Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ экологической обстановки и методик выбора объектов закачек промышленных отходов в глубинные горизонты осадочного чехла на территории Волгоградской области 11
1.1. Экологическое состояние территории 11
1.2. Оценка методик по захоронению промышленных отходов 27
1.3. Системный подход при выборе места для закачки промышленных отходов 31
Глава 2. Основные черты геологического строения района исследований 46
2.1. Общие сведения о районе исследований 46
2.2. Краткая история геолого-геофизической изученности района исследований 47
2.3. Особенности формирования надсолевых отложений Волгоградской части Прикаспийской впадины 50
2.4. Литолого-стратиграфическая характеристика геологического разреза 69
Глава 3. Пространственные закономерности распространения коллекторов и их параметры 86
3.1. Закономерности распространения коллекторов и их свойства 86
3.2. Гидрогеологические условия 88
3.3. Новейшая тектоника 102
3.4. Характеристика нефтегазоносности и типы резервуаров 110
3.5. Обоснование направлений поисковых работ на нефть и газ и выявление подземных резервуаров для хранения промстоков
3.6. Определение параметров резервуаров 135
Глава 4. Геоэкологическое районирование территории 145
4.1. Геоэкологическая характеристика природно территориальных комплексов 145
4.2. Районирование перспективных поисковых зон 150
Глава 5. Экономическая целесообразность метода закачки жидких отходов производства 166
Заключение 171
Список использованной литературы 1
- Оценка методик по захоронению промышленных отходов
- Особенности формирования надсолевых отложений Волгоградской части Прикаспийской впадины
- Гидрогеологические условия
- Районирование перспективных поисковых зон
Оценка методик по захоронению промышленных отходов
Примером загрязнения служит пруд-накопитель площадью более 7,5 км , из которого в нижележащие горизонты поступает 10700 м /сут ПО. Всего на юге Волгограда находится прудов-отстойников площадью более 70 км (более 107 тыс.м /сут., что за год составляет 39055 тыс.м .)[13 ].
Хранение промышленных отходов в прудах подвержено и процессам выветривания, при этом химические элементы поглощаются более интенсивно организмом человека. Так, свинца поступает с воздухом и адсорбируется кровью до 60%, из воды всасывается и распространяется в организм 10%, а из пищи - 5%. Нефтегазодобывающая промышленность оказывает вредное воздействие на окружающую среду при следующих видах деятельности: изъятие земельных ресурсов для строительства объектов нефтегазодобычи; -20 - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы в поверхностные и подземные воды, а также на подстилающую поверхность; - извлечение с нефтью и газом высокоминерализованных попутных вод; - аварийные разливы нефти. Ежегодно отраслью выбрасывается в атмосферу примерно 1650 тыс.т. вредных веществ. Основная доля выбросов (98 %) приходится на жидкие и газообразные вещества (углеводороды 48 %, оксид углерода 33 %, твердые вещества 20 %)[28]. Дополнительный ущерб окружающей среде наносят аварии на буровых установках и платформах. Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности являются серьезными источниками загрязнения воздушного и водного бассейнов. Со сточными водами в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов.
На нефтеперерабатывающих и сланцеперерабатывающих заводах России накоплено за предыдущие годы около 95 млн.т отходов [28].
Большое количество предприятий химической и нефтехимической промышленности расположено в Волгоградской области. Многообразие продукции определяет широкий спектр загрязнителей атмосферного воздуха, водных бассейнов и почв. Компонентами отходов нефтяной и химической промышленности являются: нефтепродукты, взвешенные сульфаты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенол, ПАВ и пестициды (табл.2,3).
В химической и нефтехимической промышленности ежегодно образуется 125 млн.т промышленных отходов, хранение которых связано с отчуждением значительных площадей и закислением почв. На долю отрасли приходится примерно 5 % объема использованной свежей воды в РФ и из них 6 % объема промышленных отходов сбрасывается в поверхностные водоемы [48].
Под естественной защищенностью подземных вод понимается совокупность геолого-гидрогеологических условий, обеспечивающих предотвращение проникновения ВВ в водоносный горизонт. Основным фактором естественной защищенности подземных вод, определяющим степень его изоляции, является мощность перекрывающих их слабопроницаемых отложений (коэффициент фильтрации которых меньше 0,1 м/сут: глинистые пески; глины и аргиллиты - порядка 10" м/сут и менее) [3, 11].
