Захоронение сточных вод в глубокие водоносные горизонты

Захоронение сточных вод в глубокие водоносные горизонты

На нефтепромыслах Севера Западной Сибири образуются значительные количества жидких промышленных и хозяйственно-бытовых отходов,  для многих из которых надежные методы очистки и утилизации в настоящее время отсутствуют.  Обеспечить длительную изоляцию таких отходов от гидросферы и биосферы на поверхности земли весьма сложно. Подземное захоронение этих отходов в глубокие горизонты (недра земли) является одним из способов предотвращения их отрицательного воздействия на окружающую среду и здоровье населения.  Исходя из этого,  важной проблемой становится их обезвреживание путем закачки в недра при условии проведения комплексного гидрогеоэкологического мониторинга, чему и посвящается настоящая работа.

Авторы публикации

Рубрика

Геология

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 9 (11), апрель ‘21

Поделиться

Введение

Проблема обезвреживания (утилизации) сточных вод нефтегазодобывающих предприятий, расположенных  на севере Западной Сибири, крайне актуальна. Это связано с тем, что 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, делающих их безопасными для сброса в речную сеть [1]. В условиях севера, она нередко представляется вообще трудно 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.

Традиционные очистные сооружения, кроме того, 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. Это, в конечном счете, отрицательно сказывается и на здоровье самого человека. Указанные негативные моменты однозначно ставят вопрос о  захоронении сточных вод в недра.  Однако данному процессу утилизации сточных вод есть как сторонники, так и противники. Например, при проведении парламентских слушаний Комитетом Государственной Думы по экологии в 1997 году по теме: «Экологические проблемы подземного захоронения отходов в глубинные горизонты» было  установлено не однозначное отношение к подземному захоронению как к методу обезвреживания промышленных сточных вод. У данного метода имеются как сторонники, так и противники. Естественно, подземное захоронение сточных вод в глубокие водоносные горизонты, так же как подземное захоронение отходов вообще, не лучший способ их удаления, хотя по сравнению с поверхностным складированием отходов в накопителях, их сжиганием, он имеет определенные преимущества. Они заключаются в том, что вредные вещества убираются с поверхности земли, где они непосредственно воздействуют на человека, в глубокозалегающие участки недр, откуда такое воздействие исключается. При этом не отчуждаются и остаются в сфере хозяйственного использования значительные участки земли, уменьшается загрязнение почв, поверхностных вод и воздушного бассейна. Вместе с тем при подземном захоронении загрязняются недра, возникает опасность загрязнения используемых для питья пресных подземных вод, а также других полезных ископаемых. Наряду с этим, подземное захоронение имеет существенные ограничения в части количества закачиваемых стоков. Таким способом могут удаляться лишь сравнительно небольшие количества загрязненных и токсичных отходов. И хотя это очень важно, поскольку, сильно загрязненная часть стоков является небольшой, но которая может существенно загрязнить окружающую среду, тем не менее, подземное захоронение не решает проблему удаления отходов в целом. Поэтому, по мнению ряда специалистов (В.М. Гольдерберг, Н.П. Скворцова, Л.Г. Лукьянчикова – 1994 год) подземное захоронение стоков – это не радикальный способ удаления, а вынужденная мера ограниченного применения по отношению к неочищенным, сильнозагрязненным и токсичным стокам [2].

Объект исследования

 Объектом исследования являются процессы захоронения (утилизации) сточных вод на нефтепромыслах Севера Западной Сибири.

Результаты

Первые исследования по изучению проблем захоронения сточных вод на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона автором были начаты в 1998 г., продолжены 2003 - 2005 г.г. и ведутся в настоящее время. В процессе первых исследований автором был обследован ряд полигонов захоронения сточных вод на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона. Результаты обследования отражены                    в работах [4,5,6]. Некоторые сведения представлены в таблице 1. При этом было установлено, что на территории региона широко, а на нефтепромыслах – практически повсеместно применяется захоронение промышленных и бытовых стоков в апт-альб-сеноманский гидрогеологический комплекс. Здесь закачка стоков выступает практически самостоятельной отраслью при разработке газовых месторождений и составной частью технологического процесса при добыче нефти. На период исследований на разрабатываемых месторождениях углеводородов и вблизи отдельных населенных пунктов были обустроены более 40  полигонов захоронения [6]. В настоящее время их число возросло до 57 [7]. Закачиваемые стоки по химическому составу обычно хлоридные натриевые. Стоки маломинерализованные, величина минерализации обычно до 1 г/дм3, редко до 5-7 г/дм3. плотность стоков 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.     

 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) [6,7,8].

         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[1]. Кроме этого, 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. Результаты исследований подробно отражены в авторской работе [1].

