Современное состояние водных ресурсов ямало-ненецкого нефтедобывающего региона

Современное состояние водных ресурсов ямало-ненецкого нефтедобывающего региона

В статье рассматриваются водные ресурсы Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона,  которые являются основой жизни и деятельности народов, проживающих на территории исследуемого региона. Она обеспечивает экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира.

Авторы публикации

Рубрика

Геология

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 21 (23), июль ‘21

Поделиться

 

Введение

 

Вода это важнейшая часть окружающей природной среды – самый органичный и уязвимый компонент природных ресурсов. И надо помнить, что только 2,5% от всей водной поверхности, составляющей 70% общей площади Земли, приходится на пресные водоемы. При этом, две трети пресной воды сосредоточено во льдах, а большая часть оставшейся рассеяна в почве или залегает в глубоких водоносных слоях и малодоступна [1]. И при этом человечество загрязняет источники питьевой воды огромным количеством отходов. Ежегодный объем мировых стоков оценивается в 1,5 тысячи кубических километров, а 1 литр сточных вод делает непригодным для питья 8 литров пресной воды.

Водные ресурсы – это запасы поверхностных и подземных вод рассматриваемой территории, которые используются или могут быть использованы. Суммарные средние возобновимые ресурсы пресных речных вод земного шара составляют 46,8 тыс. км3/год, в т.ч. в России 4,3 тыс. км3/год, или 9% при занимаемой площади 11,5%. Эксплуатационные запасы подземных вод разведанных месторождений России оцениваются в объеме около 30,0 км3/год [1].

 Ресурсы природных вод, которыми располагает Ямало-Ненецкий нефтегазодобывающий регион, участвуют во всех видах производственной  и хозяйственной деятельности региона. Вода  не просто универсальный, хозяйственный ресурс для промышленности и сельского хозяйства региона. Это объект рекреации населения, могущественное санитарно-гигиеническое средство. Наконец, это незаменимый жизненный ресурс человечества, проживающего на территории региона [2].

Объектом исследования являются водные ресурсы Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона.

Результаты:

 

1. Поверхностные воды

 

В пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона протекает множество рек, свыше 200 из них имеют длину более 100 км. Большинство из них относится к равнинному типу, с медленным течением, широкими поймами, изобилием протоков, стариц и русловых озер. Питание рек преимущественно снеговое, отчасти дождевое и болотно-грунтовое. Реки, текущие с восточного склона Полярного Урала и представляющие собой горные потоки, питаются за счет атмосферных осадков, главным образом снега.

Производственная и хозяйственная деятельность региона, связанная с разведкой, обустройством и эксплуатацией нефтегазовых месторождений,  превратили естественную гидрографическую сеть рек в единый, сложный водохозяйственный комплекс. Анализ состояния водных объектов показывает, что практически все водные источники, как поверхностные, так и подземные, подвержены антропогенному и техногенному воздействию с различной степенью интенсивности.

Исследованиями установлено, что на протяжении длительного периода в водоемах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона фиксируются значительные загрязнения (>50 ПДК) поверхностных вод нефтепродуктами и тяжелыми металлами [2]. На рисунке 1 отражено содержание нефтепродуктов в водоемах региона в 2018 году. Единичное экстремально высокое содержание меди (до 100 ПДК) было зафиксировано на   р. Обь в районе пос. Горки.

Наряду с этим, отмечены повышенные содержания железа и марганца [2]. Наиболее высокие концентрации марганца (ПДК от 51,7 до 196,2) наблюдались в период весеннего снеготаяния в реках Обь, Полуй, Пур, Таз, Пякупур, а также в Тазовской губе.

Повышенные концентрации железа (10-83 ПДК) отмечались в реках Надым, Обь, Полуй и (53-83 ПДК) в Пуровском районе в реках Пур и Пякупур в районе г. Тарко-Сале.

Рис. 1. Содержание нефтепродуктов в реках региона в 2018 году

 

           В настоящее время в водах рек Ямала фиксируется рост  содержания нефтепродуктов, металлов и синтетических поверхностно-активных веществ.

Водопотребление. По имеющимся данным установлено, что объем забранной воды из водных объектов исследуемого региона в 2019 году составил 195,18 млн. м3. Из поверхностных водных объектов отобрано  19,03 млн. м3. Из подземных источников добыто 173,28 млн. м3.  2,87 млн. м3 – морские воды [3], (рис.2).

 

Рис. 2.  Забор воды на территории региона

 

Наиболее напряженным по забору воды (79%), остается бассейн  реки Пур (рис.3), так как в пределах его сосредоточены подразделения крупных предприятий нефтегазодобывающей отрасли и ЖКХ, водопотребление которых составляет более 1 млн. м3/год.

 

Рис. 3. Распределение забранной воды по бассейнам рек региона

Основная часть «свежей» воды забрана промышленностью – 113,07 млн. м3 (71%), на долю ЖКХ приходится 41,23 млн. м3 (25,9%) и на прочие отрасли экономики – 3,9 млн. м3 – рис. 4.

 

Рис. 4. Забор воды  по отраслям экономики 

 

                                            

Согласно статистическим данным [3] наибольший объем водопотребления приходится на Пуровский район – 44,2%, далее следует Надымский район – 9,8%,упнейшие города региона Новый Уренгой – 13,8% и Ноябрьск – 11,7% .

