Обоснование методов защиты верхней части геологической среды на основе локального мониторинга при эксплуатации нефтяных месторождений на Крайнем Севере

Макарский, Николай Антонович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование методов защиты верхней части геологической среды на основе локального мониторинга при эксплуатации нефтяных месторождений на Крайнем Севере
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Обоснование методов защиты верхней части геологической среды на основе локального мониторинга при эксплуатации нефтяных месторождений на Крайнем Севере"

х рукописи 004615135

МАКАРСКИЙ Николай Антонович

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ЛОКАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ (на примере Ардалинского нефтегазодобывающего комплекса)

Специальность 25.00.36 «Геоэкология»

АВТОРЕФЕРАТ ~ 2 20^

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Архангельск - 2010

004615185

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет».

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Губайдуллин М.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Постоев Г.П.

Защита состоится 17 декабря 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.048.01 при Институте геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН по адресу: 109004, Москва, ул. Николоямская, д. 51.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в Учреждении Российской академии наук^Институт геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН по адресу: 101000, Москва, Уланский переулок, д. 13, стр. 2.

Просим Вас принять участие в заседании совета или прислать отзыв (в 2-х экземплярах), заверенные печатью учреждения, на имя учёного секретаря Диссертационного совета по адресу: 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, а/я 145, e-mail: dissert@geoenv.ru. факс 623-18-86.

кандидат геолого-минералогических наук Маськов М.И.

Ведущая организация: Институт экологических проблем Севера

Уральского отделения Российской Академии наук

Автореферат разослан года.

Учёный секретарь диссертационного совета Д.002.048.01, кандидат геолого-минералогических наук

Батрак Глеб Игоревич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. На Европейском Севере России, в пределах территории Ненецкого автономного округа (НАО) при нефтедобыче оказывается негативное воздействие на компоненты природной среды, включая геологическую среду. В условиях распространения многолет-немёрзлых пород (ММП) нарушение их термического режима может вызвать проседания производственных сооружений, деформации и напряжения в конструкциях зданий и объектов нефтегазовых промыслов, которые, в конечном счёте, могут привести к аварийным ситуациям с загрязнением нефтепродуктами верхней части геологической среды (ГС). Образование значительного объёма производственных отходов обуславливает дополнительное её загрязнение.

Актуальность исследований определяется необходимостью обоснования методов защиты верхней части геологической среды (слоя пород от поверхности до глубины 300-350 м, приуроченных к ним неглубоких водоносных горизонтов, почвенного слоя) от последствий техногенной нагрузки в условиях развития многолетней мерзлоты по результатам локального мониторинга её компонент, испытывающих воздействие объектов нефтедобывающей инфраструктуры. Диссертационная работа посвящена исследованию характера антропогенного воздействия на верхнюю часть геологической среды, а также оценке результатов мониторинга её состояния на примере освоения Ардалинской группы нефтяных месторождений северной часта Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (ТПНГП). Результаты применяемого мониторинга компонент верхней части геологической среды в достаточной степени позволяют обосновать комплекс мероприятий, направленных на снижение риска возникновения аварийных ситуаций с отрицательными экологическими последствиями при интенсификации добычи нефти на территории европейской части Крайнего Севера России, а также в районах с аналогичными природно-климатическими условиями.

Цель и задачи работы. Целью работы является обоснование методов защиты верхней части геологической среды при эксплуатации нефтяных месторождений в условиях многолетней мерзлота по результатам локального мониторинга.

В соответствии с поставленной целью, в работе решаются следующие задачи:

1. Исследование состава, свойств и температурного режима приповерхностных слоев мёрзлых пород, как основной компоненты, определяющей устойчивость верхней части геологической среды.

2. Анализ источников, характера техногенного воздействия на верхнюю часть ГС и оценка результатов применения комплекса локального экологического мониторинга при обустройстве и эксплуатации месторождений нефти в условиях многолетней мерзлоты.

3. Разработка методик и способов защиты верхней части ГС от техногенного воздействия, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию различных по назначению объектов нефтегазодобывающего комплекса.

4. Обоснование способа захоронения отходов бурения, исключающего негативное влияние на многолетнемёрзлые породы.

Объектом исследований является верхняя часть геологической среды в районе Ардалинского нефтегазодобывающего комплекса (АНГДК), расположенного на территории НАО, в зоне распространения ММП.

Предмет исследований включает термический режим мёрзлых пород вблизи нефтедобывающих сооружений и нагнетательных скважин, уровень и температуру подземных вод вишерского водоносного горизонта, а также отходы бурения на полигоне их захоронения.

Фактический материал и личный вклад. Работа выполнена с использованием результатов наблюдений и аналитических исследований, полученных при личном участии автора в процессе многолетних (более 15 лет) работ по мониторингу термического состояния ММП на АНГДК, температурного режима захороненных на полигоне отходов бурения. Автором обобщены результаты наблюдений за эксплуатацией вишерского водоносного горизонта, являющегося источником хозяйственно-питьевого водоснабжения нефтепромысла, наблюдений за состоянием природной среды в районе производственных объектов АНГДК. Автор непосредственно участвовал во внедрении и развитии комплекса локального экологического мониторинга верхней части геологической среды на объектах Ардалинского НГДК. Соискателем разработан принцип размещения и технология строительства наблюдательных термометрических и неглубоких гидрогеологических скважин при обустройстве нефтегазодобывающего комплекса и полигона захоронения буровых отходов, предложен способ захоронения отходов бурения в условиях распространения ММП. Автор непосредственно участвовал в накоплении и систематизации результатов локального экологического мониторинга верхней части геологической среды, им создана база данных наблюдений за состоянием её компонент на объектах АНГДК.

Научная новизна работы заключается в следующем:

изменения температурного режима пород позволили установить, что толщина отсыпки грунтовых площадок должна быть не менее мощности се-зонно-активного слоя (2,0-2,5 м), глубина погружения свайных оснований - равной толщине яруса годового теплооборота (ЯГТО), т.е. 9-10 м, оптимизировать размещение водонагнетательных скважин для снижения теплового воздействия на толщу ММП.

2. Впервые для района европейской части Крайнего Севера на основании результатов многолетних наблюдений, проведен анализ состояния компонент верхней части геологической среды, находящихся под техногенным влиянием нефтедобывающего комплекса в условиях Заполярной тундры. На площадных объектах нефтегазодобывающего комплекса впервые обоснована и внедрена сеть специальных термометрических и гидрогеологических мониторинговых скважин для наблюдений за верхней частью толщи ММП, водоносными горизонтами и система ведения наблюдений за состоянием поверхностных вод, приземной части атмосферы, растительного покрова и фауны, как индикаторов состояния верхней части ГС.

3. Разработан и реализован в условиях европейского Заполярья комплекс новых методов защиты верхней части геологической среды, позволяющий с минимальным экологическим воздействием на неё эксплуатировать нефтедобывающий промысел в условиях вечной мерзлоты.

Защищаемые научные положения.

1. В условиях Крайнего Севера наличие ММП является одним из основных факторов, определяющих устойчивость верхней части ГС к техногенному воздействию. Рекомендуемый комплекс локального экологического мониторинга обеспечивает получение объективных характеристик теплообмена в мёрзлых и сезонно-промерзающих породах, а также режима подземных вод таликовых зон ММП, сбалансированное состояние которых определяет стабильность верхней части геологической среды.

2. Предложенные мероприятия и технологические решения, направленные на сохранение приповерхностных слоев ММП в исходном состоянии, обеспечивают эксплуатацию производственных сооружений, являющиеся источниками теплового воздействия, без необратимых последствий для верхней части геологической среды.

3. Разработанный и реализованный способ размещения отходов бурения в гидроизолированных с наблюдательными температурными сква-жинамн шламонакопителях, расположенных в толще ММП, позволяет осуществлять надежное захоронение этих отходов круглогодично в мерзлом состоянии, не оказывая негативного влияния на геологическую среду.

Практическая ценность работы.

1. Результаты локального экологического мониторинга за техногенным воздействием нефтедобывающего комплекса на компоненты геологической среды и ответной её реакцией объективно отражают состояние верхней части геологического разреза, сложенного мёрзлыми породами.

2. Предлагаемые технологические решения обеспечивают минимальное техногенное воздействие на компоненты природной среды экологически чувствительных территорий, и исключают тепловое воздействие на верхнюю часть геологической среды, характеризующуюся наличием многолетнемёрзлых пород.

3. Реализованный способ захоронения отходов бурения в толще ММП исключает их негативное воздействие на верхнюю часть геологической среды, позволяет снизить затраты на утилизацию отходов и повысить рентабельность освоения нефтяных месторождений, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций, приводящих к загрязнению компонент верхней части ГС.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались: на Региональной международной конференции ВНИГРИ (г. Санкт-Петербург, 2001), на Всероссийской конференции научного общества им. академика И.М. Губкина (г. Туапсе, 2005), на Международной научно-практической конференции «ЭкоПечора» (г. Нарьян-Мар, 2008), на И-ой Всероссийской конференции «Экология и производство. Перспективы развития экологических механизмов охраны окружающей среды» (г. Санкт-Петербург, 2008), на региональных научно-технических конференциях в Архангельском государственном техническом университете (20072009), на IV-той Всероссийской конференции «Экология и промышленная безопасность» (г. Санкт-Петербург, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 1 монография и 3 работы - в изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 159 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 37 таблиц, библиографию из 135 наименований.

Автор глубоко благодарен научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору М.Г. Губайдуллину за постоянную поддержку и внимание к работе. Автор признателен коллегам из ООО «Компания Полярное Сияние» - начальннку Ардалинского НГДК Гнидину Д.С., начальнику полевой службы по технике безопасности и охране окружающей среды Осоловскому B.C., ведущему экологу Касьянову В.А. - за помощь в практической реализации предложенных методических разработок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность исследований, проводимых в рамках диссертационной работы, сформулированы цели и задачи, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В Главе 1 описаны климатические условия НАО, приведены основные сведения о геологическом строении территории и ресурсах месторождений углеводородного сырья севера ТПНГП, охарактеризованы природные условия разработки нефтяных месторождений, входящих в состав АНГДК, изложено описание четвертичных отложений и дана характеристика геокриологических условий региона.

АНГДК расположен в Печоро - Колвинской НГО. В его состав входят Ардалинское, Ошкотынское, Восточно - Колвинское и Дюсушевское нефтяные месторождения (рис. 1).

Масштаб 1 : 400 ООО

Рис. 1. Обзорная карта района исследований

Залежи нефти на месторождениях АНГДК приурочены к отложениям среднего и верхнего девона, и представлены различными по типу вмещающими породами - от известняков водорослевых, пористых и пористо-кавернозных на Ардалинском месторождении до известняков кавернозно-поровых, глинистых доломитизированых на Ошкотынском месторождении (рис. 2). Нефтяные залежи Восточно-Колвинского и Дюсушевского месторождений приурочены к отложениям франского яруса, представленного переслаиванием аргиллитов зеленовато-серых, плотных, крепких, массивных. Толщина продуктивных залежей варьируется от 100 м на Ардалинском месторождении до 27 м на Ошкотынском и 25 м на Восточно-

Колвинском и Дюсушевском нефтяных месторождениях. Суммарные извлекаемые запасы нефти составляют 25 млн. т (16.4 млн. т на Ардалин-ском, 4.7 млн. т на Ошкотынском, 1.3 млн. т на Восточно-Колвинском и 2.6 млн. т - на Дюсушевском нефтяных месторождениях).