К зоне аэрации отнесена толща различных горных пород, залегающих над кровлей водоносных комплексов, через которые происходит инфильтрация атмосферных осадков, поверхностных вод, отходов производства. Таким образом, литологический состав зоны аэрации определяет возможность проникновения загрязнения, или препятствует этому процессу. На исследуемой территории выделяется шесть категорий защищенности грунтовых вод. Оценка защищенности производится по сумме баллов согласно методическим рекомендациям ВСЕГИНГЕО. Сумма баллов определяется по совокупности показателей защищенности: - глубина залегания уровня грунтовых вод (мощность зоны аэрации); - литология и фильтрационные свойства слабо проницаемых отложений. Сумма баллов, обусловленная глубиной залегания уровня грунтовых вод, мощностью слабопроницаемых отложений зоны аэрации и их литологией, определяет степень защищенности грунтовых вод. Наименее защищенными от поверхностного загрязнения, т.е. имеющими I категорию, являются: водоносный верхнечетвертичный - современный аллювиальный горизонт; водоносный верхнечетвертичный - современный озерно-аллювиальный горизонт; водоносный средне-четвертичный современный аллювиальный горизонт; слабо водоносный верхнечетвертичный хвалынский морской горизонт.
Глубина залегания грунтовых вод в природно-территориальных комплексах: Палласовском, Волго-Ахтубинском и Светлоярском не превышает 5м, проницаемость отложений зоны аэрации колеблется в пределах 0,01-0,001 м/сут. Исключения составляют отложения, развитые в долине Сарпинских озер и вдоль Волго-Донского канала, где коэффициент фильтрации равен 0,1-0,01 м/сут.
Ко II категории защищенности относятся грунтовые воды, залегающие в пределах от 5 до 10 м, здесь характерны суглинистые литологические разности, с коэффициентом фильтрации 0,01 -0,001 м/сут. Во всех шести ПТК имеются участки, относящиеся ко второй категории защищенности грунтовых вод.
Особенности формирования надсолевых отложений Волгоградской части Прикаспийской впадины
В ПВ ячеистая структура из соляных куполов и гряд, замкнутых в кольца, широко распространена в центральных частях. В периферийных частях хорошо выражена линейность соляных тел, ориентированных, в основном, вдоль бортов впадины. Это свидетельствует о том, что начало соляного тектогенеза при наличии всех вышеперечисленных условий провоцируется тектоническими движениями, определяющими тектонический план подсолевого структурного этажа, а в более обобщенном виде и структуру кристаллического фундамента. [6 ,9 ,19 ]
Под действием гравитационных и тектонических сил соляные купола, антиклинали и покрывающие их терригенные породы в конце верхней перми были выведены на уровень эрозии [68]. Совместное разрушение соляных тел и покрывающих их - терригенных пород, в условиях аридного климата приводило к образованию галопелитов. В переотложенных красноцветных глинах и алевролитах, обогащенных рассеянной солью, при последующем диагенезе образуются крупные кристаллы прозрачного галита. Принимая во внимание гипотезу образования галопелитов, приходим к выводу, что для их образования необходимо, чтобы к моменту их накопления уже существовали более древние соляные массивы и покрывающие их терригенные породы. Отсюда следует вывод, что галопелиты не могут быть древнее верхнепермских, точнее -уфимских, образований.
Рост соляных куполов в процессе осадконакопления происходил следующим образом. Судя по появлению в разрезе некоторых скважин солей по возрасту более молодых, чем кунгурские, соляные купола формировались прерывисто, в несколько этапов (рис.6). Переотложенная кунгурская соль вскрыта в триасовых отложениях (скв.№ 1-Прибаскунчакская, скв.№ 1-Харабалинская) и верхнеюрских (скв.№ 16 Астраханская).
Залегание подошвенной глинистой пачки оленекского яруса нижнего триаса на кунгурскую соль отмечается в скважинах № 376, 378 Приозерно-Сарпинских; 2 Чарлактинской; 3 Аршань-Зельменской ; 1 и 3 Шар-Царынской и др. Частота случая встречи контакта этих глин с солями кунгура не соответствует теоретической, определяемой как соотношение площади проекции этого контакта к общей площади исследуемой территории. В свою очередь площадь проекции рассматриваемого контакта пропорциональна мощности подошвенных оленекских глин, занимающих в надсолевом разрезе ничтожно малую долю. Эта диспропорция теоретической вероятности с наблюдаемой частотой объясняютс ступенчатым строением соляных тел.
Одним из важнейших результатов ГРР на соляных куполах ПВ -обнаружение довольно широкого развития соляных козырьков и карнизов. Если ранее подобные осложнения встречались в единичных случаях, то в последние годы они картируются сейсморазведкой МОГТ и подтверждаются глубоким бурением по всему рассматриваемому региону, что, также, помогает решать вопросы экологической геологии.
