CC BY
22УДК 556. 314, 388.2
АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОЗАБОРОВ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕФТИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
ASPECTS OF ECOLOGY SAFETY AT OPERATING THE FRESH GROUND WATERS INTAKE FACILITIES FOR RESERVOIR PRESSURE MAINTENANCE PURPOSES IN OIL FIELDS OF WEST SIBERIA
А. Р. Курчиков, М. В. Батурина
A. R. Kurchikov, M. V. Vashurina
Западно-Сибирский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, г. Тюмень
Ключевые слова: водоносные горизонты; экологическая безопасность; нефтяное месторождение; гидродинамическое состояние; техногенная нагрузка; зона санитарной охраны; наблюдательная режимная сеть Key words: water-bearing horizons; ecology safety; oilfield; hydrodynamic .state; development pressure; sanitary protection zone; observation conditions network
№ 1, 2016
Нефть и газ
21
Целью настоящей статьи является рассмотрение аспектов экологической безопасности, связанных с эксплуатацией водозаборов пресных подземных вод (1111В). используемых для поддержания пластового давления (ППД) при разработке нефтяных месторождений. Наша задача — перечислить основные факторы, определяющие изменение (ухудшение) состояния пресных подземных вод в процессе их добычи, и наметить основные пути их оптимизации.
В последнее время в нефтедобывающей практике (на территории Красноленин-ского, Приобского (южная часть), Потанайского, Ореховского, Южно-Киняминского и других месторождений) для заводнения нефтяных пластов эффективно используются пресные подземные воды. В пределах исследуемой территории существующий фонд водозаборных скважин на ППВ, используемых в системе ППД по состоянию на конец 2015 года, составил более двухсот единиц. Проектный фонд на перспективу до 2025 года составляет более ста единиц. При ежегодных увеличениях объемов добываемых вод для рассматриваемых целей важным является соблюдение экологической безопасности в процессе эксплуатации как непосредственно водозаборов, так и нефтяных месторождений в целом.
Продуктивные интервалы добычи ППВ приурочены к сложнопереслаивающей-ся песчано-глинистой толще континентального генезиса олигоцен-четвертичного возраста, объединяющей водоносные горизонты (ВГ) зоны свободного водообмена (неоген-четвертичный и атлым-новомихайловский). Основные ресурсы и запасы подземных вод сосредоточены в атлым-новомихайловском ВГ (рис. 1). Он имеет практически площадное распространение на исследуемой территории и достаточно защищен от поверхностного загрязнения. В связи с этим большинство водозаборов эксплуатируют подземные воды данного комплекса.
Рис. 1. Типичный схематичный геолого-гидрогеологический разрез площади исследования
Эксплуатируемые водоносные пласты не выходят на поверхность земли и являются межпластовыми напорными, высота напора над кровлей достигает 220 м,
уменьшаясь к долинам рек до 60 м. Глубина залегания пьезометрического уровня изменяется от самоизлива до 20 м. Целевые эксплуатируемые интервалы находятся на глубине от 90 до 280 м от поверхности земли и представлены средне- и мелкозернистыми песчаными отложениями. Непосредственной связи с поверхностными водами не имеют. Нижним водоупором служат реликтовые многолетнемерз-лые породы (в местах распространения), а также глины тавдинского горизонта, которые, наряду с глинисто-кремнистыми осадками нижнего палеогена и мела, отделяют продуктивные водоносные пласты от залегающих ниже водоносных комплексов с минерализованными хлоридными натриевыми водами.
Формирование естественных ресурсов продуктивных ВГ происходит за счет нисходящего движения подземных вод в многопластовой рыхлообломочной системе верхней зоны артезианского бассейна на водораздельных пространствах и восходящего движения в крупных эрозионных врезах. Плоский равнинный рельеф, высокая плотность гидрографической сети, широкое развитие болот, слабая дренированность территории, превышение осадков над испарением, избыточная обводненность (подтапливаемость) территории формируют определенный химический облик подземных вод. Выделены весьма пресные (0,06-0,5 г/дм3) и пресные (0,6-0,9 г/дм3) гидрокарбонатные со смешанным катионным составом (в основном кальциево-магниевые) подземные воды.
При использовании в системе ППД воды обладают химической совместимостью, не вызывают образование нерастворимых соединений при контакте с пластовой водой. Качество воды в основном соответствует требованиям ГОСТа 39225-88 [1], за исключением единичных превышений по содержанию сероводорода, растворенного кислорода, что требует проведения мероприятий по водоподготовке перед использованием по целевому назначению.
Вместе с тем нельзя не отметить, что на территории Западной Сибири описываемые нами 1111В широко используются в питьевых целях [2]. Данный факт еще раз подтверждает, что при существующей техногенной нагрузке на природную среду в пределах разрабатываемых нефтяных месторождений эксплуатация водозаборов 1111В должна быть безопасной и обеспечивать благоприятную экологическую обстановку.
Под изменением состояния пресных подземных вод в процессе их эксплуатации подразумевается:
• ухудшение качества добываемой воды (загрязнение продуктивных водоносных интервалов);
• понижение уровня воды в пласте (нарушение гидродинамического режима, формирование депрессионной воронки).
К основным факторам, определяющим данное изменение, относятся:
1. Несоответствие технического состояния скважин различного назначения (водозаборных, нагнетательных, поглощающих, нефтяных) предъявляемым нормативным требованиям [3, 4].
2. Несоответствие состояния прилегающей к водозаборной скважине территории требованиям по организации, обустройству и содержанию зоны санитарной охраны (ЗСО) первого пояса согласно СанПиН 2.1.4.1110-02 [5].
3. Отсутствие систематического контроля качества добываемой воды.
4. Отсутствие систематического контроля влияния количества отбираемого флюида (воды, нефти, газа) на уровневый режим 1111В.
По результатам выполненных исследований наиболее распространенными нарушениями в процессе строительства и эксплуатации скважин являются: некачественный цементаж приустьевой площадки, неправильная конструкция оголовка скважины (не обеспечивающая полную его герметизацию, что создает условия для проникновения в межтрубное и затрубное пространства скважины загрязнений). Из общего числа (165) обследуемых в 2015 году водозаборных скважин на пресные подземные воды, используемых для целей ППД в пределах рассматриваемой
площади, одна треть (48) скважин эксплуатируется с данными нарушениями. В некоторых из них при выполнении измерений уровня воды в затрубном пространстве зафиксировано наличие нефтяной пленки и мазуты (рис. 2). Возможно, появление данных загрязнителей связанно с нарушением герметичности обратных клапанов при эксплуатации системы и попаданием в скважину нефтепродуктов вместе с подтоварной водой.
Установленные факты межпластовых перетоков жидкости обусловлены низким качеством цементирования обсадных колонн, отсутствием цементного камня в отдельных интервалах разреза или его нарушением при освоении и эксплуатации скважин, а также плохим качеством самих колонн, вызванным негерметичностью резьбовых соединений или коррозией металла.
Рис. 2. Устья водозаборных скважин на пресные подземные воды, используемые для целей ППД (по состоянию на 1.09.2015)
Учитывая, что водозаборные участки по добыче ППВ для целей ППД находятся на действующих нефтепромыслах, важно осуществлять постоянные наблюдения за санитарным и экологическим состоянием прилегающей к водозаборам территории.
В настоящее время при эксплуатации основного «питьевого» (атлым-новомихайловского) ВГ на большей части исследуемых водозаборов прилегающая территория не соответствует установленным требованиям СанПиН 2.1.4.1110-02 [5] по организации, обустройству и содержанию первого пояса ЗСО. Во многих случаях она не огорожена в радиусе 30 м, не спланирована для отвода поверхностного стока, в ее пределах зафиксированы складирование различных химических реагентов (рис. 3).
Рис. 3. Прилегающая к водозаборным скважинам территория (по состоянию на 1.09.2015)
Для исключения попадания в подземные воды питьевого водоснабжения различных загрязнителей и химических реагентов, используемых в процессе нефтедобычи, при эксплуатации водозаборов 1111В важно проводить систематический контроль качества добываемой воды. По результатам выполненного в период 2013 -2015 гг. контрольного гидрохимического опробования эксплуатируемых интервалов в ряде случаев отмечены повышенные (против фоновых) значения таких показателей, как бром, хлор, нефтепродукты и фенолы.