Рис. 2. Сводный геологический разрез нефтеносных залежей месторождений АНГДК

На девонских отложениях залегают породы нижнего карбона, представленные известняками светло-серыми, крепкими, с прослоями ангидритов, с общей толщиной 522 м. Отложения перми представлены известняками серыми, глинистыми, сменяющимися аргиллитами и алевролитами с прослоями песчаников, общей мощностью 700 м. Триасовая система представлена пестро-цветным глинами, с прослоями серо-цветных песчаников и алевролитов, общей мощностью 535 м. Юрские отложения, сложенные песчаниками, глинами и алевролитами, имеют толщину 580 м. Перекрывающие их породы меловой системы представлены известковыми глинами, зелено-серыми глауконитовыми алевролитами толщиной 480 м.

Верхняя часть разреза сложена, в основном, современными и четвертичными отложениями: песками и глинами общей мощностью 200-400 м. (рис. 3). Породы четвертичного возраста представлены нижне-, средне- и верхнечетвертичными ледниково-озерными отложениями, сложенными глинами, суглинками и песками, Выходы этих пород на поверхность, как правило, приурочены к поймам, руслам рек и ручьев. Мощность их колеблется от 2-3 м (современные аллювиальные отложения) до 15-25 м (нижне-

четвертичные/раннеплейстоценовые) ледниковые и ледниково-морские отложения. Большая часть территории (около 51%) покрыта современными аллювиальными и торфяными отложениями. Толщина торфа варьирует обычно от нескольких см до 2-3 м, в отдельных случаях - до 4-5 м.

Рис. 3. Карта четвертичных отложений района Ардалинской группы нефтяных месторождений

1-валуны; 2- галька; 3-гравий; 4-песок; 5-супесь; 6-алеврит; 7-суглинок; 8-глина;

9-ленточные глины; 10-суглинок с валунами; 11-торф; 12-номера скважин.

Мощность вечной мерзлоты на территории месторождений Арда-линского НГДК составляет 300-350 м. Под руслами рек и крупными водоемами существуют таликовые зоны толщиной от 8-15 м до 40-60 м. Большая часть вечной мерзлоты в районе АНГДК относится к типу «теплой» -её минимальная средняя температура равна -3°С. Благодаря изолирующим свойствам торфа, температура в течение года с глубиной меняется незначительно. Верхняя граница слоя с постоянной температурой находится на глубине 8-10 м в минеральных породах, в торфах она уменьшается. Глубина сезонно-талого слоя (СТС) увеличивается в почвах и грунтах с грубым механическим составом - она максимальна в песке и гравии, значительно меньше в суглинках и глине и минимальна в торфе. Толщина слоя также возрастает при уменьшении влагосодержания: сухой материал оттаивает до больших глубин, нежели влажный. Сезонное оттаивание почвы начинается сразу после схода снежного покрова и завершается к концу августа; в октябре вновь происходит замерзание. В районе Ардалинского комплекса толщина активного слоя варьирует от 0.4 до 2.8 м. Средние значения по типам пород следующие; торф - 0.4...0.7 м, глина - 0.8...1.2 м, суглинок - 1.2...1.7 м, супесь - 1.4...1.8 м, песок- 1.6... 2.1 м.

Интенсификация разработки нефтяных месторождений НАО, добыча и транспортировка нефти будут сопровождаться усилением техногенной нагрузки на природную среду, представляющую собой многокомпонентную экосистему. Особое место в ней занимает верхняя часть геологической среды, представленная толщей многолетнемёрзлых пород, приуроченными к ней водоносными горизонтами, почвенным слоем. В связи с этим, решающим является знание природных и техногенных процессов, происходящих в верхней части ГС, прогнозирование вероятных негативных изменений ее компонент и принятие решений, не допускающих их развития. Эти задачи могут быть решены на основании результатов локального экологического мониторинга, позволяющего выполнить оценку уровня и последствий техногенного воздействия на верхнюю часть ГС, а также взаимосвязанные с ней компоненты природной среды. Локальность характера экологического мониторинга определяется набором характерных для данного региона компонент ГС, а также ее индикаторов ее состояния, отсутствие негативных и необратимых последствий в которых обеспечивает безаварийную эксплуатацию нефтедобывающей инфраструктуры и жизнедеятельность обслуживающего персонала на протяжении всего периода эксплуатации нефтяных месторождений.

Вопросы организации экологического мониторинга природной среды рассмотрены в работах Ю.А. Израэля, В.И. Осипова, A.C. Викторова, B.C. Круподерова, А.И. Шеко и др. исследователей, в наибольшей степени получили практическую реализацию в период освоения нефтяных месторождений Западной Сибири (Васильев и др., 1996, 1998 и др.). При этом основное внимание уделялось использованию методов мониторинга последствий техногенного прессинга, оказываемого на значительную по площади территорию (организация наблюдений с применением аэрофотоснимков, ГИС и пр.). Наряду с этим, проводилось глубокое изучение процессов в толще многолетнемёрзлых пород Восточной Сибири, результаты которых приведены в работах Г.З. Перльштейна и др. исследователей. Результаты изучения экзогенных процессов в районах интенсивного техно-генеза обобщены в монографиях и публикациях Е.М. Сергеева, И.В. Попова, Г.П. Постоева и др исследователей.

Однако в районе Крайнего Севера, на территории НАО, характеризующейся специфическими природно-климатическими особенностями, работы по организации и ведению локального экологического мониторинга верхней части ГС впервые были предприняты с участием автора при освоении нефтяных месторождений Ардалинского НГДК. Поэтому полученные результаты и их анализ определяют актуальность исследований, практическую значимость и новизну работы.

Глава 2 посвящена описанию и анализу источников и характера техногенного воздействия на верхнюю часть ГС при освоении нефтяных месторождений в районах Крайнего Севера на примере АНГДК. В ней приводится описание компонент верхней части геологической среды и индикаторов её состояния, на которые оказывается техногенное воздействие в период обустройства и эксплуатации месторождений. Анализируются возможные последствия техногенного прессинга на толщу ММП, слагающую верхнюю часть геологического разреза, приуроченные к ней водоносные горизонты, а также почвенно-растительный слой, поверхностные водные объекты, приповерхностный слой атмосферы и фауну. В главе дается обоснование необходимости организации локального экологического мониторинга взаимосвязанных компонент верхней части ГС, как инструмента, способного дать объективную информацию, на основе которой возможна разработка методов защиты верхней части ГС для безаварийной эксплуатации производственных сооружений.

Основным периодом проведения работ по обустройству нефтяных месторождений в арктических условиях является зима. Наличие снежного покрова способствует смягчению техногенного прессинга на растительные сообщества почвенного слоя, покрывающего поверхность ММП. Передвижение по тундровой поверхности после схода снежного покрова приводит к механическому разрушению растительного слоя транспортными средствами, и последующему развитию процессов эрозии и растепления приповерхностной части ММП

При строительстве объектов долговременной эксплуатации (жилых вахтовых поселков, кустов нефтедобывающих скважин, производственных сооружений, дожимных насосных станций) возникает необходимость в отсыпке грунтовых площадок и дорог круглогодичного пользования, а также в разработке карьеров для добычи грунта. Последствиями такого воздействия могут быть термокарстовые явления, тепловая и водная эрозии, размыв насыпных площадок, просадки грунта, деформация конструкций зданий и сооружений, трубопроводных систем и иных коммуникаций. В результате этого могут возникать аварийные ситуации, ведущие к загрязнению компонент верхней части ГС, а также поверхностных водных объектов, грунтов, почвенных вод, растительного покрова.

Не менее существенным является воздействие на толщу ММП при строительстве эксплуатационных и разведочных скважин. Применение буровых растворов с положительной температурой приводит к растеплению толщи ММП. При бурении скважин возможно загрязнение водосодержа-щих горизонтов буровыми растворами, и входящими в их состав токсичными компонентами. Это особенно опасно для горизонтов, имеющих вы-

ход на поверхность и являющихся источником вод хозяйственно-питьевого назначения [1].

Неизбежным при освоении нефтяных месторождений является воздействие на ландшафтные комплексы. Разработка карьеров, земляные работы и отсыпка площадок ведут к возникновению как положительных, гак и отрицательных форм рельефа, в результате чего может быть нарушен сложившийся режим поверхностного стока, и, как следствие - изменён характер рельефообразующих процессов с образованием вторичных форм рельефа - промоин, оврагов, протяжин. Линейные сооружения (дороги, площадки, насыпи) могут служить барьерами для движения поверхностных вод, что привед&г к переувлажнению и заболачиванию участков поверхности, и образованию иных типов ландшафтов - болотных и озёрно-болотных.

Несвоевременное или некачественное проведение работ по рекультивации нарушенных земель ведёт к загрязнению прилегающих тундровых территорий. На незакреплённых склонах карьеров гермоденудация начинается уже при крутизне склонов 2°-3°. Если не принимать никаких мер по укреплению разрушающихся участков, отступление бровки карьера может достигать нескольких сотен метров.

Важным аспектом является антропогенное воздействие на поверхностные водные объекты и водоносные горизонты, приуроченные к очагам таликовых зон в толще ММП. Неконтролируемый отбор водных ресурсов из этих источников на производственные и хозяйственно-бытовые нужды может повлечь за собой истощение их запасов и нарушение гидродинамического режима, имеющие необратимый характер.

Все перечисленные негативные последствия техногенного прессинга на верхнюю часть ГС были минимизированы при обустройстве и разработке нефтяных месторождений Ардалинского НГДК, эксплуатирующихся на протяжении 16 лет в безаварийном режиме.

Месторождения разрабатывались поэтапно, и вследствие этого принципы их обустройства отличаются. Все производственные объекты на Ардалинском месторождении (кустовые площадки эксплуатационных скважин «А», «Б» и «Ц», центральный пункт сбора нефти - ЦПС), расположены на грунтовых площадках и соединены между собой внутрипро-мысловыми насыпными дорогами круглогодичного действия (рис. 4). Производственные объекты нефтедобычи на Ошкотынском, Восточно-Колвинском и Дюсушевском нефтяных месторождениях, являющихся спутниковыми по отношению к Ардалинскому, расположены на свайных основаниях над поверхностью тундры, и насыпные площадки и дорога на этих месторождениях отсутствуют.

Суточная добыча флюида составляет около 15,0 тыс. м3. При этом выход нефти в настоящее время равен 2.1.. .2.3 тыс. м'/сут., т.к. обводнённость добываемого сырья составляет более 80%. Суточный объем извлекаемого попутного нефтяного газа составляет 250,0 тыс. м3/сут. В процессе подготовки нефти от неё отделяется 12,5 тыс. м пластовой воды. Попутный нефтяной газ частично (55%) используется как топливо для турбогенераторов при выработке электроэнергии и для подогрева нефти в печах; остальная часть угилизируется на факельной установке закрытого типа.

Рис. 4. Схема расположения объектов на Ардалинском нефтяном месторождении

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения вахтового персонала используется вода вишерского водоносного горизонта, приуроченного к таликовой зоне озера Кывтан-Хасырей, расположенного в 6 км от ЦПС АНГДК. Образующиеся хозяйственно-бытовые сточные воды, после предварительно очистки, отводятся на рельеф местности; организовано размещение образующихся отходов производства.

