10О МОДЕЛЯХ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РАЙОНОВ НА ПРИМЕРЕ ПРИУРАЛЬЯ
А.Я. Гаев1, Л.А. Абукова2, Ю.М. Нестеренко1, Ю.М. Балабанова1, А.И. Рахимов1 1 - Оренбургский НЦ УрО РАН, 2 - Институт проблем нефти и газа РАН
Нефтегазоносные и горнодобывающие районы страны, включая Приуралье, характеризуются высокой техногенной нагрузкой на геологическую среду [2, 7, 10]. Крупнейшими загрязнителями в этих регионах являются предприятия по добыче и переработке нефти, газа и иного минерального сырья, объекты энергетического комплекса, стройиндустрии, машиностроения и сельское хозяйство. Вокруг городов и населенных пунктов сформировались свалки бытовых и промышленных отходов. Загрязняются воздух, вода, почвы, грунты и биоценозы. Особенно страдают районы нефтегазопромыслов, что можно проиллюстрировать на примере Приуралья. Так, районы разработки месторождений нефти и газа Южного Приуралья, вследствие значительной техногенной нагрузки на окружающую среду и гидросферу, относятся к вододефицитным территориям с напряженными экологическими условиями.
В целом, в Приуралье освоено более 400 месторождений, а в Кугарчинском районе Башкортостана намечается эксплуатация новых газоконденсатных месторождений Саратовско-Беркутовской группы. Нефтегазовыми комплексами региона накоплены сотни миллионов тонн жидких и твердых отходов при почти повсеместном отсутствии очистных сооружений. Речные и подрусловые воды служат основными источниками водоснабжения, но они испытывают предельную техногенную нагрузку. Мероприятия по защите окружающей среды в регионе, к сожалению, не дали пока ожидаемых результатов. При дальнейшем освоении месторождений нефти и газа необходимо совершенствовать системы защиты окружающей среды и водохозяйственных объектов на основе ранее полученного опыта.
Экологическая устойчивость стала важным фактором устойчивого развития общества. Исследования геологической среды и оценка ее экологической емкости приобретают сегодня большую актуальность. Под экологической емкостью геологической среды мы понимаем ее способность локализовывать загрязняющие вещества, предотвращая их опасное воздействие на здоровье человека и биосферу [10]. Нами выделены два вида экологической емкости: экологическая емкость поглощения и емкость коллектора. Емкость коллектора хорошо изучена нефтяниками и специалистами в
области подземного захоронения трудно очищаемых сточных вод. Понятие экологической емкости поглощения аналогично понятию емкости поглощения, введенному А.Н. Бунеевым [1]. Разработка схем типизации территории, отражающих динамику изменения экологической емкости геологической среды, позволяет обосновывать мероприятия по защите биосферы.
Издревле при освоении новых территорий люди селились по долинам рек и у водоемов. По мере развития хозяйства они переселялись в районы с развитой промышленностью, сельским хозяйством, вдоль транспортных магистралей. Этот процесс продолжался до второй половины XX в. В результате в горнодобывающих районах сложилась неблагоприятная экологическая ситуация, вырос уровень общей заболеваемости и смертности населения. До последнего времени отсутствовали какие-либо экологически обоснованные принципы зонирования урбанизированных территорий и горнодобывающих регионов по их характеру и экологической емкости. Вокруг предприятий отмечаются нарушения санитарно-защитных зон, вследствие чего санитарные нормы по воздуху и воде в жилых массивах, в детских и лечебных учреждениях часто не выдерживаются.
Некоторые элементы экологического зонирования территорий уже начали разрабатываться и осуществляться, как за рубежом, так и в России [2, 4, 5, 8, 10]. От зон промышленной застройки экологически отделяются рекреационные и селитебные зоны, а транспортные коммуникации обеспечивают связь между ними [9]. Для целей зонирования все чаще применяются дистанционные методы с дешифрированием аэрокосмофотоматериалов, в том числе и многозональных сканерных снимков. Снимки позволяют выделить новейшие поднятия, определяющие интенсивность экзогенных процессов, русла рек, ручьев, увлажненные участки и другие элементы рельефа. Достаточно надежно дешифрируются линейные, дугообразные и кольцевые линеаменты, согласующиеся с ландшафтными аномалиями разных порядков, от 15^20 (первый порядок) до 10 км и менее (третий порядок) [6]. Локальные ландшафтные аномалии в виде цепочек субмеридионального и северозападного направлений осложняют изометричные морфоструктурные зоны, согласующиеся с элементами тектонического строения, депрессиями, грабенообразными прогибами и тектоническими ступенями. Примером может служить схема дешифрирования Оренбургского нефтегазового комплекса с аномальными, кольцевыми и линейными зонами (рис. 1).
