К оглавлению журнала

 

УДК 577.4:556.3:622.276.8

© О.М. Севастьянов, 1997

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ

О. М. Севастьянов (Волго-УралНИПИгаз)

Нефтегазопромысловая гидрогеология сложилась как прикладная отрасль геологической науки о гидродинамическом и гидрохимическом соотношениях между подземными водами и углеводородными залежами и их взаимодействии в процессе разработки.

Соответственно объектом исследований нефтегазопромысловой гидрогеологии являются водонапорные системы, подстилающие и оконтуривающие залежи углеводородов. Однако большая часть надпродуктивного разреза в гидрогеологическом отношении остается неохарактеризованной, что имело место к началу разработки таких глубокозалегающих месторождений, как Вуктыльское, Астраханское, Карачаганакское и др.

В последние годы в связи с возросшим вниманием к состоянию окружающей среды в нефтегазопромысловой гидрогеологии получило развитие экологическое направление, ставшее в настоящее время приоритетным. Круг решаемых вопросов соответственно значительно расширился, к ним добавились следующие:

исследования, связанные с проектированием, строительством и эксплуатацией систем (полигонов) подземного захоронения стоков;

выявление и контроль техногенной загазованности надпродуктивных водоносных горизонтов, обоснование мероприятий по ее ликвидации;

анализ эксплуатации водозаборов подземных вод в целях обеспечения необходимых объемов и качества добываемой воды;

контроль гидродинамического и гидрохимического режимов верхних водоносных горизонтов (особенно с питьевыми водами) и качества воды открытых водоемов в связи с эксплуатацией нефтегазовых комплексов и отдельных месторождений;

обоснование проектов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ в открытые водоемы и пониженные формы рельефа;

выявление и оценка очагов загрязнения почвогрунтов, грунтовых и поверхностных вод жидкими отходами и нефтепродуктами, обоснование технологических решений их ликвидации;

выполнение раздела ОВОС (оценка воздействия на окружающую среду) в составе схем размещения, ТЭО (ТЭР), проектов разработки месторождений и обустройства объектов нефтяной и газовой промышленности.

Из приведенного перечня видно, что решение экологических задач требует охвата гидрогеологическими исследованиями всей геологической среды - от самых глубоких недр месторождений до грунтовых вод и открытых водоемов.

В газовой промышленности гидрогеологические исследования в экологических целях начались в связи с обоснованием подземного захоронения стоков (ПЗС). Они включали: бурение специальных разведочных скважин для выявления поглощающих горизонтов, изучение вскрытого ими разреза методами промысловой геофизики и всесторонний лабораторный анализ керна, гидродинамические испытания и гидрохимическое опробование водоносных горизонтов, опытное нагнетание технической воды для определения приемистости пластов-коллекторов, лабораторное изучение взаимодействия пластовых и сточных вод для выяснения их физико-химической совместимости и разработки технологии подготовки стоков к закачке. Результаты всех этих исследований позволили установить поглощающие горизонты, запроектировать системы (полигоны) ПЗС, прогнозировать динамику пластовых давлений и радиусы распространения (растекания) стоков в недрах. Проекты ПЗС были практически реализованы на Оренбургском, Уренгойском, Астраханском, Вуктыльском, Карачаганакском и других месторождениях.

Захоронение сточных вод производится либо под разрабатываемые массивные водоплавающие залежи, либо в пласты-коллекторы, развитые над покрышками разрабатываемых залежей. Для целей ПЗС может служить также частично или полностью выработанная залежь углеводородов. Примером этого является Покровское газонефтяное месторождение в Оренбургской области, где избыток подтоварной воды закачивается в самую верхнюю газовую залежь уфимского яруса верхней перми, продуктивный пласт которой, представленный песчаниками со средней проницаемостью около 1 мкм2 , залегает на глубине 560-580 м. Пластовое давление в залежи в процессе разработки снизилось с 5,86 до 1,15 МПа, залежь обводняется пластовой водой с минерализацией 282-317 г/л. Обводненный участок залежи, на котором газ практически отобран, используется для захоронения подтоварной воды. Ее закачка с расходом до 2000 м3/сут ведется в обводнившуюся эксплуатационную газовую скважину.

С началом закачки стоков гидрогеологические исследования на полигонах ПЗС ограничиваются контролем и анализом технологической эффективности и экологической безопасности захоронения стоков. В эксплуатационных нагнетательных (поглощающих) и глубоких наблюдательных скважинах проводится контроль за интервалами поглощения стоков, пластовыми давлениями в поглощающих и вышележащих буферных горизонтах. На месторождениях, где закачка стоков производится под разрабатываемую залежь в контуре или за контуром нефтегазоносности, контроль за ПЗС сочетается с контролем за разработкой месторождения. В этом случае скважины, вскрывающие водонапорную систему (пьезометрические и наблюдательные за ГВК), одновременно служат и для отслеживания ПЗС. В мелких гидронаблюдательных скважинах ведутся исследования за санитарным состоянием верхних водоносных горизонтов, использующихся для водоснабжения. Результаты исследований обобщаются в форме анализов эксплуатации полигонов ПЗС, на основании которых осуществляются мероприятия по совершенствованию захоронения сточных вод, обеспечению их полной безопасности для окружающей среды.

