Методы оперативного газогеохимического контроля процессов техногенеза в геологической среде нефтегазовых месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горный институт УрО РАН

Методы оперативного газогеохимического контроля процессов техногенеза в геологической среде нефтегазовых месторождений

Б.А. Бачурин, А.А. Борисов

Пермь

Формирование очагов нефтяного и нефтепродуктового загрязнения в приповерхностной части разреза, вплоть до образования их техногенных скоплений - явление довольно распространенное для объектов добычи, переработки, хранения и транспорта углеводородного сырья. Источниками этого, как правило, являются аварийные ситуации на различных инженерных объектах. Учитывая, что геологическая среда является «закрытой» от прямого наблюдения элементом природной среды, прогноз возможности возникновения таких ситуаций и идентификация источников нефтезагрязнения во многих случаях значительно затруднена. Особые проблемы в идентификации очагов нефтезагрязнения возникают на нефтяных месторождениях, где их формирование может происходить не только за счет аварийных утечек из многочисленных поверхностных нефтепромысловых объектов, но и за счет глубинных источников - перетоков из продуктивной части разреза по дефектным скважинам или зонам повышенной трещиноватости осадочного чехла. Во многих случаях данные пути поступления пластовых флюидов в зону активного водообмена выступают как элементы общей природно-техногенной геогидродинамической системы, дополняющие друг друга и приводящих к сложному перераспределению мигрирующей нефти в надпродуктивной части разреза вплоть до поверхностной разгрузки.

К числу наиболее информативных методов картирования зон нефтяного загрязнения геологической среды относятся различные модификации газогеохимических съемок, основанные на исследовании состава подпочвенного воздуха, сорбированных и водорастворенных газов [2]. Вместе с тем, многообразие факторов, влияющих на формирование приповерхностного газогеохимического фона нефтяных месторождений, часто затрудняет разделение его природной (вертикальные «ореолы рассеяния») и техногенной составляющих и интерпретацию генезиса выявляемых газовых аномалий. Результаты режимных эколого-гидрогеологических наблюдений в районах буровых работ и действующих нефтепромысловых объектов показали, что формирование локальных газовых аномалий в приповерхностной части разреза может быть связано с как дегазацией разбуриваемых интервалов разреза, так и с фильтрацией загрязненных стоков из поверхностных котлованов. Во многих случаях данные процессы формируют в грунтовых водах «наложенные» углеводородные аномалии, разубоживание которых до естественного фона носит длительный характер. Это определяет необходимость не только оценки генезиса геохимических аномалий нафтидного типа, но и учета их возможной трансформации под влиянием гипергенных факторов.

На примере ряда объектов Пермского Прикамья рассмотрены методические особенности использования газогеохимических методов для картирования зон нефтяного (нефтепродуктового) загрязнения приповерхностной части разреза и идентификации различных источников их формирования: перетоки по стволам и затрубному пространству дефектных скважин, утечки из поверхностных объектов хранения нефти и ГСМ, аварии на нефтепроводах, влияние очагов нефтезагрязнения ландшафтов [1]. При проведении данных исследований апробирована атмогазогеохимическая съемка, основанная на экспресс-анализе состава подпочвенного воздуха с использованием высокочувствительного газоанализатора Ecoprobe-5 (производство фирмы RS DINAMICS Ltd, Чехия) [3]. Сочетание в данном приборе фотоионизационного (ФИД) и инфракрасного (ИК) детекторов позволяет параллельно фиксировать по отдельным каналам концентрацию метана, суммарного содержания углеводородов С1-С5 (УВГ), диоксида углерода (чувствительность 20 ppm) и суммарное содержание летучих органических соединений ЛОС (чувствительность 0,1 ppb). В перечень замеряемых ЛОС входит более 150 веществ (алканы ряда С4-С11, алкены С2-С6, бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, органические кислоты, спирты, эфиры, хлорированные углеводороды, азот- и сераорганические структуры), что позволяет фиксировать присутствие не только углеводородных соединений нефтей, но и продуктов их трансформации. Измерительный процесс в приборе построен таким образом, что замер концентрации компонентов при прокачке подпочвенного газа происходит по-интервально, т.е. фиксируется концентрация в каждую единицу времени, а по окончании замера вычисляется среднее значение. Это позволяет учитывать фильтрационные свойства опробуемых грунтов и выводить результаты исследований в двух режимах: среднее значение концентрации (Сср), вычисленное по результатам обработки динамики изменения показателя за время откачки, и максимальное значение концентрации (Сmax), зафиксированное во временном интервале проведения замера.

Особое значение имеет тип загрязняющего геологическую среду вещества. Наиболее значительная эмиссия углеводородных газов наблюдается в случае наличия легколетучих веществ, характеризующихся высокой миграционной способностью. Это в полной мере относится к «свежему» нефтяному загрязнению, сформированному за счет глубинных источников. Менее интенсивные масштабы газового «дыхания» почво-грунтов отмечаются в случае наличия источников таких малолетучих веществ, как окисленные нефти и нефтепродукты, трансформаторные масла, некоторые фенолы и т.п.

