Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ОСВОЕНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТНИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 9
1.1. Аналитический обзор и выбор направления исследования 9
1.2. Характеристика геологического строения АГКМ 13
1.3. Перспективы развития методов гидрохимического контроля 16
1.4. Факторы техногенного воздействия на окружающую среду 18
1.5. Выводы по первой главе 22
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОД 24
2.1. Характеристика и степень загрязнения подземных вод 24
2.2. Результаты исследования изотопного состава флюидов 41
2.3. Исследование состава рапы кунгурского горизонта 44
2.4. Методическое сопровождение химико-аналитических работ 46
2.5. Анализ экспериментальных исследований 51
2.6. Выводы по второй главе 61
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 63
3.1. Механизм изменения состава вод под влиянием ингибиторов коррозии и осадкообразования 63
3.2. Основные закономерности влияния солянокислотных обработок 72
3.3. Исследование влияния на состав вод в период строительства 75
3.4. Флюиды межколонных перетоков - потенциальный источник загрязнения окружающей среды 78
3.5. Разработка нормативно-технической документации 82
3.6. Совершенствование методов гидрохимического и гидродинамического контроля 84
3.7. Прогноз обводнения скважин АГКМ 88
3.8. Выводы по третьей главе 90
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТЕРРИТОРИИ АГКМ 94
4.1 Организация промышленного экологического мониторинга 94
4.2. Характеристика основных загрязняющих веществ 98
4.3. Анализ загрязнения атмосферного воздуха 101
4.4. Оценка состояния территории полигона закачек промстоков 108
4.5. Исследование состояния природных поверхностных вод 111
4.6. Выводы по четвертой главе 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 123
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ДОКУМЕНТАЦИЯ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 170
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ТАБЛИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ 188
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 РАСЧЕТ ПЛАТЫ ЗА ПРЕДОТВРАЩЕННЫЙ СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 221
- Аналитический обзор и выбор направления исследования
- Характеристика и степень загрязнения подземных вод
- Механизм изменения состава вод под влиянием ингибиторов коррозии и осадкообразования
Введение к работе
Актуальность проблемы
Строительство и эксплуатация объектов газоконденсатных месторождений сопровождаются строительством населенных пунктов — спутников. В этих условиях проектирование и рациональное размещение последних должно вестись, в первую очередь, с учетом предполагаемого направления распространения загрязняющих веществ, определяемого на основе опыта эксплуатации объектов, введенных в действие ранее.
Одним из существенных факторов негативного воздействия объектов газоконденсатных месторождений на окружающую среду является вынос на земную поверхность большой массы сопутствующих газообразных, жидких и твердых веществ в процессе извлечения из недр добываемого углеводородного сырья. Так, например, годовые выбросы вредных веществ в атмосферу объектов Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) достигают 100 тысяч тонн, попутно извлекаемых вод более 300 тысяч тонн. В последние годы повышается доля месторождений с высоким содержанием токсичных компонентов, например в составе углеводородного сырья, добываемого на АГКМ, содержится более 50% сероводорода и диоксида углерода.
Таким образом, актуальным является решение задачи обеспечения экологической безопасности объектов газоконденсатных месторождений на основе исследований закономерностей их техногенного воздействия на окружающую природную среду в условиях строительства и эксплуатации.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом работ научно-исследовательских и производственных служб ООО "Астрахань Газпром".
Цель работы: обеспечение экологической безопасности при строительстве и эксплуатации объектов газоконденсатных месторождений посредством внедрения мероприятий, разработанных по результатам исследований их техногенного воздействия на окружающую среду (на примере Астраханского ҐКМ).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: исследование степени техногенного воздействия объектов Астраханского газоконденсатного месторождения на природную среду прилегающих территорий и расположенных на них градостроительных комплексов; классификация типов попутно извлекаемых вод на основе изучения их характеристик и степени загрязнения; прогнозирование объемов загрязняющих веществ, выносимых в окружающую среду, в зависимости от объемов добычи углеводородного сырья; оценка эколого-опасных факторов с учетом технического состояния скважин.
Основная идея работы состоит в совершенствовании методов экологического контроля при строительстве и эксплуатации объектов газоконденсатиых месторождений с высоким содержанием сероводорода и диоксида углерода.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, необходимым объемом экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в натурных условиях, с результатами других авторов.
