Нефтегазовые месторождения

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Глава 4. Природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения

—природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения с растущей добычей (II стадия);

—природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения

смаксимальной добычей (III стадия наибольшей трансформации);

—природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения с падающей добычей (IV стадия наибольшей трансформации и ее постепенного сокращения);

—посттехногенный ландшафт ликвидированного (законсервированного) месторождения (V стадия завершения активной техногенной нагрузки).

4.2. Основные характеристики и свойства

Уровень техногенной трансформации ландшафтов зависит от длительности освоения месторождения — показатели трансформации варьируют, достигая максимума на III и IV стадиях техногенеза. Максимальное количество полигонов с объектами нефтегазопромыслов фиксируется, как правило, на староосвоенных месторождениях. Высокие показатели плотности дорожной сети и фрагментации ландшафтов связаны со стадиями максимальной и нередко падающей добычи, когда истощение легкоизвлекаемых запасов углеводородов компенсируется нарастанием количества площадок с элементами инфраструктуры нефтегазопромыслов. Значительная часть показателей трансформации взаимозависима: рост плотности нефтегазовой ДТС связан с увеличением количества полигонов объектов, площадь нарушенных земель и фрагментация ландшафтов зависят от плотности инфраструктуры нефтегазопромысла, сохранение биоразнообразия зависит от степени фрагментации и других факторов потери среды обитания, активизация экзогенных процессов — от количества объектов, размещенных на малопригодных с геоэкологической точки зрения участках и т.д. Наличие связей доказывает, что индивидуальные компоненты ландшафта — технические и тех- ногенно-модифицированные природные — объединяются в отдельную геосистему, в нашем случае — техногенную геосистему нефтегазового месторождения. Подобных компонентов и объединяющих процессов может быть множество на разных иерархических уровнях, что подтверждает иерархичность ПТГНМ и полимасштабность происходящих процессов.

121

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Геоэкологические аспекты оптимизации степных ландшафтов в условиях разработки нефтегазовых месторождений

Для расчета мер связи между переменными — характеристиками ПТГНМ использованы непараметрические меры корреляции. Между факторами и их количественными характеристиками, определяющими функционирование сложных систем, существует, как правило, стохастическая связь, представленная в общем виде уравнением

Yi= (xi) + ei ,

где Yi — расчетное значение результативного признака; f(xi) — часть результативного признака, сформировавшаяся под воздействием учтенных известных факторных признаков; ei — часть результативного признака, возникшая вследствие действия неконтролируемых или неучтенных факторов и/или случайных ошибок измерений факторных признаков.

В случае природно-техногенной геосистемы нефтегазового месторождения показатели трансформации находятся в нефункциональной связи с факторами воздействия, например, годом начала разработки месторождения (рис. 54, табл. 14).

Таблица 14. Характеристика связей показателей техногенной трансформации исходных ландшафтов на ключевых участках с годом начала их разработки

122

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Глава 4. Природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения

а

б

в

Рис. 54. Графическое отображение характера корреляционных связей: а — числа полигонов с объектами месторождения с годом начала разработки месторождения; б — доли ДТС месторождения с годом начала разработки месторождения; в — количества полигонов, расположенных в пределах 500 м от водных объектов, с годом начала разработки месторождения

123

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Геоэкологические аспекты оптимизации степных ландшафтов в условиях разработки нефтегазовых месторождений

Линейная корреляция (r) показателей трансформации ландшафта с началом разработки месторождения, близкая к -1, характеризует обратную взаимосвязь между величинами: сильную (значение r от -0,7 и менее), средней силы (r = -0,66), слабую (r = -0,23). Хотя корреляционные связи не всегда достаточно высоки, но вполне значимы. Отсутствие пропорциональной зависимости указывает на влияние и других факторов на развитие показателей трансформации, т.е. прослеживается влияние величины ei. Значимость модели зависимости отчасти определяется значением коэффициента детерминации (R2). Чем выше значение R2, тем модель более корректна в объяснении зависимости между сопоставляемыми параметрами. Так, зависимость доли нарушенных земель от стадии разработки месторождения составляет 77% (R2 = 0,77), а зависимость доли нефтегазовых дорог — 87% (R2 = 0,87).

В новейших исследованиях намечаются тенденции отказа от концепции статистической значимости в связи с тем, что статистически незначимый результат не «подтверждает» нулевую гипотезу об отсутствии влияния некоторого, даже слабого, фактора на конечные результаты (Amrhein et al., 2019). Поэтому из модели развития ПТГНМ в перспективе не будут исключаться показатели трансформации с низким значением коэффициента детерминации (например, доля полигонов с объектами, расположенными на участках с уклоном рельефа более 3°). Так или иначе, выявление даже таких общих тенденций зависимости трансформации ландшафтов от интенсивности проявления факторов воздействия немаловажно, поскольку оно позволяет составить общее представление о закономерностях функционирования ПТГНМ.