Установлена зависимость характера эмиссии газов от возраста загрязнений, что обусловлено особенностями биодеградации органических соединений в приповерхностной части разреза. Отмечено, что в случае поверхностного и «старого» глубинного нефтяного загрязнения процессы деятельности углеводородокисляющих бактерий приводят к повышению содержания в составе газовой фазы метана, диоксида углерода и некоторых летучих гетеросоединений при одновременном снижении концентрации тяжелых углеводородов и кислорода.

Как показывает опыт обследования различных объектов, формирующиеся в приповерхностной части разреза газогеохимические аномалии во многих случаях имеют сложную конфигурацию и неоднородную структуру, что обусловлено как различием литологии и гранулометрического состава зондируемых почво-грунтов, так анизотропностью физических свойств поллютантов, влияющих на их растворимость в воде, подвижность и летучесть. Вместе с тем, сочетание используемых в приборе Ecoprobe-5 аналитических систем обеспечивает получение комплексной информации высокой точности о составе подпочвенных газов, что позволяет судить о возможных источниках формирования данных аномалий и оценить масштабы распространения поллютантов.

Использование газогеохимической съемки для оконтуривания зон нефтяного загрязнения и выяснения их возможных источников апробировано на примере Чураковского и Кокуйского месторождений, где зафиксировано формирование в зоне активного водообмена техногенных скоплений нефти и их разгрузка в поверхностную гидросеть. Если состав разгружающейся нефти на Чураковском месторождении близок к пластовой и практически не имеет явно выраженных признаков биодеградации, что позволяет предполагать о формировании данного очага нефтезагрязнения за счет перетоков из продуктивной части разреза, то нефтепроявления на Кокуйском месторождении носят явные следы гипергенного преобразования, свидетельствующее о поверхностных источниках их возникновения или «старом» характере загрязнения.

Результаты газогеохимических исследований показали, что сформированные в геологической среде зоны нефтезагрязнения достаточно четко отражаются в характере припо верхностного газового фона (рис.). При этом по составу подпочвенных газов выделяются как зоны «свежего», так и «старого» нефтезагрязнения геологической среды. Для последних характерно повышенное содержание в подпочвенном газе летучих органических соединений и диоксида углерода, отражающих процессы биодеградации нефтяных компонентов в зоне гипергенеза. Проведенное зондирование приустьевой зоны прилегающих эксплуатационных скважин показало принципиальную возможность использования экспресс-газоанализатора Ecoprobe-5 для оценки степени их герметичности. Установлено, что активизация вертикального массопереноса компонентов залежей в околоствольном пространстве скважин вследствие нарушения их герметичности сопровождается формированием в приповерхностном газовом фоне высококонтрастных аномалий с «ураганными» концентрациями углеводородных компонентов: содержание метана в подпочвенном воздухе достигает 4,4-7,7%, УВГ - 1,1-31,5%.

картирование загрязнение нефтяной газогеохимический

Рис. Результаты картирования зон нефтезагрязнения экспресс-газоанализатором Ecoprobe-5

Таким образом, проведенные исследования показывают высокую эффективность использования экспресс-газоанализатора Ecoprobe-5 не только для идентификации источников, но и времени нефтяного загрязнения. Преимуществами данного метода является и возможность получения информации непосредственно в полевых условиях, что позволяет оперативно корректировать сеть газогеохимического опробования, в т.ч. осуществлять ее сгущение для выявления аномалий «точечного» типа.

Опыт практического применения методов газогеохимического зондирования показывает принципиальную возможность их использования не только для картирования зон техногенного нефтезагрязнения геологической среды, но и при мониторинговых наблюдениях за состоянием ответственных подземных нефтепромысловых объектов. Наземный комплекс мониторинга представляет собой сеть из отдельных станций наблюдений на базе Ecoprobe-5, специально разработанных для постоянных измерений и оценки масштабов поступления газов в приповерхностную часть из подземных объектов. Наличие модуля передачи данных на базе беспроводного коммуникатора (GPRS) обеспечивает связь с компьютером управления станцией и возможность получения газогеохимической информации в режиме реального времени. Подобные системы мониторинга получили практическую апробацию на подземных газовых хранилищах, затопленных угольных шахтах и калийных рудниках и начинают внедряться на ряде нефтяных месторождений Пермского Прикамья, территориально совмещенных с Верхнекамским месторождением калийных солей [1].

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-05-97607).

Литература

1. Бачурин Б.А. Газогеохимические методы при решении геологоразведочных и геоэкологических задач // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Материалы науч. сессии Горного института УрО РАН. - Пермь: Горный ин-т УрО РАН. - 2005. - С. 44-47.

2. Методические рекомендации по выявлению, обследованию, паспортизации и оценке экологической опасности очагов загрязнения геологической среды нефтепродуктами. - М.: Минприроды РФ. - 2002. - 86 с.

3. Blaha G., Retief E. New method and instrumentation for the soil contamination survey (basic introduction) - http://www.rsdynamics.com

Размещено на Allbest.ru