Рекомендации по организации мониторинга за качеством подземных вод

Работы по организации мониторинга за качеством подземных вод, как правило, входят в состав государственного мониторинга геологической среды (ГМГС) и методически связаны с исследованием ее состояния [38]. Однако подземные воды имеют определенную специфику исследований и, как наибо­лее подвижный компонент ГС, тесно связаны с поверхностными водами и соб­ственно средой циркуляции.

Специфика мониторинга ГС в районах разработки месторождений заключается в том, что в пределах разных участков и зон продуктивных пород-кол­лекторов имеет место неравномерная степень отработки пластов заводнением по нефтяным площадям, что приводит к различным срокам их разработки. Для проведения доразработки участков с разной степенью извлечения флюидов требуются неодинаковые объемы закачки и отбора пресных и пластовых вод. Это создает разные по силе техногенные нагрузки на эксплуатируемый пласт, а также на вышележащую часть геологического разреза.

Таким образом, главным фактором снижения степени техногенной нагруз­ки по конкретному участку нефтяной залежи является снижение объемов закачки (отбора) технологической жидкости без ущерба для добычи нефти. Чаще всего такая задача решается оптимизацией энергетических режимов по отдель­ным технологическим блокам или выделенным объектам эксплуатации (зонам пласта) с учетом состояния ОПС.

С позиций гидрогеодинамики нефтяные залежи как эксплуатационный объект входят в зоны затрудненного водообмена. Однако их эксплуатация оказывает влияние на зону активного водообмена, что при организации системы мониторинга предопределяет привлечение данных по всему разрезу осадоч­ной толщи пород с целью выяснения масштабов загрязнения водоносных го­ризонтов.

Обнаружение таких источников загрязнения возможно лишь на основании комплексного анализа показателей, характеризующих динамику пластовых давлений, химического состава вод, технологических факторов (карт объема отбора флюидов и закачки жидкости и др.). На основании такого анализа можно отобрать совокупности геологических и технологических параметров и рас­считать степень техногенной нагрузки на ГС. Наиболее эффективно такие оцен­ки проводятся на основе постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений, которые имеют единую методическую основу сбора, подготовки и интерпретации фактического мате­риала.

Концепция информационной системы "Мониторинг" разработана в АО "Татнефть". Суть данной концепции заключается в следующем:

- создание интегрированной эколого-технологической базы данных, позволяющей в единой системе (координаты, принадлежность к нефтяным пло­щадям, форматы данных, сервисные оболочки и т.д.) представить данные по геологическому строению, разработке, техническому состоянию скважин и экологической информации (данные по физико-химическому составу подземных вод и замерам давлений в сети пьезометрических скважин и др.);

- создание имитационных моделей экологической направленности с использованием интегрированной базы данных, алгоритмов, программ, расчетов и показателей техногенной нагрузки на ГС снизу, на основе статистической и гидродинамической моделей разработки месторождений.

Практически имитационное моделирование реализуется через комплексное решение геологических и технологических задач.

Первые заключаются в оценке природной защищенности подземных (поверхностных) вод, которая зависит от литологического состава и степени вы­держанности подстилающих горизонтов, наличия тектонических нарушений. Как правило, эти условия не изменяются во времени, но могут активизиро­ваться по отношению к проницаемости под действием техногенных факторов (тоннельный эффект). Например, не компенсированная отбором флюидов за­качка воды может усилить вертикальные перетоки межпластовых вод по зонам тектонических нарушений или литологическим "окнам".

Технологические задачи сводятся к выдаче рекомендаций по совершенствованию системы разработки с целью предотвращения обозначенных выше и других негативных эффектов, изменяющих сложившуюся обстановку.

Система "Мониторинг" опробована на Ташилярской площади Ромашкинского месторождения. Однако для эффективного ее использования необходи­мо дополнить исходную информацию другими видами данных экологического мониторинга.

Объектами ГМГС являются подземные воды, экзогенные и эндогенные процессы, геофизические поля, месторождения полезных ископаемых и др.

Главными задачами ГМГС являются [46-47]:

- сбор и анализ информации о состоянии ГС;

- оценка негативных факторов, влияющих на ГС;

- прогноз чрезвычайных ситуаций;

- охрана подземных вод от истощения и загрязнения.

При добыче нефти подземные воды являются наиболее уязвимыми элементами ГС, они в первую очередь реагируют на антропогенное воздействие. Ис­ходя из этого, главными целями реализации ГМГС и подземных вод являются:

- получение оперативной и достоверной информации о ГС нефтепромысла;

- прогноз изменений ГС с оценкой возможности аварийных ситуаций;

- выработка оптимальных решений по реабилитации ГС.

