже горизонта закачки залегают глинистые породы яронгской свиты. Мощность свиты 150-200 м. Отложения яронгской свиты являются мощным глинистым водоупором. Следовательно, переток в ниже залегающие пласты через глинистый мощный водоупор также маловероятен.

Рисунок 4

Схематический геолого-гидрогеологический разрез апт-альб-сеноманского горизонта по линии скважин №№ 1ВЗ, 221, 1ВП, 219, 222, 238, 2ВЗ Сандибинского нефтяного месторождения

В качестве поглощающего горизонта на территории ЯНАО выбран альб-сеноманский водоносный горизонт, его выбор обусловлен следующими критериями.

Интервал закачки приурочен к песчаникам марресалинской свиты. Отложения вскрыты в интервале глубин 1140-1540м. Мощность свиты 350-400 м. Кровля сеноманских отложений (марресалинской свиты) является региональным репером и хорошо выделяется на диаграммах стандартного и радиоактивного каротажа резким уменьшением амплитуды ПС по сравнению с вышележащими слабопроницаемыми отложениями верхнемелового возраста. Мощность глинистых пород достигает в среднем 620 м. Породы палеогена (талицкая свита) играют роль буферного (аварийного) горизонта между поглощающим горизонтом и эксплуатирующим олигоцен-четвертичным водоносным комплексом.

Коллектора альб-сеноманского горизонта характеризуются высокими фильтрационно-емкостными свойствами (пористость от 27 до 44%, проницаемость от 0,03 до 2,0 мкм2), содержат минерализованную воду (М= 18-19,5 г/дм3) непригодную для питьевых и для тепло- и энергоснабжения целей и являются наиболее благоприятным вместилищем для закачки хоз-бытовых и промышленных сточных вод. Высокие значения пористости и проницаемости пласта-коллектора обеспечивают хорошую приемистость поглощающей скважины (Таблица 1).

Таблица 1. Основные параметры пласта-коллектора по скважине № 1 ВП

Параметры Диапазон значений Среднее значение

Коэффициент открытой пористости 0,21-0,46 0,3

Коэффициент проницаемости, мкм2 0,03-2,0 0,96

Коэффициент пьезопроводности, м2/сут (1-3)105 2105

Температура пластовой воды, Т°С 45 45

Общая минерализация пластовых вод, г/дм3 16-19 17,5

Таким образом, альб-сеноманский гидрогеологический комплекс соответст

вует геоэкологическим требованиям и основные геолого-структурные критерии безопасности соблюдены, а именно:

• не используется и не будет использоваться ни в хозяйственно-питьевых целях, ни для тепло- и энергоснабжения;

• не выходит на поверхность в ближайшей окрестности (в радиусе 20-30 км) и не имеет связи с дневной поверхностью;

• надежно изолирован от вышележащих питьевых горизонтов региональными водоупорами;

• для безопасной эксплуатации полигона захоронения промстоков выше во-допоглощающего пласта залегает буферный (аварийный) горизонт, ограниченный флюидоупорами. Как и поглощающий, буферный горизонт способен обеспечивать размещение стоков в случае их перетекания через разделяющий слабопроницаемый горизонт;

• поглощающий горизонт обладает высокими фильтрационно-емкостными свойствами и толщиной, достаточной для приема объема поступающих стоков при допустимых репрессиях на пласт;

• полигоны захоронения удалены на сотни километров от областей питания и зон пресных подземных вод.

В третьей главе «Организация геоэкологической системы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт» рассматриваются технологические решения по утилизации промстоков.

В качестве объекта исследования рассматривается полигон захоронения промстоков на Сандибинском нефтяном месторождении. С начала эксплуатации полигона количество сброшенных стоков в недра по состоянию на 01.12.2008 г составило 350 тыс м3. Динамика объемов закачки представлена в таблице 2 и на диаграмме 1.

Таблица 2. Динамика объемов закачки

Период 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.

Объем захоронения стоков, тыс м3 75,0 87,0 94,0 92,0

100 80 60 40 20 0

□ Кол-во отходов, захороненных в недрах (тыс мЗ)

Г

ГШ I I

II I I I II11 ■

2005 2006 2007 2008 годы

Диаграмма 1

Количество отходов, захороненных в недра Сандибинского месторождения с 2005 по 2008 гг.

