Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Влияние объектов газовой промышленности на криолитозону Ямала

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Влияние объектов газовой промышленности на криолитозону Ямала"

На правах рукописи

РАКИТИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ОБЪЕКТОВ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА КРИОЛИТОЗОНУ ЯМАЛА

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» /Технические науки/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2004

Работа выполнена в ОАО «Гипротюменнефтегаз» и Тюменском государственном нефтегазовом университете

Научный

руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Матусевич Владимир Михайлович

Оффииальные доктор технических наук, профессор оппоненты: Смирнов Олег Владимирович;

кандидат технических наук, доцент Германова Татьяна Витальевна

Ведущая

организация: ОАО «Нефтегазпроект»

Защита диссертационной работы состоится 18 июня 2004 г. в 15 час. 30. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.273.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан «18 » мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,''

профессор С. И. Челомбитко

2.006-4 2091

1\\%0£

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Освоение ресурсов углеводородного сырья в криолитозоне при современном уровне знаний и технологий неизбежно сопровождается процессами антропогенного преобразования и изменения естественного хода сукцессий тундровых ландшафтов. В настоящее время темпы освоения новых перспективных газоносных регионов во многом определяются взаимоотношением объектов газовой промышленности с окружающей средой, и в первую очередь - степенью экологической безопасности объектов газового комплекса. Многие из проектов добычи и транспорта газа отклоняются Государственной экологической экспертизой именно по причине недостаточной экологической обоснованности проектных решений, которые не обеспечивают минимальное воздействие на геологическую среду (как многоуровневую систему, развивающуюся под влиянием геологических, биологических и техногенных факторов и оказывающую влияние на развитие живых организмов, условия и среду обитания человека) и не гарантируют экологическую безопасность проектируемых объектов. Поэтому проблема обеспечения экологической стабильности газодобывающих регионов является приоритетной среди множества других природоохранных проблем. Особенно актуальна она при освоении природных ресурсов северных регионов, ландшафты которых отличаются слабой устойчивостью к техногенным воздействиям.

Цели и задачи работы. Целью диссертации является исследование влияния техногенного воздействия газодобывающих объектов на северные экосистемы и разработка основных требований к обеспечению экологической стабильности, на примере полуострова Ямал.

Основными задачами исследования являются: 1. Изучение особенностей природной обстановки территорий расположения объектов Западно-Сибирского газового комплекса. Оценка фонового биогеохимического состояния тундровых ландшафтов

*ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА С.Петербург

и особенности геокриологических условий, определяющих их взаимоотношения с промышленными объектами.

2. Анализ экологических последствий эксплуатации действующих объектов газодобычи, выявление и систематизация наиболее значимых по степени изменения природных условий факторов негативного влияния, определение источников и последствий воздействий для каждой из стадий освоения месторождений.

3. Разработка методики экологического нормирования воздействий газодобывающих и газотранспортных объектов на многолетнемерзлые породы (ММП).

4. Разработка методических рекомендаций по обеспечению стабильности экологической обстановки и надежности функционирования инженерных сооружений на различных этапах жизненного цикла газодобывающих объектов.

Исходные материалы. В основе диссертационной работы лежат результаты многолетних (1997-2004 гг.) исследований особенностей природной обстановки размещения объектов Западно-Сибирского газового комплекса. Закономерности изменения природных условий на различных стадиях эксплуатации месторождений изучались при выполнении экологического мониторинга объектов газодобычи Надым - Пур -Тазовского региона и полуострова Ямал. В процессе работы собран и обработан большой объем проектных материалов, результатов фактических наблюдений за состоянием геотехнических систем других исследователей, фондовых и литературных данных, а также собственных наблюдений автора на территории Бованенковского месторождения в 1996-1999 гг.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем: - систематизированы для каждой из стадий освоения газовых месторождений источники и последствия наиболее значимых видов

негативного влияния на природные комплексы криолитозоны -загрязнение ландшафтов и воздействие на многолетнемерзлые породы;

