Перелік лабораторних робіт

Шифр заняття	Тема заняття	Обсяг, год.
		аудит.	самост.
Л-1.1.1	Людина, як чинник геологічних змін навколишнього середовища	2	4
Л-1.2.1	Основні форми і характеристика зміни природного середовища в зоні впливу гірничого виробництва	4	5
Л-2.1.4	Геоекологічна безпека при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу	6	6
Л-3.1.1	Геоекологічна безпека при розробці родовищ нафти і газу та зборі, підготовці і транспортуванні вуглеводнів	5	5
	Всього, годин	17	20

Примітка: У шифрі заняття цифри після Л означають номер НЕ у відповідному змістовому модулі.

Лабораторна робота №1

Людина, як чинник геологічних змін

Навколишнього середовища

Мета роботи полягає у вивченні та засвоєнні основних чинників впливу на навколишнє середовище результатів та процесів діяльності людського суспільства, їх характеристики та порівняння.

Завдання роботи полягає у визначенні основних параметрів діяльності людини, під дією яких якісно і кількісно змінюється з геологічної точки зору навколишнє середовище.

Тривалість роботи – 2 години.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Поняття “біосфера” (від біо – життя, сфера – куля) введено в біологію ще на початку XIX століття Ж. Ламарком, а в геологію – Є. Зюсом в кінці того ж століття і означало зону життя живих істот на Землі.

Біосфера молодша за Землю і не одразу набула свого сучасного вигляду: виникнувши, вона пройшла довгий шлях біохімічної еволюції разом з розвитком планети. Біосфера – це відкрита система, оскільки отримує від Сонця необхідну для здійснення всіх життєвих процесів енергію. Але в той же час вона здатна в певній мірі і до саморегулювання. Вона, всупереч різним зовнішнім впливам, здатна зберігати властиву їй структуру або відновлювати її за рахунок процесів регенерації. Проте, створена таким чином стабільність біосфери відносна. Дія механізму саморегулювання обмежується еволюцією окремих видів живих організмів або потраплянням в біосферу великої кількості різних хімічних речовин, які вона не здатна регенерувати. Наприклад, природа ще не створила живі організми, які були би здатні розкладати відходи деяких синтетично отриманих речовин або регенерувати такі речовини, як СО, НСl, NО та ін.

У результаті інтенсифікації виробничої діяльності людини, особливо в період науково-технічного прогресу (НТП), різко почав змінюватись фізичний і хімічний склад біосфери. В основні її елементи (атмосферу, гідросферу, літосферу) потрапляють нові хімічні речовини, які синтезуються не природою, а людиною, і в таких кількостях, які не можуть бути розсіяні до концентрацій, не шкідливих для живих організмів. Рослинні та тваринні організми еволюційно не підготовлені до існування в різко зміненій біосфері, що приводить до створення біологічної кризи. Хімічний склад біосфери різко змінюється в результаті виробничої діяльності людини. Виробництво – це перш за все перетворення природи, її ресурсів у відповідності до потреб людей. У зв’язку з цим потрібне розумне регулювання взаємовідносин людей з природою.

Загальна класифікація відходів. У зв’язку з недосконалістю багатьох технологічних процесів з екологічної точки зору більшість підприємств промисловості, енергетики, авіа- і автотранспорту створюють відходи, які забруднюють біосферу. Забруднення оточуючого середовища – привнесення будь-яких твердих, рідких і газоподібних речовин або видів енергії (тепла, звуку, радіоактивності) в таких кількостях, що проявляють шкідливий вплив на людей, тварин і рослини, від промисловості як безпосередньо, так і непрямим шляхом.

Види, джерела, кількість та шляхи забруднення оточуючого середовища досить різноманітні. Забруднювачі, як правило, утворюються у вигляді газових викидів, стічних вод, шлаків, шламів, нарівні з одержанням цільових продуктів. Вони не мають визначених властивостей і цінності та є відходами тих чи інших технологічних процесів. Якщо відходи є відносно чистою хімічною сполукою, то її називають побічним продуктом виробництва. Відходи, які можуть бути використані або перероблені на сировину для інших виробництв або технологічних процесів, називають вторинними матеріальними ресурсами (ВМР), а ті, які ще не знайшли застосування і продовжують накопичуватись в шламо- і шлаконакопичувачах, відносять до потенційних вторинних матеріалів. Для розробки економічно ефективних методів їх переробки (утилізації) потрібно знати їх фізико-хімічні та токсичні властивості. Для полегшення цієї роботи створювані відходи і проміжні продукти необхідно класифікувати. Існує кілька видів класифікації відходів.

