Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геоэкологические условия газонефтеносных районов и антропогенная трансформация природных систем на севере Западной Сибири

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические условия газонефтеносных районов и антропогенная трансформация природных систем на севере Западной Сибири"

рт б оа

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФОМИНА СВЕТЛАНА ТРОФИМОВНА

УДК 502.65(571.12)

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГАЗОНЕФТЕНОСНЫХ РАЙОНОВ И АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 11.00.11 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень -1998

Работа выполнена в Тюменском научно-исследовательском и проектном институте природных газов и газовых технологий (ТюменНИИГипрогаз)

РАО Газпром

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, академик РАЕН и РАТН Е.М.Нанивский

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор, академик АТН РФ В.П.Ганясв

доктор географических наук, профессор, академик РАЕН В.В.Козин Ведущая организация - Нефтегазпроект

Защита диссертации состоится "21 " мая 1908 г. в часо!

на заседании диссертационного Совета Д 064.07.02 по защите диссертации н; соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 11.00.11 -«Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов; при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625038, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ

Автореферат разослан " "_ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного

В.Д.Шантарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Север Западной Сибири - основная база нефтегазового комплекса России. Освоение месторождений углеводородного сырья сопровождается интенсивной эксплуатацией природных ресурсов: нефти, газа, конденсата, подземных и поверхностных вод, общераспространенных строительных материалов и возрастающим их изъятием из окружающей среды. Быстрый рост промышленности и транспорта приводит к экологическим проблемам, таким как загрязнение атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, уничтожению растительности, почвы, животных, разрушает сложившийся в течение столетий между человеком и природой уклад жизни коренных народностей Крайнего Севера. Значительная часть экологических проблем определяется недостаточным уровнем научно-информационного обеспечения проектирования и эксплуатации технических систем в специфических региональных условиях.

Наиболее важным аспектом решения перечисленных проблем является необходимость получения исходной оперативной информации в кратчайшие сроки и при максимально объективном отражении действительности о геоэкологических условиях эксплуатации газопромысловых объектов и связанной с освоением месторождений неизбежной антропогенной трансформацией природных систем. Выполнение этих требований возможно на базе дистанционных методов зондирования с применением аэрокосмических средств.

Практические аспекты применения дистанционных методов исследования чаще всего связаны с инвентаризацией природных объектов и установлением естественной и антропогенной динамики природных- систем. Вторая сторона проблемы, а именно определение надежности природной среды с точки зрения безаварийного функционирования технических объектов, часто остается за пределами исследований. Как показывают предлагаемые' к защите исследования автора, они являются наиболее важными региональными факторами, эпределяющими экологический риск при эксплуатации газопромысловых и "азотранспортных сооружений.

Цель работы заключается в исследовании геодинамических факторов эксплуатационной надежности и безопасности газотранспортных систем и трансформации природной среды при разработке нефтегазоконденсатных месторождений севера Западной Сибири.

К защите представлена работа по оценке воздействия обустройства

нефтегазоконденсатных месторождений на трансформацию природных систем на севере Западной Сибири и исследование факторов риска эксплуатации газотранспортных систем, обусловленных окружающей природной средой, которые включают:

1) выделение экологически значимых факторов освоения углеводородного сырья Западно-Сибирского нефтегазового комплекса, наиболее важной чертой, которого сегодня является переход региона с траектории естественного развития в режим природно-антропогенного функционирования с нарастанием антропогенных нагрузок, факторов неопределенности и экологического риска. Антропогенные изменения с конца 70-х годов перешли из категории локальных и линейно- очаговых по своей конфигурации и глубине воздействия в разряд региональных с интенсивным проявлением негативных последствий техногенеза;

2) включение в процедуру определения конструктивной надежности магистральных трубопроводов не учитываемого до настоящего времени явления их перемещения в геодинамически активных зонах. Ключевое значение приобретает построение геодинамических моделей на базе выявления линейных элементов ландшафта, проявление которых в большинстве случаев связано с нарушением толщи пород земной коры, их вертикальными и (или) горизонтальными смещениями. Такие линейные элементы достаточно надежно дешифрируются на любых видах фотоснимков Земли, отличаясь лишь по рангу в зависимости от масштаба исходных космофотоматериалов.

Научная новизна работы. Впервые разработана процедура перевода теоретических построений и фактических материалов поиска аварийно-опасных участков подземных трубопроводов на базе интеграции данных аэрокосмических исследований и комплекса диагностических работ в оценку геодинамической составляющей экологического риска эксплуатации газотранспортных систем.

Установлены закономерности пространственно-временной трансформации природной среды при разработке территорий нефтегазовых месторождений севера Западной Сибири, важные для оценки современной экологической ситуации.

Практическое значение. Результаты многолетних исследований автора нашли практическое использование при:

- проектировании обустройства, разработки мероприятий по охране окружающей природной среды и рекультивации техногенных ландшафтов Комсомольского, Губкинского, Вынгапуровского, Уренгойского, Юбилейного,

Ямбургского, Медвежьего и Бованенковского газовых месторождений;

- составлении мероприятий по техническому обслуживанию магистральных газопроводов Уренгой-Пангоды, Уренгой-Челябинск и конденсатопровода Ямбург-Уренгой.

