Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Научно-методическое обоснование эффективности мониторинга недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Научно-методическое обоснование эффективности мониторинга недр при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера"

На правах рукописи

804662727

СИЗИКОВА ГАЛИНА ГЕННАДЬЕВНА

Научно-методическое обоснование эффективности мониторинга недр

при захоронении промышленных сточных вод в условиях Крайнего

Севера

на примере Сандибинского нефтяного месторождения

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 О '.'А* 20:0

Москва - 2010

004602727

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

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

Поспелов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный

сотрудник Аковецкий Виктор Геннадьевич Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Акулинчев Борис Павлович, Институт проблем нефти и газа РАН

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью «Газфлот» (ООО «Газфлот»)

Защита состоится: «25» мая 2010 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 «_»_2010 г.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимость научно-методкческого обоснования эффективности мониторинга недр на территории Ямало-Ненецкого автономного округа обусловлена широко практикующимся подземным захоронением промышленных сточных вод.

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений связана с образованием промышленных сточных вод (промстоков), которые представляют собой смесь вод, добытых вместе с нефтью и газом, а также техногенных вод, образующихся в результате различных технологических процессов. По мере увеличения добычи углеводородного сырья и впоследствии выработки запасов месторождения наблюдается закономерный рост обводненности добываемой из пласта продукции. Так, например, на Сандибинском месторождении в 2000 году обводненость продукции составляла - 12,4 %, в 2003 - 15,9 %, в 2007 - 38,4 %.

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. Грабовников, 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.

В качестве основного технического решения по утилизации промышленных сточных вод с объектов Сандибинского месторождения в данной работе рассматривается и предлагается вариант подземного захоронения промстоков в поглощающий альб-сеноманский горизонт. В связи с этим появилась необходимость в разработке научно-обоснованного подхода к методу утилизации промстоков в альб-сеноманского горизонта с внедрением эффективных методов мониторинговых наблюдений за состоянием недр Сандибинского лицензионного участка недр. Поэтому предлагаемая работа является весьма важной и актуальной.

Цель диссертационной работы — научно-методическое обоснование эффективности мониторинга недр при захоронении промышленных сточных вод, образующихся при производственной деятельности нефтедобывающих организаций, в альб-сеноманский горизонт и разработка эффективной системы геоинформационных мониторинговых наблюдений за состоянием недр на территории Ямало-Ненецкого автономного округа.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- обобщение отечественного и зарубежного опыта по захоронению промышленных стоков в 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 решений по организации мониторинговых наблюдений за состоянием подземных вод альб-сеноманского горизонта с использованием геоинформационных систем;

- использование объемной цифровой геологической модели для оценки эффективности проведения мониторинга недр в целом по месторождению. Научная новизна представленной работы:

1. Предложен и научно обоснован рациональный метод утилизации промышленных сточных вод в условиях Крайнего Севера.

2. Доказана совместимость подтоварных, пластовых и хоз-бытовых вод Сандибинского месторождения, которая 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 обоснована организация эффективного мониторинга за недрами при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт с использованием геоинформационных систем.

5. На основе предложенных решений впервые разработана технология ведения мониторинга за состоянием недр при захоронении в альб-сеноманский горизонт промышленных сточных вод в пределах Сандибинского лицензионного участка, позволяющая снизить затраты на утилизацию промстоков в 1,5 - 2 раза. Проектные решения рекомендованы для внедрения системы контроля за недрами НГДУ «РИТЭКНадымнефть».

Основные защищаемые положения:

1. Научное геолого-экологическое обоснование возможности использования альб-сеноманского горизонта при разработке и эксплуатации месторождений на территории ЯНАО в качестве полигона для захоронения промышленных сточных вод.

2. Геохимическая оценка совместимости пород альб-сеноманского горизонта с закачиваемыми водами и прогнозный расчет площади распространения закачиваемых вод в данном горизонте.

3. Впервые разработана и предлагается к использованию эффективная система геоинформационных мониторинговых наблюдений за состоянием альб-сено-

5

майского горизонта на участках захоронения промышленных сточных вод в условиях ЯНАО.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований: Разработанная технология ведения мониторинга за состоянием недр при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт в пределах Сандибинского лицензионного участка, позволяющая снизить затраты на утилизацию промстоков в 1,5-2 раза, рекомендована для практического использования НГДУ «РИТЭКНадымнефть». Специалистами предприятия дана положительная оценка представленной работы. Предложенная технология ведения мониторинговых наблюдений за состоянием подземных вод альб-сеноманского горизонта уже используется при составлении технологической документации по разработке и эксплуатации Сандибинского нефтяного месторождения, а также учитывалась при составлении программ по улучшению экологической обстановки на месторождениях Крайнего Севера.

