Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Состав и свойства нефти как потенциальный фактор загрязнения геологической среды и методы его оценки

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Состав и свойства нефти как потенциальный фактор загрязнения геологической среды и методы его оценки"

На правах рукописи

КРАЙНЕВА Олеся Владимировна

СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ФАКТОР ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ И МЕТОДЫ ЕГО ОЦЕНКИ

(на примере прибрежной зоны севера Тимано-Печорской провинции)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

15 ЯНЗ 2015

г. Архангельск - 2014 год

005557326

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Научный руководитель —доктор геолого-минералогических наук,

профессор, заслуженный геолог РФ Губайдуллин Марсель Галиуллович

Официальные оппоненты: — Пиковский Юрий Иосифович

доктор географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

— Немировская Инна Абрамовна

доктор геолого-минералогических наук, заведующая лабораторией Института океанологии РАН имени П.П. Ширшова

Ведущая организация - Институт экологических проблем Севера

УрО РАН, г. Архангельск

Защита диссертации состоится 24.02.2015 в 17-00 на заседании диссертационного совета Д 212.00.02 на базе РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: Москва, Ленинский проспект д. 65 к. 232

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и на сайте http://vvvvw.gubkin.ru

Автореферат разослан « » декабря 2014 года.

Ученый секретарь

Диссертационного совета С/ Милосердова Людмила Вадимовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

При добыче и транспортировке нефти происходит загрязнение природной среды, как правило, при аварийных ситуациях. Особенности и степень этого воздействия зависят от количества и состава нефти, а также от свойств природных систем, принимающих эти вещества. В одних случаях они устойчивы и даже инертны, в других - подвергаются быстрым преобразованиям и активно взаимодействуют с почвенно-грунтовой массой (Глазовская, 1988; Пиковский, 1988, 1993; Солнцева, 1998). В связи с этим возникает проблема, связанная с оценкой потенциального негативного воздействия нефтезагрязнений на природную, и в первую очередь, на геологическую среду.

Активное освоение северной части Тимано-Печорской провинции (ТПП) и реализация маршрута отгрузки нефти северным морским путем выводит в ряд первоочередных задач вопрос об экологической безопасности проводимых работ, и о проведении экологического прогнозирования возможных последствий намечаемой деятельности и реализуемых проектов. Впервые для северного региона такая оценка, где авторы учитывали характер загрязнения среды в зависимости от свойств и состава нефти, была выполнена на примере Центрально-Хорейверской впадины (Губайдуллин, Иванов, 2005) при поддержке РФФИ, грант №05-05-97518.

В настоящее время центром активной добычи и транспортировки нефти на севере ТПП становится прибрежная зона юго-восточной части Баренцева моря (рис. 1), где объемы перевалки товарной нефти составляют более 10 млн. тонн в год. Являясь пограничной зоной «суша-море», данная территория характеризуется высокой чувствительностью к различного рода воздействиям и низкой самовосстановительной способностью природных комплексов.

Ввиду низкой плотности населения в районе исследования, основным природным объектом, подвергаемым воздействиям и трансформации в процессе разработки и эксплуатации месторождений и нефтетранспортных систем является геологическая среда1. Относительно слабая изученность района, низкая самовосстановительная способность природных комплексов, а также большое разнообразие добываемой и транспортируемой нефти, выводят вопрос об оценке ее потенциального воздействия на геологическую среду в разряд важных и актуальных. Однако описание и анализ таких сложных систем и механизмов невозможно достоверно оценить только экспериментально или теоретически, а математические модели требуют существенных упрощений, поэтому для оценки потенциального

1 Геологическая среда - это верхняя часть литосферы, которая рассматривается как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека (Сергеев, 1979)

Рисунок 1 - Обзорная карта района исследования

воздействия нефти при возможных аварийных разливах на верхнюю часть геологической среды прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря целесообразно использовать экспертный метод (Губайдуллин, 2003).

Целью работы является исследование состава и свойств нефти и разработка методики оценки ее потенциального воздействия на геологическую среду при аварийных разливах в прибрежной зоне юго-восточной части Баренцева моря.

Для достижения поставленной цели в работе рассмотрены и решены следующие задачи:

- анализ факторов воздействия на верхнюю часть геологической среды, включая мерзлые породы, поверхностные и частично грунтовые воды, а также почвенно-растительный покров, как индикатор ее состояния;

— исследование закономерностей изменения свойств нефти;

— выявление характерных особенностей изменения состава и свойств нефти для месторождений прибрежной зоны;

- исследование состава и свойств нефти, как потенциального фактора загрязнения, и методов его оценки;

- разработка методики оценки воздействия нефти на верхнюю часть геологической среды прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря;

— районирование прибрежной территории по степени потенциального воздействия аварийных разливов нефти.