Фактический материал. В основу диссертации положены материалы, полученные в период работы в Тюменском научно-исследовательском и проектном институте природных газов и газовых технологий (ТюменНИИГирогаз) с 1973 г. по настоящее время. Исследования выполнялись по отраслевым программам и тематическим планам РАО Газпром, а также по договорам с различными организациями.

С 1973 г. автору данной работы приходилось участвовать в качестве инженера, научного сотрудника, а затем начальника отдела в организации и проведении полевых работ в разных районах Западно-Сибирского нефтегазового комплекса: Пур-Надымское междуречье, Ямал, Среднее Приобье, юг Тюменской области. За это время собран большой фактический материал, который получен в результате выполнения маршрутных и аэровизуальных работ на обширных территориях расположения месторождений углеводородов и прохождении трасс магистральных трубопроводов. Выполнено камеральное и полевое дешифрирование тысяч аэро - и космических снимков различного масштаба, составлены десятки карт нарушенных земель отдельных участков, месторождений в целом и трасс трубопроводов.

В работе использованы преимущественно полевые материалы, полученные автором лично и при участии сотрудников ТюменНИИГипрогаза, временных творческих коллективов, формировавшихся на отдельных этапах выполнения различных заданий.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научно-технического прогресса в трубопроводном транспорте газа Западной Сибири" (Тюмень, 1987), областной научно-практической конференции " Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства в нефтегазоносных районах Западной Сибири" (Тюмень, 1987), XII Всесоюзном совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (Иркутск-Южно-Сахалинск, 1988), Международной научно-практической конференции "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере " (Тюмень, 1995), Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны

окружающей среды" (Томск, 1995), Научно-техническом Совете РАО Газпром "Проблемы охраны и рекультивации земель на объектах газовой промышленности' (Саратов, 1995), Первом международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетике будущего" (Тюмень, 1996), Втором международном конгрессе "Вода: Экология и технология" (Москва, 1996), III Международной конференции "Освоение Севера и проблемы рекультивации' (Санкт-Петербург, 1996).

По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Структура и объем работы. Поставленная цель исследования определяет общую структуру и содержание работы. Наиболее полно поставленная цель может быть раскрыта только на основе достаточно глубокого представления природных условий рассматриваемого региона и методологии дистанционных методов исследования. Именно этим вопросам посвящены первые две главы диссертации. Последующие две главы работы посвящены описанию опыта практического решения проблем экологии и некоторых аспектов экологической безопасности эксплуатации газотранспортных систем на нефтегазовых месторождениях севера Западной Сибири.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Работа содержит 137 страниц машинописного текста, 9 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 113 наименований.

Автор приносит большую благодарность за внимание и поддержку при подготовке диссертации академику АИН РФ, доктору технических наук профессору Г.В.Крылову, а также за научное руководство работой академику РАЕН и PATH, доктору технических наук, профессору Е.Н.Нанивскому.

Особую признательность автор выражает кандидату географических наук Е.Е. Подборному за консультации и постоянную помощь в работе.

Автор искренне благодарит многих ученых и специалистов производственников, с кем приходилось непосредственно общаться в процессе проведения полевых исследований и обсуждения полученных результатов: В.И.Гридина, А.Д.Дорогина, А.И.Забазного, Ю.Ф.Захарова, А.Г.Зуева, О.С.Мартынова, С.А.Санникова, И.Д.Скворцова, Г.Н.Тимербулатова,

А. В .Трофимова и других.

•лиолспо) уаы(илчсгипсгш С1и а ыплопи ааиилцчсппо1л рау^псзл VI |стт,

ющих выраженную зональность распределения тепла и влаги, и соответственно" отную ориентацию ландшафтных зон. Учет внутрирегиональной специфики эходим для выработки адаптированной стратегии природопользования и оценки )еменной экологической ситуации. В диссертации приведен анализ жториальной изменчивости Надым-Пур-Тазовского и Ямало-Гыданского энов. Низкие температуры, широкое распространение вечной мерзлоты, слабый :имический метаболизм, обуславливают высокую уязвимость экосистем, >рые медленно восстанавливаются после антропогенного воздействия и поэтому зо нуждаются в защитных мерах.

К числу экологически значимых факторов, определяющих естественную [(расположенность ландшафтов к быстрым геодинамическим процессам' и низкую /стойчивость к деструктирующим техногенным нагрузкам, относятся: пучение 1тов, морозобойное растрескивание, оврагообразование, деформация русел рек, эобразовательные процессы, дефляция, термокарст. Таким образом, тогически значимые факторы связаны со спецификой процессов ьефообразования в криолитозоне, обусловленной действием криогенного тора. с

Перечисленные факторы порознь, во взаимодействии группами или все сте могут изменять плановое и высотное положение трубопроводов, создавать сные напряжения, способные привести газотранспортную сеть в предаварийное гояние.

