Содержание к диссертации
Введение
1. Природно-географические особенности территории среднего приобья 14
2 Материал и методы исследований 23
2.1 Характеристика объектов и направлений исследований 23
2.2 Характеристика используемых методов исследования экологического состояния водных объектов 30
2.2.1 Гидрохимические методы 30
2.2.2 Токсикологические методы 31
2.2.3 Методы оценки качества вод 34
3. Оценка уровня загрязнения водных объектов нефтегазодобывающих районов 37
3.1 История развития нефтегазового комплекса Тюменской области 37
3.2 Фоновая гидрохимическая характеристика водных объектов среднего приобья 41
3.3 Современное экологическое состояние водных объектов среднего приобья 44
3.4 Сравнительная оценка состояния водных объектов в зависимости от антропогенной нагрузки 53
4. Характеристика факторов негативного воздействия нефтегазодобывающей деятельности на экологическое состояние водных объектов 73
4.1 Буровые работы 74
4.1.1 Бурение наземных скважин 75
4.1.2. Бурение скважин в акватории водоема 83
4.2 Размещение буровых отходов 106
4.3 Атмосферные осадки (снег) 120
5. Рекомендации по совершенствованию экологического мониторинга на объектах нефтегазового комплекса 127
Заключение 134
Библиографический список 138
Приложение 1 163
Приложение 2
- Природно-географические особенности территории среднего приобья
- Характеристика объектов и направлений исследований
- История развития нефтегазового комплекса Тюменской области
- Буровые работы
Введение к работе
Гипотеза о нефтеносности недр Западно-Сибирской равнины была высказана И.М. Губкиным в 1932 г. Подтверждение этой гипотезы осуществилось через 28 лет, когда в 1960 г. было открыто Шаимское месторождение нефти. Именно с этого времени и начались широкомасштабные поисково-разведочные работы по освоению Западно-Сибирского нефтегазового региона, и уже в кротчайшие сроки новая провинция стала ведущей по добыче углеводородов не только в России, но и в мире. В Западной Сибири добывается 69 % нефти и 92 % газа страны. За 40 лет эксплуатации нефтегазовых месторождений в Тюмен-
ской области добыто 6,6 млрд. м нефти. В разработке находится более 50 месторождений /Заливалов, 2000/. Общий эксплутационный фонд нефтяных скважин составляет около 140 тысяч. Количество неработающих скважин в нефтяной отрасли России превышает 35 тыс. шт. Современные темпы развития нефтегазового комплекса приводят к резко возрастающим техногенным нагрузкам на объекты природной среды. Присутствие нефти в реках (в виде нефтяных пленок на поверхности воды, мазутных отложений на дне русла и вдоль берегов, нефтяных запахов и привкусов воды и ее обитателей, плавающих нефтяных комков и шариков) уже давно стало привычным атрибутом практически всех нефтедобывающих регионов.
Нефтяная промышленность по уровню отрицательного воздействия на окружающую среду занимает одно из первых мест среди ведущих отраслей народного хозяйства. Предприятия нефтегазового комплекса дают значительные количества промышленных отходов. К примеру, одна установка глубокого бурения сжигает до 1500 т горючего, выделяя 2 т токсичных углеводородов и сажи, более 30 т окислов азота, 8 т углекислого и сернистого газов. При проходке поглощающих горизонтов одна буровая выпивает реку с площадью водосбора 6-7 тыс. км /Косаревич, 1994/. На каждой скважине накапливаются отходы бурения объемом от 200 до 2-3 тыс. м3 /Лыков и др., 2000а/.
4 Объекты нефтегазодобычи оказывают влияние на окружающую среду в
целом, включая: атмосферу, поверхностные воды, почву и подземные воды. Самому сильному влиянию среди этих природных сред, подвержена гидросфера, т. к. именно поверхностные воды аккумулируют и атмосферные и ландшафтные загрязнения и распространяют их на значительные расстояния.
Характерной особенностью всех видов загрязнений, связанных с нефтегазодобычей, является непредсказуемость, неравномерность, непостоянство состава загрязнений.
Вещества, входящие в состав техногенных потоков, геохимически активны, часто высокотоксичны и опасны для природной среды. В процессе миграции загрязняющих веществ в природных средах образуются обширные гидро -, атмо-, лито- и биогеохимические ореолы, создающие в ландшафтах специфические техногенные аномалии в почвах, грунтах, донных отложениях. По результатам обследования ряда месторождений Среднего Приобья на площади 1273 км выявлено 1656 га нефтезагрязненных земель и водоемов, при этом отдельные разливы достигали 375 га /Обзор о сост. окр. среды в Ханты-Мане, 1997/.
Эксплуатация природных ресурсов с самого начала велась с многочисленными нарушениями требований природоохранительного законодательства. Освоение и эксплуатация месторождений проводились без должного учета специфики местных природно-климатических условий, фоновых уровней загрязнения окружающей среды и трансформации ландшафтов. Ситуация усложнялась высокой заболоченностью местности, труднодоступностью для ликвидации мест происходящих аварий. Основные экологические проблемы возникли в связи с форсированием освоения нефтегазовых месторождений и строительства магистральных трубопроводов, осуществляемых на фоне высокой ранимости и длительности восстановления естественных природных комплексов Тюменского севера.
В результате всего этого экосистема бассейна Средней Оби, на участках интенсивной нефтедобычи за короткий промежуток времени перешла в состояние экологического риска.