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 исследований автора изложены в публикациях журнала «Нефтепромысловое дело», производственных и тематических отчетах НГДУ «РИТЭКНадымнефть». Основные положения работы неоднократно докладывались на окружных научных конференциях в г. Надыме и г. Новый Уренгой. В местной газете «Рабочий Надыма» опубликована статья о бережном отношении к природным богатствам и соблюдению статей Федерального закона РФ «Об охране окружающей среды».

Структура и объём представленной работы:

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 131 страницу машинописного текста, включающего 19 таблиц, 4

6

диаграммы, 3 схемы, 10 рисунков. Список использованной литературы включает 100 наименований (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

В первой главе «Промышленные сточные воды и проблемы их утилизации» рассмотрена актуальность проблемы утилизации промышленных отходов в условиях Крайнего Севера и необходимость разработки эффективной системы мониторинговых наблюдений за состоянием недр при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт с объектов нефтедобычи Сандибинского месторождения.

Компания ОАО «РИТЭК» с 2000 года осуществляет разработку Сандибинского нефтяного месторождения. В результате нефтегазодобывающей деятельности на месторождении образовываются производственные отходы, объем которых ежегодно увеличивается. На сегодняшний день с данной проблемой сталкиваются все нефтегазодобывающие компании мира, так как отходы предприятий годами накапливаются в емкостях, сбрасываются и складируются в шламовых амбарах, хранятся в контейнерах и соответственно оказывают негативное влияние на геологическую и окружающую среды.

В связи с возросшими за последнее десятилетие требованиями по охране окружающей среды в области обращения с отходами, основной обязанностью

7

владельцев добывающих компаний является разработка рационального метода утилизации отходов производства, с предложенной системой мониторинга за состоянием окружающей и геологической сред.

Научно-исследовательские институты в проектной документации предлагают нефтяным компаниям различные варианты по утилизации жидких отходов производства: заключение договоров с подрядными организациями на вывоз и размещение отходов, приобретение установок по переработке отходов производства, временный сбор отходов в шламонакопителях с последующей его рекультивацией... В 1950-1960-е годы некоторые отрасли промышленности стали перенимать опыт нефтяников, используя попутные нефтяные воды нефтепромыслов в системах поддержания пластового давления

(ППД).

Учитывая слаборазвитую инфраструктуру и суровые климатические условия Надымского района, а также отдаленность объектов Сандбинского месторождения от ближайшего крупного газоконденсатного Медвежьего месторождения и административного центра г. Надым, невозможностью и нецелесообразностью заключения договоров со сторонними организациями на утилизацию промышленных сточных вод, автор в своей работе предлагает и обосновывает рациональный метод утилизации промышленных сточных вод путем подземного захоронения отходов в поглощающий альб-сеноманский горизонт, используя водопоглощающую скважину.

В работе приведены стоимостные характеристики по способам утилизации отходов. Экономическая выгода метода подземного захоронения очевидна.

За рубежом захоронение промышленных стоков в глубокие геологические горизонты получило широкое применение ещё в 1930-1940 годы. Одними из первых удаление промстоков в глубинные горизонты осуществили заводы «Доу кемикл компани» (США). Во Франции первая поглощающая скважина была пробурена в 60 км юго-восточнее Парижа на заводе «Гранпюи», ее глубина составляла 1900 м, приемистость при нагнетании 1000 м3/сут.

Целесообразность закачки промстоков в глубокие горизонты признана в Испании, Франции, Германии.

В России наибольший опыт по закачке промстоков в поглощающие горизонты накоплен на промыслах Волго-Уральской нефтяной провинции. Приемистость поглощающих скважин составляет в среднем 2000 м3/сут, при давлении нагнетания до 10 МПа. В промышленных масштабах удаление сточных промысловых вод производится в объединениях «Башнефть», «Татнефть», «Куйбышевнефть», «Пермьнефть». С 60-х годов производится закачка радиоактивных стоков на опытном полигоне НИИ атомных реакторов в г. Димитровграде. На Уфимском нефтеперерабатывающем заводе промстоки синтетического производства жирных кислот закачиваются на глубину 17201355 м.

В 2007 году специалисты компании М-1 Б>УАСО на Приобском месторождении (Ханты-Мансийский автономный округ) внедрили технологию утилизации буровых отходов методом закачки в пласт на месторождениях компании «Газпромнефть-Хантос». По статистике компании М-1 8\УАСО реализованный проект является одним из наиболее интенсивно развивающихся в мировом масштабе.

