АтангуловА.А. (ГУП ХМАО НАЦ РН им. В.И. Шпильмана), Шиганова О.В. (ФГУП СНИИГГиМС)
Основныересурсы бальнеологических, термальных, технических и промышленных водЗападно-Сибирского артезианского бассейна пространственно сосредоточены натерри-тории Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Более сорока лет здесьнарастаю-щими темпами ведутся нефтегазопоисковые, нефтегазоразведочные инефтегазоэксплуата-ционные работы. Десятки тысяч поисковых и разведочных,эксплуатационных и нагнета-тельных скважин, вскрывающих толщу осадочных породнефтегазоносных комплексов, на-рушают целостность и гидродинамическуюразобщенность внутрибассейновых гидрогеоло-гических объектов. Сотниэксплуатируемых месторождений нефти и газа формируют в не-драх землитехногенные гидрогеологические системы, представляющие собой геотермиче-ские,гидродинамические и гидрогеохимические техногенные аномалии (Матусевич,Ковят-кина, 1997), разрушая ресурсную базу литосферных вод.
Всепроявления техногенеза в нефтегазодобывающих районах оказывают влияние наизменение качества пластовых вод и ухудшение их потребительских свойств. Вбольшей степени негативное влияние связано со следующими процессами, полный рядкоторых от-ражен в работах Г.П. Волобуева (Волобуев, 1993):
— активизация гидродинамических связей вплоть до нарушения герметичностираз-личных экранов и покрышек (гидроразрыв);
— взрывообразное возрастание эффективной нагрузки на эксплуатируемый пласт;
— геохимическое преобразование пластовых вод нефтяных и газовых месторождений;
— активизация сейсмических процессов;
— проседание земной поверхности над разрабатываемыми залежами.
В70-80-х годах в ряде районов Российской Федерации, в том числе и на территорииХанты-Мансийского автономного округа (ХМАО) систематически проводилисьподземные ядерные взрывы на глубинах от сотен метров до 3000 м с цельювыявления перспективных на нефтегазоносность геологических структур, увеличениянефтеотдачи продуктивных пла-стов и строительства подземных хранилищуглеводородов. Последствия этих работ отража-ются в аномальных измененияхрежимов функционирования водоносных горизонтов, мигра-ции заключенных в нихподземных вод, содержания в них радионуклидов (Мельников, Оберман и др., 2000).Материалы исследования проведенных в районах ядерных взрывов по-казывают на то,что их последствия могут регистрироваться с различной интенсивностью в течение10 лет и более, вызывая значительные деформации литосферы и существенноповы-шая радиактивное загрязнение углеводородов и подземных вод на расстоянияхв несколько десятков километров от места взрыва (Бахарев, Кирюхина и др.,2001;Мельников, Оберман и др.2000; Поляков, Ежова, 2001).
Длительныйпериод интенсивного воздействия на природные комплексы нефтегазо-добычиприводит к изменению сейсмотектонических условий геологической среды, а также кзначительным пространственным изменениям ее геометрии в местах локализацииместо-рождений углеводородов. Некоторые примеры временных интервалов междуначалом разра-ботки месторождений нефти и газа и началом возникновениятехногенной сейсмичности приведены в таблице (Бурый, Клокова, 1998).
ТаблицаНазвание месторождения, страна Интервал (в годах) Нефтяные месторождения Snipe Lake (Канада) 7 Старогрозненское (Россия) 8 Love Country (США) 12 Бурунное (Туркменистан) 13 Sleepy Hollow (США) 19 Rangely (США) 19 Gobles (Канада) 19 Willmington (США) 21 Cocdell *(США) 25 Долина (Украина) 26 Imogene (США) 29 Кум-Даг (Туркменистан) 34 Ромашкинское (Россия) 39 Coalinga (США) 87 Газовые месторождения Strachan (Канада) 2 Rocky Mountain (США) 4 Лак (Франция) 12 Газли (Узбекистан) 12 Fashing (США) 16
Изъятиеколоссальных объемов углеводородов и подземных вод из недр земли при-водит кснижению порового давления, последующему сжатию пород и формированиюповерхностной чаши оседания с глубокозалегающими корнями. Так исследования,проведен-ные в Белридже и Лост-Хилсе (Колифорния, США), показывают, что в этихрайонах скорости оседания грунта превышают 30-40 см в год и меняются во времении пространстве (Fielding Eric J. And oth.,1998; Van Der Kooij Marko,1997). Этиже процессы наблюдаются и на газовом месторождении Гронинген в Нидерландах, гдес начала разработки месторож-дения постоянно проводится детальное нивелированиеповерхности земли (De Heus, Verhoet, 1996). Изменение геометрии геологическойсреды в четырехмерном измерении отражается на перемещении внутри него флюидов.
Большинствонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений эксплуатируются в принудительномрежиме с использованием систем заводнения для поддержания пластового давления.Закачка в продуктивные пласты чужеродных вод сопровождающаяся использова-ниемразличных химреагентов 2-4 классов опасности, вызывает множество проблем кактех-нологической, так и природоохранной направленности (Егорова, 1988; Левшенкои др., 1995; Sorbie, Machay, 2000; Dahab,Omar,Gassier, 1989).
Негативноевоздействие на подземные водоносные системы при разработке место-рождений нефтии газа проявляется при проникновении в них: чужеродных литосферных вод иуглеводородов вследствие некачественной изоляции в нагнетательных иэксплуатаци-онных скважинах; чужеродных литосферных вод в процессе законтурногои внутриконтур-ного заводнения; различных химических веществ (ингибиторов,утяжелителей) наполняю-щих буровые растворы и закачиваемые в пласт жидкостииспользуемые в системах поддер-жания пластового давления и при комплексныхобработках пластов для снижения обводнен-ности продукции и повышенияприемистости скважин. При изъятии из недр колоссальных объемов флюидовпроисходит существенная перестройка гидродинамической структуры бассейновподземных вод, формируются искусственно созданные гидродинамические инвер-сии.Так, по данным ГК по охране окружающей среды Тюменской области, в северныхнеф-тегазодобывающих районах Западной Сибири формируется депрессия напоровподземных вод нижнего гидрогеологического этажа напрямую связанная с длительнойи интенсивной нефтегазодобычей (Обзор…, 1999). «Отрыв» напоровпластовых соленых вод от зоны пре-сных с каждым годом увеличивается достигаяуже на отдельных участках 200-400 м. Нару-шение равновесного состояниясложившейся гидродинамической структуры приводит в действие процессынаправленные на ее квазистабилизацию провоцируя межпластовые пере-токичужеродных подземных вод по внутричехольным разрывным нарушениям илитологи-ческим «гидрогеологическим окнам».
Натерритории Ханты-Мансийского автономного округа основная добыча углеводо-родовведется с применением систем поддержания пластового давления (СППД) в залежахметодами заводнения. Источниками водоснабжения СППД служат пресныеповерхностные воды, подземные воды олигоцен-четвертичных, апт-сеноманскихотложений и подтоварные воды (рис.1). Накопленная закачка технических водтолько по территории Широтного При-обья по данным ГУП НАЦ РН ХМАО на 01.01.2000года составила более 27 млрд. мЗ (Атан-гулов, 2002). Суммарная накопленнаякомпенсация отборов флюидов из разрабатываемых объектов с начала заводнениянефтяных месторождений ХМАО в 1999 году составила 127 %.
Срединефтяных месторождений с избыточной закачкой воды в пласты особо выделяютсяследующие: Комарьинское — 417%, Западно-Варьеганское — 267%, Покамасов-ское — 205%, Лянторское — 196%, Яхлинское — 186%, Пермяковское — 178%, Первомайское — 174%, Тагринское — 170%. Несмотря на избыточную закачку технических вод в разрабатываемыепласты на отдельных нефтяных месторождениях отмечается падение средневзвешенныхпластовых давлений. Так на Покамасовском месторождении в 1998 году снижениепластового давления по отношению к начальному составило 3.6 %, а в 1999 году — 5.2%. Соотношение обводненности продукции от накопленной закачки техническихвод по субъектам-недропользователям ХМАО (рис.2) показывает прямую зависимостьэтих показателей, т.е. чем больше накопленная компенсация отбора флюидов изнефтеносных пластов, тем выше обводненность нефтепродукции.
Контроляили хотя бы наблюдения за состоянием подземных вод глубоких горизонтов, заисключением апт-альб-сеноманского комплекса, на разрабатываемых ме-сторожденияхнефти и газа в Западной Сибири и в частности в ХМАО не велось ранее и неведется сейчас. Отсутствуют как программы ведения таких работ, так и разработкирекомендаций по их составлению и обоснованию. Совершенно не проводятсянаблюдения за качеством пластовых вод нефтегазоносного разреза, рядопределяемых компонентов химического состава техногенных вод сокращен. К томуже определяются элементы обладающих высокой инерционной способностью к влияниюи совершенно не отражающих степень загрязнения пластовых вод или изменения ихпотребительских свойств. Лишь для подземных вод альп-апт сеноманского комплексав последние годы на территории ХМАО стали реализовываться программы попроведению контроля за их использованием. Такая программа разработана ОАО«Сургутнефтегаз» совместно с ВНИИнефтью и НТПЦ «Сеноман»(Дьконов, Медведев, 1997). Организуемая сеть наблюдательных скважин наапт-сеноманский комплекс в рамках этой программы является ведомственной,принадлежащей ОАО «Сургутнефтегаз». В настоящее время наблюдательнаясеть представлена двумя пунктами наблюдений на Конитлорском лицензионномучастке (Обзор…., 2000).