Итак, каждая модификация природно-техногенной геосистемы нефтегазового месторождения соответствует определенному уровню техногенного воздействия на структурную организацию исходного ландшафта и функционально-динамические связи между его компонентами. Как правило, на длительно разрабатываемых обширных нефтегазоносных территориях сосуществуют все стадии развития природно-техногенной геосистемы, со смешением, взаимопроникновением, кумулятивной синергией сложных переплетающихся взаимодействий, различных по силе и эффективности.

Анализ стадиальных смен ПТГНМ производился с учетом связи каждой стадии с исходным инвариантом. В некоторых случаях (незначительные и/или трудноизвлекаемые запасы, пространственно-

124

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Глава 4. Природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения

географические особенности территории размещения, абсолютное соблюдение компанией-недропользователем экологических нормативов и требований) все стадии ПТГНМ при разработке месторождения могут не проявляться. Однако достижение завершающей модификации — ликвидированного (законсервированного) месторождения — является неизбежным и обязательным итогом при любом варианте развития недропользования. Независимо от длительности эксплуатации месторождения, глубины и многообразия техногенного воздействия, проводимых (или в ряде случаев непроводимых) мероприятий по рекультивации нарушенных земель ландшафты выработанных и ликвидированных месторождений не возвращаются к своему исходному состоянию. Этому препятствует необратимо внедренный в исходную ландшафтную структуру технический блок — конструкции ликвидированных и/или законсервированных скважин. Речь идет о внедрении технического блока в первичные компоненты ландшафта — рельеф и твердый фундамент.

По мнению А.Г. Исаченко (1980), изменение первичных компонентов ландшафта это тот случай, когда процессы действительно необратимы. Возникает отдельный ландшафтно-техногенный таксон небольшого ранга, свидетельствующий о необратимом изменении морфологической структуры ландшафта, усложняется существующий набор морфологических единиц, рисунок их взаиморасположения, изменяется ход процессов соседствующих с ними комплексов (Мамай, 1992). Таким образом, здесь прослеживается эквифинальность в прямой трактовке этого слова, т.е. равнозначное, при любых условиях, завершение процесса нефтегазодобычи. В контексте необратимости значимы и остатки полуразрушенной инфраструктуры нефтегазопромыслов, и ряды сукцессионных ландшафтов, если считать необратимыми такие модификации ландшафтов, время существования которых превышает продолжительность жизни одного человеческого поколения (Преображенский, 1986). Существует мнение, что возвращение степных геосисистем после антропогенного воздействия в исходное первоначальное состояние невозможно в принципе: некоторые апофитные и адвентивные виды растительных сообществ, поселившиеся в результате антропогенного воздействия, могут сохраняться в восстанавливающихся растительных ассоциациях неопределенно долго (Нечаева и др., 2004). Однако многие модификации ландшафтов могут казаться устойчивыми и необрати-

125

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Геоэкологические аспекты оптимизации степных ландшафтов в условиях разработки нефтегазовых месторождений

мыми лишь потому, что период их восстановления не определяется длительностью жизни одного или даже двух поколений человека. Тем не менее современные технологии нефтегазодобычи неизменно приводят к качественному изменению структуры исходного ландшафта, что подтверждает представленную смену природного инварианта природно-техногенным.

Анализ выявленных особенностей и закономерностей функционирования природно-техногенных геосистем нефтегазовых месторождений можно завершить перечнем свойств, присущих этим при- родно-техногенным геосистемам. ПТГНМ обладают следующими свойствами:

а) целостностью, обеспеченной единством цели и функции. Целостность системы поддерживается посредством взаимных вещест- венно-энергетических и информационных связей ее элементов, в результате она приобретает новые (системные, эмерджентные) свойства, проявляющиеся на различных иерархических уровнях ПТГНМ

инесводимые к простой сумме свойств ее элементов. Выявление эмерджентных свойств геосистемы, как правило, требует осмысления взаимовлияния элементов, учета их пространственно-времен- ных отношений и связей, анализа реакции ландшафтов на внешние воздействия. Примеры эмерджентных свойств:

—«локальный климат нефтегазопромысла» модифицируется в результате длительного функционирования факельных установок

имасштабного уничтожения почвенно-растительного покрова. Систематическое длительное изменение количества поступающего тепла

ивлаги изменяет системные процессы и, возможно, даже зональную принадлежность ландшафта (Мамай, 1992);

—биологическое разнообразие, модифицируемое изменением популяций живых организмов в условиях фрагментации ландшафтов;

—сейсмическая активность, модифицируемая в результате снижения пластового давления в недрах месторождения и изменения гидродинамики в системах подземных вод;

—поверхностный сток с определенной степенью зарегулированности, возникшей в ходе изменений морфологии рельефа;