Различные аспекты и характер загрязнения на нефтегазопромыслах отражены в многочисленных работах / Денисова, 1926; Дьяконов, 1974, 1980; Цирульников, 1977; Андресон, 1978; Прокаев, 1979; Козин, 1980, 1984; Панов, 1986; Сулейманов, 1986; Богдашкина, 1988; Галлиев, 1988; Воеводова, 1988, 1989; Миронов и др., 1988; Курноскина, 1989; Быков, 1991; Мазур, 1991, 1993;; Михайлова, 1991; Гурвич, 1992; Уварова, 1989, 1995, 1996; Борисов и др. 1994; Ильин, 1994; Патин, 1997, 2001; Московченко, 1998; Геология и эксплуатация..., 1997; Лукин и др., 2000; Белоусова, 2005; Островская и др., 2006; Черняев, 2006/. Загрязнение водной среды нефтяными углеводородами является неизбежным следствием развития нефтегазодобывающей индустрии.
Специфика нефтяного загрязнения состоит в том, что помимо техногенных загрязняющих веществ, используемых в процессе добычи, сами добываемые продукты: нефть, газ, попутный газ, газоконденсат, пластовые воды также являются загрязняющими веществами. Вопросам состава, свойств и характера поведения этих веществ в воде посвящена значительная литература /Санитарная охрана...., 1949; Левина, 1976;Шицкова и др., 1980; Дронов, 1984; Измеров, 1984; Лазарев, АзНИИРХ, 1986; Панов, 1986;Davies, Kasoulides, 1988; Карамова, 1989; У морин и др., 1991; Солнцева, 1998/.
Поступление нефтяных углеводородов в водную среду осуществляется различными путями: это и посредством аварий, происходящих на трубопроводах, и за счет сброса сточных вод с производственных площадок, и в результате размещения отходов бурения вблизи водоемов, и с атмосферными осадками / Миронов, 1985; Проблемы химического..., 1989; Патин, 1997/. Загрязнение нефтью сосредоточено в основном в пределах участков месторождений, на которых расположены скважины, нефтехранилища и другие объекты промысла, и проявляется на всех этапах освоения и эксплуатации месторождений. Масштабы возможного загрязнения территории зависят от ландшафтных и климатических особенностей района ведения буровых работ, количества загрязненных отходов, времени года, продолжительности строительства скважины, степени совершенства используемого оборудования и технологических методов и дру-
гих факторов.
При освоении нефтегазовых месторождений водные экосистемы подвергаются как механическому, так и химическому воздействию, которое возникает в ходе проведения строительных работ, и в процессе эксплуатации объекта.
Механическое воздействие, возникающее при проведении строительных работ в руслах водоемов, связано с повышением мутности воды. Это способствует изменению электропроводности, оптических свойств воды, ухудшению условий дыхания, питания гидробионтов, механическому повреждению их покровов, а часто и гибели ряда видов, а также нарушению условий воспроизводства ихтиофауны /Кайгородов, 1979; Морозов, 1979; АзНИИРХ. 1986; Горбунова, 1988; Davies, 1988; Карамова, 1989; Лукьянова, 1989; Уморин П. П., 1991/. Главную же опасность для водных экосистем представляет химическое загрязнение. Потенциальными загрязнителями водных объектов являются: буровые и тампонажные растворы, буровые сточные воды и шламы, пластовые минерализованные воды, продукты испытания скважин (нефть, газ, минерализованные воды), материалы для приготовления, утяжеления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозбытовые сточные воды и твердые бытовые и строительные отходы, ливневые сточные воды с застроенных и промышленных территорий.
Основные характеристики возможного негативного воздействия углеводородов нефти на окружающую среду при разработке нефтегазовых месторождений описаны в ряде работ /Щекатурина, 1980; Альхименко, 1982; Миронов, 1980, 1985; Волошин, 1987; Нельсон-Смит, 1987; Биоиндикация..., 1991; Велд-ре, 1991; Костров Б. П. и др., 1991; Князева и др., 1991 (а, б); Матишов, 1992; Солнцева, 1998; Зеленков В.М., 2000; Ахмедова, 2006/.
Химическое загрязнение является наиболее сильным по своему воздействию, так как влечет за собой изменение химического состава воды, являющейся средой обитания водных организмов. На любое изменение среды обитания следует ответная реакция со стороны ее обитателей, которая обычно выражается в трех формах: адаптационной, восстановительной, характеризующейся полным
7 возвратом экосистемы в исходное состояние и частично восстановительной,
характеризующейся необратимым сдвигом экосистемы от исходного состояния
/Общие основы ..., 1979; Константинов, 1986; Брагинский, 1998/.
Поэтому в оценке последствий промышленного воздействия важно выявить допустимость масштабов этого воздействия, при котором оно не причинило бы вреда природе. Для этого широко используется система предельно допустимых концентраций (ПДК) различных веществ, загрязняющих природную среду. С помощью этих нормативов в основном и характеризуют качество воды. Широко используется метод, основанный на расчете удельного комбинаторного индекса загрязненности воды, согласно которому, уровень загрязненности любого водного объекта определяется через относительную характеристику, рассчитанную по реальным концентрациям совокупности загрязняющих веществ и соответствующим им нормативам /РД 52.24.643-2002/.
Однако в настоящее время значительное количество химических реагентов не имеет нормированных значений ПДК, что не позволяет оценить характер загрязняющего влияния на окружающую среду. Кроме того, многие химические реагенты в процессе бурения претерпевают физико-химические изменения, что влечет за собой изменение их свойств. К тому же, химические реагенты в сочетании друг с другом могут проявлять эффект синергизма или антагонизма, т.е. усиливать или ослаблять токсическое действие на окружающую среду/Брагинский, 1993,1998/.