Для Ардалинского НГДК с участием автора была реализована программа локального экологического мониторинга верхней части ГС, позволяющего объективно оценивать состояние её компонент и эффективность методов их защиты, и безаварийно эксплуатировать сложные нефтедобывающие сооружения.

Глава 3 посвящена описанию реализуемого на Ардалинском НГДК комплекса локального экологического мониторинга, основанного на следующих принципах: 1) непрерывность и периодичность; 2) достоверность и точность; 3) многоаспектность и комплексный подход.

Непрерывность является одним из основных параметров экологической информации, поскольку постоянное получение данных о состоянии компонент ГС позволяет формировать массив результатов наблюдений для последующего их анализа и обработки. С этим параметром неразрывно связана периодичность получения информации, от которой зависит «плотность» рядов получаемых данных. На начальных этапах мониторинговых исследований целесообразно производить накопление данных за счёт использования высокой частоты измерений параметров контролируемых сред, а также отборов проб, производимых по густой сети наблюдений, для последующих аналитических измерений. Впоследствии, при анализе нарастающего объёма информации, возможно снижение потока данных за счёт разрежения сети наблюдений при сохранении частоты отбора проб, либо снижении частоты аналитических исследований при сохранении сети точек отбора. На этапе наблюдений, сопутствующем завершающей фазе разработки нефтяного месторождергая, целесообразно использовать комбинированный способ. Данный подход был апробирован при организации локального экологического мониторинга на Ардалинском НГДК. В ходе наблюдений за состоянием компонент верхней части геологической среды и природных сред-индикаторов ее состояния в период с 1995 по 2005 г. производилось накопление результатов измерений, аналитических исследований проб, образцов и формирование баз данных. На их основании в 2006 г. программа локального экологического мониторинга была пересмотрена: замеры температуры ММП на грунтовых насыпных площадках были переведены в режим ежеквартальных и стали проводиться в 3 раза реже, а наблюдения и отбор проб флоры п фауны стали проводиться с частотой 1 раз в 2 года, вместо ежегодных.

Достоверность позволяет опираться на результаты проводимых исследований и наблюдений, и использовать их при необходимости нормализации ситуации как объективную основу для принятия обоснованных решений. В основном, достоверность получаемых данных локального экологического мониторинга базируется на использовании установленных и общепринятых методик проведения наблюдений и измерений, отбора проб и производства аналитических исследований. Неотъемлемым условием получения достоверных данных является использование сертифицированного оборудования и прошедших поверку приборов. Совокупность этих условий является залогом получения информации, объективно отражающей состояние компонент верхней части геологической среды.

Комплексный подход к наблюдениям за состоянием природной среды, в том числе геологической её составляющей, позволяет получать многопрофильную информацию о протекающих процессах. Такая организация л окать но го экологического мониторинга даёт возможность оценить состояние всех взаимосвязанных компонент верхней части ГС и природных сред-индикаторов её состояния, и на этом основании составить наиболее полное представление о видах и уровне воздействия на природные комплексы, и об их реакции на это воздействие.

Указанные принципы реализованы при ведении локального экологического мониторинга на объектах АНГДК. В соответствии с ним, круглогодично ведутся наблюдения за состоянием компонент верхней части ГС-толщи ММП, неглубоких водоносных горизонтов, почвенного слоя, а также индикаторов их состояния - поверхностных водных объектов, приземного слоя атмосферы, растительного покрова и фауны [6].

Наблюдения за состоянием толщи ММП, находящейся в основании производственных сооружений, площадок и других объектов комплекса, является важнейшей составной частью локального экологического мониторинга. Сохранение исходного состояния толщи ММП является условием безаварийной эксплуатации нефтедобывающих сооружений комплекса. Для мониторинга температурного режима ММП под производственными сооружениями, используется разработанная и обустроенная автором сеть из 30-ти неглубоких (до 30 м) наблюдательных скважин, оборудованных температурными датчиками и размещенных на объектах АНГДК различного функционального назначения. Проводимые на протяжении длительного ряда лет наблюдения в температурных скважинах показывают отсутствие растепляющего влияния производственных сооружений и объектов нефтедобычи на поверхность насыпных грунтовых площадок и ММП (рис. 5,а). Расположенные ниже подошвы СТС многолетнемёрзлые породы находятся круглогодично в мёрзлом состоянии. Помимо этого, вследствие развития мерзлотных процессов, в толще насыпных площадок произошло новообразовашю мерзлоты и поднятие кровли ММП практически до подошвы грунта отсыпки [4, 10, 12,14].

Если деятельность по добыче нефти не оказывает существенного негативного влияния на многолетнемёрзлые породы, то закачка значительных объёмов пластовой воды приводит к повышению температуры верхней части ММП вследствие постоянного во времени теплового воздействия масс горячей воды на толщу ММП. Как следует из показаний датчиков в температурной скважине Б-71, расположенной на расстоянии 4.5 м от одной из 4-х водонагнетательных скважин на кустовой площадке «Б», температура ММП возрастает с глубиной и достигает максимального значения + 38°С на глубине 27 м от поверхности ММП (рис. 5,6).

В то же время, на расстоянии 9 м от ствола этой водонагнетательной скважины температура на том же горизонте составляет +4°С, что говорит об уменьшении теплового влияния по мере удаления от источника тепла. После прекращения теплового воздействия вследствие выработки месторождения возможно восстановление температурного режима ММП до исходного состояния [13].

- 13-фев-Об -21-май'06

- 10-авг-06

- Ю-ноя-06

Глубина установки датчиков, м

а)

45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 . 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0

.А

\ /

\ ^

П Л

-Г я -5-%-9-14-Н-Н—17—№—Ы—М- ОС от

о— 16-КНВ-У7 17-фев-07 *-18-мэр-07

»—13-май-07 ■* —26-ИЮН-07 •- 15-ИЮЛ-07 О—08-авг-07 16-еен-07 о—19-С.И--07 ■л— 12-тя-07 | V- 15-ДИК-07

Глубина установки датчиков, м

б).

Рис. 5. Графики изменения температур ММП: а) в наблюдательных скважинах на насыпной площадке ЦПС (скв. Д-33); б) на площадке «Б» (скв. Б-71)

Для обеспечения работников нефтегазодобывающего комплекса питьевой водой проводится мониторинг вишерского водоносного горизонта, приуроченного к таликовой зоне тундрового озера. При этом выполняется комплекс наблюдений, заключающийся: в ежесуточном замере водопотребления; определении статического уровня и температуры подземных вод с частотой 5 раз в месяц: ежедекадном отборе проб для контроля химического состава; контроле наличия тяжёлых металлов с

частотой 1 раз в полугодие (в апреле и июле - в зимнюю и летнюю межень).

Динамика изменения уровня подземных вод за период эксплуатации горизонта приведена на рис. 6. В результате многолетних наблюдений определён оптимальный объём водоотбора и выявлена возможность дополнительного питания горизонта вследствие фильтрации поверхностных вод. Эти факторы позволили восстановить уровень подземных вод и создать условия для долговременной эксплуатации горизонта, не приводящей к истощению его ресурсов.

Рис. 6. График изменения статического уровня подземных вод вишерского водоносного горизонта за период 1993-2008 г.г.

Ресурсы поверхностных водных объектов, располагающихся в районе АНГДК, используются для бурения скважин, строительства снежно-ледовых дорог и площадок. Их можно рассматривать как индикатор загрязнения приземного слоя атмосферы, а также как источник возможного загрязнения подземных вод. Поэтому мониторинг состояния поверхностных водных объектов является составной частью локального мониторинга компонент верхней части ГС на данной территории. Ежегодно в летний период в ручьях и реках производится отбор проб поверхностных вод, донных отложений и их анализ на содержание общих инградиентов, тяжёлых металлов (ТМ), общего количества углеводородов (ОКУ) и полиароматических углеводородов (ПАУ).

В ходе мониторинга приземной части атмосферы рассчитываются валовые выбросы продуктов сгорания энергоносителей, на 26-ти постах проводится инструментальный контроль параметров. Годовой валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу составляет около 2,6 тыс. т, из которых основной объём составляют выбросы СО (1,3 тыс. т), N0* (0.2 тыс. т), ОД!/, (0.8 тыс.т). Ежегодно в марте выполняется снегомерная съем-

ка. Концентрация тяжёлых металлов (А1, Ая, Ва, Сс1, Си, РЬ, Нц, в снеге не превышает порога их обнаружения аналитическими методами. Это свидетельствует об отсутствии загрязнения тяжёлыми металлами приземного слоя атмосферы и накопления их в снежном покрове.

Для определения уровня загрязнения почвенного покрова верхней части ММП проводится контроль химического состава хозяйственно-бытовых сточных вод, образующихся в результате жизнедеятельности вахтового персонала, и отводимых на рельеф местности. Перед сбросом пробы сточных вод анализируются на содержание общих компонентов, инградиентов биогенного происхождения и наличие бактериального загрязнения. Своевременная корректировка режима работы очистных установок позволяет снизить до минимума уровень этого вида антропогенного воздействия на поверхность многолетнемёрзлых пород.

Помимо этого, состояние почвенного покрова ММП определяется в непосредственной близости от насыпных грунтовых площадок и производственных сооружений. Ежегодно в 55-ти пунктах отбираются проб почв для их анализа на ТМ, ОКУ и ПАУ, производится зондирование СТС и определение температуры ММП на границе талого слоя.

Составной частью локального мониторинга верхней части ГС являются наблюдения за состоянием флоры и фауны. Растительный покров способствует сохранению темлературно-влажностного режима поверхности ММП, поэтому при наблюдениях за растительностью определяется наличие отклонений в её видовом разнообразии и структурных изменений растительного покрова. Для этого используются 6 тест - полигонов, расположенных вблизи различных по назначению объектов АНГДК.

Наблюдения за состоянием флоры дополняются фаунистическими исследованиями, т.к. они дают представление об изменениях среды обитания животных, обусловленных возможными изменениями в верхней части толщи ММП. Изменения видового разнообразия мелких млекопитающих и химического состава образцов их тканей могут служить доказательством влияния, оказываемого процессами нефтедобычи на среду обитания представителей животного мира. Мониторинг фауны на территории АНГДК, ведётся также на 6-ти участках, располагающихся в непосредственной близости от объектов нефтедобывающих сооружений АНГДК. При наблюдениях за состоянием растительного и животного мира, и ихтиофауны производится анализ проб на содержание специфических загрязняющих веществ, характерных для последствий эксплуатации нефтедобывающего производства (наличие ТМ и ПА У).

Описанный комплекс локального экологического мониторинга позволяет контролировать уровень техногенного воздействия, получать информацию о реакции компонент верхней части ГС на это воздействие и,

при необходимости, применять корректирующие меры для исключения возникновения и развития необратимых негативных процессов. Результаты локального экологического мониторинга служат основой для разработки методов сохранения верхней части геологической среды [6,14].

В главе 4 описываются предложенные автором методы и способы защиты верхней части геологической среды, благодаря которым возможно экологически безопасное освоение нефтяных месторождений на Крайнем Севере. Для минимизации техногенного воздействия необходимо использовать природные особенности чувствительных арктических территорий.

