Введение
Нефтегазовое производство воздействует на геологическую среду (недра) «сверху» (с поверхности) и «снизу» (из массива горных пород).
Воздействие на геологическую среду «сверху» происходит при обустройстве месторождения (строительство производственных помещений, прокладка коммуникаций, строительство и эксплуатация скважин, система сбора, подготовки и транспорта продукции скважин и др.). Бурение и эксплуатация скважин воздействует на геологическую среду как «сверху» так и «снизу».
Геологическая среда - верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля - тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.) в пределах которой осуществляется инженерно-хозяйственная (в том числе инженерно-строительная) деятельность.
Техногенное воздействие - это комплексное действие агропромышленного, промышленного, транспортного секторов, а также строений и коммуникаций на окружающую среду.
Источники техногенного воздействия на геологическую среду в нефтегазовом производстве
С началом разработки нефтяных и газовых месторождений происходит стрессовое преобразование эндогенных и экзогенных процессов по сравнению с естественными условиями. Как правило, эти процессы развиваются в разных временных интервалах, но могут иметь единый генезис либо происходить детерминированно.
При этом, как и при процессах загрязнения, техногенное воздействие на геологическую среду (ГС) неодинаково на различных стадиях освоения месторождений УВ. На стадии поисковых работ оно минимально и носит кратковременный, преимущественно экзогенный характер, в основном это нарушение почвогрунтов, связанное с их механическим уплотнением и эрозией. Однако эти процессы могут дать толчок к началу деградации многолетнемерзлых грунтов с образованием термокарстовых, термоэрозионных и других форм нарушений поверхности, развитию эоловых процессов, оврагообразования, плоскостного смыва и др.
Опасность перечисленных выше процессов для инженерных сооружений заключается в том, что они проявляются совместно. Поэтому уже на стадии поисков месторождений УВ необходимо иметь комплекс региональных геоэкологических карт масштаба 1:1000000 для оценки воздействия на ГС при проведении этого вида работ.
При оценках воздействия на ГС весьма важными являются дифференциация и идентификация источников загрязнения.
Идентификация источников техногенного воздействия объектов НГК по пространственным категориям необходима для:
-выявления источников техногенных воздействий на горные породы (типы площади, характер воздействия) с помощью аэрокосмических методов и наземного обследования;
- выявления площадей техногенного изменения пород и тенденций этого процесса (дистанционными, буровыми, геофизическими методами);
- прогноза техногенных изменений пород и проявлений эколого-геологических процессов в геолого-технологических (геофлюидодинамических) системах (существующих и планируемых);
- выбора методов исследования воздействия техногенных объектов НГК на ГС и оценки зоны эколого-геологического влияния инженерных сооружений;
- разработки моделей влияния объектов НГК на ГС.
Основными источниками воздействия на геологическую среду (недра) являются все технологические операции, связанные с бурением скважин, аварийные ситуации, а также технологические продукты и отходы производства бурения, циркулирующие и накапливающиеся в поверхностных сооружениях (амбарах и др.).
Поэтому основным требованием по охране недр при строительстве скважин является защита верхних водоносных горизонтов от инфильтрации бурового раствора, особенно при бурении под направление и кондуктор.
Таблица 1 Источники техногенного воздействия на ОС
| Наименование этапа | Ориентировочная длительность, сут. | Основной состав работ |
| 1 ЭТАП. Строительно-монтажные работы | ||
| 1.Подготовительные работы к строительству (ПРС) 2.Монтаж сооружений и оборудования | 25-30 30-40 | Подготовка территории к приему оборудования и монтажу; обустройство дорог и сооружение насыпных площадок для размещения оборудования Насыпка основания под фундаменты; монтаж буровой установки, оборудования, вспомогательных сооружений, инженерных коммуникаций; сооружение земляного амбара, обваловки площадки (отвода) |
| 2 ЭТАП. Бурение, крепление | ||
| 3.Подготовительные работы 4. Бурение и крепление скважин | 4-6 50-90 | Размещение и проверка работы агрегатов Проходка ствола скважины, цементация, тампонаж |
| 3 ЭТАП. Испытание скважины и эксплуатация (сжигание газа на факеле) | ||
| 5. Испытания продуктивных пластов | 3-30 | Вскрытие продуктивных пластов и вызов притока нефти, закачка в пласты БСВ, перевод скважин в другие категории назначения |
| 4 ЭТАП. Демонтаж установки, консервация и ликвидация скважины | ||
| 6. Демонтаж сооружений 7. Рекультивация нарушенных земель | 5-10 5-10 | Демонтаж буровой установки и инфраструктуры (фундаментов и коммуникаций) Ликвидация шламовых амбаров, буровых площадок, участков загрязнения грунта, восстановление почвенно-растительного покрова |
При строительно-монтажных работах происходят следующие изменения:
· изменение микрорельефа,
· повреждения почвенного покрова,
· верхнего слоя грунта, вырубка растительности;
· погребение почв под насыпными основаниями
· изъятие земель под временное функциональное использование
Воздействие на геологическую среду при бурении скважин проявляется в следующем:
· физическое нарушение грунтов зоны аэрации;
· химическое загрязнение грунтов, горизонтов подземных вод химическими реагентами, используемыми при бурении скважин, буровыми и технологическими отходами, образующимися в процессе бурения и испытания скважин;
· основными видами изменения геологической среды при бурении скважин является образование техногенных грунтов преимущественно техногенно-переотложенных и техногенно-образованных.