В этих случаях наличие токсических веществ в воде быстро и эффективно может быть определено методами биотестирования по специфическим реакциям подопытных организмов. Приоритетность методов биотестирования, по сравнению с другими методами оценки качества водной среды, а также набор чувствительных тест-объектов с помощью которых выявляется токсичность, хорошо освещены в литературе /Веселов, 1959, 1973; Методики биолог, исследован., 1971; Строганов, 1971; Лесников, 1979,1983; Флеров, 1979; Смит, 1979; Дудоров, 1979; Alabaster I. S., 1982; Брагинский, 1981, 1985, 1993; Методы биоиндикации и биотестир., 1988; Методы биотестирования качества, 1989; Water
8 quality standards.., 1990; Стом, Гиль, 1992/.
Ответная реакция водных организмов, популяций на загрязнение природных водных объектов лежит в основе биологических методов оценки качества поверхностных вод /Макрушин, 1974; Алимов и др., 1979; Лесников, 1979 (а); Алексеев, 1984; Оценка качества..., 1988;Моисеенко, 1990/.
Для многолетних мониторинговых исследований состояния поверхностных вод более перспективными являются классификации, характеризующие и биотические и абиотические компоненты. К таким классификациям относится разработанная Институтом гидробиологии АН Украины эколого-санитарная классификация качества поверхностных вод суши /Жукинский, 1981, 1983; Ок-сиюк 1983, 1993/. Эта классификация позволяет оценить состояние водоема как среды обитания гидробионтов и изменения состояния водных объектов под действием антропогенного пресса. Комплексная экологическая классификация включает частные классификации по гидробиологическим, гидрохимическим, гидрофизическим, радиоэкологическим показателям, по индексу сапробности, по уровню токсичности.
Одна из главных трудностей интерпретации данных о нефтяном загрязнении поверхностных вод, особенно в случае фоновых уровней, связана с естественным биогенным происхождением многих углеводородов, характерных для химического состава нефти /Blumer М., 1971; Clark R. С, 1974; Миронов, 1980/.
Дифференцировать НУ антропогенного происхождения от фонового природного содержания чрезвычайно сложно, так как существующими методами разделить загрязняющие вещества на природные и антропогенные практически невозможно/Россолимо, 1977/.
В последнее время становятся актуальными работы по определению фонового содержания нефтяных углеводородов в районах нефтедобычи. Как свидетельствуют имеющиеся в литературе данные, в разных районах Мирового океана значения концентраций нефтяных углеводородов примерно одного порядка /Израэль, 1989; Немировская, 1996, 1997; Матишов, 1997; Патин, 2001; Фащук, 2003; Леонов, 2005/. Естественная фоновая концентрация НУ в поверх-
ностном слое вод Мирового океана может достигать 10 мкг/л, что в 5 раз ниже
ПДК. В районах локального загрязнения содержание растворимых НУ может превышать 1000 мкг/дм /Патин, 2001/.
Как правило, в литературе имеются лишь те данные, которые являются результатом сложившегося загрязнения.
В оценке характера антропогенного влияния нефтегазодобывающей деятельности на поверхностные воды существуют определенные трудности.
Во-первых, существование больших запасов нефти и газа на территории Тюменской области способствует повышению фонового содержания углеводородов, как в почве, так и в поверхностных и грунтовых водах. В связи, с чем у организмов, эволюционно, выработались механизмы адаптации к углеводородным компонентам. Кроме того, углеводороды могут быть естественным продуктом деструкции растительного опада и безвредны для организмов. Поэтому характеристика качества вод, с позиции опасности для живых организмов, на основе норматива ПДК нефтяных углеводородов не всегда объективна. Существующая система оценки с помощью ПДК позволяет охарактеризовать качество воды лишь весьма приближенно, так как современная система ПДК охраняет качество воды, но совершенно не касается состояния экосистем /Федоров, 1977, 1980/. Норматив ПДК является единым для всей территории России, и не учитывает региональных особенностей. Поэтому, установленная величина ПДК нефтепродуктов в нефтедобывающих районах будет находиться ниже порога чувствительности для гидробионтов.
Во-вторых, исторические данные по составу загрязняющих компонентов вод водных объектов имеются в неполном объеме и неточны, т.к. предыдущие методы их аналитического определения расходятся с существующими.
Поэтому при оценке экологического состояния водных объектов, расположенных в районах нефтедобычи, целесообразнее пользоваться региональными нормативами по приоритетным загрязнителям, либо использовать фоновые характеристики тех районов, где месторождения еще не осваиваются. Кроме этого, для разработки природоохранных мероприятий необходимо иметь сведе-
10 ния обо всех возможных источниках загрязняющих веществ на каждом этапе
нефтегазодобычи, поскольку загрязнение при нефтегазодобычи имеет многофакторный характер.
Как уже отмечалось ранее, загрязнение водных объектов является неизбежным результатом нефтегазодобывающей деятельности. Причем влияние проявляется как при плановой правомерной хозяйственной деятельности, так и в результате нарушения существующих законодательных актов, нормативов и технологических инструкций или, как следствие, аварийных ситуаций. При разведке, обустройстве и эксплуатации месторождений, запланированные нарушения экологических условий могут быть учтены и определены на перспективу, исходя из известных объемов работ по обустройству месторождений. Потери же второго ряда (залповые выбросы и аварии) носят непредсказуемый характер (хотя они могут и преобладать по степени воздействия на водные объекты) и поэтому оценить их на перспективу весьма затруднительно. В последнее время появился ряд работ по разработке различных программ экологического мониторинга в районах нефтегазоразработок с целью обоснования и проектирования природоохранных мероприятий, улучшающих экологическую ситуацию на объектах нефтегазового промысла /Слинко, 2004; Белоусова, 2005; Слинко, Чернянский, 2007/.
