Науково-практичні основи захисту довкілля під час розробки нафтогазових родовищ України на завершальній стадії

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми – мінімізації впливу на довкілля нафтогазових родовищ на завершальній стадії розробки шляхом розроблення заходів щодо захисту навколишнього середовища. В роботі обґрунтовано можливість довготривалого впливу на довкілля після завершення розробки нафтогазових родовищ, виведення з експлуатації та/або ліквідації об’єктів нафтогазового комплексу. На прикладі Бориславського родовища доведено, що розроблення родовищ на завершальній стадії та виведення їх з розробки може мати суттєві екологічні наслідки і потребує детального вивчення, з точки зору впливу на довкілля. Побудовано карту загазованості приземного шару атмосфери за результатами натурних замірів концентрацій вуглеводневих газів у атмосферному повітрі, визначено зони їх високих концентрацій. Запропоновано заходи з попередження виходу пластових флюїдів на денну поверхню. Встановлено, що внаслідок виникнення аварійної ситуації за рахунок потрапляння пластових вод на поверхню на території нафтогазових родовищ можливе формування техногенних мероміктичних водойм. Загальна мінералізація води зростає за лінійною залежністю із глибиною такої водойми; аналогічна залежність характерна для вмісту хлорид-іону. Встановлено гідрохімічний зв'язок пластових та природних прісних поверхневих і підземних вод внаслідок експлуатації нафтогазового родовища шляхом розрахунку значень попарних кореляційних зв’язків між іонами водорозчинних солей, характерних для пластових вод та «фонових» прісних вод. Отримані закономірності поширення іонів у пластових та природних водах дозволили запропонувати спосіб встановлення наявного впливу пластових вод на підземні прісні водоносні горизонти та поверхневі води, за низьких значень мінералізації води. Встановлено регресійні залежності між основними іонами у засолених і незасолених ґрунтах, що дозволило створити наукові засади розробки методу знесолення забруднених пластовими водами ґрунтів із застосуванням розчину сульфату магнію у ході проведення рекультиваційних робіт. У незасолених грунтах найбільшого впливу в залежності від вмісту інших макрокомпонентів у грунтах зазнають концентрації гідрокарбонатів, кальцію, магнію, рН та токсичних солей, отримані нами залежності для цих складових грунту дуже добре корелюють із значеннями отриманими шляхом натурних замірів. Менш тісні кореляційні зв’язки між змодельованими та реальними значеннями у в грунтах першої групи зафіксовано для вмісту хлоридів та сульфатів. Помірний кореляційний зв'язок між модельними та реальними значеннями зафіксовано для концентрацій натрію, щільного залишку та нафтопродуктів. Для вмісту калію лінійна багатофакторна залежність у грунтах першої групи відсутня. У грунтах з вмістом токсичних солей понад 500 мг/кг тісні кореляційні зв’язки між модельними та реальними значеннями вмісту макрокомпонентів у грунтах встановлено для вмісту хлоридів, кальцію, магнію, натрію, калію, щільного залишку, токсичних солей. Помірний кореляційний зв'язок між розрахованими значеннями та значеннями визначеними аналітично встановлено для концентрацій рН, гідрокарбонатів, сульфатів. Регресійна залежність у грунтах другої групи відсутня для вмісту нафтопродуктів. Запропоновано спосіб відновлення засолених ґрунтів, що зазнали впливу пластових вод, із застосуванням розчину сульфату магнію; визначено оптимальні концентрації розчину для найбільш ефективного застосування, встановлено послідовність виконання технологічних операцій. Розроблено СОУ 90.0-00135390-128:2012 «Технологія відновлення ґрунтів, засолених супутньо-пластовими водами» (наказ про впровадження стандарту № 68 від 28.02.2012 року). Розроблено технологію знесолення мероміктичних водойм. Зокрема, встановлено сумісність вод кратера свердловини 5 із пластовими водами Рибальського родовища та запропоновано принципову технологічну схему підготовки води вказаного кратера для подальшого використання в системі підтримання пластового тиску Рибальського родовища. Практична цінність отриманих в роботі результатів підтверджується результатами промислових випробувань, двома патентами на корисну модель, розробленими нормативними документами та актами впровадження результатів дисертаційної роботи у виробничі процеси.

The relevant scientific and practical task of minimizing the environmental impact of oil and gas fields at the final stage of development was solved in the thesis by developing measures for environmental protection. The possibility of long-term environmental impact after completion of oil and gas fields development, decommissioning and/or liquidation of oil and gas complex objects was justified. On the example of Boryslav field it was proved that the development of the fields at the final stage and their withdrawal from development can have significant environmental consequences and requires detailed study from the point of view of environmental impact. A map of gas pollution of the atmosphere surface layer was built based on the results of natural measurements of hydrocarbon gases concentrations in the atmospheric air, and the zones of high concentrations were determined. Measures for preventing the reservoir fluids broaching on the surface were proposed. The interconnections between reservoir water ions were studied. The results of the calculations show that there is a strong direct correlation between the total mineralization of water and the concentration of sodium and calcium cations (correlation coefficients are 0,97 and 0,82 respectively), and anion chloride (correlation coefficient is 0,99). Respectively, a strong correlation is also observed between anion chloride and calcium anion (correlation coefficient is 0,84), anion chloride and sodium cation (correlation coefficient is 0,96). Calcium and sodium cations have a moderate direct relationship (correlation coefficient is 0,67), which is close to the value of strong one (0,70). Similarly, an inverse moderate relationship is observed between calcium cation and sulfate anion (-0,63). In this case the closeness of the correlation relationship also approaches the value of strong one. The author determined that the formation of man-made meromictic reservoirs is possible as a result of an emergency due to reservoir water reaching the surface within oil and gas fields. Moreover, the total mineralization of water increases linearly with the increasing of the reservoir depth. A similar dependence is characteristic of the chloride ion content. Hydrochemical relationship between reservoir and natural fresh surface and groundwater due to the exploitation of the oil and gas field was determined by calculating the values of pairwise correlation between the water-soluble ions characteristic of the reservoir water and the “background” freshwater. Obtained regularities of ion propagation in reservoir and natural waters allowed to offer a method of determining the presence of reservoir water influence on underground fresh water-bearing horizon and surface waters at low values of water mineralization. Regression dependences were determined between the main ions in saline and nonsaline soils, which made it possible to make scientific fundamentals for the development of the desalinizing method of soils that were contaminated with reservoir waters with the use of magnesium sulfate solution during the reclamation works. In non-saline soils the concentrations of hydrocarbonates, calcium, magnesium, pH, and toxic salts undergo the greatest influence depending on the content of other macro components in soils. The dependences obtained for these soil components correlate very well with the values obtained by field measurements. Less correlation between the simulated and real values in the soils of the first group was fixed for the chloride and sulfate content. A moderate correlation between model and real values was fixed for concentrations of sodium, dense residue and oil products. There is no linear multivariate dependence for potassium content in soils of the first group. A strong correlation between model and real values of the content of macro components in soils with toxic salts content higher than 500 mg / kg was determined for the content of chlorides, calcium, magnesium, sodium, potassium, dense residue, toxic salts. A moderate correlation was determined between the calculated values and the values defined analytically for concentrations of pH, hydrocarbons, sulfates. The regression dependence in the soils of the second group was absent for the oil products content. The method of restoration for saline soils exposed to reservoir waters with the use of magnesium sulfate solution was proposed, the optimum concentration of the solution for the most effective application was determined, the sequence of technological operations was determined. The optimum washing time of the soil salted by reservoir waters is 1200 s. In general, during one cycle of washing the concentration of hydrocarbonates is reduced by 28%, chlorides by 38%, calcium by 36%, sulfate content by 13%, sodium content by 32%, dense residue by 29%, toxic salts content by 35%, magnesium content remained unchanged. The conducted studies showed that the treatment of saline soils with a solution of magnesium sulfate at a concentration of 0,3 mol/dm3 helps to reduce the content of chlorides, sodium, calcium, while the content of magnesium and chlorides increases, but the total content of toxic salts and dense residue in the soil decreases by 60,9% and 45,6% respectively. The method of restoration for saline soils exposed to reservoir waters with the use of magnesium sulfate solution was proposed, the optimum concentration of the solution for the most effective application was determined, the sequence of technological operations was determined. SOU 90.0-00135390-128: 2012 “Technology of restoration of soils salted by concommitant reservoir waters” was developed (order on implementation of standard No. 68 from 28.02.2012). The technology of elimination of meromictic reservoirs salinization was developed. In particular, the compatibility of the crater waters with the reservoir waters of Rybalske field was determined, basic technological scheme of preparation of the crater water for further use in the system of reservoir pressure support of Rybalske field was proposed. The practical significance of the results obtained in the thesis is proved by the results of industrial tests, two utility model patents, developed normative documents and acts of implementation of the dissertation thesis results in production processes.