При испытании скважин и эксплуатации:
· часть нефтенасыщенного порового пространства замещается водой или газом;
· изменяется химический состав пластовой воды и нефти;
· изменяются пластовые гидродинамические и термодинамические условия;
· происходят изменения в водоносных горизонтах при использовании их для добычи подземных вод;
· нарушается подземный сток, изменяются фильтрационные физико-механические свойства грунтов, изменяется напряжённое состояние пород в массиве;
· возможны местные и региональные просадки поверхности, переформирование гидрогеологических условий, усиление или ослабление водообмена, смешение вод
При ликвидации скважин существенное воздействие на окружающую среду не прогнозируется, но рекомендуется при проведении работ по ликвидации скважин для предотвращения негативного воздействия на почвенный покров рассматриваемой территории выполнить требования:
· не допускать загрязнения земель строительными и бытовыми отходами;
· снимать плодородный слой почвы с территории земельного участка, отведенного под ликвидацию;
· перемещать плодородный слой почвы и минеральный грунт в места их временного складирования;
· обустраивать территории площадки обваловкой из перемещенного плодородного слоя и минерального грунта;
· своевременно и с высоким качеством проводить техническую и биологическую рекультивацию участков сельскохозяйственных угодий, временно отводимых под объекты обустройства
Возможность загрязнения подземных вод «сверху» определяется особенностями литологии и мощностью покровных отложений, глубиной залегания грунтовых вод. К тому же взаимосвязь поверхностных и подземных вод двухсторонняя и вследствие близкого залегания к поверхности и при отсутствии выдержанного горизонта слабопроницаемых пород грунтовые воды оказываются слабо защищенными от техногенного воздействия.
Практика показывает, что избежать загрязнения подземных вод можно только при тщательном и квалифицированном подходе ко всем работам при разбуривании месторождения.
Причиной загрязнения недр (часто совместно с поверхностными объектами) могут стать нефтегазоводопроявления.
В скважинах малой и средней глубины опасность нефтегазоводопроявлений обусловлена быстрым развитием процесса и трудностями раннего обнаружения проявлений.
Нефтегазоводопроявления в глубоких скважинах опасны высоким давлением в процессе закрытия и глушения скважин.
Превышение забойного давления над пластовым практически не приводит к предвыбросовой ситуации. Тем не менее, поступление пластового флюида в скважину возможно вследствие капиллярных перетоков, перетоков за счет осмоса, поступления с выбуренной и обвалившейся породой, гравитационного замещения, диффузии газа, контракционного и фильтрационно-депрессионного эффектов.
Загрязнение «снизу» может произойти за счет поступления высокоминерализованных напорных вод нижней перми, карбона и девона по затрубному пространству скважин в случае некачественной цементации обсадных колонн.
Поэтому одним из условий безопасной эксплуатации объектов добычи углеводородного сырья является проблема обеспечения герметичности заколонного и межколонного пространства скважин.
Межколонные проявления могут обусловить наиболее опасные нарушения геоэкологического статуса, способствовать растворению или переотложению цементирующих фаз, естественных и искусственных флюидоупоров, оказывать коррозионное воздействие на состояние элементов подземного оборудования: металлические колонны, муфты, резьбовые соединения и т.д. Неконтролируемый выход пластового флюида на «дневную» поверхность или его миграция в другие пласты способны повлечь непредсказуемые экологические осложнения.
Источниками загрязнения подземных вод (недр) могут стать линейные сооружения. В ходе их эксплуатации будет происходить транспортировка экологически опасной сырой нефти, содержащей к тому же примесь тяжелых металлов, серы, высокоминерализанной воды.
Небольшие загрязнения, как подсказывает опыт, неизбежны в нефтегазовой отрасли из-за случайных утечек и разливов.
Незначительное локальное загрязнение грунта и грунтовых вод может произойти при образовании на трубопроводах устранимых малых протечек в результате точечной коррозии. При быстром обнаружении их с помощью современных аппаратных средств, степень негативного воздействия на геологическую среду будет минимальна.
Особую опасность могут представлять аварийные ситуации, при которых произойдет разлив нефтепродуктов и возможное их проникновение в толщу грунтов.