Поскольку нефтяная и газовая отрасли еще не имеют надежных технологий в части предупреждения загрязнения водных объектов и окружающей природы, а промышленность не обеспечивает качественной техникой, то в реальных условиях очень важно знать какие антропогенные изменения могут происходить в водных экосистемах на том или ином этапе нефтедобывающей деятельности, каковы возможности экосистем к самовосстановлению.
Чтобы решать эту проблему, надо, прежде всего, иметь представление о существующем уровне содержания загрязняющих веществ, являющихся спутниками нефтегазодобычи, об их источниках и возможной потенциальной опасности этих веществ для водных объектов.
Целью настоящей работы является исследование экологического состоя-
ния водных объектов, расположенных на территории основной крупнейшей нефтедобывающей провинции Тюменской области - Среднего Приобья по гидрохимическим и токсикологическим параметрам и установление степени воздействия негативных факторов, связанных с нефтегазодобывающей деятельностью на изменение качества поверхностных вод и донных отложений. Для выполнения этой цели были поставлены следующие задачи:
проанализировать экологическое состояние и степень загрязненности водных объектов Среднего Приобья по гидрохимическим и токсикологическим показателям;
провести сравнительную оценку степени загрязненности водных объектов, приуроченных к территориям «старых» и «новых» месторождений;
оценить степень негативного воздействия на водные объекты в зависимости от этапа нефтегазодобывающих работ;
изучить вклад отдельных негативных факторов в загрязнение водных объектов: бурения скважин; размещение буровых отходов;
изучить особенности и характер аэротехногенного загрязнения водных объектов территорий месторождений;
усовершенствовать существующую систему мониторинга на объектах нефтегазодобычи.
Научная новизна
Впервые обобщены и проанализированы материалы по экологическому
состоянию водных объектов, расположенных на территории месторождений Среднего Приобья в современный период. Выявлены особенности и закономерности связи уровня загрязнения поверхностных вод с характером и этапом проводимых работ по обустройству месторождений. Экспериментально доказана возможность использования методов биотестирования в оценке качества поверхностных вод и донных отложений. К научной новизне может быть отнесен анализ негативных факторов, сопровождающих нефтегазодобычу, и оценка их потенциальной опасности для водных объектов. Впервые исследована роль снежного покрова в загрязнении поверхностных вод на месторождениях При-
12 обья. На примере разведочного бурения в акватории Обской губы впервые показана схема распространения загрязнения при бурении одиночных скважин. Обоснован экологический аспект необходимости разработки экологического Паспорта месторождения для организации мониторинга на объектах нефтегазодобычи.
Основные положения, выносимые на защиту:
Уровень загрязнения водных объектов зависит от этапа проводимых работ и продолжительности функционирования месторождений. Период разведки и обустройства месторождений является наиболее опасным в плане загрязнения поверхностных вод, нежели период эксплуатации.
Твердые атмосферные осадки (снег) являются одним из основных и постоянных источников поступления загрязняющих веществ в водные объекты на территории месторождений.
Шламовые амбары - потенциальный источник загрязнения поверхностных вод. Наиболее опасными являются свежие отходы бурения. С увеличением срока хранения токсичность шламовых отходов снижается.
Для эффективности природоохранной деятельности на территории месторождений необходима организация локального мониторинга, составной частью которого будет являться Экологический паспорт месторождения.
Практическая значимость
Результаты исследований являются составной частью общих сведений об экологическом состоянии водных объектов Обь-Иртышского бассейна и могут быть использованы при разработке мероприятий по охране поверхностных вод от загрязнения, при прогнозировании экологических ситуаций в районах нефтегазодобычи, при разработке технико-экономических обоснований обустройства месторождений. Проведенный анализ данных может являться основой для составления эколого-рыбохозяйственных карт районов нефтегазодобычи.
На основании проведенных экспериментальных исследований разработа-
13 ны экологические паспорта и определены классы опасности буровых растворов
и отходов бурения, разработаны рыбохозяйственные ПДК для воды для следующих веществ: алюмината натрия, гидроокиси алюминия, параксилола, бензойной кислоты, ПДК нефтепродуктов для донных отложений, ОБУВ буровых растворов, используемых при бурении в Обской губе, которые могут использоваться экологическими службами.
Подготовлено и издано «Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере нефти)»- М.: РЭФИА, НИА - Природа, 2000. - С. 134.
Апробация работы.
Основные материалы диссертационной работы докладывались на конференции «Биологическая продуктивность водоемов Зап. Сибири и их рациональное использование». Новосибирск. 1997; 1 съезда токсикологов России. Москва. 1998; Международной конференции «Экология и рациональное природопользование на рубеже веков. Итоги и перспективы» Томск. 2000 г.; 8 съезда гидробиологов. Калининград. 2001 г.; Международной конференции «Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработка и утилизация нефтешламов». Москва. 2001 г.; Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность техногенно-перегруженных регионов и рациональное использование недр» Коктебель, 2007.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 170 страницах, включает 11 рисунков и 37 таблиц. Состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Список литературы включает 258 источников, из них 16 на иностранном языке.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 23 работы.
Природно-географические особенности территории среднего приобья
Территория Среднего Приобья располагается в пределах Западно-Сибирской равнинной физико-географической страны.
