Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКОЙ ПЛОЩАДИ 8
2. ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СЕВЕРОСТАВРОПОЛЬСКОЙ ПЛОЩАДИ 26
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПХГ 52
3.1. Технологическая схема Северо-Ставропольского ПХГ 52
3.2. Выбор рациональной плотности сетки скважин ПХГ 56
3.3. Оценка запасов газа на Пелагиадинском участке Северо-Ставропольского ПХГ по результатам газодинамических исследований источника газопроявления 60
3.4. Прогнозирование предельных режимов работы Северо-Ставропольского ПХГ 72
4. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКОГО ПОДЗЕМНОГО
ХРАНИЛИЩА ГАЗА 78
4.1. Основные задачи и методы их решения 78
4.2. Оценка воздействия на атмосферный воздух 85
4.3. Оценка уровня загрязнения снежного покрова 108
4.4. Оценка эмиссии метана в атмосферу на территории Северо-Ставропольского ПХГ 139
4.5. Оценка изменения метанорегулирующих свойств почв в ходе освоения газового месторождения и строительства ПХГ 169
4.6. Оценка воздействия СС ПХГ на почвы и почвенный покров 178
4.7. Некоторые особенности земледелия Ставрополья и критические нагрузки азота, кислотности и серы на агроценозы 199
4.8. Оценка степени нарушенности почв и почвенного покрова на территории горного отвода 209
4.9. Оценка воздействия на природные поверхностные воды 266
5. СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 289
5.1. Существующая система мониторинга в районе СС ПХГ 289
5.2. Совершенствование системы экологического мониторинга окружающей среды при эксплуатации СС ПХГ 291
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 303
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 305
Введение к работе
В структуре ОАО «Газпром», включающей такие подотрасли как газодобыча, транспорт, хранение и переработка газа в единую технологическую цепочку от добычи до поставки газа потребителям, подземные хранилища газа (ПХГ) играют важную роль.
Создание ПХГ в пористых средах в нашей стране начато в 1958 г. введением в эксплуатацию мелких выработанных залежей истощенных месторождений Куйбышевской области. Данные ПХГ предназначались в основном для утилизации попутного нефтяного газа. В этом же году началась эксплуатация Елшано-Курдюмовского ПХГ в Саратовской области [1, 2].
За последующие 43 года проведена огромная работа по созданию подземных хранилищ газа в Единой Системе Газоснабжения (ЕСГ). В настоящее время наблюдается увеличение роли ПХГ в надежной работе ЕСГ. Проходящая реструктуризация потребления энергоресурсов в пользу газа и развитие рыночных отношений постоянно увеличивают сезонную неравномерность потребления газа. Поэтому модернизация и строительство ПХГ вошло в список первоочередных дел ОАО «Газпром».
Одним из основных элементов топливно-энергетического комплекса России является ЕСГ, представляющая собой совокупность взаимосвязанных элементов (подсистем) дальнего транспорта, ПХГ и распределения, осуществляющих непрерывный процесс подачи газа потребителям. Особая роль в комплексе обеспечения высокой надежности фунционирования ЕСГ, стабильных и гарантированных поставок газа потребителям важная роль принадлежит ПХГ.
Сейчас в России создана развитая система ПХГ, включающая 23 объекта, в которых хранится около 80 млрд. м3 активного газа. Максимальная суточная производительность всех ПХГ составляет около 450 млн. м3. Количество буферного газа в хранилищах с учетом оставшихся от разработки 35 млрд. м3 составляет 80 млрд. м3 [1].
В истощенных газовых месторождениях создано 70 % существующих и сооружаемых ПХГ. Большинство ПХГ являются крупными подземными хранилищами, создание которых вызвано потребностями развития газовой промышленности России.