Основные черты экологической ситуации в зонах эксплуатации ¡промысловых объектов - это крайняя чувствительность и неустойчивость к ■югенным нагрузкам территории в сочетании с высокой ценностью богатств недр, отного мира и ихтиофауны, а также экстремальность условий, резко выраженная энность, исключительно низкая биопродуктивность, обедненность видового гава, упрощенность структуры экосистем (соответственно этому ограниченность пенсаторных механизмов),, крайняя замедленность биологических процессов и, здствие этого, легкость изменений и нарушений, низкие восстановительные

способности при любых (как естественных, так и искусственных) неблагоприятны» воздействиях.

ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

Теоретические и научно- методические вопросы применения дистанционной информации в геоэкологических исследованиях

Базовым направлением решения поставленных в диссертации проблем является сквозное использование методов дистанционного зондирования с интеграцией их с методами технической диагностики и методами полевой регистрации трансформации природной среды. Логическая схема решения зада1-диссертационного исследования приведена на рис.1.

По мнению большинства исследователей (Миллер, 1964; Гридин, 1966, 1983 1984, 1986, 1990, 1994; Аэрометоды..., 1971; Ландшафтный метод..., 1971; Михайлов, 1975; Береговой, Киенко, 1977; Бровка, 1978; Гудилин, Комаров, 1978: Николаев, 1978; Космическая геология, 1979; Ландшафтная индикация, 1981 Востокова, 1982, 1988; Аковецкий, 1983, 1986; Скворцов, 1983; Виноградов, 1984; Садов, 1986; Методы региональных..., 1986; Трофимов,1986; Мелуа, 1988; Федоров, 1988; Киенко, 1994; Гридин, Дмитриевский, 1994; Гридин, Гак,1994 и др.), основ> применения методов дистанционного зондирования составляет взаимосвязь различных процессов, происходящих в земной коре и на поверхности Земли, проявление этих природных взаимосвязей в современном ландшафте и их отображение на материалах космоаэрофотосъемок.

Основным методическим приемом, использованным автором при исследовании антропогенной трансформации, послужила ландшафтная индикация с широким применением результатов дешифрирования разновременных аэрофотоснимков. Применение его позволило повысить достоверность идентификации, распознавания объектов по снимкам на основе использования в качестве дополнительного дешифровочного признака закономерностей временных изменений объектов.

При решении задачи объективизации данных в качестве фактологической основы использованы материалы авторского дешифрирования аэро - и космофотоснимков на территорию месторождений Пур-Надымской нефтегазоносной провинции, включая Уренгойское, Енъ-Яхинское, Песцовое, Северо-Уренгойское, Медвежье месторождения и Ямало-Гыданского района.

Результаты

Установление внутрирегиональной специфики

геоэкологической среды и экологически значимых факторов

эксплуатации нефтегазотранспортных систем

Определение естественной и антропогенной эволюции ландшафтов. Карты природно-антропогенных ландшафтов

(1

Выявление геодинамической составляющей конструктивной надежности магистральных трубопроводов

А

Процедуры исследования

Анализ зональных, региональных и локальных факторов, определяющих устойчивость природных систем.

(1

Выявление местоположения потенциально опасных участков и

разработка методики расчета вертикальных перемещений в их _пределах_

Л

Интеграция материалов

Инженерно-геокриологические и мезлотно-гидрогеологические исследования и изыскания (рельеф,

состав грунтов, льдистость, температурный режим, криогенные _процессы

О

Дешифрирование АФС, полевая

регистрации воздействия на растительность, рельеф, мерзлоту.

Сведения об устойчивости и восстановлении природных систем

Геолого-геофизические, технологические материалы и статистические данные отказов трубопроводов

(Г

Комплексное дешифрирование материалов аэрокосмофотосъемки

1)

А

Задачи

Оценка геоэкологических условий эксплуатации магистральных трубопроводов

Оценка антропогенной трансформации природных систем нефтегазопромысловых ■ районов севера Западной Сибири

Интегральная диагностика технического состояния трубопроводов

Рис. 1. Логическая схема решения задач диссертационного исследования

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Факторы экологического риска подтверждают крупные аварии, имевшие место на трубопроводах, как в нашей стране, так и за рубежом. Значительный экологический риск определяется высокой "отраслевой" концентрацией энергии, большой территориальной концентрацией накопленного экологического риска. На отдельных участках в одном технологическом коридоре имеется до 10 ниток газопроводов диаметром 1020-1420 мм.

Стремление к наибольшей экономичности и максимальному использованию вложений в транспортные коммуникации приводит к объединению в одном технологическом коридоре нескольких магистральных газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, а также сооружению над этими системами линий электропередачи. Ситуация усугубляется прохождением в непосредственной близости от трубопроводного коридора автомобильных и железных дорог. В этом случае многократно возрастает риск каскадных аварий, при которых случайная авария на одной из трубопроводных ниток в результате действия вторичных факторов может послужить причиной последовательного вовлечения в аварийную ситуацию всех рядом расположенных трубопроводов.