Положения, выносимые на защиту:

1. Нефть, добываемая из месторождений, расположенных в прибрежной зоне северной части ТПП, характеризуется большим видовым разнообразием и существенным изменением со временем ее состава и свойств, которые влияют на характер загрязнения геологической среды (ГС) при аварийных разливах. Для

4

месторождений рассматриваемой территории характерно повышенное содержание смолисто-асфальтеновых веществ, присутствие сероводорода, а также постепенное увеличение со временем содержания в нефти смол, асфальтенов, серы и других компонентов, опасное воздействие которых на ГС на данной территории наиболее вероятно.

2. Разработанная методика, основанная на учете характера воздействия нефти на ГС путем проведения экспертного опроса, позволяет провести оценку уровня экологической опасности возможных нефтяных загрязнений для объекта воздействия на основе комплексного анализа многочисленных факторов и унификации единиц их измерения с применением балльных шкал.

3. Использование методики экспертной оценки на основе балльных классификаций позволило районировать прибрежную зону по степени негативного воздействия возможных аварийных разливов с учетом индивидуальных свойств и состава нефти, а также климатических и геологических особенностей территории, что необходимо для разработки наиболее оптимального размещения пунктов экологического мониторинга и планирования способов рекультивации загрязненных земель.

Научная новизна исследований.

1. На основе имеющихся и полученных автором новых данных впервые исследованы и установлены основные закономерности изменения химического состава и физических свойств нефти по всему разрезу продуктивных пластов месторождений прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря. Это позволило выявить особенности и динамику изменения отдельных характеристик добываемого сырья и, как следствие, оценить степень его потенциальной опасности для ГС в случае аварийных разливов.

2. Усовершенствована и адаптирована методика экспертной оценки применительно к задаче исследования потенциального негативного воздействия нефти на геологическую среду с учетом ее индивидуальных физико-химических характеристик.

3. Проведено районирование рассматриваемой территории по результатам оценки с использованием установленных весовых коэффициентов, учитывающих индивидуальный состав нефти и особенности геологической среды прибрежной зоны севера ТПП.

Практическая значимость.

Районирование территории по степени потенциальной опасности добываемого и транспортируемого углеводородного сырья на основании результатов проведенной оценки позволяет заблаговременно выделять участки, где, в случае возникновения аварий, последствия загрязнения будут наиболее неблагоприятными. Кроме того, выполненное геоэкологическое районирование позволяет обосновать систему экологического мониторинга объектов и участков, находящихся в зонах высокого

уровня потенциальной опасности воздействия нефти на приповерхностную часть геологической среды, а также планировать и рекомендовать мероприятия по рекультивации нефтезагрязненных территорий.

Результаты диссертационной работы учтены в ООО «Варандейский терминал» при актуализации программы проведения производственного экологического мониторинга на береговых объектах нефтеотгрузочного комплекса и используются при проведении учебных занятий в Институте нефти и газа САФУ имени М.В. Ломоносова.

Личный вклад автора и методы исследований.

К основной идее диссертационной работы - оценке воздействия нефти на геологическую среду с учетом ее состава и свойств автор пришел в процессе участия в научно-практических конференциях, а также в результате собственных продолжительных исследований свойств нефти месторождений северо-востока Тимано-Печорской провинции и анализа экологической обстановки в исследуемом районе. Основы использованного подхода, в части экспертной оценки влияющих факторов, изложены в более ранних работах (Айвазян и др. 1989; Саати, Керне, 1991; Солнцева, 1998; Губайдуллин, 2002, 2005; Коробов, 2008 и др.), но его адаптация и апробация применительно к данной проблеме и территории впервые выполнена непосредственно автором.