Научная новизна работы состоит в том, что: -разработана система комплексной оценки техногенного воздействия на окружающую среду объектов газоконденсатных месторождений (на примере Астраханского) в период строительства и эксплуатации с учетом эколого-опасных факторов, скоррелироваиных с исследованиями технического состояния скважин; -разработана классификация типов попутно извлекаемых вод на основе изучения их характеристик и степени загрязнения; -экспериментально установлена взаимосвязь базовых компонентов состава попутно извлекаемой воды, позволяющая диагностировать присутствие загрязнителей техногенного характера с целью предотвращения негативных последствий воздействия объектов газоконденсатных месторождений на окружающую среду.
Практическое значение работы заключается в том, что: разработан и используется в промышленных условиях комплекс организационных мероприятий по экологическому контролю в период строительства и эксплуатации объектов газоконденсатных месторождений с высоким содержанием сероводорода и снижению загрязнения окружающей среды; -разработан и защищен тремя свидетельствами РОСПАТЕНТ справочно-информационный комплекс показателей объектов исследования.
Реализация результатов работы. Положения диссертационной работы использованы при разработке действующих на предприятии "Астраханьгазпром" проектов, стандартов, инструкций и рекомендаций: "Рекомендации по эксплуатации, консервации и ремонту скважин с межколонными давлениями на АГКМ";
СТП 51-5780916-35-90, СТП 51-5780916-44-92, СТП 51-5780916-052-96 "Методики определения состава вод, выносимых из эксплуатационных скважин и водных сред межколонных проявлений"; "Проект разработки АГКМ на 2000-2019г.г.".
На защиту выносятся: -система комплексной оценки техногенного воздействия на окружающую среду объектов газоконденсатных месторождений (на примере Астраханского) в период строительства и эксплуатации с учетом эколого-опасных факторов, скоррелированных с исследованиями технического состояния скважин; - классификация типов попутно извлекаемых вод на основе изучения их характеристик и степени загрязнения; -экспериментально установленная взаимосвязь базовых компонентов состава попутно извлекаемой воды, позволяющая диагностировать присутствие загрязнителей техногенного характера с целью предотвращения негативных последствий воздействия объектов газоконденсатиых месторождений на окружающую среду.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: международной конференции "Перспективные подходы и решения проблем экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода" (Астрахань, 1998г.); международной конференции по проблемам добычи и переработки нефти и газа в перспективе международного сотрудничества ученых Каспийского региона (Астрахань, 2000г.); научно-техническом семинаре ОАО "Газпром" " Проблемы научно-технических решений по повышению эффективности защиты от коррозии магистральных газопроводов, труб, оборудования газовых промыслов и ГПЗ по результатам диагностики и коррозионного мониторинга, анализ и разработка ЫТД" (Екатеринбург, 2002г.); 5-ом международном конгрессе "Экватек -2002" (Москва, 2002г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе три свидетельства РОСПАТЕНТ и одна монография (в соавторстве).
Автор выражает сердечную благодарность своему научному руководителю д.т.н. В.Ф. Перепеличенко, а также д.г.-м.н. профессору О.И. Серебрякову не только за оказанную техническую и научную помощь, но и возможность обрести веру в свои силы при работе над диссертацией.
Автор глубоко благодарен сотрудникам ВНИИГаз к.г.-м.н. Т.В. Левшенко, АНИПИГаз к.х.н. Г.Р. Вагнер, к.б.н. В.А. Андрианову, к.г.- м.н. А.В. Постнову, к.г.-м.н. И.И. Твердохлебову за многолетнее научное сотрудничество, поддержку и постоянное внимание к работе, выражает свою признательность специалистам ООО "Астраханьгазпром" начальнику отдела по разработке месторождения И.В. Алексеевой, начальнику ГПУ Е.Н. Рылову, главному инженеру ГПУ А.Г. Филиппову, начальнику цеха научно-исследовательских и производственных работ ГПУ к.т.н. ИХ. Полякову, за полезные советы; инженеру-химику О.В. Красильниковой и всем сотрудникам химико-аналитической лаборатории ЦНИПР за их самоотверженный труд и помощь в решении поставленных задач.
Аналитический обзор и выбор направления исследования
Развитие цивилизации связано с научно-техническим прогрессом, который создает все более совершенные орудия воздействия человека на природу для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей. Тем самым усиливается давление на окружающую среду через потребность в ряде факторов, среди которых важное место занимают демографический фактор и расширение техносферы.