Мощность соленосных слоев увеличивается к центру ПВ. Диапазон толщин галогенных образований колеблется от первых десятков до 5000 м. Объемы соленосных отложений и надсолевого комплекса примерно равны. В южной части ПВ развит весь спектр солянокупольных структур, характерных для окраины солеродных бассейнов. Вслед за прибортовой узкой полосой пластообразного залегания солей выделяются зоны соляных антиклиналей и линзообразных скоплений соли. Севернее появляются глубокопогруженные соляные купола с менее значительным подъемом и все реже с прорывом солью мезозойских отложений.
Для этих групп солянокупольных структур характерно вдольбортовое простирание и определенная линейность в расположении. Еще севернее развиваются в основном крупные купола с разной степенью выраженности и уровнем стратиграфического подъема соли. Связанные между собой соляными валами купола образуют в плане ячеистые структуры, что связано с изометричностью строения и огромными размерами ПВ. Купола вдоль ее бортов, как правило, более пологие, чем в направлении центра впадины. Такой морфологический облик куполов объясняется, видимо, относительно слабым воздействием маломощного надсолевого комплекса на соленосную толщу. И только по направлению к центру впадины, где показатель отношения мощности соли возрастает, наблюдается более активное проявление галокинеза, вплоть до формирования вертикальных штоков прорывающих надсолевой комплекс.
По мере нарастания интенсивности солянокупольной тектоники и прорыва соляными ядрами перекрывающих отложений, усложняется их морфология, а также обликающих осадков, т.е. наблюдается появление соляных карнизов и козырьков; на юге ПВ их выявлено свыше двух десятков, причем установлено несколько стратиграфических уровней распространения: позднепермский, раннетриасовый, позднетриасовый, позднеюрский и, видимо, меловой. Отмечается тенденция к омоложению карнизов в западном направлении.
Следует обратить внимание на то, что перечисленные стратиграфические уровни по времени совпадают с основными фазами соленакопления на планете. Это предполагает возможность развития в ПВ в поздней перми, раннем и среднем триасе, поздней юре и мелу небольших солеродных бассейнов, в которых отлагалась пластовая соль. Например, уже установлено, что Казанский солеродный бассейн занимал значительную часть севера ПВ. Более мелкие бассейны могли существовать и в другие отрезки геологического времени, в том числе и в позднеюрскую эпоху [15].
Гидрогеологические условия
Разрез скважин изучался комплексом методов, включающих: литологический, химический, рентгенографический анализы (лабораторные) и данные ГИС определения коллекторских свойств.
Характер и неоднородность коллекторов обусловлены свойствами образующего материала - продуктов разрушения метаморфических пород и жизнедеятельности организмов, условиями отложения, уплотнения и цементации этого материала, а также вторичным изменением свойств пористой среды в процессе формирования структуры и тектонических процессов на региональном и локальном уровне.
Данные ГИС позволили сделать следующие заключения о коллекторских свойствах пород слагающих надсолевую толщу разреза.
Неоднородность рассматриваемого разреза, особенные коллекторские свойства, приводят к выводу о ценности как промышленного объекта.
По данным ГИС пласты-коллекторы надсолевого комплекса изменяются в широких пределах и обладают общей пористостью от 12 до 32 %, низкими сопротивлениями от 0,4 до 1,5 Омм, реже до 2 - 3 Омм, что позволяет считать их водонасыщенными. В качестве примера изменения пористости на разных участках, можно перечислить зоны в пределах скв. 1-Ерусланской - 18-20%, скв.З-Ерусланской - 15-16 % , скв.І-Упрямовской - 21-30%, скв.З-Упрямовской - 20-25%; скв. 1-Ленинской, 2-Ахтубинской - 21-27%, в районе Северо-Сарпинских скважин - до 25-30%), Сарпинско-Тингутинских скважин - до 21% ; на запад от скв.І-Прибаскунчакской до 20 % , сохраняя эту тенденцию на восток и юг.
Средняя пористость слоев (для терригенных коллекторов) по мощности пласта изменяется в довольно узких пределах от 1 до 2 %.
Проницаемость пластов определяется в основном условиями осадконакопления, текстурой пласта и количеством цемента в пористой среде. При невысоком содержании цемента (до 5%) проницаемость обусловлена только текстурными свойствами и степенью упаковки зерен. Изменение проницаемости обычно невелико - в 3-5 раз для плотных песчаников. Если содержание цемента достигает от объема пор 25%) и более, то проницаемость может изменяться (снижаться) в сотни раз. Исследования проницаемости по керну свидетельствуют о бессистемном изменении этого параметра по объему структуры.