ПХГ имеют многоцелевое назначение в системе газоснабжения:
регулирование сезонной неравномерности;
дополнительная подача газа потребителям в аномально холодную зиму;
обеспечение надежности экспортных поставок газа;
создание долгосрочных резервов на случай непредвиденных экстремальных ситуаций;
создание оперативных запасов газа на случай кратковременных аварийных ситуаций в системе газоснабжения.
Созданная в России система хранилищ позволяет обеспечить:
15 % объема годового потребления российских потребителей;
40 % дневного потребления газа российскими потребителями;
12 % объема экспортных поставок газа.
По своему назначению подземные хранилища газа подразделяются на оперативные и резервные [3 - 5]. Оперативные хранилища газа делятся на базисные (сезонные) и пиковые. Базисные предназначены для регулирования сезонной неравномерности газопотребления и по технологическому признаку характеризуются относительно стабильными режимами закачки и отбора газа. Различают газовые хранилища - в водоносных пластах и в истощенных газовых, газоконденсатних и нефтяных месторождениях (залежах). Одним из таких оперативных базисных хранилищ является ПХГ, созданное в истощенной газовой залежи хадумского горизонта.
Подземные хранилища газа (ПХГ) в терригенных коллекторах, по сути происходящих процессов, являются сложной системой, поведение которой обуславливается воздействием внешних и внутренних факторов. Эксплуатация подземных хранилищ газа отличается от разработки газовых месторождений кратковременностью и интенсивностью происходящих процессов. Активный объем газа ПХГ должен быть отобран за 90-180 сут. Исходя из этого, в технологической системе ПХГ используется значительно больший действующий фонд скважин. Кроме того, для ПХГ, характеризующихся значительной площадью газоносности и неравномерностью эксплуатации отдельных зон большое значение с целью совершенствования геоэкологической безопасности эффективной эксплуатации ПХГ имеет разработка методов выбора рациональной плотности сетки скважин ПХГ, оценки запасов газа по результатам газодинамических исследований источника газопроявления, прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, позволяющих рационально прогнозировать режимы эксплуатации ПХГ, а также определения современного состояния экологической безопасности Северо-Ставропольского подземного хранилища газа.
Работа ЕСГ в значительной степени определяется резкой неравномерностью потребления газа во времени (сутки, неделя, месяц, год). На потребность в газе влияет множество природно-техногенных факторов как периодического, так и стохастического характера. Это определяет ярко выраженный переменный характер потребности в газе. Особенно большое влияние на динамику потребности в газе оказывает погода. Так, например, спрос на газ в холодные зимние дни превышает среднегодовой суточный его расход в 10 -15 раз [6, 7].
В силу специфических особенностей подземные хранилища газа не только подвергаются воздействию внешних и внутренних факторов, но и сами оказывают значительное техногенное влияние на объекты природной среды. При этом геохимический техногенез свойственен всем этапам - от бурения скважин и строительства объектов до введения их в эксплуатацию, а так же на протяжении всего периода эксплуатации хранилищ.
Обеспечивая бесперебойную, равномерную, независимо от сезона года, поставку газа потребителям, подземные хранилища, при всех отличиях положения искусственной залежи (соляные, нефтегазоносные структуры, водоносные горизонты) характеризуются подобием технологических схем и определенным набором технологических объектов, входящих в их инфраструктуру. В связи с этим, воздействие ПХГ на окружающую среду может считаться однотипным и при нормальном технологическом режиме работы отличается только масштабом [8, 9]. Масштаб же воздействия ПХГ на окружающую среду, при
•
прочих равных условиях, контролируется показателями, характеризующими как состояние отдельных компонентов природной среды и экосистем в целом, так и характеристиками, определяющими устойчивость последних к воздействию ПХГ. Исходя из этого, методические подходы, разработанные для одного из ПХГ и результаты, полученные в процессе проведения оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) могут быть использованы для всей подотрасли в целом.
В этой связи весьма актуальными являются вопросы рационального при-
• родопользования при строительстве объектов хранилищ (скважин, дожимных
компрессорных скважин и т.п.), совершенствования геоэкологического контро
ля и повышение уровня экологической безопасности технологических процес
сов при эксплуатации ПХГ.