Наиболее продолжительное время захоронение стоков производится на Уренгойском и Вынгапуровском месторождениях. На Уренгойском НГК месторождении  закачка началась в 1979 г. и ведется на специализированном полигоне закачки промстоков, являющимся самым крупным полигоном в газовой отрасли. На период проверки на Уренгойском специализированном полигоне было закачено более 21 млн. м3 сточных вод [6]. Авторские наблюдения за объемами захоронения стоков показывают, эти объемы возрастают с каждым годом, что говорит о перспективности утилизации сточных вод данным методом. На рисунке 1 показана динамика захоронения сточных вод за определенный период исследований. К настоящему времени произошел значительный рост объемов захоронения. Так, например в 2019 году он составил около 128 млн. м3 [7]. 

 

 

Рис. 1. динамика захоронения сточных вод по годам

Примером перспективности этого метода утилизации сточных вод можно отметить его использование за рубежом, где наибольшее распространение получило в США и Германии, где оно осуществляется с 30-х годов. В США захоронение сточных вод в недра происходит в объемах от 300 до 2400 м3/сутки, достигая более 4800 м3/сутки. Германия характеризуется объемами захоронения в интервале 120 – 4800 м3/сутки.   При этом на предприятиях калийный промышленности в земле Гессен закачивается 400 млн. м3/год рассолов.[9]

Многолетние наблюдения, специальные исследования  и многочисленные экспертизы (в том числе с участием представителей международных организаций) показывают полную экологическую безопасность этих объектов подземного захоронения.[11].

Гидрогеологические исследования (наблюдения) за процессами захоронения сточных вод в последние годы, показывают высокую заинтересованность предприятий нефтегазового комплекса в данном методе их утилизации. Анализ материалов существующей эксплуатации полигонов захоронения на современном уровне и проектные прогнозы на 25 летний срок показывает об увеличении объемов захоронения сточных вод. Авторские исследования отражены в ряде опубликованных работ [12,13,14,15,16 и др.]. Некоторые сведения представлены в таблице 2.

Как видно из представленной таблицы проектные объемы захоронения (закачки) сточных вод в глубокие горизонты достигают до 8000 и более м3/сутки (2,9 млн. м3 в год) - Ефремовское месторождение. Суммарный объем захоронения сточных вод обследованных полигонов составляет 46155 м3/ сутки или 16,9 млн. м3 в год, что показывает перспективность этого метода обезвреживания (утилизации) сточных вод путем захоронения их в недра. При всем этом, предприятия соблюдают существующие требования по выбору поглощающего горизонта и проведению гидроэкологического мониторинга за захоронением сточных вод на существующих полигонах.

Выбор поглощающего горизонта соответствует критериям выбора, указанным в методических указаниях, а именно [17,18,19].

  1. Подземные воды поглощающего горизонта, как на момент его выбора, так и в обозримом будущем в районе полигона захоронения сточных вод не должны использоваться ни в хозяйственно-питьевых, лечебных и промышленных целях, ни для тепло- и энергоснабжения.

2) Закачка сточных вод не должна оказывать негативное воздействие на газовые и нефтяные залежи, приуроченные к поглощающему горизонту.

3) Поглощающий горизонт должен быть надежно изолирован от выше- и нижележащих горизонтов, подземные воды которых используются или предполагается использовать в народном хозяйстве. Изолируемые его водоупоры должны быть практически непроницаемы для сточных вод и не должны разрушаться под воздействием последних. Одним из критериев является и наличие над перекрывающим поглощающий горизонт водоупором буферного (защитного) горизонта, подземные воды которого не планируется использовать ни для питьевых, ни для других целей. Предполагаемый участок закачки промстоков должен быть удален на достаточно большое расстояние от областей питания и разгрузки и зон пресных подземных водпоглощающего горизонта, участков замещения указанных водоупоров проницаемыми породами и от флюидопроводящих разрывных нарушений.

 

Сведения о результатах исследований полигонов захоронения

 

Наименование объекта

Год ввода в   эксплуатацию

Количество

участков

захоронения

Количество       поглощающих      скважин

Количество       наблюдательных

скважин

Интервал 

залегания

водоносного

горизонта

от-до, м

Интервал 

захоронения

от-до, м

Объем  захоронения (закачки) 

с начала эксплуатации,

тыс. м3

на 01.01.05

фактический

 за 2004

тыс. м3/год

м3/сутки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Промышленные стоки

Уренгойское, Ен-Яхинское,       Северо-Уренгойское м-я           (УКПГ 1-15)

 

1979

15

31

15

1230-1475

1230-1475

16468.187

607.4/1664

Уренгойское НГКТ (ЦПС) 

 

1985

2

4

0

1246-1400

1309-1329

1335-1370

 