Для утилизации промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт на Сандибинском месторождении с 2005 года используется водопоглощающая скважина 1ВП глубиной 1853 м, пробуренная в 2001 году. Интервал закачки - 1380-1540м. Процесс закачки стоков осуществляется насосами АНТ-90. Объем закачиваемой жидкости контролируется с помощью счетчика СВУ. В соответствии с РД 51-31323949-48-2000 проведена оценка качества цементирования разобщения водоносных горизонтов затрубного цементирования скважины 1ВП, которое признано удовлетворительным.

В главе детально изложены: устройство системы подземного захоронения, принципиальная схема сбора и подготовки промстоков к закачке, рассмотрен фонд водозаборных и нагнетательных скважин, предлагаемый для осуществления мониторинга за состоянием геологической среды.

Основой для создания полигона по утилизации стоков в пласт послужили представления о гидрохимическом составе пластовых вод и их совместимость с закачиваемыми водами. Объектами исследований являлись: подтоварные, хозяйственно-бытовые, буровые сточные и пластовые воды.

В данной главе автором детально рассмотрены схемы взаимодействия сточных вод с пластовой и подтоварной водами, представлены результаты со-

вместимости вод, полученные расчетными и экспериментальными методами.

18

При оценке совместимости промстоков с пластовой водой и породой пласта-приемника использовался многолетний опыт авторов по закачке вод в глубокие горизонты, методические руководства при подземном захоронении.

С целью изучения процесса солеобразования в лаборатории промысла автор лично принимал участие при проведении комплексных исследований по определению химического состава вод и дальнейших предпосылок о совместимости закачиваемых вод в горизонты.

Расчетный прогноз образования неорганических солеотложений выполнялся по методике Стиффа-Девиса для смесей в отношениях 1:1, 2:1, 1:2 при температуре пласта 50°С. Полученные значения индекса насыщения (1S) и индекса стабильности (ISt) характеризуют данные смеси как среднеагрессивные, в которых осадок карбоната кальция не образуется. Согласно проведенным расчетам по методике Зверева В.П., осаждение гипса в смесях также не прогнозируется.

По наличию компонентов исследуемые воды были сопоставлены с классификацией подземных вод, предложенной O.A. Алекиным.

В результате проведенных исследований выяснилось, что подтоварные воды по химическому составу относятся к хлоридно-кальциевому типу с минерализацией до 20 мг/дм3 и близки по составу к пластовым (подземным) водам. Данный факт позволяет нам рекомендовать НГДУ «РИТЭКНадымнефть» в случае аварии на скважине № 1 ВП захоронение промстоков осуществлять в подстилающую часть продуктивного горизонта БНб для поддержания пластового давления через нагнетательные скважины, так как совместимость вод доказана.

Однако, в ходе проведенных исследований обнаружено, что закачка промышленных сточных вод в глубокий горизонт часто иного химического состава, или попутных вод, которые попали в атмосферные условия и претерпели изменения в составе за счет нарушения различных химических равновесий, приводит к заметным преобразованиям геохимического облика пластовых вод. В результате, пренебрежение подготовки промстоков к закачке является основной при-

чиной кольматации пластов и коррозии технологического оборудования на промыслах.

Следовательно, своевременное выявление процессов осадкообразований и изменения геохимического облика пластовых вод позволит предотвратить развитие аварийных ситуаций на объекте захоронения и свести ущерб окружающей геологической среде до минимума.

Четвертая глава посвящена системе контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на месторождениях Крайнего Севера с использованием геоинформационных технологий. Как известно, традиционные методы и технологии проведения исследований не всегда позволяют нам качественно оценить строение месторождения и характер насыщения его объектов. Поэтому поисковые эксперименты автора показали, что для получения достоверных результатов применительна технология комплексирования гидродинамических, геофизических и гидрогеологических исследований.

Методика комплексирования состоит в одновременной регистрации в скважине комплексом геофизических исследований забойного и поверхностных давлений (РбУф, Рзатр)> в поинтервальном отборе проб, проведении гидрохимических исследований, замере КВД и гидропрослушивании с одной или двумя выбранными возмущающими скважинами, а также в разработке новых технологий.

Общеизвестно, что использование промыслово-геофизических методов позволяет выявлять принимающие интервалы для захоронения отходов. Однако, не всегда можно точно определить равномерность продвижения фронта промстоков из-за различия величин проницаемости и пористости по пласту. В таких случаях для более достоверного расчета радиуса растекания рекомендуется использовать коэффициент неравномерности распространения стоков по пропла-сткам (К„).

