Геоэкологические аспекты формирования природно-технических систем нефтяных месторождений Пермского края

Автор: Исаев С.В.

Журнал: Антропогенная трансформация природной среды @atps-psu

Рубрика: Проблемы антропогенной трансформации природной среды

Статья в выпуске: 4, 2018 года.

Бесплатный доступ

В статье с помощью комплекса методов произведено изучение геоэкологических аспектов природно -технических систем нефтяных месторождений Пермского края. Приводятся результаты исследования формирования природно-технических систем на нефтепромыслах. Особое внимание уделяется геохимической трансформации почв, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха.

Ключевые термины: природно-техническая система, галогенез, битумизация, техногенез, природные компоненты

Короткий адрес: https://sciup.org/147226840

IDR: 147226840

Текст научной статьи Геоэкологические аспекты формирования природно-технических систем нефтяных месторождений Пермского края

Добыча полезных ископаемых представляет собой процесс взаимодействия между окружающей природной средой и искусственными (техническими системами), с помощью которых она осуществляется. Включаясь в природную среду технические системы, становятся источником воздействия в разной степени, влияющим на процессы, протекающие в естественной части. В результате взаимодействия элементов природных и технических систем формируется особый вид систем - природно-технические (далее -ПТС).

При формировании и эксплуатации ПТС происходит техногенез природной среды, включенной в них. Техно генез - это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека [2].

Промышленные площадные (скважины, кусты скважин (далее - КС), дожимно насосные станции (далее - ДНС), установки по подготовке и перекачке нефти (далее - УППН) и др.) и линейные объекты (автодороги, нефтепроводы и др.) являются ПТС элементарного уровня. Учитывая технологическую связанность промышленных объектов месторождения сетью трубопроводного транспорта, линиями электропередач и сетью автодорог и др., можно сказать, что нефтепромысел - это ПТС локального уровня.

При формировании и эксплуатации ПТС происходит воздействие на природную среду. Одним из видов техногенеза в процессе эксплуатации нефтепромыслов является геохимическая трансформация выраженная, главным образом, в гало генезе и битумизации [1, 3, 4]. Эти процессы

являются важными геоэкологическими аспектами ПТС.

Целью работы является изучение геоэкологических аспектов трансформацию природной среды, включённой в ПТС нефтяных месторождений Пермского края. Для исследования этих процессов анализировались данные по геохимическому состоянию почв, подземных и поверхностных вод и атмосферного воздуха на примере трех месторождениях Пермского края -Кокуйском (Кунгурский и Ординский районы), Падунском (Частинский район) и Озерном (Красновишерский район). Вышеперечисленные месторождения располагаются в различных природных условиях, а их эксплуатация ведется уже несколько десятилетий.

Геоэкологические аспекты состояния почв.

Для оценки трансформации почв пробы отбирались в соответствии с действующими нормативными документами на разном расстоянии от основных типов технологических объектов месторождений и в пойме основных водотоков. Почвенные образцы для были взяты в различных биотопах на глубине 0-20 см. Пробы были проанализированы в специализированной лаборатории для определения в них содержания нефтепродуктов (далее - НП) и хлорид-ионов.

Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторояедения и типов технологических объектов. Изучалось распространение процессов техногенеза в ПТС. Для этого определялись концентрации и рассчитывалось среднее значение содержания НП и хлоридов в зоне влияния типов технологических объектов, сравнивалось с естественными фоновыми показателями.

Для определения уровня геохимической трансформации в ПТС локального уровня полученные результаты сравнивались с фоновыми концентрациями, характерными для месторождения, и между собой.

Различия между выборками геохимических проб по всем изучаемым компонентам оценивались с помощью критерия Стьюдента (далее -1) и критерия Фишера (далее - F). Для расчета статистических величин использовался программный продукт MS Excel.

На расстоянии 50 м и 100 м от технологических объектов на всех исследуемых месторождениях средние значения содержания НП и хлоридов выше, чем естественный фон. Формируются ПТС элементарного уровня. На расстоянии 300 м данная тенденция наблюдается фрагментарно, что позволяет сделать вывод, что зона влияния техногенных объектов по хлоридам и НП прослеживается до 100 м.

