logo1-color


Особенности переоценки запасов подземных вод на водозаборном участке в условиях влияния на него группового водозабора (на примере Западного участка Троицкого месторождения)

Рассмотрены результаты работ по переоценке запасов водозабора Западный 000 «РН-Краснодарнефтегаз». Водозабор расположен на краю крупного Троицкого группового водозабора Троицкого МППВ Краснодарского края. Водоотбор водозабора Западный мал и практически не влияет на гидродинамическую обстановку района. За последние 10 лет Троицкий водозабор использует в год только около 52 % оцененных в 1979 году запасов и значительного увеличения водоотбора не ожидается. Так как запасы Западного водозабора подсчитаны при максимальной нагрузки ТГВ, это привело к значительным изменениям в схеме его эксплуатации при переоценке запасов и необходимости бурения дополнительной скважины.

Ключевые слова: Запасы подземных питьевых вод, гидродинамические условия, численная модель, прогнозные задачи, прогнозные миграционные задачи.

 

В 2012 году ЗАО ГИДЭК проводились работы по переоценке запасов подземных вод на участке действующего водозабора Западный 000 «РН-Краснодарнефтегаз». Это крупное предприятие по добыче и первичной подготовке нефти в Крымском и вСлавянском районах Краснодарского края. Добыча подземных вод необходима для хозяйственно-питьевого и технологического водоснабжения при эксплуатации Анастасиевско-Троицкого газо-нефтяного месторождения. Водозабор расположен на крайнем западном фланге Троицкого водозабора Троицкого месторождения пресных подземных вод (МППВ). В настоящее время ООО «РН-Краснодарнефтегаз» имеет 6 скважин, расположенных в виде линейного ряда длиной 1,4 км. Современная суточная потребность водозабора ООО «РН-Краснодарнефтегаз» в воде составляет 650 - 1100 м, перспективная - 1230 м3/сут.

Водозабор Западный существовал до момента разведки Троицкого месторождения (1971 г.) и доразведки (1979 г.), подсчет запасов и их утверждение в ГКЗ СССР были выполнены как для единой системы, без выделения Западного участка. Эксплуатация Троицкого месторождения началась уже в 1971 году. В связи с возросшей потребностью городов Новороссийск, Крымск, Геленджик и необходимостью строительства второй линии водопровода в 1977-1978 г.г. была проведена доразведка запасов.В 1979 г. по Троицкому месторождению пресных подземных вод утверждены эксплуатационные запасы в объеме 362,6 тыс. м /сут по категориям А, В и C1 на 25 лет (протокол ГКЗ № 8263 от 30.03.1979 г.).Запасы пресных подземных вод на 25-летний срок утверждены по нижней части четвертичного комплекса (глубже 50 м), краснодарскому и верхнекиммерийскому комплексам по сумме категорий A+B+C1 в размере 362,6 тыс. м3/сут, из них на краснодарский водоносный комплекс 185.8 тыс. м3/сут.

Троицкое МППВ расположено в юго-западной части Краснодарского края и территориально относится к Крымскому и Славянскому районам. В орографическом отношении район работ представляет часть Кубанской наклонной равнины, преходящей на юге в область предгорий и невысоких гор. Район работ расположен в пределах пойменной террасы р. Кубань, абсолютные отметки поверхности уменьшается в юго-западном направлении от 7 до 2 м.

Непосредственно на территории Троицкого месторождения протекает основная водная артерия Кубанской равнины - р. Кубань. Ширина русла р.Кубань у ст. Троицкой достигает 60 м, глубина реки - 1,5 - 5,5 м. Основным паводком для р. Кубани является весеннее - летний, зависящий от таяния снегов и ледников в горах. Период межени охватывает 2-3 месяца (октябрь - декабрь). Дно и берега реки сложены песчано глинистыми и песчаноилистыми отложениями. По материалам проведенных режимных наблюдений в районе Троицкого месторождения подземных вод установлена гидравлическая связь р. Кубань с грунтовыми водами.

Рассматриваемая территория в гидрогеологическом отношении относится к Западно-кубанскому гидрогеологическому району Азово-Кубанского артезианского бассейна.

В стратиграфическом плане в разрезе верхнего структурного этажа выделяются осадочные породы от мелового возраста до современного.