Наиболее полно радиус "пятна загрязнения" в пласте можно определить по формуле с учетом (К„) (Ильченко В.П., 1997г):

Ъ = где Яз = •у - "Л

ср У ср та\

Таким образом, согласно проведенных расчетов объем захораниваемых промстоков составит 1970255 м3, радиус "пятна загрязнения" при К,,=1,2 составит 513 м.

На основе прогнозного расчета распределения стоков в поглощающем горизонте и совместимости закачиваемых вод с пластовыми водами и породами в данной работе автором разработаны и предложены решения по геоэкологической системе контроля состояния недр при захоронении промстоков в поглощающий горизонт.

На основании данных полученных в процессе эксплуатации полигона по основным показателям закачки (давление, температура, плотность, фазовое состояние) в главе выделены характерные ситуации при захоронении промстоков, внимательное отношение к которым позволит избежать аварийных ситуаций.

С целью отслеживания изменений и прогнозирования процессов закачки промстоков в недра Компаниям необходимо систематизировать поступающую информацию. Оптимальным решением проблемы является создание единой географической информационной системы на объектах нефтегазодобычи (рисунок 5). Отметим, что интерес к этим геоинформационным технологиям связан с необходимостью обработки постоянно возрастающего потока информации.

Геоинформационные системы (также ГИС — географическая информационная система) — системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных, связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Сегодня геоинформационные системы являются единственным комплексным «инструментарием», выполняющим всесторонний сбор информации, ее обработку, анализ и отображение в виде, обеспечивающим принятие управленческих решений.

Рисунок 5

Модель геоинформационной системы

Создание базы данных упрощает работу пользователям (операторам, геологам, геофизикам, экологам и др.), позволяющую осуществлять весь спектр функций от построения литолого-стратиграфических колонок до создания динамики эксплуатации месторождений.

Таким образом, результат разработки базы геоданных и внедрение геоинформационной системы в Компании позволит:

- осуществлять оперативный просмотр промысловых данных по скважинам: от проектирования до ликвидации;

-с помощью различных средств просмотра данных (графики, отчеты) каждый пользователь получит любую запрашиваемую информацию по скважине во времени (история работы);

- оперативно использовать базу геоданных разных подразделений;

- увеличит скорость подготовки отчета и принятия решений

-более эффективно решать вопросы, связанные с накоплением и архивированием информации с помощью компьютерных средств, специализированных инст-

рументов обработки и анализа геоданных для проведения оперативного анализа текущей экологической обстановки и своевременного принятия решений по недопущению экологической катастрофы.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Основные выводы диссертационной работы сводятся к следующему:

1. На основе изучения (анализа) геологических, лито-физических и гидрогеологических особенностей Западно-Сибирской геосинеклизы обоснована возможность использования альб-сеноманского горизонта в качестве полигона захоронения промышленных сточных вод на территории Ямало-Ненецкого автономного округа, как наиболее геологически и экологически защищенный горизонт.

2. При проведении лабораторных и аналитических исследований установлено, что закачиваемые стоки Сандибинского нефтяного месторождения после подготовки имеют удовлетворительную совместимость с пластовыми водами альб-сеноманского горизонта, которая не приводит к преобразованию геохимического облика пластовых вод.

3. С целью поддержания пластового давления возможно размещение закачиваемых промстоков в подстилающую часть продуктивного горизонта БН^, так как совместимость вод доказана.

4.Выполнена оценка экономической целесообразности захоронения промстоков в подземный горизонт, которая доказала рациональность метода утилизации образующихся отходов для Сандибинского нефтяного месторождения.

5. Разработана геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на территории Ямало-Ненецкого автономного округа, в которой предложено:

- с целью проведения мониторинга состояния недр воспользоваться ликвидированными, нагнетательными, низкодебитными эксплуатационными, с высокой обводненностью, числящимися в аварийном фонде скважинами на лицензионном участке;

-для повышения продолжительности безремонтного периода скважин и снижения степени кольматации пласта перед закачкой выдерживать следующие требования к стокам;

Показатели Единица Рекомендуемые

измерения значения

Минерализация г/дм3 не ограничена

Механические примеси г/дм3 3-5

рН ед. 7-8

Ре2+ мг/дм3 <2

Ре3+ (С « отсут.

