Губин В.Н., Ковалев А.А., Сладкопевцев С.А., Ясовеев М.Г. Экология геологической среды

Подождите немного. Документ загружается.

загрязняет водоемы и речные системы, питание которых на 40–50 %

осуществляется за счет подземного стока.

В последние годы функционирование горного предприятия связано

еще с одной важной эколого-геологической проблемой – поступлением

в карьер минерализованных хлоридных вод.

Особенности тектонического развития Припятского прогиба и

Микашевичского горста предполагают возможность примыкания

солесодержащих отложений верхнедевонского возраста к

Микашевичско-Житковичскому разлому. Подобное залегание солей

может быть непосредственным, если горст сформировался позднее

галогенных пород, или осуществляться через толщу прибрежных

глинистых образований в случае формирования горста одновременно с

формированием соленосных пород. Возможны и оба рассмотренных

варианта. Независимо от характера прилегания галогенных пород к

разлому в течение десятков миллионов лет происходила диффузия

растворенных солей из галогенной толщи и слабоводоносных

горизонтов, слагающих Припятский прогиб, в подземные воды

трещиноватой зоны Микашевичского горста и, в частности, в зону

Микашевичско-Житковичского разлома.

Естественная гидродинамическая активизация зоны

распространения повышенной минерализации (зона замедленного

водообмена) могла происходить в пермское и триасовое время, когда

рассматриваемая территория находилась на высоких абсолютных

отметках, а также и в антропогене, в период формирования палеоврезов

речных долин, достигающих 100=м и более. В первом случае верхняя

граница зоны минерализованных вод понижается, а во втором –

повышается. В обоих случаях возникающие гидродинамические

процессы способствуют площадному «выравниванию» минерализации

подземных вод зоны замедленного водообмена по направлению от

Припятского бассейна к Микашевичскому горсту. Следовательно,

повышенная минерализация трещинных вод Микашевичского горста

распространена повсеместно и характер ее изменения от глубины тот же,

что и зависимость минерализации подземных вод (поровых растворов)

от глубины для осадочных пород Припятского бассейна.

Понижение уровня подземных вод (в зоне карьера до 120 м) в

результате привело к существенному нарушению естественной

гидродинамической обстановки и формированию обширной

депрессионной воронки, которая затронула территорию

Микашевичского горста и Припятского бассейна. В нарушенных

гидродинамических условиях значительно активизировались процессы

фильтрации подземных вод зон активного, замедленного и, возможно,

застойного водообмена. Для зоны замедленного водообмена

характерно усиление вертикальной (восходящей) фильтрации на

территории, прилегающей к карьеру (центральная часть депрессионной

воронки), и горизонтальной фильтрации (по направлению к карьеру) на

периферии депрессионной воронки. В обоих случаях будет отмечаться

увеличение притока минерализованных подземных вод в карьер. В

нарушенных условиях произошла гидрогеологическая активизация

ранее гидродинамически уравновешенных зон повышенной

водопроводимости: тектонических разломов, участков повышенной

трещиноватости кристаллического фундамента, палеоврезов речных

долин, гидрогеологических «окон» и т. п. Данное обстоятельство

сделало возможным увеличение притока в карьер минерализованных

вод девонских и верхнепротерозойских отложений по зонам повышенной

проводимости. С увеличением глубины карьера приток

минерализованных вод будет возрастать. При достаточно большой

глубине карьера (120 м) не исключена возможность прямого вскрытия

верхней части зоны замедленного водообмена подземных вод.

Результирующая (конечная) минерализация карьерных вод

формируется в процессе смешения минерализованных подземных вод

зоны замедленного водообмена, поступающих в карьер по зонам

тектонических нарушений и повышенной трещиноватости

кристаллического фун-

дамента, и пресных подземных вод зоны активного водообмена,

дренируемых карьером. Наибольшую минерализацию (6–8 г/л) и

содержание хлора (3765–4665 мг/л) имеют воды из источника на дне

карьера, что связано с крупным тектоническим разломом.