На ряде нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, а также подземных хранилищ газа в процессе эксплуатации вследствие подземных утечек и межпластовых перетоков газа возникают вторичные (техногенные) газовые скопления в надпродуктивных водоносных горизонтах. Они проявляются в виде водогазоконденсатных грифонов, газопроявлений в бурящихся скважинах и в руслах оврагов и рек, резком подъеме уровня подземных вод и их изливе на поверхность земли. Примером данного явления может служить Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение, на котором техногенная загазованность возникла в 1987 г. С целью выявления, оконтуривания, контроля и разгрузки (дренирования) вторичных скоплений газа на основе детального геолого-гидрогеологического изучения надпродуктивных отложений была создана дегазационно-наблюдательная сеть скважин, охватывающая все водоносные горизонты надпродуктивного разреза, которые могут быть вместилищами вторичных газовых скоплений. Эта сеть скважин стала неотъемлемой частью общей системы контроля за разработкой Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения.

Обеспечение хозяйственно-питьевым и техническим водоснабжением предприятий нефтегазовой отрасли долгое время не относили к сфере нефтегазопромысловой гидрогеологии. Поиски, разведку и подсчет запасов подземных вод для этих целей проводили специализированные гидрогеологические организации преимущественно системы бывшего Министерства геологии СССР. По их результатам проектировались и строились водозаборы подземных вод, эксплуатация которых осуществлялась предприятиями нефтяной и газовой промышленности. При этом нередко возникали осложнения гидрогеологического характера: несоответствие количества и качества подземных вод проектным параметрам, ухудшение качества и уменьшение количества воды в ходе эксплуатации водозабора, невозможность освоения запасов подземных вод проектной системой скважин и др. Для решения перечисленных и других вопросов необходимо выполнение анализа эксплуатации водозабора, подобного таковому разработки нефтяного или газового месторождения. Эти задачи решают нефтегазопромысловые гидрогеологи, в частности на водозаборах Оренбургского и Уренгойского газовых комплексов, Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения и др. Сюда же входит и контроль качества и санитарного состояния добываемых подземных вод, что входит в обязанности организаций, эксплуатирующих водозаборы.

Гидрогеологами нефтегазовой отрасли осуществляется проектирование водозаборных скважин для водоснабжения строительства нефтяных и газовых скважин. На площадках этих скважин производятся также гидрогеологические изыскания для обоснования инженерных решений по предотвращению или снижению негативного воздействия строящихся скважин на геологическую среду. В процессе изысканий изучаются строение и фильтрационные свойства грунтов зоны аэрации, глубина залегания и химический состав грунтовых вод. А водозаборные скважины характеризуют перспективный для водоснабжения водоносный горизонт, залегающий обычно ниже горизонта грунтовых вод.

Контроль гидродинамического и гидрохимического режимов верхних водоносных горизонтов и качества воды открытых водоемов выходит за рамки отдельных водозаборов и распространяется на разрабатываемые месторождения углеводородов, прилегающую к ним территорию, районы нефтегазоперерабатывающих заводов, подземных водохранилищ газа и других предприятий нефтегазовой отрасли. Это связано с необходимостью выяснения их влияния на окружающую среду.

Данная задача, входящая в функцию организаций-водопользователей, выполняется нефтегазопромысловыми гидрогеологами и находится под постоянным контролем природоохранных органов. Последние нередко склонны приписывать все негативные явления в природной среде нефтегазовому комплексу, существующему 15-20 лет в густонаселенном районе с развитой промышленностью и интенсивным сельским хозяйством. Гидрогеологам, давно работающим в таких районах, известно, что природные воды здесь подвергались загрязнению от промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых источников задолго до открытия месторождений нефти и газа. Поэтому очень важно выделить долевое участие нефтегазового комплекса в общем объеме техногенного загрязнения всех источников хозяйственной деятельности на рассматриваемой территории. Изложенное в полной мере относится к Оренбургскому и Астраханскому газовым комплексам, Карачаганакскому нефтегазоконденсатному месторождению, на которых создана обширная сеть режимных постов и скважин для наблюдений за поверхностными и подземными водами и выполняются большие объемы гидродинамических и гидрохимических исследований.

На севере Тюменской области, где разрабатываются Уренгойское, Медвежье, Ямбургское месторождения, нет другой промышленности кроме газовой, являющейся вместе со своим жилищно-коммунальным хозяйством единственным источником загрязнения окружающей среды, в том числе поверхностных и подземных вод. Расчеты предельно допустимых сбросов биологически очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения показали, что степень очистки позволяет сбрасывать их в открытые водоемы, где они разбавляются до уровня ниже ПДК. Тем самым удовлетворяются требования контролирующих органов. Однако для сохранения чистоты поверхностных и неглубоко залегающих подземных вод было бы целесообразнее закачивать эти стоки в поглощающий горизонт под сеноманскую газовую залежь. Его приемистость очень велика и позволяет осуществлять закачку всех сточных вод, включая хозяйственно-бытовые. На очистку последних в данном случае не придется расходовать силы и средства, тем более что она не предохраняет от привноса компонентов-загрязнителей, которые неизбежно будут накапливаться в воде и донных осадках водоемов.