 

      Суммарный объем использования воды по нуждам распределился следующим образом   (рис. 4).

 

Рис. 4. Забор воды  по потребностям экономики      

                           

Водоотведение. Согласно статистическим данным в 2019 году объем водоотведения в поверхностные водные объекты составил 36,97 млн. м3, из них: нормативно чистой – 1,75 млн. м3; нормативно-очищенной на сооружениях очистки – 6,2 млн. м3; без очистки – 1,57 млн. м3; недостаточно очищенной – 27,45 млн. м3. На рисунке 5 отражена динамика водоотведения сточных вод по годам [3].

Основная часть всех стоков приходится на поверхностные водные объекты – 86% (рис. 6).

 

Рис. 5. Динамика отведения стоков по годам.

 

 

Рис. 6. Водоотведение сточных вод по территории региона

 

Наиболее значимой для описываемого региона является эффективность очистки и обеззараживания сточных вод. Для решения этой проблемы в 2019 году на территории региона эксплуатировалось 53 канализационных очистных сооружений [2]. Эффективная работа канализационных очистных сооружений значительно снижает нагрузку на водные объекты. Однако физическая изношенность оборудования очистных сооружений,  использование морально устаревших технологий очистки стоков, а также их недостаточная мощность не позволяют  полной мере предотвратить негативное влияние хозяйственной деятельности промышленного и жилищно-коммунального секторов исследуемого региона. В результате этого в водных объектах  отмечаются повышенные концентрации нефтепродуктов, фенолов, ионов тяжелых металлов, органических и биогенных веществ, условно патогенной микрофлоры, а также повышенные значения БПК5. Необходимо отметить, что водохозяйственная деятельность на всем протяжении реки Обь и ее притоках является причиной того, что поверхностные воды приходят на территорию региона, имея уже значительный уровень как микробиологического, так и химического загрязнения.

 

2. Подземные воды

 

Пресные подземные воды. Территория исследуемого региона обладает значительным ресурсным потенциалом по запасам пресных подземных вод. Прогнозные ресурсы пресных подземных вод на территории округа оцениваются в количестве 35685 тыс. м3/сутки  Основная их часть сосредоточена в гидрогеологических структурах Западно-Сибирского сложного артезианского бассейна (88,5%), оставшаяся доля приходится на структуры Уральской и Пайхой-Новоземельской сложных гидрогеологических складчатых областей, охватывающих восточный склон Полярного Урала [4]. Пресные подземные воды являются основным источником водоснабжения населения и объектов экономики региона. Они используются для целей хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения. Добыча минерализованных (соленых) производится для технического водоснабжения  систем поддержания пластовых давлений при разработке месторождений углеводородов, минеральных  - для бальнеологического лечения.

По состоянию на 1 января 2019 года на территории региона оценено и находится на государственном учете 305 месторождений пресных подземных вод с утвержденными запасами в количестве 541,868 тыс. м3/сутки (табл. 1).

                                                                                                                                                                           Таблица 1

Утвержденные запасы и их использование на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона (по состоянию на 01.01.2020)

Тип подземных вод

Утвержденные запасы,      тыс. м3/сутки

Количество добытых и использованных подземных вод, тыс. м3/сутки

Степень освое-ния запасов %

Количество месторождений (участков) подземных вод

Всего добыто

в т. ч. использовано по назначению

Потери и сброс без использования

Всего

В т.ч. эксплуати-руемых

ХПВ

ПТВ

ППД

Прочие нужды

1. Пресные питьевые и технические подземные воды

541.868

129.031

103.355

4.402

1.911

19.363

0.001

24

305

220

2. Технические соленые подземные воды

226.736

40.358

-

0.6

39.758

-

-

18

52

29

3. Минеральные подземные воды

0.389

0

-

-

-

-

-

0

3

0

 

Примечание: ХПВ – хозяйственно-питьевое водоснабжение; ПТВ – производственно-техническое водоснабжение; ППД – поддержание пластового давления на месторождениях углеводородного сырья

 

Несмотря на значительную обеспеченность населения Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона разведанными запасами пресных подземных вод – почти 1,0 м3/сутки на 1 жителя, степень их освоения не высокая. Суммарные объемы добычи пресных подземных вод на месторождениях с утвержденными запасами для целей питьевого и технического водоснабжения составляют 134,7 тыс. м3/сутки или 25 % от общей величины утвержденных запасов. Из всего объема добытой пресной подземной воды 75,8 % (102,2 тыс. м3/сутки) использовалось в системах питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, 5,0 тыс. м3/сутки (3,7 %) пресной воды использовалось для производственно-технического водоснабжения, 5,6 тыс. м3/сутки (4,1 %) - для поддержания пластового давления, для прочих нужд использовано 21,9 тыс. м3/сутки (16,2 %).

Степень освоения разведанных запасов технических соленых подземных вод еще ниже. По данным имеющихся материалов [2] их суммарная добыча на описываемой территории в 2019 году составила 30,5 тыс. м3/сутки или 13% общей величины утвержденных запасов. Данные воды практически полностью использовались для целей поддержания пластового давления в системах ППД на месторождениях углеводородного сырья. Лишь их незначительная часть – для производственно-технических нужд.