В зоне активного водообмена детально изучены водоносные комплексы четвертичных отложений, краснодарский комплекс, киммерийский водоносный горизонт, в зоне затрудненного водообмена исследованы понтический, мэотический, сарматский водоносные комплексы. Зона активного водообмена содержит пресные воды, использующиеся для хоз-питьевого водоснабжения, а нижезалегающие водоносные комплексы содержат высокоминерализованные воды и рассолы, содержащие промышленное количество йода, брома. Для изучаемого объекта — водозабора Западного - имеют значения отложения неогенового и четвертичного возраста.

Водоносный горизонт современных аллювиальных отложений поймы реки Кубань представляет собой грунтовый поток повсеместного распространения. Вскрыт он мелкими скважинами, колодцами, дренами, приурочен к супесям, пескам, залегающих на глубинах от 3 до 8 м.

Областью питания горизонта собственно является его область развития (атмосферные осадки, речные воды, инфильтрация вод из рисовых чеков и каналов). Дренаж грунтового горизонта в практически бессточной области осуществляется за счет испарения, разгрузки в реки (в межень) и искусственные дренажные каналы. Коэффициенты фильтрации водовмещающий пород изменяются от 0,12 до 18,3 м/сут., в среднем составляя 3,5 м/сут. Минерализация грунтовых вод до рисосеяния и крупных разливов составляла 0,7-0,9 г/л, сейчас она возросла до 2,0-3,0 г/л, а в районе троицкого иодного завода (ТИЗ) - до 18-20 г/л.

Водоносный комплекс верхне-нижнечетвертичных аллювиальных отложений р.Кубань изучен на Троицком месторождении пресных вод десятками поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин.

Водоносный комплекс напорный, водовмещающими являются разнозернистые гравелистые пески, особенно однородные в интервале 15-37м, ниже пласты песка имеют примеси суглинистых, пылеватых и глинистых частиц, что резко ухудшает фильтрационные свойства пород.

Разница уровней отдельных водоносных горизонтов обычно не превышает метра. Пьезометрический уровень до эксплуатации водозаборов находился на 1,5-2,0 м. ниже поверхности земли. Существовавшее ранее (в естественных условиях) региональное направление потока подземных вод -северно-западное с уклоном 0,001-0,003 претерпело значительно нарушение, образовав крупную элипсовидную глубокую депрессивную воронку.

Фильтрационные свойства горизонта высоки, водопроводимость комплекса составляет 600-700 м2/сут., коэффициент фильтрации песков - 8-25 м/сут., коэффициент пьезопроводности 5,4·104-1,9·105 м2/сут. Водоотдача, определенная лабораторным способом, составляет 0,11-0,15.

Воды гидрокарбонатно-сульфатные натриевые по составу, пресные с сухим остатком 0,3-0,5 г/л, мягкие (жесткость - 1,6-2,2 мг-экв/л), здоровые (коли-титр> 500).

Естественная разгрузка осуществлялась в р.Кубань, за пределами участка - в Азовское море (лиманную зону), в настоящее время осуществляется водоотбор из этого комплекса, превышающий естественное его питание. Активно эксплуатируемый для водоснабжения четвертичный комплекс является наиболее уязвимыми для потенциального загрязнения.

Краснодарский водоносный комплекс (N23кг) в пределах рассматриваемой территории вскрывается многочисленными скважинами на глубинах 70-370 м; в области предгорий, где отложения комплекса выходят на поверхность, происходит его питание атмосферными осадками и поверхностными водами.

В зоне влияния Троицкого водозабора возможно питание комплекса за счет перетоков из вышележащих горизонтов четвертичного комплекса. На водозаборе Западном комплекс эксплуатируется одной разведочной скважиной №530, на Троицком групповом водозаборе (ТГВ) их насчитывается более 40.

Водоносный комплекс напорный и весьма водообильный. Расчетные параметры комплекса: водопроводимость - 775 м2/сут, коэффициент пьезопроводимости - 2,8*105 м2/сут, коэффициент перетекания -3,03*104м.

Комплекс интенсивно эксплуатируется Троицким групповым водозабором.

