Опыт локализации и ликвидации нефтяного загрязнения на одном из предприятий нефтекомплекса

Подробности

Автор: Богданович А.М.

В результате утечек нефтепродукта на протяжении всего периода функционирования предприятия (с конца 30-х годов и до настоящего времени) на его территории образовалась линза подпочвенных скоплений нефтепродуктов, залегающая на поверхности грунтовых вод. Территория предприятия расположена в долине реки, которая протекает через город. Долина реки заполнена гравийно-галечными отложениями с песчаным, песчано-глинистым или глинистым заполнителем, которые с глубины 10-23 м подстилаются озерно-лиманными глинами, выполняющими роль водоупора. С поверхности гравийно-галечные отложения перекрыты насыпным грунтом (валуны, щебень, галечник, строительный мусор, песок, суглинок), мощность которых достигает 3-4 м. Уровень подземных вод залегает на глубине порядка 4,5-5 м от поверхности земли. Коэффициент фильтрации гравийно-галечных отложений 20-60 м/сут.

До начала работ (компания «ГИДЭК» была привлечена для решения геоэкологических проблем в 1994 г.) масштабы загрязнения определялись достаточно приближенно при инженерно-геологических изысканиях по замазученности грунта. Кроме этого фиксировались прорывы жидкого нефтепродукта при рытье котлованов и прокладке трубопроводов. Наиболее заметно загрязнение проявлялось в виде постоянных высачиваний жидкого нефтепродукта в реку, которое сильно ухудшало экологическую обстановку в городе. Проводимые до 1994 г. мероприятия по защите реки от нефтепродуктов состояли в сооружении канав вдоль русла реки, перехватывающих нефтепродукт. Однако канавы заплывали, частые паводки на реке разрушали их.

В начале девяностых годов предприятие приложило усилия для реализации мероприятий по защите реки от нефтяного загрязнения. Были реализованы проекты сооружения противофильтрационной завесы и дрены вдоль реки. Однако проекты основывались не на реальных геологических и гидрогеологических данных, поэтому и не привели к заметному улучшению экологической обстановки. Массы жидкого нефтепродукта накапливались перед противофильтрационной завесой, после чего через ослабленные зоны в ее теле или в обход мигрировали в сторону реки.

Компания «ГИДЭК» была привлечена к работам в 1994 г. На первом этапе были решены следующие задачи:

- оценены масштабы загрязнения, оконтурена линза подпочвенных скоплений нефтепродукта;

- создана режимная сеть наблюдательных скважин для мониторинга геоэкологической среды;

- детализировано геологическое строение и гидрогеологические условия территории;

- проведены работы по подготовке опытного куста скважин для изучения возможности локализации и ликвидации загрязнения.

Линза была закартирована путем бурения режимно-картировочных скважин, общее число которых достигло 70 (включая опытно-экслуатационные). Линза подвижного нефтепродукта вытянута вдоль реки. Ее протяженность составляет около 1000 м. Поперечные размеры линзы 150-180 м. Максимальная мощность в ее центральной части в районе скважин №№33он, 34он, 35он достигает 1,5-2 м (Рис.1). Нефтепродукт представляет собой смесь легких углеводородов (бензин, дизтопливо) с тяжелыми (нефть, мазут). Средняя плотность нефтепродукта в линзе находится на уровне 0,85-0,86 г/см³, вязкость – порядка 2,5-3,5 сСт. Отмечено, что в краевых частях линзы вязкость нефтепродукта увеличивается до 5-7 сСт.

Проведенные геофизические работы (наземная электроразведка, радиолокация и вертикальное электрическое зондирование – ВЭЗ) позволили в первом приближении (метод радиолокации) оконтурить линзу (далее эти данные были использованы для размещения режимно-картировочных скважин), детализировать геологический разрез (оказалось, что нефтепродукт залегает в гравийно-галечниковых отложениях с существенно глинистым заполнителем, коэффициент фильтрации которых в несколько раз меньше скорости фильтрации основной части водоносного горизонта). Кроме этого были получены данные, позволяющие судить о целостности построенной ранее противофильтрационной завесы (стенка в грунте). Было доказано, что на ряде участков завесы имеются ослабленные зоны, через которые нефтепродукт может просачиваться. В последствии это было подтверждено самим фактом высачивания нефтепродукта в реку на указанных участках.

На основании данных мониторинга были построены карты распространения линзы, ее мощности, уровней подземных вод (Рис.1). Это, а также результаты геоэкологических обследований территории позволили определить наиболее опасные в геоэкологическом отношении участки, где были заложены опытные кусты скважин №№1Д и 2Д.

На базе этих скважин, на втором этапе работ были проведены опытные работы, которые позднее перешли в разряд опытно-эксплуатационных. В ходе опытных работ подбирался режим откачки нефтепродукта. С учетом геологического строения и гидрогеологических условий было принято решение об организации здесь откачки нефтепродукта по двухнасосной схеме, когда нижний «водяной» насос откачивает воду, а верхний – нефтепродукт. Откачки нефтепродукта из этих скважин в 1995 г. позволили ликвидировать высачивание нефтепродуктов в реку и предотвратить его миграцию в сторону города. Существенно снизились мощности нефтепродукта в наблюдательных скважинах, попадающих в зону влияния откачки (примерно в 1,5-2 раза).