Изучение в последней четверти XX века глобальных изменений природной среды и климата выявило значительную роль в этом человеческой деятельности и, прежде всего, в процессе строительства, эксплуатации и реконструкции производственных объектов. В результате повышения активности человеческой деятельности четко вырисовалась тенденция резкого роста техногенных аварий, которые по статистике ущерба природе обогнали природные по вредному воздействию на окружающую среду.
Управление экологическим риском и сведение его к нулю в более широком контексте является составной частью задач управления экологической безопасностью. В настоящее время выявляются три направления в разработке концепции экологической безопасности.
Во-первых, защита окружающей среды. Основная задача здесь — сохранение биологического разнообразия планеты, хотя и остается ретроактивная деятельность по охране воздуха, воды, почвы.
Во-вторых, обеспечение экологически устойчивого развития, включая переход от социально-экономического к социально-экологическому развитию, базирующемуся на природонеразрушающем экономическом механизме удовлетворения потребностей, научно-техническом прогрессе и экологическом образовании.
И, в-третьих, международное управление экологическим риском, в первую очередь хозяйственной деятельности человека и стихийных природных процессов, в том числе риском критических нарушений природных процес 10 сов в результате аварий или накопления не ассимилируемых природой веществ техногенного происхождения.
Вопросы анализа и оценки экологического риска получили широкое развитие в последние десятилетия. Это обусловлено ростом масштабности, многообразия, сложности и неопределенности поведения техносферы и особенно ее производственных объектов, связанных с химическими реакциями и энергетическими процессами, хранением и транспортировкой опасных видов продукции и отходов. В связи с этим возникают новые задачи — наиболее раннего определения опасности технологий, соответствующего риска для человека и окружающей среды в случае их применения в широкой практике.
Особая задача стоит перед инженерной общественностью, связана она с необходимостью концентрации усилий на разработку новых экологически ориентированных процессов и технологий.
Курс на экономически, социально и экологически устойчивое развитие, ответственное отношение к окружающей среде, к ресурсам Земли не имеет альтернативы. В последние десятилетия мировая общественность все более осознает, что путь, по которому идет цивилизация последние полтора-два столетия, вызывает неконтролируемые изменения экосистемы и даже климата Земли, ставя под угрозу будущее Человечества. В этих условиях широкая общественность должна осознавать, что к устойчивому развитию и дальнейшему росту благосостояния и культурного уровня людей уже не удается обеспечивать без непоправимой деградации окружающей среды.
Доведение объемов выбрасываемых предприятиями загрязнителей из источников стационарного и передвижного типа до уровня предельно допустимых выбросов (ПДВ) и временно согласованных выбросов (ВСВ), достигаемого совершенствованием технологии всего производства и отдельных его технологических процессов, определяет основной способ максимальной защиты окружающей среды от загрязняющих веществ. Предельно допустимый выброс загрязняющего вещества и фактический валовый их объем характерны как показатели, которые подлежат сравнению и жесткому контролю во избежание появления превышающих значений предельно допустимых концентраций (ЇЇДК) как в контролируемых точках расчетных площадок, так и ближайшей к объекту жилой зоне, в настоящий период приближающейся территориально к промышленным зонам. Одним из мощных антропогенных факторов воздействия на экосистемы различных уровней является процесс извлечения из недр источников энергии, связанного напрямую с выносом на земную поверхность большой массы сопутствующих твердых, газообразных и жидких веществ. Отбор проб газа и газового конденсата на АГКМ сопровождается выносом постоянно увеличивающегося количества попутно извлекаемой воды.
В решении экологических проблем безусловный приоритет имеет реконструкция и техническое перевооружение действующих промышленных объектов, в том числе газотранспортных систем с целью повышения эффективности их работы, снижения вредных выбросов и исключения аварийных ситуаций, а также внутритрубной диагностики магистральных газопроводов для своевременного выявления и устранения дефектов. Важным инструментом при решении природоохранных задач является производственный экологический мониторинг. Он проводится на объектах нефтегазовой отрасли для получения информации о текущей экологической обстановке, используемой при планировании природоохранных мероприятий и управлении природоохранной деятельностью. Особое внимание отводится экологическому мониторингу на предприятиях, перерабатывающих сероводородсодержащее сырье. На них предусматриваются специальные технологические решения для снижения негативного воздействия на природную среду.
К настоящему времени уже сформированы основные позиции, обеспечивающие вклад ОАО "Газпром" в решение этой общечеловеческой проблемы, нашедшие отражение и в приказе № 1035 от 29.08.2003г. "Политика ООО "Астраханьгазпром" в области охраны окружающей среды". Одним из экологических аспектов деятельности компании является стремление свести к минимуму негативные последствия своей производственной деятельности.