Методы исследований заключались в использовании широкого комплекса средств, включающих более 1000 лабораторных анализов образцов нефти Варандейского, Торавейского, Южно-Хыльчуюского и других месторождений расположенных в районе исследования, а также их смесей, транспортируемых через Варандейский нефтеотгрузочный терминал, выполненных автором в период с 2008 по 2013 годы. Исследования также включали в себя анализ состояния верхней части ГС исследуемого региона (исследования почв, грунтов и поверхностных вод); анализ и обобщение фондовых и литературных источников; аналитическую и статистическую обработку данных и графическую интерпретацию результатов, с использованием различных электронных приложений. В качестве практического результата, автором выполнено районирование месторождений, расположенных в районе исследования, а также участков действующей сети межпромысловых нефтепроводов с целью выявления наиболее потенциально опасных зон. Результаты районирования можно использовать для минимизации площадей первичных нефтезагрязнений, уменьшения риска попадания поллютантов в почвенно-грунтовые и поверхностные воды, для заблаговременного выделения участков, где наиболее возможно возникновение аварийных ситуаций. Кроме того, полученные результаты являются инструментом для обоснования расположения пунктов экологического мониторинга и методов рекультивации нефтезагрязненных территорий.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на российских и международных конференциях и семинарах: на II Международной научно-практической конференции «Проблемы развития энергетической и транспортной инфраструктур в условиях освоения Европейского Севера и Арктического региона на ближайшую перспективу» (Архангельск, 2012); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2013» (Москва, 2013); Международной российско-норвежской научной конференции «Исследование и освоение углеводородных ресурсов прибрежных регионов» (Архангельск, 2013), в международном семинаре "Рассохинские чтения" (Ухта, 2012, 2014), на X научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2014), на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (Уфа, 2012); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии - нефтегазовому региону» (Тюмень, 2013), а также ежегодных научно-технических конференциях АГТУ-САФУ (Архангельск, 20082013).

По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка использованной литературы, включающего 121 источник. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Анализ факторов воздействия на геологическую среду при освоении нефтяных месторождений севера Тимано-Печорской провинции» приведены основные сведения о глубинном геологическом строении региона, его нефтегазоносности и некоторых закономерностях изменения свойств нефти. Рассмотрены особенности строения верхней части геологической среды и выполнен анализ факторов природного и техногенного воздействия на нее.

Большая часть извлекаемых запасов нефти (порядка 1,2 млрд. т.) содержится в месторождениях, расположенных в северной части ТПП - на территории Ненецкого автономного округа (НАО) Архангельской области.

Исходя из современных представлений о структуре осадочного чехла и истории развития осложняющих его элементов, на территории северной части ТПП выделяются семь нефтегазоносных областей (рис. 2).

Более подробно рассматриваемая в работе Варандей-Адзъвинская нефтегазовая область и соответствующая ей одноименная Варандей-Адзъвинская структурная зона занимает северо-восточную часть Печорской синеклизы. Это сложнопостроенная область северо-западного простирания размером 190x80 км, сужающаяся к северу до 40 км и погружающаяся под воды Печорского моря.

Ведущая роль в формировании залежей и их распределении принадлежит геотектоническим процессам, благодаря которым сформировались условия для образования имеющихся структурных форм. Все выявленные нефтяные залежи в Варандей-Адзьвинской структурной зоне приурочены к валообразным поднятиям, которые контролируются глубинными разломами.

Ведущие геохимические процессы в этих районах обязаны наличию сезонно-промерзающих грунтов, длительному замерзанию водоемов, широкому распространению болот и заболоченных территорий. Здесь распространены процессы криогенеза в виде термокарста, термоэрозии, солифлюкции, пучения, морозобойного растрескивания грунтов и др. (Юдахин и др., 2002). Специфичность района исследования обусловлена непосредственной близостью береговой линии, что сопряжено с комплексом дополнительных эрозионных воздействий природного характера, а также наличием криопэгов (Бурков, 2011), влияющих на физические свойства грунтов. Комплекс этих факторов способствует механической миграции загрязняющих веществ. Для таких территорий характерна длительная аккумуляция нефтепродуктов на низкотемпературных, восстановительных и седиментационных барьерах, медленная минерализация в почвах, накопление в водоемах и в донных отложениях, а также формирование сероводородных обстановок и барьеров (Глазовская, 1988).

Рисунок 2 — Схема нефтегазоносного районирования Ненецкого автономного округа (Губайдуллин, Калашников, Макарский, 2008)

На экологическое состояние геологической среды в условиях вечной мерзлоты влияют природные и техногенные факторы (Гаврилов, 1989; Осипов, 1997). Техногенные потоки, поступающие в геологическую среду при добыче нефти, многокомпонентны и содержат вещества, разнообразные по составу, физико-химическим свойствам и степени токсичности (Пиковский, 1988, 1993; Середин, 1998;Мироненко, Петров, 1995; Губайдуллин, 2006). Необходимость учета и прогнозирования возможных последствий попадания в геологическую среду сложного многокомпонентного поллютанта потребовала разработки нового подхода по оценке степени его потенциальной опасности для нее. Такая оценка позволяет выявить участки (районы) объектов добычи и транспорта нефти, где степень опасности загрязнения наиболее высока, что обеспечит возможность своевременного принятия превентивных решений по обеспечению экологической безопасности.

Во второй главе выполнен подробный анализ трех нефтяных месторождений, расположенных в прибрежной зоне. Представлена их геолого-физическая характеристика, исследованы изменения состава и свойств нефти по разрезу продуктивных пластов и по площади месторождения. А также детально изучены изменения физико-химических характеристик нефти в зависимости от времени функционирования скважин.