Географическое положение территории определяет ее климатические особенности. Вследствие огражденности с запада уральскими горами и незащищенности с севера и юга, над территорией осуществляется меридиональная циркуляция, в результате которой периодически происходит смена холодных и теплых воздушных масс, что вызывает резкие переходы от тепла к холоду.
Климат района континентальный. Характеризуется суровой, холодной, продолжительной зимой с сильными ветрами и метелями, с коротким, но теплым летом. Переходные сезоны очень короткие, особенно весна. Средняя годовая температура воздуха в районе равна - 3,0 С. Самый холодный месяц в году - январь с температурой воздуха - 22,4 С. Для весны характерно быстрое повышение средних суточных температур воздуха. Наряду с быстрым повышением средних месячных температур, даже в июле, самом теплом месяце в году, возможно похолодание (до минус 1 ). Вторжение холодного арктического воздуха повсеместно вызывает заморозки.
Начало устойчивого промерзания почвы наблюдается в конце октября. Максимальная глубина промерзания бывает в конце марта - начале апреля и составляет 290 см на оголенной от снега почве. Устойчивый снежный покров образуется к концу октября. Высота снежного покрова на защищенных участках в конце марта достигает 72 см. Интенсивность схода зависит от местных условий. На защищенных местах и в лесах таяние снега происходит медленнее. На возвышенных и открытых местах снег сходит быстрее.
По гидролого-климатическому районированию район Приобья относится к зонам избыточного и весьма избыточного увлажнения. Относительная влажность воздуха изменяется от 63 до 84 %. За год здесь выпадает около 624 мм осадков, основное количество которых (481 мм) выпадает в теплое время года (с апреля по октябрь). Летние осадки в 2 - 2,5 раза превышают зимние.
В целом, согласно схеме геоботанического районирования, указанная местность находится в пределах подзоны средней тайги. Растительный покров территории представлен, в основном, осинником, ивой, березой, а также влаголюбивой травяной растительностью.
Растительный покров поймы отличается бедностью флористического состава, преобладанием травянистой растительности над древесной и кустарниковой.
Для водосборной площади характерны сосновые с кедром лишайниково-кустарничково-сфагновые леса, местами заболоченные, кроме того, встречаются сосново-березовые и березово-сосново-зеленомошно-лишайниковые леса. Для затопляемой зоны обычны сочетания осоковых и двукисточниковых фито-ценозов. Небольшие возвышения заняты ивняковыми сообществами. На обсыхающих участках обильно развиваются ценозы водных и прибрежно-водных растений.
Строение почвенного покрова определяется сочетанием трех факторов: рельефа, литологического состава почвообразующих пород и степени дренированное ландшафтов. Преобладающими почвами в среднетаежной зоне являются гидроморфные минеральные, заболоченные и болотные почвы. Почвенный покров является сложным и мозаичным и представлен большей частью сочетаниями и комплексами почв. Многолетнемерзлые почвы и породы встречаются локально, в основном в болотных массивах.
Гидрологической особенностью района является замедленный поверхностный сток и слабый естественный дренаж грунтовых вод, что связано с выровненным рельефом местности и малым врезом речных долин. Это послужило причиной широкого распространения болот и озер. Густота речной сети со-ставляет 0,25-0,4 км/км , заболоченность речных водосборов достигает 70 %, заозеренность - 25 %.
Среди болот преобладают выпуклые сфагновые с озерково-грядовым, озерково-грядово-мочажинным и грядово-мочажинным комплексами с участием лишайников. На долю этих комплексов приходится до 70 % площади болот. Заболоченность в районах Самотлорского, Федоровского, Варьеганского месторождений нефти достигает 60-70, а местами 90 %. На северо-востоке заболоченность ниже и распространены в основном осоково-кустарничково-сфагновые болота. Средняя глубина торфяной залежи верховых и переходных болот 1,8-2,3 м, максимальная - до 5-6 м.
Ландшафты характеризуются очень слабым геохимическим выносом веществ, очень слабым транзитом с болотной и озерной аккумуляцией и значительными площадями супераквальных зон. Наибольший процент площадей, аккумулирующих ландшафтов отмечен в подсистеме междуречья р. Лямин - р. Аган, что связано с широким распространением озерно-болотных комплексов.
Высокая степень заболоченности территории, широкое повсеместное распространение мощных торфяников и наличие супесчаных и песчаных минеральных субстратов являются причинами высокой депонирующей способности ландшафтов (60-70 % площади имеют максимальные показатели нефтеемкости) и очень высокого радиального выноса поллютантов (75-85 % площади характеризуются максимальными показателями) /Обзор о состоянии окружающей природной среды Ханты-Мансийского АО в 1996 г.; Экология Ханты-Мансийского АО, 1997/.
Характеристика объектов и направлений исследований
Материалом для данной работы послужили результаты гидрохимических и токсикологических исследований (1991 -2005 гг.) поверхностных вод и донных отложений водных объектов, расположенных на территории нефтегазодобывающих районов Тюменской области, результаты токсикологических исследований по нормированию токсичности буровых растворов и отходов бурения, а также результаты мониторинговых исследований в районе разведочных скважин в Обской губе.