Средние значения концентраций и другие статистические величины по содержанию НП и хлоридов по всем типам элементарных ПТС в пределах 100 м представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Стат, показатели выборок по содержанию НП в почвах ПТС

№№ п/п	Месторождение	УППН					Же					Скважины
№№ п/п	Месторождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V
1	Кокуйское	449	647	436142	4	1,47	331	277	119581	6	1,05	232	173	70048	9	1,14
2	Падунское	87	45	2595	5	0,59	763	721	811771	6	1,18	51	1	1	3	0,02
3	Озерное	-	-	-	-	-	43	46	1651	3	0,94	172	223	220800	17	2,73
В общем по типу объекта		248	162	201252	9	1,8	446	327	416402	15	1,45	178	140	148870	29	2,17

* - здесь и далее (х - среднее арифметическое, мг/кг; ДИ - доверительный интервал; S2 - дисперсия выборочная; N - количество проб; V - коэффициент вариации).

Таблица 2

Стат, показатели выборок по содержанию хлоридов в почвах ПТС

№№ п/п	Месторождение	УППН					же					Скважины
№№ п/п	Месторождение	X	ДИ	S²	N	V	X	Ж	S²	N	V	X	ж	S²	N	V
1	Кокуйское	21	9	92	4	0,46	21	10	142	6	0,57	26	И	284,51	9	0,65
2	Падунское	19	3	14	5	ОДО	32	33	1727	6	1,30	15	3	6	3	0,16
3	Озерное						-					90	69	13561	И	1,29
В общем по типу объекта		20	13	43	9	0,3	26	17	884	12	1,12	55	35	7458	23	0,89

Обобщение полученных данных по содержанию НП около основных производственных объектов показывает, что процессы битумизации природной среды наиболее распространены в ПТС ДНС, затем следует ПТС УППН, а потом ПТС скважин и КС. Из результатов апробирования на хлориды следует, что наибольшие концентрации наблюдаются в ПТС скважин, наименьшие в ПТС УППН.

Расчет критериев 1 и F показал, что основные отличия элементарные ПТС между собой имеют в распределении хлоридов, по распределению НП ПТС отличаются в меньшей степени.

Геоэкологические аспекты состояния поверхностных и подземных вод.

Для оценки распространения процессов данного типа в водных объектах месторождений (ПТС локального уровня) были отобраны пробы поверхностных и подземных вод. Отбор проб поверхностных вод осуществлялся в двух створах, ограничивающих участок водного объекта, в пределах которого возможно поступление загрязняющих веществ с примыкающей к источнику загрязнения территории водосбора.

В пункты отбора проб подземных вод включены: колодцы, родники, наблюдательные гидрогеологические скважины.

Отбор проводился в соответствии с существующими нормативными документами.

В отобранном материале в аккредитованной лаборатории производилось определение основных поллютантов - НП и хлоридов.

Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторождения. Затем определялось распространение процессов техногенеза в ПТС локального уровня. Рассчитывалось среднее значения содержания НП и хлоридов и сравнивалось с фоновыми показателями, полученными в результате исследований проводимых ранее и с утвержденными нормативами ПДКр.х. для поверхностных вод, и ПДХх.п. для подземных вод.

Результаты расчетов представлены в таблицах 3, 4.

Таблица 3

Стат, показатели выборок по содержанию НП в поверхностных и подземных водах НМ, мг/л

№№ п/п	М естор ождение	Подземные воды					Поверхностные воды					Фон		пдк
№№ п/п	М естор ождение	X	Ж	S²	N	V	X	Ж	S²	N	V	Подз.в.	Пов.в.	Подз.в.	Пов.в.
1	Кокуйское	0.03	0.01	0.000	19	0.75	0.20	0.1	0.10	46	1.55	н.с.	Н.С.	0.1	0.05
2	Падунское	0.06	0.02	0.001	18	0.64	0.01	0.002	0.00001	14	0.36	н.с.	н.с.	0.1	0.05
3	Озерное	0.05	0.01	0.001	107	0.62	0.03	0.004	0.0003	65	0.55	н.с.	0.13	0.1	0.05

Стат, показатели выборок по содержанию хлоридов в поверхностных и подземных водах НМ, мг/л

№№ п/п	М естор ождение	Подземные воды					Поверхностные воды					Фон		ПДК
№№ п/п	М естор ождение	X	Ж	S²	N	V	X	Ж	S²	N	V	Подз.в.	Пов.в.	Подз.в.	Пов.в.
1	Кокуйское	36	14	973	19	0.89	164	85	84944	46	1.79	24.2	6.98	350	350
2	Падунское	39	24	2506	18	1.30	83	68	15655	14	1.56	5.7	14.18	350	350
3	Озерное	91	30	24655	107	1.73	И	2	88	72	0.87	6.5	3.3	350	350

Анализ результатов апробирования в подземных водах показывает, что наибольшие средние концентрации наблюдаются на Падунском месторождении, по НП - на Кокуйском месторождении.