- выявлены преобладающие загрязнители ландшафтов территории Бованенковского газоконденсатного месторождения, определены фоновые биогеохимические особенности и установлены пространственные закономерности распределения загрязняющих веществ в элементах природной среды (снег, аквасистемы, почвы, растительность) на основе анализа результатов комплексных режимных геохимических наблюдений;

- разработана и реализована (на практике для конкретных условий Бованенковского газоконденсатного месторождения), методика нормирования техногенных воздействий на криолитозону, основанная на моделировании их теплового состояния при приложении техногенных нагрузок;

- получены аналитические зависимости теплового состояния ландшафтов Бованенковского газоконденсатного месторождения от времени эксплуатации для 12 исследуемых участков.

На защиту выносятся:

- классификация наиболее значимых для условий криолитозоны видов воздействия объектов газодобычи на природную среду, выделенных на основании анализа экологических последствий эксплуатации ряда месторождений севера Западной Сибири;

- методика нормирования воздействия на геологическую среду, основанная на математическом моделировании их теплового состояния при приложении техногенных нагрузок;

- алгоритм обеспечения экологической стабильности территории расположения газодобывающих объектов в условиях криолитозоны.

Практическая значимость. Предложенные автором методические подходы к обеспечению экологической стабильности объектов газодобычи в криолитозоне использованы при разработке экологического обоснования

строительства Ямальского газового комплекса (оценки воздействия на окружающую среду в составе раздела технико-экономического обоснования обустройства Бованенковского ГКМ и строительства системы магистральных газопроводов

Ямал - Центр), а также при проектировании и организации системы производственного экологического мониторинга в Надым - Пур -Тазовском регионе.

Результаты комплексного геохимического обследования территории Бованенковского ГКМ могут быть использованы при разработке разделов оценки воздействия на окружающую среду в составе проектов обустройства и прогнозирования уровней загрязнения ландшафтов при эксплуатации месторождения.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на Международном семинаре по проблемам ОВОС (Москва 1999); Всероссийской конференции «Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности» (Москва 1998); «Новые технологии для нефтегазового комплекса» (Тюмень 1997); «Методы дистанционного зондирования» (Москва 1997,1998,1999,2000).

Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Объем работы составляет 136 страниц, включая 21 рисунок и 20 таблиц. Библиографический список включает 200 наименований.

Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю заслуженному деятелю науки и техники России, доктору геолого-минералогических наук, профессору В.М. Матусевичу, а также всем коллегам и сотрудникам, которые оказали помощь в работе.

б

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Особенности природных условий территорий расположения Объектов Западно — Сибирского газового комплекса

Рассмотрены геоэкологические условия Бованенковского газоконденсатного месторождения. В главе приводятся общие сведения о месторождении, природные геоэкологические условия (орография, гидрография, климат, почвенно-растительный покров, природные ландшафты, геологическое строение, гидрогеологические и геокриологические особенности), основные физико-геологические процессы, развивающиеся в условиях островного распространения многолетнемерзлых пород (ММП), влажности воздуха и высокой заболоченности территории (В.М. Матусевич 1976; А.К. Макаров 1976; Л.Н. Крицук 1978; и др).

Дифференциация ландшафтно-генетической поверхности

территории месторождения происходила исключительно в четвертичное время под воздействием морских трансгрессий, эрозионно-аккумулятивной деятельности рек, мерзлотных, болотообразовательных и эоловых процессов.

Характерной гидрологической особенностью данного района является высокая заозеренность и заболоченность территории, что обусловлено избыточным увлажнением при равнинном рельефе, близким залеганием к поверхности водоупорных горизонтов и распространением многолетнемерзлых пород.

Наиболее важными факторами формирования климата являются западный перенос воздушных масс и влияние орографии континента. Взаимодействие этих двух факторов обеспечивает быструю смену циклонов и антициклонов над рассматриваемой территорией, что

способствует частым изменениям погоды и сильным ветрам. Вследствие незащищенности с севера и юга над территорией осуществляется меридиональная циркуляция, в результате которой происходит периодическая смена холодных и теплых воздушных масс, что вызывает резкие переходы от тепла к холоду.

