Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2020, № 2, стр. 53-57

ВВЕДЕНИЕ

Строительно-хозяйственная деятельность сопровождается формированием техногенных линз химических веществ под производственными территориями, установками, сооружениями и линиями коммуникаций, в том числе трубопроводами. Линзы трансформируются под действием окружающей среды и мигрируют свозь геологические элементы, оказывая негативное воздействие на геосреду, подземные воды, поверхностные водные объекты и объекты питьевого водоснабжения. Примером “линз” выступают обводненные залежи нефтепродуктов под площадками нефтеперерабатывающих заводов (далее – НПЗ), резервуарных парков и коммуникаций.

В виду этого, разработка методики ресурсно-экологической оценки загрязненной геологической среды становится актуальной задачей. Основными задачами исследования являлись:

− обзор и анализ существующих методов оценки состояния загрязненных геосред под создаваемыми и существующими производственными площадками и их восстановления;

− трехмерное моделирование поведения линз техногенной природы, как наиболее наглядного примера деградации пород зоны аэрации, прогноза миграции загрязняющих веществ;

− разработка системы параметрической и критериальной оценок состояния природно-техногенной системы: “скважина−загрязняющее вещество−порода зоны аэрации−область разгрузки”;

− проведение лабораторных и опытно-промышленных исследований по санации нарушенной геосреды в границах зоны аэрации с учетом соответствия вида реагента выделенному типу геосреды или ее отдельным элементам.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В общем случае работы с природно-техногенными системами (далее ПТС) и техногенными загрязнениями представлены этапами изысканий, включающих рекогносцировочное и аналитическое исследования, полевые работы, анализ и структуризацию данных, подбор методов ликвидации загрязнения, авторский надзор и мониторинг¹¹. Эффективно себя показали методики [5, 7] включающие атмогеохимическую съемку, бурение параметрических скважин, оконтуривание площади плавающих на поверхности подземных вод линз нефтепродуктов. Однако нестационарный режим подземных вод, многокомпонентность загрязнений и влияние внешних факторов [1, 2] затрудняют исследование и восстановление ПТС. Необходим поиск новых методов оценки состояния техногенных линз, а также технологических подходов к обращению с ними [1]. Одним из инновационных направлений оценки является трехмерное моделирование нарушенной геосреды. Оно не только позволяет прогнозировать миграцию загрязнений с подземными водами, но и наметить пути их извлечения, а также сократить продолжительность проектно-изыскательской деятельности по сравнению с классическими подходами. Трехмерное моделирование позволяет оперативно и обосновано принимать решения о необходимости бурения новых скважин и проектирования защитных сооружений и подборе методов санации.

Для санации геосреды в пределах пород зоны аэрации используются различные методы: микробиологические, низкотемпературная десорбция, стабилизация, откачка порового воздуха, химическое оксидирование, фиторемедиация, откачка нефтепродуктов [4]. Существуют подходы, которые используют в технологиях повышения нефтеотдачи пластов. К ним относят различные виды ПАВ-заводнения [8, 9], которые предлагается для санации, загрязненной геосреды.

Расположенные под площадками промпредприятий техногенные линзы загрязняющих веществ не регламентируются существующими нормативно-правовыми актами в качестве объектов негативного воздействия. Аналогами можно рассматривать месторождения нефти и объекты негативного воздействия: разливы нефтепродуктов, накопители отходов.

Природные залежи нефти подразумевают под собой ресурсную оценку объектов, находящихся на больших глубинах и их разработку с получением полезного продукта [3]. Для второй группы применим другой метод оценки − расчет нанесенного ущерба окружающей среде²², то есть объекты рассматриваются как источник загрязняющего вещества [6]. Так как техногенные линзы загрязняющих веществ имеют свойства обеих групп, для их оценки следует применять комплекс ресурсных и экологических критериев.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследования выступают элементы геологической среды в составе загрязненных пород зоны аэрации, техногенной линзы токсичных жидких флюидов, а также их взаимосвязь с природными и создаваемыми объектами разгрузки подземных вод. Особенностью исследуемой ПТС является зависимость техногенной линзы от внешних воздействий: изменение уровней подземных и поверхностных вод, как в ходе хозяйственной деятельности, так и в результате сезонных изменений, возможной откачкой флюидов из недр, наличия технологических потерь в геосреду.

Основными методами работы являлись анализ, синтез, моделирование, экспериментальное изучение и опробование элементов геологической среды.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для охвата всех возможных воздействий на геологическую среду, загрязненную нефтепродуктами, предложена следующая схема исследования, анализа и последующей ликвидации техногенной залежи (рис. 1).

Основным отличием от традиционной схемы является введение блока моделирования: статического и динамического с использованием программного обеспечения Petrel и Surfer. Кроме того, авторы предлагают учитывать влияние на техногенную линзу водных объектов: водозаборов, водохранилищ, подземных вод, скважин с помощью применения законов поведения колебательно-волновых систем.

На основании данных статической геологической модели получают данные о запасах углеводородов в техногенной залежи, которые позволяют оценить экономическую целесообразность дальнейшей разработки и создают граничные условия к подбору методов эксплуатации или ликвидации линзы.

Гидродинамическая модель позволяет воспроизводить и прогнозировать поведение углеводородных флюидов в геологической среде с учетом внешних факторов: направление и скорость движения линзы в сторону областей разгрузки; предлагать и обосновывать сети скважин; выбирать периоды и режимы извлечения нефтепродуктов и закачки реагентов для восстановления.

Подход к ПТС, как к системе вынужденных колебаний, обеспечивает подбор режимов откачки углеводорода и позволяет проводить оценку рисков и периодов возникновения неблагоприятных гидрогеологических условий.

Подбор реагентов для санации геологической среды осуществлялся в лабораторных условиях с использованием фильтрационных установок. Анализ показал, что из всех рассмотренных авторами веществ наилучшие результаты достигнуты с применением биоразлагаемого флокулянта Юниклин.

ВЫВОДЫ

Предложенные авторами методологические подходы к исследованию, мониторингу и оценке линз жидких флюидов позволяют упростить в перспективе обращение аналогичными объектами. Методика оценки позволила определить состояние техногенной линзы углеводородов в геосреде.

Адаптация программного обеспечения для разработки природных месторождений для моделирования техногенных линз позволяет сократить экономические затраты для компаний нефтегазового комплекса, предложить наиболее эффективные и экономически целесообразные методы локализации и ликвидации техногенной залежи с помощью методов инженерной защиты и оптимизации режимов откачки нефтепродуктов и подтоварной воды. Кроме того, рассмотрен альтернативный способ моделирования с использованием подхода к техногенной залежи, как к колебательной системе.

Предложены реагенты для санации и восстановления геологической среды после извлечения полезного углеводородного флюида.