Влияние нефтедобычи на водные объекты

Размещено на http://www.allbest.ru/

В.Д.Назаров, М.В.Назаров (ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет)

УДК 622.276.432

Реферат к статье

Влияние нефтедобычи на водные объекты

Назарова В.Д.,

Назарова М.В

Загрязнение водных объектов при добыче нефти с поддержанием пластового давления (ППД) происходит за счет нагнетания в пласт рассолов с минерализацией порядка 100-300 г/л, содержащих эмульгированную нефть, твердые взвешенные частицы, тяжелые металлы, токсичные вещества, растворенные газы, микроорганизмы, реагенты и др. В процессе длительной эксплуатации нефтяных месторождений эти рассолы попадают в пресные подземные и поверхностные водные объекты, являющиеся потенциальными источниками питьевой воды, ухудшая качество воды, ставшей дефицитом во многих регионах России.

С этих экологических позиций представляет интерес анализ ситуаций, сложившихся в нефтяных компаниях.

Оценивая состояние поверхностных и подземных вод на территориях деятельности нефтегазодобывающих предприятий Татарстана по результатам обработки гидрохимических материалов за период с 1991 по 2006 г., можно констатировать, что примерно 60% химических анализов дают чистую воду с фоновыми концентрациями солей, 40% - свидетельствует о том, что на этой территории имеются воды, затронутые техногенным воздействием [1].

В целях проведения мониторинга поверхностных и подземных пресных вод в пределах деятельности ОАО «АНК «Башнефть» начиная с 1974 г. функционирует специальная наблюдательная сеть, включающая в себя контрольные створы на реках, ручьях, озерах, а также сеть специально пробуренных скважин на пресноводные горизонты и комплексы, родники и колодцы, находящиеся в сфере воздействия нефтедобычи [2].

Результаты определения концентрации хлоридов в водопунктах приведены в таблице 1. Из таблицы 1 следует, что только по одному из многочисленных загрязняющих веществ наблюдается превышение концентрации хлоридов выше ПДК в 4,6% водопунктах на поверхностные воды и в 12,1% водопунктах на подземные воды.

По состоянию на 2011 г. на 17 месторождениях ОАО «АНК «Башнефть» из 34 установлено превышение концентрации хлоридов в водных объектах, что вызывает тревогу.

В связи с критической ситуацией с питьевым водоснабжением в Башкортостане летом 2010 г. была создана депутатская рабочая группа для изучения ситуации с обеспечением населения питьевой водой.

Установлено, что в г. Октябрьском и Туймазинском районе население уже многие годы вынуждено использовать воду с превышением норм в 2 и более раз по жесткости, общей минерализации и содержанию хлоридов. В летний период 2010 года на привозной воде обеспечивалась потребность в 9 населенных пунктах района, в том числе в таких крупных, как Кандры, Старые Туймазы, Верхнетроицкий [3]. Основная причина проблем с водоснабжением населения в Туймазинском районе связана с влиянием на подземные воды объектов нефтедобычи, принадлежащих ОАО «АНК «Башнефть», когда из-за применения непродуманных технологий подземные воды оказались перемешанными со сточными водами нефтепромыслов.

При этом качество воды с каждым годом только ухудшается. Аналогичная ситуация наблюдается также в Чекмагушевском, Белебеевском, Краснокамском и некоторых других прилегающих районах [3].

Таблица 1 - Состав наблюдательной сети и состояние водопунктов на территории месторождений ОАО «АНК «Башнефть» за 2007-2011гг.

Ситуация с загрязнением водных объектов сложилась приблизительно одинаковой во всех нефтедобывающих регионах страны с той разницей, что ОАО «АНК «Башнефть» занимается производственной деятельностью 80 лет, поэтому негативные последствия нефтедобычи проявились наиболее ярко.

Опыт эксплуатации нефтяных месторождений страны, в особенности находящихся на поздней стадии, показал множество негативных явлений, связанных с загрязнением почвы, атмосферного воздуха и пресных поверхностных и подземных вод [4].

Одним из существенных источников загрязнения пресных вод являются утечки из скважин и перетоки пластовых вод в водоносные горизонты, происходящие в скважинах с некачественной и частичной цементацией затрубного пространства, с нарушениями целостности обсадных колонн и некачественно ликвидированных скважин. Утечки и перетоки интенсифицируются за счет увеличения пластового давления при закачке вод в систему ППД.

