CC BY
63
© Б.А Бачурин, А.А. Борисов, 2009
УДК 550.84:553.982(470.53)
Б.А. Бачурин, А.А. Борисов
ХАРАКТЕР ТЕХНОГЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ГЕОСИСТЕМ В РАЙОНАХ НЕФТЕДОБЫЧИ
Проведен анализ техногенного воздействия предприятий нефтеперерабатывающего комплекса на окружающую среду.
Ключевые слова: нефтедобыча, загрязняющие вещества, тяжелые металлы, геохимический фон.
Семинар № 8
B.A. Bachurin, A.A. Borisov Основными источниками эмиссии за-
THE CHARACTER OF TECHNOGENIC REORGANIZATION OF GEOSYSTEMS IN THE REGIONS OF OIL MINES
The analysis of the technogenic influence of oil processing enterprises on the environment is carried out.
Key words: oil mining, polluting agents, heavy metals, geochemical background.
щ t редприятия нефтедобывающей ж ж отрасли являются источниками комплексного техногенного воздействия на окружающую среду и характеризуются наиболее масштабным развитием процессов техногенеза как по площади, так и глубине проникновения. Среди всего спектра негативных последствий процессов техногенеза нефтедобывающего профиля с экологической точки зрения наиболее опасным является загрязнение компонентов окружающей природной среды широким спектром химических соединений, многие из которых относятся к категории экотоксикантов. Это обусловлено как составом добываемой продукции (компоненты нефти и попутных вод), так разнообразием химических веществ, используемых при бурении и разработке залежей углеводородов.
грязняющих веществ в атмосферу являются такие нефтепромысловые объекты (НПО), как факельные установки, печи, котельные и т.п. Инструментальные замеры уровня загрязнения атмосферы на месторождениях Пермского Прикамья показали, что в летний период степень воздействия НПО на приземный слой воздуха весьма незначительна и, как правило, не приводит к значимым превышениям максимальных предельно допустимых концентраций поллютантов. В зимний период, в связи с работой отопительных систем, воздействие на атмосферу увеличивается. Так исследование содержания загрязняющих веществ в снеговом покрове на ряде эксплуатируемых месторождений показало, что в районах нефтепромысловых объектов фиксируется повышенный уровень пылевой нагрузки, обусловленный депонированием выбросов котельных установок. Поскольку взвешенные частицы являются сорбентом и транспортировщиком органических соединений, в т.ч. бенз(а)пирена (БП) и тяжелых металлов (ТМ), пылевое загрязнение способствуют накоплению в снеговом покрове и данных поллютан-тов (табл. 1).
Таблица 1
Результаты анализа твердого осадка снегового покрова в районе Ярино-Каменноложского месторождения
Место отбора Кол-во осадка, г БП, мг Содержание ТМ, вес. % ' 10-3
Zn V Сг N1 Мп РЬ са
УППН, 60 м от факела 0,1852 67,2 50,0 1,6 27,0 19,0 44,0 2,1 2,2
УППН, 100 м от факела 0,0131 10,2 20,0 1,0 9,9 6,7 4,2 0,6 0,0
Территория ЦПС 0,1731 18,1 26,0 3,8 120,0 5,9 17,0 0,2 0,0
400 м от ЦПС 0,0803 4,8 18,0 1,3 7,5 1,8 22,0 3,9 0,0
Район скважин 0,0035 8,0 91,0 3,1 19,0 14,0 30,0 7,7 0,0
За контуром 0,0040 15,8 230,0 15,0 32,0 39,0 5,5 1,7 0,0
Учитывая существенную роль талых снеговых вод в питании рек Пермского Прикамья, можно предполагать, что именно речной сток может выступать в качестве основного транспорта данных поллютантов за пределы санитарнозащитных зон нефтепромысловых объектов.