Аэрокосмофотоматериалы сгруппированы по периодам времени: 1949^1969; 1970^1979; 1980^2000; 2000^2009, - и по каждому из них выполнен ретроспективный анализ изменения качества окружающей среды и ландшафтов:
1) по коэффициенту распаханности территории: Кр- • °)
где 5р - площадь пахоты, - общая площадь; 2) коэффициенту эродированности:
=5 Б
__ов
ег
(2)
д
где 5ов - площадь оврагов;
3) коэффициенту техногенного преобразования территории:
К, = ,
' V
(3)
где 5 - площадь, занятая дорогами, населенными пунктами, карьерами, промышленными сооружениями, коммуникациями;
4) коэффициенту обводненности территории:
Кж = ^. (4)
где - площадь водоемов, рек, водотоков.
5) коэффициенту нарушенности территории (К"нт):
к 5р + 5 э + 5 + (5)
К нт -—475-, (5)
^ общ
где 5р - площадь пахотных земель; 5э - площадь оврагов и балок; 5 - площадь, занятая дорогами, населенными пунктами, карьерами, промышленными сооружениями, коммуникациями; - площадь водоемов, рек, водотоков; 5общ - общая площадь.
о
.....§
Рис. 1. Результаты дешифрирования космофотоматериалов по Оренбургскому
нефтегазовому комплексу [10] I - контур Оренбургского газоконденсатного месторождения с севера; II - профиль полевых исследований; III - аномальная зона: а - кольцевая, б - линейная; 1, 2, 3, 4 - эталонные участки
6) коэффициенту лесистости:
= I (6)
где 8 - площадь, покрытая лесной и кустарниковой растительностью;
7) коэффициенту общей озелененности (Кобщ): V + V
тт _ ^ озел
К общ V- , (7)
8 общ
где 8 - площадь, покрытая лесной и кустарниковой растительностью; £озел - площадь насаждений; 8общ - общая площадь.
8) коэффициенту деградации территории (Кф):
К *-■
dg
5
общ
(8)
где Sdg - площадь деградации; 5общ - общая площадь.
Например, характер взаимодействия трубы магистральных газопроводов с массивом горных пород можно раскрыть при помощи тепловизорной ИК-съемки. Расширение теплового поля вокруг трубы свидетельствует о диффузии газовых флюидов на участках нарушенности или о недостаточной герметичности металла труб. Для включения соответствующих методов в систему мониторинга необходимо проведение опытно-методических работ с моделированием и зонированием территории с учетом следующих аспектов:
1) уязвимости территории по отношению к техногенной нагрузке;
2) народнохозяйственной ценности земель, водных, лесных и минеральных ресурсов и характера их площадного размещения;
3) исторически сложившейся инженерной инфраструктуры территории, представляющей в настоящее время важнейший элемент дальнейшего благополучного экономического развития общества;
4) экологически обоснованных схем типизации осваиваемой территории с оценкой вышеуказанных аспектов;
5) локализации трудно очищаемых сточных вод в глубоких поглощающих горизонтах.
Такие модели и схемы типизации позволят экологически обоснованно осуществлять дальнейшее размещение производительных сил с целью оптимизации и регламентации техногенной нагрузки на геологическую среду с учетом экологической емкости территории, включая емкость коллекторов глубоких поглощающих горизонтов. Это позволит региону перейти на модель устойчивого развития и в текущем столетии достигнуть полноценной устойчивости в системе общество — окружающая среда.
Особую сложность представляет локализация трудно очищаемых флюидов, доля которых в общем объеме сточных вод урбанизированных территорий и горнодобывающих районов не превышает 2-3%. В связи с отсутствием эффективных средств очистки этой категории сточных вод и высокой токсичностью их доля в загрязнении гидросферы достигает 50-60%. Для данных сточных вод разработаны особые способы и методы
локализации и обезвреживания. Широкое распространение в последние десятилетия получил метод складирования особо токсичных отходов производства в глубокие поглощающие горизонты земной коры. С этой целью нами разрабатывается программа проектно-изыскательских работ с моделями глубоких поглощающих горизонтов, выполняется типизация территории по их экологической емкости и предлагается комплекс мероприятий по локализации загрязнения.