При довольно больших эксплуатационных запасах пресной воды и осуществляемом  водопотреблении в исследуемом регионе вопрос питьевого водоснабжения остается довольно острым, что  связано, прежде всего, с качеством  воды. Низкая минерализация (до 100 мг/дм3) и содержания кальция  (3-50 мг/дм3), магния (2-40 мг/дм3), фтора, брома и йода, а так же повышенные концентрации железа (1,4-6,5 мг/дм3), марганца (0,01-2,2 мг/дм3) и кремнекислоты (2,4-35 мг/дм3) создают определенную степень риска для населения. Требуются перед подачей воды потребителю проведения специальных мероприятий по водоподготовке. Недостаток солевой нагрузки и концентраций биологически необходимых компонентов может быть компенсирован внесением в рацион питания населения сбалансированных минеральных вод [4].

Благодаря относительной защищенности (за счет мерзлоты), подземные воды в отличие от поверхностных, загрязняются более медленно, но процесс идет и носит необратимый характер. Загрязнение пресных подземных вод наблюдается на Уренгойском, Салехардском, Таркосалинском, Муравленковском, Надымском городских водозаборах. Подробно показатели загрязнения освещены в авторских работах и публикациях [4,5 и др.]. При этом необходимо отметить наличие в подземных водах техногенных компонентов загрязнителей – нефтепродуктов и фенолов, особенно характерных для Пуровского района.

Имеющиеся факты загрязнения подземных вод вызывают серьезную тревогу за сохранение их качества в ближайшем будущем, учитывая крайне медленное естественное самоочищение и возобновляемость. Все это требует разработки специальных мер по защите подземных вод от загрязнения на основе детального изучения влияющих на процесс факторов [4].

Минерализованные подземные воды. Добыча минерализованных (соленых) подземных вод на исследуемой территории  осуществляется  для целей технического водоснабжения систем поддержания  пластового давления (ППД) при разработке  и эксплуатации месторождений углеводородов. При этом основным объектом добычи являются подземные воды апт-альб-сеноманского гидрогеологического комплекса. По имеющимся данным [2] для этих целей было в регионе за 2019 г. добыто и использовано  39,758 тыс. м3/сутки воды (табл. 1).

По состоянию на 01.01.2019 г. в регионе для целей технического водоснабжения систем ППД оценены и утверждены в установленном порядке запасы на 52 месторождениях и участках  в количестве 226,736 тыс. м3/сутки [2].

Минерализация этих подземных вод изменяется от 0,5-1,0 г/дм3 (долина р. Обь) до 15-25 г/дм3 (центральная часть региона, в районе г.г. Надым, Новый Уренгой и Ноябрьск). В составе минерализованной воды преобладают хлор и натрий. Содержание йода достигает 30 мг/дм3, бора 20 мг/дм3, фтора  1,6 мг/дм3 и железа 25 мг/дм3. В воде отмечено низкое содержание гидрокарбонатов и практически полностью отсутствуют сульфаты [6].

 

Помимо вышеуказанных подземных вод для поддержания системы ППД используются: попутная (подтоварная) вода, пресная подземная вода, ресурсы поверхностных вод и хозяйственно-бытовые стоки (рис. 7). По данным статистического отчета 2-ТП «Водхоз» [3] в 2019 году  закачивалось в глубокие горизонты 394, тыс. м3/сутки.

 

 

 

 

Рис. 7. Типы вод, используемых в системах  ППД

 

        Помимо использования минерализованных вод апт-альб-сеноманских отложений для целей ППД, сам водоносный коллектор широко используется для захоронения сточных вод. К настоящему времени на разрабатываемых месторождениях углеводородов и вблизи отдельных населенных пунктов обустроены 57  полигонов захоронения.  

Минеральные воды. В недрах любого нефтегазоносного бассейна содержатся термальные воды, минеральные воды промышленного значения, минеральные воды лечебного значения, воды, насыщенные углеводородными газами. Эти воды могут быть широко использованы в народном хозяйстве [4,6].

На рассматриваемой территории имеются несколько объектов эксплуатации минеральных вод, которые используются в лечебных целях (столовые питьевые воды, минеральные лечебные ванны). Для этих нужд были утверждены запасы на трех месторождениях в количестве 0,389 тыс. м3/сутки (табл. 1). 

Данный тип подземных вод хлоридного натриевого состава с минерализацией 15-22 г/дм3 используются в санаториях г.г. Ноябрьск, Надым, Новый Уренгой.

г. Салехард. Интерес для бальнеотерапевтического применения представляет уникальная лечебная вода, вскрытая в юрских отложениях на глубине 400 м скв. 36, пробуренной в 1989 г. (в настоящее время перебуренной) в центре города. Вода гидрокарбонатно-хлоридная натриевая с минерализацией 1,0 г/дм3 и очень высоким содержанием органического вещества. По заключению Свердловского НИИ курортологии и медицинской реабилитации вода может использоваться для лечения заболеваний нервной системы, костно-мышечной системы, органов пищеварения, женских половых органов и кожи. Эксплуатационные запасы минеральной лечебной воды не утверждены [16].

Лечебные минеральные столовые воды. Вода с минерализацией 2-3 г/дм3 вскрыта в 1987-1988 г.г. в четвертичных аллювиальных и аллювиально-морских отложениях на территории райцентра п. Аксарка. По составу вода близка к Тюменской минеральной лечебно-столовой воде и согласно предварительному заключению Свердловского НИИ курортологии она может использоваться в качестве лечебно-столовой. Более углубленные исследования воды для целей организации промышленного розлива не проводились [7].