Почвенный покров в силу своих физико-механических свойств выступает в качестве долговременно депонирующего элемента геологической среды, способного аккумулировать многолетние выбросы загрязняющих веществ и формировать в своей структуре вторичные источники загрязнения. Кроме нефти и продуктов ее трансформации, загрязнителями почв являются минерализован-
ные воды и рассолы, попутно извлекаемые на поверхность. Обобщение результатов геохимических исследований почвенного покрова на месторождениях Пермского Прикамья показало, что загрязнение почв носит преимущественно очаговый характер и приурочено к районам длительно эксплуатируемых НПО. Установлено, что органическому загрязнению наиболее подвержены верхние слои (5-20 см) почвенного профиля, играющих роль геохимических барьеров и препятствующих проникновению нефти и продуктов ее трансформации в нижележащую часть разреза и грунтовые воды (табл. 2).
Среди органических поллютантов особое внимание привлекает группа
Таблица 2
Характер загрязнения почвенного разреза в районе нефтепромысловых объектов
Глубина отбора, см Солевой состав водных вытяжек, % вес. Содержание в почвах, г/кг
сумма солей С1 804 ХБА НП БП (10-6)
0-5 0,266 0,088 0,039 62,88 45,37 1395,3
20 0,638 0,316 0,068 110,1 97,88 924,6
30 0,686 0,059 0,36 19,79 17,78 522,6
50 1,021 0,072 0,557 14,94 12,83 153,2
ХБА - хлороформенный битумоид, НП - нефтепродукты
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), относящаяся к категории суперэкотоксикантов и характеризующаяся устойчивостью к разложению в природных геосистемах. Не случайно, бенз(а)пирен отнесен к группе стойких органических загрязнителей, подлежащих согласно Стокгольмской конференции (2001 г.) более жесткому экологическому контролю. Источником поступления данного поллютанта могут быть как сами нефти, трансформация которых в почвенных геосистемах сопровождается накоплением ПАУ, так и атмосферные выпадения продуктов пиролиза факельных установок и котельных. Анализ фактического материала по нефтяным месторождениям Пермского Прикамья показывает, что в общем случае масштабы загрязнения почв БП пропорциональны техногенной нагрузке на природные геосистемы: для месторождений с длительным сроком эксплуатации и высокой плотностью нефтепромысловых объектов характерно наличие многочисленных очагов загрязнения почв ПАУ. Вместе с тем, на ряде месторождений, находящихся на завершающей стадии разработки, зафиксировано, что даже при снижении за счет процессов естественного самоочищения уровня органического загрязнения почв во многих случаях от-
мечается сохранение сверхнормативных концентраций бенз(а)пирена (табл.
3).
Подобное явление подтверждает, что ПАУ, стереохимические особенности молекул которых обуславливают их прочное депонирование на минеральной матрице, являются наиболее устойчивым компонентом нефтяного загрязнения.
Следует отметить, что термодинамическая нестабильность нефтяных структур в условиях гипергенеза приводит к существенной деградации их углеводородной составляющей и появлению новообразований, которые являются более устойчивыми в поверхностных условиях, а по своим токсикологическим свойствам часто являются более опасными, чем углеводородные соединения. Изучение нефтяных загрязнений на нефтепромыслах Пермского Прикамья показывает на доминирование в составе остаточных нефтезагрязнений гетероатомных соединений полимолекулярной (смолы, асфальтены) и молекулярной (кислоты, эфиры, галогеналканы, тиолы и т.п.) форм [1]. Токсичность многих из этих соединений не определена, а сами они выходят за рамки экологического нормирования. Однако известно, что смолисто-асфальтеновые комплексы являются естественным сорбентом классических канцерогенов
(ПАУ, ароматические амины и др.) и тяжелых металлов.
Оценка масштабов нефтепромыслового загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) является более сложной задачей, что обусловлено отсутствием четких критериев разделения их техногенной и природной составляющих. Задача осложняется и значи-
Таблица 3
Характеристика органического загрязнения почвенного покрова Шеметинского месторождения
Место отбора пробы Сумма солей, % вес. Содержание в почвах, г/кг
ХБА НП БП (10-6)
кустовая площадка 0.39 5.296 2.210 147.2
место аварийного разлива 0.22 2.502 1.307 44.7
район факельной площадки 0.18 4.178 1.762 105.6
тельной изменчивостью природного геохимического фона почв, зависящего от особенностей минералогического состава подстилающих коренных отложений. Вместе с тем, результаты геоэкологического обследования территории нефтяных месторождений Пермского Прикамья свидетельствуют, что в районах многих НПО в почво-грунтах фиксируются повышенные концентрации ТМ (табл. 4).