Размещение наблюдательных водопунктов, включаемых в сеть импактного мониторинга на нефтепромыслах, осуществляется с учетом следующих основных условий:

- местоположение границ горного отвода;

- местоположение и параметры источников нефтепромыслового загрязнения природных объектов;

- местоположение участков с повышенной плотностью техногенной нагруз­ки на земную поверхность и недра;

- естественная защищенность подземных вод зоны активного водообмена от поверхностного и приповерхностного (трубопроводы) загрязнения;

- строение, фильтрационные свойства и граничные условия горизонта, содержащего грунтовые и напорные воды;

- величина модуля и основные направления подземного стока в зоне активного водообмена, распределение и направление поверхностного стока;

- скорость перемещения фронта загрязненных подземных вод;

- местоположение хозяйственно-питьевых водозаборов и пути возможного поступления к ним загрязненных и некондиционных природных вод;

- расположение границ санитарно-защитных зон населенных пунктов и водоохранных зон;

- размеры зоны подпора и обратного уклона подземных вод на заболоченных участках.

Кроме этого при расположении пунктов наблюдательной сети импактного мониторинга учитываются характер геологической структуры, состав пород и современное состояние ГС, гидрогеологические и гидрологические условия, состав и свойства добываемых и технологических жидкостей и газа, формы природопользования на территории конкретных нефтепромыслов.

Водопункты, включаемые в наблюдательную сеть гидрогеохимического мониторинга гидросферы, в зависимости от функционального назначения и масштабов информационного охвата подразделяют на четыре класса (категории): опорные, фоновые, основные и контрольные.

Опорные наблюдательные водопункты размещаются на таких участках нефтепромыслов, где химический состав природных вод в интегральной форме отражает общее нефтепромысловое загрязнение приповерхностной гидросфе­ры на всей территории горного отвода или в большей ее части. Как правило, их совмещают с пунктами мониторинга за поверхностными водами либо до­полняют данные наблюдений специальной программой по гидрологическим створам.

На опорных наблюдательных водопунктах производится оценка подземно­го химического стока с количественным выделением мобилизованного объема различных нефтепромысловых загрязнителей гидросферы. К ним относятся растворенная нефть и нефтепродукты, ионы хлора, кальция и магния (общая жесткость), суммарное содержание тяжелых металлов и др. При температуре воздуха ниже +5 °С из поверхностных водотоков с малыми бассейнами (до 150-200 км2) отбираются пробы водорастворенного газа для определения в нем содержания углеводородных компонентов и сероводорода.

Наряду с пробами воды на полный химический анализ для определения газового состава суммы тяжелых металлов из опорных водопунктов в стерильную посуду отбирают пробы для определения наличия и содержания углерод-окисляющих и сульфатредуцирующих микроорганизмов. Из поверхностных водото­ков микробиологические пробы отбирают только в период зимней межени.

На опорных наблюдательных водопунктах отбор проб воды для проведения перечисленных видов анализов производится 4 раза в год с учетом характерных гидрологических периодов (сезонов): в летнюю межень (август-сентябрь), в начальный период "независимого" режима после промерзания почвы и пре­кращения инфильтрации атмосферных осадков (ноябрь), в зимнюю межень (март) и в период весеннего половодья (май).

Опорные наблюдательные водопункты могут быть рекомендованы для включения в Единую территориальную систему экологического мониторинга.

Определение объемов стока загрязняющих веществ (нефтепродукты, хлор и др.) нефтепромыслов на опорных наблюдательных водопунктах производит­ся только в тех случаях, когда их содержание значительно - на 10-15 % - превышает аналогичные фоновые показатели.

Фоновые наблюдательные водопункты располагают за пределами горного отвода, в зоне пассивного воздействия нефтепромысловых объектов на ОПС. Они характеризуют объем и санитарно-экологическое состояние природных вод, поступающих на территорию нефтепромысла. На фоновых водопунктах отбирают пробы воды для определения общего химического состава и содержания нефтепродуктов. В отличие от опорных водопунктов отбор проб воды и определение объемов подземного химического стока на фоновых водопунктах производится 2 раза в год - в меженные периоды (август-сентябрь и март).

Основные наблюдательные водопункты располагаются в зоне импактного мониторинга в пределах горного отвода нефтепромысла. Они приурочены к участкам с наибольшей техногенной нефтепромысловой нагрузкой на земную поверхность и недра.

Пробы воды, отобранные на основных наблюдательных водопунктах, дол­жны всесторонне и полно характеризовать санитарно-экологическое состоя­ние производственных участков и резервуарного парка, кустов с большим количеством глубоких скважин, а также территории формирования глубинных пьезомаксимумов, где текущее пластовое давление в разрабатываемых продуктивных пластах значительно (на 15-20 % и более) превысило величину началь­ного пластового давления.

Под контролем основных наблюдательных водопунктов должны находить­ся участки с повышенной плотностью эксплуатационных скважин, достигших срока полной амортизации (15 лет и более).

Отбирают пробы на полный химический анализ воды, на определение содержания нефтепродуктов, углерод-окисляющих и сульфатредуцирующих мик­роорганизмов. На участках с дефектными колоннами эксплуатационных сква­жин отбирают пробы для определения газонасыщенности воды и содержания основных компонентов водорастворенного газа, включая сероводород.

По предписанию контролирующих органов на загрязненных участках комплексное опробование можно осуществлять 3 или 4 раза в год в зависимости от сроков проведения и оценки эффективности реабилитационных экологи­ческих мероприятий.

Контрольные наблюдательные водопункты опробуются эпизодически - как правило, в период летней межени. Они могут быть использованы для выявления источников загрязнения гидросферы при скрытых порывах трубопрово­дов, при оконтуривании площади поверхностного загрязнения и в других ава­рийных ситуациях. На контрольных водопунктах отбирают пробы воды для определения содержания нефтепродуктов, ионов хлора, а также общей жест­кости воды.

Интенсивность загрязнения подземных вод в первом приближении можно выразить с помощью коэффициента Сотн. Он рассчитывается как отношение абсолютного содержания компонента к его ПДК. С учетом значения этого коэффициента выделяют две стадии загрязнения: допредельное (Сотн<1) и сверх­предельное (Сотн>1). Первая стадия - концентрации выше фоновых, но не превышающие ПДК свидетельствуют о начальном этапе загрязнения. Вторая стадия характеризует устойчивое загрязнение, а при Соти > 100 экстремальная интенсивность свидетельствует о чрезвычайно опасной экологической обстановке.

Фактические данные на объектах нефтяного загрязнения при Сотн= 1-г10 соотносятся с площадью загрязнения участков подземных вод 0,02-0,05 км2, при Соти>10 площадь таких участков достигает 1 км2 и более.

В табл. 7.6 приведены нормативы концентраций нефтепродуктов, необходимые для проведения оперативного контроля поверхностных и подземных вод в районах нефтедобычи.

Формирование наблюдательной сети в пределах локального объекта производится поэтапно, с учетом стадийности работ, качества и количества требуе­мой информации. Основной принцип - постепенное увеличение количества наблюдательных водопунктов по мере освоения объекта с целью достижения его наибольшего охвата как в плане, так и в разрезе.

Типовая конструкция наблюдательной гидрогеологической скважины дол­жна предусматривать возможность проведения измерительных работ в тече­ние всего периода разработки месторождения и обеспечивать качественный контроль состояния пресных подземных вод на всю мощность водоносных горизонтов. Должна быть предусмотрена также установка водоподъемного обо­рудования для производства откачек.

Как правило, для наблюдения за качеством вод напорных горизонтов гидрогеологические скважины имеют следующую конструкцию.

Рыхлые четвертичные отложения различного генезиса перекрываются обсадной колонной диаметром 259 мм, которая цементируется до устья, для обес­печения надежной изоляции горизонта пресных вод от поверхностного загряз­нения. Далее производится бурение под колонну диаметром 168 мм, в нижней части которой устанавливают щелевой фильтр и отстойник (2 м).

Таблица 7.6 - Предельно допустимые концентрации нефтепродуктов в природных водах

Наименование загрязнителя Лимитирующие показатели вредности ПДК, мг/дм3
хозяйственно-питьевые водоемы рыбохозяйственные объекты
Нефть и нефтепродукты Органолептические 0,3 0,05
Нефть высокосернистая -//- 0,1  
Этилен -//- 0,5  
Мазут -//- 0,3  
Бензин топливный в расчете на углерод -//- од    
Керосин в расчете на углерод -//- 0,1  
Нафтеновые кислоты -//- 0,3  
Бензол Токсикологические 0,5 0,5
Масло соляровое -//-   0,01

Перед опробованием производится замер температуры и уровня воды в скважине или колодце, дебита в родниках. Отбор проб на водорастворенное орга­ническое вещество производят с уровня подземных вод до прокачки скважины. После прокачки скважины, предусматривающей полную замену технической воды в скважине пластовой, производят отбор проб воды глубинным пробоот­борником с интервалов перфорации.

Отбор, необходимую консервацию, хранение и транспортировку проб воды производят в соответствии с требованиями ГОСТ 24481 -80. Отбор проб производят в стеклянную химически чистую посуду, которую (за исключением про­бы на РОВ) ополаскивают исследуемой водой 2-3 раза.

Методы анализа химического состава подземных вод применяют аналогич­но определению компонентов в поверхностных водах.