Локальные географические последствия эксплуатации Самотлорского
 Скачать 3.37 Mb.
|
|
3.2 Виды и интенсивность антропогенной нагрузки на территорию и водные ресурсы Динамическое развитие хозяйственной деятельности в ХМАО оказывает положительное влияние на экономику Российской Федерации, в то же время остается мощным фактором антропогенного воздействия, определяющим комплекс экологических проблем и их негативных воздействий. Данный округ испытывает существенную негативную нагрузку на окружающую среду, связанную как с природными особенностями территории, так и с антропогенным воздействием – деятельностью предприятий нефтегазодобывающей промышленности, энергетики, объектов жилищно-коммунального комплекса. Характер и степень техногенных воздействий на природную среду, возникающих при добыче нефти, изменяется в соответствии с этапами развития производства и периода после эксплуатации районов нефтепромыслов. В период обустройства месторождений поступление загрязнителей в природные компоненты связано, в первую очередь, с работой автотранспорта и строительных механизмов, утечкой содержимого шламовых амбаров. При непосредственно эксплуатации главным источником загрязнителей являются аварии, преимущественно порывы трубопроводов, а также горение газовых факелов [26]. Уникальной чертой ХМАО является сосуществование всех этих этапов. Это обусловлено в-первую очередь продолжающейся геологической и сейсмологической разведкой, а так же поэтапным освоением разведанных ранее месторождений и продуктивных пластов, вовлечением в эксплуатацию забалансовых месторождений [2]. Химические загрязнения, связанные с нефтепродуктами, являются наиболее агрессивными разрушительными факторами для природной среды, 38 в том числе водные ресурсы, встречающиеся на всем пути от скважины до потребителя. Особенность нефти как загрязнителя – это постоянное наличие спутников, попадание которых в окружающую среду чаще оказывает более сильное негативное воздействие, чем сами углеводороды. Неотъемлемым компонентом сырой нефти являются минерализованные пластовые воды. Обводненность нефти в Среднем Приобье может достигать 30-50 % и более. Состав пластовых вод, которые извлекаются вместе с нефтью, концентрации в них солей и соотношения ионов, а соответственно и степень их экологической опасности может значительно варьировать. Преобладающей группой вод является хлоридно- натриевая. Все воды нефтяных месторождений высоко минерализованы. Выделяются рассолы (выше 100 г/л) и соленые воды (10-50 г/л). Для нефтяных вод характерно повышенное содержание галогенов (Cl, Br), а также бора, бария и стронция [2]. Из общего количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в воздух, на долю твердых приходится 6,4%, газообразных и жидких – 93,6%. Среди газообразных выбросов более половины составляет оксид углерода (55,4%), на углеводороды и летучие органические соединения приходится в среднем по 20%, на оксиды азота – 3,3%, диоксид серы – 0,2%[2]. Так же происходят выбросы поллютантов. В числе проблем, характерных в целом для любых районов нефтедобычи, в том числе и для территории ХМАО, является выведение из стабильного состояния и деградация больших площадей земельных ресурсов, а так же их загрязнение. Подавляющее большинство загрязняющих веществ (нефтепродуктов и пластовых вод), выбрасываемых в аварийном режиме, попадает на рельеф, что в целом и определяет масштабы загрязнения земель на территории округа. Так нефтяные загрязнения являются причинами угнетения и деградация или полной гибели растительности, упрощения структуры и обеднение видового состава, неблагоприятными перестройками генофонда популяций. В ХМАО в соответствии с [2] насчитывается 26 особо охраняемых 39 природных территорий различных категорий в числе которых государственные природные заповедники («Юганский», «Малая Сосьва»), природные парки («Нумто», «Сибирские Увалы», «Кондинские озера», «Самаровский Чугас»), государственные природные заказники («Васпухольский», «Елизаровский», «Верхне-Кондинский»), памятники природы, водно-болотные угодья. Динамика показателей, характеризующих охрану окружающей среды ХМАО представлена в таблице 1. Таблица 1 – Динамика показателей, характеризующих охрану окружающей среды [26] По отношению к 2010 году 2011 2012 2013 2014 2015 Доля нерекультивированных нефтезагрязненных земель к общему объему нефтезагрязненных земель, % 92,0 91,7 80,4 83,2 77,1 Доля использованных, обезвреженных отходов в общем объеме образовавшихся отходов