Между пористостью и проницаемостью обычно отсутствует прямая однозначная зависимость, очевидно свидетельствующая о различной микронеоднородности пород, которая существует из-за наличия замкнутых пор, обусловленных цементацией пористой среды.
Углы наклона коллекторов нижнего триаса составляет 8 - 40, причем, в узких прогибах углы падения круче. Направления падения пластов чаще северо-северо-восточное. Простирание пластов обычно осложнено разрывным нарушением типа сброса небольшой амплитуды и существенной роли не играет.
Мощность коллекторов достигает 30 и более сотни метров. Среди мезозойских пород терригенные коллектора имеют преимущественное значение и отмечаются в отложениях юры и триаса. Коллектора представлены: на
Приволжской моноклинали - песчаниками светло-серыми и буровато-серыми, мелкозернистыми, кварцевыми с карбонатно-глинистым цементом, слабо сцементированными, переходящими в пески; в Прикаспии (западный борт) -чередованием пестроцветных глин с песчаниками кварцевыми и олигомиктовыми, слабо сцементированных и кварцитоподобных, местами обуглившихся, также встречаются алевролиты, аналогичные песчаникам. Судя по результатам испытания, породы являются слабо проницаемыми. Характеризуются общим водосодержанием от 4 до 16,7% по НТК. Объемная плотность, определенная лабораторными методами составляет 1,13-1,14 г/см , проницаемость от 10x10 до 90x10 мкм [38,40,30 ].
Таким образом, на исследуемой территории коллектора обладают необходимыми характеристиками, удовлетворяющими наши задачи.
В осадочном чехле выделяется два гидрогеологических этажа: надсолевой и подсолевой, разделенные водоупором (нижнепермскими соленосными образованиями). Соль достигает максимальных мощностей на соляных грядах, массивах и резко сокращается в мульдах (до полного отсутствия -представляющих гидродинамические "окна") [20].
В гидрогеологическом отношении осадочный разрез региона подразделяется на ряд водонапорных комплексов, совпадающих с литолого-стратиграфическими комплексами. В полном надсолевом разрезе выделяются водонапорные горизонты приуроченные к четвертичным, неогеновым, палеогеновым, меловым, юрским и пермотриасовым отложениям [27, 28].
Изучаемая территория характеризуется сложными гидрогеологическими условиями, которые определяются особенностями геологического и геоморфологического строения, литолого-фациальным составом водовмещающих пород, климатическими факторами [13 ]. Критериями выделения гидрогеологических подразделений являются тип и величина водопроницаемости, а также характер водоносности горных пород.
Четвертичный водонапорный комплекс - сложенный супесью и суглинками, имеет свободную водную поверхность (содержит воды свободного формирования). Они пресные, динамика их определяется дренирующим влиянием речек и озер. Воды четвертичных образований относятся к гидрокарбонатному типу, минерализация их составляет всего лишь 0,48г/л, а общая жесткость 4 мг-экв/л.
Неогеновый и палеогеновый водоносные горизонты, сложенные песчано-глинистыми образованиями, содержат в себе близкие по составу воды. Они слабо минерализованы (10 г/л и более), с преобладанием в солевом составе хлоридов натрия.
В нижнемеловых отложениях выделяются альбский и аптский водоносные горизонты, суммарной мощностью 70-80 м, перекрываемые карбонатными породами турон-коньякского возраста. Воды, в основном, хлоркальциевого типа, с изменяющейся минерализацией от 30 до 120 г/л . Подземные воды юрских отложений, приуроченные к песчаным образованиям верхнебайосского подъяруса, тоже хлоркальциевого типа с минерализацией до 200 г/л. Подземные воды мезозойских и пермотриасовых отложений содержат в себе растворенные углеводородные газы, нередко азот, появляющийся спорадически в заметно изменяющихся соотношениях [44]. Таким же типом характеризуются воды пермотриасовых отложений, причем общая минерализация их не всегда отражает закономерную связь с глубиной.
Районирование перспективных поисковых зон
Промышленные притоки газа получены из индских и оленекских отложений. Месторождение находится на соляно-купольной структуре, обязанной своему происхождению соляному куполу, прорвавшему триасовые отложения. Соляное тело прорывает продуктивные оленекские и индские песчаники на глубинах от 243 0-23 90м, образуя структуру примыкания. Поднятие имеет в целом изометричную форму, размеры 5x3,75 км и амплитуду около 100м. Радиальные разрывные нарушения разделяют структуру на северный и южный блоки. Южный блок опущен относительно северного на 140м.