Коррозионная агрессивность мм/год <0,1

-для установления действительной скорости коррозии и оптимизации процесса сохранения насосно-компрессорного оборудования установить на штуцерной коробке образцы из материала НКТ с регулярной оценкой степени скорости коррозии, что позволит оптимизировать сроки службы оборудования;

-с целью снижения скорости коррозии технологического оборудования и кольматации пласта добавить в перечень контролируемых показателей Ре2+ и

-изменить существующий временной интервал проведения гидрохимических анализов закачиваемых стоков в поглощающий горизонт для данного месторождения до 12 раз в год;

- с целью исключения загрязнения поглощающего горизонта в комплексе подготовки сточных вод к закачке проводить не только очистку стоков, но и их обеззараживание;

-использовать глубинные манометры;

-систематизировать получаемые результаты с нефтегазопромыслов на основе разработки базы геоданных и внедрении геоинформационных технологий.

6. Внедрение геоэкологической системы контроля состояния недр на Сан-дибинском нефтяном месторождении позволило снизить затраты на утилизацию промстоков в 1,5-2 раза и приблизить к минимуму ущерб недрам.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Сизикова, Г.Г. Мировой и отечественный опыт захоронения промышленных стоков в геологическую среду [Текст]/ Г.Г. Сизикова // Нефтепромысловое дело. - 2009. - № I. - С. 56-59.

2. Сизикова, Г.Г. Оценка воздействия на окружающую среду и мониторинг подземного захоронения сточных вод (на примере Сандибинского месторождения ЯНАО) [Текст] / Г.Г. Сизикова // Нефтепромысловое дело. - 2009. - № 4. - С. 50-54

3. Перспективы развития и нефтегазоносность полуострова Ямал. Управление промышленными отходами при разработке нефтегазовых месторождений в условиях Крайнего Севера/ Г.Г. Сизикова // Развитие безотходного производства в условиях сурового климата Ямала: материалы научно-практической конференции, г. Надым, 2004. - С. 23-25.

4. Сизикова, Г.Г. Анализ возможных негативных факторов при разработке нефтяных месторождений на территории ЯНАО [Текст] / Г.Г. Сизикова //Рабочий Надыма. - 2004,- № 10.

5. Программы оздоровления экологической обстановки на лицензионных участках ОАО «РИТЭК» [Отчет] / Г.Г. Сизикова// Материалы окружной научно-технической конференции, Надым, 2005 г.

Подписано в печать 25.02.2011. Формат 60x90/16.

Бумага офсетная Усл. п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 44

Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел.: 8(499)233-95-44

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Сизикова, Галина Геннадьевна

Введение.

Глава 1. Методы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на нефтегазовых промысловых объектах

1.1 Актуальность современных методов контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод.

1.2 Отечественный и зарубежный опыт захоронения отходов в геологические недра.

1.3 Разработка геоэкологической системы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на нефтегазовых промыслах Крайнего Севера (на примере Сандибинского нефтяного месторождения).

Глава 2. Особенности геолого-гидрогеологического строения территории Сандибинского месторождения и геолого-экологическое обоснование возможности утилизации промышленных сточных вод в альб-сеноманском горизонте

2.1 Общие сведения о месторождении.

2.2 Физико-географический очерк.

2.3 Краткие сведения о тектонике.

2.4 Стратиграфия и нефтегазоносность осадочного чехла.

2.5 Особенности геолого-гидрогеологических условий района работ.

2.6 Геолого-структурные предпосылки и геолого-экологическое обоснование лито-физических возможностей захоронения промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт.

Глава 3. Организация геоэкологической системы контроля (мониторинга) недр при захоронении промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт

3.1 Характеристика полигона захоронения и технология очистки и утилизации закачиваемых стоков.

3.2 Гидрохимическая характеристика и оценка совместимости промстоков с пластовой водой и породой альб-сеноманского горизонта.

3.3 Прогнозирование образования неорганических солей и аварийных ситуаций на объекте захоронения.

Глава 4. Технология контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера

4.1 Прогнозный расчет площади распространения закачиваемых вод в альб-сеноманском горизонте при использовании методов контроля.

4.2 Комлексирование методов контроля состояния недр с целью предупреждения негативных последствий при захоронении промстоков.

4.3 Использование геоинформационных технологий при системе контроля захоронения промстоков.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера"

Необходимость разработки геоэкологической системы контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод обусловлена широко практикующимся подземным захоронением промышленных сточных вод на территории Ямало-Ненецкого автономного округа.

Ямало-Ненецкий автономный округ (ЯНАО) является крупнейшим в мире нефтегазоносным регионом, здесь добывается около 70% нефти и газа России. В округе открыто около 300 нефтяных и газовых месторождений, разработка и эксплуатация которых связана с образованием буровых отходов и промышленных сточных вод.