Параллельно с опытными откачками продолжались работы по мониторингу геологической среды (режимные наблюдения за уровнями нефтепродукта и воды, определение мощности нефтепродукта в скважинах, геоэкологические обследования). Это позволило более детально оконтурить линзу, изучить внутреннее ее строение. Результаты режимных наблюдений заносились в базу данных, компьютерная обработка которой позволяло строить карты мощностей линзы и уровня ее поверхности на различные периоды времени в годовом разрезе. Были проанализированы изменения мощности нефтепродукта по скважинам наблюдательной сети в годовом разрезе и сопоставлены с изменениями нефтеотборов из опытно-эксплуатационных скважин. В частности было выявлено, что в ряде случаев снижение нефтеотбора происходит в периоды быстрого подъема уровней подземных вод. На отдельных участках линзы мощности нефтепродукта существенно менялись (увеличивались или, наоборот, снижались). Все это потребовало какого-то научно-обоснованного объяснения. В качестве инструмента изучения процессов, влияющих на состояние линзы, оцениваемое по скважинам режимной сети, а также на нефтеотбор было выбрано математическое моделирование фильтрации несмешивающихся разноплановых жидкостей (нефть-вода) в зоне аэрации. Здесь математическое моделирование использовалось для следующих целей:

- изучения физических закономерностей фильтрации нефтепродукта в гидрогеологических условий долины реки;

- прогноза очистки территории предприятия от подпочвенных скоплений нефтепродукта путем их откачки.

Применительно к первому пункту однозначно доказано, что изменения содержания нефтепродукта в ласте, связанные с отработкой линзы, происходят достаточно медленно, в то время как кратковременные естественные колебания уровней, приводящие к перераспределению нефтепродукта по вертикали, могут происходить очень быстро и существенно сказываются на характере нефтеотбора.

Для прогноза очистки территории была создана плановая математическая модель фильтрации двух несмешивающихся жидкостей в безнапорных условиях на основе программы ARMOS, которая была откалибрована по результатам опытной эксплуатации в 1995-97 г.г., детализирована и верифицирована по данным опытной эксплуатации скважин в 1998-99 г.г.

Оперативный анализ изменения состояния линзы позволил выявить ряд потенциально опасных участков, на которых было рекомендовано соорудить опытно-экслуатационные скважины дополнительно к уже существующим. Так, сооружение скважин №№1Э, 2Э, 3Э, 4Э, 6Э позволила в течение относительно короткого времени их эксплуатации по двухнасосной схеме блокировать выходы нефтепродукта в реку на всем протяжении территории предприятия, а также локализовать и существенно снизить экологическую напряженность в данном районе.

Анализ опытной эксплуатации скважин в 1995-96 г.г. позволил нам прийти к выводу о достаточной надежности способа локализации нефтепродукта в пределах территории предприятия путем водопонижения. С помощью математического моделирования было доказано, что возможно создать единую депрессионную воронку с краями ниже уреза воды в реке. Это позволит предотвратить выходы нефтепродукта в реку и в тоже время создаст благоприятные условия для извлечения нефтепродуктов из дренажных скважин путем их откачки. Моделирование извлечения нефтепродукта показало, что этот процесс весьма длительный. Притоки нефтепродукта к дренажным скважинам будут падать, и надеяться на скорую ликвидацию линзы не приходится, особенно когда постоянно происходит подпитка линзы за счет утечек нефтепродукта в результате функционирования предприятия. Поэтому требуется постоянно действующая система защиты. Предложенная защитная дренажная система (ЗДС) была рассчитана таким образом, что достигла полный контроль над всей прибрежной территорией предприятия даже в периоды высокой водности. Проблема утилизации попутных дренажных вод, загрязненных растворенными нефтепродуктами, был решен путем их закачки обратно в пласт.

По результатам опытной эксплуатации был разработан технологический регламент после чего защитная дренажная система была передана в ведение служб предприятия.

В настоящее время ЗДС состоит из четырех основных постоянно работающих дренажных скважин (№№ 1Д, 2Э, 5Э, 6Э), двух резервных дренажных скважин (№№3Э и 7Э) и пяти закачных скважин (№№1Ц, 2Ц – южный узел и №№3Ц, 4Ц, 5Ц – северный узел).

Система водопонижения создает единую воронку депрессии на территории предприятия и позволяет держать ситуацию под контролем. Параллельно с водопонижением производится откачка нефтепродуктов.

Таким образом, на территории предприятия функционирует защитная дренажная система, которая с одной стороны, локализует нефтепродукт и блокирует его разгрузку в реку, а также его растекание в сторону города, с другой стороны обеспечивает откачку нефтепродукта (Рис.2).

Опыт работы компании «ГИДЭК» позволил наработать ряд эффективных подходов при разработке современных технологий по локализации загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами на предприятиях нефтяного комплекса, которые включают:

- методику оценки масштабов нефтяного загрязнения геологической среды и объемов подпочвенных скоплений нефтепродуктов с применением комплекса современных методов исследований;

- методику проведения опытных работ по оценке возможности локализации и ликвидации загрязнения;

- методику научного обоснования инженерных мероприятий по локализации и ликвидации нефтяного загрязнения на основе методов математического моделирования двухфазной фильтрации несмешивающихся жидкостей (система нефтепродукт-вода);

- анализ технических средств и специального оборудования, эффективного при реализации инженерных мероприятий по локализации и ликвидации нефтяного подпочвенного загрязнения.

Разработанные и опробованные методики и технологии компанией «ГИДЭК» нашли применение и на других объектах загрязнения геологической среды нефтепродуктами после их адаптации к конкретным условиям объекта.