Производственные операции должны выполняться в зимний период, с намороженных снежно-ледовых дорог и площадок, защищающих верхнюю часть толщи ММП от механического воздействия. Строительство этих защитных сооружений упрощается доступностью строительного материала - снежных масс и ресурсов поверхностных водных объектов, расположенных на обустраиваемой территории.

Обустройство новых объектов нефтедобычи предложено производить в зимний период, по аляскинской технологии. На территории НАО этот метод был впервые апробирован при непосредственном участии автора, во время бурения разведочных скважин на Ошкотынском нефтяном месторождении в 1998 г. Он заключается в строительстве скважины глубиной 3200 м за один зимний сезон, с намороженной ледовой площадки, служащей основанием для бурового станка, и предохраняющей поверхность ММП и почвенный слой от механического воздействия. До схода снежного покрова буровая установка перемещается на отсыпанную территорию, и после таяния ледовой площадки поверхность ММП остаётся в ненарушенном состоянии. Образующиеся промышленные и бытовые отходы временно размещаются в специально оборудованных местах, исключающих их негативное влияние на компоненты верхней части ГС, а затем вывозятся за пределы промыслов на утилизацию. Отходы бурения размещаются на полигоне в специально обустроенных накопителях, и затем захораниваются в толще ММП [2].

Крупные объекты разрабатываемых нефтяных месторождений, должны располагаться на отсыпных грунтовых площадках, соединённых насыпными грунтовыми дорогами круглогодичного пользования. Это защитит поверхность ММП от механического и теплового воздействия, вызванного интенсивным движением автотранспорта, техногенной и антропогенной деятельностью. При этом трассы насыпных дорог должны прокладываться с учётом геоморфологии обустраиваемой территории, с применением инженерных решений, направленных на сохранение режима поверхностного стока и исключающих развитие процессов заболачивания и эрозии. Размещение зданий и объектов нефтедобычи целесообразно произ-

водить на свайных основаниях для изоляции верхнего слоя ММП от теплового воздействия, и повышения эффективности визуальных наблюдений за сооружениями в процессе их эксплуатации. Парки хранения ГСМ и продуктов нефтедобычи необходимо оборудовать непроницаемыми бер-мовыми уловителями, исключающими загрязнение компонент верхней части геологической среды нефтепродуктами и химическими веществами при аварийных ситуациях.

При строительстве кустов нефтедобывающих скважин приоритет должен отдаваться наклонно-направленному способу бурения, позволяющему минимизировать размеры насыпных грунтовых площадок. С целью нейтрализации теплового воздействия, как в процессе строительства нефтедобывающих скважин, так и в процессе их эксплуатации перекрытие верхней части геологического разреза необходимо производить по всей толщине ММП; цементирование кондуктора и технической колонны целесообразно выполнять до устья, используя цемент арктических марок, с ускоренным периодом затвердевания. Для исключения эффекта суммации теплового воздействия на толщу ММП при добыче флюида минимальное расстояние между нефтедобывающими скважинами на кустовых насыпных площадках рекомендуется не менее 18,0 м.

Применение перечисленных способов защиты компонент верхней части геологической среды позволяет свести к минимуму негативные последствия на этапе обустройства нефтяных месторождений, характеризующемся максимальной техногенной нагрузкой [3].

Как показывает практика, при утилизации попутной пластовой воды путем закачки в подземные горизонты тепловое воздействие на толщу ММП все же происходит, что является неизбежным объективным фактором. Для минимизации негативного влияния этого процесса на верхнюю часть геологической среды, автором предложено размещение водонагне-тательных скважин в различных частях месторождений (на различных кустовых или одиночных площадках) с целью придания тепловому воздействию закачиваемой попутной воды точечного характера. Кроме того, при обустройстве водонагнетательных скважин рекомендуется применять двойное обсаживание толщи ММП для уменьшения теплового воздействия закачиваемой пластовой воды на толщу многолетнемёрзлых пород.

Защита водоносных горизонтов и сохранение их гидродинамического режима имеет решающее значение для организации жизнеобеспечения вахтового персонала и является одним из ключевых вопросов обустройства и эксплуатации нефтяных месторождений. Вследствие распространения в районах Крайнего Севера толщи ММП, наличие артезианских водоносных горизонтов с пригодной для питьевых нужд водой маловероятно. Поэтому для хозяйственно-питьевого водоснабжения промыслов автором

рекомендовано использование неглубоких криогенно - таликовых водоносных горизонтов, имеющих локальное распространение и приуроченных к подозёрным и подрусловым таликовым зонам тундровых водоёмов и рек. Показано, что водопользование такими источниками должно быть рациональным, и годовой отбор не должен превышать величины дополнительного питания. При таком режиме может быть достигнут баланс (см. рис. 6), исключающий истощение водоносного горизонта и позволяющий быстро восстановить ресурсы этого природного источника воды до исходного состояния после окончания разработки месторождений [5].

Для исключения загрязнения ингредиентами сточных вод верхней части ММП, поверхностных водоёмов и водотоков и, как следствие - водоносных горизонтов, должна быть организована очистка образующихся при жизнедеятельности персонала сточных вод до уровней, разрешенных контролирующими органами. Для предотвращения эрозионных процессов выпуски сточных вод рекомендовано оборудовать устройствами, снижающими скорость и температуру отводимых стоков. Эти меры позволят предотвратить водную и тепловую эрозии верхней части ММП [3].

При утилизации образующихся отходов бурения необходимо применять способы, исключающие влияние этих отходов на верхнюю часть геологической среды. Учитывая отдалённость расположенных на Крайнем Севере нефтепромыслов от промышленных узлов и слабое развитие или полное отсутствие производственной инфраструктуры, автором предложен экономически целесообразный и экологически безопасный способ нейтрализации отходов бурения путем их захоронения в толще ММП, в районе нефтегазодобычи. Отсутствие негативного воздействия захороненных буровых отходов на верхнюю часть геологической среды обеспечивается размещением отходов в накопителях размерами 75.0x15.0 м и глубиной до 4.0 м каждый, обустроенных в толще ММП и гидроизолированных непроницаемой пленкой толщиной не менее 2 мм, уложенной одним куском. Объём каждого стандартного накопителя составляет величину 2.7-3.0 тыс. м3. Этого достаточно для захоронения в нем отходов, образовавшихся при бурении 2-х скважин глубиной 3300-3500 м. Расстояние между стенками соседних накопителей составляет величину 10-15 м. Это исключает взаимное тепловое влияние на многолетнемёрзлые породы отходов бурения, захороненных в двух соседних накопителях, на начальном этапе их промерзания. Наличие двух взаимодополняющих факторов - обустройство накопителей в верхней части ММП и использование гидроизолирующей пленки - является достаточным условием, позволяющим хранить буровые отходы в рекультивированных (засыпанных грунтом) накопителях в течение практически неограниченного времени. По истечении годичного промежутка времени захороненные буровые отходы принимают температуру

вмещающих многолетиемёрзлых пород и, впоследствии, не оказывают негативного влияния на толщу вмещающих пород и состояние других компонент верхней части геологической среды, что подтверждается результатами длительного мониторинга захороненных отходов [2, 7, 9]. Для этого автором разработана и внедрена сеть наблюдательных температурных и гидрогеологических скважин. Целью заложения мониторинговых скважин первого типа является организация наблюдений за температурным режимом захороненных отходов и вмещающих ММП. Четыре скважины располагаются в центральной части куполов рекультивированных накопителей («рабочие» скважины), 3 скважины расположены на расстоянии 3-5 м от уреза стенки накопителя («фоновые» скважины). Гидрогеологические скважины предназначены для мониторинга неглубоких водоносных горизонтов, приуроченных к таликовым зонам ложбин стока и тундровых ручьёв, протекающих в непосредственной близости от накопителей полигона захоронения. Сеть неглубоких мониторинговых гидрогеологических скважин, состоит из 3-х скважин глубиной 2.5 м, расположенных на расстоянии 5, 10и15мот рекультивированных накопителей и одной скважины глубиной 10.5 м, расположенной на расстоянии 15-20 м от уреза стенки рекультивированного накопителя (рис. 7).

Моитцмиш наДчо.итгмия фдЛоии

шшгша

Рис. 7. Схема обустройства рекультивированного накопителя буровых отходов наблюдательными мониторинговыми скважинами

Для получения результатов наблюдений автором рекомендован ежемесячный режим замеров показаний датчиков в наблюдательных и фоновых температурных скважинах. Согласно лабораторных испытаний, при температуре -0,2°С отходы бурения смерзаются и переходят в твердое агрегатное состояние. Анализ замеров датчиков, проводимых на протяжении

16 лет, подтверждает круглогодичное нахождение захороненных отходов бурения в интервале температур с абсолютными значениями ниже -0,2 °С и отсутствие повышения температуры боковых стенок шламохранилищ. Это доказывает мёрзлое состояние захороненных буровых отходов и отсутствие их влияния на температуру вмещающих ММП. Проводимый в летне-осенний период отбор н анализ проб неглубоких подземных вод из мониторинговых гидрогеологических скважин подтверждает стабильность состава неглубоких подземных вод, доказывает надёжную гидроизоляцию захороненных отходов бурения, и отсутствие их негативного влияния на компоненты верхней части геологической среды [9,11].

Заключение.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. В условиях Крайнего Севера особенности геологического строения верхней части разреза, обусловленные, главным образом, наличием ММП, определяют устойчивость как самой ГС, гак и нефтегазодобывающих объектов. На примере эксплуатации Ардалинского НГДК проведен анализ мерзлотных процессов, протекающих в толще ММП при эксплуатации производственных сооружений, связанных с добычей нефти и утилизацией пластовой воды при эксплуатации объектов Ардалинского НГДК. При проектировании нефтедобывающей инфраструктуры толщина отсыпки грунтовых площадок должна быть не менее мощности С-ТС, т.е. 2,0-2,5 м, глубина погружения свайных оснований - равной толщине яруса годового теплооборота (ЯГТО). С целью исключения условий для сумма-цин эффектов растепления рекомендуется размещать нагнетательные скважины на одиночных площадках, в различных частях месторождения. При размещении нагнетательных скважин на кустовых площадках расстояние между устьями скважин должно составлять величину большую двух радиусов оттайки с учетом планируемых объемов закачки.

2. Обобщены результаты комплекса локального экологического мониторинга, включающего наблюдения за толщей ММП, приуроченными к ней водоносными горизонтами, почвенным слоем, а также поверхностными водными объектами, приземной частью атмосферы, растительным покровом и фауной. Показано, что реализация комплекса обеспечивает получение достоверных характеристик теплообмена в мёрзлых и сезонно-промерзаюших грунтах, а также состояния остальных взаимосвязанных компнент верхней части геологической среды. Результаты выполнения локального экологического мониторинга позволяют определить методы защиты компонент верхней части

геологической среды для безаварийной эксплуатации сооружений нефтедобывающего комплекса.

3. Предложен оптимальный режим эксплуатации ресурсов водоносных горизонтов, приуроченных к таликовым зонам неглубоких тундровых водоемов, позволяющий использовать их для хозяйственно-питьевых нужд нефтедобывающего комплекса. Водопотребление, суммарно равное годовому объёму дополнительного питания, позволяет эксплуатировать водоносные горизонты в течение всего периода эксплуатации месторождений, и обеспечивает быстрое восстановление этой компоненты геологической среды после снятия антропогенной нагрузки.