Срок эксплуатации ПХГ составляет минимум 50 лет. Поэтому для эффективного его функционирования является весьма актуальным совершенствование системы геоэкологического контроля при эксплуатации ПХГ.
Одно из крупнейших газовых месторождений Европейской части России -Северо-Ставропольское, расположено в пределах Изобильненского района
• Ставропольского края. Месторождение открыто в 1950 г., а в декабре 1956 г.
введено в промышленную разработку. Данное месторождение является мно
гопластовым. Газовые залежи приурочены к чокракскому (средний миоцен)
горизонту, к хадумскому (олигоцен) горизонту и горизонту зеленая свита (эо
цен). В настоящее время это месторождение закончено разработкой, а в ха-
думском горизонте и горизонте зеленая свита создаются подземные храни
лища газа.
В последние годы Северо-Ставропольское ПХГ (СС ПХГ) используется как один из основных источников газа в регионе, когда в наиболее напряженные зимние месяцы газ по системе газопроводов Северный Кавказ-Центр в район расположения СС ПХГ не только практически не поступает, но и имеет место обратный поток газа для газоснабжения потребителей Ростовской области, Краснодарского края и других районов. То есть, хранилище играет роль источника автономного газоснабжения региона. А этот факт требует совершенно иного подхода к определению необходимых объемов активного газа в хранилище.
Решение рассматриваемой в диссертационной работе проблемы осуще-
• ствлялось в соответствии с планами научно-исследовательских работ в рам
ках Программы работ на 1998 - 1999 гг. по увеличению суточной производи
тельности ПХГ, долгосрочной Программы научных исследований для обеспе
чения эффективного развития ОАО «Газпром», Программы научно-
исследовательских работ ОАО «Газпром» в области подземного хранения га
за.
Целью диссертационной работы является оптимизация технологических режимов, снижающих воздействие на окружающую среду, оценка состояния окружающей среды и разработка системы экологического контроля при эксплуатации подземных хранилищ газа.
Основные задачи исследований:
1. Выявление значимых факторов воздействия на окружающую среду
Северо-Ставрополоьского ПХГ;
2. Оценка современного состояния окружающей среды в районе СС ПХГ;
Разработка системы экологического контроля за воздействием СС ПХГ на окружающую среду и состоянием окружающей среды;
Исследование влияния плотности сетки скважин на окружающую среду (поверхность земли и недра со всеми компонентами и протекающими в них процессами);
Определение взаимосвязи производительности скважин хранилища и газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций при различных термобарических параметрах;
Разработка методики оценки запасов газа источников газопроявлений по результатам газодинамических исследований.
Научная новизназаключается в следующем:
Впервые выделены значимые факторы воздействия и установлено состояние окружающей среды в зоне влияния Северо-Ставропольского ПХГ.
Разработана методика выбора рациональной плотности сетки скважин ПХГ, учитывающая внутри пластовое взаимодействие между зонами соседних ГРП.
Разработан метод прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, учитывающий объекты хранилища как единую газодинамическую систему «пласт-скважины-газосборные сети-дожимные компрессорные станции».
Усовершенствована методика оценки запасов газа источника газопроявления при неизвестной глубине его.
Разработана система экологического контроля при эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ.
Практическая ценность заключается в том, что проведенная оценка современного состояния окружающей среды и реализованная система экологического контроля позволяют осуществлять мониторинг воздействия СС ПХГ на природную среду, разрабатывать необходимые природоохранные мероприятия. Предложенные методы выбора рациональной плотности сетки скважин и прогнозирования предельных режимов работы ПХГ дают возможность уменьшить вероятность техногенных утечек газа из ПХГ, минимизировать количество работающих газоперекачивающих агрегатов и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Методика оценки запасов газа источника газопроявления позволяет выбрать и реализовать оптимальную технологию ликвидации непредвиденных утечек газа.