Территория Бованенковского газоконденсатного месторождения покрыта сплошным чехлом четвертичных отложений. Они залегают на палеогеновых породах, кровля которых размыта и носит следы глубокого эрозионного расчленения. Разрез четвертичных отложений отличается большим разнообразием и представлен песками и супесчано-суглинистыми отложениями различного генезиса. Междуречные пространства слагают морские, ледниково-морские и прибрежно-морские среднеплейстоценовые образования салехардской свиты,

представленные переслаивающимися супесчано-суглинистыми и хорошо отсортированными тонкослоистыми водными осадками. Породы доюрского фундамента, залегающие ниже мезозойско-кайнозойских отложений, на площади работ не вскрыты.

Гидрогеологические условия на месторождении осложнены широко развитыми ММП, содержащими надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Особенностью атлым-новомихайловского водоносного горизонта, который служит основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения в исследуемом районе, является отсутствие выдержанного верхнего водоупора, за счет чего его воды имеют тесную гидродинамическую связь с водами четвертичных отложений. Питание горизонта происходит, в основном, за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Мерзлотно-тектонические условия формирования

Бованенковского месторождения наложили отпечаток на его геокриологическое и литологическое строение и резко обособили этот

район. Характерное для него поднятие фундамента вместе с вышележащими отложениями сопровождалось значительным сокращением их толщины, а иногда и полным выпадением из разреза ряда стратиграфических подразделений и уменьшением глубины залегания реликтового слоя ММП по сравнению с соседними площадями.

Таким образом, территория Бованенковского месторождения располагается в суровых природно-климатических условиях северной тайги и характеризуется обилием различных физико-геологических процессов (морозное пучение, термокарст, заболачивание, эоловые раздувы и др.), которые в значительной степени осложняют ее инженерное освоение, а безопасное производство при добыче, подготовке и транспортировке газа в этих условиях требует специальных технологических решений.

Глава 2. Воздействие объектов газодобывающей отрасли на

природные комплексы криолитозоны На основании анализа экологических последствий эксплуатации ряда месторождений севера Западной Сибири рассмотрены особенности воздействия объектов газовой промышленности на природную среду, ранжированы факторы техногенного воздействия по степени изменения природных условий и систематизированы наиболее значимые виды воздействия на разных стадиях освоения месторождений.

В настоящее время детально разработаны общие классификации антропогенного преобразования природной среды (П.Я. Бакланов, A.M. Степаненко 1981; Ю.А. Израэль 1984 и др.), химического загрязнения ландшафтов

(М.А. Глазовская 1972, 1983; Н.П. Солнцева 1982, 1983 и др.) и воздействий на ММП (В.В. Баулин, Г.И. Дубиков и др.), многие из которых успешно применяются для типизации изменения природных условий при хозяйственной деятельности в криолитозоне. Однако для

разработки механизмов обеспечения экологической стабильности объектов газодобычи (гл.4) необходима систематизация воздействий конкретных технологических процессов и типов сооружений на различных стадиях освоения месторождений, первая попытка разработки которой выполнена в настоящей работе.

Определены главные особенности газодобывающих объектов по отношению к природной среде. ( Табл. 1). Выполнен анализ последствий основных факторов воздействия: выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод на рельеф и в водные объекты, механических нарушений почв и напочвенных покровов, теплового загрязнения толщи многолетнемерзлых пород, нарушений условий тепловлагообмена на поверхности ММП, изменения гидрологического и гидрогеологического режимов территории, изменения геодинамической обстановки в пластах, шумового загрязнения атмосферы, антропологического фактора влияния на фауну.