4. Разработан и реализован способ захоронения отходов бурения в специально оборудованных накопителях, заключающийся в размещении отходов бурения в гидроизолированных накопителях, обустроенных в толще ММП, последующем захоронении отходов и обустройстве накопителей сетью неглубоких температурных и гидрогеологических мониторинговых скважин. Он обеспечивает проведение экологического мониторинга мест захоронения отходов путём организации наблюдений за температурой вмещающей толщи ММП, изолированных отходов и гидродинамическим режимом неглубоких водоносных горизонтов. Это позволяет на практике решать вопрос утилизации отходов бурения скважин экономически оправданным и экологически безопасным способом, повысить рентабельность освоения нефтяных месторождений, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций, приводящих к загрязнению верхней части геологической среды.

5. Обоснованные мероприятия по защите верхней части геологической среды от техногенного воздействия, способы рационального использования водоносных горизонтов, решения по захоронению отходов бурения, в совокупности с реализованным комплексом локального экологического мониторинга позволяют безопасно эксплуатировать технически сложные объекты нефтедобычи для чувствительных компонент природной среды районов Крайнего Севера.

Публикации по теме диссертации.

монография

1. Губайдуллин М.Г., Калашников A.B., Макарский H.A. Оценка и прогнозирование экологического состояния геологической среды при освоении севера Тима-но-Печорской нефтегазоносной провинции. Архангельск: изд-во АГТУ, 2008. -268 с.

издания, включенные в Перечень БАК

2. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Опыт утилизации отходов производства и бурового шлама на Ардалинском нефтепромысле / НТЖ "Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе". М.: ВНИИОЭНГ, 2009 - № 7. — С. 23-29.

3. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Результаты геокриологического мониторинга на Ардалинском нефтяном месторождении //Вестник Поморского ун-та. Сер. «Естественные и точные науки», 2010. № 1(10). С. 15-21.

4. Губайдуллин М.Г., Макарский H.A. Оценка состояния верхних горизонтов мно-голетнемерзлых пород на Ардалинском нефтегазодобывающем комплексе по результатам мониторинга /Геоэкология, 2010, № 6. С. 496-507.

публикации е других изданиях

5. Елин В.Т., Макарский H.A., Терри С.Э. Бурение глубоких скважин с ледовых площадок в Российской Арктике». Труды региональной международной конференции «Опыт поисков и освоения месторождении нефти и газа в экологически сложных природных условиях Арктики». Санкт-Петербург, 2001. С. 220-222.

6. Макарский H.A. Природосберегающие технологии при обустройстве спутниковых месторождении Ардалинского нефтегазодобывающего комплекса // Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 66, Архангельск, 2006. С. 84-107.

7. Макарский H.A., Коробов C.B. Результаты мониторинга термического режима грунтов на Ардалинском нефтедобывающем комплексе //Сб. научных трудов «Проблемы освоения нефтегазовых месторождений Европейского Севера России». Вып. 2, Архангельск, 2007. С. 61-65.

8. Макарский H.A. Результаты мониторинга вишерекого водоносного горизонта на Ардалинском комплексе нефтяных месторождений //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 70, Архангельск, 2007. С. 83-95.

9. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Методика экологического мониторинга на Ардалинском комплексе нефтяных месторождений //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 70, Архангельск, 2007. С. 95-101.

10. Макарский H.A., Поздеев Ю.В. Экологический мониторинг объектов захоронения отходов бурения на Ардалинском месторождении //Сб. научных трудов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов». Выпуск 73, Архангельск: изд-во АГТУ, 2007. С. 163-168.

11. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г., Винокуров P.C. Результаты исследований теплового режима верхней части многолетнемерзлых пород под воздействием нефтедобывающего комплекса //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 74, Архангельск, 2008. С. 140-152.

12. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Обустройство и мониторинг мест захоронения отходов бурения на Ардалинском нефтепромысле // Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 75, Архангельск, 2008. С. 124-131.

13. Винокуров P.C., Макарский H.A. Анализ результатов наблюдений за термическим состоянием грунтов на производственной площадке Ардалинского нефтепромысла //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 79, Архангельск, 2009. С. 81-87.

14. Винокуров P.C., Макарский H.A. Оценка результатов контроля термического состояния грунтов на территории центральных производственных сооружений Ардалинского нефтепромысла //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 82, Архангельск, 2009. С. 81-87.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Макарский, Николай Антонович

Введение.

1. Характеристика природных условий разработки Ардалинской группы месторождений нефти

1.1. Краткая физико-географическая характеристика.

1.2. Основные сведения о глубинном геологическом строении и ресурсах нефтегазовых месторождений региона.

1.3. Четвертичные отложения.

1.4 Геокриологические условия.

2. Анализ источников и характера техногенного воздействия на верхнюю часть геологической среды при обустройстве и эксплуатации Ардалинского нефтегазодобывающего комплекса

2.1. Основные сведения об Ардалинском НГДК.

2.2. Характеристика форм техногенного воздействия объекта на компоненты верхней части геологической среды.

2.3. Анализ возможных последствий техногенного воздействия на верхнюю часть геологической среды.

2.4. Обзор состояния мониторинга верхней части геологической среды при разработке нефтяных месторождений северных территорий.

3. Принципы организации и результаты локального мониторинга верхней части геологической среды на нефтяном месторождении в условиях Заполярной тундры

3.1. Основные принципы организации локального экологического мониторинга.

3.2. Мониторинг термического режима многолетнемёрзлых пород.

3.3. Мониторинг близлежащих подземных вод и поверхностных водных объектов.

3.4 Мониторинг почвенного слоя и поверхности ММГТ.

3.5. Мониторинг хозяйственно - бытовых сточных вод.

3.6. Мониторинг приземного слоя атмосферного воздуха.

3.7. Мониторинг флоры и фауны.

4. Разработка методов и способов защиты верхней части геологической среды при освоении нефтяных месторождений на Крайнем Севере

4.1. Методы защиты верхних слоёв многолетнемёрзлых пород.

4.2. Методы защиты подземных водоносных горизонтов.

4.3. Способы захоронения отходов производства.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование методов защиты верхней части геологической среды на основе локального мониторинга при эксплуатации нефтяных месторождений на Крайнем Севере"

Разработка месторождений нефти и газа на Европейском Севере России является важным элементом успешного развития отечественной экономики XXI века. В недрах этой территории содержится около 1.4 млрд. т извлекаемых запасов нефти и более 3.5 трлн. м3 природного газа. Этот потенциал способен поддержать топливными энергоресурсами развитие экономики России в течение значительного периода.

Вместе с тем, зона европейской части Севера России представляет собой территорию со слаборазвитой инфраструктурой. Для эффективной добычи углеводородов в приарктических районах и транспортировки их в центральную часть России потребуется обустроить десятки месторождений, пробурить сотни скважин различного назначения, построить тысячи километров трубопроводных систем. Строительство всех этих сооружений будет сопровождаться значительным техногенным воздействием на компоненты природной среды, и сопряжено с определенными рисками, обусловленными природно-климатическими особенностями арктической зоны европейской части России — Крайнего Севера. Эта территория отличается, прежде всего, низкими среднегодовыми температурами (до -6°С), продолжительным осенне-зимним периодом (около 250 дней в году), коротким летним периодом (около 90 дней в году). Помимо этого, на всей территории Крайнего Севера повсеместно распространены многолетнемёрзлые породы (ММП) различной мощности (от 0 до 300-350 м). Наличие сезонного оттаивания верхней части ММП, в сочетании с их промерзанием в зимний период, может быть причиной пучения грунтов и, как следствие - деформации расположенных на них сооружений, с вероятным их разрушением, сопровождающимся авариями и чрезвычайными ситуациями, влекущими разливы нефти, продуктов её переработки, опасных веществ, применяемых при добыче нефти и её транспортировке. В совокупности с особенностями территории и низким восстановительным потенциалом природной среды, подобные ситуации могут оказывать крайне негативное влияние на природные экосистемы, замедлять восполнение кормовой базы для животного мира, наносить урон традиционным промыслам коренных жителей, населяющих данную территорию. Помимо этого, ликвидация последствий аварийных ситуаций может отвлечь значительные финансовые средства на проведение работ по восстановлению целостности сооружений и приведению окружающей среды в исходное состояние и снизить рентабельность проводимых работ.

В связи с этим, крайне важным при решении вопросов обустройства расположенных на Крайнем Севере России нефтяных месторождений является разработка и использование природоохранных технологий, обеспечивающих нейтрализацию негативных последствий проводимых работ, и позволяющих осуществлять добычу и транспортировку углеводородов с сохранением всех аспектов природной среды.

Неотъемлемой частью комплекса технологий является использование локального экологического мониторинга, позволяющего объективно оценивать величину техногенного воздействия, оказываемого на чувствительные компоненты природной среды, и ответную их реакцию. Прежде всего, речь идет о верхней части геологической среды (ГС), представленной толщей многолетнемерзлых пород, приуроченными к ней водоносными горизонтами, покрывающим толщу ММП почвенным слоем. Поверхностные водные объекты (водоемы и водотоки, озерно-болотные комплексы), приземный слой атмосферы, растительный покров и фауна, являясь компонентами природной среды, служат индикаторами загрязнения компонент верхней части геологической среды. При обустройстве и эксплуатации месторождений углеводородного сырья указанные компоненты природной среды затрагиваются изменениями в первую очередь. Локальный экологический мониторинг, в ходе которого осуществляется контроль ограниченного числа взаимозависимых природных сред, являющихся ключевыми для данной территории, позволяет оперативно, и объективно оценить состояние компонент верхней части геологической среды, влияющих на безопасность производственных сооружений и, при необходимости, принимать оперативные меры для исключения предпосылок возникновения нештатных ситуаций.

Крайне важным аспектом при обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений является управление образующимися отходами производства. В процессе обустройства месторождений образуются как отходы строительных работ (металлолом, остатки изолирующих материалов), так и отходы буровых работ. Основную часть производственных отходов на этапе обустройства месторождения составляют отходы бурения - буровой шлам. Поэтому для исключения развития негативных процессов должны использоваться методы их временного накопления и способы утилизации, позволяющие исключить негативное воздействие на компоненты верхней части ГС.

Значительное негативное воздействие при разработке нефтяных месторождений в чувствительных арктических регионах оказывает антропогенная деятельность. Чрезмерная эксплуатация водоносных горизонтов с целью хозяйственно- питьевого водоснабжения может привести к их истощению и нарушению гидродинамического режима. Отведение на рельеф местности не прошедших очистку сточных вод будет служить источником загрязнения верхней части многолетнемерзлых пород и поверхностных водных объектов ингредиентами и микробиологическими компонентами. Отсутствие контроля за уровнем техногенного и антропогенного прессинга на компоненты верхней части геологической среды может повлечь необратимые изменения в их состоянии.