Первоочередными являются поисково-разведочные работы на поглощающие горизонты, призванные выявить их наличие, установить литолого-стратиграфические, петрофизические и гидрогеологические особенности, степень надежности их перекрытия слабопроницаемыми породами, емкостные и гидрогеодинамические свойства коллекторов.
Для внедрения соответствующих проектов выполняется следующий комплекс исследований: 1). Дается характеристика трудно очищаемых сточных вод и систем их водоотведения. 2). Анализируется опыт складирования трудно очищаемых сточных вод применительно к конкретным условиям. 3). Характеризуются геолого-геофизические и инженерно-гидрогеологические условия строительства полигона. 4) Выполняется комплекс физико-химических исследований по взаимодействию сточных вод с пластовой средой. 5) Разрабатывается технология подготовки и закачки промышленных стоков в глубокие поглощающие горизонты. 6). Обосновываются мероприятия по обеспечению санитарной безопасности данного проекта. 7). Выполняются технико-экономические расчеты с целью обоснования оптимального варианта строительства и эксплуатации полигона подземного складирования трудно очищаемых сточных вод.
Для выбора конкретных объектов предварительно собираются и обобщаются геолого-геофизические и гидрогеологические материалы по глубоким горизонтам земной коры соответствующего региона. Выделяются водоносные комплексы, в пределах которых развиты поглощающие горизонты и водоупорные слои, способные экранировать флюиды в этих горизонтах. Строятся соответствующие профили и разрезы, раскрывающие особенности строения поглощающих горизонтов и экранирующих их водоупоров. При картографировании поглощающих горизонтов по нашей методике особое значение придается неотектонической карте региона, которая помогает прогнозировать наличие площадей развития глубоких поглощающих горизонтов с эвазией газов из пластовой среды и, наоборот, выявлять зоны с повышенным пластовым
давлением, неблагоприятным для размещения объектов подземного захоронения отходов производства [3].
Проиллюстрируем это на примере модели схематической карты Волго-Уральской нефтегазоносной провинции (рис. 2). Для построения этой модели использованы материалы глубокого бурения на нефть и газ. Учтена геолого-геофизическая информация, полученная при бурении как поисково-разведочных, так и эксплуатационных скважин, зафиксированы сведения по интервалам ухода промывочной жидкости. На карте выделены структурно-тектонические и неотектонические поднятия и установлена четкая приуроченность к ним площадей с поглощающими горизонтами, что позволяет приоткрыть механизм формирования поглощающих горизонтов [2, 3, 10]. Исходя из указанной зависимости предложена методика картографирования глубоких поглощающих горизонтов по комплексу геолого-геоморфологических карт, что необходимо для обоснования системы промышленного водоотведения трудно очищаемых сточных вод в глубокие поглощающие горизонты [2, 3].
По данным Всемирной организации здравоохранения высокий процент (60-80%) заболеваемости населения планеты обусловлен низким качеством питьевой воды. Удручающая экологическая ситуация на водохозяйственных объектах и водоемах большинства крупных промышленных узлов России и стран СНГ связана, как правило, не с отсутствием очистных сооружений, а с наличием в сточных водах небольшого количества (всего 2-3% от общего их объема) токсичных стоков, которые не поддаются современным методам очистки, но определяют основной объем загрязняющих веществ. Эти вещества не задерживаются очистными сооружениями и попадают не только в водоемы, но и в водохозяйственные объекты, включая водозаборы хозяйственно-питьевого назначения. Учитывая их небольшой объем, необходимо разработать программу создания систем малой промышленной канализации по локализации трудно очищаемых сточных вод для каждого промышленного узла. Это позволит существенно улучшить гидрогеоэкологическую и санитарно-гигиеническую ситуацию на урбанизированных территориях и в горнодобывающих районах, повысить качество воды в водоемах и на водохозяйственных объектах.
Целью наших разработок являются изучение геоэкологических аспектов и разработка методов исследований, оценки и прогноза состояния природного комплекса в нефтегазоносных районах для обоснования мероприятий по минимизации техногенной
нагрузки на окружающую среду за счет инновационной безопасной технологии закачки токсичных сточных вод в глубокие поглощающие горизонты. При этом мы базируемся на материалах исследований месторождений региона, изложенных в многотомном издании «Гидрогеология СССР» (тт. 15 и 43), в работах Р.Ф. Абдрахманова (1986-2008), А.Я. Гаева (1978-2008), В.С. Самариной, А.Я. Гаева и др. (1999), В.Д. Бабушкина, А.Я. Гаева и др. (2003), В.Г. Гацкова (2004), О.М. Севастьянова (1965-1990), А.П. Бутолина (1987) и др. [2, 3, 10].
Однако в опубликованной литературе содержится недостаточно данных о гидрогеоэкологической ситуации на нефтегазопромыслах рассматриваемого региона. По защите водохозяйственных объектов в мировой практике выполнен ряд разработок, но на нефтепромыслах комплексные технологии очистки загрязненных вод и экономически рентабельные методы их защиты пока не реализованы.
Природные воды начали изучаться в Волго-Уральском регионе с XVIII в. В процессе геолого-разведочных и поисково-съемочных работ в 50-е гг. XX в. были разработаны методики (ВСЕГИНГЕО, ВСЕГЕИ, ИГИРГИ и др.) и сделаны десятки тысяч анализов проб воды и грунтов. В Южном Приуралье открыты новые месторождения углеводородов, по которым накоплен большой фактический гидрогеоэкологический материал, требующий пересмотра ранее выявленных закономерностей. С 80-х гг. в регионе выполняются разнообразные опытно-методические работы, строятся гидрогеоэкологические карты по техногенно напряженным районам, где необходимо создавать системы мониторинга. На многих нефтепромыслах установлена недостаточная природная защищенность горизонтов пресных подземных вод, а в целом территория Южного Приуралья оценивается как «ограниченно благоприятная» для хозяйственной деятельности. Исключения составляют долины рек, характеризующиеся активными геодинамическими процессами: оврагообразованием, разрушением берегов, заболачиванием и развитием карстовых форм (поверхностных и подземных). Основные экологические трудности на нефтегазопромыслах связаны с необходимостью удаления больших объемов трудно очищаемых сточных вод и с ликвидацией последствий аварийных ситуаций.
Рис. 2. Модель формирования глубоких поглощающих горизонтов. Волго-Уральская нефтегазоносная провинция [2] 1 - территории, где в результате положительных неотектонических движений формируются глубокие поглощающие горизонты, что сопровождается эвазией газов; 2 - территории с унаследованными от прошлых геологических эпох поглощающими горизонтами, когда проявлялись положительные неотектонические поднятия, сопровождавшиеся эвазией газов из глубоко залегающей пластовой среды; 3 -территории, где поглощающие горизонты пока не установлены
При характеристике источников загрязнения на нефтепромыслах отмечают сооружения и коммуникации, строительство и эксплуатация которых вызывает разрушение почвенно-растительного покрова и загрязнение природных вод. Лесонасаждения подвергаются техногенному воздействию, деградации и
уничтожению. Для защиты природного комплекса от загрязнения не очищаемые рентабельно сточные воды закачиваются в глубокие поглощающие и продуктивные горизонты.
В полевых условиях нами были отобраны пробы природных и сточных вод, почв, грунтов и илов, составлены каталоги источников загрязнения, оценена степень загрязнения основных компонентов окружающей среды и состояние водохозяйственных объектов и участков рекреации, а также уровень загрязнения вод и метаморфизации их химического состава. Водоснабжение большинства нефтепромыслов осуществляется за счет вод аллювиальных горизонтов, весьма уязвимых к загрязнению.
Термин «уязвимость подземных вод» предложен французским ученым Ж. Марга (1968), а первую карту по уязвимости подземных вод в масштабе 1:1000000 опубликовал АШий (1970). В.М. Гольдберг (1984-1993) использовал балльную оценку защищенности подземных вод, а К.Е. Питьевая [8, 10] выделила 8 категорий защищенности. А.Я. Гаев охарактеризовал уязвимость геологической среды как «неспособность сопротивляться загрязнению». Она зависит от глубины залегания вод, проницаемости, мощности и физико-химической активности пород зоны аэрации, скорости фильтрации и водообмена. Оценка загрязнения осуществляется через модуль предельно допустимого загрязнения (МПцВ) и модуль предельно допустимой концентрации (Мццк). Так, норма для вод питьевого назначения по минерализации равна 1 г/дм3. Из произведения этой нормы и модуля водного стока вычислен МПцК, а МПцВ — из разности МПцК и фактического модуля химического стока МПХС.
Мпдв = МПДК - МПХС. (9)
Мпдв отражает экологическую устойчивость территории. При высокой техногенной нагрузке часть ее утрачивается. Прогноз осуществляется путем экспертной оценки проектируемых мероприятий. По усредненным баллам и в порядке уменьшения экологических эффектов выделено 5 ситуаций: 1) опасные для людей; 2) угрожающие жизни; 3) истощающие водные ресурсы; 4) деформирующие здания и сооружения; 5) негативно изменяющие ландшафт. На качество жизни влияют: истощение водных ресурсов, карст, суффозия, просадки, подтопление, эрозия, дефляция, засоление почв. Текущая техногенная нагрузка на природные воды увеличивается с ростом масштабности и продолжительности разработки месторождений и объемов откачиваемых флюидов. Построены гидрогеоэкологические карты и схемы типизации по уязвимости территории
нефтегазовых комплексов к загрязнению с использованием показателей техногенной нагрузки в баллах (рис. 3). Загрязняющие вещества из отстойников сточных вод в ряде мест проникли в водоемы. Для защиты последних от загрязнения рекомендуется создавать комплексные геохимические и гидродинамические барьеры (некоторые из них запатентованы [10]).
Рис. 3. Схематическая карта уязвимости к загрязнению. Южное Приуралье (составили А.Я. Гаев, В.Г. Гацков и др. с уточнением Н.Г. Беликовой) 1 - ОНГКМ; 2 - Саратовско-Беркутовская группа ГКМ. Типы районов по степени уязвимости к загрязнению с учетом Мпдв, т/км2 в год: 1 - весьма уязвимые (< 5); 2 - значительно уязвимые (5^20); 3 - уязвимые (20^40); 4 - слабо уязвимые (30^50); 5 - весьма слабо уязвимые (50^100); 6 - практически неуязвимые (> 100); 7 - границы районов
Построенная схема типизации по степени уязвимости к загрязнению позволяет обоснованно планировать размещение проектируемых объектов. Для локализации трудно очищаемых сточных вод разработана методика их закачки в глубокие поглощающие горизонты. Это осуществляется достаточно рентабельно в связи с наличием фонда скважин, которые можно переоборудовать в поглощающие. Для выбора глубоких проницаемых горизонтов, приемлемых для складирования сточных вод, использованы материалы глубокого бурения и данные по откачкам и нагнетательным скважинам. По петрофизическим и гидродинамическим показателям обосновывается вариант размещения полигона с примерной его технико-экономической оценкой опытной установкой. По
данным промыслово-геофизических и гидрогеологических исследований определяются приемистость скважин, статический и динамический уровни, зависимость приемистости от давления, эффективная пористость и мощность поглощающих горизонтов, коэффициенты проницаемости, пьезопроводности и водопроводимости, а также скорость и дальность продвижения сточных вод по пласту.
Благодаря перерывам в осадконакоплении, палеокарсту и положительным неотектоническим движениям в башкирском, намюрском ярусах, окском и серпуховском надгоризонтах, артинском, ассельском, сакмарском и московском ярусах и верхнекаменноугольном отделе земной коры сформировались поглощающие горизонты. Сульфатно-галогенная толща ирени и гидрохимической свиты экранирует поглощающие горизонты.
Нами построены модели глубоких поглощающих горизонтов региона. По уровню их надежности выделено 5 типов районов: исключительно надежные, надежные, с пониженной надежностью, ненадежные районы, рекомендуемые к ограниченному использованию, а также исключительно ненадежные и недостаточно изученные (рис. 4).
Установлено, что поглощающие горизонты развиты там, где приведенные напоры с глубиной не возрастают (рис. 5), в то время как во внутренних частях артезианских бассейнов приведенные напоры обычно увеличиваются с глубиной. Это следует учитывать, иначе возникают аварии, наносящие ущерб геологической среде. Для обеспечения экологической безопасности работы нефтегазовых комплексов вокруг скважин необходимо создавать санитарно-защитные и буферные зоны. В пласте вблизи скважин под влиянием системы стоки - пластовые воды - вмещающие породы формируется новая физико-химическая обстановка, образуются новые жидкости и из растворов выпадают соли; взвешенные частицы и пузырьки газа способствуют коагуляции частиц и кальматации призабойной зоны скважин, что ведет к снижению их приемистости. Для регулирования этими процессами выполнены исследования совместимости сточных вод с пластовыми водами и вмещающими породами. Стоки и пластовые воды смешивались в отношениях от 1:10 до 10:1 и во времени от 1 ч до 1^2 месяцев.
Выполнены рентгенографические анализы осадков и химические анализы фильтрата. Установлено, что приемистость скважин почти не снижается, если размеры взвешенных частиц меньше диаметра пор коллектора. В промысловых условиях получены эффекты
относительной стабильности приемистости скважин. Однако при повышенных содержаниях в сточных водах механических примесей, соединений железа и серы приемистость скважин снижается. Это происходит и при набухании глинистых частиц в породах терригенного коллектора, когда закачиваются неминерализованные воды.
Вг Щл ЕШ* I |а « ^
Рис. 4. Модель надежности складирования отходов производства в глубокие горизонты Южного Приуралья и сопредельных районов (составили А.Я. Гаев и др.) Территории с различной надежностью складирования токсичных отходов в глубокие горизонты земной коры: 1 - исключительно надежные; 2 - надежные; 3 - недостаточно надежные; 4 - ненадежные, рекомендуемые к ограниченному использованию для локализации неконсервативных загрязняющих веществ на участках геохимических барьеров; 5 - исключительно ненадежные; 6 - недостаточно изученные
Проницаемость пласта при этом снижается. Приемистость скважин восстанавливается путем повышения давления на устье скважины. Например, в закачиваемых в пласт стоках Оренбургских газзаводов содержание сульфатов достигало 17 г/л. При взаимодействии с кальцием карбонатного коллектора выпадал гипс (Са804-2И20), так как концентрация ионов кальция в пластовых рассолах достигала 7 г/л. Для предотвращения выпадения карбонатов при щелочной среде воды подкисляли, а для замедления процесса осветления раствора в него добавляли триэтаноламин, полиэтиленгликоль и эмульгаторы, которые сорбируются твердыми частицами осадка. Максимум осадка приурочен к смеси, содержащей его в стоке в объеме 60%. За двое суток выпало 90% осадка, но полное равновесие не наступило и за 10 суток отстаивания, вследствие наличия в растворах ПАВ.
В концентрированных растворах осадок формируется, если произведение активностей компонентов соли выше произведения их растворимостей. Произведение активностей компонентов соли вычислено нами (совместно с М.В. Зильберманом) с
учетом ионной силы раствора и сопоставлено с экспериментальными значениями произведения концентраций в системе СаБ04 - №С1 - №2Б04 - Н2О. Отклонение вычисленных значений от экспериментальных не превысило 5%. Это означает, что в системе стоки - пластовая вода осадок не будет выпадать при концентрациях сульфат-ионов не выше расчетных.
Поставлены эксперименты по моделированию процессов взаимодействия пористо-трещинно-карстовых коллекторов поглощающих горизонтов со смесью стоки - пластовая вода. При моделировании использованы образцы светло-серых известняков башкирского яруса с пористостью 12^14 % и проницаемостью до 32 мд. Эксперименты и опытно-промысловые исследования показали, что приемистость скважины увеличивается при создании вокруг поглощающих скважин буферной зоны, формируемой путем
Рис. 5. Региональная гидрогеоэкологическая модель глубоких горизонтов земной коры Южного Приуралья и сопредельных районов с оценкой надежности складирования токсичных отходов производства (по Гаеву, Гацкову и др., 2007) 1 - территории относительно надежные, приуроченные к областям питания водонапорной системы с развитием поглощающих горизонтов; 2 - территории недостаточно надежные, приуроченные к областям разгрузки водонапорной системы; поглощающие горизонты здесь обычно отсутствуют; 3 - районы недостаточно изученные. Степень закрытости водонапорной системы: 4 - открытая; 5 - полуоткрытая; 6 -полузакрытая; 7 - закрытая; 8 - хорошо закрытая
предварительной закачки в скважину в течение 3^5 суток жидкости, одновременно совместимой и со стоками, и с пластовой средой. При ухудшении качества подготовки трудно очищаемых сточных вод перед закачкой в поглощающую скважину ускоряется загрязнение и кольматация ее призабойной зоны, что ведет к росту частоты профилактических ремонтов скважин и к ухудшению технико-экономических показателей технологии. Подготовка сточных вод перед закачкой в пласт включает использование таких методов, как механическая, биологическая и безреагентная очистка сточных вод.