Большое значение при эксплуатации водозаборов пресных подземных вод и в целом месторождений имеет сохранение природных гидродинамических условий в разрезе отложений.
Изменения пластового давления, вызванные разработкой нефтяных залежей, могут передаваться не только по латерали, захватывая законтурную водоносную область пластов, но и по вертикали, на водоносные горизонты вплоть до грунтовых вод, вызывая при этом очень опасные негативные последствия. Так, снижение пластового давления под влиянием отбора нефти, газа и воды (депрессионный техногенез недр) может привести к снижению уровня и истощению запасов 1111В вышележащих горизонтов.
Постоянное увеличение объемов извлекаемой пресной подземной воды, несмотря на хорошую восполняемость их ресурсного потенциала, также может привести к формированию значительных депрессий. Так, по результатам выполненных гидрогеологических исследований на примере Приобского месторождения (южная часть) в 2013 году был составлен прогноз изменения уровня 1111В для фонда 37 водозаборов, состоящих из эксплуатационных существующих и проектных скважин на срок эксплуатации 25 лет. По истечении двух лет эксплуатации скважин в 2015 году был составлен повторный прогноз изменения уровня 1111В при увеличении общего фонда водозаборов на сорок единиц. При сопоставлении модельных карт (рис. 4) можно проследить существенное увеличение депрессионной воронки в районах кустов с максимальной нагрузкой.
Прогноз понижения на 2038 год от 37 водозаборов Прогноз понижения на 2040 год от 77 водозаборов
I I I I Г I I I I 1 I 1 I I I I I I ^и
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 40 42 44 46 46 50 52 54 56 56 60 62 64
Рис. 4. Прогнозные понижения уровня воды по водозаборам пресных подземных вод (на примере Приобского (южная часть) месторождения нефти)
Исходя из полученных результатов, недропользователю рекомендовано выполнить перераспределение проектных нагрузок и рассредоточение вновь вводимых в эксплуатацию скважин по площади месторождения.
В результате проведенного гидрогеоэкологического обследования водозаборов 1111В, используемых с целью ППД на разрабатываемых нефтяных месторождениях, и систематизации полученной гидрогеологической информации по их текущему состоянию следует отметить, что для своевременного выявления перечисленных нарушений при дальнейшей эксплуатации данных водозаборов необходимы определенные мероприятия.
• Регулярный контроль технического состояния скважин, выполняемый службами эксплуатации и включающий в себя анализ состояния устьев скважин, насосного оборудования, фильтров, обсадной колонны и цементного кольца, мест износа, нарушений герметичности эксплуатационной колонны, забоя, выявление и ликвидация интервалов межпластовой затрубной циркуляции жидкости. Эффективным методом контроля при этом является проведение в скважинах геофизических исследований (акустической и гамма-гамма цементометрии, акустического сканирования, трубной профилеметрии и т. д.). На основании результатов исследований определяются пути ремонта или ликвидации скважины. В том случае, если принято решение о ликвидации скважины, она должна быть затампонирована в соответствии с нормативными требованиями [6].
• Контрольные обследования текущего состояния прилегающей территории в размерах ЗСО с периодичностью проведения не реже одного раза в год. Данное обследование проводится совместно с представителями контролирующей организации от государственного экологического контроля и государственной санитарно-эпидемиологической службы для выявления источников возможного загрязнения подземных вод и проверки соблюдения установленного регламента хозяйственной (производственной) деятельности в этой зоне [5].
• Использование недропользователями закрытой, полностью герметизированной системы сбора, первичной обработки и транспортировки всей продукции, включая нефть, газ и попутную воду. Случаи аварий, порывов нефтепроводов, аварийных разливов нефти, строительства новых объектов (потенциальных загрязнителей подземных вод и т. п.) необходимо отражать на схематической дежурной карте. Оперативная информация обо всех зафиксированных случаях немедленно передается в службу санэпиднадзора и государственный комитет по экологии.
• Создание (особенно на крупных месторождениях нефти) сети наблюдательных (пьезометрических) скважин на промежуточные ВГ разреза отложений, вплоть до грунтовых вод.