 

 Захоронение промышленных стоков в недра.

Краткая история подземного захоронения. В настоящее время в Российской Федерации нет единого подхода, регламентирующего подземное захоронение промышленных сточных вод. Это наглядно было отражено на парламентских слушаниях, проведенных в 1997 г. Комитетом Государственной Думы по экологии по теме: «Экологические проблемы подземного захоронения промышленных отходов в глубинные горизонты» [8]. В процессе слушаний было установлено неоднозначное 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, так как таким способом могут удаляться лишь сравнительно небольшие количества загрязненных и токсичных отходов. И хотя сильно загрязненная часть стоков сравнительно невелика, она может существенно загрязнить окружающую среду, подземное захоронение не решает проблему удаления отходов в целом. Поэтому, по мнению ряда специалистов (В.М. Гольдерберг, Н.П. Скворцова, Л.Г. Лукъянчикова, 1994 г. ) подземное захоронение стоков – это не радикальный способ удаления, а вынужденная мера ограниченного применения по отношению к неочищенным, сильно загрязненным и токсичным стокам [7,8].

История захоронения сточных вод за рубежом. За рубежом подземное захоронение сточных вод получило наибольшее распространение в США. В 1959 г. там, кроме нескольких десятков тысяч нагнетательных скважин нефтяной промышленности, было всего шесть полигонов подземного захоронения сточных вод других отраслей. В 1963 г. их стало 35, в 1967 г. - 110, в 1997 - 705 [9].

Из общего числа поглощающих скважин в США 55 % используется для захоронения сточных вод химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности; 20 - газовой; 7 - металлургической и 18 % приходится на прочие отрасли.

Коллекторами для захоронения этих вод служат в основном осадочные породы: пески - 33, песчаники - 41, известняки и доломиты - 22 %. Закачка сточных вод в магматические и метаморфические породы практикуется редко.

Распространение в США поглощающих скважин по глубине выглядит следующим образом, в %:  до 305 м – 6 %, 305 - 710 м - 19; 710 - 1420 м – 26;  1420 - 2130 м – 34; 2130 - 4260 м – 14; свыше 4260 м - 1 % [8,9].

По объемам закачки сточных вод скважины распределяются следующим образом (м3/ сутки): до 300 - 28 %; 300 - 600 - 14; 600 - 1200 - 30; 1200 - 2400 - 23; 2400 - 4800 - 3; более 4800 - 2 %.

Около 70% скважин характеризуется дебитами в интервале от 300 до 2400 м3/сутки[8,9].

Давление нагнетания на устье скважин, как правило, не превышает 4,0 МПа (77 % скважин); с давлением от 4,0 до 10,0 МПа работает 20 %, выше 10 МПа - 3 % скважин.

Наряду с этим, подземное захоронение сточных вод широко распространено в Германии, Великобритании, Франции, Канаде, Японии.

В Германии насчитывается несколько десятков полигонов подземного захоронения сточных вод предприятий калийной, химической, нефтяной и газовой промышленности. Закачка сточных вод производится в карбонатные и терригенные породы «цехштейна» (пермь) и «мальма» (юра) на глубину до 1100 м и более. Объем закачки составляет от 120 до 4800 м3/сутки на скважину с устьевым давлением 1,0-2,0 МПа. При этом на предприятиях калийный промышленности в земле Гессен через 10 скважин на глубину 325-525 м закачивается 400 млн. м3/год рассолов.

В Великобритании в районе Уитчарча промышленные сточные воды закачиваются уже в течение 60 лет в отложения мелового возраста, для чего используются 19 скважин.

Во Франции первая поглощающая скважина пробурена в 1970 г. в 60 км от Парижа на заводе «Грандпюи». Воды объемом 1100 м3/сутки при устьевом давлением 1,0 МПа закачиваются в юрские известняки в интервал 1950-1980 м.

В Канаде имеется несколько десятков поглощающих скважин для подземной закачки промышленных сточных вод. Только в провинции Онтарио насчитывается 16 таких скважин. В провинции_Альберта ежесуточно захороняется более 30 тыс. м3 сточных вод нефтеперерабатывающих заводов.

В Японии осуществляется подземное захоронение многих разновидностей промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Так, на одном из медных рудников в течение многих лет производится закачка кислых дренажных вод в 150 скважин глубиной 35-60 м, пробуренных из шахты в толще андезитов, подстилающихся песчаниками. Объем закачки 13 тыс. м3/сутки.

Подводя итог изложенному ознакомлению с зарубежным опытом ПЗС, можно констатировать неуклонное расширение масштабов захоронения и его несомненную положительную роль в охране наземной окружающей природной среды от загрязнения.

 История захоронения сточных вод в странах СНГ и России (бывший СССР). Что касается нашей страны, то она в данном вопросе шла тем же путем, что и другие развитые страны. Это еще раз подтверждает общность мировых экологических проблем, вызванных бурным развитием промышленности и технологических приемов их решения.

В СССР исследования по выяснению возможности подземного захоронения сточных вод предприятий, не относящихся к нефтедобыче, начались в 50-е годы. Первоначально они были направлены на обезвреживание наиболее вредных жидких промышленных отходов (радиоактивные сточные воды атомной промышленности и токсичные воды химических производств). Существующая проблема изучалась комплексно и всесторонне ведущими научными учреждениями страны в самых разных аспектах - геологическом, гидрогеологическом, химическом, санитарном [8,9].