Воды куяльницкого водоносного комплекса (N23kl) характеризуются пестрой минерализацией, малой вообильностью и не представляют интереса для водоснабжения в районе Троицкого месторождения подземных вод. Эти отложения являются разделяющей толщей, которая отделяет нижележащий верхнекиммерийский водоносный комплекс от краснодарского. Верхняя песчаная часть куяльницких отложений, водопроводимость которых невелика - до 60 м2/сут, входит в краснодарский водоносный комплекс. Мощность разделяющей толщи куяльницких отложений составляет около 300-320 м. Коффициент вертикальной фильтрации глин куяльницкого возроста изменяется от 10-4 до 10-6 м/сут.

Верхнекиммерийский водоносный комплекс (N22km) вскрыт достаточно большим количеством скважин и погружается до глубины 600-800 м. Использование пресных вод киммерийского водоносного комплекса на изучаемой площади в силу его глубокого залегания незначительно. При оценке запасов по Троицкому групповому водозабору в 1979 году по горизонту утверждены запасы 62.6тыс. м3/сут по сумме категорий A+B+C1. Водопроводимость киммерийских отложений в большей восточной части рассматриваемой области составляет около 200 м2/сут в районе Западного и Троицкого водозаборов 420 м2/сут

Нижележащие водоносные комплексы для хозяйственно-питьевого водоснабжения не используются из-за глубокого залегания и ухудшения питьевого качества вод. На глубину 1400-1500 м в эти горизонты производится закачка отработанных промышленных вод с Троицкого йодного завода.

Троицкий групповой водозабор на пресные воды не является в данном случае непосредственно объектом изучения, но он определяет состояние и режим подземных вод на рассматриваемой площади. Водозабор линейного типа, длина ряда эксплуатационных скважин составляет 18 км, в нем насчитывается 36 кустов (72 эксплуатационных скважин). При проектировании водозабора расход скважины принимался равным 2880 м3/сут, фактически скважины в среднем дают 1900-2200 м3/сут.

Водоотбор водозабора Западный настолько мал, что не может быть режимообразующим фактором в районе Троицкого месторождения. Сам по себе он, не может создать глубокой депрессионной воронки и существенно повлиять на гидродинамическую обстановку района. Суммарно из четвертичного водоносного комплекса на немотбиралось с 1956 г и по 1970 г всего 100-320 м3/сут подземных вод и только в 1971 г водозабор достиг 640 м3/сут., в основном за счёт отбора вод верхнеплиоценового комплекса (500 м3/сут.).Современная суточная потребность в воде (2007 – 11 г.г.) составляет 650 – 1100 м3/сут, перспективная – 1230 м3/сут.

В 2007 году в ЗАО «ГИДЭК» были проведены работы по созданию постоянно действующей модели управления Троицким водозабором с целью предотвращения загрязнения питьевых горизонтов. В рамках этой темы выполнялись работы по разработке информационной аналитической системы мониторинга Троицкого месторождения питьевых подземных вод, как составной части автоматизированной компьютерной системы управления режимом эксплуатации Троицкого водозабора, и подготовке информационной основы для составления проекта по переоценке запасов питьеых подземных вод Троицкого месторождения.

Подсчёт запасов подземных вод на участке Западный ООО «РН-Краснодарнефтегаз» в 2012 году в ЗАО «ГИДЭК» выполнен методом численного моделирования. С учётом данных региональной численной модели АКАБ (1980 г) и постоянно действующей модели управления Троицким водозабором (2007 год). Эта модель была уточнена и детализирована. Добавлено два нижних слоя модели куяльницкий и верхнекиммерийский.

Численная модель Троицкого месторождения в целом построена для всей площади формирования эксплуатационных запасов Троицкого месторождения - от контуров выхода киммерийских отложений на земную поверхность на юге, в предгорьях Северного Кавказа. Продолжается оно до границ отсутствия гидродинамического влияния непосредственно Троицкого водозабора на западной, северной и восточной границах модели. Режим изменения уровней подземных вод во времени на границах модели характеризуют данные по Убинскому посту (на её южной границе), по Киевскому посту (на западной границе) и Петровскому посту (на северной границе). Площадь моделируемой области составляет 60 км х 70 км.

