Экологические последствия воздействия пластовых вод из устья геологоразведочных скважин (стр. 1 )

На правах рукописи

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАСТОВЫХ ВОД ИЗ УСТЬЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН

Специальность: 03.02.08– экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Тюмень– 2012

Работа выполнена в Западно-Сибирском научно-исследовательском и проектном институте технологий глубокого бурения и в Тюменском государственном университете, г. Тюмень

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

кандидат биологических наук, доцент

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт проблем

освоения Севера (ФГБУН ИПОС СО РАН),

г. Тюмень

Защита состоится 20 апреля в 14-00 на заседании Диссертационного совета ДМ 212.177.05 при Омском государственном педагогическом университете 4, ; e-mail: *****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан «__» марта 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к. б.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На территории России, по экспертным оценкам, за весь период разведки и эксплуатации недр глубоким бурением на нефть и газ было пробурено около 1 скважин разного типа: геологоразведочных и эксплуатационных. По оценкам ученых, в настоящее время примерно 4-5% скважин нераспределенного фонда могут оказаться опасными, и их число постоянно растет (Кондратенко и др., 2011). Скважины, даже законсервированные и ликвидированные по всем правилам и нормам, представляют потенциальную опасность для окружающей среды. Под влиянием изменений в земной коре они могут в любой момент утратить герметичность, что повлечет за собой выделение нефти, газа, сероводорода, пластового рассола.

В сложившейся ситуации актуальной становится оценка характера воздействия поступающих из устья скважин на поверхность пластовых вод, ранжирования скважин по степени экологической опасности для определения очередности проведения ремонтно-изоляционных работ по ликвидации экологически опасных проявлений. Однако, выполнение этой задачи затруднено из-за недостаточной изученности влияния скважин на экологическое состояние прилегающих территорий, а также отсутствия объективной методики ранжирования скважин по степени их экологической опасности.

Цель и задачи исследования. Целью исследований является изучение воздействия пластовых вод из устья геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей на экологическое состояние прилегающих территорий.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Провести рекогносцировочное обследование геологоразведочных нефтегазовых скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей и комплексный химический анализ воды и почвы, взятой в районах расположения скважин.

2. Исследовать биологическую активность проб воды и почвы, собранных в районах расположения скважин.

3. Охарактеризовать состояние растительных сообществ на прилегающих к скважинам территориях по показателям видового разнообразия.

Научная новизна. Впервые в ходе проведения исследований применен комплексный подход в оценке экологического состояния территорий, прилегающих к геологоразведочным скважинам, включающий рекогносцировочное обследование, химический анализ воды и почвы, всестороннюю оценку их биологической активности, включающую биотестирование и цитогенетический анализ, а также оценку видового разнообразия растений.

Практическая значимость. Полученные в ходе исследования результаты характеризуют экологическое состояние территорий в районах геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей и используются для ранжирования скважин по степени их экологической опасности для окружающей среды. На основе проведенных исследований разработан и внедрен в учебный процесс на кафедре экологии и генетики большой специализированный практикум «Биотестирование загрязненных сред».

Положения, выносимые на защиту:

1. Поступление на поверхность высокоминерализованных пластовых вод из устья геологоразведочных скважин (флюидопроявление) оказывает негативное воздействие на экологическое состояние территорий, вызывая засоление почв и обеднение видового состава растений.

2. Биологическая активность пластовых вод, поступающих из устья скважин, проявилась в снижении показателей всхожести, ингибировании роста и развития тест-системы – Lepidium sativum, увеличении частоты хромосомных нарушений.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на международной конференции «Экология, природные ресурсы, рациональное природопользование, охрана окружающей среды» (г. Москва, 2009 г.); на международной научно-практической конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010 г.); на VI научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (г. Ростов-на-Дону, 2010 г.); на научно-методических семинарах в «ЗапСибБурНИПИ» (Тюмень, гг.); на заседаниях кафедры экологии и генетики Тюменского госуниверситета ( гг.).

Личный вклад. Автор принимал личное участие в обследовании 114 из 122 обследованных геологоразведочных скважин. Автором предложена система классификации геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр по степени экологической опасности. Автор самостоятельно провел работы по биотестированию и определению видового разнообразия растений. Весь материал был статистически обработан и оформлен лично автором.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 страницах, содержит 16 таблиц, 6 приложений, иллюстрирована 11 рисунками, состоит из введения, 3 глав, выводов. Список литературы включает 261 источник, в том числе 23 на иностранном языке.

Введение

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы и степень ее проработанности, определяются объект, предмет, цели и задачи исследования, излагаются основные положения, в которых заключается научная новизна исследования, раскрываются научная и практическая значимость работы, приводятся сведения об апробации результатов исследования.

Глава 1. Обзор литературы

Рассмотрены общие принципы и история проведения геологоразведочных работ. Отражены природоохранные аспекты, законодательные акты, категории скважин, подлежащих ликвидации. Особое внимание уделено экологическим проблемам и последствиям, связанным с утратой герметичности геологоразведочных скважин, характеристике пластовых вод. Рассмотрены основные реакции и механизмы адаптации растений к действию загрязняющих веществ и засоления. Определены основные методические подходы к исследованию экологических последствий действия пластовых вод.

Глава 2.Материалы и методы исследований

Исследования были проведены в период с 2008 по 2011 гг. В ходе выполнения работ были обследованы 122 геологоразведочные скважины, расположенные на нераспределенном фонде недр Тюменской и Свердловской областей. Рекогносцировочное обследование геологоразведочных скважин, пробуренных на нефть и газ за счет государственных средств и расположенных на нераспределенном фонде недр, проводили в соответствии с требованиями «Временного технологического регламента по обследованию экологически опасных скважин, находящихся на нераспределенном фонде недр Российской Федерации» (Хахаев, и др., 2010).

Комплексный химический анализ проб воды и почвы был проведен по стандартным методикам в лабораториях Центра лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому Федеральному округу по Тюменской области и Государственной станции агрохимической службы. Определяли содержание в воде и в почве сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, общую минерализацию, водородный показатель, ХПК.

Биотестирование отобранных в ходе рекогносцировочного обследования скважин образцов проб воды и почвы проводили по ГОСТ с использованием тест-системы кресс-салата Lepidium sativum. Цитогенетический анализ проводили по стандартной ацетоорсеиновой методике.

Для определения видового разнообразия растений материал собирали с 2009 по 2011 гг. в Тюменской и Свердловской областях на территориях, прилегающих к 6 скважинам первого класса и 2 скважинам третьего и четвертого классов опасности. Все скважины расположены в Обь-Иртышской и Тавдинской природно-географических провинциях. Для геоботанического описания по общепринятой методике закладывали пробные площади, размером 10х10 м. Характеризовали местоположение участка, отмечали общее проективное покрытие (в %). Определение видов проводили с использованием определителей (Губанов и др., 2004; Королева и др., 1973; Алявдина и др., 1972). Индексы видового разнообразия рассчитывались по общепринятой методике (Бигон и др., 1989).

Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам (Лакин, 1990), а также с использованием статистического пакета анализа программы «Microsoft Excel», «Statistica».

Для упорядоченного хранения информации, полученной в ходе обследования скважин, нами разработана оригинальная база данных с использованием программы «SASPlanet».

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение

3.1.Результаты полевого рекогносцировочного обследования

3.1.1. Распределение обследованных скважин по классам опасности. С 2008 по 2011 гг. были проведены работы по рекогносцировочному обследованию состояния 98-ми скважин на юге Тюменской области и 24-х скважин в восточной части Свердловской области, граничащей с Тюменской областью и ХМАО (юго-западная часть Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции).

Для классификации скважин по степени экологической опасности была разработана методика, позволяющая оценивать скважины по степени воздействия на окружающую среду. К критериям классификации отнесены следующие: поступление на поверхность пластовых вод (флюидопроявление); особенности эксплуатации; нахождение устья скважины в русле реки и на затопляемых территориях; технические характеристики (состояние устья скважины); состояние прилегающей территории; наличие шламовых амбаров.

Согласно предложенной методике из 122 обследованных скважин к первому классу опасности отнесены 26,23 % (32 скважины), ко второму 6,56 % (8 скважин), к третьему 24,59 % (30 скважин), к четвертому 34,43 % (42 скважины) и к пятому 8,20 % (10 скважин) (рис. 1).

Рис.1. Распределение скважин по классам опасности

3.1.2.Распределение скважин по классам опасности с учетом физико-географического районирования. Обследованные скважины по физико-географическому районированию (Гвоздецкий, 1973) расположены на территории Западно-Сибирской физико-географической страны, в двух равнинных широтно-зональных областях: лесной и лесостепной; в семи провинциях: Тавдинской, Кондинской, Тобольской, Ашлыкской, Обь-Иртышской, Курганской и Ишимской.

Особенности природно-климатических условий, несомненно, нашли отражение в той картине распределения скважин по классам опасности, которую мы наблюдаем (табл. 1).