За агрегатним станом розрізняють газоподібні, рідкі та тверді відходи. Відходи є побутові та промислові: побутові відходи – це бувші у вжитку або експлуатації вироби та матеріали, списані в установленому порядку або викинуті населенням; відходи виробництва – це відходи, які утворюються при здійсненні тих чи інших технологічних процесів. По хімічному складу розрізняють відходи кислот, лугів, рідких солей (карбонатів, сульфатів, нітратів, альдегідів, спиртів, нітросполук та інших); в більшості випадків ці відходи є не індивідуальними хімічними сполуками, а сумішшю неорганічних і органічних сполук.

По дисперсності розрізняють системи істинні (молекулярно-іонні), колоїдні та грубодисперсні (суспензії, емульсії, аерозолі). По токсичності розрізняють нетоксичні (Н₂О, КаСl, Ка₂СО₃, СаСl₂ та ін.) і сильнотоксичні (КСl, Н₂(КО₃)₂, РlСl₂, СО, О₃, сполуки миш’яку, кадмію, нітрометану, діаміни, фенол, метану та ін.). По об’єкту забруднення розрізняють речовини та виробництва, які забруднюють атмосферу, гідросферу, літосферу і ін. Кожний вид класифікації одержує характеристику відходів. Однак, для вирішення питань утилізації, виділення та утилізації відходів необхідно знати їх всебічну характеристику, особливо якісний і кількісний хімічний склад, фізико-хімічні, токсичні та інші властивості.

Джерела забруднення навколишнього природного середовища поділяють на антропогенні та природні. До природних джерел забруднення відносять: пил рослинного, вулканічного та космічного походження, а також пил, що виникає в зв’язку з ерозією грунтів, дими та гази лісових і степових пожеж і ін. Природні джерела забруднення практично не впливають на умови життя, або мають короткочасний стихійний характер, наприклад, виверження вулканів. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється на протязі тривалого часу. Найбільш сильне забруднення навколишнього природного середовища виникає в місцях активної життєдіяльності людей. Антропогенне забруднення відрізняється різноманітністю видів, масштабами та багатьма джерелами його створення. За дослідженнями В.І. Вернадського, людина використовувала у стародавні часи сполуки 19 хімічних елементів, на початку XX століття вже 59, а на сьогоднішній день у промислове виробництво включені практично всі елементи таблиці Менделєєва. З приблизно 6.5 млн. хімічних сполук близько 80 тис. виробляють у промисловому масштабі. Це істотно впливає на склад викидів промислових підприємств і транспорту та приводить до нового забруднення атмосфери, гідросфери та літосфери. Основними джерелами забруднення біосфери є підприємства хімічної, металургійної, нафтопереробної, машинобудівної та інших галузей промисловості, теплоенергетика та автотранспорт. Відходи, які утворюються при здійсненні різних технологічних процесів і виробництв мають різний агрегатний та хімічний склад і токсичність. Вони забруднюють всі елементи біосфери. Сьогодні щорічно в усьому світі утворюється близько 150 млрд.т відходів. Особливо слід відзначити підприємства електро- та теплоенергетики, які використовують тверде, рідке та газоподібне паливо. Вони видають товарний продукт у вигляді електричної та теплової енергії. Що стосується витрачених матеріальних природних ресурсів, то вони цілком перетворюються у відходи, які потрапляють у природне середовище у вигляді газоподібних і твердих продуктів згорання. Всі відходи, наприклад при спалюванні на ТЕЦ природного газу, перевищують масу використаного палива в 5 разів, а при спалюванні вугілля (антрациту) – приблизно в 4 рази. Разом з продуктами згорання в природне середовище потрапляють всі домішки вихідного палива (сполуки водню, сірки, азоту та інших елементів).

Геоекологічні закони. У світі об’єктивно існують і діють екологічні закони. Не враховувати їх не можна, тому що на сьогоднішньому етапі еволюції біосфери це приведе до фатальних наслідків. Найбільше практичне значення при плануванні і втіленні у життя природозахисних заходів мають наступні закони геоекології:

1. закон взаємозв’язку і взаємообумовленості в природі;

2. закон обмеженості природних ресурсів;

3. закон піраміди енергій (правило 10 процентів).

Взаємозв’язок і взаємообумовленість всіх живих істот у природі – незаперечний закон природознавства. Безперервна міграція живої речовини, енергії і хімічних елементів в біосфері – матеріальна основа цього закону. Без взаємообумовленості та взаємозалежності організмів, без загальної солідарності всіх живих істот життя на Землі неможливе. “Все пов’язано зі всім і все знаходиться у всьому” – такий основний закон життя. Основний закон екології визначає необхідність комплексного підходу до вирішення практичних задач, які пов’язані з раціональним використанням і охороною природного середовища. Наприклад, ліс – це не тільки постачальник деревини, але й постачальник вільного кисню; він може бути використаний і як хімічна сировина, і як джерело хутра. Ліс має велике водоохоронне значення, суттєво впливає на мікроклімат району, є місцем масового відпочинку (рекреації). Таким чином, при плануванні участі людини в природі, особливо при визначенні масштабів вирубки лісу в районах будівництва, необхідно виконувати закон взаємозв’язку і взаємообумовленості з тим, щоб не викликати незворотні зміни в тій чи іншій екосистемі.