Площадь модели покрыта ортогональной неравномерной сеткой. Размеры блоков составляют - 1200 х 1400 м на периферии модели х области размещения площадок Троицкого водозаборов, в пределах площадки Западного водозабора 150x150м. Количество блоков по оси X - 92, по оси Y - 65.

Эксплуатируемыми водоносными комплексами на Троицком водозаборе являются:

  • верхне-нижнечетвертичный водоносный аллювиальный комплекс р. Кубань;
  • краснодарский водоносный комплекс верхнеплиоценовых отложений ;
  • разделяющая толща куяльницких отложений;
  • водоносный комплекс киммерийских отложений.

В новой модели Троицкого месторождения в 2012 году было добавлено по вертикали два слоя. Ниже краснодарского водоносного комплекса располагается толща разделяющих куяльницких отложений. На модели учтены реальные величины её мощности. Ниже куяльницкой толщи добавлен киммерийский водоносный комплекс. В пределах моделируемой области условно принято, что киммерийский водоносный комплекс имеет постоянную мощность 200 м.

Слоистая толща отложений краснодарского комплекса является весьма мощной, достигая по мощности 300-360 м, в связи с чем, как защищённость подземных вод, так и степень гидродинамического воздействия эксплуатируемых скважин, расположенных в разных интервалах, также могут существенно различаться. В соответствии с этим скважины водозабора, эксплуатирующие краснодарский комплекс, были разбиты на две основные группы, фильтры которых расположены в двух условно выделенных основных интервалах - на глубинах от 115 до 250 м и от 250 до 360 м., т.е. краснодарский водоносный комплекс разбит на модели на два слоя. Таким образом общая модель Троицкого месторождения схематизирована как пятислойная (см. рис.1).

statia-14-ris-1

Моделирование гидродинамических условий района выполнено с использованием програмного обеспечения VisualModfiow 3.1.0.

В пределах исследуемой территории кроме Троицкого и Западного водозаборов находятся достаточно много краевых водозаборов, суммарный водоотбор которых в 2005 году по четвертичному горизонту составил 11.2 тыс.м3/сут, а по краснодарскому 40,5 тыс.м3/сут. Проектные дебиты этих водозаборов назначались исходя из их фактической текущей производительности.

Большая часть инфильтрационного питания задана на верхне-нижнечетвертичный водоносный аллювиальный комплекс р. Кубань и составляет 10мм/год.

В сводной таблице 1 приведены исходные гидрогеологические параметры моделируемых горизонтов.

statia-14-tabl-1

На модели был воспроизведен опыт эксплуатации всех водозаборов Троицкого МППВ с 1971 по 2010 г. Гидродинамический прогноз эксплуатации Троицкого месторождения заключался в моделировании проектного водоотбора в нестационарной постановке для расчетного срока эксплуатации 25 лет.

В качестве первого прогнозного варианта было рассмотрено продолжение эксплуатации подземных вод с существующей нагрузкой по состоянию на 2010 год на 25-летний срок эксплуатации.

Второй прогнозный вариант являлся основным при оценки запасов подземных вод водозабора Западный ООО «РНКраснодарнефтегаз» с перспективным водоотбором 1230 м3/сут. По створу Троицкого группового водозабора была задана максимальная нагрузка в размере утвержденных в 1979 году запасов подземных вод. Она составила 114.2 тыс.м3/сут для верхне-нижнечетвертичного водоносного аллювиального комплекса р. Кубань и 185.8 тыс. м3/сут для краснодарского водоносного комплекса верхнеплиоценовых отложений, а также 62.6 тыс. м3/сут по киммерийскому водоносному комплексу. Величины проектного водоотбора по эксплуатационным скважинам Троицкого группового водозабора распределялись пропорционально, исходя из производительности каждой эксплуатационной скважины.

Одной из проблем, решаемой при переоценке запасов Западного водозабора была оценка качества подземных вод на прогнозный период.