Серьезной экологической проблемой являются утечки нефти и нефтепродуктов из систем сбора, хранения и транспорта. Иногда они имеют крупномасштабный аварийный характер и представляют большую опасность для окружающей среды. Не менее серьезные последствия вызывают продолжительные малообъемные нефиксируемые утечки. Они приводят к пропитыванию нефтепродуктами почвогрунтов часто на больших площадях и на значительную глубину (вплоть до уровня первого от земной поверхности водоносного горизонта), скоплению их на уровне подземных вод и поступлению вместе с этими водами в открытые водоемы. Успешное применение технологических решений по очистке таких загрязненных участков требует проведения детальных гидрогеологических, гидрогеохимических, инженерно-геологических изысканий для их обоснования.

Подобные работы выполняются и на участках загрязнения грунтов, поверхностных и подземных вод рассолами, образующимися при создании подземных емкостей в толще каменной соли методом размыва технической водой. Утечки рассолов происходят в основном из амбаров-рассолоотстойников и вызваны дефектами гидроизоляции дна и стенок. Выявление засоления поверхностных и подземных вод позволяет принять необходимые меры по ремонту рассолоотстойников. После прекращения инфильтрации рассолов происходит постепенное естественное опреснение поверхностных и подземных вод. Данное явление имеет место в Оренбургском газовом комплексе на одном из участков строительства подземных емкостей в толще каменной соли.

В последние годы составной частью проектной документации является ОВОС. Одним из объектов исследований для этой цели служит геологическая среда, к которой относятся глубокие горизонты недр, грунты, геоморфологические элементы, подземные и поверхностные воды. Из практики разработки ОВОС сложилась методика гидрогеоэкологических исследований. Она включает анализ состояния геологической среды до начала эксплуатации объектов нефтегазового комплекса, характеристику современного состояния и прогноз возможных изменений геологической среды в будущем. Состояние геологической среды в доэксплуатационный период оценивается по архивным и фондовым материалам, полученным предыдущими исследователями при различных геолого-гидрогеологических работах на рассматриваемой территории. Это - "фон", с которым сравниваются последующие изменения геологической среды. Для характеристики ее современного состояния производятся полевые обследования, промыслово-гидрогеологические наблюдения, гидрохимическое опробование открытых водоемов и подземных вод, инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на площадках проектируемых сооружений. Возможные будущие изменения геологической среды прогнозируются по аналогии с уже произошедшими изменениями с учетом дополнительной техногенной нагрузки.

Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать следующие рекомендации по устранению с минимальными затратами недостатков в геолого-гидрогеологической изученности надпродуктивных отложений нефтегазодобывающих районов. Прежде всего следует произвести переинтерпретацию имеющегося огромного материала полевой и промысловой геофизики. Во вновь бурящихся скважинах необходимо дополнить комплекс ГИС, применяемый перед спуском промежуточных обсадных колонн, сравнительно небольшим объемом исследований, позволяющих производить надежное расчленение вещественного состава разреза и получать данные о коллекторских свойств пород. В некоторых скважинах желательны выборочный отбор керна из интервалов коллекторов и его лабораторный анализ. В единичных скважинах должно выполняться поинтервальное гидрогеологическое опробование коллекторов с перфорацией обсадной колонны. Для этого можно использовать, прежде всего, подлежащие ликвидации аварийные скважины разведанного и эксплуатационного бурения на глубокозалегающих месторождениях.

На объекты добычи, переработки и транспорта нефти и газа должен быть организован гидрогеоэкологический мониторинг, для чего производственные службы следует комплектовать соответствующими специалистами, обеспечить их приборами, оборудованием и нормативной инструктивно-методической документацией, согласованной с контролирующими природоохранными органами.

При крупных учебных и научных центрах страны следует организовать систематическую переподготовку промысловых геологов и гидрогеологов по гидрогеоэкологической специализации. Для студентов высших и средних специальных учебных заведений необходимо ввести курс нефтегазопромысловой гидрогеоэкологии.

ABSTRACT

Recently due to the growing attention to environment, an ecological trend has received its development in oil-field hydrogeology. It is much wider than traditional oil-field trend by a range of objects studied, number of solutable problems, investigation methods. This trend covers objects, tasks and methods of several hydrogeological branches: oil and gas field, oil and gas exploration, hydrogeology of oil and gas fields, general hydrogeology. Hydrogeological monitoring should be managed at oil and gas production , processing and transportation facilities. Therefore, the operating surveys should include adequate specialists. It is necessary to provide them with instruments, equipment and normative instructive-methodical documentation approved by environmental protection agencies.

 

Сайт создан в системе uCoz