Реализация результатов исследований.
Результаты работы использованы при составлении:
отчетов по авторскому надзору за осуществлением технологического проекта создания и эксплуатации СС ПХГ в хадумском горизонте и горизонте зеленой свиты,
рекомендаций по совершенствованию системы экологического, геолого-промыслового контроля за эксплуатацией СС ПХГ;
регламента контроля за эксплуатацией ПХГ;
рекомендаций технологических режимов эксплуатации ПХГ в периодах 1998-2003 гг.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались автором на III Региональной научно-технической конференции «ВУЗовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 1999), XII Международном конгрессе «Новые технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и
связи» (Геленджик, 2002), заседаниях Секции по подземным хранилищам газа Комиссии по месторождениям и ПХГ ОАО «Газпром» (Саратов, 1998, 2002, Москва, 1999, 2000, 2001, Валдай, 2000, Нижний Новгород, 2001, Уфа, 2002), научно-техническом совете Управления по подземному хранению газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром» (Москва, 2000), научно-практическом семинаре «Проблемы моделирования работы скважин и пластовых систем при создании и эксплуатации ПХГ в пористых пластах» (Москва, 2001), секции «Экология и охрана окружающей среды» НТС ОАО «Газпром» (Сочи, 2002), VII Международной научно-практической конференции «Научно-техническая информация и научно-техническая реклама-2002» (Москва, 2002).
Публикации. Результаты проведенных исследований автора отражены в 14 научных публикациях.
Фактический материал. Основой диссертационной работы послужили исследования автора, выполненные в ООО «Кавказтрансгаз» за период 1990 -2003 гг. Автором проанализирован фактический материал, изложенный в печатных и рукописных работах ОАО «Ставропольнефтегеофизика», ПФ «Став-ропольгазгеофизика», ОАО «СевКавНИПИгаз», ООО «ВНЙИгаз» и других организаций.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 312 страницах машинописного текста, 109 рисунков, 70 таблиц. Список использованных источников включает 122 наименований.
Автором защищаются следующие основные положения:
Разработанные методы выбора рациональной плотности скважин и прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, позволяют минимизировать количество работающих газоперекачивающих агрегатов, снизить выбросы в атмосферу, уменьшить вероятность техногенных утечек газа из ПХГ.
Значимыми факторами воздействия СС ПХГ на окружающую среду являются выбросы в атмосферу углеводородов, оксидов азота и углерода, эмиссия метана с территории, загрязнение буровыми растворами и механическое воздействие на почвенный покров, загрязнение поверхностных и грунтовых вод.
В районе СС ПХГ выявлено незначительное (1,2 -1,5 ПДК) загрязнение атмосферного воздуха, нарушение почвенного покрова в прискважинном пространстве, загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Помимо СС ПХГ, на окружающую среду существенное влияние оказывают населенные пункты и автодороги, вблизи которых установлены основные участки загрязнения.
4. Оптимальная программа производственно-экологического мониторинга СС ПХГ включает контроль источников воздействия на окружающую среду (ДКС, скважины, газопроводы, ГРП), наблюдения за состоянием природной среды (атмосфера, почвы, поверхностные и подземные воды), контроль за герметичностью ПХГ и процессами в пластах-коллекторах газа.
Диссертационная работа выполнена под руководством члена-корреспондента РАЕН, MATH, доктора геолого-минералогических наук С.А. Варягова, которому автор выражает искреннюю признательность и благодарность.
В процессе выполнения исследований автор пользовался советами Б.В. Будзуляка, В.В. Зиновьева, Ю.К. Игнатенко, Л.А. Морозовой, В.И. Беленко и многих других. Всем им диссертант считает приятным долгом выразить свою благодарность.
Похожие диссертации на Оценка состояния окружающей среды и разработка экологического контроля при эксплуатации подземных хранилищ газа (На примере Северо-Ставропольского ПХГ)