Троицкого группового водозабора расположены коллектора и скважины йодного завода, а также нефтепромыслов Троицкого участка Славяно-Троицкого месторождения. Месторождение в геологическом отношении находится в центральной части Западно-Кубанского прогиба на границе Кавказкого мегаантиклинория и Скифской плиты. Особенности развития этого прогиба предопределили образование здесь залежей нефти и газа и широкое развитие подземных вод с высоким содержанием йода и повышенным содержанием брома, бора, бария и т.д. В связи с организацией на территории йодного завода наземных прудов-отстойников жидких отходов производства на этой территории образовался очаг загрязнения почв и грунтовых вод. По мере миграции компонентов загрязнения, они со временем могут достигнуть эксплуатационных скважин ТГВ. Для исключения попадания компонентов-загрязнителей в опасных количествах в интервалы фильтров эксплуатационных скважин необходимо прогнозировать процессы их миграции.

Длительная эксплуатация подземных на ТГВ привела к формированию значительной воронки депрессии уровней подземных вод, которая распространилась на большую территорию, составляющую тысячи квадратных километров. Таким образом, переоценка запасов подземных вод всего Троицкого месторождения требует анализа и учёта гидродинамической ситуации на всей площади его влияния. Так как Западный участок находится на краю общей депрессионной воронки, влияние на него от прудов отстойников маловероятно. При создании постоянно действующей модели управления ТГВ решались миграционные задачи по оценки влияния загрязнения подземных вод Троицкого водозабора от прудов отстойников ТИЗ. Выполненные расчёты показали, что за прогнозный период при сохранении существующих нагрузок загрязнение от пруда-отстойника Троицкого йодного завода не распространится до линии водозаборного ряда Троицкого водозабора. При задании на модель максимальной нагрузки ТГВ фронт загрязнения может приблизиться к водозаборным скважинам примерно через 20 лет, при этом в первую очередь загрязнение может поступить к центральным водозаборным узлам, в интервале фильтров скважин, оборудованным на четвертичный водоносный горизонт. Граница влияния минерализации пруда отстойника ТИЗ на скважины водозабора Западный (водоотбор 1230 м3/сут), при задании максимальной нагрузки в скважинах ТГВ находится на расстоянии около 5 км. Это исключает попадание загрязнения от прудов отстойников ТИЗ в зону ЗСО третьего пояса водозабора Западный (см рис.2).

statia-14-ris-2

В статье Боревского Б.В., Грабовникова В.А. «Достоверность гидрогеологических прогнозов при оценке эксплуатационных запасов подземных вод. Мифы и реальность» (журнал «Разведка и охрана недр» №10 за 2010 год) были рассмотрены вопросы низкой достоверности гидрогеологических прогнозов состояния подземных вод в связи с существенным расхождением величины оцененных запасов подземных вод, состоящих на государственном учете и учитываемых при прогнозных расчетах, и фактического водоотбора и динамики его изменения во времени. Это приводит к существенному завышению прогнозных понижений уровней по сравнению с их фактическим положением. Пример переоценки запасов подземных вод Западного участка Троицкого месторождения, изложенный ниже, хорошо иллюстрирует этот вывод.

В таб. 2 показана степень освоения запасов подземных вод (промышленных) категорий А+В на Троицком месторождении по состоянию на 01.01.2011г. Процент освоения Троицкого месторождения в 2011 году по категории А+В равен всего 53%.

statia-14-tabl-2

На рис. 2 показана схематическая карта уровней и понижений уровней от 2010 года в основном эксплуатационном краснодарском водоносном комплексе на конец прогнозного периода 25 лет при полной нагрузке на скважины ТГВ. Прогнозные понижения уровней в районе Западного водозабора составляют около 50 м от уровней 2010 года. Необходимо отметить, что суммарный водоотбор группового Троцкого водозабора с 1995 по 2011 год менялся мало и в средним составляет по четвертичному водоносному комплексу 53.5 тыс. мЗ/сут, по краснодарскому водоносному комплексу 78.1 тыс. мЗ/сут, а суммарно 131.6 тыс. мЗ/сут т.е. тоже на уровне только 52% от общих запасов.

Прогнозных вариантов эксплуатации Западного водозабора было выполнено несколько:

1. Вариант эксплуатации водозабора Западный при требуемой нагрузке в 1230 м3/сут и продолжении отбора Троицкого группового водозабора на уровне 2010 года. При таком варианте эксплуатация водозабора Западный в существующей конфигурации была бы возможна весь прогнозный период. Схема существующих скважин водозабора Западный представлена на рис.3.

statia-14-ris-3

2. Вариант схемы эксплуатации водозабора Западный, когда его нагрузка сохраняется на уровне 2010 года (760 м3/сут) в условиях максимальной нагрузки Троицкого месторождения, соответствующей сумме утверждённых запасов..