Работа была проведена по следующим направлениям (рис.1). 1. Территориальная изменчивость основных гидрохимических и токсикологических параметров поверхностных вод и донных отложений, взаимосвязь степени загрязнения от продолжительности техногенной нагрузки была изучена на основе материалов, собранных на территории 24 нефтегазовых месторождений Среднего Приобья Тюменской области. Месторождения объединены по территориально-административной принадлежности. Перечень районов и находящихся на их территории месторождений приведен в таблице 1. Исследованиями охвачено 154 водных объекта (Приложение 1), в основном это малые реки, ручьи и озера бассейна Средней Оби. В эту группу входили притоки р. Обь первого и второго порядков. Наиболее крупные из них - р. Вах, Аган, Тромъеган, Большой Юган, Пим, Большой Салым. Исследования включали сбор информации по источникам загрязнения, отбор проб и аналитические исследования, а также обобщение и систематизацию полученной информации. Оценку экологического состояния водных объектов проводили по гидрохимическим и токсикологическим критериям качества вод и донных отложений. Токсикологическую оценку проводили по результатам биотестирования. Приоритетность методов биотестирования при определении качества водной среды показана многими авторами /Веселов, 1959; Брагинский, 1981; Бур дин, 1982; Макрушин, 1988; Environment, 1990; Шпарковский, 1993; Жмур, 1997; Макаренкова, 1997, 2001а; Филенко, Дмитриева, 1999; Мальдов и др., 2000; Fundamentals, 2003; Крайнюкова, 2004; Брагинский, Игнатюк, 2005/.
Влияние техногенного фактора на уровень загрязнения вод и донных отложений исследовали с позиции приуроченности водных объектов к территориям с различной техногенной нагрузкой. Были выделены две группы месторождений: «старые» - те, которые эксплуатируются свыше 15 лет (Самотлор 26 ское, Федоровское, Ай-Еганское, Ван-Еганское, Гун-Еганское, Малочерногорское, Новомолодежное, Вынгапуровское, Восточно-Сургутское, Приобское) и «новые», находящиеся на стадии разведки и освоения (Грибное, Нивагальское, Романовское, Равенское, Южно-Выинтойское, Вать-Еганское, Тевлинско-Русскинское) (рис.2). В соответствии с этим делением были сгруппированы и водные объекты, расположенные на этих месторождениях. Водные объекты, в свою очередь, были подразделены на две группы в зависимости от зарегулированное. Первая группа объединяла водоемы: озера, карьеры, сора. Вторая -водотоки: реки, ручьи, протоки.
Для оценки взаимосвязи загрязняющих веществ между собой и токсичностью был проведен корреляционный анализ полученных данных. Результаты представлены в Приложении 2.
2. Степень негативного воздействия на водные объекты в период строительства скважин и в период эксплуатации месторождений исследовали на примере 16 водоемов и водотоков Верхне-Салымского и Западно-Салымского месторождений. Исследования проводили в период разведочного бурения и по прошествии 8 лет эксплуатации месторождений.
3. Механизм распространения загрязнения и характер воздействия на водную экосистему при бурении подводных скважин в акватории водоема были изучены на примере поискового бурения скважин на газ в акватории Обской губы (2000-2005 гг.). В районе проведения разведочного бурения проводился отбор проб воды и грунта в радиусе 5000 м от буровой установки, по сетке станций, расположенных на двух взаимно перпендикулярных осях на различном удалении от буровой скважины (50 м, 100 м, 250 м, 500 м, 1000 м, 5000 м). Кроме того, одна станция расположена в непосредственной близости от места бурения. Пробы отбирались с трех водных горизонтов на каждой станции (поверхностный, средний и придонный). Разведочное бурение на газ проводилось в границах Северо-Каменномысского, Каменномысского и Обского участка Обской губы. Всего обследовано 6 буровых скважин. Общее количество проб представлено в таблице 2.
Оценку уровня загрязнения вод и донных отложений давали на основе нормативных показателей (ПДК), либо по отношению к фоновым показателям, в качестве которых использовали показатели качества вод, в период до начала нефтяного освоения Тюменского севера.
4. В качестве потенциальных источников поступления загрязняющих веществ в окружающую среду в работе рассматриваются: шламовые амбары и твердые атмосферные осадки (снег). В работу включены исследования по установлению класса опасности и ОБУВ буровых растворов, а также буровых отходов, размещаемых в земляных амбарах на территории Среднего Приобья. Всего исследовано 9 буровых растворов и 28 шламов.
5. Изменчивость токсикологических характеристик и состава шламовых отходов в зависимости от срока хранения шламов рассматривали на основе результатов исследований содержимого шламовых амбаров Рогожниковского ме 29 сторождения (2003 г) и амбаров Ем-Еговского месторождения (1995, 2000 гг.).
6. Исследования химического состава снежного покрова, с позиции накопления и переноса загрязняющих веществ из атмосферы в водные объекты проводили на территории трех месторождений: два расположены в Октябрьском районе - Песчаное и Овальное, и одно - Западно-Малобалыкское в Нефтеюганском. Для выяснения роли аэротехногенной нагрузки были исследованы водные объекты, расположенные на этой же территории в период после таяния снега (июнь) и в осенний период (сентябрь). Станции отбора проб снега и воды примерно совпадали. Обработано и проанализировано 30 проб снега и 50 проб воды.
Сбор материала проводился сотрудниками отдела эколого-сырьевых исследований Госрыбцентра с участием автора работы. Аналитическая обработка гидрохимических проб проводилась в аккредитованных лабораториях Госрыбцентра. Обработка всех проб по биотестированию, токсикологические исследования по определению класса опасности буровых отходов выполнены автором работы.
История развития нефтегазового комплекса Тюменской области
Нефтегазовый комплекс включает в себя нефтяную, газовую, газо- и кон-денсатоперерабатывающую и нефтеперерабатывающую промышленность.