Закон загального взаємозв’язку і взаємообумовленості розповсюджується не тільки на живі істоти, а й на всі предмети і явища в природі. Він обумовлює єдність і цілісність всіх компонентів в довкіллі, встановлює правило, при якому зміна одного з його компонентів неминуче викличе зміну і інших. Крупномасштабні екологічні катастрофи, які виникли в останні десятиліття (Арал, Нижня Волга, Прикаспій, Невська губа, Фінська затока) обумовлені, перш за все, зневагою до основного закону загального взаємозв’язку і взаємообумовленості в природі. З основного закону випливає ряд наслідків і положень, зокрема, шкідливе для однієї частини живої істоти не може бути байдужим для другої її частини, тобто шкідливе для одних видів істот є шкідливим для інших (Реймерс Н.Ф., 1990 р.).

Закон обмеженості природних ресурсів. Природні ресурси – це елементи природи, які використовуються або можуть бути використані для задоволення потреб суспільства та суспільного виробництва. Розрізняють такі природні ресурси: вичерпні відновлювальні (рослинність, тваринний світ і грунт), вичерпні невідновлювальні (всі корисні копалини) і невичерпні (сонячна енергія й енергія вітру).

Закон піраміди енергії (за Р. Линдеманом) говорить, що з одного трофічного рівня екологічної харчової піраміди на другий рівень переходить у середньому не більше 10% енергії. У природі зелені рослини (продуценти), рослиноїдні, хижі тварини (консументи) утворюють харчову піраміду. Чим вища піраміда, тим менша загальна маса живих істот, тому що наступний ступінь існує за рахунок попереднього, використовуючи при цьому від 7 до 17% кількості речовини та енергії. Спроба взяти більше, ніж дозволяє “піраміда”, у природі жорстоко карається, а саме: чисельність виду, який порушив це співвідношення, катастрофічне падає. Не більше того, що можливо, – ось регулюючий зміст екологічного потенціалу - категорія, яку В.А. Красілов (1990 р.) пропонує ввести для кожного регіону. До нього входить існуюча та потенційна продуктивність екосистем, їх стійкість до інженерно-будівельного впливу, біологічна різноманітність, ризик споживання природних ресурсів.

Серед інших основних положень екології слід виділити принцип необхідної біологічної різноманітності природи, тобто тільки при цій умові екосистеми є стійкими та високопродуктивними, принцип потенційної користі кожного компоненту природного середовища (передбачити, яке значення для людства може мати той чи інший вид в майбутньому, неможливо). Необхідно знати також “закони” екології Б. Камонера: 1) все пов’язано з усім; 2) все повинно кудись діватися; 3) природа “знає краще”; 4) нічого не дається дарма.

Біосферна етика. Останнім часом в нашій країні і за кордоном почали розробляти комплекс екологічних положень і принципів, який, на думку авторів, повинен виконуватися на всіх рівнях життя людини – від індивідуального до загальнолюдського. Серед них значний інтерес представляють основні положення “біосферної етики”:

1. Перш за все, не треба робити багато чи мало – викидати в атмосферу отруйні речовини – отрутохімікати, фреони, поліхлорбіофеніли і подібний до них хімічний арсенал, який ніколи не існував у навколишньому середовищі (НС). Тому що будь-яка з цих речовин, взаємодіючи з природними, породжує в біосфері десятки і сотні інших, так званих парагенетичних речовин, більшість яких стає ще більш отруйними, ніж вихідні.

2. Не підвищувати радіаційний фон (рівень) біосфери, викидуючи в неї штучні радіоактивні ізотопи від атомної енергетики і промисловості.

3. Не повинні до того ж додаватися нові поля (наприклад, електромагнітне), тому що вони не зникають безслідно і впливають на кожну живу істоту.

4. Не слід витрачати “основний капітал” енергії біосфери і її оточення, тому що в них немає жодної зайвої енергії, яка могла б бути використана даремно і без наслідків.

5. Не можна знищувати і руйнувати види газових, рідких і твердих мінералів, види рослин і тварин, тому що вони є не тільки продуктом фізико-хімічної і біологічної рівноваги, але й носії цієї рівноваги, які визначають організованість біосфери.

6. Не слід знищувати та руйнувати будь-які підрозділи біосфери – луки, ліси, болота, ріки й озера, естуарії, затоки моря і т.п., де складним чином взаємопов’язані і взаємодіють різні види живої і неживої природи.

