CC BY
2УДК 502.64
С.В. Исаев S.V. Isaev
Пермский государственный национальный Perm State University
исследовательский университет 15, Bukireva st., Perm, 614990
614990, Пермь, Букирева, 15
e-mail: isaevsvik@yandex.ru
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЕРМСКОГО КРАЯ
В статье с помощью комплекса методов произведено изучение геоэкологических аспектов природно -технических систем нефтяных месторождений Пермского края. Приводятся результаты исследования формирования природно-технических систем на нефтепромыслах. Особое внимание уделяется геохимической трансформации почв, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха. Ключевые термины: природно-техническая система, галогенез, битумизация, техногенез, природные компоненты.
GEOECOLOGICAL ASPECTS OF FORMATION NATURAL-TECHNICAL SYSTEMS OF OIL
FIELDS OF THE PERM REGION
In the article, with the help of a complex of methods, the geoecological aspects of the natural-technical systems of oil fields of the Perm Territory were studied. The results of studying the formation of natural-technical systems in the oil fields are presented. Particular attention is paid to the geochemical transformation of soil, groundwater and surface water, atmospheric air.
Key terms: natural-technical system, halogenesis, bituminization, technogenesis, natural components.
Добыча полезных ископаемых представляет собой процесс взаимодействия между окружающей природной средой и искусственными (техническими системами), с помощью которых она осуществляется. Включаясь в природную среду технические системы, становятся источником воздействия в разной степени, влияющим на процессы, протекающие в естественной части. В результате взаимодействия элементов природных и технических систем формируется особый вид систем - природно-технические (далее -ПТС).
При формировании и эксплуатации ПТС происходит техногенез природной среды, включенной в них. Техногенез - это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека [2].
Промышленные площадные (скважины, кусты скважин (далее - КС), дожимно насосные станции (далее - ДНС), установки по подготовке и перекачке нефти (далее - УППН) и др.) и линейные объекты (автодороги, нефтепроводы и др.) являются ПТС элементарного уровня. Учитывая технологическую связанность промышленных объектов месторождения сетью трубопроводного транспорта, линиями электропередач и сетью автодорог и др., можно сказать, что нефтепромысел - это ПТС локального уровня.
При формировании и эксплуатации ПТС происходит воздействие на природную среду. Одним из видов техногенеза в процессе эксплуатации нефтепромыслов является геохимическая
трансформация выраженная, главным образом, в галогенезе и битумизации [1, 3, 4]. Эти процессы
© Исаев С.В., 2018
являются важными геоэкологическими аспектами ПТС.
Целью работы является изучение геоэкологических аспектов трансформацию природной среды, включённой в ПТС нефтяных месторождений Пермского края. Для исследования этих процессов анализировались данные по геохимическому состоянию почв, подземных и поверхностных вод и атмосферного воздуха на примере трех месторождениях Пермского края -Кокуйском (Кунгурский и Ординский районы), Падунском (Частинский район) и Озерном (Красновишерский район). Вышеперечисленные месторождения располагаются в различных природных условиях, а их эксплуатация ведется уже несколько десятилетий.
Геоэкологические аспекты состояния почв.
Для оценки трансформации почв пробы отбирались в соответствии с действующими нормативными документами на разном расстоянии от основных типов технологических объектов месторождений и в пойме основных водотоков. Почвенные образцы для были взяты в различных биотопах на глубине 0-20 см. Пробы были проанализированы в специализированной
лаборатории для определения в них содержания нефтепродуктов (далее - НП) и хлорид-ионов.
Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторождения и типов технологических объектов. Изучалось
распространение процессов техногенеза в ПТС. Для этого определялись концентрации и рассчитывалось среднее значение содержания НП и хлоридов в зоне влияния типов технологических объектов, сравнивалось с естественными фоновыми показателями.
Для определения уровня геохимической трансформации в ПТС локального уровня полученные результаты сравнивались с фоновыми концентрациями, характерными для месторождения, и между собой.
Различия между выборками геохимических проб по всем изучаемым компонентам оценивались с помощью критерия Стьюдента (далее - t) и критерия Фишера (далее - F). Для расчета статистических величин использовался программный продукт MS Excel.
На расстоянии 50 м и 100 м от технологических
объектов на всех исследуемых месторождениях средние значения содержания НП и хлоридов выше, чем естественный фон. Формируются ПТС элементарного уровня. На расстоянии 300 м данная тенденция наблюдается фрагментарно, что позволяет сделать вывод, что зона влияния техногенных объектов по хлоридам и НП прослеживается до 100 м.
