ТЕХНОГЕННЫЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ  НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РАЙОНОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В.М. Матусевич, Л.А. Ковяткина (Тюменский государственный нефтегазовый университет)

Изв.Вуз. «Нефть и газ». – 1997. -№ 1.- стр. 41-46

Более 30 лет продолжается штурмовой характер освоения Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. За это время из недр Земли извлечены миллиарды тонн нефти, триллионы кубических метров природного газа, более 10 млрд. тонн попутных вод; в продуктивные пласты для поддержания пласто­вого давления закачаны миллиарды кубических метров различных природных и технических агентов заводнения — поверхностных и подземных вод различного качества, попутнодобываемых и сточных вод, физико-химических агентов для повышения нефтеотдачи пластов и восстановления производительности сква­жин. Разработка месторождений ведется бессистемно и бесконтрольно. На всех стадиях освоения — от поисково-разведочного процесса, бурения добывающих и нагнетательных скважин, их эксплуатации, транспортировки углеводородного сырья, переработки, сооружения и эксплуатации нефтегазовых.хранилищ и пр. идет колоссальное вмешательство человека в природную среду, нарушается соз­данное геологическими эпохами экологическое равновесие. Невиданная урбани­зация северных регион :з привела к огромным изменениям природных условий, последствия которых трудно прогнозируемы, а порой и просто непредсказуемы.

В работах крупных отечественных гидрогеологов А.А.Карцева, Е.В.Пиннекера, С.Л.Шварцева, Ю.П.Гаттенбергера и др. экологические про­блемы справедливо показаны как приоритетные в современном развитии гид­рогеологии.

На протяжении многих лет кафедра гидрогеологии вела работы в различных нефтегазоносных районах западной Сибири (Широтном Приобье, Надым-Пурском междуречье, Красноленинском своде, Уватско-Демьяновской зоне) по изучению подземных вод, их условий формирования, распространения вещест­венного состава, оценке ресурсов и запасов, использования в хозяйственно-питьевых целях и технических— для поддержания пластового давления, что по­зволило обобщить и систематизировать имеющиеся данные, констатировать факт создания на территории Западной Сибири специфических гидрогеологиче­ских условий, получивших различное распространение — от локального до ре­гионального уровня под влиянием хозяйственной деятельности, и в первую очередь, в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений. Для характеристики этих условий используется понятие техногенная гидрогео­логическая система (ТГГС). Термин заимствован нами у Ю.П.Гаттенбергера, предложившего систематизировать техногенные изменения гидрогеологических условий по воздействию на них «сверху» и «снизу».

Под ТГГС понимается участок гидролитосферы, где под влиянием хозяйст­венной деятельности формируются специфичные гидрогеологические условия, характеризующиеся устойчивыми или постоянно меняющимися полями гидро­геохимических, гидродинамических, гидрогеотермических параметров, сущест­венно отличающихся от их природных (фоновых)  значений.

В северных районах Западной Сибири формируются ТГГС, связанные как с обычным хозяйственным освоением территорий, так и особые ТГГС, характер­ные только для нефтедобывающих районов, причем значительная их часть свя­зана с   многолетнемерзлыми породами (ММП)

.

Техногенные воздействия на гидрогеологические системы в нефтегазоносных районах чрезвычайно многообразны, а их изученность оставляет желать лучшего. Целенаправленных широкомасштабных исследований не проводилось, эпизоди­ческие работы на отдельных месторождениях и урбанизированных территориях (Надым, Уренгой, Сургут) имеют целью изучение техногенного воздействия на воздушную и наземную часть природной среды,  геологическая среда изучается лишь в приповерхностных слоях зоны аэрации (ЗА) до глубины не более 1 мет­ра. Подземные воды, как наиболее активный носитель всех техногенных измене­ний в геологической среде, не изучаются вовсе или характеризуются единичны­ми пробами грунтовых вод, не дающими истинного представления о характере и масштабах загрязнения. Гидродинамические и гидрогеотермические показатели также не изучаются. Вопрос о техногенном воздействии на глубокие водонос­ные комплексы (сеноманский, неокомский, юрский, палеозойский) не ставит­ся даже в дискуссионном порядке. Ю.П.Гаттенбергер, говоря о техногенном воз­действии «снизу», имеет в виду, прежде всего, проявления техногенеза на по­верхности и в водоносных системах, содержащих

пресные воды хозяйственно-питьевого назначения. «По умолчанию» считается, что негативные изменения техногенного характера опасны для экосистем на земной поверхности, считая подземное захоронение твердых отходов, утилизацию стоков и пр. «экологичным» решением проблемы, имея на самом деле «мину замедленного действия». К настоящему времени накоплено достаточно фактов негативного влияния глубинного техногенеза, связанных с добычей нефти и газа (оседание поверхности, заболачивание, подтопление, землетрясения), при этом одним из главных факторов, вслед за отбором нефти и газа, является изменение пласто­вых давлений. Вода, как энергоноситель углеводородных залежей и наиболее ди­намичный компонент геологической среды, испытывает максимальные преоб­разования ее физико-химических, гидродинамических, гидротермических свойств, находясь в неразрывной связи с преобразованиями многокомпонент­ной системы «вода - порода - углеводороды». Эта система является синергетической: после прекращения эксплуатации промысла процессы, спровоцирован­ные отбором подземных флюидов, будут развиваться, а их направленность опре­делится характером равновесий в пластовых системах. Не исключено, что на­званные процессы активизируются и примут широкомасштабные размеры вплоть до экологических катастроф.

Техногенные воздействия на ГГС весьма разнообразны, сложны, а их меха­низмы еще слабо изучены. Изменения техногенного характера распространяются не только на ГГС, являющиеся объектами разработки, но и на всю геологиче­скую среду, при этом глубина воздействия может достигать фундамента. Наибо­лее резко эти изменения проявляются в пределах контуров нефте - и газоносно­сти, но вероятность их распространения на более значительных площадях также не исключается, по крайней мере, в пределах депрессионных воронок.

Техногенные воздействия на геологическую среду в НГБ начинаются с мо­мента поисково-разведочного бурения и могут носить локальный характер (в случае малоперспективных структур и применения высокотехнологических ме­тодов освоения скважин) или развиваться на огромных площадях и глубинах, приобретая региональный характер. С буровыми работами связаны химические загрязнения горизонтов подземных вод питьевого качества буровыми и тампонажными растворами, загрязнение ЗА и грунтовых вод продуктами испытания скважин и пр. Глубинный техногенез приводит как к нежелательным изменени­ям параметров самих водоносных систем, так и инженерных сооружений, их оснований, биогеоценозов и экосистемы в целом.

Основные воздействия на геологическую среду «сверху» связаны с загрязнением пород ЗА и грунтовых вод, изменением гидродинамического режима во­доносных горизонтов. Основным механизмом загрязнения является инфильтра­ция и, следовательно, ТГГС, формирующиеся в результате воздействия «сверху» и связанные с различными загрязнениями — химическими, бактериологиче­скими, тепловыми, могут быть объединены под названием техногенные гидро­геологические системы инфильтрационного типа (ТСИ). В основу типизации таких систем может быть положена природная защищенность подземных вод и величина инфильтрационного питания. При наличии в разрезе ЗА выдержанных слабопроницаемых пород большой мощности, подземные воды считают защи­щенными, и загрязняется зона аэрации. При маломощных водоупорах прерыви­стого распространения загрязнения проникают в грунтовые и субнапорные во­доносные горизонты, в результате чего формируются ТСИ, имеющие первоначально локальное распространение и переходящие в ранг региональных в тече­ние очень короткого, в геологическом масштабе, интервала времени. По глубине такие системы в условиях Западной Сибири охватывают грунтовые воды в чет­вертичных отложениях, а при наличии взаимосвязи их с напорными и нисхо­дящей разгрузке в нижележащие горизонты могут достигать регионального водоупора, каковым являются турон-палеогеновые глины (рис. 1).

Техногеные воздействия на природную среду проявляются «сверху» — с по­верхности Земли и «снизу» — с различных глубин [1], следовательно, представ­ляется целесообразным систематизировать ТГГС по условиям воздействия «сверху» и «снизу».

На застроенных территориях в силу многих причин нарушается естественны] гидродинамический режим водоносных пластов, которому сопутствуют различ ные преобразования химического состава вод, пород, тепловых полей, в резуль тате чего развиваются процессы подтопления, заболачивания, термокарст и др. формируются техногенные гидрогеологические системы гидродинамическое типа, не связанные с отбором подземных вод (ТСГД). Инфильтрационные гидродинамические системы дополняются различными их модификациям (рис.2).

Воздействие «снизу» на подземные воды и геологическую среду в целом свя­зано с отбором подземных флюидов для различных целей. Отбор подземных вод и углеводородов ведется с разных глубин; в зависимости от глубины воздействия и характера техногенных преобразований физико-химических параметров гео­логической среды техногенные гидгеологические системы по условиям воздей­ствия «снизу» разделяются на два основных типа: 1) техногенные гидрогеологи­ческие системы гидродинамического типа, связанные с отбором подземных вод в зоне гипергенеза; и 2) техногенные гидрогеологические системы гидродина­мического типа, связанные с отбором жидкости в зоне катагенеза (ТСГДзг и ТСГДзк). Первые формируются в пределах депрессионных воронок водозаборов питьевого и технического назначения и охватывают олигоцен-четвертичный комплекс. Подобные системы характеризуются

снижениями уровней, напоров, емкости пластов, истощением запаса воды и не связаны с химическими и др. загрязнениями. Вторые развиваются на территориях нефтегазопромыслов и за их пределами, и связаны, прежде всего, с изменениями пластовых давлений в продуктивных нефтегазовых толщах (меловых и юрских) смежных с ними и гидравлически взаимосвязанными, а также в глубоких водоносных горизонтах, используемых для водоснабжения систем ППД (апт-сеноманский комплекс в Западной Сибири). На разных стадиях освоения месторождений пластовые дав­ления могут существенно отличаться от первоначальных (природных) в ту или иную сторону. При снижении пластовых давлений формируются депрессионные системы, при повышении пластовых давлений выше начальных в процессе за­воднения залежей образуются репрессионные системы и их комбинации (см. рис.2) , усложняющиеся нагнетанием чуждых вод с контрастными значениями тепловых и физико-химических параметров и провоцирующих катагенетические преобразования многокомпонентных пластовых систем.

Меняются фильтрационно-емкостные параметры, активизируются процессы растворения, выщелачивания, вторичного минералообразования, меняется тем­пература воды и пород, ионно-солевой и микрокомпонентный, газовый и мик­робиологический состав пластовой воды, ее окислительно-восстановительный потенциал и, наконец, загрязняется пласт. Вмешательство человека в геологиче­скую среду усугубляется тем, что воды продуктивных пластов являются про­мышленными йодными, а при опреснении их закачкой уничтожаются запасы этого ценного полезного ископаемого. В качестве примера приводится типизация техногенных гидрогеологических систем на месторождениях Ноябрьской группы (рис.3).

На основе оценки защищенности [2,3] подземных вод от воздействия «сверху» выделены типы техногенных гидрогеологических систем в зоне гипер­генеза. В основу выделения типов техногенных гидрогеологических систем в зо­не катагенеза положены изменения пластовых давлений и температур, а также химического состава подземных флюидов. Для выделенных типов устанавлива­ются пространственно-временные закономерности их формирования с приме­нением методов математической статистики и моделирования.

Таким образом, на территории Западно-Сибирского мегабассейна в нефтега­зодобывающих районах сформировались и продолжают развиваться гигантские резервуары подземных вод, где под влиянием техногенных факторов происходит кардинальное перераспределенние вещества и энергии, а происходящие преоб­разования по своим масштабам сравнимы с геологической деятельностью на протяжении многих миллионов лет.

Список литературы

  1. Теоретические основы нефтегазовой гидрогеологии / А.А.Карцев, Ю.П.Гаттенбергер, Л.М.Зорькин и др. под ред. А.А.Карцева.—М.:Недра, 1992.— 208с.
  2. Гольдберг ВВ., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. — М.: Не­дра, 1984.-264 с.
  3. Методические рекомендации по гидрогеологическим исследованиям и прогнозам для контроля за охра­ной подземных вод. Составитель Гольдберг В.В.—М.:ВСЕГИНГЕО, 1980.—86с.