Риск эксплуатации трубопроводов, связан также с разрушающим воздействием окружающей природной среды. Наиболее опасны с этой точки зрения геодинамические процессы. Необходимость интеграции данных при диагностике технического состояния трубопроводов связана с тем, что полноценная техническая диагностика трубопроводов, прогнозирование их жизнеспособности и разработка технических решений, обеспечивающих безопасную эксплуатацию газопровода, представляют сложную комплексную проблему. Ключевое значение приобретают полные сведения о факторах риска устойчивого функционирования газотранспортных систем: влияние природного газа на транспортные сооружения (внутренняя коррозия, хрупкость, явление усталости, сопротивление давлению и перегрузки) и влияние окружающей среды (в первую очередь геодинамические процессы, а также пучение, термокарст, овражная термоэрозия, солифлюкция и эрозия русел рек).

Анализ аварийных ситуаций магистрального газопровода Уренгой-Челябинск показал, что аварии концентрируются в линеаментных зонах. Поэтому особое внимание в диссертации уделяется линеаментному анализу, как

ффективному методу выявления потенциально опасных участков трассы рубопровода. Установлено, что скорость техногенных процессов на участках азломов намного больше, чем вне их пределов.

Основными материалами выявления геодинамических зон являлись: осмические снимки масштаба 1:1000000 - для тектонической привязки района абот, 1:200000 - для дешифрирования основных линеаментов и зон линеаментов; :25000 (1:50000) - для дешифрирования линеаментов и зон линеаментов, вляющихся основой выделения геодинамически активных зон. В качестве ривлеченных материалов использованы: топографические карты масштаба :1000000, 1:200000, 1:25000 (1:50000), гравимагнитные карты масштаба 1:200000; труктурные построения: масштаба 1:25000, представленные ПО Когалымнефтегаз", ГП "Тюменнефтегеофизика".

Связь ландшафтной структуры и экзогенных естественных и техногенных роцессов с тектоническим строением подтверждена конкретными данными, олученными на Восточно-Придорожном ключевом участке, расположенном в ределах южного склона Сибирских Увалов. Линеаментная сеть в ландшафтной труктуре представлена прямолинейными отрезками и коленообразными изгибами ек, ручьев и ложбин стока; прямолинейно вытянутыми контурами разнотипных олотных природно-территориальных комплексов, линиями "течения" болот и др. етко выражена система линейно-ориентированных образований северо-восточного ростирания.

Эффективность метода иллюстрируется данными комплексной ;оэкологической оценки и технической диагностики магистрального газопровода ренгой-Челябинск на участке между компрессорными станциями Демьянская и ынгапуровская. Для данного участка трассы газопровода проведены инеаментный анализ, статистический анализ аварийных ситуаций, потенциально эдтверждающих активность линеаментов и расчеты по определению напряженно-эформированного состояния трубы. Из всей совокупности линеаментов с учетом чформации структурных карт, геоморфологических, ландшафтных признаков, убраны и картографически зафиксированы неотектонически активные зоны. На ентябрьском участке к таким зонам отнесены зона разлома "Чепырьега" и "Верх-/тьях". На Восточно-Придорожном - зоны разломов, пересекающих газопровод на шстке 517-545 км.

Обобщение результатов опытно-методических работ по геодинамике в опоре э теоретические оценки в опубликованных источниках и моделирование позволили

установить новое свойство геоэкологической среды - вертикальную деформацию несущей трубопровод дневной поверхности. Величина подвижек оценивается как значительная, а режим реализации как "рывковый", моментальный, достигающий по данным натурных наблюдений 40-100 мм. Периодичность "всплеска" перемещений не выдержана. Она, по данным наблюдений, может составлять один раз в шесть месяцев и реже.

Для подтверждения возможного воздействия геодинамически активных зон на аварийные ситуации на магистральном газопроводе выполнен статистический анализ аварий. При анализе учтены данные по 50 авариям, происшедшим в период с 1978 по 1985 год на трассе трубопровода Уренгой-Челябинск. К авариям были отнесены все случаи, которые, нарушали нормальную работу трубопровода. К ним относились разрывы трубопровода с возгоранием и без возгорания, свищи. Наибольшее число аварий случается в зимние месяцы и в предзимье (ноябрь-декабрь-январь). Вероятно, это связано с началом промерзания пучинистых грунтов и возникновением деформаций пучения, которые ослабляют прочностные свойства трубы.

Полученные результаты позволяют предположить, что существует тесная связь между местом аварии и близостью водотока. Вероятно, это объясняется тем, что большинство водотоков находят свое русло вдоль тектонически-активных зон, в пределах которых породы наиболее ослаблены и легко поддаются размыву.

Детальный анализ, проведенный на ключевых участках Южно-Балыкской и Вынгапуровской КС показал, что места аварий совпадают с тектонически активными зонами, выделенными по материалам дешифрирования аэрофотоснимков. Удаленность аварии от места проекции глубинного разлома на поверхность может быть достаточно большой (до 10-15 км), что обусловлено демпфирующими свойствами осадочного чехла, постепенной аккумуляцией напряжений в трубе, которые при определенных условиях, вызывают аварийную ситуацию.