7. Не варто створювати організованість біосфери технічними засобами, тому що це є відмова від більш досконалої організованості природи на користь менш досконалої, це є перехід біосфери на більш низький якісний рівень

У найбільш простій формі принципи біосферної етики такі: повага до всього (і, зокрема, до людини), повага до природи, тобто до біосфери та її оточення, повага до космосу.

Характер і масштаби взаємодії людини і природи в різні історичні епохи. У ході еволюційного розвитку біосфера підлягала значним і надто повільним змінам (наприклад, суттєво змінювався клімат, виникали гігантські зледеніння, перебудовувалися ландшафти). З іншого боку, з певного етапу розвитку біосфера почала змінюватися і під впливом діяльності людини Ці штучні зміни викликані діяльністю людини (її називають також техногенною або антропогенною) відрізняються всезростаючими масштабами впливу на природне середовище та швидкоплинністю. У час НТР, завдяки глибокому впливу людини на НС, процеси саморегуляції біосфери були суттєво підірвані, що привело до небезпечних проявів її деградації Було б помилкою бачити причини цього негативного наслідку в сучасній НТР, яка якраз і передбачає підтримку діалектичного взаємозв’язку між природою і суспільством. Причина в іншому в незнанні загальних екологічних законів і правил, у споживацькому відношенні до природних ресурсів, у недосконалості діючих технологічних схем виробництва, неефективному керуванні при природокористуванні.

У різні періоди розвитку людства виникали найбільш різноманітні уявлення про взаємодію людини та природи, від утопічних до технократичних. Найбільш загальна закономірність взаємодії природи і людини полягає у подвійній ролі людини: з одного боку, вона не може існувати без використання багатства природи, тобто залежить від природи, підкоряється їй; з іншого - людина здатна активно впливати на природу і в значній мірі є її володарем. Ця єдність і визначає взаємодію природи та людини. Людина та природа єдині і нероздільні одна від одної. Протиставляти людину та природу вкрай невірно й абсурдно.

У складній, суперечливій історії взаємодії природи і суспільства можна виділити три етапи: 1) з давніх часів до початку промислової революції (кінець ХVII – початок XIX ст.); 2) період потужного індустріального розвитку (кінець XIX – початок XX ст.); 3) сучасний період (після 50-х років XX ст.). Перший етап починається з розвитку землеробства в період неоліту. Після виникнення землеробства людина почала розорювати степ, будувати канали і зрошувальні системи, що супроводжувалось вирубуванням і спаленням густих лісів, знищенням флори та фауни. Другий етап характеризується різким збільшенням темпів індустріалізації і техногенного перетворення земної поверхні. Стверджуються нові засоби виробництва. Відмінна риса цього періоду – щорічна зміна відношень між людиною і природою, яка проявляється в загальній зневазі законів кругообігу речовин, у шкідливому впливі на велику кількість наземних і морських екосистем, впливі на природне середовище. Третій етап почався з середини XX ст., продовжується він і зараз. Вплив людини на природу (антропогенний прес) набув глобального характеру. У цей період, за геніальним передбаченням В.І. Вернадського, людина стає “величезною геологічною силою”, під дією якої змінюється вигляд Землі.

Вплив людини на природне середовище наближується до межі, перехід через яку може викликати незворотні процеси в природному середовищі. Загальний об’єм забруднюючих речовин, за прогнозом багатьох вчених, може досягти до 2010 р. 130 млрд.т, що набагато перевищує можливості їх нейтралізації. Швидко скорочується площа лісів на Землі. До середини XXI ст. вона зменшиться на 40%, пустелі наступають зі швидкістю від 10 до 44 га за хвилину, під загрозою знищення знаходиться більше 1200 видів тварин.

Разом з розвитком промисловості та іншими важливими чинниками посередньо впливає на деградацію біосфери збільшення чисельності населення. Підраховано, що приблизно 9 тис. років тому на Землі жило не більше 10 млн. людей, за прогнозами до 2010 р. буде від 5.7 до 6.3 млрд. Останні десятиліття XX ст. поставили питання про вироблення наукової стратегії раціонального природокористування і охорони природи, без чого можлива втрата рівноваги біосфери, повна її деградація, а як наслідок, виникнення реальної загрози для розвитку цивілізації і виживання людства.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Результати виконання лабораторної роботи оформляються у вигляді звіту, який включає пояснювальну записку, у якій необхідно:

– вказати мету роботи і сформулювати постановку завдання;

– описати основні параметри діяльності людини, під дією яких якісно і кількісно змінюється з геологічної точки зору навколишнє середовище;

– зробити висновок щодо впливу діяльності людини на геологічне середовище.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1 Загальна класифікація відходів.

2 За якими параметрами класифікують відходи?

3 Джерела забруднення навколишнього природного середовища.

4 Які виділяють закони геоекології.

