Захоронение сточных вод в глубокие водоносные горизонты

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.