Таблица 1

Характеристика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу газопромысловыми объектами (ГП 1 - ГП 9) Медвежьего месторождения

№ пдк, Класс Количество

п/п Наименование вещества ОБУВ, мг/м3 опасности выбросов, т/год

1 Оксид азота 0.4 3 163.3

2 Оксид углерода 5.0 4 4344.0

3 Метан 50 4 14897

4 Метанол (пары) 1.0 3 1.039

5 Диэтиленгликоль(пары) 0.8 1 0.057

6 Серная кислота (пары) 0.3 2 0.36

7 Хлор 0.1 2 0.048

8 Аммиак 0.2 4 0.09

Автором выделены, детально рассмотрены и систематизированы (как наиболее значимые для условий криолитозоны) два следующих типа воздействий: загрязнение ландшафтов (приводит к изменению их геохимической структуры) и воздействия на ММП (определяют интенсивность развития экзогенных процессов и надежность эксплуатации инженерных сооружений).

Показано различие характеристик воздействия (масштабы, виды, интенсивность, токсичность загрязняющих веществ, степень преобразования биогеохимической обстановки) на разных фазах жизненного цикла газодобывающих объектов. Для каждой из стадий освоения месторождений определены источники загрязнения, основные загрязнители, объекты и последствия воздействия. Потоки загрязняющих веществ при разведке и обустройстве приводят к возникновению локальных геохимических аномалий. Эмиссия загрязнителей в атмосферу при эксплуатации сопровождается подкисляющим и эвтрофирующим воздействием на наземные и водные экосистемы и приводит к изменению биогеохимической организованности территорий освоения.

Предложено подразделять воздействия на ММП на две группы: нарушения условий тепловлагообмена в системе «мерзлый грунт -атмосфера» и прямые тепловые нагрузки на массив мерзлых пород.

На конкретных примерах рассмотрены последствия прямых тепловых воздействий на массив ММП (характерны для стадии эксплуатации).

Глава 3. Степень загрязнения тундровых ландшафтов на примере Бованенковского месторождения

В настоящее время накоплены данные об особенностях химического состава компонентов ландшафтов полуострова Ямал, в том числе и Бованенковского ГКМ. Вместе с тем, анализ литературных источников (В.Н. Андреев 1982; Н.Г. Башкин, Д.В. Московченко 1991, 1994, 1995)

показывает, что, как правило, исследовался один из компонентов природной среды. Комплексная оценка геохимического фона, необходимая для прогнозирования уровней загрязнения ландшафтов в процессе предстоящей эксплуатации месторождения, ранее не проводилась.

В главе приведены результаты многолетних режимных наблюдений за химическим составом снежного покрова, поверхностных вод, почв и растительности, выполненных при участии автора.

В результате наших исследований установлено, что основными загрязнителями территории являются нефтепродукты, аммонийный азот и ряд тяжелых металлов (Си, Ъп, Мп, Ре).

Территория месторождения отличается незначительной геохимической контрастностью. Все изучаемые элементы природной среды территории месторождения отличаются повышенной концентрацией Ъл, поверхностные воды - Мп, Ре, Си, N1, почвы - №, растения - Со, Си, Мп, Ре, С<1. Определяющее влияние на специфику химического состава растений оказывают их систематическое положение ( для Со и С с!) и ландшафтно-геохимические условия

(для Ре, Мп, Си и №). Выполненный корреляционный анализ полученных результатов позволил нам охарактеризовать фоновую геохимическую структуру территории месторождения.

Глава 4. Экологическая стабильность газодобывающих регионов в

криолитозоне

Рассмотрены вопросы экологического нормирования, природной устойчивости и экологической стабильности геотехнических систем, возникающих при освоении ресурсов углеводородного сырья. Отдельным блоком стоят вопросы организации комплексного экологического мониторинга газодобывающих объектов. Рассмотрен комплекс работ по геохимическому мониторингу ландшафтов и мониторингу состояния мерзлых оснований. Предложены нетрадиционные методы

дистанционного мониторинга компонентов природно-технических комплексов.