Средние значения концентраций и другие статистические величины по содержанию НП и хлоридов по всем типам элементарных ПТС в пределах 100 м представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Стат. показатели выборок по содержанию НП в почвах ПТС
№№ п/п Месторождение УППН Дне Скважины
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 449 647 436142 4 1,47 331 277 119581 6 1,05 232 173 70048 9 1,14
2 Падунское 87 45 2595 5 0,59 763 721 811771 6 1,18 51 1 1 3 0,02
3 Озерное - - - - - 43 46 1651 3 0,94 172 223 220800 17 2,73
В общем по типу объекта 248 162 201252 9 1,8 446 327 416402 15 1,45 178 140 148870 29 2,17
* - здесь и далее (х - среднее арифметическое, мг/кг; ДИ - доверительный интервал; S - дисперсия выборочная; N - количество проб; V - коэффициент вариации).
Таблица 2
№№ п/п Месторождение УППН Дне Скважины
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 21 9 92 4 0,46 21 10 142 6 0,57 26 11 284,51 9 0,65
2 Падунское 19 3 14 5 0,20 32 33 1727 6 1,30 15 3 6 3 0,16
3 Озерное 90 69 13561 11 1,29
В общем по типу объекта 20 13 43 9 0,3 26 17 884 12 1,12 55 35 7458 23 0,89
Обобщение полученных данных по содержанию НП около основных производственных объектов показывает, что процессы битумизации природной среды наиболее распространены в ПТС ДНС, затем следует ПТС УППН, а потом ПТС скважин и КС. Из результатов апробирования на хлориды следует, что наибольшие концентрации наблюдаются в ПТС скважин, наименьшие в ПТС УППН.
Расчет критериев t и F показал, что основные отличия элементарные ПТС между собой имеют в распределении хлоридов, по распределению НП ПТС отличаются в меньшей степени.
Геоэкологические аспекты состояния
поверхностных и подземных вод.
Для оценки распространения процессов данного типа в водных объектах месторождений (ПТС локального уровня) были отобраны пробы поверхностных и подземных вод. Отбор проб поверхностных вод осуществлялся в двух створах, ограничивающих участок водного объекта, в пределах которого возможно поступление
Стат. показатели выборок по содержанию НП
загрязняющих веществ с примыкающей к источнику загрязнения территории водосбора.
В пункты отбора проб подземных вод включены: колодцы, родники, наблюдательные
гидрогеологические скважины.
Отбор проводился в соответствии с существующими нормативными документами.
В отобранном материале в аккредитованной лаборатории производилось определение основных поллютантов - НП и хлоридов.
Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторождения. Затем определялось распространение процессов техногенеза в ПТС локального уровня. Рассчитывалось среднее значения содержания НП и хлоридов и сравнивалось с фоновыми показателями, полученными в результате исследований проводимых ранее и с утвержденными нормативами ПДКр.х. для поверхностных вод, и ПДХх.п. для подземных вод.
Результаты расчетов представлены в таблицах 3,
4.
Таблица 3
№№ п/п М естор ождение Подземные воды Поверхностные воды Фон ПДК
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V Подз.в. Пов.в. Подз.в. Пов.в.
1 Кокуйское 0.03 0.01 0.000 19 0.75 0.20 0.1 0.10 46 1.55 н.с. н.с. 0.1 0.05
2 Падунское 0.06 0.02 0.001 18 0.64 0.01 0.002 0.00001 14 0.36 н.с. н.с. 0.1 0.05
3 Озерное 0.05 0.01 0.001 107 0.62 0.03 0.004 0.0003 65 0.55 н.с. 0.13 0.1 0.05
Стат. показатели выборок по содержанию хлоридов в поверхностных и подземных водах НМ, мг/л
№№ п/п М естор ождение Подземные воды Поверхностные воды Фон ПДК
X ДИ N V X ДИ N V Подз.в. Пов.в. Подз.в. Пов.в.
1 Кокуйское 36 14 973 19 0.89 164 85 84944 46 1.79 24.2 6.98 350 350
2 Падунское 39 24 2506 18 1.30 83 68 15655 14 1.56 5.7 14.18 350 350
3 Озерное 91 30 24655 107 1.73 11 2 88 72 0.87 6.5 3.3 350 350
Анализ результатов апробирования в подземных водах показывает, что наибольшие средние концентрации наблюдаются на Падунском месторождении, по НП - на Кокуйском месторождении.