523.236

70.7/193

Уренгойское НГКМ (УКПТ)

 

1987

1

2

3

1245-1410

1266-1340

4532.2

257.2/704

Уренгойское НГКМ (УТНиИ)

 

1985

1

2

1

1246-1400

1309-1329

1335-1370

649.916

44.6/122

Комсомольский ГП

 

1997

3

3

4

1014-1048

986,8-1114

1037-1047

990-994

995-1000

 

211.83

42.7/112

Западно-Таркосалинский  ГП 

 

1996

1

2

2

1000-1192

1150-1192

344.472

58.0/158

Вынгапуровский ГП 

 

 

 

1992

1

1

1

986-1162

1090-1100

114.833

18.4/50

Ямсовейское НГКМ 

  

 

1998

1

2

2 -питьевые

1050-1250

1183-1218

1226-1237

374.6

74/202

Юбилейное НГКМ 

 

2002

1

2

1

1027-1347

1221-1270

68.0

24/65

Губкинское  НГКМ 

1999

1

2

2 (погл-650 м и пресные-300м)

750-1050

871-940

122.48

28.571/78.2

Ямбургское м-е

 

1992

9

21

4

1110-1437

1230-1290

377.023

8.2/22

Заполярное НГКМ

2001

 

 

 

 

 

17.9

17.9/49

Садибинское Н

Н.э.

 

 

 

 

 

 

 

Итого:

 

23786.777

1251.671

Хозяйственно-бытовые стоки

 

г. Губкинский  УТВиС

 

1988

 

1

 

н.с.

 

4 -питьевые

 

960-1960

 

984-1390

 

 

4464.7

 

739.1/2025

г. Тарко-Сале  МУП

1986

1

3

1 на пресные

1250-1500

1300-1500

10106

550/1507

п. Уренгой

1989

1

2

н.с.

1270-1500

1270-1500

828*

262.1/718

Итого:

 

15398.7

1551.2

Всего:

 

39185.477

2802.871

                                                                                                 Таблица 2

 

Сведения о результатах исследований современных полигонов захоронения

Наименование объекта (месторождения)

Год ввода в      эксплуатацию

Количество поглощающих скважин

Интервал захоронения сточных вод

Перспективный объем захоронения (закачки)

Объем, м3/сутки

На срок, лет

1

2

3

4

5

6

Береговое

2008

2

1222-1281

200

25

Бованенковское

2007

3

600-960

676,52-1400

-

Ефремовское

2018

8

1023-1919

5377-8000

20

Усть-Балыкское

2009

6

1058-1784

6000

25

Южно-Локосовское

2000

3

1099-1558

3000

25

Еты-Пуровское

2004

1

894-915

100

25

Вынгаяхинское

2003

2

774-786

159

25

Нонг-Ёганское

2018

10

1032-1077

8900

5

Трехозерное

2003

9

612-897

4800

20

Западно-Таркосалинское

1996

2

1150-1247

341,28

25

Ханчейское

2004

5

1214-1249

1155

25

Харбейское

2009

3

600-1300

500

25

Новопортовское

2014

10

 

7200

5

Салмановское

УКПГ-1

УКПГ-2

УКПГ-3

2018

 

2

2

3

 

837-1551

837-1551

837-1551

 

2400

1100

1100

 

25

25

25

Итого:                                                                                                      46155

 

Подземное удаление жидких отходов является сложным технологически процессом, включающим в себя подготовку отходов к захоронению, доставку и закачку их в поглощающие скважины. По своему характеру подземное удаление промышленных жидких отходов является горно-геологическим процессом, который во время его проведения должен постоянно, иногда существенно регулироваться и уточняться. Геологические и гидрогеологические условия недр очень сложны, поэтому нельзя заранее (в проекте) предусмотреть все особенности заполнения подземного хранилища жидкими отходами. Эксплуатация полигона захоронения должна сопровождаться проведением широкого комплекса гидрогеологических, геофизических, гидрохимических и других наблюдений и исследований, которые составляют основу гидроэкологического мониторинга. Только при проведении его можно обеспечить рациональное использование емкости подземного хранилища и уберечь подземные воды от загрязнения [20, 21, 22].

