CC BY
19УДК 556.8
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗАХОРОНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРО-УРЕНГОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО РЕГИОНА
HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF WASTEWATER DISPOSAL IN THE TERRITORY OF THE NORTH-URENGOYSKOYE GAS CONDENSATE FIELD OF THE YAMALO-NENETS OIL AND GAS PRODUCING REGION
Н. К. Лазутин, В. А. Беженцев, О. Г. Бешенцева
N. K. Lazutin, V. A. Beshentsev, O. G. Beshentseva
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
ООО «Недра-Консалт», г. Тюмень
Ключевые слова: сточные воды; промышленные воды; поглощающий горизонт; загрязнение Key words: wastewater; industrial wastes; absorbing horizon; pollution
Апт-альб-сеноманский водоносный горизонт широко используется в качестве пласта-коллектора для сточных вод на севере Тюменской области.
Северо-Уренгойский полигон захоронения является одним из 57 в пределах Ямало-Ненецкого автономного округа [1], относится к Пур-Тазовской нефтегазоносной области.
Подземное захоронение стоков является вынужденной мерой [2]. Только лишь очищения промышленных отходов недостаточно. Их необходимо изолировать таким образом, чтобы исключалось неблагоприятное воздействие на экологическую обстановку. Для этого проводят ряд мероприятий, связанных с очисткой и закачкой вод в изолированные пласты-коллекторы.
Основные нормативные документы. Качество сточных вод, закачиваемых в пласт-коллектор, регламентируется нормативными документами СТО Газпром 18-20051, СТО Газпром 2-1.19-049-20062. Нормативные показания по этим документам приведены в таблице 1.
Таблица 1
Пороговые значения нормативных документов
Показатель Единица Пороговое содержание
Взвешенные частицы мг/дм3 150
Нефтепродукты 40
Окисное железо 3
Растворенный кислород 0,5
Набухаемость глин - Не выше, чем в пластовой воде
Реакция среды pH 7-8
Снижение фильтрационной характеристики пласта из-за осадкообразователей (СаСО3 и/или СаБО4) % Не более 20
1 СТО Газпром 18-2005. Гидрогеоэкологический контроль на специализированных полигонах размещения жидких отходов производства в газовой отрасли. — Введ. 2006-01-01. — М., 2005. — 72 с.
2 СТО Газпром 2-1.19-049-2006. Подготовка сточных вод к закачке в поглощающий горизонт и экологический мониторинг при подземном захоронении сточных вод на нефтегазовых месторождениях ОАО «Газпром» севера Западной Сибири. — Введ. 2006-06-26. — М., 2006. — 54 с.
Однако данные документы не учитывают фильтрационно-емкостные характеристики, поэтому для взвешенных веществ и нефтепродуктов используют ОСТ 39225-883 (табл. 2).
Таблица 2
Пороговые значения нефти и механических примесей
Проницаемость пористой среды 2 коллектора, мкм Коэффициент относительной трещиноватости коллектора Допустимое содержание в воде, мг/л
механических примесей нефти
До 0,1 включительно - До 3 До 5
Свыше 0,1 - До 5 До 10
До 0,35 От 6,5 до 2 включительно До 15 До 15
Свыше 0,35 Менее 2 До 30 До 30
До 0,6 включительно От 35 до 3,6 включительно До 40 До 40
Свыше 0,6 Менее 3,6 До 50 До 50
Изученность территории. Апт-альб-сеноманский водоносный комплекс, используемый как пласт-коллектор для подземного захоронения промышленных вод, эксплуатируется и изучается не только на Северо-Уренгойском месторождении, но и на близлежащих (Ямбургское, Уренгойское, Заполярное).
Кровля эксплуатируемого водоносного комплекса находится на глубине 1 104-1 232 м.
Мощность покурской свиты, приуроченной к апт-альб-сеноманскому гидрогеологическому комплексу, находится в пределах 850-950 м. Она делится на под-свиты: нижнюю, среднюю и верхнюю.
Из-за того, что нижняя подсвита представлена глинистыми породами, бурить скважины для подземного захоронения стоков нецелесообразно, поэтому на Севе-ро-Уренгойском месторождении данная толща не вскрыта.
Верхняя подсвита в основном состоит из серых песчаников. Зернистость их мелкая и средняя. Наблюдаются также алевролиты серые, глины серые опоковидные.
Выше апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса залегает турон-палеогеновый, состоящий из глин в 750 м. Помимо этого, существует толща мно-голетнемерзлых пород с мощностью до 400 м.
По месторождению значения коэффициента пористости (Кп) меняются от 33,4 до 34,8, а коэффициента проницаемости (Кпр) — от 1 044 до 2 011.
Таким образом, апт-альб-сеноманский водоносный комплекс изолирован от нижележащих по разрезу отложений глинами аптского возраста и от вышележащего эоцен-олигоценового водоносного комплекса, что важно для недопущения перетока, так как эоцен-олигоценовый водоносный комплекс имеет значение в хозяйственно-питьевом отношении [3].
Для участка ВЖК-1 22.06.2011 и в период с октября 2011 года по 18.05.2013 были проведены анализы пластовых вод, результаты которых показывают изменение химического состава воды за период от начала эксплуатации до середины мая 2013 года (табл. 3).
По проведенным геофизическим исследованиям скважин на участке ВЖК-1 коэффициенты пьезопроводности составляют м /сут. Водопроводи-мость варьирует в значениях 17,2-30,7 м2/сут.
В скв.1-П проницаемость составляет 705,8 мД или примерно 0,7 мкм2.
3 ОСТ 39-255-88. Вода для заводнения нефтяньа пластов. Требования к качеству. — Введ. 1990-07-01. —10 с.
Таблица 3
Результаты отбора проб пластовых вод на участке ВЖК-1
Показатель Единица измерения Дата отбора
22.06.2011 Октябрь 2011 -18.05.2013
Значение
Минерализация г/л 22,36 13,7-6,7
Гидрокарбонат-ионы %-экв 1,38 0,29-7,01
Карбонаты мг/дм3 6 6-24
Сульфаты %-экв 0,08 0,04-0,07
Хлориды 98,4 92,87-99,58
Нитраты мг/дм3 < 0,1 < 0,1
Бромиды 35,2 14-52
Иодиды н/д* 2,5-25
Фториды < 0,1
Кальций %-экв 9,75 1,03-6,13
Магний 2,58 0,57-4,58
Натрий 86,68 90,23-96,55
Калий 0,17 0,39-1,0
Бор мг/дм3 5,6 0,88-6,2
Аммоний %-экв 0,82 0,2-2,12
Общее железо мг/дм3 н/д* 24,8-50,7
Агрессивная двуокись углерода 0,05-1,2
Свободная двуокись углерода 0,05-21,8
Сероводород < 0,002
Нефтепродукты 13,1-49,3
Метанол < 0,1-22 515,4
Взвешенные вещества 58,2-578,4
Растворенный в воде кислород < 0,01-0,6
ХПК 2 720-21 642
БПК5 1 482,4-9 156
СПАВ 0,65-10,6
Реакция среды рН 8,2 6,18-9,13
Тип вод по В. А. Сулину Хлоридно-кальциевый Хлоридно-кальциевый, гидрокарбонатно-натриевый
Примечание. * н/д — нет данных.
С 24.06.2011 по 20.05.2013 на участке ГП-1 была проведена серия отбора проб, результат представлен в таблице 4.