Однако, не эти причины являются главными. Главная проблема заключается в коррозии бетона. В соответствии со СНиП 2.03.11-85[5] влажная среда с концентрацией сульфатов свыше 1 г/л и хлоридов свыше 5 г/л для портландцемента является сильноагрессивной. В пластовой воде нефтяных месторождений концентрация сульфатов или хлоридов составляет 100-300 г/л, т.е. среда является экстремально агрессивной. Нами проведены опыты в статических условиях по определению коррозионной активности воды с концентрацией сульфатов и хлоридов 100 г/л (раздельно) относительно образцов стандартного размера из портландцемента по ГОСТ 10178-76. В результате опытов установлено, что образцы полностью разрушены в течение года. Агрессивность сульфатных вод выше, чем хлоридных.

Отсюда следует, что на нефтяных месторождениях, находящихся на средней и поздней стадии эксплуатации, через затрубное пространство происходят неконтролируемые перетоки жидкости из области высокого давления в область более низкого давления, т.е. в вышерасположенные пресные подземные воды.

Доказательством тому являются сведения нефтяных компаний о том, что на 1 м3 продукции скважины приходится закачивать 2-3 м3 воды, т.е. в окружающую среду поступает 1-2 м3 недостаточно очищенных вод.

В качестве иллюстрации приводим сведения о плановых показателях по закачке воды для Еты-Пуровского месторождения. Объем закачанной воды должен превышать объем продукции скважин в 4,3 раза [6].

Из сказанного следует, что нефтедобывающие компании являются природопользователями, т.к. закачиваемые в нагнетательные скважины воды поступают в водные объекты. Вследствие этого должны выполняться нормативные требования природоохранных органов.

Допустимые концентрации (ДК) загрязняющих веществ в воде, закачиваемой в нефтесодержащие пласты по ОСТ 39-225-88 [7], предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ по ГН 2.1.5.689-98 [8] и фактические концентрации некоторых загрязняющих веществ приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание загрязняющих веществ в воде, закачиваемой в продуктивные пласты

Из таблицы следует, что в воде, поступающей в окружающую среду, концентрация указанных загрязняющих веществ превышает допустимую в тысячи раз.

Таким образом, требования к качеству воды для заводнения нефтяных пластов должны иметь две составляющие: технологическую и экологическую.

Технологические требования

Технологическая составляющая предусматривает очистку закачиваемых вод в соответствии с коллекторскими свойствами пласта.

Для реализации этих целей необходимо кардинально изменить подход к системе ППД [9]:

- отказаться от устаревших представлений о пласте как виртуальной системе, которая как будто не меняет своих базовых характеристик, таких как пористость и проницаемость, за счет эффектов самокольматации несцементированными в нем взвесями, даже при фильтрации в пласте идеально чистых флюидов;

- отказаться от устоявшихся взглядов на закачиваемые в пласты пресную и сточную воду, как виртуальные жидкости, способные, якобы, проникать через поры пласта на большие расстояния. Вода, содержащая в себе твердые частицы, соизмеримые с размерами пор, в них не войдет, и нефть по этой причине вытеснить не сможет;

-закачка в пласты чистой воды существенно улучшает условия вытеснения нефти и тормозит ухудшение коллекторских свойств пласта, обеспечивая вытеснение нефти из большего числа порово-трещиноватых каналов, увеличивая тем самым нефтеотдачу пластов;

- изначальная закачка чистой воды в пласты с низкими коллекторскими свойствами позволяет извлечь значительные объемы нефти, которые были отнесены к категории трудноизвлекаемых или не извлекаемых.

Для успешного осуществления процесса заводнения к качеству воды должны предъявляться жесткие требования. Механические примеси и микроорганизмы, содержащиеся в нагнетаемой воде, кольматируют поверхность фильтрации и заиливают поровые каналы продуктивного пласта, снижая приемистость нагнетательных скважин. Несовместимость закачиваемой и пластовой воды приводит к образованию высокодисперсного осадка карбоната и сульфата калия.

В тех случаях, когда для заводнения пластов, насыщенных сероводородной жидкостью, применяется вода, содержащая железо и кислород, в пористой среде может происходить образование твердых осадков гидроксидов Fe(OH)2 и Fe(OH)3, оксидов железа, сульфида железа FeS и элементарной серы. Все это приводит к осадкообразованию, сокращению межремонтных периодов скважин, уменьшению коэффициента извлечения нефти. загрязнение нефть пресный водоснабжение

Экологические требования

Нормативы качества нефтепромысловых вод, подлежащих к использованию в системе ППД, должны быть разработаны на основе рационального подхода к эксплуатации нефтяных месторождений с учетом влияния на окружающую среду. В Водном кодексе РФ указано, что при «эксплуатации водозаборных сооружений, связанных с использованием подземных водных объектов, должны быть предусмотрены меры, предотвращающие их вредное влияние на поверхностные водные объекты и окружающую природную среду» [10].