Результаты анализа этого варианта эксплуатации показали, что даже одна скважина 1154/5 (самая отдаленная от Троцкого водозабора), оборудованная на верхне-нижнечетвертичный водоносный комплекс, не может эксплуатироваться весь прогнозный период по требованиям к допустимому понижению. Поэтому для получения требуемой нагрузки необходимо переводить водотбор из скважин на краснодарский водоносный комплекс. Рассмотрен следующий вариант распределения нагрузок: Водоотбор скважины 1152/4 продолжается из верхне-нижнечетвертичного водоносного комплекса в количестве 210 м3/сут. Отбор скважин 11 и 1154/5 переведен на краснодарский водоносный комплекс (предполагаются новые проектные скважины в точках этих скважин) с общей производительностью 420 м3/сут. Скважина 1027 эксплуатирует киммерийский водоносный комплекс с расходом 130 м3/сут.

3. Прогнозный вариант эксплуатации водозабора Западный с необходимой потребностью в 1230 м3/сут при максимальной нагрузке Троицкого водозабора.

В результате этого решения был выработан окончательный прогнозный вариант работы водозабора Западный для утверждения запасов. Основная величина (1100 м3/сут) необходимого водоотбора будет отбираться из краснодарского водоносного комплекса двумя скважинами на краснодарский водоносный комплекс: скважиной № 530 и новой проектной скважиной, пробуренной до глубины 250 м рядом со скважиной 1154/5 (обе скважины с производительностью по 550 м3 /сут). Скважина 1027 на киммерийский водоносный горизонт будет эксплуатироваться с дебитом 130 м3 /сут. Общая проектная производительность водозабора равна 1230 м3/сут, что соответствует заявленной потребности.

То есть для отбора потребного количества воды в случае работы ТГВ на полную проектную мощность для перевода проектной нагрузки водозабора Западный на краснодарский водоносный горизонт необходимо пробурить новую скважину Пр1 (1154/5), глубиной 250 м.

Как уже указывалось, за последние десять лет отбор из скважин Троицкого группового водозабора составляет около 136,4 тыс.м3/сут, около 52 % от всех утвержденных запасов. Режим уровней подземных вод при этом в целом близок к стационарному. При сохранении существующего суммарного водоотбора на месторождении и схемы водоотбора на Западном участке на уровне 2010 года его дальнейшая эксплуатация могла бы производиться без изменения схемы водоотбора из существующих скважин. Прогнозные уровни подземных вод при этом могут снизиться всего на 3-5 метров. При полной проектной нагрузке водозабора эксплуатационные скважины 1154/5 и 1152/4 могли бы работать ещё на протяжении восьми лет, после чего уровни подземных вод в четвертичном водоносном комплексе снизятся ниже допустимых глубин. В связи с этим, прогнозные решения при переоценке запасов предусматривают перенос основной части водоотбора на краснодарский водоносный горизонт. Однако для освоения этих запасов на участке необходимо проектирование, бурение и опробование дополнительной водозаборной скважины глубиной 250 м, что требует определенного времени и затрат. В связи с этим необходимо предусмотреть в условиях лицензирования возможность продолжения эксплуатации скважин 1154/5 и 1152/4 до ввода в строй новой эксплуатационной скважины на краснодарский водоносный горизонт. В ближайшие 8-10 лет водоотбор Троицкого группового водозабора вряд ли будет увеличен до полной величины утвержденных запасов. Поэтому отбор подземных вод из скважин 1154/5 и 1152/4 водозабора Западный в этот период (в размере 662 м3/сут), вполне может быть обеспечен за счёт общей величины запасов, утвержденных по Троицкому групповому водозабору довольно длительное время, до 8 лет.

Так как запасы Западного водозабора подсчитаны при максимальной нагрузке Троицкого группового водозабора, это привело к значительным изменениям в схеме его эксплуатации и бурению дополнительной скважины. Этого можно было бы избежать, оценивая запасы с реально возможным водоотбором.