Буровые отходы - вещества, образующиеся в результате работы бурового оборудования, очистка и повторное использование которых экономически невыгодно или технически нецелесообразно [1, 2]. Промышленные сточные воды представляют собой смесь вод, добытых вместе с нефтью и газом, техногенных вод, образующихся в результате различных технологических процессов и бытовых сточных вод, образующихся в процессе хозяйственной деятельности предприятия. Промстоки содержат нефть и нефтепродукты, механические примеси, органические вещества, фенолы, СПАВ, ионы металлов, сульфаты, хлориды, разнообразные компоненты буровых растворов.

По мере увеличения добычи углеводородного сырья наблюдается закономерный рост объемов отходов. Утилизация отходов представляет одну из самых серьезных эколого-экономических задач. В настоящий момент в России накоплено 80 млрд. тонн отходов. Традиционно используемые методы складирования (накопления) отходов на поверхности в резервуарных парках или их очистка (переработка) уже не удовлетворяют требованиям дня. При складировании (накоплении) необходимы значительные площади для строительства резервуарных парков, либо специальные амбары для бурового шлама и сточных вод. В дальнейшем необходимо оформление договоров с организациями на вывоз и переработку отходов, а также рекультивация территорий. Всё это требует значительных финансовых средств. Например, из ежегодно образующихся 90 млн. тонн только промышленных токсичных отходов, так или иначе, используется только 37,8%, а обезвреживается полностью всего 7,2%. Остальные отходы поступают в окружающую среду [3].

До недавнего времени часть нефтегазодобывающих компаний с целью утилизации промышленных сточных вод со своих объектов обезвреживали стоки путем сжигания на специальных установках, но даже при самой совершенной технологии очистки в стоках оставались токсичные компоненты.

Сжигание промышленных сточных вод - экологически небезущербно для окружающей среды, так как сопровождается образованием кислоты, выкристал-лизацией солей растворенных в пластовой воде, выбрасываемых в атмосферу и затем осаждающихся на поверхности земли. При этом также происходит выжигание кислорода, содержание которого в атмосфере Севера и так понижено.

Другая часть нефтегазодобывающих компаний рассматривала вариант захоронения отходов в глубокозалегающие водоносные горизонты.

В Ямало-Ненецком автономном округе захоронение промышленных сточных вод с нефтегазовых комплексов проектными институтами предложено осуществлять по двум направлениям — через систему поддержания пластового давления в нефтедобыче или созданием специализированных полигонов захоронения в нефтегазовой отрасли.

Наиболее продолжительное время захоронение промышленных сточных вод производится с 1979 года на Уренгойском и с 1982 - на Вынгапуровском месторождениях. В последние годы началась закачка на Ямсовейском, Заполярном, Приобском, Губкинском, Ямбургском, Бованенковском месторождениях.

Проблемой захоронения жидких промышленных отходов (ЖПО) в глубокие водоносные горизонты занимались: А .Я. Гаев, A.A. Карцев, В. А. Грабовни-ков, В.М. Гольдберг, Б.П. Акулинчев, В.П. Дьяконов, A.C. Белицкий,

О.М.Севастьянов, В.П. Ильченко, А.Ф. Соколов, В.М. Кирьяшкин, Ю.В. Терновой и др.

Подземное захоронение жидких отходов производства (промстоков) является, как известно, важным и действенным природоохранным мероприятием, так как направлено на удаление таких отходов из среды непосредственного обитания человека и предотвращение неизбежного загрязнения поверхностной гидросферы и подземных вод зоны активного водообмена [4]. При должном геолого-гидрогеологическом и геоэкологическом обосновании, соблюдении соответствующих условий и требований этот метод сам по себе безопасен. Но это вовсе не означает, что реализация этого самостоятельного вида недропользования является несложной общедоступной процедурой. Захоронение должно проводиться под жестким комплексным контролем.

Основное внимание при захоронении промышленных отходов необходимо уделять разработке и обоснованию методов контроля состояния недр. Следует заранее прогнозировать динамику приемистости поглощающей скважины, выявлять конкретные источники развития негативных процессов, влияющие на окружающую и геологическую среды, разрабатывать мероприятия, позволяющие снижать затраты при захоронении промстоков в недра.

Задача обоснования выбора поглощающего горизонта и методов контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод особенно важна не только для регионов Крайнего Севера, где крайне хрупкие природные геоэкологические условия и отсутствие развитой инфраструктуры, но и для обустроенных районов страны, в которых производится подземное захоронение отходов.