Таким образом, анализ мирового опыта и отечественной практики утилизации промышленных сточных отходов показал, что закачка этих видов отходов в глубокие геологические горизонты освоена в большинстве высокоразвитых промышленных стран различными отраслями промышленности. Россия и США прикладывают существенные усилия для регулирования и управления процесса захоронения отходов с целью недопущения загрязнения водоносных питьевых горизонтов в результате работы полигонов захоронения отходов. Метод подземного захоронения отходов является наиболее экономически рентабельным и экологически безопасным.

Однако, главным условием подземного захоронения отходов является создание эффективной системы мониторинговых наблюдений на участках закачки, направленных на обеспечение экологической безопасности

9

территории, охрану недр и окружающей среды, включающей в комплексе методы гидродинамического, геофизического и гидрогеологического контроля за состоянием геологической среды, контроль за эксплуатацией системы подземного захоронения. Мониторинг - это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния среды под воздействием природных и антропогенных (связанных с деятельностью человека) факторов. В связи с этим следует признать, что создание эффективной системы мониторинговых наблюдений при захоронении отходов в подземные горизонты на нефтегазовых комплексах ЯНАО является крайне важной задачей.

Во второй главе «Особенности геолого-гидрогеологического строения территории Сандибинского месторождения и геоэкологическое обоснование возможности утилизации промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт» изложены общие сведения о месторождении, тектоника, стратиграфия, гидрогеология, обоснованы литофизические возможности захоронения промышленных сточных вод в альб-сеноманский горизонт на территории ЯНАО, с применением цифровой геологической модели Сандибинского месторождения.

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).

Сандибинское нефтяное месторождение открыто 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.

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 Западно-Сибирский 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

И

_

-.п. "„-...'-.. О

. «яэюоО» ПОТУО „азапк

'Е^ЗТООШОО) шшгоо . №000ГЬ ожохоо

"ЮЮЮСШ ПСПУС:03!ИК

„згаэхк , -„зксюхОз коп» , тэуцзшапО „ктгуиоаатй

, ЛУ0Л03 070

шаФстоО

, ЧЭППО ТЮЗ НТО

'яаСкгоюа

„азз^юдо П01 этгакгоо

• тшазй! тпоС «угэи опт ига»

Рисунок 1

Обзорная карта Ямало-Ненецкого автономного округа.

Эпектрокаротажные диаграммы

Сероцветные алевриты, уплотненные пески, песчаники с прослоями и линзами буровато-серых, серых алевритовых глин.

Глины темно-серые, серые, аргиллитолодобные. с прослоями песчаников и алевролитов.

Рисунок 2

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

представлен фрагмент литолого-стратиграфического разреза с выделением марресалинской свиты - как объекта для захоронения отходов.

Сандибинское месторождение находится во внутренней части водонапорной системы Западно-Сибирского артезианского мегабассейна. Его характерная особенность - двухэтажное строение с наличием в разрезе мощного регионального водоупора.

В разрезе верхнего гидрогеологического этажа выделяется палеоген-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 надмерзлотным 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-Ю,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). Суммарная мощность водоупорных пород палеогена и верхнего мела достигает 1150м. Таким образом, переток стоков из горизонта закачки в вышележащий палеоген-, четвертичный горизонт вверх по разрезу через водоупорные разности практически невозможен.

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

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.

14

Мощность глинистых пород достигает в среднем 620м. Породы палеогена (талицкая свита) играют роль буферного (аварийного) горизонта между поглощающим горизонтом и эксплуатирующим палеоген-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 поглощающих скважин (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

Одним из важных критериев выбора поглощающего горизонта для утилизации отходов является - отсутствие взаимосвязи с другими водоносными горизонтами.

На рис 3 представлен схематический региональный субширотный геологический разрез Западно-Сибирской плиты. 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 внутриплатформенным прогибам.

Сандибинское месторождение расположено во внутренней части бассейна, что говорит о хорошей закрытости недр и замедленном (застойном) водообмене. Надежная изолированность водоносного горизонта отмечается не только на участке захоронения, но и в пределах территории месторождения, на котором будет происходить изменение естественного гидродинамического режима, вызванного закачкой промстоков. Поэтому для обеспечения экологической безопасности между поглощающим горизонтом-коллектором и эксплуатируемым для каких-либо целей водоносным горизонтом особое внимание обращено на расположение имеющегося буферного пласта, ограниченного водоупорными породами.

Рисунок 3

Схематический региональный субширотный геологический разрез Западно-Сибирской плиты.

Таким образом, альб-сеноманский гидрогеологический комплекс соответствует 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, обеспечивающими изоляцию промстоков на площади до 2 тыс км2;

• для безопасной эксплуатации полигона захоронения промстоков выше водопоглощающего 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.