На основе разработок и предложений ученых и специалистов Правительством СССР были приняты постановления о проведении проектно-изыскательских работ на конкретных объектах. Геологоразведочные работы по обеспечению захоронения выполнялись специализированной организацией Мингео – бывшим Вторым гидрогеологическим управлением (ныне ГГП «Гидроспецгеология») и территориальными геологическими управлениями. Технологические вопросы решались многими проектными научными организациями.

В результате длительной кропотливой работы научных, проектных и производственных организаций в шестидесятые годы были построены и начали эксплуатироваться полигоны ПЗС Сибирского химического комбината (1963),  Научно- исследовательского института атомных реакторов (1966), горнохимического комбината «Красноярск-26» (1967), Уфимского НПЗ (1967), ТПО «Пигмент» (1968), Троицкого йодного завода (1968) и др. [8,9].

Сибирский химический комбинат (г.Томск-7) находится в зоне сочленения Западно-Сибирской плиты и Саяно-Алтайской складчатой области. Для захоронения радиоактивных вод используются два песчаных пласта позднемелового возраста мощностью 30-40 м и 37-94 м, залегающие в интервале глубин, соответственно, 350-400 м и 280-350 м. Воды, насыщающие пласты- коллекторы, пресные с минерализацией 0,3-0,4 г/дм3. Выше залегает толща переслаивающихся песчаных и глинистых пластов палеогенового, неогенового и четвертичного возраста. Два полигона захоронения сточных вод расположены в 3-5 км от производственного комплекса. На полигонах осуществляется подземное захоронение 4500 м3/сутки сточных вод при давлении нагнетания 1,2-2,0 МПа. Некоторые виды концентрированных технологических жидких отходов закачиваются в скважины периодически порциями по 5-10 тыс. м3, несколько раз в год [8,9].

Сточные воды Надеждинского металлургического завода, входящего в состав Норильского горно-обогатительного комбината, в опытном порядке с 1977-1978 гг. начали захоронять в тектонически нарушенную зону девонских отложений на глубину 300-350 м. Минерализация подземных вод поглощающего горизонта - от 3 до 8 г/дм3. Водоупорная покрышка представлена толщей многолетнемерзлых пород (ММП) мощностью до 220 м [8,9].

На алмазных месторождениях Якутии, разрабатываемых глубокими карьерами, существует проблема обезвреживания дренажных (карьерных) рассолов. Обычно их накапливают на поверхности земли, что крайне отрицательно влияет на окружающую среду из-за больших утечек вплоть до полного опорожнения рассолохранилищ. Частично практикуется также непосредственный сброс избытка рассолов в реки. Для нормализации экологической обстановки на ключевом отечественном месторождении была разработана технология захоронения рассолов в коллекторы ММП, развитые на 30-50 м ниже уровня вреза речных долин, т.е. на глубине около 180-260 м от поверхности земли на водораздельных пространствах [8,9].

Подземное захоронение дренажных рассолов здесь осуществляется с 1986 г. через 3-6 (в разные годы) скважин при суммарном объеме захоронения в среднем 367,5 тыс. м3 в год.

Приемистость поглощающих скважин составляет в среднем от 1200 до 1440 м3/сутки.

В калийной промышленности большой проблемой является обезвреживание так называемых избыточных рассолов. Обычно их хранят в прудах-накопителях, что отрицательно воздействует на природу, а иногда приводит к настоящим экологическим бедствиям, когда содержимое прудов-накопителей аварийно уносится в реку.

ПЗС как способ защиты окружающей среды от загрязнения получило признание также в газовой промышленности, хотя и не сразу после ее выделения в самостоятельную отрасль из нефтяной промышленности в середине пятидесятых годов. Дело в том, что при добыче газа не применяется заводнение залежей в целях поддержания пластового давления и, следовательно, опыта закачки воды в пласты- коллекторы у газовиков не было. Сравнительно небольшие объемы сточных вод, относительно невысокая токсичность их состава и возможность использования газа для собственных нужд предопределили на первых порах конкурентоспособность метода сжигания промышленных сточных вод. Однако по мере открытия все более крупных месторождений, а также месторождений с высокими концентрациями кислых (агрессивных) компонентов в составе газов и вод, создания газохимических комплексов,

увеличения объемов и ужесточения экологических требований к составу промышленных сточных вод с неизбежностью возник вопрос о их обезвреживании путем подземного захоронения. Для этого газовая промышленность располагала всем необходимым: детальной геологической изученностью недр на большую глубину, наличием глубоких разведочных скважин, пригодных для переоборудования под закачку вод, оснащенностью мощной буровой техникой и материалами, необходимыми для строительства нагнетательных скважин.

Сточные воды небольших объемов закачиваются в поглощающие горизонты на многих подземных хранилищах газа, расположенных не только в традиционных нефтегазодобывающих регионах, но и далеко за их пределами в районах крупных потребителей газа, которыми являются большие города и промышленно развитые территории.