Таблица 4
Результаты отбора проб пластовых вод на участке ГП-1
Показатель Единица измерения Значение
Минерализация г/л 12,34-19,94
Гидрокарбонат-ионы %-экв 1,27-10,85
Карбонаты мг/дм3 < 6
Сульфаты %-экв 0,03-0,14
Хлориды 88,99-98,58
Нитраты мг/дм3 < 0,1
Бромиды 11,0-50,24
Иодиды 3,6-15,8
Фториды < 0,1
Продолжение табл. 4
Показатель Единица измерения Значение
Кальций %-экв 3,56-9,94
Магний 1,67-4,59
Натрий 86,89-92,75
Калий 0,17-0,79
Бор мг/дм3 1,18-8,9
Аммоний %-экв 0,22-0,92
Общее железо мг/дм3 25,4-75,0
Агрессивная двуокись углерода 0,05-33,0
Свободная двуокись углерода 0,05-153,7
Сероводород < 0,002
Нефтепродукты 11,1-79,3
Метанол < 0,1-3 920
Взвешенные вещества 108-1 000
Растворенный в воде кислород 0,01-3,9
ХПК 3 120-329 586
БПК5 1 700,4-16 479,5
СПАВ 0,64-15,6
Реакция среды рН 5,8-7,8
Тип вод по В. А. Сулину Гидрокарбонатно-натриевый, хлормагниевый
На участке ГП-1 коэффициенты водопроводимости меняются от 55,4 до 102,5 м /сут, а пьезопроводности — от 6,7-10 до 8,4Т05 м2/сут.
В скв. 3-П проницаемость составляет 1 948,4 мД или примерно 1,9 мкм2 Условия захоронения. На месторождении оборудованы два полигона закачки: ВЖК-1 и ГП-1, введенные в эксплуатацию в августе 2011 и январе 2010 гг. соответственно. На каждом полигоне расположены вертикальные скважины, из них одна обязательно является поглощающей (скв. 1-П для ВЖК-1 и скв. 3-П для ГП-1), а другая — резервной-наблюдательной (скв. 2-П для ВЖК-1 и скв. 4-П для ГП-1). Скважины 1-П и 2-П были перфорированы на альбские, а скважины 3-П и 4-П — на альб-сеноманские толщи пород.
На участке ВЖК-1 объемы закачки на декабрь 2012 года составили 14,4 тыс. м3 (рис. 1).
Рис. 1. График закачки сточных вод на Северо-Уренгойском месторождении за период эксплуатации 2011-2012 гг. на участке ВЖК-1 (скв. 1-П)
Захоронение вод не проводилось с января по апрель и с августа по декабрь того же года по причине капитального ремонта скважины. Ремонт был вызван тем, что изначально был перфорирован пласт альбского возраста, имеющий недостаточные приемистые свойства.
Воды на этом участке являются хозяйственно-бытовыми, так как образованы в результате деятельности обслуживающего персонала.
Перед закачкой в пласт воды очищаются и доводятся до нормативов. Их физическая характеристика и химический состав представлены в таблице 5 на основании данных 11 проб.
Таблица 5
Физическая и химическая характеристика закачиваемых вод на участке ВЖК-1 (скв. 1-П)
Показатель Единица измерения Значение
Запах балл 5
Реакция среды РН 7,45-7,8
Мутность ЕМ/дм3 6,15-10,09
СПАВ 0,05-0,18
Аммоний 10-18
Гидрокарбонат 110-130
Взвешенные вещества 10,2-22,8
Жесткость 1,9-2,5
Железо общее 0,34-3,16
Калий 0,8-1,17
Кальций 14-20
Магний 12-21
Сульфат мг/дм3 < 2
Растворенный кислород 0,19-0,72
Метанол < 0,1
Нефтепродукты 0,01-0,15
Агрессивная двуокись углерода 6,5-11
Свободная двуокись углерода 12,1-18,1
Сухой остаток 236-278
Фосфор 0-0,002
Натрий 23-32
Хлорид 70-85
ХПК 1 200-15 100
БПК5 654-47 672,52
Удельный вес г/см3 1,001
Цветность град. 15-20
В большинстве случаев отбора пробы воды не выходят за рамки необходимых значений.
С начала эксплуатации (январь 2010 года) по июль 2013 года общий объем закачки составил 163,7 тыс. м3на участке ГП-1 (рис. 2).
Захороняемый флюид представляет собой добываемые с углеводородами пластовые воды.
Таблица 6 характеризует закачиваемую в пласт воду в физическом и химическом отношении. Было отобрано 25 проб.
Замечено превышение взвешенных веществ и нефтепродуктов по отношению к ОСТ 39-225-884. Содержание нефтепродуктов выходило за рамки допустимых
4 ОСТ 39-225-88. - С. 6.
значений (50 мг/дм ) только в пробе, отобранной в апреле 2013 года. Взвешенные же вещества в основном не дотягивают до порога норм даже после очистки. По всем остальным показателям в большей своей массе проб значения в пределах нормы, превышения единичны.
Рис. 2. График закачки сточныгх вод на Северо-Уренгойском месторождении за период эксплуатации 2010-2013 гг. на участке ГП-1 (скв. 3-П)
Таблица 6
Физическая и химическая характеристика закачиваемыгх вод на участке ГП-1 (скв. 3-П)
Показатель Единица измерения Значение
Запах балл 5,5
Реакция среды РН 7-8
Мутность ЕМ/дм3 20,72-154
СПАВ 0,045-7,940
Аммоний 2,87-12
Гидрокарбонат 1 293-1 684
Взвешенные вещества 37,6-128
Жесткость 1,1-4,5
Железо общее 1,05-22
Калий 20-80
Кальций мг/дм3 20-49
Магний 3,65-27
Кремний 12,8-21,6
Сульфат 1,12-13
Нитрат < 0,1
Нитрит < 0,02
Растворенный кислород 0,0-6,53
Метанол 7 200-756 720
Нефтепродукты 0,42-62,4
Продолжение табл. 6
Показатель Единица измерения Значение
Агрессивная двуокись углерода мг/дм3 0-176
Свободная двуокись углерода 0-263
Сухой остаток 3 158-5 540
Фосфор 0-0,03
Натрий 1 179-2 030
Хлорид 1 064-2 305
ХПК 16 800-560 000
БПК5 2 800-30 5200
Удельный вес г/см3 1,002-1,003
Цветность град. 10-70
Четыре опыта, проводимые с целью выявления совместимости пластовой и закачиваемой вод, показали, что они в различных концентрациях не образуют нерастворимых солей.
Предполагаемое воздействие закачиваемых промышленных сточных вод на гидрогеологические системы Северо-Уренгойского месторождения. Согласно документам ПАО «Газпром», ежегодно проводятся геофизические исследования скважин с целью отслеживания их технического состояния5.
При значениях пьезопроводности, значения которых составляют 2,6-8,4Т05 м2/сут в целом по месторождению, радиус влияния активной части де-прессионной воронки не должен превышать 50 км [4].
Чтобы оценить масштаб растекания захороняемых стоков в пласте, необходимо выявить конфигурацию зоны распространения. Для этого определяются радиусы распространения вод вверх (г) и вниз (Я) по потоку, а также радиус ширины растекания (ф. Данные параметры находятся по методическим рекомендациям, которые подразумевают нахождение размеров зон санитарной охраны [5] и гидравлического уклона нарушенного потока подземных вод [6]. Результаты на весь период эксплуатации, полученные таким образом, следующие:
• для участка ВЖК-1: г = 130 м, Я = 1 615 м, d = 308 м. Площадь распространения — 800 043 м2;
• для участка ГП-1: г = 410 м, Я = 1 292 м, d = 709 м. Площадь распространения — 836 171 м2.
Таким образом, превышение норм качества промышленных стоков, отраженных в нормативных документах и на которые следует обратить внимание, наблюдается по взвешенным веществам, является устранимым, если проводить дополнительные специальные очистные мероприятия. Это позволяет характеризовать воду как в целом пригодную для закачки в недра.
Пласт-коллектор надежно изолирован от выше- и нижележащих толщ глинистыми отложениями, что препятствует распространению вод в непредусмотренные для этого горизонты.
Лабораторные исследования показали совместимость закачиваемых и пластовых вод, что указывает на то, что фильтрационные свойства пласта-коллектора вследствие кольматации нарушены не будут.
Библиографический список
1. Бешенцев В. А., Семенова Т. В. Подземные воды севера Западной Сибири (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона). - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. - 224 с.
2. Гольдерберг В. М., Скворцов Н. П., Лукьянчикова Л. Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. - М.: Недра, 1994. - 282 с.