Для рассматриваемого газопровода в местах выделенных линеаментов, установлена повышенная частота отказов. Дополнительными причинами аварий являются механические дефекты труб (гофры, некачественная сварка стыков, заводской брак трубы и др.). Наличие дефектов труб на участках линеаментов создает повышенную зону риска при эксплуатации газопровода. Поэтому на выделяемых ключевых участках в зоне линеаментов возникает необходимость проведения детальной комплексной технической диагностики газопровода.

Для оценки влияния вертикальных перемещений земной поверхности в зоне

томов на прочность магистрального газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск (2-ая гка) использована методика определения напряженно-деформированного стояния трубопровода по его пространственному положению. С этой целью эанализирована исполнительная документация обследуемого трубопровода, явлены расположение трубопровода на местности и наличие углов поворота с тыми или литыми отводами, точки врезки других трубопроводов, время юительства трубопровода, диаметр и толщина стенки трубы, наличие пригрузов.

Произведены замеры температуры стенки трубы, толщина и диаметр трубы обследуемом участке трассы. Геодезическим методом определено положение I трубопровода. Расчетная схема трубопровода принималась в виде 1МОЛинейных элементов конечной длины, жестко соединенных в узлах, с шоженными в них сосредоточенной нагрузкой и связями в виде пружин, жесткости орых определены свойствами грунтов. По результатам расчета напряженно-нормированного состояния трубопровода произведен анализ прочности бопровода по формуле:

Участки трубопровода, для которых по результатам диагностики

нического обследования и ремонта. И, наконец, участки трубопровода, где

В диссертации приведены также результаты комплексной геоэкологической нки и технической диагностики в динамически активных зонах денсатопровода Ямбург-Уренгой. Совместный линеаментный и ландшафтный лиз позволил обосновать выбор ключевых участков для проведения динамических работ на пересечение конденсатопроводом рек Евояхи (225 км); седэяха (185 км); Табседэяха (176 км); Хараседэяха (160 км); Игарка - Табъяха

<Уь аг, <?з - главные напряжения.

Найденные значения проверялись по условию сэка < К

Я соответствует пределу текучести Я?, либо пределу прочности Л.н.

юпечивается условие аэкв < Г^, считались удовлетворяющим и условию 1ЧНОСТИ.

Участки трубопровода, где К?(стэкв(Я[1, рекомендованы для полного

.в

> R.J1, рекомендованы для неотложного ремонта.

(155 км); Табъяха( 130 км); Енъяха (93 км); протоки р. Хадутте (59 км); Хынгхарвута (41 км); Неляхо - Пойловояха (20 км).

Расчет напряженного состояния конденсатопровода на ключевых участках проведен для двух вариантов. По первому варианту определялось напряженное состояние конденсатопровода .при планово-высотном положении, соответствующем исполнительной документации. По второму варианту задавалось ожидаемое смещение фунтов по одну сторону границы геодинамических блоков равное 100 мм и рассчитывались возникающие при этом напряжения в конденсатопроводе. Результаты расчетов состояния конденсатопровода на одном из ключевых участков представлены на рис. 2.

Проведенные предварительные расчеты напряженно-деформированного состояния конденсатопровода на ключевых участках показали следующее:

•для всех ключевых участков характерен высокий уровень напряженного состояния конденсатопровода, который в основном обусловлен предварительным напряжением трубопровода во время укладки при строительстве; •вертикальное перемещение грунта под конденсатопроводом на величину 100 мм и более вызывает повышение напряжений, превышающих допустимые;

•наибольшие напряжения возникают в местах упругого изгиба при повышении кривизны изогнутого участка, которая может вызываться как геодинамическими процессами, так и возможным пучением грунтов, характерным для трассы трубопровода;

•для достоверной оценки напряженного состояния конденсатопровода необходимо знание его фактического пространственного положения на ключевых участках, направление и величины перемещений конденсатопровода от геодинамических и инженерно-геологических процессов, что рекомендовано для дальнейших исследований.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Наиболее детально трансформация природных комплексов и динамика

природной среды исследована на территории Уренгойского месторождения. Для исследования динамики природной среды Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения использовались материалы мелкомасштабных и крупномасштабных аэрофотосъемок 1983, 1985, 1989 и 1991 г.г. Подготовлена серия карт нарушенных земель (рис. 3). В результате картографической инвентаризации установлено фактическое распределение площадей нарушенных земель.

а,МПа

500-

400-

300

200-

100

л 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 1

--- \

\

\

\

Д

А

-----

г N 7 \

ПК 581+70 20 40 60 80 100 Расстояние, м

Пойма 1 Русло 11{Ч>10КК Продало»» пеоони яка Ситуация

Ийсс» »мииоирнисш! мдомйищмииа • Песок келшисршснгй ыврии* Грунт под трубой

Нилмс | Олаииыо 11 Шине |ои*£ние Пн»« | Выслии | !1юои Эквивалентные напряжения

Рис. 2 Техническое состояние конденсатопровода на переходе через протоку реки Хадутте Ключевой участок №2 (а-напряжение в трубопроводе, МПа; Н-высота трубопровода, м)

Условные обозначения к рис. 2:

———— Поверхность земли

_ Эквивалентные напряжения в конденсатопроводе, соответственно, до

и после геодинамической подрижки

- Положение конденсатопровода

—---Допускаемые напряжения

_____ Участок конденсатопровода, находящийся в предаварийном состоянии и испытывающий напряжения выше допустимых

Участок конденсатопровода, находящийся в предаварийном состоянии и испытывающий напряжения выше допустимых в результате геодинамических подвижек

Ситуация

- Поверхность земли пологая, не требуется конструкционных усложнений при

строительстве конденсатопровода.

