CC BY
24Геология, поиски и разведка месторождений нефти и газа
УДК 556.38:556.013(571.1)
ЗАХОРОНЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД НА НЕФТЕПРОМЫСЛАХ СЕВЕРА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НА ПРИМЕРЕ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО РЕГИОНА)
DISPOSAL OF WASTE WATERS IN THE OILFIELDS OF THE WEST SIBERIA NORTH (ON THE EXAMPLE OF THE YAMAL-NENETS OIL AND GAS PRODUCING REGION)
В. А. Беженцев, Т. В. Семенова, Е. И. Павлова
V. A. Bechensev, T. V. Semenova, E. I. Pavlova
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
Ключевые слова: утилизация сточных вод, водные объекты, подтоварные воды, загрязнение питьевых вод, совместимость вод, экологическая безопасность Key words: waste water disposal, water bodies, produced water, pollution of drinking water, water compatibility, environmental safety
Проблема обезвреживания (утилизации) сточных вод нефтегазодобывающих предприятий крайне актуальна, так как ряд стоков, в частности «подтоварные» воды, образующиеся после сепарации водонефтяной эмульсии, обладают высокой токсичностью и повышенной минерализацией (15-20 г/дм3). Они не могут быть очищены до состояния, делающего их безопасными для сброса в речную сеть [1]. В условиях севера такая проблема нередко представляется совсем не разрешимой. Ставка на традиционные очистные сооружения далеко не всегда оправдывает себя. Объясняется это сложностью эксплуатации этих сооружений в суровых климатических условиях, их невысокой эффективностью, необходимостью отчуждения больших площадей дефицитных земель для их строительства, длительностью строительного процесса и высокой, нередко неадекватной, их стоимостью в сравнении с объектами, стоки которых необходимо обезвредить.
Кроме того, традиционные очистные сооружения, как правило, загрязняют воздушный бассейн и грунтовые питьевые воды в зоне своего размещения.
Обозначенные выше обстоятельства очень часто приводят к тому, что стоки практически без очистки и обезвреживания (или недостаточно очищенные и обезвреженные) сбрасываются в водоемы, водотоки и на рельеф. В результате угнетается атмосфера, гидросфера, растительность и животный мир, что отрицательно сказывается и на здоровье самого человека.
Ежегодно в исследуемом регионе в природные водные объекты сбрасывается свыше 50 млн м3 сточных вод [6]. Основная часть всех стоков приходится на поверхностные водные объекты — около 40 млн м3 (80 %). В таблице приведены данные отведения сточных вод по региону, в том числе в поверхностные водные объекты за 2007-2012 годы.
Водоотведение в Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе (млн м3)
Водоотведение 2007 г. 2008 г. 2011 г. 2012 г.
Всего по региону 59,78 57,43 50,662 45,941
в том числе: в поверхностные водные объекты 50,50 49,30 41,487 37,814
6
Нефть и газ
№ 5 2014
Сжигание промышленных сточных вод на факелах, которое в настоящее время практикуется на нефтепромыслах, экологически небезущербно для окружающей среды, так как сопровождается образованием углекислоты, выкристаллизацией растворенных в пластовой воде солей, выбрасываемых в атмосферу и затем осаждающихся на поверхности земли. При этом происходит также выжигание кислорода, содержание которого в атмосфере севера и так понижено. Кроме этого применяемые в промышленных масштабах методы очистки и установки по сжиганию не обеспечивают степень очистки от загрязнений и ликвидацию значительных объемов сточных вод.
В настоящее время на нефтегазовых месторождениях Севера Западной Сибири широко практикуется захоронение сточных вод в недра, что предотвращает загрязнение земной поверхности, открытых водоемов и пресных подземных вод. В Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе, являющемся основным газодобывающим регионом страны, захоронение сточных вод выступает самостоятельной отраслью при разработке газовых месторождений и составной частью технологического процесса при добыче нефти [2]. К настоящему времени здесь обустроено 57 полигонов захоронения.
На рисунке приведена динамика захоронения сточных вод в недра в Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе.
о 2001г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 200(1 г. 200" г. 2008 г. 2011г. 2012 г.
Рисунок. Динамика захоронения сточных вод в недра
В соответствии с «Положением об охране подземных вод» использование глубоких горизонтов подземных вод допускается только при соблюдении специальных требований и условий. Их захоронение осуществляется путем закачки в глубокие, надежно изолированные водоносные горизонты, не содержащие пресные, бальнеологические, минеральные, термальные и промышленные воды, которые используются или намечаются к использованию [3]. Даже очищенные стоки при самой совершенной очистке содержат в небольших количествах компоненты, не свойственные природным атмосферным и поверхностным водам. Более того, если имеется возможность закачки стоков в область депрессионной воронки, вызванной разработкой газовых месторождений, то методу захоронения сточных вод в глубокие поглощающие горизонты должно быть отдано предпочтение. Кроме того, даже в случаях полезного использования стоков следует иметь запасной вариант их удаления в готовую к эксплуатации систему подземного захоронения [3 ] .