В связи с широко внедряющимся способом подземного захоронения отходов особое внимание необходимо уделить контролю за их размещением в геологических недрах. Поэтому разработка геоэкологической системы контроля состояния недр при подземном захоронении с использованием новых технологий является особенно значимой в нефтегазовой отрасли. Это и определяет актуальность темы диссертации.

Цель работы - разработать геоэкологическую систему контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера, позволяющую снизить затраты при захоронении промстоков в 1,5-2 раза.

В качестве объекта исследования в данной работе выбран полигон захоронения промстоков на Сандибинском нефтяном месторождении, расположенный в Ямало-Ненецком автономном округе.

Основные задачи для достижения поставленной цели:

- обобщение отечественного и зарубежного опыта подземного захоронения в геологические недра;

- анализ геологических и лито-физических особенностей Западно-Сибирской геосинеклизы и артезианского мегабассейна с точки зрения возможности захоронения промстоков в водоносный альб-сеноманский горизонт (на примере Сандибинского нефтяного месторождения);

- обоснование геолого-геохимических критериев альб-сеноманского горизонта для применения его в качестве полигона для захоронения промстоков в пласт;

- оценка воздействия подземного захоронения промышленных сточных вод на окружающую и геологическую среды;

- обоснование экономической целесообразности закачки промстоков в недра;

- разработка геоэкологической системы контроля состояния недр с использованием геоинформационных технологий на участке захоронения промышленных сточных вод (на примере Сандибинского месторождения).

Новизна представленной работы заключается в следующем: 1. Научно обоснован рациональный метод утилизации промышленных сточных вод для Сандибинского нефтяного месторождения.

2. Доказана совместимость подтоварных, пластовых и хоз-бытовых вод Санди-бинского месторождения. Это позволяет использовать альб-сеноманский водоносный горизонт и подстилающую часть продуктивного горизонта БНб, как объекты для захоронения промстоков.

3. Впервые выполнен для данного месторождения прогнозный расчет площади распространения «загрязненного пятна» в альб-сеноманском горизонте от закачки промстоков.

4. Научно обоснованы методы и система ведения контроля состояния недр при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт с использованием геоинформационных технологий.

5. Впервые для Сандибинского нефтяного месторождения разработана эффективная геоэкологическая система контроля (мониторинг) состояния недр при захоронении промышленных сточных вод, позволяющая снизить затраты на утилизацию промстоков в 1,5-2 раза.

Основными защищаемыми положениями являются:

1. Геолого-экологическое обоснование возможности использования альб-сеноманского горизонта при разработке Сандибинского нефтяного месторождения в качестве полигона для захоронения промышленных сточных вод, как наиболее геологически и экологически защищенный горизонт.

2. Совместимость пород и вод альб-сеноманского горизонта с закачиваемыми водами не приводит к преобразованиям геохимического облика пластовых вод.

3. Разработанная геоэкологическая система контроля состояния недр при захоронении промышленных сточных вод на основе существующих скважин позволяет свети к минимуму загрязнения недр.

Практическая ценность.

В процессе работы над диссертацией автор принимал участие в обработке и обобщении геолого-геофизического материала, изучении (анализе) гидрогеологических условий подземного захоронения промышленных сточных вод на нефтегазовых комплексах ЯНАО, разработке системы мероприятий, позволяющей систематизировать получаемые данные с нефтепромыслов на основе геоинформационных технологий. Для практического использования разработанная система контроля рекомендована НГДУ «РИТЭКНадымнефть». Специалистами предприятия дана положительная оценка представленной работы. На сегодняшний день предложенные методы и разработанная геоэкологическая система контроля состояния недр применяется при составлении технологической документации Сандибинского нефтяного месторождения.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы могут быть использованы:

- при проектировании, строительстве и эксплуатации систем подземного захоронения сточных вод в условиях ЯНАО,

-при лицензировании пользования недрами в части захоронения сточных вод в поглощающие водоносные горизонты.

Апробация работы: Результаты проведенных исследований неоднократно докладывались на окружных научных конференциях «Обеспечение экологической безопасности окружающей среды при разработке месторождений Крайнего Севера» (Надым 2004, Новый Уренгой 2005 гг). Основные положения работы обсуждались на научно-технических советах организации ООО «Газфлот» (г. Москва, 20 Юг). По теме диссертации опубликованы 2 работы в журнале «Нефтепромысловое дело» и подготовлены несколько глав научных отчетов.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Сизикова, Галина Геннадьевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