Исходя из геолого-физической характеристики Варандейского месторождения, а также на основании анализа состава и свойств нефтей, отличающихся глубиной залегания и принадлежащих к различным продуктивным пластам, сделан вывод о широком диапазоне изменения свойств извлекаемых углеводородов (УВ). Так, например, вязкость нефти в продуктивном пласте Т/, вскрытом в интервале от 1532 до 1630 м варьирует в пределах от 35,7 до 492,7 мм2/с, а разница по плотности в рассматриваемом диапазоне по некоторым образцам превышает 40 кг/м3, изменяясь в пределах от 900,3 до 941,4 кг/м"5 (Крайнева, Губайдуллин, 2014).

Выявлена закономерность повышения плотности нефти с увеличением срока эксплуатации скважины, а также зависимость изменения вязкости нефти одновременно с изменением ее плотности (рис. 3). Изучение и анализ состава нефти также выявило его непостоянство (рис. 4). Тенденция к увеличению отмечена по содержанию серы. Кроме того, прослеживается некоторая синхронность изменения содержания в образцах нефти смол и парафина.

Анализ изменения состава нефти в зависимости от глубины залегания продуктивного пласта на примере добывающей скважины № 1007, введенной в эксплуатацию в 2002 году показал, что с увеличением глубины происходит постепенное уменьшение плотности нефти с 996,3 кг/м3 в интервале перфорации 1338-1347 м до 906,1 кг/м3 на глубине 1611-1625 м. По содержанию смолисто-асфальтеновых веществ и гетероэлементов (в том числе серы), также прослеживается тенденция к постепенному их снижению: асфальтены с 9,7 до

908,0 906,0 904,0 902,0 3 900,0 т'° У 896,0 X | 894,0 С 892,0 890,0 888,0

,//____________ъ*^--

------- \ /

у = 0,6357х + 898,56 \ /

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2012*

—•— плотность 899,3 903,3 898,8 901,3 894,5 906,1 903,4 904,7

—*— вязкость 27,28 33,16 27,24 30,32 Г 27,32 36,43 33,90 33,72

40 35 30

О

25

20 £ о О

15 | и

10

5

О

Год

Рисунок 3 - Динамика изменения плотности и вязкости нефти I зависимости от продолжительности эксплуатации скважины № 11

Рисунок 4 - Динамика изменения химического состава нефти (скв.11) 4,5 %; смолы с 22,5 до 12,4 %. Содержание парафина, напротив, имеет положительную динамику и с увеличением глубины его содержание меняется с 0,38 до 1,17% (рис. 5).

На основании проведенного анализа устьевых и глубинных проб нефти сделан вывод, что по физико-химическим характеристикам нефть Варандейского месторождения, ввиду особенностей геологического строения, характера залегания УВ и ряда других влияющих факторов, изменяется в достаточно широком диапазоне. Анализ нефти Торавейского месторождения также выполнен по результатам детальных исследований глубинных и устьевых проб, полученных с участием автора.

1338-1347 1408-1456 1474-1505 1546-1561 1611-1625

— парафины 0,38 0,11 0,11 0,41 1,17

— * — сера 2,92 2,77 2,58 2,21 1,99

—«*■— смолы 22,53 20,20 19,12 16,70 12,39

■••■•■•■ асфальтены 9,74 11,10 10,79 6,78 4,53

Интервал перфорации, м

Рисунок 5 - Изменение химического состава нефти в зависимости от глубины залегания

В результате выявлена общая тенденция изменения свойств нефти триасовых отложений: в нижней части разреза она более легкая, менее вязкая, малопарафинистая, с более высоким содержанием светлых фракций. В верхней части разреза нефть преимущественно тяжелая, более высоковязкая, с незначительным выходом светлых фракций и более высоким содержанием парафина. Разброс значений по некоторым показателям в пределах одного продуктивного пласта достигает весьма значительных величин (рис. 6) (Крайнева, Губайдуллин, 2014).

Учитывая принадлежность Варандейского и Торавейского месторождений к одному тектоническому элементу, в свойствах добываемых углеводородов прослеживается некоторая схожесть. Поэтому для более полного анализа свойств нефти изучаемой территории рассмотрено еще Тобойское месторождение (Дронг, 2013), расположенное на севере ТПП, но тектонически относящееся к Медынско-Сарембойской антиклинальной зоне.

