Введение к работе
Актуальность темы. Территория Вартовского нефтегазоносного района характеризуется высокой степенью антропогенного воздействия, связанной с интенсивным недропользованием (нефтедобыча, отбор подземной воды, закачка подтоварных и сточных вод). В районе разрабатываются более тридцати нефтегазовых месторождений. Самые крупные из них - Самотлорское и Ватинское -введены в эксплуатацию более 40 лет назад. К настоящему времени только по Самотлорскому месторождению суммарное количество добытой из недр жидкости составило порядка 12 млрд тонн, в том числе суммарное количество добытой нефти -2,6 млрд тонн. При этом в систему поддержания пластового давления (ППД) закачано около 13 млрд м3 рабочего агента (подземных, поверхностных и сточных вод). Добыча пресных подземных вод (ППВ) составила порядка 11 млн м3. Общий фонд скважин составляет около 17 тыс. единиц. Такая гигантская техногенная нагрузка (почти 10 скважин на 1 км2 площади) инициирует проявление геодинамических процессов природно-техногенного генезиса (мульдообразование), имеющих место в пределах данного и других месторождений, а также оказывает воздействие на Почвы, поверхностные и подземные воды.
В условиях постоянной нагрузки на природную среду и прогрессирующего загрязнения поверхностных вод расширение использования ППВ в питьевых целях не имеет альтернативы. При этом особую актуальность приобретают вопросы их рационального использования и охраны от истощения и загрязнения.
Более детальные гидрогеологические исследования, выполненные автором на участках с интенсивной техногенной нагрузкой, позволяют изучить закономерности формирования ресурсов ППВ и их химического состава, дать прогнозную оценку изменения их качества и перспектив дальнейшего использования.
Цель работы - изучение закономерностей формирования ППВ Вартовского нефтегазоносного района в условиях их интенсивной эксплуатации.
Основные задачи исследований: 1) изучить закономерности формирования эксплуатационных ресурсов ППВ; 2) изучить закономерности формирования химического состава ППВ в естественных и нарушенных условиях; 3) изучить эколого-гидрогеологические проблемы, возникающие при многолетней интенсивной эксплуатации ППВ.
Фактический материал и личный вклад соискателя. В основу диссертации положены результаты многолетних, начиная с 1996 года, научно-исследовательских работ. Они выполнялись Научно-исследовательским институтом гидрогеологии и геотермии (НИИГИГ) и Западно-Сибирским филиалом Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук (ЗСФ ИНГГ СО РАН) в рамках хозяйственно-договорной и государственно-бюджетной тематики. Автор принимал непосредственное участие в
данных работах в качестве исполнителя, либо ответственного исполнителя. В диссертации также использованы многочисленные статьи и монографии, фондовые материалы научно-производственных геологических, гидрогеоэкологических, проектно-изыскательских организаций.
Для решения поставленных задач использовались:
обработка, анализ и обобщение фактического материала по изучению режима ППВ на крупных групповых и локальных одиночных водозаборах;
полевые исследования, проведенные непосредственно автором и включающие в себя ежегодное обследование, гидродинамическое исследование и гидрогеохимическое опробование 149 водозаборных скважин, расположенных в пределах района;
- количественные методы оценки и обработки данных с использованием
моделирования.
Результатом выполненной автором работы для территории исследований являются: 1) степень и характер воздействия водоотбора на понижение уровня ППВ атлым-новомихайловского и тавдинского водоносных горизонтов (ВГ); 2) обоснованная и подтвержденная экспериментальным путем величина фактора перетекания при формировании ресурсов ППВ; 3) установленная взаимосвязь распространения мульды оседания земной поверхности с величиной суммарного водоотбора и временным изменением уровня ППВ по ключевому наблюдательному участку (Самотлорское месторождение); 4) качественная и количественная оценка защищенности ППВ атлым-новомихайловского ВГ от загрязнения.
Для хранения и обработки информации использовались средства программ Excel, Access, для картографической обработки применялись программы ГИС Maplnfo Professional, AreView 3.2 a G1S, Arc GIS 9.3, программа «Ovod» («Оптимальный водозабор», версия 2.0, декабрь 2005 г.).
Научная новизна.
По многолетним данным режима эксплуатации существующих в районе водозаборов ППВ установлены величины понижения уровня воды в продуктивных для питьевых целей ВГ по отношению к уровням в естественных, ненарушенных условиях. Исследованы закономерности их изменения по площади и во времени.