5 Охарактеризуйте один із законів геоекології.

6 У чому полягають особливості взаємодії людини і природи в різні історичні епохи.

7 Як змінювалися уявлення про взаємодію людини та природи з розвитком суспільства.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Основні форми і характеристика зміни природного середовища в зоні впливу гірничого виробництва

Мета роботи полягає у оволодінні методикою класифікації форм порушення і забруднення природного середовища гірничими підприємствами.

Завдання роботи – скласти та опрацювати таблицю основних форм порушення і забруднення навколишнього природного середовища у результаті діяльності гірничих підприємств.

Тривалість роботи – 4 години.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Форма порушення або забруднення – це оконтурена границею (у вигляді контуру чи ареалу) територіально–структурна одиниця в рамках геологічного середовища (ГС) гірничого виробництва. При великій різноманітності форм порушення і забруднення геологічного середовища їх доцільно об’єднувати в групи і типи (табл. 2.1).

Забруднення геологічного середовища. Речовини, які виділились з технологічних процесів у формі рідких, твердих і газоподібних викидів, а також різні види енергії, потрапляючи в природні компоненти, розсіюються, нагромаджуються чи мігрують в них і утворюють особливий вид зміни якісних характеристик природних компонентів – забруднення (табл. 2.1). Форми цього виду змін можуть бути оконтурені умовною лінією – границею ареалу за кількісними показниками концентрації забруднюючих речовин. Форми забруднень дуже рухливі, змінюються в просторі і часі, тісно пов’язані з технологічними процесами і значно залежать від природних умов, здатності природних компонентів до самоочищення.

Усі форми забруднення природних компонентів відображають специфіку їх утворення. Утворення цих форм визначається в основному видом речовин, що потрапляють в природні компоненти, фізичним станом і хімічними властивостями.

Одним з можливих методичних рішень є виділення форм забруднення за аналогією з формами порушення природних компонентів. У відповідності з назвою компонентів, в яких зафіксована наявність забруднюючих речовин, можна виділити забруднення: літосфери, гідросфери, атмосфери і біоценотичні. Ця класифікація змін природних компонентів містить показники, які характеризують конкретну форму, як морфологічну одиницю ППС і можуть бути відображені на спеціальній карті-схемі морфологічної структури.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Результати виконання лабораторної роботи оформляються у вигляді звіту, який включає пояснювальну записку, у якій необхідно:

– вказати мету роботи і сформулювати постановку завдання;

– описати основні у основні форми порушення і забруднення природного середовища;

– скласти таблицю основних форм порушення і забруднення природного середовища;

– зробити висновок щодо впливу гірничих підприємств на навколишнє природне середовище.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1 Форма порушення або забруднення.

2 Групи, що входять до геомеханічних порушень.

3 Форми порушення групи поверхневих гідрологічних.

4 Групи, що входять до атмосферних забруднень.

5 Форми порушення групи провалів.

6 Групи, що входять до біоценотичних забруднень.

7 Групи, що входять до біоморфологічних порушень.

8 Форми порушення групи деформації масиву порід і земної поверхні.

9 Форми порушення типу аеродинамічних.

10 Форми порушення групи виїмки.

11 Форми забруднення типу літосферні.

12 Форми порушення групи підземних гідрогеологічних.

13 Форми порушення групи забудови.

14 Форми забруднення типу атмосферні.

15 Групи, що входять до гідродинамічних порушень.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Геоекологічна безпека при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу

Мета роботи полягає у оволодінні методикою прогнозування та обгрунтування негативних змін геологічного середовища при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу, а також методам їх запобігання.

Завдання роботи полягає у визначенні основних чинників негативного впливу на геологічне середовище та його захисту при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу.

Тривалість роботи – 6 годин.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Нафтові і газові родовища опошуковуються та розвідуються, як правило, в складних геологічних умовах. Значна дислокованість порід сприяє висхідному рухові вуглеводнів та пластових вод до земної поверхні. Неякісно ліквідовані і в більшості випадків закинуті свердловини та шурфи на старих родовищах стають додатковими шляхами висхідної міграції вуглеводнів, які створюють в приповерхневих відкладах вибуховонебезпечну і пожежонебезпечну ситуації.