На всех месторождениях региона основным объектом разработки является газовая залежь в интервале глубин 850-1 300 м в массивном резервуаре песчаных сеноманских отложений. Покрышкой газовой залежи служат глины верхнего мела и палеогена. Подстилается газовая залежь мощной водонапорной системой песчаных отложений сеномана, альба, в которую и производится захоронение стоков на глубину 990-1 600 м (чаще 1 100-1 400 м).
Высокие коллекторские свойства песчаных пород (пористость 25-30 %, проницаемость не менее 0,5 пм2) обеспечивают высокую приемистость скважин, состав-
№ 5, 2014
Нефть и газ
7
ляющую при опытных нагнетаниях от 600 до 2 400 м3/сутки технической воды при устьевых давлениях 0,2-0,6 МПа. Поглощающий горизонт надежно изолирован от межмерзлотных, надмерзлотных водоносных горизонтов и открытых водоемов сеноманской газовой залежью, развитым над ней региональным глинистым экраном, толщей ММП мощностью 420 м. Закачка (захоронение) стоков в недра производится в специальные поглощающие скважины. Использование зоны депресси-онной воронки газовых месторождений для закачки стоков позволяет закачивать значительные объемы стоков, не опасаясь роста пластового давления.
Система захоронения промышленных сточных вод включает в себя обычно нагнетательные (поглощающие) скважины. Конструкция скважин почти однотипная и включает удлиненное направление (от 110 до 550 м) диаметром 324 мм, кондуктор диаметром 245 мм (иногда 219 мм), опущенный на глубину до 600 м (чаще 550 м), и эксплуатационную колонну 168 диаметра (реже 219 и 146 мм) на всю длину ствола. Все колонны зацементированы на всю длину. Сцепление цемента с эксплуатационной колонной на 50-60 % от ее длины характеризуется как хорошее и частичное. Закачка стоков осуществляется НКТ диаметром от 89 до 114 мм. Устья скважин оборудованы колонными головками и фонтанной арматурой.
Закачиваемые стоки по химическому составу хлоридные натриевые. Они маломинерализованные, величина минерализации стоков обычно до 1 г/дм3, редко до 5-7 г/дм3, плотность около 1 г/см3. Содержание (мг/дм3) взвешенных частиц не более 130 (чаще 20-35), железа — до 40, йода — до 2, брома — до 8, нефтепродуктов — до 75 (чаще 5-30). Содержание метанола и диэтиленгликоля в стоках высокое [1].
Перед закачкой в недра сточные воды проходят водоподготовку, которая включает в себя их предварительное отстаивание, фильтрационное удаление твердых взвешенных частиц и взвеси, удаление плавающих нефтепродуктов (на нефтеловушках). Наряду с этим при захоронении сточных вод в глубокие поглощающие горизонты возникает вопрос их совместимости с водами и породами, которые находятся в данном горизонте.
С целью изучения этого вопроса авторами совместно со специалистами Института геологии и геохимии УрО РАН были проведены лабораторные исследования (эксперименты) на совместимость вод, которые однозначно показали, что при смешении сточных вод с пластовой водой осадков не наблюдается, то есть можно предполагать, что воды совместимы. Кроме того, проведены лабораторные исследования на совместимость различных типов вод и стоков (смешение подтоварных и речных вод, смешение пластовых и речных вод, смешение подтоварных вод и хозяйственно-бытовых стоков, смешение речных вод и хозяйственно-бытовых стоков), так как эти типы вод и стоков закачиваются в систему ППД на нефтяных месторождениях [1]. Отсутствие осадкообразования подтверждается многолетним успешным опытом эксплуатации месторождений.
На территории округа на каждом из многочисленных объектов добычи нефти осуществляется изъятие из недр углеводородного сырья вместе с попутной (подтоварной) пластовой водой и ее закачка (28,6 %) в недра для системы поддержания пластового давления (ППД). Для водоснабжения системы ППД используются воды апт-сеноманского комплекса (30,2 %) и (в единичных случаях) пресные воды из олигоцен-четвертичного комплекса (9,5 %) [6]. Помимо указанных подземных вод также используются ресурсы поверхностных вод (31,5 %) и хозяйственно-бытовые стоки (0,2 %).