Актуальность исследований определяется необходимостью обоснования методов защиты верхней части геологической среды (слоя пород от поверхности до глубины 300-350 м, приуроченных к нему неглубоких водоносных горизонтов, почвенного слоя) от последствий техногенной нагрузки в условиях развития многолетней мерзлоты на основании результатов локального мониторинга ее компонент, испытывающих воздействие объектов нефтедобывающей инфраструктуры. Диссертационная работа посвящена исследованию характера антропогенного воздействия на верхнюю часть геологической среды, а также оценке применяемых методов мониторинга её состояния на примере освоения Ардалинского комплекса нефтяных месторождений северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (ТПНГП), расположенного на территории Ненецкого автономного округа (НАО). Результаты проводимого мониторинга компонент верхней части геологической среды в достаточной степени позволят обосновать комплекс мероприятий, направленных на снижение риска возникновения аварийных ситуаций с отрицательными экологическими последствиями при интенсификации добычи нефти на Крайнем Севере России, а также в районах с аналогичными природно-климатическими условиями.

Цель и задачи работы. Целью работы является обоснование методов защиты верхней части геологической среды при эксплуатации нефтяных месторождений в условиях многолетней мерзлоты на основании результатов локального мониторинга.

В соответствии с поставленной целью, в работе решаются следующие задачи:

2. Анализ источников, характера техногенного воздействия на верхнюю часть геологической среды и оценка результатов применения комплекса локального экологического мониторинга при обустройстве и эксплуатации месторождений нефти в условиях многолетней мерзлоты.

3. Разработка методик и способов защиты верхней части геологической среды от техногенного воздействия, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию различных по назначению объектов нефтегазодобывающего комплекса.

4. Обоснование способа захоронения отходов бурения, исключающего негативное влияние на многолетнемерзлые породы.

Фактический материал и личный вклад. Работа выполнена с использованием результатов наблюдений и аналитических исследований, полученных при личном участии автора в процессе многолетних (более 15 лет) работ по мониторингу термического состояния ММП на АНГДК, температурного режима захороненных на полигоне отходов бурения. Автором обобщены результаты наблюдений за эксплуатацией вишерского водоносного горизонта, являющегося источником хозяйственно-питьевого водоснабжения нефтепромысла, наблюдений за состоянием природной среды в районе производственных объектов АНГДК. Автор непосредственно участвовал во внедрении и развитии комплекса локального экологического мониторинга верхней части геологической среды на объектах Ардалинского НГДК. Соискателем разработана технология размещения наблюдательных термометрических и неглубоких гидрогеологических скважин при обустройстве нефтегазодобывающего комплекса и полигона захоронения отходов бурения, предложен способ захоронения отходов бурения в условиях распространения ММП. Автор непосредственно участвовал в накоплении и систематизации результатов локального экологического мониторинга верхней части геологической среды, им создана база данных наблюдений за состоянием ее компонент на объектах АНГДК.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые для северной части ТПНГП всесторонне исследованы и систематизированы температурные процессы, происходящие в верхней части ММП, на которых расположены различные по назначению объекты нефтегазодобывающего комплекса. Выявленные закономерности изменения температурного режима пород позволили установить, что толщина отсыпки грунтовых площадок должна быть не менее мощности сезонно-активного слоя (2,0-2,5 м), глубина погружения свайных оснований - равной толщине яруса годового теплооборота (ЯГТО), т.е. 9-10 м, оптимизировать размещение водонагнетательных скважин для снижения теплового воздействия на толщу ММП.

2. Впервые для района европейской части Крайнего Севера на основании результатов многолетних мониторинговых наблюдений проведен анализ состояния компонент верхней части геологической среды, находящейся под техногенным влиянием нефтедобывающего комплекса в условиях Заполярной тундры. Для ведения локального экологического мониторинга приповерхностной части ГС на площадных объектах нефтегазодобывающего комплекса впервые использована сеть специальных термометрических и гидрогеологических мониторинговых скважин для наблюдений за верхней толщей ММП, водоносными горизонтами и система ведения наблюдений за состоянием поверхностных вод, приземной части атмосферы, почвенно-растительного слоя и фауной, как индикаторов состояния верхней части ГС.

3. Разработан и реализован в условиях европейского Заполярья комплекс новых методов защиты верхней части геологической среды, позволяющий с минимальным экологическим воздействием на нее эксплуатировать нефтедобывающий промысел в условиях вечной мерзлоты.

Защищаемые научные положения.

2. Предложенные мероприятия и технологические решения, направленные на сохранение приповерхностных слоев ММП в исходном состоянии, обеспечивают эксплуатацию производственных сооружений, являющихся источниками теплового воздействия, без необратимых последствий для верхней части геологической среды.

3. Разработанный и реализованный способ размещения отходов бурения скважин в гидроизолированных с наблюдательными температурными скважинами шламонакопителях, расположенных в толще ММП, позволяет осуществлять надежное захоронение этих отходов круглогодично в мерзлом состоянии, не оказывая негативного влияния на геологическую среду.

Практическая ценность работы.

1. Результаты локального экологического мониторинга за техногенным воздействием нефтедобывающего комплекса на компоненты геологической среды и ответной ее реакцией объективно отражают состояние верхней части геологического разреза, сложенного мёрзлыми породами.

2. Предлагаемые технологические решения, направленные на сохранение приповерхностных слоев ММП в исходном состоянии, обеспечивают эксплуатацию производственных сооружений, являющиеся источниками теплового воздействия, без необратимых последствий для верхней части геологической среды.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на Региональной международной конференции ВНИГРИ (г. Санкт-Петербург, 2001), на Всероссийской конференции научного общества им. академика И.М. Губкина (г. Туапсе, 2005), на Международной научно-практической конференции «ЭкоПечора» (г. Нарьян-Мар, 2008), на Н-ой Всероссийской конференции «Экология и производство. Перспективы развития экологических механизмов охраны окружающей среды» (г. Санкт-Петербург, 2008), на региональных научно-технических конференциях в Архангельском государственном техническом университете (2007-2009), на IV Всероссийской конференции «Экология и промышленная безопасность» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 159 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 37 таблиц, библиографию из 135 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Макарский, Николай Антонович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с тем, что в ходе обустройства и эксплуатации месторождений углеводородного сырья оказывается негативное воздействие на компоненты верхней части геологической среды, решение вопросов по снижению такого воздействия и устранение условий, делающих этот характер необратимым, имеет приоритетное значение.

Наиболее актуальный характер эти задачи приобретают при разработке месторождений углеводородного сырья на Крайнем Севере России. Здесь ситуация осложняется объективными особенностями, характерными для приполярных районов, и обусловленными наличием природно-климатических и геологических условий, относящих данную территорию к категории экологически чувствительных. Отличительной особенностью приполярных территорий является наличие в верхней части геологического разреза, толщи многолетнемерзлых пород, определяющих устойчивость верхней части ГС к техногенному воздействию. На её поверхности располагаются производственные объекты по добыче и транспортировке нефти. Залегающие в толще ММП подземные водоносные горизонты могут использоваться для решения вопросов производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения. Сохранение стабильного состояния взаимосвязанных компонент верхней части геологической среды при разработке и эксплуатации нефтяных месторождений исключает условия для возникновения и развития необратимых негативных последствий, которые, в свою очередь, могут инициировать нарушение целостности производственных сооружений и возникновение аварийных ситуаций.

С другой стороны, необходимость минимизации или исключения негативных последствий на верхнюю часть геологической среды обусловливается тем, что она является местом обитания животного мира и основой для жизнедеятельности коренных народов, проживающих на данной территории, и их занятия традиционными видами хозяйствования.

В том, что реализация условий сохранения устойчивого состояния верхней части геологической среды является наиболее рациональным, приемлемым и действенным способом нефтедобычи в экологически чувствительных условиях свидетельствует опыт обустройства и эксплуатации нефтяных месторождений Ардалинского нефтегазодобывающего комплекса, расположенного на территории Ненецкого автономного округа. Опыт безаварийной эксплуатации нефтегазодобывающего производства в условиях Крайнего Севера, на территориях с повсеместным распространением ММП, а также данные многолетних наблюдений в ходе реализации программы локального экологического мониторинга предоставляет возможность обобщить полученные результаты и унифицировать методику обустройства нефтяных месторождений. Вместе с тем, это позволяет разработать способы и методы защиты геологической среды, обосновать комплекс локального экологического мониторинга компонент геологической среды, предложить методы решения вопросов хозяйственно - питьевого водоснабжения нефтепромыслов и захоронения отходов бурения на месте производства работ. Практическая апробация опыта экологически безопасной разработки месторождений нефтегазодобывающего комплекса в чувствительных условиях делает решение всех этих вопросов применимым при обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений в аналогичных природно-климатических условиях.

Результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. На примере эксплуатации объектов Ардалинского НГДК проведен анализ мерзлотных процессов, протекающих в толще ММП при эксплуатации производственных сооружений, связанных с добычей нефти и утилизацией пластовой воды. Результаты анализа данных, полученных на основании наблюдений за температурой многолетнемерзлых пород, проводимых круглогодично на протяжении 16 лет, свидетельствуют о том, что развития процессов растепления многолетнемерзлых пород под слоем насыпных площадок не происходит. Отсутствие негативных изменений в состянии толщи ММП, как важней компоненты верхней части ГС, определяющей ее устойчивость, обеспечивает безопасную эксплуатацию технически сложных нефтедобывающих сооружений и создает условия для нормальной жизнедеятельности обслуживающего вахтового персонала в течение длительного времени. Более того, в результате термоизолирующего действия отсыпки происходит новообразование мерзлоты, и поднятие кровли ММП практически до поверхности отсыпных площадок, что служит доказательством выполнения 1-го принципа строительства в условиях развития ММП - сохранение многолетнемерзлых пород в исходном состоянии. Это даёт возможность использовать полученные данные при проектировании нефтедобывающей инфраструктуры и определении толщины отсыпки грунтовых площадок (она должна быть не менее мощности СТС, т.е. 2,0-2,5 м).

2. Как показывают результаты круглогодичных замеров температуры ММП в наблюдательных скважинах на сателлитных месторождениях, объекты нефтедобычи - скважинные сооружения и производственные модули - размещенные на свайных основаниях над поверхностью мёрзлых пород не оказывают отрицательного воздействия на состояние ММП. Металлические свайные поля, погруженные непосредственно в толщу многолетнемерзлых пород не являются проводниками тепла и не изменяют температурного режима подстилающих ММП. Расположение объектов на свайных основаниях изолирует поверхность ММП от теплового воздействия сооружений и облегчает визуальный контроль в период их эксплуатации.

Помимо этого, наблюдения за температурой ММП позволяют определить толщину яруса годовых температурных оборотов, составляющую для условий Ненецкого автономного округа величину 9.5-10 м. Как показывают производимые каждые 2 года высокоточные геодезические высотные измерения свайных оснований, какие-либо деформации производственных сооружений отсутствуют. На основании этого, автором рекомендовано производить погружение стальных свай на глубину, равную толщине слоя ЯГТО. Это исключает возникновение и развитие процессов мерзлотного пучения и выпирания свай, которые, в конечном счете, могут привести к деформации сооружений и возникновению аварийных ситуаций.

3. Наряду с отсутствием негативного воздействия на состояние температуры ММП при эксплуатации нефтедобывающих сооружений, расположенных на поверхности насыпных грунтовых площадок, при выполнении определенных технологических процессов негативное воздействие на толщу ММП все же оказывается. Речь идет о процессах утилизации попутной пластовой воды, отделяемой от нефти в ходе её подготовки, и закачиваемой обратно в нефтяной пласт. Имеющие высокую температуру (до +68 °С) значительные массы закачиваемой пластовой воды оказывают растепляющее воздействие на толщу ММП, возрастающее с глубиной. В разрезе зона оттайки ММП представляет собой конусообразную воронку, обращенную узкой частью вверх, с радиусом «раструба» в нижней части 9.0 м и высотой воронки 27 м.