Висхідні рухи нафти і газу простежуються в приповерхневих відкладах у вигляді виходів нафти на поверхню землі і викидів газу в атмосферу (Бориславське родовище), накопичення важких вуглеводнів в колодязях та шурфах (Старосамбірське родовище), грифоноутворення в водоймах (Битківське родовище). Зафіксрвані випадки випадання атмосферних опадів, насичених нафтовими вуглеводнями, сумарний обсяг яких досягає 47,5 см/л. Усе це приводить до забруднення грунтів і ґрунтових вод. У багатьох місцях над родовищами нафти та газу виявлені аномально-високі концентрації вуглеводневих газів, які досягають 97%. Газові аномалії пов’язані переважно з тектонічно ослабленими зонами. Крім цього, вони виявлені навколо нафтових свердловин та шурфів, а також пов’язані з розливами нафти і нафтопродуктів на поверхні землі. Води басейнів рік і озер в таких випадках мають підвищені (по відношенню до атмосферних опадів) мінералізацію (1,3-3,9 г/л), а в місцях тектонічних розривів до 15 г/л, хлоридно-натрієвий склад і деяку кількість вуглеводнів. Водорозчинні гази р.Тисмениця в Бориславському нафтопромисловому районі мають порівняно небагато вуглеводнів (0,002-0,03 см³/л). Але, крім метану, в них переважають ізоморфні і пароподібні форми (С₄-С_б). Іноді в річкових водах біля нафтових родовищ зустрічаються феноли (до 0,03 мг/л), метаноли (до 3,6 мг/л), нафтопродукти (до 2,1 мг/л).

Для забезпечення сприятливих екологічних умов в межах нафтогазових родовищ необхідно спеціально проводити геохімічні дослідження для виявлення і ліквідації джерел забруднення поверхневих, ґрунтових і підземних вод, особливо тих, які використовуються для водопостачання.

Для визначення всіх джерел і масштабів забруднення при необхідності використовуються наступні заходи: з метою розвантаження і уникнення накопичення вуглеводневих газів і проведення гідрогазорежимних спостережень буряться спеціальні дегазаційно-спостережливі свердловини. На виявлених ділянках з аномальними концентраціями вуглеводнів виконуються детальні геохімічні дослідження для визначення впливу і ефективності проведених заходів для зниження забруднення нафтопродуктами і вуглеводневими газами приповерхневих відкладів і ґрунтових вод, а також уточнення обсягів забруднення навколишнього середовища (об’ємне і територіальне). В місцях будівництва на ділянках з підвищеними вуглеводневими аномаліями забороняється застосування асфальтового покриття і рекомендується плиточне. У споруджуваних будинках виключаються підвальні приміщення, а в побудованих вони обладнуються надійною природною чи примусовою вентиляцією. При гідродинамічних засобах захисту підземних вод застосовують стягування нафтової лінзи з поверхні ґрунтових вод, вилучення нафтопродуктів на поверхню, перехоплення забрудненого потоку підземних вод і очистку водоносного горизонту від нафти. На ділянках з аномальними концентраціями вуглеводнів застосовується попередня очистка води від емульгованих або плівкових нафтопродуктів. Для цього використовуються природні місцеві сорбенти (тирса, сухий торф), промислові відходи (зола), штучні сорбенти та ін. В місцях водопунктів, забруднених нафтопродуктами, застосовують метод гідравлічної завіси. Для цього за допомогою ін’єкційних свердловин проводять відкачку забрудненої води і нафти з послідовною закачкою води вище по потоку, в межах області забруднення. Це підвищує ступінь очистки водоносного горизонту і створює гідравлічний бар’єр на шляху ґрунтових вод. Коефіцієнт фільтрації при цьому повинен бути не менше 10 м/добу.

Для очистки забруднених нафтопродуктами ґрунтових вод можна використовувати мікроорганізми-бактерії для біологічної деградації органічних речовин. Для цього штучно вводять окремі штами бактерій, для яких нафта або інші органічні речовини служать сприятливим середовищем. Процес біологічної деградації повинен надійно контролюватися в межах області забруднення, оскільки проникнення мікроорганізмів у водоносний горизонт може викликати негативні явища. При необхідності застосовується комплекс згаданих засобів захисту водоносних горизонтів при вуглеводневому забрудненні.

Розробка нафтових родовищ з підтриманням пластового тиску нагнітанням агентів витіснення з пониженою порівняно з пластовою температурою суттєво впливає на якість розкриття та роз’єднання нафтогазоносних і водоносних пластів. Особливо це проявляється на пізній стадії, коли порушені початкові термобаричні умови покладу і встановлена фільтрація флюїдів з одночасною зміною їх фазових проникностей та фізико-хімічних особливостей.

Буріння свердловин в цих умовах часто супроводжується значними ускладненнями в стовбурі та сильними нафтогазоводопроявами. Це викликає необхідність застосування обважнених бурових розчинів, в результаті чого задавлюються низькопроникні і не охоплені заводненням пласти, знижується продуктивність свердловин, створюються зони і дільниці з невиробленими запасами, що в кінцевому результаті приводить до неефективного використання природних ресурсів. Лабораторними дослідженнями та промисловими експериментами доведено, що підвищення якості розкриття та роз’єднання нафтогазоносних і водоносних пластів можна добитися, повніше враховуючи термогідродинамічні умови покладу. При цьому встановлено, що тільки зменшення градієнтів температури і тиску з глибиною може забезпечити нормальні умови розкриття пластів, включити їх кольматацію та ліквідувати можливість виникнення позаколонних перетоків і нафтогазопроявів.