Подземная закачка сточных вод добывающими предприятиями нефтегазового комплекса в продуктивные и поглощающие глубоко залегающие горизонты подлежит оплате в части загрязняющих веществ, не содержащихся в поверхностных и подземных водах [11].

В пластовых водах нефтяных месторождений установлена устойчивая тенденция роста концентрации таких загрязняющих веществ, как железо, сероводород, гидросульфид-ион, сульфиды металлов и др. По классификации Санитарных правил СП 2.1.5.1059-01 [12] степень влияния на качество подземных вод нефтедобычи определяется как «опасная». Приоритетными загрязнениями для нефтяных месторождений согласно этому документу являются: нефтепродукты, хлориды,фенолы, СПАВ, ртуть, марганец, железо.

К приоритетным загрязняющим веществам следует отнести бор, бром, йод, цинк, хром, стронций, литий, свинец, медь, цезий, рубидий [4]. Многие из этих веществ находятся в промышленной концентрации, позволяющей осуществить комплексную переработку пластовых вод.

Изначально в пластовых водах нефтяных месторождений не было ни сульфидов, ни сероводорода. В настоящее время в пластовых водах нефтяных месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации, содержание сероводорода достигает 100 мг/дм3; ионов железа до 70 мг/дм3; сульфидов железа до 89% всех твердых отложений [13].

Нефтяные месторождения превратились в биогенные генераторы сероводорода, причем концентрация сероводорода увеличивается с каждым годом независимо от того эксплуатируется месторождение или законсервировано. Известны случаи, когда в населенных пунктах Башкортостана в грунтовых водах и колодцах вода стала непригодной для хозяйственно-бытовых нужд из-за высокой концентрации сероводорода.

Отсюда следует, что в существующих системах мониторинга неверно выбраны приоритетные загрязняющие вещества. Контроль качества поверхностных и подземных пресных вод должен вестись по сероводороду, сульфидам, тяжелым металлам, бору, брому, йоду, нефтепродуктам, ПАВ, СВБ.

Экологическим требованием является качество вод, подготовленных для системы ППД, с учетом того, что эти воды поступают в окружающую среду. В настоящее время в Западной Сибири очистка подтоварной воды ведется отстойниками, сепараторами, реже - отстойниками с гидрофобным слоем. Все эти аппараты являются устройствами предварительной механической очистки воды, которые невозможно назвать очистными сооружениями. В Башкортостане новым приемом назван «путевой сброс» подтоварных вод с использованием трубных водоотделителей (ТВО). ТВО представляет собой трубчатый отстойник с высокой гидравлической нагрузкой, после которого ранее планировались очистные сооружения. Но позже решили обойтись без очистных сооружений с целью экономии материальных ресурсов. В качестве иллюстрации приводятся результаты мониторинга закачиваемой воды в системе ППД Арланского месторождения ОАО «АНК «Башнефть» (таблица 3).

Таблица 3 - Качество закачиваемой воды в системе ППД Арланского месторождения

Из приведенных данных следует, что в закачиваемой в пласты воде содержание загрязняющих веществ превышает ПДК [8] по нефтепродуктам в 253 раза, сероводороду - в 3900 раз, железу - в 18 раз.

В Татарии, Самарской и Оренбургской области широко внедрены различные модификации аппарата очистки сточных вод (АОСВ), основанные на процессах флотации [9], дающие высокий эффект очистки подтоварных вод.

Система ППД является частным случаем систем водного хозяйства любых промышленных предприятий, поэтому нами была сделана попытка обобщения известных технических решений в области очистки сточных вод предприятий нефтедобычи и нефтепереработки [14]. Из приведенного материала следует, что технология подготовки вод для системы ППД должна быть многоступенчатой и эффективной, чтобы соответствовать требованиям природоохранного законодательства. Многие промышленные предприятия имеют более эффективные очистные сооружения по сравнению с нефтяными компаниями, при этом проектирование сооружений ведется в соответствии с общепринятыми строительными нормами и правилами СНиП 2.04.03-85 [15]. Из этого нормативного документа следует, что очистка сточных вод заключается не только в получении воды заданного качества, но и в обработке и утилизации извлеченного осадка. Из анализа опубликованных сведений нефтедобывающих компаний следует, что извлеченные осадки сточных вод закачиваются в скважины с высокой приемистостью. Эта процедура является грубейшим нарушением природоохранного законодательства, а технология водоподготовки для системы ППД не может быть названа водоподготовкой, пока не будут построены сооружения по обработке извлеченных осадков.

На основании опыта эксплуатации нефтяных месторождений, находящихся на поздней стадии, сделан вывод о существенном влиянии нефтедобычи на поверхностные и подземные водные объекты. Сложившаяся ситуация объясняется устаревшей нормативной базой, определяющей качество вод, подготовленных для системы ППД, а также неверно выбранными приоритетными показателями системы мониторинга водных объектов. На большинстве нефтяных месторождений используются технологии водоподготовки, предназначенные для грубой механической очистки закачиваемых вод, эффективность работы которых не соответствует природоохранному законодательству.

Выводы

1. Опыт эксплуатации нефтяных месторождений, находящихся на поздней стадии, показал негативное их влияние на дефицитные пресные поверхностные и подземные воды, являющиеся источниками питьевого водоснабжения.

2. Основой негативного влияния нефтедобычи на водные объекты является устаревшая нормативная база, определяющая требования к качеству вод, используемых в системе ППД. Результатом этого является как снижение коэффициента извлечения нефти, так и усиление влияния закачиваемых вод на водные объекты. Существующая система мониторинга не оправдала свое существование из-за неверно выбранных приоритетных показателей.

3. Низкая эффективность сооружений водоподготовки объясняется примитивностью применяемых технологий. На сегодняшний день существует достаточное количество отечественного инновационного водоочистного оборудования, позволяющего очистить подтоварные и пресные воды до любого заданного качества.

4. Низкое качество проектной документации, касающейся системы ППД, объясняется недостаточной квалификацией надзорных органов, производящих экспертизу проектных решений.

Литература

1. Ибрагимов Р.Л., Федотов В.М. Типизация химического состава подземных и поверхностных вод, испытавших техногенное воздействие на территории нефтедобывающих предприятий Татарстана.// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе 10/2006. -С.7-14.

2. Петров В.М., Хасанов Р.С., Лозин Е.В., Сидорович В.М., Аскарова А.М. Экологический мониторинг на нефтяных месторождениях ОАО «АНК»Башнефть».// Нефтяное хозяйство. №4. 2007. -С.98-100.

3. Сайфуллин Ф.А. Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года и пути ее реализации на территории Республики Башкортостан. Материалы парламентских слушаний по вопросу «Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года и пути ее реализации на территории Республики Башкортостан» // Секретариат Государственного Собрания - Курултая Республики Башкортостан. - Уфа: УПК, 2010. -С.7-13.

4. Минигазимов Н.С. охрана и рациональное использование водных ресурсов в нефтяной промышлености. // Диссер. докт. техн. наук - Уфа. 2000. -301 с.

5. Строительные нормы и правила СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. 1986.

6. Усманов Р.Х., Кудлаева Н.В., Талипов И.Ф. Современные подходы к увеличению нефтеотдачи и совершенствованию системы ППД на Еты - Пуровском месторождении.// Нефтяное хозяйство. №8. 2009. -С.54-57.

7. Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству. ОСТ 39-225-88. - М.: Миннефтепром. 1990. -8 с.

8. ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно - питьевого и культурно - бытового водопользования. ГН 2.1.5.689-98.

9. Тронов В.П., Тронов А.В. Очистка вод различных типов для использования в системе ППД. - Казань: «Фэн». 2001. -560 с.

10. Водный кодекс РФ №74-ФЗ.// Принят Государственной Думой 12.04.2006. - М: 2006. -80 с.

11. О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления.// Постановление Правительства РФ от 12.06.03г. №344

12. Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения.// СП 2.1.5.1059-01. - М.: 2001. -20 с.

13. Гарифуллин Ф.С. Предупреждение образования комплексных сульфидсодержащих осадков в добыче обводненной нефти. - Уфа: изд-во УГНТУ, 2002. -267 с.

14. Назаров В.Д., Аксенов В.И., Назаров М.В. Водное хозяйство от промышленных предприятий. Справочное издание. Книга 5. - М.: Теплотехник. 2010. -439 с.

15. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: 2002. -72 с.

abstract

to Article Nazarov VD Nazarov M.V

The influence of oil on the water bodies

Based on the experience of the exploitation of oil fields in the late stage, the conclusion of a substantial effect of oil production on surface and groundwater bodies. This situation is explained by an outdated regulatory framework, which determines the quality of water produced for the RPM system, as well as wrong to prioritize performance monitoring of water bodies. On most oil fields are used for water purification technology, designed for rough mechanical treatment injected water, the efficiency of which does not comply with environmental legislation.

Keywords

System pressure maintenance, oil field, water bodies, treatment plants.

Размещено на Allbest.ru