Влаборатории регистрации нефтегазодобывающих работ и формирования базы дан-ныхНАЦ РН ХМАО реализуется программа по созданию электронного архива данныхизу-чения и использования подземных вод на разрабатываемых месторожденияхуглеводородов ХМАО. В рамках этой работы ведется сбор данных по количествуизымаемых из недр и за-качиваемых в недра попутных, апт-альб-сеноманских иповерхностных вод. Качественный состав этих вод регистрируется на объектахнефтегазодобычи только для оперативной оцен-ки их пригодности для использованияв СППД.
Существующеезаконодательство и нормативная база регламентируют природоохран-ные иресурсосберегающие аспекты, ориентированные в большей степени на пресные има-ломинерализованные воды, используемые в хозяйственно-питьевом водоснабжении.Что ка-сается промышленных, термальных и лечебных вод, сосредоточенных вотложениях глубо-козалегающих горизонтов и в том числе локализованных наобъектах нефтегазодобычи, к ним можно отнести лишь статьи законоврегламентирующие основные вопросы рациональ-ного недропользованияконцептуального характера. В этих статьях определяется ответст-венностьнедропользователей по учету запасов как основных, так и совместно с нимизале-гающих полезных ископаемых и попутных компонентов. Параллельно ставитсявопрос о не-обходимости охраны месторождений от факторов снижающих ихпрактическую ценность. Нормативно-методическая база оценки изменения качествасопутствующих компонентов, в частности содержащихся в пластовых водах, а такжезаконодательная регламентация от-ветственности за ухудшение их потребительскихсвойств в процессе разработки месторож-дения углеводородов в настоящее времяотсутствуют. Информационной основой государст-венного управления в областирационального использования ресурсного потенциала подзем-ных вод в районахнефтегазодобычи должна стать единая система мониторинга подземных водглубокозалегающих горизонтов на федеральном, региональном, территориальном ило-кальном уровнях. Под мониторингом подземных вод нами подразумеваетсяспециальная система наблюдений, позволяющая осуществлять слежение запроцессами, возникающими в подземных водах под влиянием техногенныхвоздействий, давать оценку существующего состояния подземных вод и выполнятьпрогноз его изменения с целью рационального управ-ления их использованием иконтроля за их сохранностью (Методические…, 1985).
Воснову предлагаемой концепции (Шиганова, 2002) заложены принципы,разрабо-танные для «Концепции государственного мониторинга состояния недрРФ» в работах Л.С. Язвина и Б.В. Боревского, по нашему мнению наиболееполно и на современном научном уровне отражающие сущность основы системырационального недропользования на госу-дарственном уровне (Язвин, Боревский,2001). Мониторинг подземных вод глубокозале-гающих горизонтов на объектахнефтегазодобычи должен стать одним из модулей подсисте-мы мониторинга подземныхвод Государственного мониторинга состояния недр в РФ. Целью мониторингаподземных вод глубокозалегающих горизонтов является инфор-мационное обеспечениеуправленческих решений в области рационального использования ресурсногопотенциала литосферных вод, а также создание дополнительной информацион-нойбазы для разработки и введения ресурсосберегающих технологий на объектахнефтега-зодобычи.
Следуетзаметить, что не всем месторождениям углеводородов сопутствуют пластовые воды,обладающие потребительскими свойствами. В соответствии с этим можно выде-литьдва пакета решаемых задач. Первый из них включает общие задачи, второй — специализированные.
Общиезадачи:
— получение и формирование банка данных прямых показателей состояния под-земныхвод до и во время эксплуатации месторождения углеводородов;
— получение и формирование банка данных прямых показателей воздействиятехногенных факторов на подземные воды;
— оценка состояния подземных в естественных условиях;
— оперативный и долгосрочный прогноз изменения подземных вод при воздей-ствии наних техногенных факторов, для выявления и прогнозирования развития техноген-ныхпроцессов меняющих их состояние;
— разработка, обеспечение реализации и анализ эффективности мероприятий порациональному недропользованию и охране подземных вод;
— создание и ведение информационно-аналитической системы, формирование исистематизация фактографических и картографических ресурсов.
Наместорождениях углеводородов пространственно приуроченных к территориямсосредоточения гидроминеральных и гидротермальных ресурсов, бальнеологическихвод до-полнительно должны решатся специализированные задачи:
— получение и формирование банка данных прямых показателей потребитель-скихсвойств подземных вод;
— оперативный и долгосрочный прогноз изменений потребительских свойств подземныхвод;
— разработка предложений по комплексному использованию природных ресур-сов наобъектах нефтеазодобычи;
— получение и формирование банка данных для корректировки постоянно-действующейгеологической модели месторождения углеводородов и оптимизации режима егоэксплуатации.