Оленекский продуктивный пласт имеет описания керна в скв.11 и скв.12 и представлен песчаниками и алевролитами. Песчаник зеленовато-серый, кварцево-полевошпатовый, мелкозернистый, глинистый, плотный, карбонатный. Алевролит светло-серый, слабо слюдистый, карбонатный. В нижней части продуктивного пласта песчаник грубозернистый с отдельными гальками аргиллитов и кремней до 0,8 см в диаметре. Пористость, определенная по керну, изменяется от 11,07 до 22,7 % , средняя 22 %.
Продуктивный горизонт индского возраста охарактеризован керном в скв.11 и в скв.12 и представлен песчаниками и алевролитами. Песчаник серый и коричневато-серый, мелкозернистый, кварцево-полевошпатовый, слюдистый, глинистый. Алевролит серый и темно-коричневый, слабо слюдистый, слабокарбонатный, глинистый. Пористость от 15,03 до 19,6 %, средняя - 17%.
Из продуктивного оленекского пласта в скв.13 (интервал 2399- 2402 м) получен приток газа дебитом от 147 до 222тыс.м /сут на различных режимах. Газ преимущественно метанового состава, конденсатно-газовый фактор 6,36см /м . В скв. 1 из этого же пласта (интервал 2578- 2582м) получен приток газа дебитом от 46,6 до 274,4тыс.м3 .
Продуктивный индский песчаник испытан в скв.12. Здесь из интервала 2460-2481,6м получен приток от 0,1 до 38тыс.м /сут. -Залежи газа относятся к типу пластовых, экранированных соляным телом и разрывными нарушениями. Совхозное месторождение газа открыто в 1978г.
Промышленные притоки газа получены из индских песчаников. Месторождение приурочено к соляному куполу, к которому примыкают надсолевые отложения от верхнепермских до юрских. Соляное тело разрывает продуктивные пласты на глубинах 2500-2400м. По продуктивному индскому песчанику структура представляет собой локальное поднятие изометричной формы, размером 3,5x4,0км, амплитудой 120м, с соляным штоком, прорывающим структуру с некоторым смещением от свода к западу. Радиальными разрывными нарушениями локальное поднятие разбито на ряд блоков. Восточное крыло по кровле продуктивного индского песчаника разбито на три блока двумя разрывными нарушениями, образующими грабен. Залежи газа открыты в северном и южном блоках, расположенных на 150м выше центрального блока (грабена). Размер залежи на северном блоке 2,5x2,2км, амплитуда 160м. Размер залежи на южном блоке 1,0x0,4км, амплитуда 25м.
Продуктивный индский горизонт представлен песчаниками и алевролитами, охарактеризованными керном в скв.1,2 и 17. Песчаники коричневато-серые, серые, местами с зеленоватым оттенком, кварцево-полевошпатовые, мелкозернистые, слюдистые, глинистые, плотные, крепкие. Алевролиты темно серые с коричневатым оттенком, слюдистые, глинистые; пористость, определенная по керну и промысловой геофизике, изменяется от 7,3 до 20,9%. Средняя пористость для северного блока-14,7%, южного - 8,8%. Проницаемость соответственно составляет 11,2 х10" мкм и 0,08 х10"3мкм2.
Промышленные притоки газа получены из индских песчаников в скв.1 и скв. 17 на северном блоке. В скв.1 из интервала 2722-2767м при испытании дебит газа составил 257,2тыс.м/сут, конденсата 0,42 м/сут на диафрагме 9,0мм. В скв.17 из интервала 2757-2763м при испытании получен приток газа дебитом ббтыс.м /сут, на диафрагме 5,0мм.
На южном блоке в скв.2 из интервала 2715-2736м получен приток газа дебитом 40 тыс.м /сут на диафрагме 8,0мм. Состав газа преимущественно метановый. Залежи относятся к типу пластовых, экранированные соляным телом и нарушениями. Залежи газа с неоцененной промышленной значимостью открыты в оленекских песчаниках и анизийских известняках.
В скв. 1 пластоиспытателем в процессе бурения опробован песчаник в основании второго известняка (оленекский ярус) в интервале 2589-м получен приток газа дебитом 35тыс.м /сут. В скв.2 ИП в процессе бурения опробован анизийский (первый) известняк в интервале 2302- 2332м и получен приток газа дебитом Ібтьіс.м /сут.