Учитывая, что во многих случаях данные очаги повышенного содержания ТМ в почвах сопряжены с их хлорид-ным и органическим загрязнением, имеются достаточные основания предполагать возможный вклад НПО в поступление данных поллютантов. Источником ТМ могут служить как асфальтосмолистые фракций нефтей, являющиеся основным аккумулятором этих со-
единении, так и микроэлементы попутно добываемых пластовых вод.
Изучение микроэлементного состава нефтезагрязненных отходов показывает, что содержание в них миграционноспособных соединении (кислоторастворимых, подвижных и водорастворимых форм) весьма незначительно и не превышает нескольких процентов от их валового содержания (табл. 5).
Однако, как показывают результаты экспериментальных исследовании, воз-деиствие воднои среды на нефтезагряз-ненные отходы приводит к резкому (в 23 раза) возрастанию в их составе водорастворимых и подвижных форм ТМ, что связано, по всеи вероятности, с разрушением сформировавшихся в них ор-гано-минеральных комплексов, связывающих основную массу данных поллютантов. В результате многократного
Таблица 4
Содержание тяжелых металлов в почво-грунтах, отобранных в районах нефтепромысловых объектов
Месторождение Кол-во Валовое содержание, мг/кг *
проб Zn са V Сг N1 Мп РЬ Си
Ярино-Каменоложское 13 2000 928 н.с. 430 213 220 115 280 91 620 342 130 23 770 301
Ольховское 5 2200 1600 82 49 85 65 210 158 260 121 2000 968 110 43 2400 1088
Шеметинское 3 4000 2833 79 51 110 73 280 207 86 56 2000 1050 140 92 2800 1620
Таныпское 7 5300 1643 н.с. 1900 402 620 336 300 160 950 311 190 65 890 423
Юрчукское 10 2400 855 300 73 990 296 410 311 220 85 340 97 41 30 1400 446
Сибирское 16 2300 954 н.с. 360 136 1500 738 600 201 400 214 55 15 1200 435
Жилинское 5 4900 1828 84 52 150 77 190 129 110 63 1900 690 55 34 1200 942
ПДК (ОДК) почв с учетом фона 23 (220) (2) 150 6 (80) 1500 32 (130) 3 (132)
* В числителе - максимальное значение, в знаменателе - среднее.
Таблица 5
Содержание (мг/кг) различных форм тяжелых металлов в нефтяных шламах факельной площадки ДНС «Уньва»
Форма нахождения Си N1 Zn Мп Со Сг Ге
Кислоторастворимые 22,00 9,62 27,50 96,25 4,12 14,57 9900,00
Подвижные 3,82 1,70 9,75 25,23 1,27 1,59 186,56
Водорастворимые 0,12 0,06 0,31 0,93 0,37 1,05 0,68
выщелачивания данных отходов в водные вытяжки с превышением гигиенических норм поступают Mn (5 ПДК), Fe (4 ПДК), & (3 ПДК), № (2 ПДК). При этом количество и состав тяжелых металлов в составе водных вытяжек постоянно изменяется, что отражает сложный характер происходящих в отходах гидролитических процессов. Таким образом, можно считать, что наиболее вероятным механизмом эмиссии ТМ из нефтепромысловых отходов являются водные потоки рассеяния, выступающие в качестве основного транспорта данных поллю-тантов на прилегающую к промплощад-кам территорию. Кроме того, не исключается, что поступление пластовых флюидов в почвы, может приводить к перестройке кислотно-щелочных условий, что будет способствовать перераспределению микроэлементов между почвой и коренными породами.
Среди всех элементов геологической среды гидросфера занимает особенное положение. С одной стороны поверхностные и подземные воды выступают особо охраняемым объектом, поскольку является источником хозяйственно-питьевого водоснабжения, с другой - наиболее мобильным элементом геологической среды, выполняющим основную транспортную роль по отношению к загрязняющим веществам. Транспортировка загрязняющих веществ в водной фазе приводит к значительному расширению площади загрязнения, выходя во многих случаях далеко за пределы горных отводов разрабатываемых месторождений.