Для ліквідації цих негативних явищ розроблено і впроваджено в промислових умовах нові способи розкриття та роз’єднання нафтогазоносних і водоносних пластів в порушених гірничогеологічних умовах при розробці нафтових покладів із заводненням. З цією метою перед розкриттям продуктивних пластів сусідні по відношенню до свердловини, що знаходиться у бурінні, нагнітальні свердловини закривають і витримують до зниження тиску в високопроникних пластах не вище тиску тріщиноутворення і відновлення пластової температури в низькопроникних пластах до величини, яка викликає в них зниження внутрішньої напруги.

Вимога дотримання цих умов зумовлена тим, що у випадку прориву води по одному найбільш проникному пласту і створення в ньому аномально високого пластового тиску виникає необхідність обважнення бурового розчину до величини, котра на 5-10% перевищує поточний пластовий тиск у ньому. Створеного на промитий водонасичений пласт тиску не можуть витримати охолоджені низькопроникні пласти, в яких різко зменшується тиск тріщиноутворення. Процес ще більше ускладнюється, якщо в цих пластах випали асфальто-смоло-парафінові речовини. У результаті створюються умови для тріщиноутворення при значно меншому тиску, ніж це вимагається для розкриття нафтонасиченого пласта.

Домогтися нормального проведення стовбуру свердловини до проектної глибини можна тільки тоді, коли на ділянці буріння нової свердловини створяться умови, що виключають можливість виникнення вказаних вище ускладнень. При цьому період зупинки нагнітальних свердловин залежить від багатьох геолого-фізичних факторів, але в усіх випадках основними є величини пластового тиску і температури. Тому вказані параметри повинні витримуватись повністю, щоб виключити можливі ускладнення.

У запропонованій технології передбачається зниження пластового тиску до величини не вище тиску тріщиноутворення. Проте відомо, що найкращі умови для змикання в пласті створюються при початковому пластовому тиску. Витримати ці умови неможливо, бо до моменту закінчення буріння свердловини на проектний горизонт (а це в певних умовах становить 2-3 місяці) і підготовки її до цементування він повинен бути на рівні початкового пластового тиску.

Наявність в експлуатаційному об’єкті пластів з різними термогідродинамічними умовами негативно впливає також на їх роз’єднання в процесі цементування експлуатаційних колон. Зміна початкового пластового тиску в бік його збільшення завжди приводить до розкриття в пласті-колекторі тріщин. Якщо припинити нагнітання агентів витіснення, то тріщини почнуть змикатися і процес досягне максимуму при початковому пластовому тиску.

Припинення нагнітання агентів витіснення пониженої температури в високопроникні пласти супроводжується відновленням температури в низькопроникних пластах, тоді як для її відновлення у високопроникних пластах необхідний певний час. У результаті при існуючих відборах із покладу пластовий тиск в низькопроникних пластах збільшується, а в високопроникних, навпаки, знижується протягом тривалого часу.

Виходячи із встановлених гідродинамічних залежностей, що спостерігаються у покладі після припинення закачки в нього холодної води, розроблено новий спосіб роз’єднання нафтогазоносних і водоносних пластів у свердловинах. Суть його полягає в тому, що, як вказувалось вище, перед роз’єднанням пластів в пробуреній свердловині сусідні нагнітальні свердловини закривають і витримують до зниження тиску у водоносних пластах до початкового пластового, а тампонажний розчин закачують в період мінімального темпу відновлення пластової температури напроти водоносних пластів. Під мінімальним мається на увазі такий темп, який протягом певного періоду не викликає суттєвого збільшення об’єму насичуючих пластів флюїдів, а відповідно, не створюються умови для росту пластового тиску при існуючих відборах рідини із покладу. У результаті досягнуто більш ефективне нафтовилучення з багатопластових об’єктів розробки та майже повністю ліквідовано негативні явища, пов’язані з кольматацією порід-колекторів та виникненням позаколонних перетоків.

Таким чином, цілеспрямованим керуванням термогідродинамічними процесами в покладах можна успішно вирішити проблему геоекології та охорони надр при розробці нафтових покладів із заводненням на пізній стадії їх експлуатації та добитися високого ступеня нафтовилучення із низькопроникних неоднорідних колекторів.

У процесі пошуків, розвідки, розробки, транспортування, зберігання і переробки нафти і газу виникає цілий ряд екологічних проблем, зумовлених шкідливим впливом об’єктів нафтогазової галузі на навколишнє середовище. Для оцінки цього впливу з метою його знешкодження необхідно застосувати системний підхід.

