CC BY
6
УДК 631.41
DOI: 10.24412/1728-323X-2022-1-129-133
ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВЫ ТЕРРИТОРИЙ ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК БИРСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Г. Г. Козлова, к. х. н., доцент, [email protected], С. А. Онина, к. х. н., доцент, [email protected], Бирский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Башкирский государственный университет»,
Л. В. Соломинова, магистрант, [email protected], Бирский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Башкирский государственный университет»
Аннотация. В настоящей статье приведены результаты исследования аналитических показателей проб почв с территорий штанговых скважинных насосных установок Бирского района Республики Башкортостан. Эксперимент направлен на определение степени антропогенного воздействия на эксплуатируемые почвы. Для сравнения, были изучены пробы почвы прилежащих территорий, не подверженных данному воздействию. В работе приведены результаты сравнения показателей основных загрязнителей почв с их ПДК и ОДК с учетом фонового содержания, характерного для данной территории.
Результаты исследований свидетельствуют, что все показатели находятся в пределах значений ПДК и ОДК, однако результаты проб с территорий штанговых скважин-ных насосных установок отличаются от фоновых показателей, что говорит об отрицательном воздействии станков-нефтекачалок на грунт.
Полученные результаты могут быть использованы при прогнозировании ореолов рассеяния нефтяного загрязнения на участках добычи ископаемого.
Abstract. The article presents the results of the study of the analytical indicators of soil samples from the territories of sucker-rod pumping units in the Birsk District of the Republic of Bashkortostan. The study is aimed at determining the degree of anthropogenic impact on the exploited soils. For comparison, the soil samples were studied from adjacent territories which were not affected by it. The paper presents the results of comparison of indicators of the main soil pollutants with their maximum allowable concentration (MAC) and approximate allowable concentration (AAC), taking into account the background content which is characteristic of the given territory.
The results of the research show that all the indicators are within the limits of MAC and AAC, however, the results of the samples from the territories of sucker-rod pumping units differ from the background indicators, which shows a negative impact of oil pumps on the soil.
The obtained results can be used to predict the halo dispersion of oil pollution in mining sites.
Ключевые слова: экология, почва, загрязнение, окружающая среда, загрязнитель, нефть, химический анализ, предельно допустимая концентрация, тяжелые металлы, пестициды, штанговые скважинные насосные установки.
Keywords: ecology, soil, pollution, environment, pollutant, oil, chemical analysis, maximum allowable concentration, heavy metals, pesticides, sucker-rod pumping units.
Введение. Нефть — один из важнейших полезных ископаемых. Добыча ее является необходимой частью жизни человечества. Однако нельзя отрицать ее негативного влияния на окружающую среду, которое начинается с добычи нефти и заканчивается использованием нефтепродуктов, в связи с чем исследование в данной области является актуальным.
Способы добычи нефти делятся на два типа: фонтанный и механизированный. Механизированный тип добычи делится на газлифтный и насосный методы. Последний базируется на использовании высокомощных глубинных насосов: штанговых, электроцентробежных, погружных [1].
Около 66 % введенных в эксплуатацию скважин стран СНГ (примерно 16,3 % всего объема добычи нефти) эксплуатируются штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). Объем работы скважин варьирует от нескольких десятков кг/сут до нескольких тонн. Скважины, эксплуатируемые ШСНУ, разбуриваются кустами, т. е. месторождения включают в себя добывающие, нагнетательные и водозаборные скважины.
Ряд преимуществ данного способа вывели метод ШСНУ на ведущее место в нефтедобывающей отрасли. В России использование ШСНУ в большей степени происходит из-за возможности их эксплуатации в осложненных горно-геологических условиях, также большую роль играет простота обслуживания и надежность скважинных насосов [1]. В Республике Башкортостан ШСНУ также занимают ведущее место при добыче нефти. Исследуя территорию республики, можно встретить устанавливаемые качалки нефти, введенные в эксплуатацию и уже выведенные из работы. Активно используются ШСНУ в Бирском районе Республики Башкортостан.
Содержание нефти и нефтепродуктов в почве на территории ШСНУ является экологически важным показателем, поскольку станки-нефтекачалки зачастую располагаются вблизи посевных площадей, а после вывода их из эксплуатации загрязненная территория также может ис-
Рис. 1. Расположение объектов исследования: А — Объект № 1, Б — Объект № 2; В — Объект № 3, Г — Объект № 4 (источник [14])
пользоваться для посева культурных растений. Загрязнение почвы нефтепродуктами влияет на их основные физико-химические показатели. Поэтому в работе анализировали некоторые аналитические показатели проб почвы.