Используются также методы воздействия на призабойную зону скважин и реагенты, восстанавливающие их приемистость. Скважины оборудуются в антикоррозионном исполнении; предусматриваются мероприятия по борьбе с коррозией металла. Приемистость скважин изменяется в широких пределах, а скорость движения сточных вод по пласту, определенная при помощи метода индикаторов, по данным В.Н. Быкова, достигает 100 м/сут [2].
При опытно-промышленном сбросе в карбонатный палеокарстовый коллектор скв. Г-3 400 м3 неочищенных стоков Оренбургского газоперерабатывающего завода ее приемистость снизилась более чем в 3 раза, а после закачки буферной жидкости практически восстановилась. При воздействии давлением гидроразрыва пласта при 160^250 кгс/см2 трещиноватость пород углубляется и приемистость скважин увеличивается в 2^3 раза. Хороший эффект дают также солянокислотные обработки призабойной зоны, прямые и обратные промывки скважин, методы кислотных ванн, термокислотной, термохимической и пенокислотной обработки, метод разрыва пласта давлением пороховых газов, торпедирование и метод высоких мгновенных депрессий [10].
В сточных водах определяются такие компоненты, как УВ, взвешенные вещества, вызывающие коррозию. Расход сточных вод определяется расходомерами и дифманометрами. Контролируется состояние колонн в скважине при помощи промыслово-геофизических исследований.
Выводы
1. Впервые на примере Приуралья охарактеризованы гидрогеоэкологические условия и выявлены закономерности техногенной трансформации подземной гидросферы, позволяющие зафиксировать гидрогеоэкологическую ситуацию в регионе. Разработаны принципы и построены модели и схемы типизации территории по уязвимости к загрязнению, обеспечивающие прогноз ее техногенной трансформации на перспективу под воздействием НГК и позволяющие обоснованно формировать ее будущую инженерную инфраструктуру.
2. Разработаны методы и мероприятия по защите гидросферы и способы локализации трудно очищаемых сточных вод в глубоких поглощающих горизонтах, обеспечивающие минимизацию техногенных преобразований подземной гидросферы и окружающей среды на нефтегазопромыслах региона. Построены модели поглощающих горизонтов,
позволившие, в частности, впервые выявить в северной части Бельской впадины территории с высокой надежностью строительства подземных хранилищ.
3. Разработана геодинамическая модель строения и формирования глубоких поглощающих горизонтов, позволяющая обосновать и внедрить на нефтегазопромыслах систему оборотного водоснабжения: недра - УППГ - недра с устойчивой приемистостью скважин за счет высокого уровня подготовки сточных вод перед закачкой в пласт и мероприятий по восстановлению приемистости.
4. Системы мониторинга в комплексе с мероприятиями по управлению экологической ситуацией обеспечивают безопасность жизнедеятельности человека и природы в регионе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бунеев А.Н. Основы гидрогеохимии минеральных вод осадочных отложений. М.: Медгиз, 1956. 228 с.
2. Гаев А.Я. Гидрогеохимия Урала и вопросы охраны подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. 368 с.
3. Гаев А.Я., Щугорев В.Д., Бутолин А.П. Подземные резервуары: Условия строительства, освоения и технология эксплуатации. Л.: Недра, 1986. 223 с.
4. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 247 с.
5. Гольдберг Б.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 262 с.
6. Гридин В.И., Дмитриевский А.Н. Системно-аэрокосмическое изучение нефтегазоносных территорий. М.: Наука, 1994. 276 с.
7. Дмитриевский А.Н. Мировые ресурсы углеводородов и экологические проблемы их использования // Глобальные экологические проблемы на пороге. М., 1998. С. 262-272.
8. Зекцер И.С. Подземные воды как компонент окружающей среды. М.: Науч. мир, 2001. 328 с.
9. Колясников В.А. Градостроительная экология Урала: в 3 ч. Екатеринбург: Архитектон, 1999. 532 с.
10. Экологические основы водохозяйственной деятельности (на примере Оренбургской области и сопредельных районов) / А.Я. Гаев, И.Н. Алферов, В.Г. Гацков и др.; под общ. ред. А.Я. Гаева; Перм. ун-т и др. Пермь; Оренбург, 2007. 327 с.