Геоэкологическое обследование нефтяных месторождений Пермского Прика-
мья показало, что признаки загрязнения поверхностной гидросферы хлоридами и нефтепродуктами фиксируются уже на ранней стадии их освоения. В большинстве случаев эти явления носят кратковременный характер и связаны с этапом их разведочного и эксплуатационного разбу-ривания [3]. Более значительные масштабы загрязнения характерны для «старых» месторождений, находящихся на завершающем этапе разработки. Длительный срок эксплуатации и высокая обводненность продукции привела к тому, что значительная часть нефтепромыслового оборудования подвержена коррозии, в результате чего повышается вероятность возникновения различных аварийных ситуаций, приводящих к залповому поступлению поллютантов в окружающую среду. Наиболее значительные очаги загрязнения приповерхностной гидросферы приурочены к пунктам сбора и подготовки нефти, где наиболее часто фиксируются различные аварийные ситуации вследствие несоблюдения регламентов эксплуатации оборудования или его изношенности. В ряде случаев длительные и масштабные процессы поступления пластовых флюидов в приповерхностную гидросферу приводят к коренной перестройке ее природного гидрохимического фона. Очаги загрязнения во многих случаях носят многокомпонентный характер -наряду с хлоридным загрязнением, в водах фиксируется присутствие широкого спектра органических поллютантов. Особенностью данного загрязнения является не только повышенное содержание водорастворенных углеводородов (нефтепродуктов), но и появление в составе аквабиту-
Среднегодо-
вая
моидов их функциональных производных. По данным экспериментального моделирования поведения системы «вода - нефть» и исследованию гидросистем, сопряженных с нефтедобычей, нефтяными маркерами водорастворенной органики являются алкены, циклоалкены, Hal-, S-содержащие, окиси, спирты, оксосоединения, простые эфиры, фталаты, кислоты ряда С2-С41, многие из которых относятся к 2-3 классам опасности [1]. Это требует расширения спектра контролируемых показателей состояния гидросферы, позволяющих учитывать наличие в водах продуктов трансформации нефтезагрязнений в зоне гипергенеза.
На ряде месторождений формирование очагов загрязнения приповерхностной гидросферы связано с глубинными источниками - поступлением пластовых флюидов по стволам негерметичных скважин и природным зонам трещиноватости осадочного чехла. Активизации этих процессов во многих случаях способствовало создание высоких давлений в зоне нагнетания и осуществление специальных технологических мероприятий (импульсная закачка, торпедирование и
1. Бачурин Б.А., Одинцова Т.А. Проблемы диагностики и контроля нефтяных загрязнении природных геосистем // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождении, 2005, № 9-10. - С. 79-82.
2. Бачурин Б.А. Экологические проблемы горнопромышленных раИонов Пермского края
т.п.), приводящих к раскрытию трещин или нарушению герметичности эксплуатационных скважин. В ряде случаев данные процессы имели столь значительные масштабы, что привели к формированию в надпродуктивной части разреза высоконапорных техногенных горизонтов, проявляющиеся на земной поверхности в виде грифонов. На отдельных месторождениях (Полазненское, Таныпское, Ко-куйское, Краснокамское и др.) вертикальные перетоки пластовых флюидов привели к формированию в зоне активного водообмена техногенных скоплений нефти [2]. Учитывая длительный характер релаксации геогидродинамической обстановки в геологической среде, подобные явления не исключаются и на ряде других месторождений, в т.ч. и на по-стэксплуатационном этапе. Для предотвращения негативных экологических последствий этих явлений целесообразно на завершающем этапе разработки выполнение специальных исследований, направленных на оценку интенсивности трансформации природного геохимического фона геологической среды.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
// Экология и промышленность России. - 2006, апрель. - С. 32-35.
3. Долгих И.Л., Бачурин Б.А. О характере органического загрязнения природных геосистем при строительстве скважин на нефть и газ // Нефть и газ. Вестник ПГТУ, вып.3. - Пермь, 2000.-С. 86-91. ЕШ
г Коротко об авторак
Бачурин Б.А. - кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией, Борисов А.А. - аспирант,
Горный институт УрО РАН, direct@igd.uran.ru