История захоронения сточных вод в Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе. Подземное захоронение промышленных сточных вод широко практикуется в Ямало-Ненецком нефтегазодобывающем регионе, являющемся основным газодобывающим регионом страны. Здесь оно выступает самостоятельной отраслью при разработке газовых месторождений и составной частью технологического процесса при добыче нефти [10]. К настоящему времени здесь обустроено 57 полигонов захоронения.  На рисунке 8 показан типовой полигон захоронения сточных вод, используемый на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона. Для этого имеются исключительно благоприятные геолого-гидрогеологические условия, которые состоят в следующем. Основным объектом освоения являются газовые залежи, залегающие на глубине 850-1300 м в массивном резервуаре песчаных сеноманских отложений. Они подстилаются мощной водонапорной системой песчаных отложений сеномана, альба, в которую и производится ПЗС на глубину 990-1600 м (чаще 1100-1400 м) [10,11].

Рис.8. Типовой полигон захоронения сточных вод на территории Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона

 

Высокие коллекторские свойства песчаных пород (пористость 25-30%, проницаемость не менее 0,5 пм2) обеспечивают высокую приемистость скважин, составляющую при опытных нагнетаниях от 600 до 2400 м3/сутки технической воды при устьевых давлениях 0,2-о,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 депрессионной воронки газовых месторождений для закачки стоков позволяет закачивать их значительные объемы, не опасаясь роста пластового давления.

В основном, закачиваемые стоки по химическому составу 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 на очистных сооружениях (рис. 9), удаление плавающих нефтепродуктов (на нефтеловушках) (рис. 10).

Рис. 9. Очистные сооружения КНС

Рис. 10. Нефтеловушка

 

 

 Система поддержания пластового давления в Ямало-Ненецком   нефтегазодобывающем регионе.

Методы поддержания пластового давления путем заводнения нефтяных пластов были предложены в конце 40-х годов ХХ века учеными Московского нефтяного института им. Губкина (В.Н. Щелкачев и др.) специально для разработки крупных месторождений в Волго-Уральском нефтегазоносном бассейне, где они были применены для эксплуатации залежей нефти в девонских песчаниках. Здесь этот метод оказался эффективным и позволил довести нефтеотдачу до 50% и более [12].

В западной Сибири первые испытания скважин, вскрывших сеноманские воды, с целью их последующей закачки в продуктивные пласты (систем ППД) были начаты в 1966 г. в Ханты-Мансийском автономном округе, на Усть-Балыкском нефтяном месторождении. Метод заводнения быстро приобрел грандиозные масштабы. К концу века общий объем закачиваемых только сеноманских вод превысил 10 млрд. м3 [12].

На территории региона на каждом из многочисленных объектов добычи нефти, с одной стороны осуществляется  изъятие из недр углеводородного сырья вместе с попутной (подтоварной) пластовой водой, с другой – закачка в недра (для ППД) этой же подтоварной воды. Здесь же на промыслах специально добываются  минерализованные воды из апт-сеноманского  и (в единичных случаях) пресные воды из эоцен-олигоцен-четвертичного комплексов. Общая картина техногенного воздействия на гидрогеологические системы усложняется тем, что для ППД, помимо указанных подземных вод (подтоварная + апт-сеноманская + эоцен-четвертичная) еще используются ресурсы поверхностных вод и хоз-бытовые стоки.

Согласно отчетности предприятий о выполнении условий лицензионных соглашений  суммарный объем закачки в 2019 году составил 128 999,693 тыс. м3, что соответствует ее среднесуточному расходу – 353,424 тыс. м3/сутки [2].

Воздействие систем ППД на  гидрогеологические системы.  При разработке нефтяных и газовых месторождений основные изменения происходят в самих нефтегазосодержащих пластах. Часть ранее нефтенасыщенного порового пространства замещается водой или газом, изменяются пластовое давление и температура флюидов, преобразуется химический состав пластовой воды и нефти.   

Особенно интенсивно эти процессы происходят при закачке поверхностных вод [7].  В этих случаях пластовая температура снижается, увеличивается вязкость нефти, ухудшаются условия фильтрации жидкости и как результат снижается нефтеотдача. Кроме того, закачка пресной холодной воды способствует   развитию сероводородного заражения пластовых вод в результате жизнедеятельности заносимых с закачиваемой водой сульфатвосстанавливающих бактерий.

          Изменение пластовой микробиоты и сероводородное заражение пластовых вод. Приконтурные воды нефтяных месторождений характеризуются биоценозом термофильных, преимущественно, анаэробных микроорганизмов. Большинство природных вод, а также техногенных, до температуры стерилизации (80оС) в изобилии содержат бактерии, которые при возникновении благоприятных условий становятся активными [13,14]. Восстановление  сульфатов до сероводорода происходит биогенным путем в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий в анаэробных условиях. Наиболее активную геохимическую деятельность микроорганизмы совершают в призабойных зонах нагнетательных скважин и на поверхностном нефтепромысловом оборудовании. Сероводородное заражение пласта – одно из основных последствий процесса сульфатредукции; сероводород – индикатор его протекания. Сероводород резко усиливает коррозию стального нефтепромыслового оборудования, что создает предпосылки к аварийным разливам нефти и подтоварных вод.