Используя цифровую геологическую модель Сандибинского месторождения, в основу которой положено трехмерное (ЗД) геологическое моделирование, подробно изучено геологическое строение месторождения и его фильтрационно-емкостные свойства по продуктивному горизонту БН6. На рис. 4 представлена трехмерная сетка геологической модели по подсчетному объекту БН6, построенная с учетом требований РД 153-39.0-047-00. В диссертационной работе представлены фрагменты трехмерных геологических моделей распределения параметров пористости и нефтенасыщенности по продуктивному горизонту.

Подстилающая часть продуктивного горизонта БН6 используется для закачки пластовых вод, отбираемых из водозаборных скважин 1ВЗ и 2ВЗ, для поддержания пластового давления.

Для повышения результативности проведения мониторинга геологической среды в целом по месторождению при его эксплуатации рекомендуется использовать цифровые геологические модели по продуктивному и альб-сеноманскому горизонтам. Используя геологическую модель по альб-сеноманскому горизонту, появится дополнительная возможность подтвердить обоснованность выбора горизонта для захоронения, а также оценки

17

фильтрационно-емкостных свойств пласта, уточняя расчет приемистости коллектора при закачке промстоков

Рисунок 4.

Трехмерная сетка геологической модели Сандибинского месторождения

В качестве альтернативного варианта утилизации промышленных сточных вод с производственных объектов месторождения в работе предложен вариант захоронения промстоков в подстилающую часть продуктивного горизонта БН6 для поддержания пластового давления.

В третьей главе «Организация ведения мониторинга за состоянием подземного горизонта при захоронении промстоков в пласт» рассматриваются технологические решения по утилизации промстоков в поглощающий горизонт. На основе прогнозного расчета распределения стоков в поглощающем горизонте и совместимости закачиваемых вод с пластовыми водами и породами разработаны проектные решения по организации эффективного мониторинга за состоянием недр при захоронении промстоков в отложения альб-сеноманского горизонта с использованием геоинформационных систем. Согласно ОСТ 39-225-88 представлены требования к химическим показателям качества закачиваемых стоков.

Объектами исследований являлись: подтоварные, хозяйственно-бытовые, буровые сточные и пластовые воды.

Основой для создания полигона по утилизации стоков в пласт послужили представления о гидрохимическом составе пластовых вод и их совместимость с закачиваемыми водами. Взаимодействие промышленных и природных вод зачастую приводит к развитию процессов солеобразования.

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 совместимость 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 (IS) 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.

В главе детально рассмотрены схемы взаимодействия сточных вод с пластовой и подтоварной водами, определены типы вод, химический состав проб, минерализация, содержание нефтепродуктов, а также результаты совместимости вод, полученные расчетными и экспериментальными методами.

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 и отсутствии резервной поглощающей скважины для захоронения стоков использовать нагнетательные скважины, предназначенные для системы ППД (№ 210, 218, 238), так как совместимость вод доказана.

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 - 13 80-1540м. 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.

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.

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

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

2005 2006 2007 2008 годы

Для реализации целей системы ППД на данном объекте предусмотрены водозаборные и нагнетательные скважины. Добыча воды осуществляется

1 _ и т и

г ■ ■ П

II 1 1 п

0 1 1

II 1 -V

водозаборными скважинами (1ВЗ и 2ВЗ) из апт-альб-сеноманского водоносного комплекса с 2004 года. Для поддержания пластового давления используются нагнетательные скважины № 210, 218, 238. Объем забора воды из скважин 1ВЗ и 2ВЗ за период 2004-2008 г отражен в таблице 3.

Таблица 3. Объем забора воды из скважин 1ВЗ и 2ВЗ.

№ п/п Номер скважины Год начала эксплуатации Объем отбора сеноманской воды, тыс м3

2004 2005 2006 2007 2008

1 1-ВЗ 2004 1,9 268,5 244 301 300

2 2-ВЗ 2007 3,6 4,0

Итого, тыс м3 1,9 268,5 244 304,6 304,0

Для установления границ распределения стоков в поглощающем пласте в данной работе определены объем и площадь распространения закачиваемых вод. В связи с тем, что закачка промстоков в пласт ведется из того же альб-сеноманского горизонта, из которого осуществляется забор воды для нужд ППД, форма распространения «загрязненного пятна» будет отличаться от круговой и представлять форму эллипса.

