Прогнозирование зон с аномально высоким пластовым давлением для предупреждения чрезвычайных ситуаций Давиденко е.Ю. (УкрНиИгаз, г. Харьков)

Научно-технический прогресс значительно увеличил возможности производства, но принёс с собой техногенную и экологическую угрозу, как для человека, так и для окружающей среды.

В процессе бурения скважин важное значение имеет определение изменения градиента давления с глубиной. Этим достигается своевременное прогнозирование местоположение зон с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) и оценка давления в пласте. Неожиданные вскрытия залежей с АВПД вызывают при бурении выбросы и открытые фонтаны.

Выбросы газа в атмосферу могут создать опасный уровень загазованности околоземного слоя атмосферы на территории месторождений.

По степени токсичности вещества-загрязнители можно расположить в следующей последовательности по направлению к уменьшению:

H₂S → C_nH_2n+2 → SO₂ → SO₃ → NO→

→ NO₂ → CO → NH₃ → CO₂

Сероводород, углеводороды и сернистый ангидрит являются характерными компонентами для нефтяных объектов и преобладают как по токсичности, так и по объёмам поступления в атмосферу.

Вследствие взаимодействия диоксида серы и оксидов азота с водным паром образуется серная и азотная кислоты, которые обладают большей токсичностью по сравнению с первичными загрязнителями. Синтезированные вторичные продукты выпадают на поверхность земли и способствуют повышению кислотности грунтов и вод.

Аварийные ситуации при бурении скважин при вскрытии пластов с АВПД могут стать причиной загрязнения поверхностных вод. Это характерно для скважин, которые находятся в непосредственной близости к водоохранным зонам рек.

Нефтяные выбросы и фонтаны могут стать причиной загрязнения грунтового покрова. Глубина проникновения нефти зависит от литологического состава грунтов. В процессе естественного разделения нефти на фракции в грунте лёгкие фракции распределяются по всему профилю, частично испаряясь в атмосферу, и выносятся грунтовыми водами. При этом тяжёлые фракции нефти накапливаются в гумусовом комплексе и сохраняются в грунтах на протяжении длительного времени. Это явление представляет серьезную опасность из-за канцерогенных и мутагенных свойств этих соединений. Под их влиянием повышается фитотоксичность грунтов, что приводит к нарушению физиологических процессов и ухудшению продуктов растительности. В грунтах при этом наблюдается накопление железа, марганца и уменьшается содержание фосфора, калия и магния, меняется соотношение между основными химическими компонентами грунтов. Экспериментально установлено, что период обновления грунтово-растительных ассоциаций после их загрязнения нефтью в количестве 12 л/м³ составляет от 9 до 15 лет, в зависимости от климатических и ландшафтно-геохимических особенностей территории. А при захоронении грунтов, загрязнённых нефтью, увеличиваются сроки их очищения, поскольку биологический распад углеводородов напрямую зависит от поступления кислорода.

Для предотвращения осложнений при проходке скважины, что влечёт за собой загрязнение атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, грунта в настоящее время разработано большое количество методов выявления и прогнозирования зон АВПД. Эти методы различными авторами классифицируются по времени и источникам получения информации.

Е.В.Кучерок и Л.П.Шендерей [1] предложено подразделить все методы на группы: 1) до начала бурения – геофизические; 2)во время бурения – буровые характеристики, буровой раствор, шлам; 3) после бурения – геофизические исследования скважин; 4) после испытания и заканчивания скважины – прямые методы определения давления. Ценность каждого их методов определяется временем получения информации и точностью прогноза величин давлений и глубин вскрытия зон АВПД.

Одним из лучших методов прогнозирования АВПД являются геофизические исследования в скважинах, дающие наиболее полную физико-литологическую характеристику вскрытых скважной пород.

Комплекс геофизических методов исследования скважин, с помощью которых можно обнаружить пласты с аномально-высокими давлениями включает: 1) электрический каротаж; 2) акустический каротаж; 3) плотностной каротаж; 4) нейтронный каротаж; 5) гамма-каротаж.

Данный комплекс геофизических методов может дать полную информацию для выбора оптимального режима бурения в зонах АВПД.

Литература:

1. Кучерук В.Е., Шендерей Л.П. Современные представления о природе АВПД. М, ВМНИТИ, 1975, т.6, с.166.

2. Ж.-П. Муше, А. Митчелл Аномальные пластовые давления в процессе бурения: Происхождение – прогнозирование – выявление – оценка: Техн. руководство: Пер. с англ. – М.: Недра, 1991. – 287 с.: ил.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ

ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

НА ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

Евграшкина ГЛ., Шерстюк Н.П. (Днепропетровский

национальный университет, г. Днепропетровск)

Западный Донбасс - мощный горнодобывающий регион Украины. Добыча угля сопровождается интенсивным водоотливом шахтных вод повышенной минерализации, которые аккумулируются в прудах-накопителях. Они построены без экранизации днищ и служат источником загрязнения подземных и поверхностных вод. Извлекаемые из горных выработок породы отсыпают на поверхности земли, заполняя естественные и техногенные понижения. Часть земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, уже засыпана шахтными отвалами, площадь которых постоянно увеличивается. Для сельскохозяйственных целей эти породы без рекультивации непригодны и служат дополнительным источником загрязнения почв и подземных вод.

Под влиянием названных и ряда других техногенных факторов негидрогеологической направленности экологическая ситуация региона постоянно ухудшается. Для научного обоснования, разработки и осуществления на этой территории комплекса природоохранных мероприятий необходимы многоплановые согласованные научные исследования, обязательной составной частью которых является гидрогеологический мониторинг. Он рассматривается как сложная многоступенчатая динамическая природно-техническая система контроля и управления режимом подземных вод с обратной связью между ними.

Режимная наблюдательная сеть – первая и главная составляющая гидрогеологического мониторинга, на техногенно-нару­шенных территориях должна одновременно решать задачи контроля и прогноза, с учетом спецификации методов прогнозных расчетов. С этих позиций математически обоснована ее струк-тура.

Постоянно действующая математическая модель (ПДДМ) изменения гидрогеологических условий региона вслед за режимной наблюдательной сетью - важная и обязательная составляющая регионального гидрогеологического мониторинга. Она многофункциональна, решает эпигнозные, прогнозные, прямые и инверсные гидрогеологические задачи. В плане усовершенствования существующей ПДДМ дано теоретическое обоснование ее составной части, моделирующей миграцию подземных вод. Среди множества неоспоримых достоинств ПДДМ имеет недостаток. Ввиду относительно мелкого масштаба (1:100000) она дает общую характеристику техногенных изменений режима подземных вод и не может быть единственной научной основой для разработки комплекса природоохранных мероприятий. Поэтому она дополнена крупномасштабными прогнозными исследованиями на территориях прилегающих к прудам-накопителям и занятых шахтными отвалами.

Выполнено сопоставление прогнозных и натурных значений минерализации подземных вод и проанализированы причины несоответствия в зоне влияния четырех прудов в балках Таранова, Стуканова, Свидовок и Николина.

Предложен каскадный метод аккумуляции шахтных вод, полностью исключающий загрязнение подземных вод.

Исследованы три типа шахтных отвалов. Теоретически обоснован оптимальный метод их рекультивации. Он предусматривает систематическое орошение на фоне горизонтального дренажа. Рассчитаны его параметры. По современным методикам выполнена оценка пригодности шахтных вод для орошения и рассчитано целесообразное количество мелиорантов.

Разработан численно-аналитический метод определения коэффициента гидродисперсии в зонах полного и неполного водонасыщения одновременно на одной модели.

Для решения перечисленных задач применены аналитические и численные методы с использованием конечно-разностных схем.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОГО

ГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ ПРИ КАРТОГРАФИРОВАНИИ ОЧАГОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Зинюков Ю.М., Корабельников Н.А., Усачев С.А. (Воронежский государственный университет, г. Воронеж)

Проблема загрязнения природной среды нефтепродуктами с каждым днем становится все более актуальной. Это связано с неуклонно прогрессирующим ростом количества автозаправочных станций, авторемонтных предприятий, хранилищ нефтепродуктов и собственно автотранспорта, зачастую неудовлетворительного технического состояния. При этом отмечается интенсивное возрастание загрязнения природной среды нефтепродуктами, такими как бензин, керосин, дизельное топливо, технические масла и др. В настоящий момент времени нефтепродукты становятся загрязнителями №1 для крупных населенных пунктов и транспортных магистралей. В связи с чем, разработку оперативных методик контроля загрязнения геологической среды можно оценивать как актуальную необходимость. Предлагаемый проект может являться одной из необходимых ступеней в решении данной проблемы.

Цель инновационного проекта – разработка методики оперативного газового картографирования очагов загрязнения природной среды (почв, грунтовой толщи, подземных вод) нефтепродук­тами.

Основные задачи проекта: выбор и сравнительная оценка измерительных приборов (газоанализаторов) для опробования подпочвенного воздуха, обеспечивающих чистоту эксперимента; экспериментальный выбор приоритетных показателей нефтяного загрязнения; выявление эффективных глубин контроля углеводородных газов в грунтовой толще; выявление и оконтуривание очагов загрязнения по результатам газоанализаторных исследований; оценка степени экологической опасности загрязнения геологической среды (пресных подземных вод) нефтепродуктами; разработка рекомендаций по контролю развития загрязнения геологической среды.