Экологическое нормирование рассматривается как деятельность, направленная на обеспечение устойчивости развития экосистем и экологической безопасности природно-технических комплексов в целом. Анализ работ, посвященных проблеме (Т.Д. Александрова 1990; Н.П. Солнцева 1983; Н.В. Соровикова 1992, 1993 и др.) показал, что в настоящее время общий вектор экологического нормирования направлен в сторону регламентации потоков загрязняющих веществ и отдельных поллютантов. Вместе с тем, при освоении природных ресурсов в криолитозоне необходима разработка нормативов воздействия на ММП, которые определяют не только биогеохимические особенности тундровых ландшафтов и их устойчивость к техногенным воздействиям, но и надежность функционирования инженерных сооружений.

На основе концептуального подхода, принятого в биологии, предложен алгоритм нормирования техногенного воздействия на природные комплексы:

оценка нормы состояния природных комплексов (интервалов естественного колебания характерных параметров состояния и допустимых значений их изменения);

количественное определение пороговых и критических нагрузок ; (минимальных и максимальных уровней воздействий, приводящих к выходу за пределы нормы и к потере устойчивости);

разработка нормативов воздействия (регламентация уровней всех значимых видов техногенного воздействия на каждый из элементарных таксонов с учетом эффекта суммации).

Пороговыми предлагается считать воздействия, в результате которых происходят изменения в экосистеме под влиянием рассматриваемого фактора, но которые не приводят ее к выходу за

пределы нормы. Под критическими же понимаются воздействия, приводящие к качественным скачкам в свойствах экосистем, выходу за область гомеостаза и потере устойчивости.

Нормирование техногенных воздействий на ММП предлагается выполнять по следующей методике: районирование природных условий территории освоения; выделение основных значимых факторов преобразования геокриологических условий на основе типизации воздействий на ММП; определение нормы природного состояния каждого из элементарных таксонов, выделенных на первом этапе;

расчет пределов пороговых и критических значений изменения основных характеристик состояния мерзлых пород применительно к каждому из выделенных видов воздействия;

разработка обобщенных нормативов техногенного воздействия, регламентирующих степень допустимого изменения геокриологических условий.

Разработанная автором методика апробирована для конкретных условий Бованенковского ГКМ применительно к наиболее распространенному сценарию нарушения природных условий - изменению условий снегозависимости. Аналогичным образом возможен расчет норм воздействия и для других видов техногенного воздействия на ММП, типизация которых выполнена в гл. 2 настоящей работы.

При районировании природных условий территории Бованенковского ГКМ использован типологический вид инженерно -геокриологического оценочного районирования. На основании полевых данных о микрорельефе, условиях дренированности, растительном покрове, литологическом составе и криогенном строении верхней (до 15 м) части разреза выделено 12 природных микрорайонов (инженерно -

геологических участков), для которых в последующем дифференциально рассчитаны уровни техногенных нагрузок.

Определение нормы состояния выделенных участков проведено на основании анализа данных многолетних наблюдений геокриологических условий в ненарушенных условиях. В качестве репрезентативных параметров выбраны температура грунтов на уровне нулевых годовых амплитуд и мощность сезонно - талого слоя. Для каждого из микрорайонов определены типичные для них значения и пределы изменения этих параметров (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики теплового состояния ландшафтов Бованенковского ГКМ

№ п/п Индекс природного микрорайона Среднегодовая температура, t ср (°С) Мощность сезонно-талого слоя, (м)

Среднее значение Пределы изменения Среднее значение Пределы изменения

1 1-А-1 -7.0 -5.0-8.5 1.00 0.8-1.5

2 1-А-2 -6.5 -5.5-7.5 0.40 0.3-0.6

3 1-А-З -5.9 -4.5-7.0 0.45 0.3-0.8

4 1-А-4 -4.0 -3.0-6.0 0.55 0.4-0.8

5 1-Б -5.5 -4.0 - -7.0 0.50 0.3-0.7

6 1-В -3.9 -2.0 - -6.0 0.70 0.5-1.0

7 II-А-1 -3.9 -1.5-4.0 0.75 0.6-1.2

8 Н-А-2 -4.3 -3.0-6.0 0.55 0.4-0.8

9 Н-А-З -3.5 -2.5-5.0 0.40 0.3-0.6

10 III-А-1 -3.0 -2.0-5.5 0.55 0.3-0.8

11 Ш-Б-1 -3.0 -2.0-4.0 0.50 0.4-0.6

12 Ш-Б-2 -2.5 -1.5-3 5 0.65 0.3-0.8

Определение пороговых и критических значений увеличения мощности снежного покрова, выводящих ММП за пределы нормы