Анализ содержания хлоридов в поверхностных водах показал, что наибольшие концентрации обнаруживаются на Кокуйском месторождении, в подземных - на Озерном.

Сравнивая полученные результаты с фоном можно сделать вывод, что во всех изучаемых случаях, кроме поверхностных вод Озерного месторождения, наблюдаются концентрации выше естественного фона в поверхностных и подземных водах месторождений.

Расчет критерия 1 для выборок проб локальных ПТС показал, что по содержание НП они достоверно отличается между собой. Наибольшее сходство наблюдается между ПТС Озерного и Падунского месторождений.

Распределение НП в подземных и поверхностных водах локальных ПТС в большинстве случаев также имеет высокую степень различия, особенно в поверхностных.

Расчет критерия 1 и F по концентрации хлоридов в ПТС показал, что почти во всех случаях наблюдается высокая степень различия. Исключение составляет средние концентрации в ПТС Кокуйского и Падунского месторождений. Значение критерия 1

содержанию поллютанта в этих системах.

Геоэкологические аспекты состояния атмосферного воздуха.

Для оценки загрязнения атмосферного воздуха вблизи технологических объектов изучаемых нефтепромыслов были отобраны пробы в соответствии с действующими нормативными документами. Контроль загрязнения атмосферы проводился на границе СЗЗ промышленных объектов. Для учета влияния других источников измерения велись наблюдения на наиболее значимых объектах (УППН, ДНС) с наветренной стороны. Определялись следующие компоненты: сероводород, диоксиды азота и серы и ароматические углеводороды.

Полученные результаты рассматривались в разрезе каждого месторождения и типов технологических объектов. Затем определялось распространение процессов техногенеза в ПТС локального и элементарного уровней. Для этого вычислялись средние значения содержания загрязняющих веществ, а затем сравнивались с фоновыми показателями. В качестве фоновых показателей использовались данные пермского ЦГМС - филиала ФГБУ «Уральское УГМС». Также было произведено сравнение концентраций загрязняющих веществ с ПДК населенных мест (далее - ПДКн.м.).

Результаты расчетов представлены в таблицах 510.

говорит о степени сходства выше среднего по

Таблица 5

Стат, показатели выборок по содержанию бензола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м³ _______

№№ п/п	М естор ождение	УППН					Дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0,042	0,005	0,0002	29	0,33	0,044	0,002	0,0002	102	0,28	0,043	0,002	0,0002	131	0,29	0,036
2	Падунское	0,026	0,008	0,0001	10	0,49	0,023	0,01	0,0001	9	0,43	0,025	0,01	0,0001	19	0,45	0,046
3	Озерное	-	-	-	-	-	0,043	0,006	0,0002	18	0,30	0,043	0,006	0,0002	18	0,30	0,035
В общем по типу объекта		0,038	0,005	0,0002	39	0,40	0,042	0,002	0,0002	129	0,24	-	-	-	-	-	-

Таблица 6

Стат, показатели выборок по содержанию толуола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м³ ______________

№№ п/п	М естор ождение	УППН					Дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0,25	0,033	0,011	41	0,43	0,24	0,021	0,01	ПО	0,45	0,25	0,018	0,01	151	0,45	0,145
2	Падунское	0,08	0,021	0,012	ПО	0,45	0,08	0,073	0,01	10	1,55	0,08	0,050	0,01	20	1,49	0,141
3	Озерное	-	-	-	-	-	0,23	0,058	0,01	17	0,52	0,23	0,058	0,01	17	0,52	0,139
В общем по типу объекта		0,21	0,035	0,0161	51	0,60	0,23	0,020	0,0144	137	0,51	-	-	-	-	-	-

Стат, показатели выборок по содержанию ксилола в атмосферном воздухе ПТС, мг/м³ _______

№№ п/п	М естор ождение	УППН					Дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0,08	0,011	0,001	30	0,36	0,09	0,006	0,001	102	0,33	0,08	0,005	0,001	132	0,34	0,011
2	Падунское	0,03	0,017	0,001	9	0,86	0,04	0,021	0,001	10	0,94	0,03	0,013	0,001	19	0,89	0,014
3	Озерное	-	-	-	-	-	0,08	0,014	0,001	18	0,35	0,08	0,014	0,001	18	0,35	0,01
В общем по типу объекта		0,07	0,011	0,0013	39	0,51	0,08	0,006	0,0010	130	0,41	-	-	-	-	-

Таблица 8

Стат, показатели выборок по содержанию диоксида серы в атмосферном воздухе ПТС, мг/м³ ____

№№ п/п	М естор ождение	УППН					Дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0,021	0,002	0,00004	31	0,32	0,022	0,001	4Е-05	103	0,28	0,022	0,001	0,00004	134	0,29	0,025
2	Падунское	0,010	-	0	8	0,00	0,012	0,003	2Е-05	9	0,43	0,011	0,002	0,00001	17	0,33	0,024
3	Озерное	-	-	-	-	-	0,022	0,003	0,00004	19	0,29	0,022	0,003	0,00004	19	0,29	0,034
В общем по типу объекта		0,019	0,002	0,0001	39	0,40	0,021	0,001	4Е-05	131	0,24	-	-	-	-	-	-

Таблица 9

Стат, показатели выборок по содержанию сероводорода в атмосферном воздухе ПТС, мг/м3

№№ п/п	М естор ождение	УППН					дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0,0046	ЗЕ-04	8Е-07	28	0,20	0,0044	2Е-04	7Е-07	99	0,19	0,0045	№04	7Е-07	127	0,19	0,002
2	Падунское	0,0056	0,001	6Е-07	10	0,15	0,0060	6Е-19	8Е-37	8	0,00	0,0058	ЗЕ-04	4Е-07	18	0,11	0,003
3	Озерное	-	-	-	-	-	0,0044	ЗЕ-04	6Е-07	21	0,18	0,0044	ЗЕ-04	6Е-07	21	0,18	0,003
В общем по типу объекта		0,0048	ЗЕ-04	№06	38	0,21	0,0045	0,000	8Е-07	128	2Е-16	-	-	-	-	-	-

Таблица 10

Стат, показатели выборок по содержанию азота диоксида в атмосферном воздухе ПТС, мг/м3

№№ п/п	М естор ождение	УППН					дне					Всего по месторождению					Фон
№№ п/п	М естор ождение	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	X	ДИ	S²	N	V	Фон
1	Кокуйское	0.034	0.005	0.0003	44	0.51	0.021	0.001	2Е-05	105	0.19	0.025	0.002	1Е-04	149	0.47	0.036
2	Падунское	0.022	0.002	№05	10	0.15	0.021	ЗЕ-04	2Е-07	10	0.02	0.022	0.001	6Е-06	20	0.11	0.024
3	Озерное	-	-	-	-	-	0.021	0.001	4Е-06	19	0.10	0.021	0.001	4Е-06	19	0.10	0.035
В общем по типу объекта		0.032	0.004	0.0003	54	0.52	0.021	0.0001	1Е-05	134	0.02	-	-	-	-	-

Проведённые исследования качества атмосферного воздуха вблизи нефтепромысловых объектов Кокуйского, Падунского и Озерного месторождений показали, что элементарные ПТС ДНС и УППН практически всегда отличаются между собой. Границы ПТС ДНС наблюдаются до расстояния 300-500 м, ПТС УППН - до 300-1000 м. В рамках этих границ ПТС наблюдается повешенное по отношению к естественным фоновым показателям содержание ароматических углеводородов, сероводорода и серы диоксида. По азота диоксиду превышений фоновых концентраций не обнаружено.

Заключение.

Нефтепромысловые объекты при взаимодействии с природной средой образуют ПТС элементарного уровня. В связи с тем, что данные элементарные системы представляются связанную между собой технологическую сеть, то можно говорить о месторождении, как о локальной ПТС.

Оценка состояния природной подсистемы ПТС разного уровня показала, что в ходе эксплуатации ПТС происходит ее геохимическая трансформация под воздействием технической подсистемы. Граница воздействия технологической подсистемы является границей ПТС. При этом в изменяемых природных компонентах регистрируется увеличение концентраций загрязняющих веществ по отношению к естественному природному уровню.

Степень трансформации компонентов природной подсистемы в ПТС носит индивидуальный характер. ПТС имеют свои особенности, которые в почвах выражены в распределении концентраций хлоридов и в некоторых случаях среднего содержания НП; в водных объектах выражаются в отличии среднего содержания и распределении НП и хлоридов; в атмосферном воздухе - в уровне концентраций некоторых загрязняющих веществ.

Список литературы Геоэкологические аспекты формирования природно-технических систем нефтяных месторождений Пермского края

Бузмаков С. А., Костарев С. М. Техногенные изменения компонентов природной среды в нефтедобывающих районах Пермской области. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2003;
Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Изд-во «Мысль», 1990;
Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998;
Соромотин А.В. Воздействие добычи нефти на таежные экосистемы Западной natural components Сибири: монография. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2010.

Статья научная