Реализация проекта представляется следующим образом. На специально выбранном объекте (желательно на каком-либо крупном нефтехранилище, где уже имеется определенный опыт исследований) производится газовое картографирование геологической среды территории предприятия и его основных инфраструктурных элементов с использованием фотоионизационного газоанализатора «Колион – 2В (1В)» конструкции «Хромдетэко­логия» г. Москва. Таким образом, в геоэкологическую практику внедряется прибор, изначально выпускавшийся для предприятий химической промышленности. Данный прибор адаптируется применительно к геоэкологическим исследованиям с разработкой методических основ газового картографирования геологической среды с учетом имеющихся наработок. Имеется опыт исследований на территории нефтехранилища «Красное Знамя» Росрезерва (г. Воронеж). Данное предприятие представляет собой объект длительного хранения топлива для реактивных двигателей. При проведении газовой съемки на данном предприятии были оперативно оконтурены очаги загрязнения почв и грунтов зоны аэрации (в качестве показателя загрязнения был выбран гексан). Замеры производились в скважинах глубиной 1-9 м. Загрязненными оказались почвы, грунты, подземные воды, на уровенной поверхности которых в результате многолетних утечек сформировалась линза условно чистого нефтепродукта мощностью 0,6 м.

Результатом первичной реализации проекта будет являться комплект карт загрязненности компонентов геологической среды (почв, подземных вод, грунтов зоны аэрации) нефтепродуктами с выявлением источников и направленности развития процесса загрязнения на исследуемых объектах. Конечным результатом будет являться научно-методическая основа оперативного газового картографирования природной среды, загрязненной нефтяными углеводородами.

Дальнейшие возможности развития проекта видятся в адаптации методики на территориях расположения различных техногенных объектах-загрязнителях разного уровня (нефтехранилища, нефтебазы, АЗС и др.). Широкое внедрение новых технологий в научно-исследовательскую и производственную практику позволит получать оперативную информацию о развитии нефтеуглеводородного загрязнения природной среды, своевременно контролировать экологическую ситуации и управлять негативными изменениями природной среды.

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ

МЕСТОРОЖДЕНИЯ САМОТЛОР В БАССЕЙНЕ

РЕКИ ВАТИНСКИЙ ЁГАН

Иванюкович Г.А., Тимошенко И.Ю. (СПбГУ,

Санкт-Петербург)

В работе рассматривается бассейн р. Ватинский Ёган, источником, загрязнение которого являются многочисленные разливы нефти, возникающие при разработке месторождения Самотлор. Анализируется загрязнение поверхностных вод, почв и донных отложений нефтепродуктами и хлоридами в период с 1995 по 2004 гг.

Река Ватинский Еган пересекает месторождение Самотлор с северо-востока на юго-запад на протяжении около 50 км. Площадь водосбора реки в пределах месторождения 1100 км². Мониторинг вод Ватинского Егана проводился на входе и выходе реки с территории месторождения, а также в трех пунктах в пределах этой территории. Кроме того, рассматривались результаты мониторинга трех правых и трех левых притоков с примерно одинаковой площадью водосбора (от 60 до 100 км²). Пробы в пунктах контроля отбирались ежемесячно.

Общий уровень загрязнения вод оценивался по индексу загрязнения (ИЗВ), при расчете которого учитывали содержание хлоридов, нефтепродуктов, меди, сухого остатка, растворённого кислорода и БПК. Первые четыре загрязнителя в некоторых реках превышали ПДК, а два последних являются обязательными при расчетах ИЗВ. По этому показателю Ватинский Еган и левые притоки относится к загрязненным. Правый приток - Сарт-Ёган является загрязненным, остальные правые притоки – умеренно загрязнены. Таким образом, загрязнение Ватинского Егана формируют преимущественно левые притоки. Основные загрязнители вод – хлориды и нефтепродукты.

Особенностью загрязнения основного водотока является постепенное увеличение содержания нефтепродуктов и хлоридов вниз по течению. Однако, на выходе с территории месторождения уровень загрязнения нефтепродуктами начинает уменьшаться, что свидетельствует о самоочищении вод. Для хлоридов такой закономерности не наблюдается.

Анализ динамики изменения содержаний хлоридов и нефтепродуктов в период с 1995 по 2004 гг. показал, что загрязнение вод носит залповый характер. Сбросы загрязнителей отмечаются кратковременными максимумами, которые наблюдаются на уровне примерно постоянного фона. Это свидетельствует о быстром выносе загрязняющих веществ и восстановлении первичного уровня загрязнения водотоков.

С целью оценки тренда были рассчитаны средние уровни загрязнения за год и проведено сглаживание полученного таким образом временного ряда специальным фильтром, который устранял влияние кратковременных выбросов. Результаты обработки данных показали, что на всех реках с 1995-96 гг. наблюдается постепенное снижение загрязнения в 1,5-2 раза. Исключением является река Березовая, для которой характерно, начиная с 1999 г. повышение содержания хлоридов.

С целью выявления сезонности в уровнях загрязнения были рассчитаны средние значения для каждого месяца за весь рассматриваемый период. Анализ временных диаграмм изменения средних показал, что в поведении хлоридов и нефтепродуктов в зависимости от сезона имеют место существенные различия. Содержание нефтепродуктов возрастает в период активного снеготаяния, в то время как для хлоридов характерно повышенное содержание в зимний период.