Список литературы
АтангуловА.А. Состояние добычи нефти и разработки нефтяных месторождений в 2001 году.//О состоянии окружающей природной среды Ханты-Мансийского автономного округа в2001 году. НПЦ «Мониторинг», Ханты-Мансийск, 2002, с.70-71.
БахаревП., Кирюхина Н., Шахидханов Ю. Подземная емкость Пандоры. // Нефть Рос-сии,2001. — № 6. — С.96-97.
БурыйА., Клокова Л. Сейсмоопасный бизнес. //Компания, 1998, № 13, с.13-16.
ВолобуевГ.П. Перспективы исследований техногенеза недр в нефтегазодобывающих районах.// Нефтяное хозяйство, 1993. — № 8. — С.54-56.
ДьяконовВ.П., Медведев Н.Я. Программа и ведение государственного мониторинга подземныхапт-сеноманских вод, используемых для поддержания пластового давления нанефтяных месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз». //Нефть Сургута",М., «Нефтяное хозяй-ство», 1997, с. 268-273.
ЕгороваИ.Н. Техногенные преобразования литосферных вод в районах разработкиместорождений нефти и газа. — М., 1988. — 54 с.
ЛевшенкоТ.В., Гончаров В.С., Козлов В.Г… Токсичные компоненты в подземных во-дахразрабатываемых газовых и газоконденсатных месторождений. // Проблемы экологиипри освоении газовых и нефтяных месторождений Крайнего Севера.- ВНИИ природныхга-зов и газ. технол., Ч. 1, М., 1995. — С.83-93.
МатусевичВ.М., Ковяткина Л.А. Техногенные гидрогеологические системы нефтега-зоносныхрайонов Западной Сибири. //Изв.Вуз., Нефть и газ, 1997, №1, с.41-46.
МельниковВ.П. Оберман Н.Г., Велижанина И.А., Давиденко Н.М. Воздействие под-земныхядерных взрывов на природную среду севера. // Геология и геофизика, 2000. — т.41. — С. 280-291.
Методическиерекомендации по организации и ведению мониторинга подземных вод (изучениережима химического состава подземных вод). Лапшова Л.П., Семенов С.М. ГольдбергВ.М. и др. М.: ВСЕГИНГЕО, 1985. — 76с.
Обзор.Экологическое состояние. Использование природных ресурсов. Охрана окру-жающейсреды Тюменской области. Тюмень, 1999, 8-ой выпуск, 46 с.
Обзор«О состоянии окружающей природной среды Ханты-Мансийского автономно-гоокруга в 2000 году». НПЦ «Мониторинг», Ханты-Мансийск, 2002,130с.
ПоляковВ.А., Ежова М.П. Комплексный подход к изучению радиоэкологической об-становкина территориях нефтепромыслов. // Геоэкологические исследования и охрана недр.Научно-технический информационный сборник ЗАО «Геоинформатика». — М.., 2000.- вып. № 1. — С.26-36.
ШигановаО.В. Концепция мониторинга подземных вод глубокозалегающих горизон-тов наобъектах нефтегазодобычи.// Материалы докладов Второй Всероссийской научнойконференции «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирскогомегабассейна» г.Тюмень, 25-27 апреля 2002 г., ТюмНГУ, Изд.Вектор-Бук,с.29-31.
ЯзвинЛ.С., Боревский Б.В. Концепция государственного мониторинга состояния недрРоссийской федерации. // www.hydrogeology.ru/rus/partners/confer.html., 2001, 5с.
Dahab A.S., Omar A.E., Gassier M.M., Awad-el-Kariem H. Effect ofcley mineralogy and exchange same cations on permeability of Saudi sandstonereservoirs. // Rev.Yust. fr. petroce,1989, 44,- № 5. — P.583-593.
De Heus H. M., Verhoet H. M. E. Geoid heights changes relatedsubsidense analysis from combined GPS and levellity data in the NethelandsGroningen gasfield (poster): (Pap) 21th Gen. Assem. Eur. Geophis. Soc., TheHague, Febr. 1996: Abstr. Book, Pt 1. // Ann. geophys. 1996, 14, — № 1, Pt.1.,- P. 41.
Fielding Eric J., Bbom Ronald G., Goldstein Richard M. Subsidenceover oil fields mesured by SAR interferometry. // Geophys. Res. heff., 1998,25, — № 17, — P.3215-3218.
Sorbie K.S., Machay E.J. Mixing of injected, connate and aquiferbrines in waterflooding and its relevans to oilfield scaling. // Petrol. Sci.and Eng., 2000, 27, — № 1-2. — P.85-106.
Van Der Kooij Marko. Land subsiclence measurements at Belrige oilfields from ERS Zn SAR data. // 3rd ERS Symp. Space Serv. Our Environ.Florence,14-21 march,1997, Noordwijk, 1997. — P.1853-1858.