Характеристика и степень загрязнения подземных вод
Вода является важнейшим компонентом окружающей природной среды, уязвимым природным ресурсом. Она используется и охраняется в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивает экономическое, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира.
Отношения в сфере водопользования регулируются Федеральным законом об окружающей среде [158] и Водным кодексом Российской Федерации [150] путем установления правовых основ использования и охраны водных объектов [178].
Разработка нефтяных и газоконденсатных месторождений всегда сопровождается добычей воды, причем с продолжительностью эксплуатации количество попутно извлеченной воды увеличивается. Решение о целесообразности методов очистки и повторного использования ее в хозяйственных целях или способа утилизации может быть принято только при наличии полной информации о ее свойстве и составе. Тем не менее, на современном уровне развития науки и техники нет достаточно эффективных и экономичных способов очистки, позволяющих получить необходимое количество сточных вод, отвечающих санитарным требованиям с повторным их использованием в технологическом цикле. Проблема становится наиболее актуальной при разработке залежей сернистых газов чрезвычайно токсичных по отношению к окружающей среде, обслуживающему персоналу и высоко агрессивных по отношению к материалу используемого оборудования, в том числе цементному камню фундаментов зданий и сооружений промышленных объектов, в частности крепи скважин.
Без знания характеристик водоносных комплексов, показатели вод которых являются фоновыми значениями при оценке воздействия газодобывающего предприятия на окружающую среду, невозможно вести надежный контроль за процессами разработки месторождения, экологическим состоянием прилегающих территорий и разработкой мероприятий по оздоровлению окружающей среды.
По сравнению с водами одновозрастных комплексов Прикаспийской впадины, представленных рассолами хлоркальциевого типа с минерализацией от 230 до 270 г/дм3, пластовые воды АГКМ имеют аномально пониженную минерализацию и своеобразный состав. Основные сведения о составе и свойствах подземных вод, формирующих месторождение, обычно получают на стадии поисково-разведочных работ (раздел 1.2; табл.1 прил.4).
Гидрогеологический разрез АГКМ является сложной синтезированной водоносной системой, в состав которой входят гетерогенные водоносные комплексы подземных вод. В гидрогеологическом разрезе бассейна выделяются пять различных по генезису водоносных этажей, подразделяемых, в свою очередь, на водоносные комплексы и горизонты (рис.3 прил. 3). Среди этажей выделены: покровный, надсолевой, соленосный, подсолевой и ба-зальный гидрогеологические этажи.
Поровые воды широко развиты в пределах Астраханского ГКМ. Проведенная оценка дает основание предполагать, что в продукции скважин уже в начальный период эксплуатации присутствуют внутризалежные воды, подвижные из водонасыщенных пропластков и отжимаемые остаточные (табл. 2 прил. 4). Их суммарное количество вполне соизмеримо и даже может превосходить долю конденсационных. Предполагается, что состав останцевых вод обычно отвечает седименто-генным, заполняющим коллектор до формирования залежи, тогда как остаточные (или связанные) воды, по мнению ряда исследователей, могут отличаться от последних как по величине минерализации, так и по солевому составу.
По исследованиям ряда авторов, остаточная водонасыщенность пород АГКМ, основу которой составляют поровые воды, достигает 25-30 %. Мине-рализация поровых вод достигает 170-200 г/дм . Осолонение конденсационных вод может происходить за счет примеси остаточной воды, включающей прочно связанные (адсорбционные) и рыхлосвязанные воды. Пленки (слои) рыхлосвязанной воды удерживаются у поверхности фильтрующих каналов коллектора слабыми сорбционными силами, убывающими по мере удаления от поверхности каналов. Вследствие этого часть рыхлосвязанной воды может быть извлечена из коллектора потоком газа. При скоростях движения газа, недостаточных для выноса жидкости из скважины, она скапливается на забое, создавая тем самым благоприятные условия для периодически пульсирующего увеличения минерализации извлекаемых конденсационных вод.
При критических депрессиях потоками газа должны срываться связанные с коллекторами воды (пленочные, остаточные, структурные и др.). Если учесть, что минерализация остаточных поровых вод превышает минерализацию пластовых вод, а остаточная водонасыщенность коллекторов АГКМ составляет 30 %, то не исключено, что при высоких дебитах газа выносимые попутные воды могут приблизиться по составу и минерализации к водам, залегающим в коллекторах, создавая псевдоэффект вторжения в залежь пластовых вод.