в процессе производства и потребления, % 65,0 66,5 79,9 74,0 75,0 Обеспеченность населенных пунктов полигонами твердых бытовых отходов, % 31 36 43 50 53 Коэффициент утилизации попутного нефтяного газа, % 85,3 89,1 91,4 93,2 95,0 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, тыс. тонн 2353,0 2429,6 1866,2 1466,8 1466,8 Доля населения, вовлеченного в эколого-просветительские и эколого-образовательные мероприятия, от общего количества населения автономного округа, % 25 28 28 30 32 Объём предотвращённого экологического ущерба, млрд. рублей 5,0 5,1 5,3 5,5 5,6 40 4 Локальные географические последствия эксплуатации Самотлорского месторождения Краткий анализ истории разработки и эксплуатации Самотлорского месторождения, которое эксплуатируется с 1969 года, свидетельствует о том, что происходит повсеместное снижение первоначально высоких пластовых давлений, изменяется состав пластового флюида, плотность и прочностные свойства горных пород, что в итоге приводит к потере механической устойчивости дискретной динамически активной геологической среды [3]. Активизация этого процесса проявляется, в первую очередь, в наиболее ослабленных участках геологической среды – в разломных зонах, зонах повышенной трещиноватости. При использовании систем поддержания пластового давления и гидроразрыва пласта на месторождении происходит увеличение фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и повышение нефтеотдачи, с одной стороны, и появлению техногенной трещиноватости, с другой. На месторождение происходят деформации земной поверхности с образованием осадочных форм микрорельефа в толще грунтов подстилающего слоя и формирование мульды оседания земной поверхности. Активизация суперинтенсивных деформационных процессов на месторождении проявляется в аварийности скважин месторождения, смятие и нарушение герметичности буровых колонн, сломе обсадных колонн эксплуатационных скважин в зонах аномальной деформационной активности разломов, утечкам и прорывам газовожидких флюидов в околоскважинное пространство. 4.1 Оседание дневной поверхности Для наблюдений за геодинамическими процессами, происходящими в недрах при добыче углеводородов, в 2002 году создан Самотлорский геодинамический полигон в зоне деятельности ОАО «Самотлорнефтегаз», представлен на рис.7. 41 Рисунок 7 – Самотлорский геодинамический полигон с границами лицензионного участка ( * точки установки заглубленных реперов) [11] Основной задачей данного полигона является геодинамический мониторинг, который осуществляется с целью выявления количественных показателей горизонтальных и вертикальных сдвигов земной поверхности и условий формирования деформационных процессов; а также гидрогеологический мониторинг, выполняемый с целью оценки, изучения характера и степени влияния различных гидрогеологических факторов на условия эксплуатации инженерных сооружений и возможного влияния на развитие неблагоприятных физико-геологических явлений и процессов. Эффективным методом, позволяющим получать площадные оценки вертикальных и плановых смещений дневной поверхности, является интерферометрическая обработка радиолокационной съемки с повторных 42 орбит космического аппарата [38]. За счет спутниковой радарной интерферометрии получают плановые оценки высот с точностью до первых метров и смещений с точностью до первых сантиметров. Единственным ограничением является пространственная и временная декорреляция, что для территории Западной Сибири, обусловлено особенностью ландшафтного строения и изменением растительности (белые пятна на рисунках) [39]. Для территории Самотлорского месторождения сотрудниками научно-исследовательского института прикладной информатики и математической геофизики Балтийского федерального университета им. И. Канта Евтюшкиным А.В. и Филатовым А.В. [11] построена картосхема вертикальных смещений дневной поверхности за период 2007-2007 гг., которая представлена на рис.8. Рисунок 8 – Вертикальные смещения на Самотлорском месторождении за 2007-2008 гг. [11] Отрицательные смещения связаны с активными мульдами оседания, положительные приурочены к развитию растительности. По профилям 43 вертикальных смещений через мульду оседания, отчетливо видно, что особое оседание наблюдается на севере границы месторождения (до 2,5 см). По построенной [34] картосхеме вертикальных смещений за период 2008-2009 гг. (рис.8.) так же наблюдается оседание поверхности. Отрицательные смещения так же связаны с активными мульдами оседания на расположенных на