Развитие нефтяной промышленности в Тюменской области началось с 1964 года. Первоначально добычу нефти в Тюменской области вели в Кондин-ском, Сургутском и Нижневартовском районах. В 80-90-е годы начали осваивать месторождения в районах Крайнего Севера. Всего на территории области выявлено свыше 600 месторождений нефти, газа и газового конденсата. Основной нефтегазодобывающей площадкой страны, по-прежнему, является район Среднего Приобья, на территории которого расположены наиболее крупные месторождения: Самотлорское, Ватинское, Мегионское, Федоровское, Лянтор-ское, Мамонтовское, Усть-Балыкское и др. За 30-летнюю историю этой отрасли из недр извлечено около 6,6 млрд. тонн нефти. В настоящее время на долю Тюменской области приходится 69 % добычи нефти и 92 % газа. Особенностью экологического состояния территории Приобья является интенсивное воздействие на окружающую среду промышленной разработки запасов нефти и газа. Интенсивное освоение природных ресурсов в 70-е годы сопровождалось ухудшением экологической обстановки. Государственная политика в то время была направлена на создание в Тюменской области крупнейшей базы нефтяной промышленности. Добыча нефти велась нарастающими темпами. Природоохранным мероприятиям ни средств, ни внимания не находилось. В результате чего экологическая обстановка в нефтедобывающих районах приобрела характер экологического кризиса. В конце 80-х годов в развитии нефтяной промышленности области насту 38 пил новый этап, характеризующийся значительным спадом производства. Кризисное состояние нефтяной промышленности обусловлено комплексом причин, среди которых можно выделить: недостаток средств на развитие отрасли, усложнение и удорожание нефтедобычи, изношенность оборудования, сокращение объемов геологоразведочных работ.
Спад производства не привел к существенному качественному улучшению окружающей среды. Крайняя острота экологической обстановки в нефтедобывающих районах была зафиксирована в решении Правительственной комиссии РФ по окружающей среде в 1995 г.
Нынешний этап развития отрасли имеет свои особенности. Объемы добычи нефти по сравнению с максимальными их значениями в 1987 году снизились почти в 2 раза. Соответственно уменьшилось техногенное воздействие на окружающую среду. Возросли требования природоохранного законодательства. Введен механизм платного природопользования. Все это обусловило некоторое снижение нефтяного загрязнения территорий нефтедобычи. Тем не менее ситуация с загрязнением окружающей природной среды, связанная с дальнейшими разработками запасов нефти и газа, остается напряженной. Возрастает аварийность на нефтепромыслах и причиной в 90 % случаев является изношенность и коррозия труб.
На старых крупнейших месторождениях нефти - Самотлорском, Федоровском и других в настоящее время происходит снижение нефтедобычи. В качестве компенсации необходимо ежегодно осваивать 20-30 новых месторождений с небольшими запасами нефти, так как месторождений-гигантов больше не осталось.
В последние годы осваиваются месторождения с низкими дебитами скважин. В перспективе - эффективно использовать уже имеющиеся месторот ждения. Длительная эксплуатация большинства месторождений нефти требует более широкого использования механических способов добычи. Сейчас в области почти 90 % нефти добывается с помощью насосов и компрессоров. Для поддержания давления внутри эксплуатируемых месторождений все более ши 39 роко используется закачка воды или газа. Традиционными методами нефтедобычи можно извлечь не более трети имеющихся в месторождении запасов. Возрастает средняя глубина залегания нефтегазоносных пластов. Сейчас она превышает 2,5 км.
Таким образом, новый этап развития нефтяной промышленности региона характеризуется: - истощением запасов, ростом обводненности и падением добычи нефти по наиболее крупным разрабатываемым месторождениям; - массовым переводом скважин на механизированный способ эксплуатации при резком падении фонтанной добычи; - отсутствием резерва крупных месторождений и необходимостью ввода в 10 раз большего числа скважин для компенсации падения добычи по крупным высокопродуктивным месторождениям; - возрастанием глубин залегания, снижением нефтенасыщенности пластов, увеличением доли сложнопостроенных и газонефтяных залежей, значительной удаленностью вновь вводимых месторождений от промышленных баз и транспортно-энергетических коммуникаций, вводом месторождений в зоне многолетней мерзлоты; - увеличением объема запасов нефти в зонах приоритетного природоро-пользования коренных народов в водоохранных зонах;
Естественно, что решение всех этих задач на данном этапе будет сопряжено с определенной техногенной нагрузкой на окружающую среду. Несмотря на то, что интенсификация процессов добычи нефти и газа сопровождается разработкой новых технологий, снижающих негативное воздействие на окружающую среду, увеличение числа осваиваемых скважин и месторождений будет способствовать расширению территорий, подверженных риску загрязнения от промышленной деятельности. В пространственном масштабе территория нефтегазодобычи стремительно расширяется и в основном в северном направлении, где сосредоточены газовые месторождения.
Тюменская область относится к числу крупнейших газодобывающих ре 40 гионов мира. Разведанные запасы природного газа оцениваются в 38 трлн. м3.
Добыча газа в Тюменской области началась в Березовском районе Ханты-Мансийского автономного округа. Сейчас запасы газа здесь исчерпаны, и вся добыча сосредоточена в Надымском, Пуровском и Тазовском районах Ямало-Ненецкого автономного округа. Среди этих районов наиболее освоенным является Пуровский район. Добыча газа на его территории ведется с 1963 года. В эксплуатации находятся такие месторождения-гиганты как Уренгойское, Ям-бургское, Медвежье. В Надым-Пуровском междуречье ведется добыча природного газа на небольших месторождениях - Вынгапуровском, Губкинском, Юбилейном, Комсомольском.
В конце 90-х годов начата разработка крупных Заполярного и Харваутин-ского газоконденсатних месторождений, а также месторождений полуострова Ямал. Значительные запасы газа сосредоточены на Тазовском полуострове и на шельфе Карского моря.