Механизм изменения состава вод под влиянием ингибиторов коррозии и осадкообразования
Одна из основных задач экологии: расшифровка массива гидрогеохимической информации. Без этого невозможно выделить фоновые воды, особенно на ранней стадии обводнения месторождения, поскольку, как уже говорилось, информация, полученная при проведении разведочного бурения достаточно ограничена. Кроме того, она зачастую бывает недостаточно надежна, так как неизвестно, какие техногенные реагенты попали в единичные пробы, поступившие на анализ в лабораторию. Сбор массовой информации о составе объектов добычи в период разработки месторождения подтверждает или опровергает достоверность выводов, сделанных на стадии разведки.
В этой главе подробно рассмотрены химические реагенты, используемые при строительстве и эксплуатации скважин, степень их влияния на состав попутно извлекаемых вод.
Ингибитор коррозии, применяемый в настоящий момент на АГКМ — "Додиген-4482-1", соединение сложной формы органических аминов [114, 151, 162]. Ингибирование производится растворами ингибитора коррозии в дизельном топливе путем нанесения пленки на внутреннюю поверхность оборудования различными способами. Наиболее эффективным способом выбрана закачка ингибитора коррозии в пласт совместно с реагентами СКО с последующей выдержкой во времени, отдувкой и сжиганием в амбар скважины. Товарная форма ингибитора коррозии содержит 40% активной части. Применяемые рабочие растворы ингибитора коррозии представлены 5-33% растворами товарной формы. Присутствие ингибитора коррозии в пробах продукции скважин является свидетельством наличия защитной пленки на поверхности оборудования. Диапазон содержания ингибитора коррозии в продукции скважин обусловлен двумя причинами:
- минимальное содержание должно обеспечивать защиту поверхности оборудования от разрушения;
- максимальное содержание обусловлено требованием стабильности технологических процессов по пути дальнейшего следования потока (в частности на АГПЗ). В результате многолетнего опыта для условий АГКМ диапазон содержания ингибитора коррозии в продукции скважин выбран следующий:
- в пробах воды - не менее 75 мг/дм3 ("Додиген");
- в пробах газового конденсата - 10 — 300 мг/дм3 ("Додиген").
С целью проверки предположения о влиянии растворов ингибиторов коррозии на процесс солеотложения нами был проведен следующий эксперимент: предварительно проанализированные пробы воды из скважин 97 и 914, отобранные через контрольный сепаратор, смешали с растворами применявшихся в различное время на АГКМ ингибиторов коррозии: "Виско 904 Nik", "Сепакорр 5478 AM", "Секангаз 9Б", "Додиген 4482-1". Готовились растворы ингибиторов коррозии в дизельном топливе. Смеси минерализованной воды и растворов ингибиторов коррозии перемешивались на магнитной мешалке 2 часа, затем в течение 4 суток находились в покое до полного расслоения (табл.23 прил. 4).
Показатели воды, взятой для опыта, приведены в таблице 24 приложения 4, тип воды хлоридно-калиевый. После полного расслоения смесей был произведен анализ солевого состава водной фазы и сравнение с показателями исходной пробы воды (табл. 24 прил. 4).
Из результатов исследования видно, что изменениям подвергаются воды в результате контакта со всеми типами ингибиторов коррозии, например, насыщение воды по иону бикарбоната происходит практически во всех опытах. В результате из раствора осаждаются малорастворимые соли сульфатов и карбонатов кальция. Вместе с ними, естественно, происходит выпадение солей бария и стронция (и, возможно, радия), растворимость которых в воде меньше, чем у кальция. В связи с этим фактом появилась необходимость провести обследование солей, выпадающих на оборудовании АГКМ, в том числе на наличие радиоактивности, поскольку содержание бария и стронция в подземной воде довольно высокое.
Из таблицы 24 приложения 4 следует, что присутствие тестирующих ингибиторов коррозии увеличивает содержание бикарбонатных и карбонатных ионов, а также занижает содержание S042" ,Са2+, Mg2+, Na+, СГ и общую ми 65 нерализацию пробы. Проведенные прогнозные расчеты свидетельствуют, что ингибиторы коррозии способствуют пересыщению пластовой воды СаСОз Отложение карбоната кальция особо усиливается с повышением температуры и снижением давления. Существенное влияние оказывает наличие двуокиси углерода, которая обуславливает длительное существование пересыщенных проб [29].