Сохранение карбонатного  равновесия при разработке месторождений имеет очень  важное, если не первостепенное значение, как теоретическое, так и практическое (для регулирования процессов разработки, уменьшения негативных последствий освоения нефтегазовых промыслов и т.д.). Опыт заводнения нефтяных месторождений в Западной Сибири, а также захоронения стоков показывает, что отложения солей в нагнетательных линиях (водоводы и скважины) при закачке как пресных, так и минерализованных вод различного состава, как правило, не происходит. Минеральные осадки присутствуют в основном, в добывающих скважинах, системах сбора нефти и воды, а также в коллекторах заводнения пластов [15]. В большинстве случаев  в составе осадков преобладают плохо растворимые сульфаты и карбонаты кальция. По данным В.П. Ильченко и др. [16] отложения кальцита в порах газовых коллекторов на уровне ГВК, вызванные падением давления газов в залежи, прогнозируются на всех объектах, и составляют до 0,02% от объема внедрившейся воды.

Процессы солеотложения имеют место в обводненных скважинах при любом способе эксплуатации нефтяного месторождения  [17]. Пластовые воды нефтяных месторождений, попадая в термобарические условия поверхности и теряя водорастворенную углекислоту, становятся нестабильными к образованию карбонатных осадков. Применение сеноманских вод хлоркальциевого типа, на месторождениях с однотипными внутриконтурными и законтурными водами нефтяных залежей практически не влияют на интенсивность выпадения солей. Для месторождений с пластовыми водами гидрокарбонатного натриевого типа интенсивность осадкообразования в смесях вод значительно возрастает, но при этом  наблюдается существенная задержка солеотложения, обусловленная изменением состава закачиваемой воды при взаимодействии с нефтью, породой коллектора и пластовой внутриконтурной водой.  Закачка пресных поверхностных вод  приводит к увеличению осадка при смешении с хлоркальциевыми пластовыми водами, но на скважинах, работающих длительное время с высокой обводненностью  продукции, количество нерастворимого осадка может резко уменьшиться вследствие разбавления пластовой  концентрации солей. При совпадении химических типов пресных и минерализованных пластовых вод выпадение солей на нефтепромысловом оборудовании не происходит, но в результате взаимодействия закачиваемых вод с пластовыми флюидами и породой стабилизирующее свойство первых теряется. Начинается интенсивное выпадение осадка, величина которого уменьшается по мере роста степени промывки коллектора пресной водой. 

Необходимо отметить, что широкое использование в системах ППД поверхностных вод  на территории региона связано с  геохимической зональностью апт-сеноманского и неоком-юрского гидрогеологических комплексов.  В качестве примера можно привести разрабатываемое с 1986 года  Тарасовское  месторождение нефти [18]. Так, если для сеноманского горизонта характерен только хлоркальциевый тип вод по классификации В.А. Сулина, то воды неокомских отложений могут быть хлоркальциевого (АС10, БС5, БС6, БС7, БС8, БС12-15), и гидрокарбонатно-натриевого типов (БС9, БС13, БС14). В пластах БС10, БС11, БС12 наблюдаются как гидрокарбонатно-натриевый, так и хлоркальциевый  тип вод (рис. 11).

 Как видно из графика  с глубиной минерализация вод уменьшается практически в два раза (от 20,0 до 11,72 г/дм3),  одновременно с этим отмечается увеличение содержания гидрокарбонатов. Концентрация ионов хлора и магния в альб-сеноманских водах превышает их содержание в пластах  неокомского и юрского  горизонтов, в содержании кальция особого отличия не наблюдается (табл. 2).

 

 

Рис. 11. Изменение концентрации гидрокарбонатов с глубиной

                                                                                     (Тарасовское месторождение)                                                                                                 

                                                                                             

                                                                                          

                                                                                                Таблица 2                

Химический состав пластовых вод Тарасовского месторождения

Пласт

Содержание ионов, мг/дм3

Минерали-зация

мг/дм3

Глубина

м

Na++K+

Са2+

Мg2+

Сl-

SO42-

НСО3-

Альб-сеноман

8406,00

448,00

82,80

10932,23

38,40

183,00

18792,20

900-1200

АС10

8550,00

1016,00

55,20

11874,75

0,00

268,40

20063,20

1900-2100

БС5

5718,00

750,00

43,20

8165,00

0,00

97,60

13726,80

 

БС6

5655,00

616,00

9,60

7714,15

14,40

140,30

13147,10

 

БС7

5595,00

372,00

19,20

7206,50

13,44

207,40

12496,10

 

БС8

6585,00

238,40

31,20

8094,00

11,52

353,80

14281,70

 

БС9

6618,00

160,00

43,20

7657,35

11,52

963,80

14198,00

 

БС10

6459,00

380,00

23,52

8520,00

9,60

793,00

14845,90

 

БС11

6090,00

300,00

18,00

7756,75

14,40

719,80

13692,70

 

БС12

6417,00

252,80

44,16

7543,75

12,48

707,60

13835,30

 

БС 12-15

6672,00

278,00

26,88

8225,35

0,00

402,60

14532,80

2400-2700

БС13

6063,00

436,00

15,60

6958,00

38,40

1134,60

13289,70

 

БС14

5745,00

156,00

18,00

6212,50

38,40

1525,00

12294,60

 

ЮС

5220,00

116,00

21,60

5538,00

9,60

1549,40

11138,30

2700-3000

 

По типу «сеноманские» воды  хлоркальциевые, совместимы с пластовыми водами данного типа, но при контакте с гидрокарбонатно-натриевым типом вод могут способствовать интенсивному солеобразованию. По указанной причине, для закачки в системе ППД вместо «сеноманских» вод используются пресные поверхностные воды или (и) подтоварные воды из неокомских отложений.