Анализ содержания хлоридов в поверхностных водах показал, что наибольшие концентрации обнаруживаются на Кокуйском месторождении, в подземных - на Озерном.
Сравнивая полученные результаты с фоном можно сделать вывод, что во всех изучаемых случаях, кроме поверхностных вод Озерного месторождения, наблюдаются концентрации выше естественного фона в поверхностных и подземных водах месторождений.
Расчет критерия t для выборок проб локальных ПТС показал, что по содержание НП они достоверно отличается между собой. Наибольшее сходство наблюдается между ПТС Озерного и Падунского месторождений.
Распределение НП в подземных и поверхностных водах локальных ПТС в большинстве случаев также имеет высокую степень различия, особенно в поверхностных.
Расчет критерия t и F по концентрации хлоридов в ПТС показал, что почти во всех случаях наблюдается высокая степень различия. Исключение составляет средние концентрации в ПТС Кокуйского и Падунского месторождений. Значение критерия t говорит о степени сходства выше среднего по
содержанию поллютанта в этих системах.
Геоэкологические аспекты состояния
атмосферного воздуха.
Для оценки загрязнения атмосферного воздуха вблизи технологических объектов изучаемых нефтепромыслов были отобраны пробы в соответствии с действующими нормативными документами. Контроль загрязнения атмосферы проводился на границе СЗЗ промышленных объектов. Для учета влияния других источников измерения велись наблюдения на наиболее значимых объектах (УППН, ДНС) с наветренной стороны. Определялись следующие компоненты: сероводород, диоксиды азота и серы и ароматические углеводороды.
Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторождения и типов технологических объектов. Затем определялось распространение процессов техногенеза в ПТС локального и элементарного уровней. Для этого вычислялись средние значения содержания загрязняющих веществ, а затем сравнивались с фоновыми показателями. В качестве фоновых показателей использовались данные пермского ЦГМС - филиала ФГБУ «Уральское УГМС». Также было произведено сравнение концентраций загрязняющих веществ с ПДК населенных мест (далее - ПДКн.м.).
Результаты расчетов представлены в таблицах 510.
Таблица 5
Стат. показатели выборок по содержанию бензола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м'
№№ п/п М естор ождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ N V X ДИ N V X ДИ N V
1 Кокуйское 0,042 0,005 0,0002 29 0,33 0,044 0,002 0,0002 102 0,28 0,043 0,002 0,0002 131 0,29 0,036
2 Падунское 0,026 0,008 0,0001 10 0,49 0,023 0,01 0,0001 9 0,43 0,025 0,01 0,0001 19 0,45 0,046
3 Озерное - - - - - 0,043 0,006 0,0002 18 0,30 0,043 0,006 0,0002 18 0,30 0,035
В общем по типу объекта 0,038 0,005 0,0002 39 0,40 0,042 0,002 0,0002 129 0,24 - - - - - -
Таблица 6
Стат. показатели выборок по содержанию толуола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м'
№№ п/п М естор ождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ N V X ДИ N V X ДИ N V
1 Кокуйское 0,25 0,033 0,011 41 0,43 0,24 0,021 0,01 110 0,45 0,25 0,018 0,01 151 0,45 0,145
2 Падунское 0,08 0,021 0,012 110 0,45 0,08 0,073 0,01 10 1,55 0,08 0,050 0,01 20 1,49 0,141
3 Озерное - - - - - 0,23 0,058 0,01 17 0,52 0,23 0,058 0,01 17 0,52 0,139
В общем по типу объекта 0,21 0,035 0,0161 51 0,60 0,23 0,020 0,0144 137 0,51 - - - - - -
Стат. показатели выборок по содержанию ксилола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м
№№ п/п М естор ождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 0,08 0,011 0,001 30 0,36 0,09 0,006 0,001 102 0,33 0,08 0,005 0,001 132 0,34 0,011
2 Падунское 0,03 0,017 0,001 9 0,86 0,04 0,021 0,001 10 0,94 0,03 0,013 0,001 19 0,89 0,014
3 Озерное - - - - - 0,08 0,014 0,001 18 0,35 0,08 0,014 0,001 18 0,35 0,01
В общем по типу объекта 0,07 0,011 0,0013 39 0,51 0,08 0,006 0,0010 130 0,41 - - - - -