Исследование особенностей состава и физико-химических свойств нефти трех месторождений, расположенных в прибрежной зоне юго-восточной части Баренцева моря показывает индивидуальность и разнообразие их состава. Промышленная эксплуатация таких месторождений требует особенно внимательного подхода к охране природной среды и обеспечению экологической безопасности объектов. При разработке экологической документации, уже начиная с предпроектных исследований, необходимо учесть столь широкий диапазон характеристик нефти для научного понимания возможных последствий попадания нефти в природную среду, оценки изменения и активизации мерзлотных процессов в верхней части ГС и возможности самовосстановления загрязненных нефтью экосистем прибрежной зоны.

I

• 1 ♦ ? *

Смолы 1 ?

Т1(Ц Т1(Щ Т1(Ш) Т1(1У) Т 1+2(1) Т2(1) Т2(П) Р1аг

МИН. зн. 7,14 9,23 7,47 9,29 11,47 9,37 12,31 5,66

макс. зн. 12,92 17,03 15,39 19,84 ¡5,43 13,15 16,98 26,40

О ср.значение 9,86 9,23 10,27 10,17 13,45 12,56 14,41 13,42

а)

1--1 -

V |..........__..... -' -- —

I К ................................................|

ТЩ) Т1(П) Т 1(1П) Т1(1У) Т 1+2(1) Т2(1) Т2(П) Р1аг

МИН. зн. 887,7 850,0 878,0 879,9 952,0 919,2 920,6 856,0

макс. зн. 930,3 906,0 928,0 943,1 987,0 968,4 985,6 909,9

Оср.значение 889,2 867,0 897,0 919,5 941,0 966,2 902,0

б)

х

Г

I I

Т1(1) Т1(Щ Т«Ш) Т1(1У) Т 1+2(1) Т2(1) Т2(Щ Р1аг

мин. зн. 1,89 1,87 1,73 1,61 2,31 1,95 1,94 1,50

макс. зн. 2,48 2,15 5,04 2,53 2,77 2,39 2,97 2,60

О ср. значение 2,15 2,15 2,35 2,09 2,54 1,95 2,52 2,02

Возраст залежи

В)

Рисунок 6 - Гистограмма значений характеристик нефти по продуктивным пластам Торавейского месторождения: а) плотность нефти, б) содержание смол, в) массовая доля серы в нефти.

В связи с этим, в следующей главе подробно рассмотрены возможные последствия попадания в приповерхностную часть геологической среды отдельных компонентов и соединений, входящих в состав нефти.

В третьей главе «Характеристики нефти как индикатор степени возможного загрязнения геологической среды при аварийных разливах и методы его оценки» рассмотрены вопросы изучения состава и свойств нефти для оценки степени их возможного негативного влияния на природные системы. Рассмотрены экологические следствия попадания в геологическую среду нефти в зависимости от наличия в ней таких компонентов как парафин, элементарная сера, смолисто-асфальтеновые комплексы, тяжелые металлы и др. Также рассмотрено влияние свойств и характеристик нефти на степень ее подвижности и способность циркулировать между различными средами и сохраняться в них длительное время.

Во второй части третьей главы рассмотрены наиболее часто встречающиеся на практике методы оценки факторов загрязнения: метрические, классификационные, методы последовательного и системного анализа. Подробно раскрыт вопрос о возможности решения сложных природоохранных, экологических и природно-ресурсных задач при помощи экспертных методов.

В четвертой главе изложена методика оценки воздействия нефти на геологическую среду с определением основных влияющих факторов, представлены результаты проведения экспертной оценки по установлению весовых коэффициентов для каждого фактора, применительно к объекту исследования, и выполнено районирование территории по степени потенциальной опасности добываемой и транспортируемой нефти.

Повышение требований к оценкам состояния природной среды, частью которой является и верхняя часть геологической среды, при добыче и транспортировке углеводородного сырья, в рамках создания Единой государственной системы экологического мониторинга (Аковецкий, 2008), определяет необходимость применения методов исследований, адекватных новым задачам. Параметры таких систем как природная среда отличаются чрезвычайной сложностью (Солнцева, 1997) и их исследование невозможно полностью выполнить теоретически или исчерпывающее представить математическими моделями без сильных упрощений, поэтому для решения геоэкологических задач все чаще применяются экспертные методы. При разработке методики оценки потенциального воздействия нефти на верхнюю часть геологической среды использованы методы экспертных оценок, позволяющие объединить и учесть профессиональный опыт, знания и интуицию специалистов разных областей знаний, необходимых для всестороннего изучения вопроса и эффективного решения поставленных в работе задач.

Представленная методика является частью комплексного продукта по оценке степени возможного негативного воздействия нефти на природные компоненты при

разработке, добыче и транспортировке нефти в прибрежной зоне Баренцева моря с учетом ее состава и свойств.