• Систематическое гидрохимическое опробование, проводимое с заданной цикличностью по созданной сети контрольных наблюдательных пунктов. В наблюдательную режимную сеть следует включать водозаборные скважины, как на продуктивные водоносные интервалы, так и на смежные вышележащие грунтовые воды, также гидрометрические посты на поверхностные воды и точки отбора проб почвы.
• Контроль уровневого режима во всех основных ВГ, вплоть до грунтовых вод. Зная характер изменения уровня воды этих горизонтов во времени и сопоставляя его с графиком изменения давления в разрабатываемых горизонтах месторождения, можно судить о том, сказывается ли разработка нефтяных залежей на гидродинамическое состояние ВГ, имеются ли межпластовые перетоки жидкости, какова их интенсивность, где они локализуются и какими причинами вызваны.
Подводя итог, можно сказать, что для осуществления экологически безопасной добычи и использования пресных подземных вод в целях ППД на разрабатываемых нефтяных месторождениях необходимым является проведение локального (в границах того или иного месторождения) комплексного мониторинга состояния недр (геологической среды) и компонентов окружающей среды. Данный комплекс работ должен выполняться согласно предварительно утвержденному регламенту (программе мониторинга) в соответствии с нормативно-законодательной базой РФ [7, 8, 9]. Результаты выполненного комплекса мониторинговых наблюдений при-
менительно к отдельно взятому месторождению нефти позволят прогнозировать возможное развитие тех или иных процессов, обосновать и оптимизировать природоохранные мероприятия по защите 1111В от загрязнения и истощения.
Список литературы
1. Отраслевой стандарт ОСТ 39-225-88 «Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству» (утв. приказом Министерства нефтяной промышленности от 28 марта 1988 г. № 147). - М.: Миннефтепром, 1988
2. Батурина М. В., Федорова А. В. Современное санитарно-экологическое состояние и обеспечение безопасной эксплуатации водозаборов подземных вод для питьевых целей в пределах территории ХМАО — Югры // Известия вузов. Нефть и газ. - Тюмень: изд. Тюм. гос. ун-та, 2015. -№ 3. - С.114-119.
3. Свод правил: СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84. - М.: Минрегион России, 2012.
4. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности (ПБ 08-624-03.). - М.: ООО ПИО ОБТ, 2003.
5. СанПиН 2.1.4.1110-02 «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения». - М.: Госсанэпиднадзор РФ, 2002.
6. Инструкция о порядке ликвидации, консервации скважин и оборудовании их устьев и стволов (РД 08-492-02.). - М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2010.
7. Закон РФ от 21.02.1992 №2395-1 «О недрах». - «КонсультантПлюс» НПО ВМИ. http://www.consultant.ru/
8. Приказ МПР РФ от 21.05.2001 г. № 433 «Об утверждении Положения о порядке осуществления государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 24.07.2001 №»2818). - «КонсультантПлюс» НПО ВМИ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.consultant.ru
9. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» № 7-Ф3 от 10.01.2002 г. - «Консультант Плюс» НПО ВМИ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.consultant.ru
Сведения об авторах
Курников Аркадий Романович, д. г.-м. н.,
чл.-корр. н.,. РАН, Западно-Сибирский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, г. Тюмень, тел. 8(3452)465827, e-mail: ARKurchikov@tmnsc.ru
Вашурина Маргарита Владимировна, к. г. - м. н., Западно-Сибирский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, г. Тюмень, тел. 8(3452)688794, e-mail: mvashurina@mail.ru
Information about the authors Kurchikov A. R., Doctor of Geology and Mineralogy, corresponding member of RAS, West-Siberian Branch of the Institute of Petroleum Geology and Geophysics named after A. A. Trofimuk, RAS SB, phone: 8(3452)465827, e-mail: ARKurchi-kov@tmnsc. ru
Vashurina M. V., Candidate of Science in Geology and Mineralogy, West-Siberian Branch of the Institute of Petroleum Geology and Geophysics named after A. A. Trofimuk, RAS SB, phone: 8(3452)465827, e-mail: ARKurchikov@tmnsc.ru