Таблица 8
Стат. показатели выборок по содержанию диоксида серы в атмосферном воздухе ПТС, мг/м
№№ п/п М естор ождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 0,021 0,002 0,00004 31 0,32 0,022 0,001 4E-05 103 0,28 0,022 0,001 0,00004 134 0,29 0,025
2 Падунское 0,010 - 0 8 0,00 0,012 0,003 2E-05 9 0,43 0,011 0,002 0,00001 17 0,33 0,024
3 Озерное - - - - - 0,022 0,003 0,00004 19 0,29 0,022 0,003 0,00004 19 0,29 0,034
В общем по типу объекта 0,019 0,002 0,0001 39 0,40 0,021 0,001 4E-05 131 0,24 - - - - - -
Таблица 9
Стат. показатели выборок по содержанию сероводорода в атмосферном воздухе ПТС, мг/м
№№ п/п Месторождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 0,0046 3E-04 8E-07 28 0,20 0,0044 2E-04 7E-07 99 0,19 0,0045 1E-04 7E-07 127 0,19 0,002
2 Падунское 0,0056 0,001 6E-07 10 0,15 0,0060 6E-19 8E-37 8 0,00 0,0058 3E-04 4E-07 18 0,11 0,003
3 Озер ное - - - - - 0,0044 3E-04 6E-07 21 0,18 0,0044 3E-04 6E-07 21 0,18 0,003
В общем по типу объекта 0,0048 3E-04 1E-06 38 0,21 0,0045 0,000 8E-07 128 2E-16 - - - - - -
Таблица 10
Стат. показатели выборок по содержанию азота диоксида в атмосферном воздухе ПТС, мг/м'
№№ п/п М естор ождение УППН ДНС Всего по месторождению Фон
X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V X ДИ S2 N V
1 Кокуйское 0.034 0.005 0.0003 44 0.51 0.021 0.001 2E-05 105 0.19 0.025 0.002 1E-04 149 0.47 0.036
2 Падунское 0.022 0.002 1E-05 10 0.15 0.021 3E-04 2E-07 10 0.02 0.022 0.001 6E-06 20 0.11 0.024
3 Озерное - - - - - 0.021 0.001 4E-06 19 0.10 0.021 0.001 4E-06 19 0.10 0.035
В общем по типу объекта 0.032 0.004 0.0003 54 0.52 0.021 0.0001 1E-05 134 0.02 - - - - -
3
Проведённые исследования качества
атмосферного воздуха вблизи нефтепромысловых объектов Кокуйского, Падунского и Озерного месторождений показали, что элементарные ПТС ДНС и УППН практически всегда отличаются между собой. Границы ПТС ДНС наблюдаются до расстояния 300-500 м, ПТС УППН - до 300-1000 м. В рамках этих границ ПТС наблюдается повешенное по отношению к естественным фоновым показателям содержание ароматических углеводородов, сероводорода и серы диоксида. По азота диоксиду превышений фоновых концентраций не обнаружено.
Заключение.
Нефтепромысловые объекты при взаимодействии с природной средой образуют ПТС элементарного уровня. В связи с тем, что данные элементарные системы представляются связанную между собой технологическую сеть, то можно говорить о месторождении, как о локальной ПТС.
Оценка состояния природной подсистемы ПТС разного уровня показала, что в ходе эксплуатации ПТС происходит ее геохимическая трансформация под воздействием технической подсистемы. Граница воздействия технологической подсистемы является границей ПТС. При этом в изменяемых природных компонентах регистрируется увеличение
концентраций загрязняющих веществ по отношению к естественному природному уровню.
Степень трансформации компонентов природной подсистемы в ПТС носит индивидуальный характер. ПТС имеют свои особенности, которые в почвах выражены в распределении концентраций хлоридов и в некоторых случаях среднего содержания НП; в водных объектах выражаются в отличии среднего содержания и распределении НП и хлоридов; в атмосферном воздухе - в уровне концентраций некоторых загрязняющих веществ.
Библиографический список
1. Бузмаков С. А., Костарев С. М. Техногенные изменения компонентов природной среды в нефтедобывающих районах Пермской области. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2003;
2. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Изд-во «Мысль», 1990;
3. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998;
4. Соромотин А.В. Воздействие добычи нефти на таежные экосистемы Западной natural components Сибири: монография. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2010.