Прогнозные расчеты зон распространения захораниваемых вод в поглощающем горизонте выполнялись методом математического моделирования (программа ЗАО «Геолинк Консалтинг» МосГГесЬ) и рассчитывались по формуле:

V лптв

Согласно проведенных расчетов объем закачиваемых стоков за 25 лет при дебите закачки 88 м3/сут составит 1056640 м3, площадь распространения стоков от скважины 1 ВП по поглощающему пласту - 68778,6 м2. При дебите закачиваемых стоков 257 м3/сут объем за соответствующий период составит 2413710 м3, площадь распространения стоков по поглощающему пласту -157552,6 м2.

Как следует из выполненных расчетов, влияние поглощающей скважины 1ВП на водозаборные скважины 1ВЗ и 2ВЗ минимальное. По оперативной сводке ежемесячно отбор пластовой воды из скважины № 1ВЗ осуществляется в три раза интенсивней, чем ведется закачка в скважину №1 ВП, соответственно движение закачиваемых стоков в поглощающем горизонте будет регрессировать в сторону отбора жидкости. По местоположению скважина 1 ВЗ расположена к 1 ВП ближе, чем 2 ВЗ, следовательно «загрязненное пятно» достигнет скважину 1ВЗ быстрее. Согласно выполненных расчетов площадь распространения стоков в альб-сеноманском пласте на Сандибинском месторождении при закачке 88 м3/сут за 25-летний срок эксплуатации составит 168778,6 м2. Соответственно, обнаружить «загрязненное пятно» возможно удастся через 126 лет в скважине 1 ВЗ, ближайшей по расположению к 1 ВП.

Закачка производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод в глубокие водоносные горизонты, как любое техногенное явление, оказывает воздействие на окружающую и геологическую среды, которое заключается в изменении гидродинамического, геостатического, геотермического полей, заполнении пластов-коллекторов сточными водами.

Одной из главных обязанностей владельца лицензии по захоронению промстоков в недра является ведение мониторинга за состоянием геологической среды в пределах лицензионного участка, в регистрировании изменений происходящих в недрах земли, относительно фонового состояния геологической среды.

С целью обеспечения надежности и безопасности подземного захоронения, прогнозировании развития негативных процессов и своевременном принятии решений по недопущению экологической катастрофы автором разработаны решения по организации эффективной системы мониторинговых наблюдений за состоянием недр при захоронении промстоков в альб-сеноманский горизонт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При проведении лабораторных и аналитических исследований установлено, что закачиваемые стоки Сандибинского нефтяного месторождения после подготовки имеют удовлетворительную совместимость с пластовыми водами альб-сеноманского горизонта и могут размещаться в данном поглощающем горизонте. С целью поддержания пластового давления возможно размещение вышеуказанных стоков в подстилающую часть продуктивного горизонта БН6.

На основе выполненных расчетов и проанализированных геологических, лито-физических, гидрологических и геохимических особенностях альб-сено-манского горизонта в представленной работе предложены научно-обоснованные подходы к повышению эффективности проведения мониторинга недр при захоронении промышленных сточных вод на месторождениях Крайнего Севера:

- изменить функции низкодебитных эксплуатационных, ликвидированных, нагнетательных скважин на лицензионном участке с целью осуществления мониторинга по альб-сеноманскому горизонту,

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

Показатели Ед. измерения Значения

допустимые рекомендуемые

Минерализация г/дм3 не ограничена

Механические примеси г/дм3 10-15 3-5

рн ед. 6,5+8,5 7-8

Ке2+ мг/дм3 2 <2

Ие3* отсут. отсут.

Коррозионная агрессивность мм/год до 0,2 <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 и Бе3*, а также обобщенный показатель-фенольный индекс и радиактивность;

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

- систематизировать получаемые результаты на основе использования геоинформационных систем в санитарно-гидрогеологическом паспорте полигона подземного захоронения промышленных сточных вод;

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

-на местности для обозначения санитарно-защитной зоны (СЗЗ) полигона захоронения по окружности радиусом 100 м установить ограждение I пояса (строгий режим) СЗЗ вокруг поглощающей скважины, -использовать глубинные манометры,

- применять современные методы контроля.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

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

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

3. Сизикова Г.Г. Перспективы развития и нефтегазоносность полуострова Ямал. Управление промышленными отходами при разработке нефтегазовых

24

месторождений в условиях Крайнего Севера// Материалы научно-практической конференции «Развитие безотходного производства в условиях сурового климата Ямала», г. Надым, 2004 г.- С. 23-25.

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

5. Сизикова Г.Г. Программы оздоровления экологической обстановки на лицензионных участках ОАО «РИТЭК», г. Надым, 2005 г.

Подписано к печати 23.04.2010 Объем уч.-изд.л Заказ 148

Формат 60X90/ 16 Тираж 100 экз.

Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел. (499) 233-93-49