Необходимо отметить опасность микробного загрязнения пласта и вышележащих водоносных горизонтов в случае закачки в недра хозяйственно-бытовых стоков совместно с промышленными. Исследования, проведенные Иркутским медицинским институтом совместно с Тюменским областным и Лангепасским центрами санитарно-эпидемиологического надзора, направленные на изучение выживаемости микроорганизмов кишечной группы в высокоминерализованной воде, сви-
8
Нефть и газ
2014
детельствуют, что высокоминерализованная вода при температуре 50-80 0С губительно действует на микробы кишечной группы. При таких температурах микроорганизмы погибают уже через 1 час пребывания в цельной воде и разведенной, при 37 0С высокоминерализованная вода сеноманского горизонта обладает бакте-риостатическим действием и не может служить средой для их размножения в недрах (температура среды Надым-Тазовского междуречья в закачиваемых горизонтах достигает 60 0С).
Таким образом, данные мониторинга на полигонах захоронения сточных вод показывают, что закачка сточных вод не оказывает влияния на процесс закономерного снижения пластового давления в сеноманских поглощающих горизонтах, расположенных на глубине 1 300-1 500 м. В настоящее время статический уровень пластовых вод снизился до 200 м и более от первоначального положения (60-90 м). Химический состав подземных вод верхних водоносных горизонтов за период захоронения промышленных сточных вод в целом не изменился. В питьевой воде отсутствуют признаки загрязнения, основным из которых является более высокая минерализация, превышающая минерализацию питьевых подземных вод в 5-10 раз, а в некоторых случаях — более 100 раз.
Метод обезвреживания промышленных стоков путем захоронения их в глубокие поглощающие горизонты в настоящее время является наиболее рациональным. Подземное захоронение этих стоков является важным природоохранным мероприятием. Способ подземного захоронения (закачка через поглощающие скважины) сточных вод имеет ряд преимуществ перед обычными методами их удаления: возможность надежного и безопасного (по санитарным требованиям) захоронения, исключающего сброс стоков в поверхностные водоемы и водотоки, отсутствие необходимости в тщательной очистке и обезвреживании стоков, относительно невысокая (во многих случаях) стоимость удаления отходов. Только применение метода подземного захоронения сточных вод обеспечит охрану водоемов от их загрязнения. Многие исследователи с этим согласны. Можно с уверенностью сказать, что захоронение сточных вод в Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе в настоящее время является наиболее экологически безопасным методом их обезвреживания.
Список литературы
1. Бешенцев В. А., Бешенцева О. Г., Пономарев А. А., Иванов Ю. К. Обезвреживание сточных вод в Ямало-Ненецком автономном округе // Горные ведомости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ». - 2008. -№ 2. -С. 86-96.
2. Бешенцева О. Г., Ильченко В. П., Матусевич В. М. Мировой и отечественный опыт подземного захоронения сточных вод // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2000. - № 2. - С. 4-9.
3. Ильченко В. П. Гидрогеологическое обоснование подземного захоронения промстоков на Заполярном газонефтеконденсатном месторождении. Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий. Москва, 1998. - 68 с.
4. Бешенцев В. А., Семенова Т. В., Павлова Е. И. Гидрогеологические условия захоронения сточных вод на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона. Материалы II Всероссийской научно-практической конференции. Изд-во УГГУ, Екатеринбург. - С. 13-16.
5. Гидрогеологический контроль на полигонах закачки промышленных сточных вод (методическое руководство). РД 51-31323949-48-2000. Под редакцией В. П. Ильченко. Авт.: Е. В. Дедиков, В. П. Ильченко, О. М. Севастьянов, Э. Б. Бухгалтер, В. С. Гончаров, Т. В. Левщенко, Б. П. Акулинчев, Н. П. Петухова, А.П. Каменев, О. Г. Бешенцева, А. В. Струевич. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. - С. 121.
6. Бешенцев В. А., Павлова Е. И. Гидросфера Западной Сибири (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона) // Горные ведомости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ». - 2013. - N° 9. - С. 74-92.
Сведения об авторах
Бешенцев Владимир Анатольевич, д. г.-м. н., профессор кафедры «Геология месторождений нефти и газа», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390346, e-mail: [email protected]
Семенова Татьяна Владимировна, к. г. -м. н, доцент кафедры «Геология месторождений нефти и газа», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390346, e-mail: t_y_semenova@list. ru
№ 5, 20114
Нефть и газ
9
Beshentsev V. A., Doctor of Geology and Mineralogy, professor of the chair «Geology of oil and gas fields», Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)390346, e-mail:[email protected]
Semyonova T. V. Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)390346, e-mail: [email protected]