состояния, выполнялось с помощью математического моделирования температурного режима пород. Расчет выполнен с помощью численного метода решения нестационарной задачи теплопроводности в постановке Стефана для определения сезонного и многолетнего промерзания (оттаивания) пород. В ходе моделирования температурного режима пород, было изучено промерзание полуограниченной однородной среды, находящейся при температуре фазовых переходов I (0) = 0. В целях максимального упрощения расчетов принималось, что распределение температур в верхней зоне подчиняется прямолинейному закону. Отсюда следует, что в любой точке ее (в том числе и на границе раздела фаз со

стороны верхней зоны) теплопоток равен А, -З-г, где: ¿¡{г) - глубина

промерзания в произвольный момент времени г.

В нижней зоне температура постоянная и равна 0° С, приводит к тому, что теплопоток снизу к границе раздела фаз при любых т >0 равен 0. Тогда уравнение Стефана примет вид

и^оА*)- (1)

где : Л, - теплопроводность, рф- теплота фазовых превращений воды в 1 м3 грунта; Т1 - температура на поверхности;

При переходе температуры грунта через критическое значение происходит скачкообразное изменение физического состояния грунта. На поверхности происходят фазовые переходы (подвижная граница раздела фаз), все время сохраняется температура плавления (затвердевания), которая без ограничения общности может быть принята равной нулю.

Принимается, что при движении границы раздела полностью выделяется теплота фазовых превращений воды (<Зф). Полученное выражение можно переписать в виде:

где: О = г^,! - сумма тепло - или морозоградусочасов.

Расчеты можно уточнить, если имеются данные о глубине промерзания (протаивания) за определенный год на конкретном участке. Если на указанный год известны О. = П, и £ , тогда на любой другой год, когда П = Пг. Соответствующая глубина промерзания (протаивания) на том же участке может быть найдена согласно формуле (2) Моделирование выполнялось в два этапа:

На первом этапе была разработана тепловая модель, учитывающая природные особенности микрорайонов (температура атмосферного воздуха, условия снегонакопления, термические сопротивления напочвенных покровов, литологический состав верхней части ММП, льдистость, засоленность и теплофизические свойства фунтов).

На втором этапе моделирования прогнозировалось изменение стационарного температурного поля ММП при увеличении мощности снежного покрова. Конфигурация расчетной области аналогична первому этапу. Прогноз теплового состояния грунтов выполнялся на период 25 лет после приложения воздействия.

Анализ результатов моделирования позволил определить пороговые и критические значения техногенного увеличения мощности снежного покрова на период эксплуатации объектов и выявить максимальные значения техногенного воздействия, положение которого допустимо без потери устойчивости ММП на короткий период. К примеру - на период строительства (табл.3).

В качестве пороговых приняты воздействия, изменяющие температуру грунтов на уровне годовых нулевых амплитуд до значений, превышающих пределы природной изменчивости.

Критическими же предлагается считать нагрузки, приводящие к выводу за пределы встречаемости в природных условиях мощности СТС. Превышение как пороговых, так и критических значений воздействий

приводит к изменению состояния ММП. Результаты выполненного

моделирования позволили описать зависимость пороговых и критических значений увеличения мощности снежного покрова от времени воздействия аналитическими формулами, которые для участка П-А-З имеют вид: Ьпор=3.689Г'-54, при Я2=0.993 (3)

Ькр=6.561Г237, при К2=0.997 (4)

где Я2 величина достоверной аппроксимации.