Размыв и эрозионные процессы отсутствуют.

Поверхность земли пересеченная, требуется повышенное внимание

к конструкционным особенностям при прокладке и эксплуатации конденсатопров

_ Опасность формирования повышенных напряжений в стенке трубы, размыва

конденсатопровода.

Грунт под трубой

Не представляет опасности для конденсатопровода по осадочным и _ пучинистым свойствам

Требуется учет осадок при оттаивании и пучении грунтов при промерзании на формирование напряженного состояния конденсатопровода

Эквивалентные напряжения

Низкие, составляют менее 0,8 адап, ( а„= 269,7 МПа). Не представляют опасности для конденсатопровода.

Высокие, составляют 0,8-1,0 адоп.,( 269,7 МПа).

Требуется внеплановое техническое диагностирование, проведение мероприятий по снижению уровня напряжений.

Опасные, выше допустимых ( одоп = 269,7 МПа ), предаварийное состояние конденсатопровода.

Требуется срочное проведение технического диагностирования и принятие решения по снижению напряжений.

Условные обозначения к рис. 3 :

I. Земли сельскохозяйственного и природоохранного направления рекультивации

IЗемля, нарушенные при открытых горных работах в результате перемещен» грунтов

СЗ^ " карьеры сухие я обводненные;

E2Z

23емля, аарувенные в результата уничтожения растительного шжрова мехаяаческям способом

| - расчистки; - разъезжеяые автотранспортом;

2 1<ТТТ^1 - взрытые места;

II. Земли строительного направления рекультивации (площадки, занятые промышленными, гражданскими и прочими сооружениями)

1Лефте- я газопромысловые сооружения

•ÖS

Üfa-1

• площадка УКПГ, вахтового поселка;

- площади кустов эксплуатационных скважин (газовых, нефтяных, гидрогеологических);

¿Трубопроводы

- газопроводы;

- водоводы; ¿Дорога

- автомобильные дороги с покрытием я грунтовые улучшенные;

- временные автодороги, полевые в лесные;

III. Природно-территориальные комплексы Группы типов урочищ

-лесов;

- низких пойм и долин мелких рек; -болот,

-тундр;

Урочища лесов

- дренированные плоские, местами западинно-бугристые, со смешанными редкостойными кустарничково-лншайниховыми лесами и реданами;

- Дренированные плоские и шитого волнистые с березово-

Урочища тундр

- дренированные полигональные кустаркичково-лгапайликовые тундры;

-холмистые кочковатые с травяно-кустарничковыми мохово-ляшайниковыми пятнистыми тундрами;

- заболоченные трааяно-кустарничховые тундры с фрагментами травяно-моховых болот,

Сочетание урочищ

- плоские полигональные с березово-лнетвенничными

Урочища низких пойм а далии малых рек

- ложбины, лога с комплексом низинных травяных болот, ивняков и ерников;

- долины мелких рех с комплексом кустарничковых тундр, смешанных лесов и фрагментов болот и луговин;

Урочища болот

- травяные а хустариичхово-травяно-моховые по полосам, ложбинам стока и хасыреям;

- кустарничхово-травяно-моховые кочковатые в комплексе с плоскими торфяниками и тундрами;

- кустарничково-травяно-моховые кочковатые в

*----комплексе с плоскими торфяниками н тундрами,

и чередование низких торфяников в мелкобугристых тундр;

Г 1 - дренированные полигональные кустар нич ко во - л иша йнико вые $$

' 1 тундры, И дренированные плоские и пологоволнистые с березово-

лиственничными кустарничково-лишайниковыми рединами с пятнами-медальонами;

- заболоченные травяно-кустарничковые тундры с фрагментами травяно-моховых болот, и кустарничково-травяно-моховые кочковатые в комплексе с плоскими торфяниками и тундрами;

- холмистые кочковатые с травяно-кустарничковыми —^ мохово-лишайниковыми пятнистыми тундрами

и плоские полигональные с березово-лисгвенничнымя куетарннчковымя лишайниковыми рединами;

При инвентаризации нарушенных земель установлено, что значительная асть ранее отведенных земель оказалась неиспользуемой по нескольким ричинам:

•во-первых, некоторые запроектированные объекты впоследствии были сключены из строек;

•во-вторых, изменилась технология производства, в первую очередь, уровых работ. Стало широко применяться бурение наклонных скважин, в связи, с ем значительно уменьшилась площадь земель, занимаемых под кустовые пощадки.

Площадь фактически используемых земель составляет около 60% остоянного отвода. В связи с этим в землепользовании сегодня обозначились педующие проблемы: выявление и возврат неиспользуемых земель и екультивация нарушенных земель. Основным видом нарушений является азличной степени разрушение почвенно-растительного покрова.