Исходя из вышеизложенного, автором предложены принципы размещения, строительства и эксплуатации водонагнетательных скважин, реализация которых позволит свести к минимуму тепловое воздействие на толщу ММП при закачке пластовой воды. Эти принципы заключаются в следующем: а), устья нагнетательных скважин необходимо располагать в различных частях месторождений (на различных одиночных площадках), что позволит придать растепляющему влиянию точечный характер. В случае размещения нагнетательных скважин на кустовых площадке расстояние между устьями скважин должно быть не менее двух радиусов оттайки с учетом планируемых объемов закачки. б), объемы закачиваемой воды необходимо распределять между различными скважинными для* исключения постоянного по времени и уровню теплового воздействия и придания ему дискретного характера. в), для перекрытия толщи ММП в конструкции водонагнетательных скважин необходимо использовать обсадную колонну диаметром 28" (700 мм), обсаживающую ствол скважины до подошвы слоя ММП. Параллельное перекрытие толщи ММП обсадными колоннами диаметром 16" (400 мм) и 28" (700 мм) и использование для их крепления цемента арктических марок с теплоизолирующими свойствами позволит создать теплоизолирующую оболочку вокруг нагнетательной скважины и исключит условия для распространения оттайки.

4. Обоснован комплекс локального экологического мониторинга, обеспечивающий получение достоверных характеристик теплообмена в мёрзлых и сезонно-промерзающих грунтах. Комплекс включает наблюдения за ограниченным числом комплонент верхней части геологической среды -толщи ММП, приуроченных к ней неглубоких водоносных горизонтов, почвенного слоя, а также индикаторов состояния верхней части ГС -поверхностных водных объектов, приземной части атмосферы, растительного покрова и фауны. Для контроля состяния ММП, как важнейшей компоненты верхней части геологической среды, предлжено использовать сеть температурных мониториновых скважин. Под нефтедобывающими сооружениями различного назначения, расположенными на насыпных грунтовых площадках и тундровой поверхности, рекомендуется размещать рабочие и фоновые термометрические скважины глубиной 18-20 м, в 2 раза превышающей мощность слоя ЯГТО. Датчики в грунтовой отсыпке рекомендуется размещать через 0.5 м и далее - через 1.0 м до забоя скважины. Термометрические скважины вблизи водонагнетательных скважин целесообразно закладывать на максимально возможную глубину (30-40 м), с аналогичным размещением датчиков на гирлянде. Замеры показаний датчиков целесообразно производить в первые 5 лет - ежемесячно, с последующим переходом на ежеквартальные замеры в случае стабилизации значений темераттуры ММП.

Выполнение комплекса локального экологического мониторинга даёт необходимый объем информации, позволяющей объективно оценить уровень техногенного воздействия и текущее состояние компонент верхней части геологической среды, а также принять своевременные меры для исключения негативных процессов, способных привести к необратимым изменениям верхней части ГС и нарушить целостность нефтедобывающей инфраструктуры.

5. Предложен оптимальный режим эксплуатации ресурсов водоносных горизонтов, приуроченных к таликовым зонам в толще ММП, позволяющий использовать подземные воды для хозяйственно-питьевых нужд нефтедобывающего комплекса. Для объективной оценки состояния горизонтов предложен комплекс мониторинговых наблюдений, заключающихся в определении объема водопотребления, абсолютных отметок статистического уровня подземных вод и их температуры. Рекомендовано установить уровень водопотребления, суммарно равный годовому объёму дополнительного питания водоносных горизонтов за счёт фильтрации из поверхностных водоисточников. Это позволит эксплуатировать водоносные горизонты в течение всего периода разработки месторождений, и обеспечивает быстрое восстановление этой компоненты верхней части геологической среды до исходного состояния после снятия антропогенной нагрузки.

6. Разработан и реализован способ захоронения отходов бурения в специально оборудованных накопителях, заключающийся в размещении отходов бурения в гидроизолированных накопителях, обустроенных в толще

ММП, последующем захоронении отходов и обустройстве накопителей сетью неглубоких температурных и гидрогеологических мониторинговых скважин. Предложены оптимальные размеры отдельных трапециевидных накопителей (15x75м на дневной поверхности и глубиной 4 м) объемом 2.7л

3.0 тыс. м , позволяющих разместить буровые отходы, образующиеся от строительства 2-х скважин, а также технология строительства отдельного накопителя в толще ММП и его гидроизоляция бесшовной полиэтиленовой пленкой, уложенной одним куском. Рекомендована схема обустройства полигона захоронения отходов, состоящего из группы отдельных накопителей, мониторинговыми термометрическими и гидрогеологическими скважинами. Рабочую наблюдательную термометрическую скважину необходимо обустраивать на глубину, превышающую глубину залегания подошвы захороненного бурового шлама и концевые датчики ее гирлянды (2-3 шт.) размещать в толще вмещающих многолетнемёрзлых пород, подстилающих толщу захороненных буровых отходов. На верхней части гирлянды датчиков, равной толщине насыпного купола (2.0-2.5 м) датчики следует размещать через 0.5 м, далее - через 1.0 м. Рекомендована методика отбора проб неглубоких подземных вод. Предложенный комплекс мониторинговых наблюдений за температурой вмещающей толщи ММП, изолированных отходов и гидродинамическим режимом неглубоких водоносных горизонтов обеспечивает проведение экологического мониторинга мест захоронения отходов. Это позволяет на практике решать вопрос утилизации отходов бурения скважин экономически оправданным и экологически безопасным способом, повысить рентабельность освоения нефтяных месторождений, а также снизить риск возникновения аварийных ситуаций, приводящих к загрязнению геологической среды.

Обоснованные мероприятия по защите верхней части геологической среды от техногенного воздействия, способы рационального использования водоносных горизонтов, решения по захоронению отходов бурения, в совокупности с реализованным комплексом локального экологического мониторинга позволяют безопасно эксплуатировать технически сложные объекты нефтедобычи для чувствительных компонент верхней части геологической среды районов Крайнего Севера.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Макарский, Николай Антонович, Архангельск

1. Айбулатов H.A., Артюхин Ю.В. Геоэкология шельфа и берегов Мирового океана. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1993, 304 с.

2. Алисов Б.П. Климат СССР. М.: Высшая школа, 1969. 104 с.

3. Анисимов O.A. Современные и будущие изменения вечной мерзлоты: синтез наблюдений и моделирования // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 1(78). С. 7-16.

4. Атлас Архангельской области / Под ред. Трешникова А.Ф. М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1976. 110 с.

5. Баринов A.B., Сафин С.Г., Губайдуллин М.Г. Северная часть Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции: состояние запасов и перспективы освоения // Нефтепромысловое дело. 2001. № 6. С. 4-10.

6. Белонин М.Д., Макаревич В.Н., Прищепа О.М. Состояние и перспективы нефтегазового комплекса Северо-западного округа России // Сырьевая база России в XXI веке. Материалы научн.-практ. конф. Архангельск, 2001. — С. 27-29.

7. Бондарев П.Д., Красовицкий Б.А. Температурный режим нефтяных и газовых скважин. Новосибирск: Наука, 1974. 88 с.

8. Быков И.Ю., Дмитриев В.Д. Бурение скважин на воду в северных условиях. JL: Недра, 1981. 125 с.

9. Вечная мерзлота и освоение нефтегазоносных районов / Под ред. Мельникова Е.С. (части I, III) и Гречищева С.Е. (части II, III, IV). Колл. авторов. М.: ГЕОС, 2002. 402 с.

10. Викторов A.C. Основные проблемы математической морфологии ландшафта. М.: Наука, 2006. 252 с.

11. Винокуров P.C., Макарский H.A. Анализ результатов наблюдений за термическим состоянием грунтов на производственной площадке Ардалинского нефтепромысла //Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 79, Архангельск, 2009. С. 81-87.

12. Вялов С.С. и др. Прочность и ползучесть мерзлых грунтов и расчеты ледогрунтовых ограждений. М.: Издательство академии наук СССР, 1962. 254 с.

13. Гамбурцев Г. А. Концепция мониторинга природно — технических систем. Геоэкология, 1994 г., № 4.

14. Геокриологические и гидрогеологические работы при разведке месторождений твердых полезных ископаемых (на примере Крайнегто Севера). М.: ВСЕГИНГЕО, 1984, 184 с.Изучение наледей. Методическое пособие. Ленинград: Гидрометеоиздат, ГГИ, 1984,156 с.

15. Геокриология СССР. Европейская территория СССР / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Недра, 1988. 358 с.

16. Геокриологические и гидрогеологические проблемы освоения Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции / С.Е. Гречищев, JI.B. Чистотинов, Р.Г. Петрова и др. М.:Геоинформмарк, 1992. 58 с.

17. Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых. Т.1: Русская платформа. Л.: Недра, 1985. 356 с.

18. Геология и нефтегазносность севера Европейской части СССР: Сб. науч. тр. / Под ред. Ю.А. Россихина. Тюмень, ЗапСибНИГМИ, 1990. 175 с.

19. Геология и полезные ископаемые Севера Европейской части СССР: Сб. науч. тр. / Отв. ред. Ю.А. Россихина. Архангельск, 1991. 313 с.

20. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды // Изв. АН СССР, сер. Геогр. 1975, № з, стр. 13-25.

21. Гидрогеология СССР, т. XVII. Коми АССР и Ненецкий национальный округ Архангельской области. М.: Недра, 1970. 288 с.

22. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды /Т.В. Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заика и др. М.: Эколайн, 2000.

23. Глазовская М.А. Способность окружающей среды к самоочищению. Природа, 1979, №3.

24. Глумов И.Ф., Маловицкий Я.П. Нефтегазовый потенциал континентального шельфа России. Реальность и перспективы. — Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду, 1998, № 5, с. 11-22.

25. Грамберг И.С., Додин Д.А., Лаверов Н.П. и др. Арктика на пороге третьего тысячелетия (ресурсный потенциал и проблемы экологии). Спб.: Наука, 2000.247 с.

26. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Гравис Г.Ф. и др. Криогенные физико-геологические процессы и методы изучения их развития. В сб. трудов. М.: ВСЕГИНГЕО, 1987. 52 с.

27. Григорян С.С., Красс М.С., Гусева Е.В. и др. Количественная теория геокриологического прогноза. М.: Изд-во МГУ, 1987. 266 с.

28. Грязнов Г.С. Особенности глубокого бурения скважин в районах вечной мерзлоты. М.: Недра, 1969. 167 с.

29. Губайдуллин М.Г. Геоэкологические условия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России: Монография. Архангельск: Поморский государственный университет, 2002. 310с.

30. Губайдуллин М.Г. Ресурсная база и перспективы освоения нефтяных месторождений севера Тимано-Печорской провинции // Нефтяное хозяйство, 2003а. № 4. С. 85-87.

31. Губайдуллин М.Г., Калашников A.B., Макарский H.A. «Оценка и прогнозирование экологического состояния геологической среды при освоении севера Тимано

32. Печорской нефтегазоносной провинции». Монография. Изд. АГТУ, Архангельск, 2008 г.