Таблица 3

Нормы техногенного воздействия на многолетнемерзлые породы

Бованенковского ГКМ

№ П/п Индекс природного микрорайона Максимальные значения увеличения мощности снежного покрова, м

Пороговая, Ь „0р (25 лет) Критическая, h „р (25 лет) Кратковременно Допустимая (3 года)

1 1-А-1 0,15 0,80 1,45

2 1-А-2 0,50 0,70 1,20

3 1-А-З 0,15 0,70 1,05

4 1-А-4 0,15 0,60 0,95

5 1-Б 0,15 0,50 0,70

6 1-В 0,25 0,50 0,85

7 П-А-1 0,25 0,35 0,60

8 П-А-2 0,15 0,35 0,60

9 П-А-З 0,25 0,70 1,45

10 III-А-1 0,25 0,80 1,20

И Ш-Б-1 0,15 0,25 0,35

12 Ш-Б-2 0,35 0,60 0,95

Используя полученные формулы, для каждого участка можно рассчитывать как значения tcp и hCic при изменении условий снегонакопления на любой временной интервал эксплуатации объекта, так и пороговые и критические увеличения мощности снежного покрова через любой промежуток времени после приложения воздействия.

Анализ результатов моделирования температурного режима мерзлых грунтов позволил автору сделать вывод об устойчивости выделенных участков к техногенным воздействиям, в частности, об адаптационном аспекте устойчивости - инертности мерзлых пород.

Задача обеспечения экологической стабильности объектов газодобычи является составной частью более общей проблемы управления экологическим риском и может быть решена с использованием принципов экологического нормирования.

Автором предложены методические подходы к обеспечению экологической стабильности проектируемых газопромысловых объектов и уже эксплуатируемых геотехнических систем. При этом основным условием экологической стабильности предлагается считать соответствие уровней техногенного воздействия потенциалу устойчивости экосистем, при котором сохраняется сбалансированное равновесие состояния между двумя компонентами ГТС - природной средой и инженерными сооружениями.

Предложена последовательность разработки проектных решений, обеспечивающих их соответствие особенностям природных условий территории. Основанием для заключения об экологической приемлемости предлагаемых в проекте технологий и технических средств должны служить результаты прогноза стабильности проектируемых сооружений на весь период их эксплуатации.

Разработан методический подход к управлению экологической стабильностью эксплуатируемых объектов газодобычи. Основанием для оценки экологической ситуации и разработки, управляющих ею методов должны служить детальные данные о фактическом изменении состояния природной среды, получаемые в процессе экологического мониторинга эксплуатируемых объектов.

Экологический мониторинг рассматривается как инструмент обеспечения экологической стабильности территории освоения и надежности эксплуатации объектов газодобычи в криолитозоне. Приоритет в организации ведомственных систем экологического мониторинга принадлежит ОАО "Газпром", большой вклад в разработку концепции которого внесли А.Г.Бордюгов, Г.П. Босняцкий, В.И.Гридин, Ю.Ф. Захаров, Ю.В. Кобзев, И.П. Новиков, А.Д. Седых, В.И. Юров, Л.С. Чугунов, Г.А. Ярыгин и многие другие.

Рис. 1. Принципиальная схема обеспечения экологической стабильности проектируемых газодобывающих объектов

В работе показаны особенности подхода к организации экомониторинга в криолитозоне и определены задачи, структура, объекты наблюдений, стадийность и принципы организации мониторинга северных геотехнических систем.

Предложено объектом экологического мониторинга территории промышленного освоения считать всю геотехническую систему. В принципиальной схеме мониторинга выделено пять основных этапов: сбор первичных данных, анализ и обработка информации, оперативный контроль и диагностика, моделирование и прогноз, разработка и реализация решений.