Разработан комплекс природоохранных мероприятий,

направленных на уменьшение минерализации карьерных вод и

снижение негативного влияния их сброса в хвостохранилище и

Ситницкий канал на геологическую среду, среди которых важнейшие:

разбавление минерализованных карьерных вод пресными;

складирование минерализованных карьерных вод в подземных

водоносных горизонтах; сброс и складирование минерализованных

карьерных вод в хвостохранилище; хозяйственное использование

минерализованных вод; уменьшение притока минерализованных вод в

карьер. Совершенно очевидно, что предлагаемые мероприятия должны

проводиться комплексно.

Кроме того, при разработке обводненных месторождений в

условиях водопонижения необходимо применять технологии,

обеспечивающие предупреждение загрязнения карьерных вод как при

ведении горных работ, так и при сбросе их в гидрографическую сеть

района. При выборе варианта технологической схемы ведения горных

работ и водоотлива подземных вод должен учитываться прогноз

возможных изменений водного режима в прилегающих районах как в

процессе ведения горных работ, так и после полной отработки

месторождения. В качестве наиболее эффективных технических

мероприятий, направленных на создание оптимального водного режима

окружающих карьер территорий, рекомендовано устройство

оградительных каналов, препятствующих распространению

депрессионной воронки.

4.3. ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

В ПРИПЯТСКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ОБЛАСТИ

К настоящему времени на территории Белорусского Полесья

открыты 62 месторождения нефти, из которых 46 разрабатывается, 8

находится в стадии разведки, а 8 законсервировано. В регионе

пробурено около 2000 нефтяных скважин глубиной от 2,0 до 5,4 км.

Скопления нефти в Припятском прогибе приурочены к подсолевым

терригенным и подсолевым карбонатным, межсолевым и

внутрисолевым продуктивным комплексам девонской системы.

Глубина залегания нефтяных залежей колеблется от 1600 до 4600 м,

площадь – от 1–2 до 50 км

(Речицкое месторождение). Мощность

нефтенасыщенных пород изменяется от 1–2 до 180 м.

Бурение поисковых и разведочных скважин и эксплуатация

месторождений нефти приводят к интенсивному загрязнению

геологической среды (рис. 9). По условиям образования загрязнения

делятся на эксплуатационные (очистка сеток, вибросит, шлам,

отработанная вода в системе охлаждения, геофизические исследования

скважин, перфорация, закачка кислоты и солярки в скважины);

технические (обмыв бурильных труб, загрязнение раствором после

цементирования); аварийные (нефтеводогазопроявления, прорыв

трубопроводов, слом, обрыв, полет, прихват, заклинка бурового

инструмента и обсадной колонны и

т. д.); природные (дождевые и талые воды).

Поисковые и разведочные работы, а также добыча нефти в

Припятском бассейне изменяют физическое состояние горных пород. В

приствольном пространстве многих скважин в результате репрессии на

пласт образуются каверны и трещины, особенно это характерно для

пород верхнесолевой толщи. Аналогичные явления происходят в

результате использования буровых растворов, которые являются

агрессивными по отношению к породам пласта.

Рис. 9. Карта нарушенности листосферы Припятского прогиба бурением

глубоких скважин при поиске, разведке и добыче нефти

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

МЕСТОРОЖДЕНИЯ:

1. Речицкое 17. Красносельское 33. С.-Малодушинское 49. В.-Дроздовское

2. Осташковичское 18. Днепровское 34. З.-Александровское 50. Ю.-Вишанское

3. Тишковичское 19. Первомайское 35. Дунайское 51. С.-Домановичское

4. Вишанское 20. Александровское 36. Кербецкое 52. Хуторское

5. Давыдовское 21. Малодушинское 37. Левашовское 53. Ю.-Оземлинское

6. Ю.-Осташковичское 22. Ю.-Сосновское 38. Отрубовское 54. З.-Сосновское

7. Золотушинское 23. Полесское 39. Борисовское 55. Ю.-Тишковское

8. В.-Первомайское 24. Борщевское 40. Елизаровское 56. Ведричское

9. Барсуковское 25. Ветхинское 41. Чкаловское 57. В.-Березинское

10. Мармовичское 26. Судовицкое 42. Казанское 58. З.-Славаньское

11. Надвинское 27. Ю.-Александровское 43. Комаровичское 59. Н.-Давыдовское

12. Сосновское 28. Дубровичское 44. Летешинское 60. Н.-Дроздовское

13. Березинское 29. Славаньское 45. Пожихарское 61. Н.-Сосновское

14. Озерщинское 30. С.-Надвинское 46. Октябрьское 62. С.-Чистолужское

15. З.-Тишковское 31. З.-Малодушинское 47. С.-Притокское

16. Оземлинское 32. Ст.-Малодушинское 48. С.-Новинское

При бурении скважин с земной поверхности открывается доступ в

осадочные образования биосферного вещества (вод, газов, твердых тел

и живых организмов), что способствует развитию процессов

физического, химического, биологического выветривания, созданию

принципиально новых физико-химических и биохимических условий в

глубоко залегающих горизонтах. Вскрытие и разрушение буровым

инструментом горных пород приводит к падению внутрипластового

давления, изменению напряженного состояния пород в массиве,

вызывает дегазацию пород и вод, а также происходит изменение

температурного режима пород, слагающих данные слои.

При буровых работах и разработке залежей нефти используют

растворы сложного состава, обработанные химическими реагентами,

нефте- и инертноэмульсионными смесями на углеродной основе. В

результате применения солянокислотной обработки пород, а также

буровых растворов возникает угроза загрязнения подземных вод;

негативное экологическое воздействие производят попутные воды,

извлекаемые совместно с нефтью из продуктивного пласта.

Поступление загрязняющих веществ в водоносные горизонты

происходит по двум направлениям: сверху вниз из поверхностных

очагов загрязнения путем инфильтрации через зону аэрации и верхние

водоносные горизонты, а также в результате проникновения

непосредственно из ствола скважины или по затрубному пространству;

снизу вверх через подошву водоносного горизонта или

непосредственно в горизонт из внутренних очагов загрязнения при

перетоке из ствола скважин при нарушении герметичности обсадных

колонн или по их затрубному пространству.

Миграция и рассеивание нефтепродуктов в пластовых условиях,

т. е. распространение нефтяного загрязнения, зависят от физико-хи-

мических свойств нефтепродуктов и параметров водоносных

горизонтов.

В водоносном горизонте нефть и соединения на ее основе могут

находиться в виде однофазного жидкого слоя, истинного раствора,

тонкодисперсных эмульсий. В процессе продвижения «нефтяного

тела», образованного нефтью в жидкой фазе, в водоносном пласте

создается зона остаточного нефтяного насыщения, которая по объему

значительно превышает первоначальное «нефтяное тело».

По данным ряда исследователей, среднее значение растворимости

нефти в воде составляет 30–50 мг/л, бензина соответственно 50–500

мг/л.

При насыщении воды нефтепродуктами их содержание может

существенно превышать ПДК. Опасность нефтяного загрязнения для

качества подземных вод увеличивается и вследствие того, что

природные воды обладают весьма ограниченными возможностями

самоочищения. Водонасыщенная порода практически не сорбирует

нефтяные вещества из водных растворов. Поэтому даже относительно

небольшое количество нефти может служить источником большого

загрязнения и сохраняться длительное время.

Следует отметить, что загрязнение путем инфильтрации

непосредственно через поверхностные отложения возможно не только

для грунтового водоносного горизонта, но и для напорных вод

вследствие их слабой естественной защищенности в природных

условиях Беларуси. Основными источниками загрязнения подземных

вод являются: 1) вещества, попавшие в них в результате утечки из

водоводов, что составляет 40–45 %; 2) межпластовые перетоки (8–10

%); 3) утечки из нагнетательных скважин (20–25 %); 4) загрязнения в

процессе освоения нагнетательных скважин (6–7 %).

К производственным процессам в нефтедобывающей

промышленности, влияющим на объекты водной среды, относятся:

бурение и испытание эксплуатационных скважин; добыча и

интенсификация добычи нефти; сбор, обработка и транспортировка

нефти. Основными причинами загрязнения при бурении и

испытании скважин являются: фильтрация и утечка жидких отходов

бурения при отсутствии или некачественной гидроизоляции дна и

стенок шламовых амбаров, поглощение бурового раствора в

процессе бурения скважины и фильтрация его водной фазы в

проницаемые отложения; межгоризонтальные перетоки по

затрубному пространству и нарушенным обсадным колоннам;

аварийные выбросы пластового флюида на дневную поверхность;

некачественная рекультивация шламовых амбаров. Бурение скважин

различного назначения (структурных, поисковых, разведочных,

геофизических, водоснабженческих и др.) сопровождается

следующими негативными процессами:=при их некачественной

проводке, плохой изоляции геологических интервалов разреза,

ликвидации нередко отмечается нарушение естественной

обстановки в зоне активного водообмена пресных и минеральных

вод. Загрязнение происходит при поглощении промывочной

жидкости, глинистого раствора, при нефтяных ваннах в случае

прихватов бурового снаряда, затрубных межкомплексных перетоках

(в том числе нефтяных флюидов), аварийного фонтанирования и пр.

Загрязнение возможно и при опробовании и испытании

разведочных скважин с применением методов интенсификации

притоков, а также при их опытно-промышленной эксплуатации на

заключительной стадии разведочных работ; в случае межпластовых

перетоков в верхних водоносных горизонтах образуются аномальные

гидродинамические зоны, в которых фиксируется гидравлическое

вытеснение вод данного горизонта загрязнителем (в частности,

минерализованной, газонасыщенной водой, нефтью) из других

водоносных горизонтов.

Фильтрация из наземных сооружений вблизи скважин буровых

промывочных растворов, промстоков, химреагентов, а также разливы и

инфильтрация загрязняющих веществ с поверхности земли также

могут быть причинами загрязнения геологической среды.

Сейсмические исследования, детальная скважинная и наземная

сейсморазведка с применением буровзрывных работ могут значительно

ослабить водоупорные отложения, являющиеся разделами между

горизонтами с пресными и минерализованными водами в зоне

активного водообмена. По образующимся в результате геофизических

работ «окнам» возможно засоление пресных вод, используемых для

водоснабжения. Загрязнители: буровые и тампонажные растворы;

буровые сточные воды и шлам; пластовые высокоминерализованные

рассолы; материалы для приготовления, утяжеления и обработки

буровых и тампонажных растворов; горюче-смазочные материалы;

поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др.

При добыче и интенсификации добычи нефти причинами

загрязнения являются: нарушение герметичности обсадных колонн в

пресной части геологического разреза; аварийные порывы водотоков

соленой воды; недостаточная эффективность очистных сооружений;

коррозия промыслового оборудования и дренирование. Загрязнители –

нефть

и нефтепродукты, высокоминерализованные воды, ПАВ, окислы

железа и др.

Сбор, подготовка и транспортировка нефти вызывают следующие

причины загрязнения: аварийные порывы трубопроводов; нарушение

герметичности резервуаров-отстойников и других гидротехнических

сооружений; утечки вследствие строительно-монтажных дефектов и

коррозии промыслового оборудования. Загрязнители – нефть и

нефтепродукты, высокоминерализованные воды и др.

Выделяются следующие типы загрязнения подземных вод:

химическое, углеводородное и тепловое. Первое проявляется в

увеличении общей минерализации вод против фоновой, в росте

концентрации отдельных макро- и микрокомпонентов, в появлении

несвойственных им минеральных и органических соединений.

Углеводородное (нефтяное) загрязнение, являющееся разновидностью

химического, оказывает существенное негативное воздействие на

геолого-гидрогео-

логическую среду вследствие высокой токсичности и миграционной

способности отдельных компонентов нефти. Тепловое загрязнение

выражается в повышении по сравнению с фоновой температуры

подземных вод.