Одновременно с освоением газовых месторождений получает развитие газоперерабатывающая промышленность на попутном газе, добываемом вместе с нефтью. Газоперерабатыващие заводы расположены в Нижневартовске, Сургуте, Пыть-Яхе, Лангепасе, Нягани, Муравленко, Радужном и Губкинском. Основная их продукция - газовый бензин, который поступает для переработки на Тобольский нефтехимический комбинат. Создана новая отрасль топливной промышленности - конденсатопереабатывающая. Конденсат - ценное химическое сырье («белая нефть»). Его добывают на Уренгойском и Ямбургском газо-конденсатных месторождениях и перерабатывают с целью получения моторных топлив в Сургуте и Новом Уренгое. Начата разведка газовых запасов в акватории Обской и Тазовской губы. Для таких уникальных водоемов это представляет реальную угрозу.
Буровые работы
Процесс бурения скважин, как известно, сопровождается образованием различных видов загрязнения, в зависимости от технологического этапа. При этом в окружающую природную среду попадают токсические вещества, применяемые, либо образующиеся на определенных этапах этого процесса.
Основными источниками загрязненных стоков на территории буровой установки являются различные объекты инфраструктуры. Это: рабочая площадка; насосная группа; блок очистки буровых растворов; узел приготовления буровых растворов; блок хранения химреагентов и др.
В зависимости от локализации запасов сырья, буровые скважины могут сооружаться как на суше, так и в море.
Технология бурения подводных скважин не отличается от бурения на суше. Но если рассматривать с позиции экологических факторов негативного воздействия на водоем, то здесь есть свои особенности. Бурение скважин на суше оказывает влияние на водные объекты через целый ряд опосредованных факторов воздействия (загрязнение почвы, нарушение гидрологического режима, размещение отходов и др.). При бурении скважин в акватории водоема воздействие оказывается напрямую - источник-вода, т.е. все возможные изменения, могут быть обусловлены в первую очередь антропогенным вмешательством. Поэтому бурение скважин в акватории водоема можно рассматривать как модель распространения загрязнения.
Рассмотрим по отдельности, какие изменения в составе вод и донных отложений наблюдаются в водных объектах при бурении наземных и скважин в акватории водоема.
Характер и степень негативного воздействия на водные объекты строительства наземных нефтяных скважин изучали в период поисково-разведочного бурения на территории Салымских месторождений (Верхнее-Салымское и За-падно-Салымское) /Макаренкова, 2006/.
Территория месторождений находится в бассейне р. Большой Салым. Исследования проводились в 1996 г., в период бурения разведочных скважин на притоках р. Большой Салым - Вандрас, Пывъях, Таутъях, притоке р. Малый Салым - Савъях и притоках р. Вандрас - р. Лев, р. Невдаръега и р. Самсонов-ская. Долины рек слабо разработаны, неясно выражены. Поймы двухсторонние, ежегодно затопляемые весенними водами. Русла рек сильно извилисты. Поверхность речных террас и поймы покрыты густым лесом и представлены в основном глинистыми и суглинистыми почвами. Донные отложения исследуемых водотоков представлены торфом, заиленной глиной и глиной.
Гидрохимическая характеристика водотоков Одинаковые условия формирования химического состава исследуемых рек обуславливают узкий диапазон в показателях качества воды.
Вода всех водотоков содержит невысокое количество взвешенных ве-ществ: от 1,1 до 15,6 мг/дм . По солевому составу поверхностные воды рассматриваемой территории относятся к маломинерализованным, гидрокарбонатного класса, кальциевой группы. Содержание хлоридов и сульфатов невысокое. Так, количество хлоридов не превышает 8,5 мг/дм , сульфатов - 9,6 мг/дм . Узкий диапазон значений величины рН (6,2-7,7) также свидетельствует об однообразных условиях продуцирования органического вещества и едином источнике питания водотоков.
К числу биогенных компонентов, присутствующих в речных водах, относятся соединения азота и фосфора. Из минеральных форм азота большой про цент в воде исследуемых рек приходится на ионы аммония. Концентрация не органических соединений фосфора не превышает 0,5 мг/дм .
Органическое вещество присутствует в реках, главным образом, в виде различных гуминовых соединений. По величине перманганатной окисляемости, являющейся косвенным показателем наличия в воде органического вещества, воды рек исследуемой территории относятся к градации «высокой». Высокие значения величин перманганатной окисляемости возникают от присутствия органических веществ гумусового происхождения. Поверхностные воды вымывают из почв, торфяников, лесного перегноя часть гумусовых веществ и других промежуточных продуктов распада. Отношение величины биохимического потребления кислорода к величине перманганатной окисляемости меньше 10 %, что свидетельствует о природном происхождении органических веществ.
Если показатели общего химического состава вод имеют сходные значения, то по наличию загрязняющих компонентов просматривается существенная разница.
Среднее содержание нефтепродуктов в воде рек исследуемого участка в период разведочного бурения составляло 0,13 мг/дм , что превышает ПДК в 2,5 раза. Если сравнить по загрязнению нефтепродуктами водотоки, расположенные вблизи скважин и на удаленных участках, то можно отметить, что в воде рек у разбуриваемых скважин концентрации нефтепродуктов в 3 раза выше, чем на удаленных участках (табл.19). Среди водотоков наиболее загрязнена р. Вандрас, в прибрежье которой расположены 3 разведочные скважины. Максимальные концентрации нефтепродуктов были отмечены также в р. Большой Салым (ниже впадения р. Вандрас).