Рис. 2. Схема обеспечения экологической безопасности действующих газопромысловых объектов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено различие характеристик воздействия на геологическую среду (масштабы, виды, интенсивность, токсичность загрязняющих веществ, степень преобразования биогеохимической обстановки) на разных фазах жизненного цикла газодобывающих объектов. Для каждой из стадий освоения месторождений определены источники загрязнения, приоритетные загрязнители, объекты и последствия воздействия. Показано, что характер и интенсивность реакции природных комплексов на техногенные воздействия всецело определяется состоянием наиболее уязвимого компонента северных ландшафтов -многолетнемёрзлых пород.

2. Установлено, что основными загрязнителями территории являются нефтепродукты, аммонийный азот и ряд тяжелых металлов. Территория месторождения отличается незначительной геохимической контрастностью. Ландшафтно-геохимическая дифференциация на различных уровнях проявляется, прежде всего, в различиях биологического накопление химических элементов доминирующими видами фитоценозов. Фоновая биогеохимическая контрастность растительного покрова значительно превышает гидрохимическую и почвенно-геохимическую дифференциацию территории месторождения.

3. На основе концептуального подхода, принятого в биологии, предложен алгоритм решения задачи нормирования воздействий на природные комплексы криолитозоны. Разработана методика нормирования воздействий на ММП на основе математического моделирования теплового состояния при приложении техногенных нагрузок. Для конкретных условий Бованенковского ГКМ рассчитаны нормы техногенного увеличения мощности снежного покрова, как для наиболее

распространенного сценария изменения природных условий при застройке территории.

Получены аналитические зависимости пороговых и критических нагрузок от времени приложения воздействия, позволяющие прогнозировать изменение теплового состояния ММП при увеличении мощности снежного покрова на любой временной интервал эксплуатации объектов.

4. Определены критерии экологической стабильности территорий расположения газодобывающих объектов и предложен методический подход к оценке экологической безопасности проектируемых и действующих геотехнических систем в криолитозоне. Условием экологической стабильности предлагается считать соответствие уровней техногенного воздействия потенциалу устойчивости экосистем. Показано, что для перспективных газоносных регионов фундамент будущей экологической стабильности должен закладываться уже на предпроектной стадии.

Предложена и реализована при экологическом обосновании строительства объектов Ямальского газового комплекса последовательность разработки проектных решений, обеспечивающих их соответствие особенностям природных условий территории.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ракитин А. В. Мониторинг северных экосистем при освоении природных ресурсов Западной Сибири // Проблемы географии Западной Сибири, вып. II. - Тюмень: ТГУ, 1996 г. - С. 9-17.

2. Ракитан А. В. Экологическая безопасность при освоении нефтегазовых месторождений // Проблемы географии Западной Сибири, вып . III. -Тюмень: ТГУ, 1997 г. - С. 45-52.

9 А-

3. Ракитин А. В. Экологические проблемы газодобывающих комплексов Западной Сибири и пути их решения II Рациональное природопользование и устойчивое развитие. IX Научное совещание географов Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск: ИГ АН, 1998. - С. 49-51.

4. Ракитин А. В. Экологическая стабильность газодобывающих районов // Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на крайнем Севере. Тез. докл. -Москва: ГАНГ, 1998. - С. 78-80.

5. Ракитин А. В. Экологический мониторинг природной среды на объектах нефтегазового комплекса. // Природопользование Сибири: опыт решения проблем. -Тюмень: ТГУ,1999. - С. 131-149.

6. Ракитин А. В. ГИС - технологии в решении задач окружающей среды // Окружающая среда. 5-я всероссийская научно - практическая конференция. Тез. докл. -Тюмень: ТГУ, 2002 г.- С. 13-15.

7. Ракитин А. В. Природопользование в районах со сложной экологической ситуацией.// Формирование техногенных потоков в процессе разработки Тянского нефтегазового месторождения. Тез. докл. - Москва: ГАНГ, 2002 г. -С. 187-190.

Подписано к печати f$ OS ОЧ Bvm. писч. №1

Заказ №55 9 Уч. - изд. л. ~f.¿

Формат 60x84 '/16 усл. печ л. / г

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз

' " ■ —— ———■—-f-

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул Киевская, 52

23 u^y-L