Выявлена ведущая роль процесса перетекания в формировании эксплуатационных ресурсов ППВ Вартовского нефтегазоносного района. Установлена динамика по площади величины перетекания воды из вышележащих отложений (фактор перетекания).
На основании изучения природных особенностей формирования химического состава ППВ определена степень защищенности продуктивного атлым-новомихайловского ВГ и обоснован прогноз изменения качества добываемых для питьевых целей вод в нарушенных техногенезом условиях.
По результатам многолетнего мониторинга ППВ и горно-экологического
мониторинга на территории Самотлорского месторождения выявлено участие
техногенного фактора водоотбора в формировании мульды оседания поверхности.
Защищаемые положения.
-
В формировании ресурсов пресных подземных вод для Вартовского нефтегазоносного района основополагающим является процесс их восполнения -перетекание через слабопроницаемые толщи, количественная величина которого определяется мощностью, литолого-фациальными характеристиками отложений, распространением реликтового слоя многолетнемерзлых пород.
-
Качественная и количественная оценка защищенности от загрязнения вод, используемых в районе для питьевых целей, определяется факторами природного характера - наличием в разрезе гидродинамических и геохимических барьеров на пути миграции загрязненного вещества, литологическим составов и мощностью зоны аэрации.
-
Выявленная взаимосвязь между отбором пресных подземных вод, изменением их уровня и количественной величиной оседания земной поверхности позволяет рассматривать водоотбор как один из факторов, влияющих на процесс мульдообразования.
Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы:
при управлении процессом лицензирования;
для подсчета запасов ППВ как крупных площадных водозаборных систем, так и локальных объектов недропользования;
при организации и ведении мониторинга ППВ с целью предотвращения их
истощения и загрязнения;
в принятии административных и организационных решений, связанных с
реализацией мероприятий по рациональному использованию и охране ППВ,
обеспечению экологически безопасного водоснабжения на территории крупных
нефтепромыслов района.
Реализация работы. Материалы диссертации используются при недропользовании и проведении гидрогеологических работ по оценке запасов ППВ на территории деятельности нефтегазодобывающих компаний, входящих в структуру ОАО «ТНК-ВР». На протяжении нескольких лет автор является ответственным исполнителем ежегодных отчетов по темам «Мониторинг подземных вод на территории деятельности ОАО «Самотлорнефтегаз» и «Мониторинг пресных подземных вод на Ватинском, Аганском, Мегионском и других лицензионных участках ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз». По результатам мониторинговых исследований на данных площадях для недропользователей разработана система мероприятий по оптимизации добычи ППВ и защите их от загрязнения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях: осенняя сессия «Студенческая академия наук» (Тюмень, 2008),
Всероссийская научно-техническая конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна» (Тюмень, 2008, 2009, 2011), XIII международный научный симпозиум имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2008), «Всероссийское совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока» (Тюмень, 2009).
Основные положения диссертации опубликованы в восьми статьях, в том числе в одной статье в журнале Известия вузов. «Нефть и газ», поименованном в списке ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Суммарный объем работы - 151 страницы компьютерного текста 14 шрифта с 36 рисунками и 14 таблицами. Список литературы содержит 129 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность за ценные советы и помощь в процессе выполнения данной работы доктору геолого-минералогических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники России В.М. Матусевичу. Автор признателен руководителю Уральского отделения гидрогеологической и геоэкологической компании «ГИДЭК» С.С. Палкину, сотруднику Западно-Сибирского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН кандидату геолого-минералогических наук Ю.В. Васильеву, доктору геолого-минералогических наук pj.k. смоленцев^, кандидатам геолого-минералогических наук Ю.В. Брадучану и Т.С. Трофимовой за предоставление материалов и рекомендации при подготовке диссертации. За большое содействие и помощь в работе на разных этапах исследований автор искренне признателен своим коллегам Ю.О. Русаковой, А.З. Логиновой, Н.М. Козновой, А.В. Козновой, А.А. Ташбулатову, Е.А. Савельеву. Особую благодарность и признательность за консультации, внимание и поддержку автор выражает научному руководителю - доктору геолого-минералогических наук, заслуженному геологу Российской Федерации А.Р. Курчикову.