этих территориях месторождениях, положительные приурочены к развитию растительности. Наблюдаются смещения от 0 см до 2 см, то есть оседание поверхности на 2 см за 2008-2009 гг. Рисунок 9 – Вертикальные смещения на Самотлорском месторождении и прилегающих территориях за 2008-2009 гг. [34] 44 Главной информацией при мониторинге подземных вод, является их гидродинамический (уровненный) режим, поскольку изменение уровня воды видоизменяет не только напряжённое состояние массива грунта, но и физические параметры слоёв активной зоны, вызывая деформации подстилающего грунта. Научно-практический опыт [5] свидетельствует, что: при снижении и резком подъёме уровня подземных вод в зоне формирования депрессионной воронки лессовые грунты дают просадку; подобные явления могут наблюдаться в рыхлых песчаных и насыпных грунтах; повышение уровня грунтовых вод после строительства уменьшает сопротивление сдвигу грунтов; колебания зеркала грунтовых вод всегда вызывают уплотнение грунта, а значит изменение пористости и минерального скелета. Перечисленное может привести к развитию неравномерных осадок, которые в значительной степени оказывают влияние на надежность работы технологического оборудования, поскольку колебания уровня воды видоизменяет не только напряженное состояние массива грунта, но и физические параметры слоев активной зоны, вызывая деформации подстилающего грунта. Для выявления возможного техногенного влияния добычи подземных вод на формирование деформаций земной поверхности выполнялись работы [4,5] по анализу результатов гидрогеологического мониторинга. На Самотлорском месторождении для целей хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения эксплуатируются подземные воды атлым-новомихайловского горизонта. Для технических целей воды используется по двум основным направлениям: для закачки в продуктивные горизонты нефтяных месторождений с повышением пластового давления и приготовления тяжелого солевого раствора, используемого нефтяниками при проведении ремонтных работ на скважинах. На территории действует 27 водозаборов (68 скважин в 45 эксплуатации), каптирующих пресные подземные воды олигоценового водоносного горизонта. По состоянию на 01.01.2016 г. (за период 1997-2015 годы) извлечено более 20 млн.м 3 , что свидетельствует о большой их практической значимости для целей нефтепромысла [5]. Многолетний процесс добычи подземных вод на месторождении сопровождается формированием депрессии уровней вод, что способствует изменении водно- физических свойств водовмещающих пород с образованием осадочных форм микрорельефа в толще грунтов подстилающего слоя, что приводит к формированию мульды оседания земной поверхности. Сотрудниками института нефтегазовой геологии и геофизики Сибирского отделения Российской академии наук Васильевым Ю.В. и Мимеевым С.В. установлено влияние забора вод на формирование современных деформационных процессов [4] по карте-схеме (рис.10) изолиний накопленного водоотбора подземных вод за период 1997-2015 гг., совмещённой с изолинией вертикальных сдвижений мульды оседания за 2002-2015 гг. – выявлено наличие корреляционных связей площадей максимальных отборов с зонами максимальных оседаний, то есть максимальные значения изолиний добычи подземных вод (от 800 до 1400 тыс. м 3 ) входят в зону максимальных изолиний (от -50 до -80 мм) мульды оседания. Таким образом, доказывается, что забор подземных вод, влияет на оседание земной поверхности. Так же сотрудники института нефтегазовой геологии и геофизики Сибирского отделения Российской академии наук [3,4] говорят о стабильном оседании земной поверхности Самотлорского месторождения со скоростью 15-20 мм/год, при этом по изолинии -30 мм мульда занимает 2/3, по изолинии -50 мм 1/2, по изолинии -80 мм площади лицензионного участка «Самотлорнефтегаз». 46 Рисунок 10 – Схема изолиний накопленного водоотбора подземных вод за 1997-2015 гг., совмещённая с изолинией вертикальных сдвижений мульды оседания за 2002-2015 гг. [4] Локальные изменения ландшафта за счет опускания микромасштабных участков земной поверхности, подтопление, 47 заболачивание территории, изменение русловых процессов, могут приводить к активизации экзогенных геологических процессов, таких, как оползни, оврагообразование, карст, приводящих к еще более быстрому изменению природных ландшафтов. Осадка земной поверхности месторождения приводит к изменению углов наклона поверхности. Углы наклона земной поверхности над разломной зоной могут изменяться в зависимости от ее ширины и величины осадки от 0,008 до 0,115 градуса [14]. Данные величины углов наклона в пределах платформенных территорий могут стать причиной формирования эрозионных борозд, а также первопричиной ложбин стока. У крутых склонов относительная потенциальная устойчивость отдельных компонентов рельефа наименьшая. Здесь при нарушении почвенно-растительного покрова возможна активизация процессов смыва и эрозионного расчленения, а на отдельных подмываемых участках вероятны оползневые процессы. Образование трещин на склонах и оседание поверхности часто влекут за собой возникновение оползней. Влияние оседания дневной поверхности и понижения уровня грунтовых вод на территории месторождения неоднозначно. С одной стороны, возможно усиление заболачиваемости на территории из-за приближения дневной поверхности к уровню грунтовых вод, а так же характерного для территории избыточного увлажнения. Нарушение гидрогеологических условий приводит к изменению водно-физических характеристик почвы, вызывая нарушения установившихся ландшафтно- геохимических процессов. С другой стороны, снижение уровня подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта из-за отбора подземных вод, может привести к иссушению почвенного покрова, следовательно, к угнетению или даже к гибели растительности, осушению прилегающих заболоченных земель, обмелению озер, мелких рек. Данный вопрос требует более детального рассмотрения в каждом отдельном случае В процессе эксплуатации Самотлорского месторождения в случае 48 повреждения, а в особенности при полном уничтожении почвенно- растительного покрова уменьшается альбедо поверхности, возрастает поток тепла в грунт, нарушается установившееся термическое равновесие в системе «атмосфера – литосфера», что приводит к увеличению мощности сезонноталого слоя и активизации экзогенных термоэрозионных процессов 4.2 Возможное изменение микроклимата (температурно- влажностных характеристик) на Самотлорском месторождении Изменение метеорологических величин, характеризующих температурно-влажностный режим приземного слоя атмосферы, является еще одним локальным географическим последствием эксплуатации месторождения. Для анализа пространственной дифференциации метеорологических параметров с учетом высотных изменений использованы данные метеостанций: Сургут (59 м), Лобчинские (48 м), Ларьяк (55 м) о среднемесячной и годовой температуре и упругости водяного пара воздуха за период 1880-1981 гг. [21] и за период с 1961-1990 гг. [28]. Вычислен вертикальный градиент, который представляет собой изменение метеорологического параметра с высотой на единицу расстояния по вертикали (100м), взятое с обратным знаком. При исследовании пространственных распределений климатических характеристик и их изменений широко распространено использование высотных зависимостей [24, 29], которые позволяют при изменении рельефа местности вычислять климатические нормы, например, температуры и влажности воздуха. Вертикальные градиенты температуры воздуха и упругости определялись по формуле(1) и приводились к 100 метрам: γ=-∆Т/∆z*100 (1) где ∆Т=Т 2 -Т 1 , ∆z=z 2 -z 1 – приращение температуры (упругости водяного пара) и высоты. По данным на метеостанциях Сургут и Лобчинские были рассчитаны вертикальные градиенты температуры воздуха и упругости водяного пара в 49 приземном слое (табл.2) и построены графики изменения данных градиентов на рис. 11 и рис.12. Таблица 2 – Вертикальные градиенты температуры воздуха (t) и упругости водяного пара (e) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII t, ºС/100 м 12,7 10,8 2 -9,3 0,2 6,9 2,9 3,2 -5,5 0,6 -14,2 -2,9 e, гПа/100м 2,1 2,1 -0,1 -4,9 -3,7 -2,3 -4,4 0,7 -5,4 -0,7 -1,9 1,1 Вертикальный градиент температуры воздуха рассчитанный по данным наблюдений на паре метеостанций равен в среднем за год 0,6ºС/100 м, что соответствует стандартному распределению температуры с высотой в реальной атмосфере. Максимальное изменение температуры с высотой характерны для большинства зимних месяцев и апреля (табл. 2). Причем повышение температуры с высотой (инверсия) отмечается в первой половине зимы (ноябрь -14,2ºС/100м, декабрь -2,9ºС/100м) и в центральные месяцы переходных сезонов года (апрель -9,32ºС/100м, сентябрь -5,5ºС/100м). В остальные 8 месяцев года наблюдается понижение температуры с высотой, ее колебание составляет от 0,2ºС/100м в мае до 12,7ºС/100м в январе, максимум приходятся на вторую половину зимы. В летний период температурных инверсий не наблюдается. Рисунок 11 |