Материалы и методы исследования
Объектами изучения являются территории ШСНУ близ трассы Бирск — Уфа. Эксплуатируются ООО «Башнефть — добыча»:
№ 1 — опытные пробы почвы территории ШСНУ Романовского поселения Бирского района Республики Башкортостан (рис. 1, А);
№ 2 — контрольные пробы почвы с прилежащей к ШНСУ территории (рис. 1, Б);
№ 3 — опытные пробы почвы территории ШСНУ Бурновского сельсовета Бирского района Республики Башкортостан (рис. 1, В);
№ 4 — контрольные пробы почвы с прилежащей к ШНСУ территории (рис. 1, Г).
В работе приведены результаты исследования аналитических показателей проб почвы ШНСУ Бирского района Республики Башкортостан. Также анализировались почвы контрольных участков, прилежащих к исследуемым объектам (посевные поля, расположенные на расстоянии 1000 м от станков-нефтекачалок).
Пробоотбор почвы производили в соответствии с ГОСТ Р 58595—2019. Почвы. Отбор проб [2].
Определение массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почвы гравиметрическим
методом проводили в соответствии с ПНД Ф 16.1.41—04 [3]
Приготовление водной и солевой вытяжки проб почв, а также рН растворов проводили согласно ГОСТ 26423—85 [4].
Определение обменного аммония, нитратов, нитритов в исследуемых образцах почвы проводили фотометрическим методом по ГОСТ 26489—85 [5] и ГОСТ 26488—85 [6] с последующим расчетом по методике; хлоридов электрохимическим методом по ГОСТ 26425—85 (ограничение по сроку использования госта снято в 1996 г.) [7].
Измерение количества органического вещества (гумуса) в пробах почв осуществляли по ГОСТ 26213—91 [8], влажности по ГОСТ 28268— 89 [9], кислотности по ГОСТ Р 58594—2019 [10].
Определение тяжелых металлов и мышьяка в пробах почв проводили атомно-абсорбционным методом по М-МВИ-80—2008 [11].
Результаты и их обсуждение
Количественное содержание нефтепродуктов в пробах почв представлено в таблице 1. Значе-
Таблица 1
Содержание нефтепродуктов в пробах почвы
Объект исследования №1 №2 №3 №4
Содержание нефте- 2,14 0,096 1,69 0,084
продуктов, г/кг
Таблица 2 pH водной и солевой вытяжек почв
Объект исследования № 1 № 2 № 3 № 4
рН водной вытяжки, единицы рН 8,33 6,99 8,19 6,34
рН солевой вытяжки, единицы рН 7,96 6,70 7,78 6,27
ния рН водной и солевой вытяжек проб почв приведены в таблице 2.
Результаты эксперимента показали, что исследуемые пробы почв содержат следовые количества нефти и нефтепродуктов. В настоящее время норма содержания нефти и нефтепродуктов в почве не установлена. Концентрации нефти и нефтепродуктов в пробах почв территории ШНЦУ в несколько раз превышают значение фоновых измерений.
Результаты измерения водородного показателя водной и солевой вытяжек свидетельствуют о том, что значения рН проб почв, взятых с территорий ШНСУ выше, чем рН проб почвы контрольных территорий и несколько превышают значения ПДК (5—8). Вероятно, это связано с тем, что в результате загрязнения почвы нефтью, нефте-содержащими отходами и буровыми растворами, происходит подщелачивание почвенных раство-
ров, и рН водной суспензии в верхних г оризонтах поднимается примерно на две единицы.
В таблице 3 представлены результаты исследования проб почвы на содержание гумуса и общих показателей.
Результаты исследования проб почвы на содержание гумуса показали, что количество углерода в пробах с площадок станков-нефтекачалок почти в три раза больше, чем в пробах, не подверженных данному воздействию. Это свидетельствует о внесении техногенного углерода в почву, который затем сорбируется и вызывает увеличение его общего содержания.
Численное значение влажности проб почвы территории станков-нефтекачалок примерно в два раза ниже результатов влажности фоновых измерений. Почвы, загрязненные нефтью, теряют способность впитывать и удерживать влагу, гидрофобные частицы нефтепродуктов изменяют физические свойства почвы [12].
Значения обменной кислотности проб почвы с территорий ШНСУ находятся в пределах величин 1,87—1,93 ммоль, а почвы с прилегающих к ним территорий имеют значения 5,96—6,08 ммоль.
Из представленных данных таблицы видно, что концентрации нитратного и нитритного азота в пробах почв с территорий станков-нефтекача-лок выше, чем в пробах почв прилегающих территорий. Численные значения нитратного азота находятся в пределах ПДК.
Таблица 3
Содержание органического вещества и значения общих показателей проб почв
Наименование вещества Объект № 1 Объект № 2 Объект № 3 Объект № 4 Величина ПДК (мг/кг) с учетом фона
Гумус, % 10,782 3,401 9,962 2,660 Не установлена
Влажность, % 7,94 17,21 9,38 15,4 Не установлена
Кислотность обменная, ммоль 1,87 5,94 1,93 6,08 Не установлена
Нитраты (по МО- ) (мг/кг) 14,36 5,72 12,99 5,13 Не установлена
Нитриты (по МО- ) (мг/кг) 3,25 1,57 2,84 1,37 Не установлена
Азот аммонийный (мг/кг) 1,95 2,39 1,04 2,69 Не установлена
Хлориды (мг/кг) 143,82 87,89 119,86 102,87 560
Таблица 4
Содержание в почвах тяжелых металлов и мышьяка, мг/кг
Объект Элемент
Cu Ni Mn Zn Pb Hg As
№ 1 5,1 14,8 110,4 16,8 8,4 <0,05 <0,05
№ 2 4,4 11,5 79,2 10,9 4,7 <0,05 <0,05
№3 6,0 17,3 118,5 19,2 7,6 <0,05 <0,05
№4 4,7 15,0 84,6 10,0 5,1 <0,05 <0,05
Величина ОДК с учетом фона 33 20 1500 55 32 2,1 2,0
Аммонийный азот имеет наибольшее значение в питании растений. Он является показателем интенсивности биологических процессов в почве. Результаты эксперимента показали, что количество аммонийного азота в пробах почв на территории ШНСУ ниже, чем в пробах почв близлежащих территорий.
Повышенное содержание хлорид-ионов в исследуемых образцах свидетельствует о засолении почв данных участков.
Результаты измерений содержания тяжелых металлов и мышьяка в исследуемых пробах почв показаны в таблицы 4. Данные приведены в сравнении с ПДК элементов в почве с учетом фона (кларка) по ГН 2041—06 [13].
Из таблицы видно, что все полученные результаты находятся в пределах значений ОДК. Однако концентрации тяжелых металлов в пробах почвы с территорий ШНСУ выше по сравнению с контрольными пробами. Загрязнение почв и грунтов площадок ШНСУ тяжелыми металлами может быть обусловлено их высоким содержанием в нефти, нефтешламе и буровых отходах и их выбросами в атмосферу при сжигании нефти и нефтепродуктов и работе транспорта.
Заключение
В работе исследованы основные аналитические показатели почвы с площадок ЩНСУ и контрольных территорий Бирского района Республики Башкортостан.
Показано, что почвы территорий ШНСУ имеют выраженный слабощелочной характер, что свидетельствует о техногенной нагрузке и способствует депонированию загрязнителей в верхнем почвенном слое.
Повышенные концентрации нефтепродуктов выявлены в пробах почв объектов № 1 и № 3, находящихся в эксплуатации длительное время.
Содержание органического вещества и значения общих показателей проб почв находятся в пределах значений ПДК.
Значения концентраций тяжелых металлов и мышьяка в пробах почвы с территорий ШНСУ выше по сравнению с контрольными пробами, но находятся в пределах значений ОДК и ПДК.
Полученные результаты могут быть использованы при исследовании и прогнозировании ореолов рассеяния нефтяного загрязнения на участках добычи ископаемого.
Библиографический список
1. Минхванов И. Ф. Разработка нефтяных и газовых месторождений: учебное пособие для вузов / И. Ф. Минхванов, С. А. Долгих, М. А. Варфоломеев; Казанский федеральный университет. — Казань, 2019. — 96 с.
2. ГОСТ Р 58595—2019 Почвы. Отбор проб. Дата введения 2020-01-01 № 58595-2019. Официальное издание. — М.: Стандартинформ, 2019. — 8 с.
3. ПНД Ф 16.1.41—04 «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах почв гравиметрическим методом». — М.: Изд. стандартов, 2004. — 8 с.
4. ГОСТ 26483—85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО. М.: Издательство стандартов, 1985. — 6 с.
5. ГОСТ 26488—85. Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО. — М.: Издательство стандартов, 1985. — 6 с.
6. ГОСТ 26489—85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО. — М.: Издательство стандартов, 1985. — 6 с.
7. ГОСТ 26425—85. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке. — М.: Издательство стандартов, 1985. — 8 с.
8. ГОСТ 26213—91. Методы определения органического вещества. Дата введения 1993-07-01. — М.: Издательство стандартов, 1992. — 8 с.
9. ГОСТ 28268—89. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений. Переиздание: декабрь 2005 г. — М.: Стандартинформ, 2006. — 8 с.
10. ГОСТ Р 58594—2019. Метод определения обменной кислотности. — М.: Стандартинформ, 2019. — 9 с.
11. М-МВИ-80—2008. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях м етодами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии. — Санкт-Петербург, 2008. — 36 с.
12. Дмитренко В. П. Экологический мониторинг техносферы: учебное пособие / В. П. Дмитренко, Е. В. Сотникова, А. В. Черняев. — Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2014. — 368 с.
13. ГН 2.1.7.2041—06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти. — 2006. — № 10. — Федеральный ц ентр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. — 10 с.
14. Maps-Online.ru — спутниковые карты России. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://maps-online.ru (дата обращения 19.01.2022).
STUDY OF ANALYTICAL INDICATORS OF SOIL OF THE TERRITORIES OF SUCKER-ROD PUMPING UNITS IN THE BIRSK DISTRICT OF THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN
G. G. Kozlova, Ph. D. (Chemistru), Associate Professor, [email protected], S. A. Onina, Ph. D. (Chemistru), Associate Professor, [email protected],
L. V. Solominova, Undergraduate Student, Birsk Branch of the Federal State Budgetary Institution of Higher Education "Bashkir State University", [email protected]
References
1. Minkhvanov I. F., Dolgikh S. A., Varfolomeyev M. A. Razrabotka neftyanykh i gazovykh mestorozhdeniy: uchebnoye poso-biye dlya vuzov. [Development of oil and gas fields: a textbook for universities]. Kazan, Kazan Federal University. 2019. P. 96 [in Russian].
2. GOST R 58595—2019 Pochvy. Otbor prob. [Soils. Sampling] Data vvedeniya 2020-01-01 № 58595—2019. Ofitsialnoye izdaniye. Moscow, Standartinform. 2019. P. 8 [in Russian].
3. PND F 16.1.41—04 "Metodika vypolneniya izmereniy massovoy kontsentratsii nefteproduktov v probakh pochv gravimet-richeskim metodom" [Method of measuring the mass concentration of petroleum products in soil samples by gravimetric method].
4. GOST 26483—85. Pochvy. Prigotovleniye solevoy vytyazhki i opredeleniye eye pH po metodu TslNAO [Soils. Preparation of salt extract and determination of its pH by the TSINAO method.] Moscow, Publishing House of Standards, 1985. P. 6 [in Russian].
5. GOST 26488—85. Pochvy. Opredeleniye nitratov po metodu TslNAO. [Soil. Determination of nitrates by the CINAO method]. Moscow, Publishing House of Standards, 1985. P. 6 [in Russian].
6. GOST 26489—85. Pochvy. Opredeleniye obmennogo ammoniya po metodu TslNAO. [Soil. Determination of exchangeable ammonium by the CINAO method]. Moscow, Publishing House of Standards, 1985. P. 6 [in Russian].
7. GOST 26425—85. Metody opredeleniya iona khlorida v vodnoy vytyazhke. [Methods for the determination of chloride ion in an aqueous extract]. Moscow, Publishing House of Standards, 1985. P. 8 [in Russian].
8. GOST 26213—91. Metody opredeleniya organicheskogo veshchestva. [Methods for the determination of organic matter]. Data vvedeniya 1993-07-01. Moscow, Izdatelstvo standartov. 1992. P. 8 [in Russian].
9. GOST 28268—89. Metody opredeleniya vlazhnosti. maksimalnoy gigroskopicheskoy vlazhnosti i vlazhnosti ustoychivogo za-vyadaniya rasteniy. [Methods for determining humidity, maximum hygroscopic humidity and humidity of stable wilting of plants.]. Pereizdaniye: dekabr 2005 g. Moscow, Standartinform. 2006. P. 8 [in Russian].
10. GOST R 58594—2019. Metod opredeleniya obmennoy kislotnosti. [Method for determining the exchange acidity.] Moscow, Standartinform. 2019. P. 9 [in Russian].
11. M-MVI-80—2008. Metodika vypolneniya izmereniy massovoy doli elementov v probakh pochv. gruntov i donnykh otloz-heniyakh metodami atomno-emissionnoy i atomno-absorbtsionnoy spektrometrii. [Methods of measuring the mass fraction of elements in soil samples, soils and bottom sediments by atomic emission and atomic absorption spectrometry.]. Saint Petersburg, Monitoring, 2008. P. 36 [in Russian].
12. Dmitrenko V. P., Sotnikova E. V., Chernyayev A. V. Ekologicheskiy monitoring tekhnosfery: uchebnoye posobiye. [Environmental monitoring of the technosphere: manual]. Saint Petersburg, Publishing house "Lan", 2014. P. 368 [in Russian].
13. GN 2.1.7.2041—06. Predelno dopustimyye kontsentratsii (PDK) khimicheskikh veshchestv v pochve. [Maximum permissible concentrations (MPC) of chemicals in the soil]. Moscow, Federal Center of Hygiene and Epidemiology of Rospotrebnadzor, 2006. P. 10 [in Russian].
14. Maps-Online.ru — satellite maps of Russia. Electronic resource. Access mode: https://maps-online.ru (accessed 19.01.2022).