б) иерархичностью (соподчиненностью элементов системы); в) структурностью, являющейся результатом упорядоченности

пространственно-временной организации природно-техногенной геосистемы;

126

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Глава 4. Природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения

г) устойчивостью — тенденцией к сохранению своей структуры, внутренних и внешних связей. Устойчивость преднамеренно созданной природно-техногенной геосистемы поддерживается искусственным образом, так как требуется ее способность выполнять заданную социально-экономическую функцию;

д) динамичностью — способностью эволюционировать, развиваться во времени и пространстве. Динамичность сочетается с устойчивостью, как в любой природной системе;

е) уникальностью;

ж) территориальностью — возможностью определения условных пространственных границ природно-техногенной геосистемы

иопределяющейся зависимостью ее формирования и функционирования от размещения относительно основополагающего начала (нефтегазовой залежи).

На основе представленной модели техногенной геосиситемы нефтегазового месторождения открываются новые подходы к оптимизации ландшафтов в ходе нефтегазового природопользования. Руководствуясь наиболее практичным и эффективным подходом обеспечения комплексной геоэкологической безопасности территории — превентивным, необходимо каждую стадию развития ПТГНМ рассматривать индивидульно, как нуждающуюся в особом режиме регулирования, индивидуальной гибкой схеме природоохранных

ивосстановительных мероприятий, независимом от недропользователя научно обоснованном геоэкологическом сопровождении.

127

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

Геоэкологические аспекты оптимизации степных ландшафтов в условиях разработки нефтегазовых месторождений

Выводы по главе 4

Входе разработки месторождения нефти и/или газа формируется новая пространственно-временная система — природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения, являющаяся частной категорией техногенных геосистем, обладающая собственными эмерджентными свойствами и полимасштабной структурой.

Системообразующим началом выступают технические объекты нефтегазодобычи и вспомогательные процессы, ограничивающие, по мере своего внедрения, степень свободы функционирования компонентов исходного ландшафта. Типология ландшафтов и физико-гео- графическое районирование в данном случае не привязаны к схемам размещения, а границы контуров техногенного обустройства и природных образований несопоставимы.

Для формирования и последующего функционирования природ- но-техногенной геосистемы нефтегазового месторождения представляются определяющими следующие принципиальные положения:

— трансформация компонентов ландшафта в условиях нефтегазодобычи ведет к изменению вещественно-энергетических и геоинформационных связей его вертикальной и горизонтальной структур;

— природно-техногенная геосистема нефтегазового месторождения характеризуется последовательными стадиями развития (модификациями), определяемыми сроками освоения месторождения

иуровнем (разнообразием) техногенной нагрузки на исходный ландшафт.

Каждая модификация природно-техногенной геосистемы нефтегазового месторождения соответствует определенному уровню техногенного воздействия на структурную организацию исходного ландшафта и функционально-динамические связи между его компонентами. Как правило, между показателями трансформации компонентов ландшафта и факторами воздействия прослеживается корреляционная связь.

Врезультате функционирования природно-техногенной геосистемы нефтегазового месторождения неизменно происходит смена природного инварианта ландшафта природно-техногенным.

128

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts

СПБГУАП|Институт 4 группа 4736

ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ЛАНДШАФТОВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ В УСЛОВИЯХ РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

5.1.Стратегия оптимизации техногенно измененных ландшафтов

5.1.1.Проблематика оптимизации

Наш выдающийся соотечественник, академик В.И. Вернадский, предвидя современный «взрыв научной мысли» и связанные с ним глобальные изменения в биосфере, обращал внимание на то, что «человек должен понять, …он не есть случайное, независимое от окружающего (биосферы или ноосферы) свободно действующее природное явление. Он составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение по крайней мере двух миллиардов лет» (Вернадский, 1977, с. 19). По мнению В.И. Вернадского, господствующее положение, занятое Homo sapiens faber («человеком творящим») в биосфере, должно пойти на пользу всему живому на Земле, поскольку «его разум так велик по своим последствиям и возможностям» (Вернадский, 1977, с. 42).

Приходится, однако, признать, что на данном этапе истории более чем семимиллиардная человеческая популяция в своих интересах разрушает и истощает среду обитания. Человек изобретательно пользуется ресурсами ландшафтов, производя коллосальное количество отходов и оставляя после себя техногенные пустоши. Мировое сообщество породило множество глобальных кризисов экологического, экономического и социального характера. По-видимому, на данный момент у человечества нет иного выбора, кроме выстраивания качественно новых отношений с природой, во главе угла которых — ее сохранение и восстановление на основе идеи более рационального природопользования и оптимизации ландшафтов, порой измененных до неузнаваемости.

Под оптимизацией ландшафтов автор понимает процесс управления их состоянием для максимизации выгодных характеристик при заданном типе природопользования. В итоге задачей оптими-

129

Контакты | https://new.guap.ru/i03/contacts