Технология бурения скважин в зависимости от их глубины

предусматривает приготовление от 250 до 1000 м

(иногда и более)

бурового раствора. В состав буровых растворов наряду с различными

химическими компонентами входят ПАВ. Использование их при поиске,

разведке и добыче нефти приводит к ускорению процесса бурения,

увеличению нефтеотдачи пластов, очистке ствола скважины, однако они

легко проникают в водоемы, грунтовые и подземные воды, т. е.

увеличивают степень загрязнения геологической среды. Следует отметить

способность ПАВ легко увлекать за собой жидкие и твердые загрязнения в

смеси с другими веществами, значительно увеличивая токсичность,

губительно воздействуя на живые организмы и повышая степень

поражения геологической среды.

Только за пять лет (с 1990 по 1994 г.) при проведении

нефтепоисковых работ на территории Припятского прогиба было

сброшено около

45 тыс. т бурового шлама, 150 тыс. м

отработанного бурового

раствора и более 300 тыс. м

буровых вод, а общему загрязнению

подверглось 600 га земли. Подобная картина наблюдается и в других

регионах. Так, при проходке одной из скважин на шельфе Сахалина

было сброшено более 250 м

бурового шлама, около 1500 м

бурового

раствора, на изготовление последнего пошло 400 т различных

химических веществ и глинопорошка, в том числе 20 т бентонитовой

глины, 288 т баритового утяжелителя, 61 т хлорида калия, 2,6 т

гидроксида натрия, 11 т крахмала, 1 т гексанитовой смолы, 2,6 т

целлюлозы и т. д.

Технология бурения скважины требует нагнетания бурового

раствора, который является агрессивной средой по отношению к

вмещающим породам и насыщающим их пластовым жидкостям.

Характер и степень взаимодействия раствора и горных пород

определяются составом промывочной жидкости, количеством и

размерами содержащейся в ней твердой фазы, литолого-

минералогическими особенностями пород коллекторов, химическим

составом пластовых вод и другими факторами. В результате этих

сложных физико-химических процессов происходит изменение свойств

пород-коллекторов в приствольной зоне сква-

жины.

При контакте промывочных жидкостей с пластовыми водами в

осадок выпадают такие химические соединения, как сульфат магния

(MgSO

), карбонат кальция (CaCO

), хлорид натрия (NaCl), гидраты

железа (Fe(OH)

, Fe(OH)

) и др. В условиях Припятского прогиба

преимущественно осаждаются Fe(OH)

, NaCl, KCl и некоторые другие

соединения.

При бурении скважин для крепления стенок забоя применяются

обсадные трубы, в затрубное пространство последних подается

специальный цемент. В результате взаимодействия металла и цемента с

пластовыми водами происходит сульфолюминатная или магнезиальная

коррозия портландцемента при содержании в них сульфат-иона более

1000 мг/л или магния (Mg

) более 2000=мг/л (песчаные породы) и

более 5000 мг/л (глинистые породы). Эти показатели являются

критическими значениями начала коррозии. В Припятском прогибе

наиболее агрессивными (рH 3–4) являются девонские межсолевые и

подсолевые рассолы. В подсолевых рассолах содержание сульфат-иона

достигает 3000–4500 мг/л, а Mg

– около 3500–4300 мг/л, что

значительно больше указанных выше критических значений начала

коррозии. Поэтому не исключена коррозия металла обсадных труб и

цемента крепления. Вес обсадных труб при бурении и креплении

скважины Гребеневской-1 при глубине забоя 5264 м составил 430 т.

Образующиеся продукты коррозии существенным образом изменяют

химическую среду верхней части литосферы.

В Припятском прогибе температура пород, вмещающих основные

залежи нефти, колеблется в интервале 50–80 °С. В северной зоне

прогиба на глубине 5000 м пластовая температура достигает 120 °С, к

югу она постепенно понижается до 60 °С. После вскрытия пластов

нарушаются естественные термодинамические условия, что приводит к