С целью изучения вопроса совместимости закачиваемых сточных вод с водами, которые находятся в поглощающем горизонте, автором были проведены лабораторные исследования (эксперименты) на совместимость. Исследования проводились при атмосферном давлении и температурой аналогичной пластовой. Пластовые воды смешивались с пресными речными водами в пропорции 4:1, 1:1, 1:4 и, аналогично, с подтоварными. Также смешивали подтоварные и пресные воды с хозяйственно-бытовыми стоками. Пробы термос тировали при температуре 85 град. С в течение 4-х часов. Проведенные исследования показали, что при смешении сточных вод с пластовой водой осадков не наблюдается, то есть можно предполагать, что воды совместимы.

 

Заключение

1. В целом состояние водных ресурсов Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона можно признать относительно удовлетворительным.

2. В настоящее время на территории региона основным источником загрязнения данных ресурсов являются предприятия нефтегазового комплекса, включающие промышленные и гражданские и линейные сооружения.

3. В течение продолжительного времени наблюдается загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

4. В результате техногенного воздействия на подземные воды в нефтегазовых районах фиксируется формирование специфических техногенных гидрогеологических систем, в которых главным источником загрязнения являются бытовые стоки.

5. Не смотря на относительно удовлетворительное состояние водных ресурсов исследуемого региона, важным является вопрос организации мониторинга за их добычей и использованием.

 

 

 

Список литературы

  1. Бешенцев В.А., Трофимова Н.С. Водоснабжение. Учебное пособие. Тюменский индустриальный университет. Тюмень. 2016 г., - 70 с.
  2. Доклад об экологической ситуации в Ямало – Ненецком автономноом округе за 2019 год. – Салехард: Департамент природно-ресурсного регулирования, лесных отношений и развития нефтегазового комплекса Ямало-Ненецкого автономного округа, 2020. - 430 с.
  3. Государственный статистический отчет 2-ТП «Водхоз» за 2019 г. НОБВУ. Тюмень. 2020 г., - 241 с.
  4. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Подземная гидросфера севера Западной Сибири (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона). Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. Тюменский государственный нефтегазовый университет. Тюмень. 2014 № 4. С. 6-11.
  5. Бешенцев В.А. Подземные воды Ямало-Ненецкого автономного округа. Екатеринбург. Институт геологии и геохимии УрОРАН, 2006, - 149 с.
  6. Бешенцев В.А., Бешенцева О.Г., Соловьева В.В. Водные ресурсы Ямало-Ненецкого автономного округа и их использование // Горные ведомости. Вып. №10. Тюмень: ОАО «СибНАЦ», 2007. С. 74-84.
  7. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Подземные воды Севера Западной Сибири (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона). Изд-во Тюм. ГНГУ. Тюмень, 2015, - 224 с.
  8. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Обоснование захоронения сточных вод в недра. Учебное пособие. Изд-во ТИУ. Тюмень, 2018, - 95 с.
  9. Кашавцев В.Е., Гаттенбергер Ю.П., Люшин С.Ф. Предупреждение солеобразования при добыче нефти. – М.: Недра, 1985, - С. 215.
  10. Бешенцева О.Г., Ильченко В.П., Матусевич В.М. Мировой и отечественный опыт подземного захоронения сточных вод. Известия высших учебных заведений Нефть и газ № 2. Тюмень, 2000, - с 4-9.
  11. Бешенцев В.А., Семенова Т.В., Павлова Е.И. Захоронение сточных вод на нефтепромыслах Севера Западной Сибири (на примере Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона), Известия высших учебных заведений. Нефть и газ Тюменский государственный нефтегазовый университет. Тюмень, 2014. № 5, С. 6-9.
  12. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Гидрогеологические условия захоронения сточных вод на территории Ямало-Ненецкого региона: материалы /II Всерос. науч.-практ. конф. « Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геокриологии Урала и сопредельных территорий». Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2013Ю с. 13-16.
  13. Бешенцев В.А. Техногенная трансформация подземных вод Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона. Горные ведомости. Тюмень, ОАО «СибНАЦ», 2015. № 6 С. 20-36.
  14. Бешенцев В.А., Семенова Т.В. Охрана подземных вод от загрязнения на полигонах закачки при захоронении промышленных сточных вод (на примере Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона). Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», №5. г. Уфа, 2014. С. 357-374.
  15. 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.
  16. Технология газопромысловых гидрогеологических исследований. Под редакцией Л.М. Зорькина, Б.П. Акулинчева. Авторы В.П. Ильченко, Б.П. Акулинчев, Ю.Г. Гирин, В.С. Гончаров, Л.М. Зорькин, Е.Ф. Кирьяшкин, В.Г. Козлов, Т.В. Левшенко, О.И. Леухина, Г.П. Лысеник, Н.М. Петухова, К.Е. Питьева, О.М. Севастьянов, Р.Г. Семашев, О.И. Серебряков, В.А. Сиротюк, Е.В. Стадник, А.А. Теми-ров. М.: Недра, 1997, - С. 300.
  17. Фролова И.И., Митрохина Т.П. Экологические аспекты возможности использования хозяйственно-бытовых сточных вод г. Ноябрьска в системе ППД Спорышевского месторождения. – Ноябрьск, «Ноябрьскнефтегаз», 1994. – 136 с.

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

Прием материалов
c по
Осталось 6 дней до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary