ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ

О. М. Севастьянов (Волго-УралНИПИгаз)

«Геология нефти и газа». – 1997. - № 6. –с. 39 - 43

Нефтегазопромысловая гидрогеология сложилась как прикладная отрасль геологической науки о гидродинамическом и гидрохимическом соотношениях между подземными водами и углеводородными залежами и их взаимодействии в процессе разработки.

Соответственно объектом исследований нефтегазопромысловой гидрогеологии являются водонапорные системы, подстилающие и оконтуривающие залежи углеводородов. Однако большая часть надпродуктивного разреза в гидрогеологическом отношении остается неохарактеризованной, что имело место к началу разработки таких глубоко-залегающих месторождений, как Вуктыльское, Астраханское, Карачаганакское и др.

В последние годы в связи с возросшим вниманием к состоянию окружающей среды в нефтегазопромысловой гидрогеологии получило развитие экологическое направление, ставшее в настоящее время приоритетным. Круг решаемых вопросов соответственно значительно расширился, к ним добавились следующие:

  • исследования, связанные с проектированием, строительством и эксплуатацией систем (полигонов) подземного захоронения стоков;
  • выявление и контроль техногенной загазованности надпродуктивных водоносных горизонтов, обоснование мероприятий по ее ликвидации;
  • анализ эксплуатации водозаборов подземных вод в целях обеспечения необходимых объемов и качества добываемой воды;
  • контроль гидродинамического и гидрохимического режимов верхних водоносных горизонтов (особенно с питьевыми водами) и качества воды открытых водоемов в связи с эксплуатацией нефтегазовых комплексов и отдельных месторождений;
  • обоснование проектов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ в открытые водоемы и пониженные формы рельефа;
  • выявление и оценка очагов загрязнения почвогрунтов, грунтовых и поверхностных вод жидкими отходами и нефтепродуктами, обоснование технологических решений их ликвидации;
  • выполнение раздела ОВОС (оценка воздействия на окружающую среду) в составе схем размещения, ТЭО (ТЭР), проектов разработки месторождений и обустройства объектов нефтяной и газовой промышленности.

Из приведенного перечня видно, что решение экологических задач требует охвата гидрогеологическими исследованиями всей геологической среды -от самых глубоких недр месторождений до грунтовых вод и открытых водоемов.

В газовой промышленности гидрогеологические исследования в экологических целях начались в связи с обоснованием подземного захоронения стоков (ПЗС). Они включали: бурение специальных разведочных скважин для выявления поглощающих горизонтов, изучение вскрытого ими разреза методами промысловой геофизики и всесторонний лабораторный анализ керна, гидродинамические испытания и гидрохимическое опробование водоносных горизонтов, опытное нагнетание технической воды для определения приемистости пластов-коллекторов, лабораторное изучение взаимодействия пластовых и сточных вод для выяснения их физико-химической совместимости и разработки технологии подготовки стоков к закачке. Результаты всех этих исследований позволили установить поглощающие горизонты, запроектировать системы (полигоны) ПЗС, прогнозировать динамику пластовых давлений и радиусы распространения (растекания) стоков в недрах. Проекты ПЗС были практически реализованы на Оренбургском, Уренгойском, Астраханском, Вуктыль-ском, Карачаганакском и других месторождениях.

Захоронение сточных вод производится либо под разрабатываемые массивные водоплавающие залежи, либо в пласты-коллекторы, развитые над покрышками разрабатываемых залежей. Для целей ПЗС может служить также частично или полностью выработанная залежь углеводородов. Примером этого является Покровскос газонефтяное месторождение в Оренбургской области, где избыток подтоварной воды закачивается в самую верхнюю газовую залежь уфимского яруса верхней перми, продуктивный пласт которой, представленный песчаниками со средней проницаемостью около 1 мкм , залегает на глубине 560-580 м. Пластовое давление в залежи в процессе разработки снизилось с 5,86 до 1,15 МПа, залежь обводняется пластовой водой с минерализацией 282-317 г/л. Обводненный участок залежи, на котором газ практически отобран, используется для захоронения подтоварной воды. Ее закачка с расходом до 2000 м/сут ведется в обводнившуюся эксплуатационную газовую скважину.

С началом закачки стоков гидрогеологические исследования на полигонах ПЗС ограничиваются контролем и анализом технологической эффективности и экологической безопасности захоронения стоков. В эксплуатационных нагнетательных (поглощающих) и глубоких наблюдательных скважинах проводится контроль за интервалами поглощения стоков, пластовыми давлениями в поглощающих и вышележащих буферных горизонтах. На месторождениях, где закачка стоков производится под разрабатываемую залежь в контуре или за контуром нефтегазоносности, контроль за ПЗС сочетается с контролем за разработкой месторождения. В этом случае скважины, вскрывающие водонапорную систему (пьезометрические и наблюдательные за ГВК), одновременно служат и для отслеживания ПЗС. В мелких гидронаблюдательных скважинах ведутся исследования за санитарным состоянием верхних водоносных горизонтов, использующихся для водоснабжения. Результаты исследований обобщаются в форме анализов эксплуатации полигонов ПЗС, на основании которых осуществляются мероприятия по совершенствованию захоронения сточных вод, обеспечению их полной безопасности для окружающей среды.