33. Губайдуллин М.Г., Макарский H.A. Оценка состояния верхних горизонтов многолетнемерзлых пород на Ардалинском нефтегазодобывающем комплексе по результатам мониторинга/Геоэкология, 2010, № 6. С. 496-507.

34. Достовалов Б.Н., Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение. М.: Изд-во МГУ, 1967. 403 с.

35. Евсеев A.B., Куликов К.И. Деградация почвенного покрова в районах Крайнего Севера России. // Тез. и докл. Всеросс. Конф. «Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения». М., 1998, Т.2, стр. 135-137.

36. Заиканов В.Г., Минакова Т.Б. Геоэкологическая оценка территорий. М.: Наука, 2005. 319с.

37. Зверев В.П. Роль подземных вод в миграции химических элементов. М.: Недра, 1982. 183 с.

38. Израэль Ю.А. Экология и контроль состсояния природной среды. JL: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

39. Карта геокриологических условий // Гл. редактор Е.М. Сергеев. М.: МГУ, 1983.

40. Кимстач В.А., Фридман Ш.Д. и др. Концепция системы экологического мониторинга России.// Меиеорология и гидрология, 1992, № 10, стр. 5-18.

41. Концепция охраны природы в Арктике. Руководство по проведению морских работ по нефти и газу в Арктике. М.: 1997, 70 с.

42. Концепция Государственного мониторинга геологической среды России. — М.: Роскомнедра, 1994.

43. Конюхов A.B., Коптяев В.В. Основы строительной экологии. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2003. 68 с.

44. Конюхов A.B., Братишко Ю.А. Охрана окружающей среды при проведении геологоразведочных работ в районах Крайнего Севера // Э.И. «Коррозия и защита в нефтегазоносной промышленности». М., 1985. — Вып. 2.-33 с.

45. Конюхов A.B., Федорович Д.И. Исследование влагообменных процессов в деятельном слое торфяников, влияющих на их тепловой режим // ЦИНИС Госстроя СССР НТЛ. Раз. Б,-1976. Вып. 3. -42 с.

46. Кормак Д. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. М.: «Транспорт», 1989, 365 с.

47. Коробов В.Б. Экспертные методы в географии и геоэкологии. Архангельск: Поморский университет, 2008. -236 с.

48. Коробов C.B. Оценка воздействия добыта нефти на криолитозону в прибрежной зоне арктических морей // Материалы XVII межд. науч. конф. по морской геологии «Геология морей и океанов». Т. 2. М.: ГЕОС, 2007 г. С. 240-242.

49. Коробов C.B. Исследование взаимодействия нефтегазовых скважин с геокриологической средой с целью совершенствования технологий их консервации в северных регионах. Автореферат дисс. канд. техн. наук, Аппатиты, 2009. 22 с.

50. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. М.: Изд. МГУ, 1995 272 с.

51. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. -М.: Недра, 1998.

52. Крайнов С.Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно — питьевого назначения. -М.: Недра, 1987.

53. Крючков В.В. Север на грани тысячелетий. М. Мысль, 1987, 268 с.

54. Кудряшов Б.Б., Яковлев A.M. Бурение скважин в мерзлых породах. М.: Недра, 1983. 289 с.

55. Кудряшов Б.Б., Яковлев A.M. Новая технология бурения скважин в мерзлых породах. JL: Недра, 1973.

56. Кулешова Т.В., Банщикова JT.C. Локальный мониторинг в криолитозоне // Материалы международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (том 1). Архангельск, 2002. С. 99-104.

57. Куренной В.В., Купцова Э.Д. Литомониторинг и геоэкологические исследования. Обзор. М., Изд-во ВИЭМС, 1990. 83с.

58. Лейбман М.О. Криолитологические особенности сезонно-талого слоя на склонах в связи с процессами криогенного оползания // Криосфера Земли, 1997, т. 1, № 2, с. SO-SS.

59. Мазур И.И. Инженерно-экологические решения в практике строительства нефтегазовых объектов. — М.: Недра, 1990.

60. Мазур И.И. Экология строительства объектов нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1991.279 с.

61. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Введение в инженерную экологию. М.: Наука, 1989.

62. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Методика экологического мониторинга на Ардалинском комплексе нефтяных месторождений // Вестник АГТУ, серия «Прикладная геоэкология». Вып. 70. Архангельск, 2007. С. 95-101.

63. Макарский H.A. Природосберегающие технологии при обустройстве месторождений (на примере спутниковых месторождений Ардалинского нефтедобывающего комплекса) // Живая природа Ненецкого автономного округа. Нарьян-Мар, 2004. С. 136-141.

64. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Обустройство и мониторинг мест захоронения отходов бурения на Ардалинском нефтепромысле // Вестник АГТУ. Серия «Прикладная геоэкология». Вып. 75, Архангельск, 2008. С. 124-131.

65. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Опыт утилизации отходов производства и бурового шлама на Ардалинском нефтепромысле / НТЖ "Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе". М.: ВНИИОЭНГ, 2009 № 7. - С. 23-29.

66. Макарский H.A., Губайдуллин М.Г. Результаты геокриологического мониторинга на Ардалинском нефтяном месторождении //Вестник Поморского ун-та. Сер. «Естественные и точные науки», 2010. № 1(10). С. 15-21.

67. Малов А.И. Исследование и использование подземных вод Европейского Севера // Материалы международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (том 1). Архангельск, 2002. С. 208-213.

68. Марамзин A.B., Рязанов A.A. Бурение разведочных скважин в районах с распространением многолетнемерзлых пород. М.: Недра, 1971.

69. Масалкин С.Д. и др. Теория и практика сохранения и восстановления нарушенных ландшафтов Крайнего Севера. — Омск, 1991.

70. Маськов М.И. Геокриологические условия Европейского Севера России // «Литосфера и гидросфера Европейского Севера России. Геоэкологические проблемы» Екатеринбург: УрО РАН, 2001, с. 183-204.

71. Мельников Е.С., Вейсман Л.И., Москаленко Н.Г. Ландшафты криолитозоны Западно — Сибирской газоносной провинции. Новосибирск : Наука, 1983.

72. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. — М.: 1995, 96 с.

73. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. Монография . В 3-х т. М.: Изд-во Моск. гос. горн, ун-та, 1998-1999.

74. Мнацаканян О.С., Пушнов В.М., Сочнев О.Я., Таныгин И.А. Воздействие поисково-оценочных работ на экосистемы Печорского моря. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002, 204 с.

75. Морачевский В.Г. Основы геоэкологии. - С.-П.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1994.

76. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 1. Архангельская и Вологодская области, Коми АССР. Книга 1. J1.: Гидрометеоиздат, 1989. 483 с.

77. Нефтяные и газовые месторождения СССР. Кн. 1: Европейская часть СССР. М.: Недра, 1987. 358 с.

78. О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 г. № 613

79. Общее мерзлотоведение (геокриология) / Кудрявцев В.А., Достовалов Б.Н., Романовский H.H. и др. М.: МГУ, 1978.

80. Орлов В.П. Ресурсы недр в экономике федеральных округов. — Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2001, № 1, С. 2-12.

81. Орлов О.В., Дубнов Ю.Д., Меренков Н.Д. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. JL: Стройиздат, 1977. С. 43-52.

82. Осипов В.И. Геоэкология междисциплинарная наука об экологических проблемах геосфер//Геоэкология. 1993. № 1. С. 4-18.

83. Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI века // Геоэкология, 2001, № 4. С. 293-309.

84. Основы геокриологии. Ч.З. Региональная и историческая геокриология Мира / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Изд-во МГУ, 1998. 575 с.

85. Осокин Н.И., Самойлов P.C., Сосновский A.B. Оценка влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата // Известия РАН. Серия географическая, 2006, № 4, С. 40-46.

86. Остроумов С.А., Федоров В.Д. Основные компоненты самоочищения экосистем и возможность его нарушения в результате химического загрязнения. — Вестник Московского университета. Серия 16, Биология, 1999, № 1, С. 24-32.

87. Павлов A.B. Прогноз эволюции криолитозоны в связи с глобальными изменениями современного климата. В сб.: Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и экогеологии. М.: ВСЕГИНГЕО, 1994. С. 135-151.

88. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. -М.: Недра, 1986.

89. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М.: Издательство Московского университета, 1993,207 с.

90. Подосенова Е.В. Технические- средства защиты окружающей среды. М.: Машиностроение, 1980.

91. Положение о Государственном млниторинге геологической среды России. М.: Роскомнедра, 1994.

92. Порхаев Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами. М.: Наука, 1970. 346 с.

93. Пособие по оценке воздействия на окружающую среду при разработке ТЭО (ТЭР) инвестиций и проектов строительства объектов хозяйственной и иной деятельности на территории Республики Башкортостан. Уфа, 1997. 95 с.

94. Реймерс Н.Ф. Экология. М., 1994. 360 с.

95. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990.

96. Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979.

97. Сергеев Е.М. Инженерная геология наука о геологической среде //Инженерная геология. 1979, № 1. - С. 3-19.

98. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Госстрой СССР, 1988. 52 с.

99. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. — М.: Издательство Московского университета, 1998, 376 с.

100. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под ред. Велли Ю.А., Докучаева В.В., Федорова Н.Ф. Л.: Стройиздат, 1977.

101. Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010-2015 гг. и их влияния на отрасли экономики России. М.: Росгидромет, 2005. 28 с.

102. Стригоцкий C.B. Основы управления качеством строительства скважин в многолетнемерзлых породах. М.: ВНИИОЭНГ, 1991. 180 с.

103. Тихомиров Б.А. Взаимосвязи животного мира и растительного покрова тундры.- М. -Л.: Изд-во АН СССР, 1959. 104 с.

104. Трофимов В.Т., Герасимова Н.С., Красилова Н.С. Устойчивость геологической среды и факторы ее определяющие // Геоэкология, 1994. № 2. С.18-28.

105. Тыртиков А.П. Динамика растительного покрова и развитие мерзлотных форм рельефа. М.: Наука, 1979. 116 с.

106. Цытович H.A. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973.

107. Чалышева Л.В. Антропогенные изменения растительного покрова в районах нефтедобычи (северо-восток европейской части России). Автореферат диссертации кандидата биологических наук. М.: 1993, 19 с.

108. Швец В.М. Органические вещества подземных вод. М.: Недра, 1973. 192 с.

109. Юдахин Ф.Н., Губайдуллин М.Г., Коробов В.Б. Экологические проблемы освоения нефтяных месторождений севера Тимано-Печорской провинции. Екатеринбург: изд-во УрО РАН, 2002.314 с.

110. Экогеология России. Т.1. Европейская часть // Гл. ред. Г.С. Вартанян. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. 300 с.

111. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов. Под ред. В.М. Курчева. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1992. С.84 92.

112. Экологические проблемы Европейского Севера. // Сборник научных трудов. Екатеринбург, 1996.405 с.

113. Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ. 2000. 432 с.

Информация о работе

Макарский, Николай Антонович
кандидата геолого-минералогических наук
Архангельск, 2010
ВАК 25.00.36

Диссертация

Обоснование методов защиты верхней части геологической среды на основе локального мониторинга при эксплуатации нефтяных месторождений на Крайнем Севере - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы