CC BY
59ЗАХОРОНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД НА ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩАХ ГАЗА
УДК 504:622.691.24
М.В. Ивченко, ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, РФ) Е.А. Мельников, к.г-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
В.Ю. Хвостова, к.х.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ», V_Khvostova0vniigaz.gazprom.ru А.В. Чугунов, к.г-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
В статье на примере подземных хранилищ газа (ПХГ), созданных в пористых пластах, рассмотрены основные требования к создаваемым полигонам захоронения промышленных стоков и типовые технические решения. Требования включают определения геологических и гидрогеологических условий для подземного захоронения промстоков, качественных показателей закачиваемых промстоков и, конечно же, наземное обустройство полигона. ПХГ, как правило, расположены в густонаселенной местности, и потому проблемы промышленной безопасности, защиты окружающей среды выходят на первый план. Размещение в пластах горных пород попутных вод и вод, использованных для собственных производственных и технологических нужд на объектах ПАО «Газпром», осуществляют в соответствии с требованиями нормативных документов, а также на основании лицензии на пользование недрами и утвержденного технического проекта на размещение вод.
Статья направлена на повышение уровня экологической ответственности при проведении операций на полигонах захоронения промстоков и осуществлении своевременного мониторинга и контроля полигона.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПОЛИГОН ЗАХОРОНЕНИЯ СТОКОВ, ЖИДКИЕ ОТХОДЫ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА, МЕТОДЫ ОЧИСТКИ.
Сточные воды (СВ) образуются на ПХГ на всех этапах начиная от поиска геологических структур, пригодных для создания хранилищ, до их последующей эксплуатации при производственной деятельности и хозяйственно-бытовом функционировании предприятий (рис. 1).
B СВ различной минерализации могут содержаться примеси растворенных и нерастворенных жидких (нефтепродукты, метанол, диэтиленгликоль (ДЭГ)), твердых и газообразных веществ.
Маломинерализованные хозяйственно-бытовые и поверхностные (ливневые, дождевые) СВ в
основном загрязнены органическими веществами, твердыми взвешенными частицами почв и грунтов, минеральными веществами. В отличие от хозяйственно-бытовых и поверхностных промышленные СВ (производственные и попутные)характеризуются большим разнообразием
ПОВЕРХНОСТНЫЕ (ЛИВНЕВЫЕ) СТОЧНЫЕ ВОДЫ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАССОЛЫ (ДЛЯ ПХГ В СОЛЯХ)
Рис. 1. СВ на объектах подземного хранения газа
Г?
СЭГАЗОРОМ
СОХРАНЯЯ ПРИРОДУ
1 - емкость привив грязных стоков двухсекционная
2 - насосы подачи грязных стоков НГВ
3 - узел ввода с гидро ц иклонами Щ
4 - декантатор нижных сливовДНС
5 - декантатор верхних сливов ДВС
6 - компрессор
7 - блок флотации БФЛ
8 - блок фильтр-патронов БФП
9 - емкость очищенной аоды ЕОВ
10 - насосы откачки очищенной воды НОВ
11 - емкость воды
12 - декантатор н/пр*
13 - емкость накопления подсушки осадка
14 - площадка обслуживания
15 - установка отжима фильтров
1.4, 1.6, 2.3, 2.5, 2 - спускники обводненного остатка 1.3,1.5,2.4, 2.6 - отвод нефтепродуктов
ИВ - исходная сточная вода ОВ - очищеннея вода нп - насос подлиточный ЕГВ - емкость грязной воды ДН - декантор нефти 00 - обводненный осадок Н - нефтепродукты ПК- пож.кран с рукавом
§- датчики уровней воды
- манометр, ЭКМ ' - кран, вентиль
- обратный клапан К - кран воздушный
©ЭМИ
Рис. 2. Пример технологической схемы очистных сооружений ПХГ
химического состава с минерализацией от 1 до 200 г/дм3 и выше и содержат токсичные природные и привнесенные компоненты. Повышенной минерализацией характеризуются и строительные рассолы, образующиеся в результате размыва каверн при строительстве ПХГ в каменной соли (80-320 г/дм3 в зависимости от периода создания емкости).
Поскольку образование СВ на объектах ПХГ достигает больших объемов, возникает вопрос экологической безопасности объекта и территории, прилегающей к объекту ПХГ Соответственно, СВ должны проходить предварительную очистку. Так, хозяйственно-бытовые СВ чаще всего проходят очистку на биологических, а поверхностные - на механических очистных сооружениях. Промстоки проходят поэтапный цикл очистки от загрязняющих веществ
с использованием различных методов очистки. Значительная часть промстоков не подвергается очистке до такой степени, чтобы их можно было сбрасывать в поверхностные водоемы и на рельеф, однако строительные рассолы путем предварительного разбавления сбрасывают в поверхностные водоемы.
Наиболее эффективным способом, обеспечивающим экологическую безопасность и предотвращение загрязнения земной поверхности, открытых водоемов и пресных подземных вод СВ, является метод захоронения (закачки) СВ в недра - в глубокие поглощающие горизонты. Необходимые для этого специализированные полигоны захоронения промышленных стоков включают комплекс наземных и подземных сооружений по закачке СВ в поглощающий
горизонт, обеспечивающий их безопасное хранение в течение длительного времени. Использование недр для захоронения стоков регламентируется Федеральными законами РФ «О недрах» и «Об охране окружающей среды», Водным кодексом РФ, а также постановлениями Правительства РФ, нормативными документами Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Госкомэкологии, Госгортехнадзора и стандартами ПАО «Газпром» [1-15].
На объектах ПХГ хозяйственно-бытовые и поверхностные СВ не подлежат подземному захоронению, но в отдельных случаях могут быть захоронены совместно с промстоками при условии строгого соблюдения всего комплекса нормативных требований, регулирующих закачку промстоков в подземные горизонты. Помимо подземного захоронения
СВ могут быть задействованы в оборотных системах технического водоснабжения, но после соответствующей и тщательной очистки. Для поддержания пластового давления промстоки не используются на ПХГ, в отличие от нефтяных месторождений.
Основные требования при подземном захоронении СВ предъявляются:
• к геологическим и гидрогеологическим условиям подземного захоронения СВ;
• к качественным показателям закачиваемых СВ;
• к сооружению системы для захоронения СВ.
На рис. 2 приведен пример принципиальной технологической схемы очистных сооружений СВ ПХГ
На каждом объекте ПХГ очистные сооружения будут различаться числом накопительных емкостей, поглотительных скважин, типом установок для сбора и очистки промстоков. При этом необходимый минимум оборудования и объектов должен включать:
• производственную канализацию;
• установки сбора и подготовки СВ к захоронению;
• резервуары для сбора и накопления СВ;
• насосные установки;
• инженерные коммуникации;
• поглотительные скважины;
• наблюдательные и контрольные скважины;
• поглощающий пласт-коллектор.
Промстоки, подлежащие закачке в поглощающий горизонт, должны удовлетворять основному требованию: не снижать приемистость нагнетательных скважин, обеспечивая стабильную закачку промстоков в поглощающий горизонт в течение длительного времени при оптимальных давлениях нагнетания. Поэтому до осуществления закачки в поглощающий горизонт необходимо провести целый комплекс подготовки (очистки) СВ для соответствия основным требованиям к качественным показателям закачиваемых СВ.
Степень очистки закачиваемой жидкости определяется коллек-торскими свойствами поглощающего горизонта. Выбор метода подготовки промстоков начинают
с проведения опытных работ по физико-химической совместимости жидкостей каждого источника промстоков между собой, с пресной водой, с пластовой водой и породами поглощающего горизонта при различных термобарических условиях.
На рис. 3 представлены основные типы загрязняющих веществ, присутствующие в промстоках на объектах ПХГ Методы очистки могут применяться как по отдельности, так и в комплексе. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
Основные вещества, допустимые концентрации которых не должны быть превышены, подлежащие контролю в составе промстоков, - диэтиленгликоль, метанол, нефтепродукты, взвешенные вещества, оксиды железа, растворенный кислород.
На очистных сооружениях используют методы очистки: термический, механический, химический, биологический.
Строгое соблюдение требований к подготовке промстоков для
Водорастворимые соли
калия
-
натрия
-
кальция
-
магния
-
хлориды
гидрокарбонаты
сульфаты
Загрязняющие вещества
Микроэлементы
Природный газ
продукты сжигания УВ
медь
марганец
стронций
диоксид углерода
диоксид азота
алюминий
Техногенные жидкости
буровые растворы
промстоки
Продукты биохимических процессов
сероводород
нефтепродукты
диэтиленгликоль
метиламины
фенолы
Рис. 3. Типы загрязняющих веществ
СОХРАНЯЯ ПРИРОДУ
закачки в пласт позволит снизить затраты на проведение работ по восстановлению приемистости нагнетательных скважин (увеличить межремонтный период).
Несмотря на то что подземное захоронение СВ является природоохранным мероприятием, при несоблюдении норм проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения СВ оно может нанести ущерб окружающей среде и недрам. Поэтому для осуществления охраны недр и окружающей среды при подземном захоронении СВ необходимо проведение комплекса мероприятий, направленных на предотвращение разливов и утечек промстоков, приводящих к поверхностному загрязнению почвогрунтов, открытых водоемов и подземных вод верхних водоносных горизонтов, а также вертикальных перетоков СВ вод внутри скважины и за обсадными колоннами, что может инициировать попадание СВ или вытесненных ими пластовых вод в верхние водоносные горизонты. Необходимой мерой охраны окружающей среды является и организация зон санитарной охраны вокруг сооружений по подземному захоронению СВ [16-17].
Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации полигона захоронения СВ одним из важных мероприятий является создание оптимальной системы контроля и оперативного устранения негативных проявлений на ранней стадии их возникновения, что позволит исключить загрязнение окружающей среды СВ. Контроль должен осуществляться еще до начала закачки, а также во время строительства нагнетательных и наблюдательных скважин либо переоборудования для этой цели разведочных скважин.
После освоения, исследований и испытаний (в том числе откачкой пластовой воды и опытным нагнетанием технической воды) возможен довольно длительный перерыв до начала закачки вод.
В этот период не реже одного раза в год в скважинах производятся:
• замеры уровня подземной воды и забоя;
• отбор и химический анализ проб воды по стволу;
• замер пластового давления глубинным манометром и пластовой температуры в интервале фильтра или открытого забоя.
Целью этих наблюдений является получение фоновых гидрогеологических характеристик до начала закачки СВ.
С началом закачки СВ задачей контроля становится проверка соответствия фактических технологических параметров эксплуатации и технического состояния наземных сооружений, скважин, гидродинамического и гидрохимического режимов подземного хранилища СВ принятым проектным показателям.
Ежесуточно необходимо фиксировать:
• объемы закачиваемых СВ в каждую скважину и в целом по полигону;
• время закачки;
• давление на насосах и на устье нагнетательных скважин (на головке НКТ, между НКТ и эксплуатационной колонной, в межтрубных пространствах обсадных колонн).
Систематически (частота оговаривается регламентом)после установок по подготовке определяются физические свойства и химический состав СВ, подле-
жащих закачке, для определения соответствия качества их состава принятому в проекте и регламенте. Периодически выполняются те же определения в пробах СВ перед установкой подготовки, что необходимо для оценки технологической эффективности ее работы. Примерный перечень видов и периодичность контроля за режимом поглощающего, буферного горизонтов и верхнего водоносного горизонта приведены в таблице.
Необходим также регулярный визуальный осмотр всех коммуникаций по сбору и транспортировке СВ для выявления возможных утечек в целях их скорейшего устранения. Во время проведения ремонтных работ в скважинах (в том числе по восстановлению приемистости, переводу закачки на вышележащий поглощающий горизонт, замене НКТ и др.) частота контрольных замеров увеличивается, расширяется комплекс промыслово-геофизических исследований, могут выполняться различные специализированные исследования (гидропрослушивание, запуск и прослеживание индикаторов и др.).
Регулярно, с периодичностью от 1 года до 3-5 лет (в зависимости от сроков действия разрешений на закачку вод), должен выполняться анализ эксплуатации полигона захоронения СВ за прошедший период, который проводится организацией, осуществляющей авторский контроль за этим процессом. По результатам анализа эксплуатации систем полигона захоронения сточных вод (ПЗС) контролирующими органами принимаются решения о продлении сроков захоронения вод.
Непременным условием эффективности контроля за эксплуатацией полигона являются полнота (глубина) и периодичность исследований. Периодичность исследований предопределена самой спецификой разработки ПХГ (цикличность), однако качественный и количественный
Перечень видов контроля за режимом определяющих горизонтов при закачке СВ
Объект контроля Средства контроля Способы контроля Частота контроля
Рабочий поглощающий горизонт Действующие нагнетательные скважины Учет расхода закачиваемых СВ Ежесуточно
Замер манометрами давления нагнетания на устье скважин и давления в межтрубном пространстве
Определение интервалов поглощения СВ и герметичности НКТ промыслово-геофизическими методами 1 раз в год
Глубокие наблюдательные, пьезометрические, простаивающие нагнетательные скважины Замер уровня воды или избыточного устьевого давления Не реже 1 раза в год
Отбор и химический анализ проб воды по стволу до забоя с замером его
Замер пластового давления глубинным манометром и пластовой температуры
Комплекс промыслово-геофизических исследований для определения движения флюидов в зоне скважины 1 раз в год
Буферный горизонт Глубокие наблюдательные скважины Замер уровня или избыточного устьевого давления Не реже 1 раза в год
Отбор и химический анализ проб воды по стволу до забоя с замером его
Замер пластового давления глубинным манометром и пластовой температуры
Комплекс промыслово-геофизических исследований для определения движения флюидов в зоне скважины 1 раз в год
Верхний водоносный горизонт с питьевой водой Мелкие гидронаблюдательные и водозаборные скважины Замер статического уровня воды и забоя Не реже 1 раза в квартал
Отбор и химический анализ воды
объем этих работ в значительной мере корректируется опытным путем в зависимости от особенностей, скорости и значимости изменения тех или иных параметров во времени, определяемых с помощью набора статистики.
Определенные отклонения от системности и периодичности исследований могут быть вызваны чрезвычайными ситуациями, например аварийностью и т. п. Каждые 5 лет следует проводить проверки результативности принятой системы контроля за состоянием окружающей и гидрогеологической среды и ее фактического состояния, а также вносить коррективы в практические мероприятия, что,
в свою очередь, определяет необходимость реализации единой политики в выработке эффективных технических решений и системы мониторинга, проведения постоянного научно-технического сопровождения полигонов захоронения промстоков на объектах ПХГ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Законодательная и нормативная база России позволяет проводить подземное захоронение СВ в поглощающих горизонтах и обеспечивать экологическую безопасность на каждом объекте ПХГ. Однако анализ полигонов захоронения промстоков позволил выявить ряд проблем
в проведении мониторинга и контроля за состоянием поглощающего горизонта и режимом при закачке промстоков. Исходя из вышеизложенного можно констатировать, что разработка целевой программы мониторинга и контроля за полигонами захоронения промстоков позволит осуществлять оперативный контроль за проявлением негативных процессов и своевременно устранять их последствия, а также повышать уровень ответственности за проведение технологических операций на полигонах и качество выполняемых работ в соответствии с требованиями нормативных документов. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон от 21 февраля 1992 г. № 2395-1 «О недрах» (в ред. от 13.07.2015) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/10104313/ (дата обращения: 23.05.2017).
2. Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (в ред. от 29.12.2015) [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docviewer.yandex.ru/view/0/?*=sAT8Yzq92Xy0R6kOrG%2BR92y%2BE0l7InVybCI6Imh0dHA6Ly93d3cub3JmaS5ydS9maWxlcy9kb 2MvdWNoY2VudGVyL2Z6MTAwMTIwMDJuNy5wZGYiLCJ0aXRsZSI6ImZ6MTAwMTIwMDJuNy5wZGYiLCJ1aWQiOiIwIiwieXUiOiI2NjQ0MzU3OTAxN DY4Mzg3OTY5Iiwibm9pZnJhbWUiOnRydWUsInRzIjoxNDk1NTI5OTAyNzU1fQ%3D%3D&lang=ru (дата обращения: 23.05.2017).
Е
СОХРАНЯЯ ПРИРОДУ
3. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ (в ред. от 28.11.2015) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_60683 (дата обращения: 23.05.2017).
4. Постановление Правительства РФ от 14 декабря 2006 г. № 764 «Об утверждении Правил расчета и взимания платы за пользование водными объектами, находящимися в федеральной собственности» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/12151020/ (дата обращения: 23.05.2017).
5. Постановление Правительства РФ от 30 декабря 2006 г. № 876 «О ставках платы за пользование водными объектами, находящимися в федеральной собственности» (ред. от 26.12.2014) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/12151373
(дата обращения: 24.05.2017).
6. Инструкция Госналогслужбы РФ от 12 августа 1998 г. № 46 «О порядке исчисления и внесения в бюджет платы за пользование водными объектами» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901716855 (дата обращения: 23.05.2017).
7. Положение о порядке лицензирования пользования недрами (утв. Постановлением ВС РФ от 15 июля 1992 г. № 3314-1, ред. от 28.12.2013) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://legalacts.ru/doc/postanovlenie-vs-rf-ot-15071992-n-3314-1 (дата обращения: 23.05.2017).
8. НПАОН 14.0-4.01-84 Положение об охране подземных вод (утв. Министерством геологии СССР 15.08.1984) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://online.budstandart.com/ru/catalog/doc-page?id_doc=58514 (дата обращения: 23.05.2017).
9. ПБ 07-601-03 «Правила охраны недр» (Приказ Ростехнадзора от 6 июня 2003 г. № 71, в ред. от 30.06.2009) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/2159541 (дата обращения: 23.05.2017).
10. СТО Газпром 159-2016. Гидрогеоэкологический контроль на пунктах размещения попутных вод и вод, использованных для собственных производственных и технологических нужд.
11. СТО Газпром 6-2005. Методическое руководство по определению компонентного состава природных и сточных вод на объектах газовой промышленности.
12. СТО Газпром 2-1.19-182-2007. Руководство по составлению проектов утилизации промышленных сточных вод при эксплуатации ПХГ в пористых пластах.
13. СТО Газпром 2-1.19-225-2008. Руководство по захоронению промстоков, образующихся при эксплуатации ПХГ.
14. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 27 октября 2010 г. № 464 «Требования к структуре и оформлению проектной документации на строительство и эксплуатацию подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://legalacts.ru/doc/prikaz-minprirody-rf-ot-27102010-n-464 (дата обращения: 20.02.2017).
15. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 11 декабря 2013 г. № 586 «Требования к составу и правилам оформления представляемых на государственную экспертизу материалов по геологической информации об участках недр, намечаемых для строительства и эксплуатации подземных сооружений для хранения нефти и газа, захоронения радиоактивных, токсичных и иных опасных отходов, сброса сточных вод и иных нужд, не связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/499066452 (дата обращения: 23.05.2017).
16. Цхадая Н.Д., Голубев Ю.Д., Бердник А.Г. Инженерная экология нефтегазового комплекса: Учеб. пособие. В 2-х ч. Ухта: УГТУ, 2013. Ч. 2. 100 с.
17. Федяева О.А. Промышленная экология. Омск: ОмГТУ, 2007. 145 с.
ПОЛЕВОЕ
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Промышленность
Анализ рудничного газа Анализ природного газа Экология
Определение ароматических и алифатических углеводородов
Определение общего содержания углеводородов
Обучение и исследования
Образовательная практика по газовой хроматографии
Геохимическое исследование легких углеводородов в почве
Определение легких газов в полевых условиях (Н2,02, N2,00,002, углеводороды 01-С6)
■ Экономичный инструмент, в котором использованы решения классической ГХ, аналогичные решениям для лабораторного хроматографа
■ Стабильная конструкция обеспечивает надежную работу и простое обслуживание
■ Легкий доступ к клапанам, детекторам и колонкам
1 Электроника защищена от конденсации влаги
1 Имеется два исполнения: настольный вариант и вариант с размещением в раме (полевое применение)
1 Конфигурация в раме имеет Wi-Fi интерфейс для беспроводного управления ГХ
1 ГотовностькработевтечениеЗОминуг
ЗАО СКВ «Хроматэк» Тел.: +7 (8362) 68-59-68 +7 (8362) 68-59-69 E-mail: sales@chromatec.ru www.chromatec.ru