На ряде нефтяных, газовых и газо-конденсатных месторождений, а также подземных хранилищ газа в процессе эксплуатации вследствие подземных утечек и межпластовых перетоков газа возникают вторичные (техногенные) газовые скопления в надпродуктивных водоносных горизонтах. Они проявляются в виде водогазоконденсатных грифонов, газопроявлений в бурящихся скважинах и в руслах оврагов и рек, резком подъеме уровня подземных вод и их из-ливе на поверхность земли. Примером данного явления может служить Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение, на котором техногенная загазованность возникла в 1987 г. С целью выявления, оконту-ривания, контроля и разгрузки (дренирования) вторичных скоплений газа на основе детального геолого-гидрогеологического изучения надпродуктивных отложений была создана дегазационно-на-блюдательная сеть скважин, охватывающая все водоносные горизонты надпро-дуктивного разреза, которые могут быть вместилищами вторичных газовых скоплений. Эта сеть скважин стала неотъемлемой частью общей системы контроля за разработкой Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения.

Обеспечение хозяйственно-питьевым и техническим водоснабжением предприятий нефтегазовой отрасли долгое время не относили к сфере нефтегазопромысловой гидрогеологии. Поиски, разведку и подсчет запасов подземных вод для этих целей проводили специализированные гидрогеологические организации преимущественно системы бывшего Министерства геологии СССР. По их результатам проектировались и строились водозаборы подземных вод, эксплуатация которых осуществлялась предприятиями нефтяной и газовой промышленности. При этом нередко возникали осложнения гидрогеологического характера: несоответствие количества и качества подземных вод проектным параметрам, ухудшение качества и уменьшение количества воды в ходе эксплуатации водозабора, невозможность освоения запасов подземных вод проектной системой скважин и др. Для решения перечисленных и других вопросов необходимо выполнение анализа эксплуатации водозабора, подобного таковому разработки нефтяного или газового месторождения. Эти задачи решают нефтегазопромысловые гидрогеологи, в частности на водозаборах Оренбургского и Уренгойского газовых комплексов, Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения и др. Сюда же входит и контроль качества и санитарного состояния добываемых подземных вод, что входит в обязанности организаций, эксплуатирующих водозаборы.

Гидрогеологами нефтегазовой отрасли осуществляется проектирование водозаборных скважин для водоснабжения строительства нефтяных и газовых скважин. На площадках этих скважин производятся также гидрогеологические изыскания для обоснования инженерных решений по предотвращению или снижению негативного воздействия строящихся скважин на геологическую среду. В процессе изысканий изучаются строение и фильтрационные свойства грунтов зоны аэрации, глубина залегания и химический состав грунтовых вод. А водозаборные скважины характеризуют перспективный для водоснабжения водоносный горизонт, залегающий обычно ниже горизонта грунтовых вод.

Контроль гидродинамического и гидрохимического режимов верхних водоносных горизонтов и качества воды открытых водоемов выходит за рамки отдельных водозаборов и распространяется на разрабатываемые месторождения углеводородов, прилегающую к ним территорию, районы нефтегазоперерабатывающих заводов, подземных водохранилищ газа и других предприятий нефтегазовой отрасли. Это связано с необходимостью выяснения их влияния на окружающую среду.

Данная задача, входящая в функцию организаций-водопользователей, выполняется нефтегазопромысловыми гидрогеологами и находится под постоянным контролем природоохранных органов. Последние нередко склонны приписывать все негативные явления в природной среде нефтегазовому комплексу, существующему 15-20 лет в густонаселенном районе с развитой промышленностью и интенсивным сельским хозяйством. Гидрогеологам, давно работающим в таких районах, известно, что природные воды здесь подвергались загрязнению от промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых источников задолго до открытия месторождений нефти и газа. Поэтому очень важно выделить долевое участие нефтегазового комплекса в общем объеме техногенного загрязнения всех источников хозяйственной деятельности на рассматриваемой территории. Изложенное в полной мере относится к Оренбургскому и Астраханскому газовым комплексам, Карачаганакскому нефтегазоконденсатному месторождению, на которых создана обширная сеть режимных постов и скважин для наблюдений за поверхностными и подземными водами и выполняются большие объемы гидродинамических и гидрохимических исследований.

На севере Тюменской области, где разрабатываются Уренгойское, Медвежье, Ямбургское месторождения, нет другой промышленности кроме газовой, являющейся вместе со своим жилищно-коммунальным хозяйством единственным источником загрязнения окружающей среды, в том числе поверхностных и подземных вод. Расчеты предельно допустимых сбросов биологически очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения показали, что степень очистки позволяет сбрасывать их в открытые водоемы, где они разбавляются до уровня ниже ПДК. Тем самым удовлетворяются требования контролирующих органов. Однако для сохранения чистоты поверхностных и неглубоко залегающих подземных вод было бы целесообразнее закачивать эти   стоки в поглощающий горизонт под сеноманскую газовую залежь. Его приемистость очень велика и позволяет осуществлять закачку всех сточных вод, включая хозяйственно-бытовые. На очистку последних в данном случае не придется расходовать силы и средства, тем более что она не предохраняет от привноса компонентов-загрязнителей, которые неизбежно будут накапливаться в воде и донных осадках водоемов.

Серьезной экологической проблемой являются утечки нефти и нефтепродуктов из систем сбора, хранения и транспорта. Иногда они имеют крупномасштабный аварийный характер и представляют большую опасность для окружающей среды. Не менее серьезные последствия вызывают продолжительные малообъемные не фиксируемые утечки. Они приводят к пропитыванию нефтепродуктами почвогрунтов часто на больших площадях и на значительную глубину (вплоть до уровня первого от земной поверхности водоносного горизонта), скоплению их на уровне подземных вод и поступлению вместе с этими водами в открытые водоемы. Успешное применение технологических решений по очистке таких загрязненных участков требует проведения детальных гидрогеологических, гидрогеохимических, инженерно-геологических изысканий для их обоснования.

Подобные работы выполняются и на участках загрязнения грунтов, поверхностных и подземных вод рассолами, образующимися при создании подземных емкостей в толще каменной соли методом размыва технической водой. Утечки рассолов происходят в основном из амбаров-рассолоотстойников и вызваны дефектами гидроизоляции дна и стенок. Выявление засоления поверхностных и подземных вод позволяет принять необходимые меры по ремонту рассолоотстойников. После прекращения инфильтрации рассолов происходит постепенное естественное опреснение поверхностных и подземных вод. Данное явление имеет место в Оренбургском газовом комплексе на одном из участков строительства подземных емкостей в толще каменной соли.

В последние годы составной частью проектной документации является ОВОС. Одним из объектов исследований для этой цели служит геологическая среда, к которой относятся глубокие горизонты недр, грунты, геоморфологические элементы, подземные и поверхностные воды. Из практики разработки ОВОС сложилась методика гидрогеоэкологических исследований. Она включает анализ состояния геологической среды до начала эксплуатации объектов нефтегазового комплекса, характеристику современного состояния и прогноз возможных изменений геологической среды в будущем. Состояние геологической среды в доэксплуатационный период оценивается по архивным и фондовым материалам, полученным предыдущими исследователями при различных геолого-гидрогеологических работах на рассматриваемой территории. Это - "фон", с которым сравниваются последующие изменения геологической среды. Для характеристики ее современного состояния производятся полевые обследования, промыслово-гидрогеологические наблюдения, гидрохимическое опробование открытых водоемов и подземных вод, инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на площадках проектируемых сооружений. Возможные будущие изменения геологической среды прогнозируются по аналогии с уже произошедшими изменениями с учетом дополнительной техногенной нагрузки.

Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать следующие рекомендации по устранению с минимальными затратами недостатков в геолого-гидрогеологической изученности надпродуктивных отложений нефтегазодобывающих районов. Прежде всего следует произвести переинтерпретацию имеющегося огромного материала полевой и промысловой геофизики. Во вновь бурящихся скважинах необходимо дополнить комплекс ГИС, применяемый перед спуском промежуточных обсадных колонн, сравнительно небольшим объемом исследований, позволяющих производить надежное расчленение вещественного состава разреза и получать данные о коллекторских свойств пород. В некоторых скважинах желательны выборочный отбор керна из интервалов коллекторов и его лабораторный анализ. В единичных скважинах должно выполняться поинтервальное гидрогеологическое опробование коллекторов с перфорацией обсадной колонны. Для этого можно использовать, прежде всего, подлежащие ликвидации аварийные скважины разведочного и эксплуатационного бурения на глубокозалегающих месторождениях.

На объекты добычи, переработки и транспорта нефти и газа должен быть организован гидрогеоэкологический мониторинг, для чего производственные службы следует комплектовать соответствующими специалистами, обеспечить их приборами, оборудованием и нормативной инструктивно-методической документацией, согласованной с контролирующими природоохранными органами.

При крупных учебных и научных центрах страны следует организовать систематическую переподготовку промысловых геологов и гидрогеологов по гидрогеоэкологической специализации. Для студентов высших и средних специальных учебных заведений необходимо ввести курс нефтегазопромысловой гидрогеоэкологии.