В качестве влияющих факторов приняты такие физико-химические характеристики нефти как: плотность при 20 °С; содержание легких фракций, выкипающих до 200 °С; массовая доля парафина; содержание смолисто-асфальтеновых веществ; массовая доля серы и сероводорода, являющиеся, по мнению ряда авторов (Пиковский, 1988; Середин, 1998; Солнцева, 1998; Немировская, 2002; Губайдуллин, 2005; Оборин и др., 2008), первостепенными компонентами негативного воздействия на природную среду.

Особенностью поставленной задачи является необходимость учета нескольких влияющих на результаты факторов, выраженных различными единицами измерений. В связи с этим предложено использовать балльные оценки, позволяющие перейти к единой размерности исследуемых факторов системы и найти интегральные характеристики природно-техногенных объектов для их объективного сопоставления между собой. При этом каждый фактор, независимо от единиц измерения, оценивается в баллах, которые возрастают по мере увеличения значения фактора (табл. 1).

Преимущество балльной классификации заключается в ясности интерпретации результатов (Коробов, 2002): чем хуже условия, тем выше балл, тем хуже альтернатива (или район). В итоге, выполняется ранжирование вариантов воздействия нефти на приповерхностную часть геологической среды по набранной сумме баллов. При этом характер «воздействия» описывается нечеткими переменными, получившими названия лингвистических, а именно «незначительный» (до 10 баллов включительно), «средний» (10... 12 баллов включительно) и «высокий» (более 12 баллов).

Таблица 1 - Балльная оценка параметров

Баллы 0 1 2 3

Плотность, кг/м3 до 850,0 850,1... 870,0 870,1...895,0 более 895

Легкие фракции, % до 21 21...27 более 27

Парафин, % до 1,5 1,5...6 более 6

САВ, % до 10 10...20 более 20

Сера, % до 0,60 вкл. 0,61...1,8 1,81...3,5 более 3,5

Н23 отсутствует присутствует

В качестве одного из примеров реализации разработанной методики, рассмотрен лицензионный участок Варандейского месторождения, который для проведения оценки был разбит на участки размерами 0,5x0,5км, характеризующиеся схожестью компонентного состава добываемой нефти и близостью расположения действующих добычных скважин. На основе граничных значений, приведенных в

таблице 1, каждому параметру (табл. 2) на различных участках было присвоено соответствующее количество баллов.

Таблица 2 - Данные по составу и свойствам нефти Варандейского

месторождения по состоянию на 01.01.2013 г._

№ СКВ. Плотность, кг/м3 Содержани е легких фракций, % Массовая доля парафина, % Смолисто-асфальтеновы е вещества, % Массовая доля серы, % Сероводород

3 899,1 17,6 0,6 21,9 2,05 отс.

9 912,3 17,6 1,0 19,5 1,55 отс.

10 895,9 18,2 0,4 19,5 2,05 отс.

11 904,7 16,5 0,7 21,7 2,05 отс.

13 901,9 17,6 0,5 20,6 2,05 отс.

1001 906,8 13,1 1,7 19,6 2,11 отс.

1003 905,7 11,8 1,3 22,2 1,59 отс.

1005 897,4 16,7 1,9 27,0 2,05 отс.

Полученные путем прямого суммирования оценки послужили основой для районирования площади месторождения по степени негативного воздействия углеводородов на ГС, обусловленного их свойствами в случае возникновения аварийных разливов (рис. 7). Нефть, добываемая с большей части продуктивных скважин, по уровню потенциальной опасности характеризуется «незначительной» величиной.

С целью повышения эффективности оценки, с учетом значимости разных влияющих факторов между собой, была проведена процедура экспертной оценки по установлению весовых коэффициентов для каждого фактора. С учетом весовых коэффициентов выражение для расчета суммарных балльных оценок имеет вид:

/=1

где у - количество ячеек,

к - весовые коэффициенты влияющих факторов,

р - балльные оценки показателей факторов,

I - порядковый номер каждого из шести влияющих факторов.

Наиболее значимыми, по мнению экспертов, оказались такие факторы как содержание в нефти смолисто-асфальтеновых веществ (0,31), присутствие сероводорода и содержание легких фракций, выкипающих до 200 °С (табл. 3).

уровни потенциального воздействия нефти на геологическую среду: 4 - незначительный, 5 - средний, 6 - высокий; 7 - границы месторождения

Рисунок 7 - Схема районирования территории Варандейского месторождения по уровню возможного воздействия на геологическую среду при разливе нефти на поверхности (простое суммирование баллов влияющих факторов)

Таблица 3 - Весовые коэффициенты влияющих факторов (Губайдуллин,

Крайнева, 2014)

№ Влияющие факторы (свойства нефти) Эксперты Среднее

1 2 3 4 5 6 7

1 Плотность 0,1392 0,0708 0,0356 0,0558 0,0490 0,0463 0,0558 0,0485

2 Содержание легких фракций 0,0247 0,1906 0,3265 0,1524 0,1528 0,2029 0,1524 0,1974

3 Массовая доля парафина 0,1405 0,1264 0,1092 0,1279 0,2366 0,0546 0,1279 0,1313

4 Смолисто- асфальтеновые вещества 0,1744 0,3921 0,1623 0,4120 0,4074 0,1567 0,4120 0,3101

5 Массовая доля серы 0,0704 0,0857 0,0634 0,0817 0,0899 0,0799 0,0817 0,0793

6 Сероводород 0,4508 0,1344 0,3029 0,1701 0,0643 0,4596 0,1701 0,2334

* Коэффициент согласованности, % 42,2 36,6 7,1 14,5 9,4 3,9 14,5 9,9

При применении весовых коэффициентов, позволяющих акцентировать оценку степени потенциального негативного воздействия нефти на ГС, и оценить вклад каждого фактора в конечный результат, у большей части оцениваемых участков уровень потенциального воздействия изменился до «высокого» (рис. 8). Из рисунка видно, «взвешенный» учет состава и свойств нефти, имеющих наибольшее весовое значение, изменили картину первоначального районирования.

В главе 4 также представлены результаты аналогичной оценки других объектов, расположенных в районе исследования, например, для системы нефтепроводов, расположенной преимущественно в прибрежной зоне юго-восточной части Баренцева моря. Таким образом, разработанная методика экспертной оценки позволяет выявить наиболее критичные, с точки зрения потенциально возможных последствий аварийных разливов, участки в пределах месторождений, кустов и нефтепромыслов. Своевременное использование информации, полученной в результате выполненных оценок, может обеспечить оптимизацию размещения пунктов экологического мониторинга и планирования способов рекультивации загрязненных земель.

1 - береговая линия; 2 - оцениваемые скважины; 3 - все скважины месторождения; уровни потенциального воздействия нефти на геологическую среду: 4 - незначительный, 5 - средний, 6 - высокий; 7 - границы месторождения

Рисунок 8 - Схема районирования территории Варандейского месторождения по результатам экспертной оценки с учетом весовых коэффициентов влияющих факторов 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение нефтегазоносности и особенностей геологического строения севера Тимано-Печорской провинции, физико-химических характеристик, добываемой в данном регионе нефти, а также анализ природных и техногенных факторов воздействия на геологическую среду, в дополнение к сформулированным защищаемым положениям, позволили сделать следующие выводы:

1. Особенность рассматриваемой территории обусловлена ее нахождением в пограничной зоне «суша-море», которая в высокой степени подвержена воздействию природных и, в связи с активной реализацией проекта отгрузки нефти северным морским путем, техногенных факторов, среди которых особое место занимает нефть, рассматриваемая как потенциальный загрязнитель.

2. Результаты детального анализа месторождений, расположенных в исследуемом регионе, свидетельствуют о большом видовом разнообразии нефти, добываемой на относительно небольшой по площади территории, и существенном изменении со временем ее состава и свойств.

3. Принятые за основу данные о физико-химических характеристиках нефти и устойчивости изменений, возникающих в природной среде в процессе техногенеза, а также самоочищающие способности природных комплексов и их компонентов (почв, грунтов, природных вод и т.д.) позволили комплексно анализировать все эти факторы и унифицировать многочисленные единицы измерения посредством применения балльных шкал. В результате была разработана методика, позволяющая учесть особенности воздействия сложной и разнообразной по свойствам и составу нефти на специфичную геологическую среду прибрежного района севера ТПП.

4. Разработанная методика, являясь важным звеном реализации комплексного анализа, позволяет уже на предварительном этапе проведения работ оценить потенциальную опасность нефти и эффективно учесть полученные данные при составлении технико-экономических обоснований по освоению нефтяных месторождений и разработке мероприятий по охране окружающей среды

5. На основании данных, полученных в результате применения методики экспертной оценки, впервые выполнено районирование прибрежной зоны по степени возможного негативного воздействия аварийных разливов с учетом индивидуального состава нефти, а также климатических и геологических особенностей региона. Использование полученных результатов позволит минимизировать площади и последствия загрязнений, уменьшить риск попадания поллютантов в почвенно-грунтовые и поверхностные воды и заблаговременно выделить участки наибольшего риска, где возможно возникновение аварийных ситуаций.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Ведущие рецензируемые журналы

1. Губайдуллин М.Г., Дронг О.В. Комплексная оценка потенциального воздействия Варандейского нефтеотгрузочного терминала на окружающую среду /Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. М: ВНИИОЭНГ, 2012, вып.6. - С. 28-32.