 

Список литературы

  1. Лазутин Н.К., Бешенцев В.А. Гидрогеологические условия захоронения сточных вод на территории Берегового нефтегазоконденсатного месторождения Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тю-менский индустриальный университет. Тюмень, 2018. № 1, С. 22-27
  2. Бешенцев В.А., Лазутин Н.К., Бешенцева О.Г. Захоронение сточных вод на Северо-Уренгойском месторождении. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тюмен-ский индустриальный университет. Тюмень, 2018. № 3, С. 13-20
  3. Бещенцев В.А., Бешенцева О.Г., Пономарев А.А. Обезвреживание сточных вод в Ямало-Ненецком автономном округе (статья). Горные ведомости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ», 2008. №2, С. 86-96.
  4. Гольдерберг В.М., Скворцов Н.П. Лукьянчикова Л.Г. «Подземное захоронение промыш-ленных сточных вод». - М.: Недра, 1994. - 282с.
  5. Голъдберг В.М. Подземное захоронение промстоков химической промышленности (опыт и задачи гидрогеологических исследований). М.: ВСЕГИНГЕО, 1968, - 134 с.
  6. Иванов Ю.К., Бешенцев В.А., Ковальчук А.И. «Экологическая оценка ресурсов и каче-ства подземных вод ЯНАО». Фонды КОП ЯНАО, г. Салехард, 1998.
  7. Абатурова И.В., Бешенцев В.А. и др. Оценка ресурсов и качества подземных вод Ямало-Ненецкого автономного округа. Институт геологии и геохимии УрО РАН, Екатеринбург, 2003, - 394 с.
  8. Бешенцев В.А., Бешенцева О.Г., Иванов Ю.К., Тагильцев С.Н., Ястребов А.А. Экологи-ческая оценка качества и ресурсов подземных вод Ямало-Ненецкого автономного окру-га. Отчет ООО «Бюро экологических экспертиз», Г. Екатеринбург, 2005, - 250 с.
  9. Доклад об экологической ситуации в Ямало-Ненецком автономном округе в 2019 году. – Салехард: 2020, - 346 с.
  10. Доклад о состоянии окружающей среды и природных ресурсов на территории Ямало-Ненецкого автономного округа за 2006 год. – Салехард: ГУ «Недра Ямала», 2007, - 110 с
  11. Бешенцева О.Г., Ильченко В.П., Матусевич В.М. Мировой и отечественный опыт под-земного захоронения сточных вод. Известия высших учебных заведений Нефть и газ № 2. Тюмень, 2000, - С. 4-9.
  12. Бешенцев В.А., Семенова Т.В., Павлова Е.И. Захоронение сточных вод на нефтепромыс-лах Севера Западной Сибири (на примере Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего ре-гиона) Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тюменский государственный нефтегазовый университет. Тюмень, 2014. № 5, С. 6-9.
  13. Бешенцев В.А. К вопросу о возможности захоронения сточных вод в недра. Горные ве-домости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ», 2014. № 12, С. 30-42
  14. Лазутин Н.К., Бешенцев В.А. Захоронение сточных вод на Вынгапуровском месторож-дении. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тюменский индустриальный университет. Тюмень, 2017. № 3, С. 20-25
  15. Бешенцев В.А., Сальникова Ю.И., Абдрашитова Р.Н. Вопросы утилизации сточных вод на Ямсовейском нефтегазовом месторождении. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тюменский индустриальный университет. Тюмень, 2019. № 1, С. 19-29
  16. Бешенцев В.А., Семенова Т.В., Сальникова Ю.И., Воробьева С.В. Вопросы утилизации сточных вод на Новопортовском нефтегазовом месторождении. Известия высших учеб-ных заведений. Нефть и газ Тюменский индустриальный университет. Тюмень, 2019. № 2, С. 17-28
  17. Каменев А.П. Методические рекомендации по обоснованию выбора поглощающих гори-зонтов и проектированию закачки промстоков на газовых предприятиях Западной Сиби-ри: РД 00158758-182-94. - Тюмень, 1995. -100с.
  18. Методические рекомендации по обоснованию выбора поглощающих горизонтов и про-ектированию закачки сточных вод на объектах ОАО «Газпром» в Западной Сибири. СТО РД Газпром 39-1.13-087-2003 – М.: ИРЦ Газпром, 2003.
  19. Гидрогеологический контроль на полигонах закачки промышленных сточных вод (мето-дическое 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. Стру-евич. М.: ИРЦ Газпром, 2000, - С. 121.
  20. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Охрана подземных вод от загрязнения на полигонах за-качки при захоронении промышленных сточных вод (на примере Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона). Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», № 5. г. Уфа, 2014. С. 357-374
  21. Бешенцев В.А., Семенова Т.В., Лазутин Н.К. Гидроэкологический мониторинг – важное мероприятие по охране подземных вод от загрязнения. Горные ведомости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ», 2017. № 5, С. 90-99
  22. Матусевич В.М., Абдрашитова Р.Н. Геодинамическая концепция в современной гидро-геологии (на примере Западно-Сибирского мегабассейна. Фундаментальные исследова-ния. Издательский дом "Академия естествознания», 2013. №4-5. С. 1157-1160.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 2 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary