logo1-color

Методика оценки нефтепродуктового загрязнения геологической среды на отдельных объектах Поволжья

Рассмотрена методика проведения работ по выявлению и оценке загрязнения геологической среды нефтепродуктами, отработанная ГИДЭК за двадцатилетний период исследований на объектах хранения и переработки нефти Поволжского региона. Результаты исследований, полученные в ходе проведения работ по предложенной методике, позволили разработать ряд технических проектов по строительству дренажных защитных сооружений р. Волги с последующей их реализацией. Ключевые слова: нефтепродукты, мониторинг, загрязнение подземных вод, нефтенасыщенность, водонефтяной контакт.

Нефтяное загрязнение геологической среды формируется на фоне хозяйственной деятельности, связанной с добычей, сбором, хранением, очисткой, переработкой и транспортировкой нефти и нефтепродуктов, т.е. на всех этапах работы с углеводородным сырьём.

В Поволжье широко распространены предприятия и объекты, занимающиеся добычей углеводородного сырья на НГК месторождениях, протянута «паутина» тысяч километров магистральных нефтепроводов, а вместе с ними организованы нефтеперекачивающие станции, нефтеперерабатывающие заводы, нефтебазы, аэропорты.

Исторически сложилось, что большая часть нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз организована в прибрежной зоне р. Волги и её притоков. В период их строительства (в конце XIX, начале XX века) транспортировка грузов по воде была наиболее доступным и дешёвым видом транспорта, с чем и связано расположение нефтеемких предприятий в прибрежной зоне. В свою очередь, это положение было и остается угрозой для поверхностных вод р. Волги, которые служат источником водоснабжения для многих крупных городов и населенных пунктов Поволжья.

По опыту работ ЗАО «ГИДЭК», можно утверждать, что наличие утечек из хранилищ жидкого топлива скорее правило, чем исключение. Очень часто утечки происходят из подземных емкостей и трубопроводов, что затрудняет их своевременное обнаружение, приводит к значительным потерям нефтепродуктов и загрязнению подземного пространства. В ряде случаев количество попавшего в подземную гидросферу нефтепродукта измеряется сотнями и тысячами кубических метров. По многим показателям такое загрязнение может оказаться даже опаснее, чем поверхностные разливы нефтепродуктов, которым уделяется значительно больше внимания:

во-первых, разливы нефтепродуктов на поверхность квалифицируются как «явная опасность» и оперативно устраняются;

во-вторых, в случае поверхностных разливов значительная часть нефтепродуктов обычно задерживается в верхней части зоны аэрации и не достигает уровня подземных вод; при подземных утечках загрязнение попадает непосредственно на поверхность грунтового водоносного горизонта;

в-третьих, скорость естественной деградации этого вида загрязнения существенно ниже скорости его поступления в подземную гидросферу. Сформировавшиеся на поверхности грунтового водоносного горизонта зона свободных нефтепродуктов может загрязнять подземные воды в течение десятков и сотен лет.

Как известно, в недрах нефтепродукты находятся в следующих формах: самостоятельная несмешивающаяся с водой жидкая фаза, находящаяся в подвижном состоянии или в остаточном насыщении (неподвижном состоянии) как в зоне аэрации, так и в зоне насыщения; в газовой фазе; в сорбированном состоянии; в растворенном состоянии в грунтовых водах.

При утечках значительных количеств нефтепродуктов, на начальной стадии, происходит преимущественно вертикальная фильтрация до тех пор, пока нефтепродукты не достигнут уровня грунтовых вод, где и формируется зона «свободных нефтепродуктов». Дальнейшее движение гравитационно-подвижных углеводородов происходит вниз по уклону зеркала грунтовых вод к области разгрузки, в нашем случае к р. Волге.

В ЗАО «ГИДЭК» наработан большой опыт работ по объектам нефтяного загрязнения, отработана методика их проведения. Значительный объём исследований проводится в Поволжье. Для решения поставленных задач выполняется определенный комплекс работ, включая традиционные методы оценки загрязнения геологической среды и нетрадиционные. Последние имеют достаточно высокую эффективность и быстроту исполнения и, что особенно важно при проливах (утечках), дают возможность своевременно оценить масштабы и площади распространения потерянных нефтепродуктов, а также оценить объёмы их подпочвенных скоплений, что очень важно для рекомендаций способов очистки загрязнённой нефтепродуктами территории.

К основным традиционным методам оценки загрязнения геологической среды нефтепродуктами, которые играют немаловажную роль в оценке ущерба, относятся: сбор, систематизация и анализ имеющихся материалов ранее выполненных исследований; рекогносцировочное эколого-гидрогеологическое обследование территории, в том числе потенциальных источников загрязнения; наземные геофизические исследования; ревизия скважин и других выработок, буровые работы; мониторинг подземных вод; химико-аналитические работы, в основном, на определение растворенных нефтепродуктов.

Однако, к наиболее результативным исследованиям, следует отнести следующие виды работ: атмогеохимическая съемка; бурение параметрических скважин с целью поинтервального опробования пород на нефте-водонасыщенность; оконтуривание площади плавающих на поверхности подземных вод «линз» нефтепродуктов с целью оценки запасов техногенных залежей.

Атмогеохимическая (газохимическая) съемка территории проводится с целью предварительного оконтуривания ореолов загрязнения нефтепродуктами геологической среды, выявления возможных источников загрязнения, уточнения местоположения проектируемых скважин. По результатам съёмки выделяются зоны подпочвенного скопления летучих углеводородов. Для контроля используется переносной фотоионизационный газоанализатор «Колион – 1А», предназначенный для количественного определения концентрации токсичных и особо вредных веществ (паров углеводородов нефти и нефтепродуктов и пр.) в воздухе. Газоанализатор «Колион – 1А» определяет до 70 компонентов 2 – 4 класса опасности, в т.ч. углеводороды нефти. Диапазон измерения – 5 – 2000 мг/м3.

Для проведения исследований концентрации подпочвенного скопления газа проводится площадное бурение скважин малого диаметра на глубину до 0,5 м, в которых газоанализатором через 5 секунд фиксируется концентрация вещества. Значения сравниваются с фоновыми показателями, полученными в точках, расположенных выше по потоку грунтовых вод от места расположения источника загрязнения, с помощью навигатора проводится географическая привязка точек измерений.

Так, например, в зоне влияния одной из старых (эксплуатируется более 110 лет) нефтебаз, расположенной на берегу р. Волги, атмогеохимические исследования проводились как на территории, с шагом 30 – 100 м между точками опробования, так и за пределами предприятия по направлению потока грунтовых вод к реке (рисунок 1). В результате выявлены приповерхностные газовые аномалии, связанные с присутствием в зоне аэрации и зоне полного водонасыщения источников паров нефтепродуктов, идентифицируемых как подземные скопления техногенных углеводородов. Газогеохимические аномалии, генетически и пространственно связанные с газогенерирующими грунтами, загрязненными нефтепродуктами, выделяются при содержании в грунтах паров бензина >0,01% и CO2 >0,2-0,3% об. (по объему).

statia-17-ris-1

По результатам геоэкологического обследования и атмогеохимической съемки, с учётом местоположения потенциальных источников загрязнения и направления потока грунтовых вод, намечаются профили по бурению параметрических скважин. Проходка скважин осуществляется «всухую» ударно-механическим способом, с полным отбором керна, без обустройства их фильтровой колонной. Производится визуальное обследование керна и поинтервальный отбор проб грунта грунтоносом на определение в лаборатории пористости, водо-, нефтенасыщенности, содержания нефтепродуктов в грунтах зоны аэрации и нефте-водонасыщенной толщи и гранулометрического состава.

Измеряемая мощность нефтепродуктов в пласте является важным, но не определяющим фактором, необходимым для оценки запасов техногенных залежей. Объем нефтепродуктов в грунтах будет соответствовать объему нефтепродуктов в скважине лишь в однородных хорошо проницаемых грунтах, тогда как для территории распространений нефтепродуктовых линз Поволжья характерны суглинистые, а также мелко-тонкозернистые пески с высокой степенью неоднородности.

Интервал отбора образцов определяется глубиной залегания уровня грунтовых вод и нефтепродуктов, а также результатами визуального обследования керна, поднятого при бурении скважин, в среднем интервал отбора керна составляет 1,0 м. Во избежание испарения нефтепродуктов, образцы помещаются во влажные стеклянные банки, закатываются металлическими крышками. По данным лабораторных исследований строятся профили загрязнения грунтов зоны аэрации и профили нефтенасыщенности (рисунок 2).

statia-17-ris-2

По результатам параметрического бурения уточняется оптимальная сеть наблюдательных скважин для ведения мониторинга состояния недр на выявленном очаге нефтепродуктового загрязнения геологической среды.

При определении глубины и конструкции наблюдательных пунктов учитывается: положение и величина годовой амплитуды колебания уровней грунтовых вод; необходимость песчано-гравийной обсыпки фильтров до 5 см на сторону на 1 м выше его рабочей части; мощность слоя нефтепродуктов. В конструкции наблюдательной скважины при нефтепродуктовом загрязнении есть своя особенность. Они оборудуются незатопленными фильтрами на глубину 4-5 м под уровень грунтовых вод.

Наблюдательная сеть скважин должна охватывать всю площадь загрязнения нефтепродуктами, а также ту часть геологического пространства, которая может быть подвергнута загрязнению в дальнейшем. В состав наблюдательной сети включаются также колодцы, родники и водозаборные скважины, связанные с загрязнёнными горизонтами, пункты наблюдений за поверхностными водами, площадки для изучения загрязнения почв и грунтов зоны аэрации.

Уровни грунтовых вод и нефтепродуктов, положение водонефтяного контакта определяются путём непосредственных измерений в скважинах наблюдательной сети. Замеры мощности слоя нефтепродуктов, плавающего на поверхности грунтовых вод, производятся одновременно с замерами их уровней прибором ИУН, изготовленным фирмой «ГИДЭК-ТЕНЗОР». Регулярно промеряется глубина скважины для слежения за состоянием чистоты фильтровой водоприемной части. Перед отбором проб воды на загрязнения подземных вод растворенными нефтепродуктами, проводится прокачка скважин с целью привлечения пластовой воды. Одновременно с пробами воды из наблюдательных скважин, в зоне разгрузки грунтовых вод с территории нефтебазы производится контрольный отбор проб из поверхностных вод.

По результатам режимных наблюдений корректируется местоположение линзы нефтепродуктов, а также площади распространения загрязнённых грунтовых вод (рисунок 3).

statia-17-ris-3

Оценка запасов техногенных залежей нефтепродуктовых линз осуществляется на основе данных, полученных при определение пористости, нефте- и водонасыщенности, данных о гранулометрическом составе пород, режимных наблюдений. Общий объем нефтепродуктов на единицу площади может быть определен как:

statia-17-form-1, где:

v0 - объем нефтепродуктов в единице площади;

h- пористость пород;

S0 – насыщенность пород нефтепродуктами;

Zl, Zu – нижний и верхний предел интегрируемости соответствующий нижней и верхней отметкам нахождения нефтепродуктов в пласте.

Для подсчета запасов, общая площадь линзы разбивается на участки распространения нефтепродуктов с градацией по мощности, используются построенные профили нефтенасыщенности, проходящие через эти участки и результаты замеров по скважинам.

Предложенная методика оценки нефтепродуктового загрязнения, наработанная десятилетиями, позволяет предоставлять все необходимые материалы для реализации технического проекта по строительству дренажных защитных сооружений р. Волги и других реабилитационных работ, которые нашли своё применение на многих нефтяных объектах Поволжья и имеют определённый положительный эффект.