Таблица1. Распределение скважин по классам опасности

с учетом физико-географического районирования

Широтно-зональные области	Провинция	Обследовано скважин	Класс опасности
Число скважин
шт.	%	I	II	III	IV	V
%	%	%	%	%
Лесная	Кондинская	11	9,0	36,3	0	27,3	18,2	18,2
Обь-Иртышская	20	16,4	45,0	0	35,0	15,0	5,0
Тавдинская	50	41,0	28,0	10,0	16,0	36,0	10,0
Ашлыкская	17	13,9	23,5	0	35,3	29,4	11,8
Тобольская	2	1,6	0	0	50	50,0	0
Всего по области	100	81,9	31,0	5,0	25,0	29,0	10,0
Лесо-степная	Ишимская	9	7,4	11,1	0	11,1	77,8	0
Курганская	13	10,7	7,7	15,4	23,1	53,8	0
Всего по области	22	18,1	9,1	9,1	18,2	63,6	0
Всего	122	100,0	27,0	5,7	23,8	35,3	8,2

Сопоставление по частоте встречаемости скважин, отнесенных к разным классам опасности, и расположенных в разных широтно-зональных областях позволило прийти к заключению, что специфика более северных территорий (лесная зона): особенности почв, климата, влияет на состояние скважин, способствуя более скорому их разрушению и разгерметизации.

Из всех представленных классов в лесной области самым многочисленным был первый класс опасности (31,0 % скважин), в то время как в лесостепной зоне – самая высокая частота встречаемости (63,6 %) отмечена в группе менее опасных скважин четвертого класса (табл. 1).

3.1.3.Влияние флюидопроявлений на состояние прилегающей территории. На 40 скважинах первого и второго классов опасности (32,79 % от общего числа обследованных скважин) наблюдаются переливы пластовых вод на поверхность (флюидопроявления), которые вызывают засоление почв. Определение взаимосвязи между исследованными факторами: объем поступающих на поверхность вод (дебит) скважины и площадь засоленных участков позволило выявить положительную коррелятивную связь (r=+0,791) для скважин первого класса опасности (рис. 2).

Рис. 2. Средние показатели объема (дебита), минерализации и площади засоленных участков в различных физико-географических провинциях

Сопоставление площади засоленных участков с учетом биотопической приуроченности показало, что наибольшие площади отмечены в пойме водоемов (рис. 3). Меньшие показатели характерны для таких биотопов как лес и луг. Наши данные согласуются с данными других авторов, утверждающих, что площадь засоления связана с обводненностью ландшафтов.

Рис. 3. Площадь засоленных участков (средние показатели по скважинам I класса опасности) на разных биотопах

3.2.Результаты комплексного химического анализа образцов проб воды и почвы

С целью определения качества пластовых вод, поступающих на поверхность (флюидов) был проведен химический анализ проб воды и почвы, отобранных в районах расположения скважин первого класса опасности.

Химический анализ проб воды из устья скважин и прилегающих к скважинам водоемов выявил неоднозначную картину. Скважины, расположенные в одной природно-географической провинции, могут довольно сильно различаться по содержанию изученных химических элементов. Например, скважины, расположенные в Тавдинской провинции, характеризуются показателями, различающимися в тысячи раз. По изученным показателям в воде, взятой из устья скважин, отмечено превышение ПДК.

Результаты комплексного химического анализа проб воды из водоемов, расположенных на расстоянии от 20 до 100 метров от скважин выявили относительно благополучную ситуацию. Практически по всем показателям: pH, ХПК, содержанию сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, концентрации солей, отмечены значения, не превышающие ПДК.

Для оценки состояния территорий, прилегающих к скважинам, использовали также данные химического анализа проб почвы, взятых в непосредственной близости от скважин (на расстоянии 2м от устья скважин) и на фоновом участке (на расстоянии 200 м от устья скважин). Содержание нефтепродуктов в почве, отобранной у устья скважин, колеблется в пределах от 11,84 мг/дм3 до 11175 мг/дм3 , что многократно превышает аналогичные показатели на фоновом участке. Аналогичная картина выявлена при анализе содержания ионов хлора, нитратов и сульфатов в почве, отобранной в 2 метрах от устья скважин и на фоновом участке. Следует также отметить, что для преобладающего большинства исследованных скважин на фоновых участках изученные показатели не выходят за пределы ПДК.

3.3.Результаты биотестирования пластовых вод, поступающих на поверхность из устья скважин

Биотестирование проводилось на образцах проб воды и почвы, отобранных в районе 29 скважин первого класса опасности, расположенных в провинциях: Тавдинская, Обь-Иртышская, Кондинская и Ашлыкская.