Нарушение земель при освоении Уренгойского месторождения началось, эежде всего, из-за уничтожения растительного покрова в результате механического пи пирогенного (пожары) воздействия. Разрушение естественного растительного экрова сопровождалось изменением термовпажностного и гидрологического зжима грунтов и поверхности, что способствовало активизации экзогенных юлогических процессов. Развиваются овраги, термокарстовые процессы и Зразования, происходит заболачивание территории.

Разработка песчаных и торфяных карьеров, проходка траншей и сооружение асыпей, подрезка склонов, проведение планировочных работ привела к нарушению ¡мель в связи с перемещением фунтов и изменением рельефа поверхности, арушение земель из-за активизации экзогенных геологических процессов 5уславливают, главным образом, дефляция и подтопление. Дефляция развита жально на прибровочных участках речных долин, сложенных песками, эдтопление территории обусловлено перераспределением поверхностного стока. 5разуются спущенные озера и участки подтопления.

Бурение скважин без достаточной утилизации шлама и отработанных растров, в которых, в зависимости от условий бурения, содержатся поверхностно-тизные вещества, нефть, соляр, различные соли и другие химические реагенты, а кже буровые сточные воды, зафязняют земли.

Испытания скважин и аварийные разливы углеводородного сырья приводят к рушению земель из-за загрязнения их нефтью, конденсатом и пластовыми

■ подземными водами.

Отрицательное воздействие на земли оказывает и деятельность транспор ных предприятий, увеличивая замазученность поверхности автодорог и стоянок.

В диссертации рассмотрены также региональные особенное трансформации природных комплексов на территории Енъ-Яхинского, Северо Уренгойского, Песцового, Медвежьего, Ямбургского, Бованенковског Харасавейского месторождений с учетом зональных ландшафтных геокриологических особенностей, а также стадий и интенсивности освоени Установлено, что в очагах интенсивного освоения идут глубокие процесс трансформации растительного покрова, довольно четко определяются тенденце обеднения флоры. Исходно разнообразная мозаика сообществ коренных типе сменяется однотипными производными сообществами. Широко распространен процессы олуговения. Механизм их формирования связан с обогащением субстрат питательными веществами. Все это свидетельствует об утрате разнообразь сообществ и соответственно об уменьшении экологической емкости природнь комплексов.

Геоботанические исследования позволили установить следующи закономерности восстановления растительности. Нарушенные участки заселяк преимущественно виды, типичные для интразональных местообитаний, образующи луговые сообщества, нижние ярусы ивняковых зарослей пойм и разреженну растительность различных обнажений. Их фитоценотическая роль в антропогенны ландшафтах повышается благодаря изменению экологической обстановки ослаблению позиций или уничтожению конкурентов -мхов, кустарников, деревье! кустарничков.

Темпы восстановления лесов и редколесий определяются, прежде всегс увлажненностью фунтов и дренированностью территории, отсутствием ил наличием дерново-растительного покрова. На участках редкостойных кустарничковс лишайниковых лесов и редин, березово-лиственничных кустарничковс лишайниковых редин на песчаных и супесчаных поверхностях процес естественного зарастания протекает очень медленно и вообще не происходи" Через пять лет после нарушения земель злаковыми группировками заняты не боле 20% площади.

В пределах сырых, слабодренированных и мелкобугристых поверхностей березово-лиственничными кустарничково-лишайниковыми рединами, восстановление начинается на третий-четвертый год.

На территории болотных урочищ степень проективного покрытия лнтропофильной флоры уже через несколько лет составляет 100%. Осоково-1ушицевые сообщества сменяют пушицево - политриховые.

Тундровые сообщества в процессе освоения подвергаются наибольшим изменениям. На мелкобугристых травяно-кустарничково-моховых тундрах и сырых сочковатых тундрах с травяно-кустарничковыми и мохово-лишайниковыми :ообществами развивается пушицево - осоково - политриховый покров. Через ^сколько лет восстановление охватывает более 50% площади нарушения.

К группе устойчивых и восстанавливающихся природно-территориальных сомплексов относятся травяные и травяно-моховые болота, а также увлажненные юймы малых рек. К группе неустойчивых природно-территориальных комплексов относятся участки с лесами, тундрами и торфяниками. В этих комплексах юсстановление первоначальных природных условий не происходит.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная экологическая ситуация севера Западной Сибири апределяется двумя основными факторами - спецификой геоэкологической среды ¡ысокоширотной территории и массированным техногенным воздействием (ефтегазодобывающей промышленности. Специфика геоэкологических условий )бусловлена существованием мерзлоты, слабым геохимическим метаболизмом и 1ысокой уязвимостью экосистем, которые медленно восстанавливаются после жтропогенного воздействия. Сложность и уникальность природных и социально-жономических условий региона, низкие показатели устойчивости всех компонентов жружающей среды обуславливают необходимость разработки системы |риродоохранных норм, требований и ограничений, направленных на максимальное ¡охранение природы территории и ресурсной основы традиционного хозяйства оренного населения, его быта, традиций и культуры.