3. Бешенцев В. А., Лазутин Н. К. Подземные воды мезозойского гидрогеологического бассейна, приуроченные к месторождениям нефти и газа Пур-Тазовской НГО Ямало-Ненецкого нефтегазоносного региона // Горные ведомости. - 2017. - № 3. - С. 32-41.
5 СТО Газпром 18-2005. - С. 48.
4. Биндеман Н. Е. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. - Л.: Госгеолтехиздат, 1963.
5. Орадовская А. Е., Лапшин Н. Н. Санитарная охрана водозаборов подземных вод. - М.: Недра, 1987. - 167 с.
6. Методические рекомендации по обоснованию выбора поглощающих горизонтов и проектированию закачки сточных вод на газовых предприятиях Западной Сибири. ВРД. - Тюмень: ТюменьНИИгипрогаз, 2001. - 83 с.
Сведения об авторах
Лазутин Николай Константинович, аспирант, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 89129913086, e-mail: kpw@yandex.ru
Бешенцев Владимир Анатольевич, д. г.-м. н., профессор кафедры геологии месторождений нефти и газа, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 89123958903, e-mail: v-a-beshentsev@ya.ru
Бешенцева Ольга Григорьевна, к. г.-м. н., старший гидрогеолог, ООО «Недра-Консалт», г. Тюмень, тел. 89123958904, e-mail: v-a-beshentsev@ya.ru
Information about the authors
Lazutin N. K., Postgraduate, Industrial University of Tyumen, phone: 89129913086, e-mail: kpw@yandex.ru
Beshentsev V. A., Doctor of Geology and Mineralogy, Professor at the Department of Geology of Oil and Gas Fields, Industrial University of Tyumen, phone: 89123958903, e-mail: v-a-beshentsev@ya.ru
Beshentseva O. G., Candidate of Geology and Mineralogy, Senior Hydrogeologist, LLC «Nedra-Consult», Tyumen, phone: 89123958904, e-mail: v-a-beshentsev@ya.ru
УДК 552.5:550.8.05
ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНО-ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА
ПОРОД БАЖЕНОВСКОГО ГОРИЗОНТА В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО НЕФТЕГАЗОНОСНОГО БАССЕЙНА
CHARACTERISTIC OF MINERAL AND MATTER COMPOSITION OF BAZHEN
ROCKS FROM THE CENTRAL PORTION OF THE WEST SIBERIAN BASIN
Е. Е. Оксенойд
E. E. Oksenoyd
Научно-аналитический центр рационального недропользования им. В. И. Шпильмана, г. Тюмень
Ключевые слова: баженовская свита; минерально-вещественный состав;
классы пород; глинистые минералы; Западная Сибирь Key words: Bazhenov formation; mineral and matter composition; rock classes; clay minerals; Western Siberia
Определение минерально-вещественного состава имеет важное практическое значение для подсчета запасов [1] и моделирования технологии извлечения углеводородов из баженовских отложений. Баженовский горизонт (БГ) принимается в объеме верхов нижневолжского (верхняя юра) — низов нижнеберриасского (нижний мел) подъярусов. Прослеживается в южных, центральных и северных районах Западной Сибири на площади около 2 млн км2. На большей части территории своего развития горизонт сложен битуминозными углеродистыми отложениями, представленными и сменяющими друг друга в направлении с запада на восток согласно [2], нижней частью мулымьинской свиты, нижней частью тутлеймской свиты и баженовской свитой (Б С).
В Научно-аналитическом центре рационального недропользования им. В. И. Шпильмана изучение баженовских отложений активно ведется с 2012 года. Проведено много исследований, накоплен значительный объем данных по литологии, геохимии и нефтеносности. В данной работе нами представлены результаты расчета и анализа минерально-вещественного состава пород преимущественно баженовской и тутлеймской свит БГ. Существенной особенностью предлагаемых вниманию материалов является то, что область исследований не ограничена рамками одного месторождения или района, а охватывает почти всю территорию развития высокоуглеродистых пород баженовского горизонта в границах ХМАО — Югры.
Методика определения минерально-вещественного состава баженовских пород. Анализировалась выборка из более 3 000 образцов по 200 скважинам (рис. 1). По территории скважины распределены неравномерно, большая часть