2. Губайдуллин М.Г., Крайнева О.В. Геолого-физическая характеристика продуктивных пластов Варандейского месторождения и оценка потенциальной экологической опасности сырой нефти/Вестник САФУ, серия «Естественные науки»,№ 3, 2013.-С. 14-23.

3. Губайдуллин М.Г., Крайнева О.В. Экспертная оценка потенциального воздействия нефти на геологическую среду прибрежной зоны юго-восточной части Баренцева моря / НТЖ «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», М: ВНИИОЭНГ, № 4, 2014. - С. 9-14.

4. Крайнева О.В., Губайдуллин М.Г. Экспертная оценка потенциальной опасности нефтей Торавейского месторождения при возможных аварийных разливах /НТЖ "Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе". М.: ВНИИОЭНГ, 2014 - № 8. - С. 12-19.

Прочие печатные издания

5. Калашников A.B., Дронг О.В. Биологический этап рекультивации нарушенных земель в условиях Крайнего Севера // Сборник научных статей студентов АГТУ по итогам НИР за 2007 г. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2008. С.216-220.

6. Дронг О.В. Оценка воздействия нефти Южно-Хыльчуюского месторождения на окружающую среду // В сб. научн. статей студентов АГТУ по итогам НИР за 2008 год. Архангельск: изд-во АГТУ, 2009. С. 159-162.

7. Калашников A.B., Дронг О.В. Особенности рекультивации нарушенных земель в прибрежной зоне Арктики // Материалы международной научно-практической конференции «Перспективы и проблемы освоения месторождений нефти и газа в прибрежно-шельфовой зоне Арктики». - Архангельск, 2010. С. 70-74.

8. Губайдуллин М.Г., Дронг О.В. Исследование состава нефти как фактора возможного загрязнения окружающей среды на примере Торавейского месторождения //Сборник материалов научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год «Наука - северному региону». - Архангельск, 2011. С. 393-397.

9. Губайдуллин М.Г., Дронг О.В. Интегральная оценка Торавейского месторождения как потенциального источника загрязнения окружающей среды //Рассохинские чтения [Текст]: материалы межрегионального семинара (3-4 февраля 2012 года) / под. ред. Н.Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2012. С. 285-289.

10. Дронг О.В. Методика оценки возможного воздействия на окружающую среду в случае аварийного разлива нефти в транспортном коридоре с учетом ее компонентного состава //Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: Материалы научно-практической конференции 23 мая 2012 г. -Уфа, 2012. С. 303-304.

11. Дронг О.В. Интегральная оценка негативного воздействия транспортного коридора Варандейского нефтеотгрузочного терминала на окружающую среду территории НАО //Конкурентный потенциал северных регионов России и эффективность его использования: материалы Всероссийской молодежной научной конференции (7-9 июня 2012) /Отв.ред. д.э.н. В.Э. Тоскунина. - Архангельск: Архангельский научный центр УрО РАН, 2012. С. 139-142.

12. Дронг О.В. Методика оценки возможного воздействия на окружающую среду в случае аварийного разлива нефти в транспортном коридоре с учетом ее компонентного состава //Наука XXI века: Проблемы академической мобильности исследователя и методологии исследования. - Вып. 2: Материалы II Международной научно-практической

г-о

конференции (г. Архангельск, 16-18 мая 2012 г.) /под общ. ред. З.А. Демченко; Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Архангельск: ИПЦ САФУ, 2013. С. 164-167.

13. Дронг О.В. Интегральная оценка потенциального воздействия нефти на окружающую среду на примере Варандейского нефтяного отгрузочного терминала //Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2013»/ Отв. ред. А.И. Андреев, A.B. Андриянов, Е.А. Антипов, К.К. Андреев, М.В. Чистякова. [Электронный ресурс] —М.: МАКС Пресс, 2013.

14. Дронг О.В. Оценка потенциальной экологической опасности сырой нефти Варандейского месторождения //Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Т. 1. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. (ISBN 978-5-9961-0641-7).

15. Дронг О.В. Характеристика и экологическая оценка свойств нефтей залежей Тобойского месторождения //Исследование и освоение углеводородных ресурсов прибрежных регионов: Материалы Международной российско-норвежской конференции /Отв.ред. д.э.н. В.И. Павленко. - Архангельск, 2013. С.136-141.

16. Крайнева О.В., Губайдуллин М.Г., Анализ изменения свойств нефти Варандейского месторождения //Материалы международного семинара «Рассохинские чтения». Ч. 1. Ухта: УГТУ, 2014. - С. 68-73.

Подписано в печать 01.12.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 3205

Издательский дом САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56