Проведенное комплексное исследование воздействия окружающей среды на ксплуатацию газотранспортных систем и оценка влияния нефтегазовой |ромышленности на окружающую среду позволяют сформулировать следующие ыводы:

1. Среди экологически значимых факторов, определяющих естественную редрасположенность ландшафтов к быстрым геодинамическим процессам и низкую х устойчивость к деструктирующим техногенным нагрузкам, наиболее важными вляются геодинамические процессы, которые способны изменять плановое и

ииыиипщл илрулчамицсп и^п^м^пии ------,----------

зондирования в комплексе с геолого-геофизическими исследованиями, ландшафтно-экологическим анализом и технической диагностикой нефтегазопромысловых и нефте газотранспортных объектов. Об этом свидетельствуют полученные результаты картографической инвентаризации техногенного воздействия на природные ландшафты.

Разработанная автором методика создания карт техногенного воздействия на природные ландшафты (для Ямало-Гыданской и Пур-Надымской нефтегазоносных территорий) может быть использована при исследованиях других районов, осваиваемых нефтегазовой отраслью в условиях криолитозоны, а полученные конкретные результаты для совершенствования проектирования и оценки экологической ситуации. '

3. Анализ аварийных ситуаций магистральных газопроводов показал, что аварии концентрируются в геодинамически активных зонах. Регистрируемая повышенная частота аварийности в зонах разломов на магистральных системах газопроводов и возможность ее прогнозирования на основе применения линеаментного анализа позволяет рекомендовать использование разработанного автором метода при расчетах конструктивной надежности магистральных трубопроводов.

4. В очагах интенсивного освоения идут глубокие процессы трансформации растительного покрова, довольно четко определяются тенденции обеднения флоры. Исходно разнообразная мозаика сообществ коренных типов сменяется однотипными производными сообществами. Широко распространены процессы олуговения.

Результаты научных исследований, изложенные в диссертации, отражены в 23 научных отчетах ТюменНИИГилрогаза, а также опубликованы в следующих работах:

1. Воздействие опасных физико-геологических процессов на техническое состояние магистральных газопроводов. Сб. тез. - Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научно-технического прогресса в трубопроводном транспорте газа Западной Сибири". Тюмень, Главтюменгазпром, 1987, с. 77-78.

>. Опыт применения аэрофотоснимков при изысканиях для проектирования газопромыслового и газотранспортного строительства. Сб. тез. Областной научно-практической конференции " Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства в нефтегазоносных районах Западной Сибири". Тюмень, Тюменгражданпроект, 1987, с. 43.

I. Методы поиска внутримерзлотных водоносных горизонтов и скоплений углеводородов в мерзлых толщах. Сб. тез. докл. Всесоюзного совещания по подземным водам Востока СССР (XII совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока). Иркутск - Южно-Сахалинск, 1988.

I. Динамика техногенных ландшафтов месторождения Медвежье. Сб. научн. тр. "Рациональное природопользование при разработке нефтегазоконденсатных месторождений Западной Сибири". Тюмень, НПО Тюменгазтехнология, с. 15-18.

i. Химико-биологическая рекультивация нарушенных земель. Материалы научно-технического совета РАО Газпром "Проблемы охраны и рекультивации земель на объектах газовой промышленности". Саратов, ИРЦ «Газпром», 1995, с. 46-48.

!. Дистанционные методы определения надежности трубопроводных систем. Международная научно-практическая конференция "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере". Тюмень, ТюмГУ, 1995, с. 1617.

'. СУБД PARADOX для хранения и организации информации о состоянии окружающей среды на предприятиях Газпрома. Международная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды". Томск, 1995, с.

. Химико-биологическая рекультивация нарушенных земель Западной Сибири. Сб. "Экология и охрана окружающей среды". В.Пышма: Уралюриздат, 1996, с. 154155.

. Экологические проблемы газовой отрасли в Западно-Сибирском нефтегазовом комплексе. Первый международный конгресс "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетике будущего" (Доклады секции "Экологические проблемы газовой промышленности"), Тюмень, 1996, с. 27-36.

0. Экологические проблемы газовой отрасли в Западно-Сибирском нефтегазовом комплексе. Газовая промышленность № 11-12, ИРЦ «Газпром», 1996, с.48-50.

11. Экологические проблемы газовой отрасли в Западно-Сибирском нефтегазово комплексе. Юбилейный сб. научн. тр. "50 лет первому магистральном газопроводу Саратов-Москва". Саратов, ИРЦ «Газпром», 1996, с.25-31.

12.Базы данных в организации мониторинга на Уренгойском ГКМ. Второ Международный конгресс "Вода: Экология и технология'.', ЭКВАТЭК-96, тезиа докладов М.: СИБИКО «Интернешлн», 1996, с.427.

13.Радон в природных водах на Уренгойском ГКМ. Второй Международный конгрес "Вода: Экология и технология", ЭКВАТЭК-96, тезисы докладов М.:СИБИК «Интернешлн», 1996, с.59.

Соискатель

С.Т.Фомина