Територію України поділяють на кілька десятків природних ландшафтно-географічних зон або екосистем, що складаються з певного набору природних компонентів і техногенного навантаження. Необхідно врахувати максимальну кількість природних компонентів екосистеми: геологічне середовище і мінерально-сировинні ресурси, геофізичні поля, ендогенні й екзогенні геологічні процеси, рельєф і його порушення, ґрунтовий покрив, підземну та поверхневу гідросферу, клімат і атмосферні процеси, рослинний покрив, тваринний світ і природні заповідні зони.

Об’єкти нафтогазової галузі по-різному впливають на ці компоненти, забруднюють їх, порушують природну рівновагу, руйнують ландшафти, спричиняють різні захворювання у населення. Щоб запобігти цьому, необхідно передусім створити єдину для України інформаційну систему на основі комп’ютерного банку даних, до якого повинні входити бази даних по кожному компоненту екосистеми, по складових нафтогазового комплексу (пошуки, розвідка, транспортування, зберігання і переробка), а також по його об’єктах. Після цього можна створювати прогнозні моделі змінювання навколишнього середовища під впливом подальшого розвитку народного господарства України.

Для стабілізації і покращення складних геологічних ситуацій, що виникають у зв’язку з будівництвом і експлуатацією магістральних газопроводів, компресорних станцій, нафтопереробних заводів та інших об’єктів галузі, необхідно розробити єдину для України комп’ютерну інформаційно-керуючу систему розвитку нафтогазового комплексу. Це невідкладне завдання наукових і виробничих установ галузі, а також державної природоохоронної служби.

Організація систем екологічного моніторингу і екологічної безпеки нафтогазової галузі України – це невідкладне державне завдання екологічної науки та природоохоронної служби.

При нафтопошукових роботах на окремих ділянках, майданчиках, де були збудовані розвідувальні свердловини, проходить зміна хімічного складу підземних і поверхневих вод, сольового складу грунтів. Встановлено, що підземні і поверхневі води забруднюються нафтопродуктами, високомінералізованими стічними водами, поверхнево-активними речовинами. Площа ореолів забруднення і глибина їх проникнення коливаються в залежності від тривалості та організації процесу проведення і закінчення буріння свердловини, геолого-гідрогеологічних умов, якості природоохоронних заходів та ін.

У багатьох нафтогазоносних районах видобуток нафти проводиться з другої половини минулого століття (Бориславське, Битківське, Східницьке родовища) спочатку за допомогою шурфів-колодязів, потім свердловин, пробурених ударним, а згодом роторним та турбінним способами. Так, наприклад, за неповними даними, в межах міст Борислава нараховується більше 20 тис. покинутих шурфів-колодязів і близько 2160 нафтових свердловин. У більшості свердловин, які були пробурені до 1938 р., обсадні колони не цементувалися, а тампонувалися глиною, внаслідок чого герметизація свердловин порушена. Таке становище сприяє перетоку рідких та газоподібних вуглеводнів з продуктивних нафтогазомістких горизонтів у залягаючі вище, зокрема, четвертинні відклади. Крім того, з декількох шахт і 340 розвідувальних озокеритових свердловин, ліквідація яких проведена з порушенням технічних вимог, спостерігаються газові грифони.

На Східницькому нафтовому родовищі нині експлуатуються 250 свердловин, 632 -ліквідовані. В більшості з них стовбури та їх колони не цементовані. Деякі з ліквідованих свердловин не знайдеш, а вони можуть бути шляхами перетоків вуглеводнів з продуктивних горизонтів в приповерхневі відклади.

Основні потенційні джерела забруднення навколишнього середовища при будівництві свердловин поділяються на тверді, рідкі і газоподібні. Рівень забруднення та ступінь екологічної шкоди оцінюються кратністю перевищення ГДК забруднюючих речовин, які визначені діючими нормами природоохоронних органів.

Причини і шляхи потрапляння забруднювачів у навколишнє середовище можуть бути технологічні та аварійні. До технологічних належать: геофільтрація рідких відходів; забруднення підземних вод питної якості у зв’язку з негерметичністю колони і неякісним цементуванням; порушення або неякісне виконання гідроізоляції амбарів і технологічних ділянок; прорив з трубопроводів мінералізованих пластових вод, які закачуються у поглинаючі горизонти, руйнування обваловки шламових амбарів, розлив ПЗМ; порушення вимог при навантаженні, транспортуванні і зберіганні хімреагентів для виготовлення бурових і цементних розчинів; забруднення атмосферного повітря при роботі двигунів, спалюванні продуктів випробування свердловин.

Проведені дослідні роботи на майданчиках пошуково-розвідувальних свердловин ДП "Західукргеологія" показали, що ступінь техногенного забруднення території майданчика під час буріння значний (особливо нафтопродуктами, іонами хлору, кальцію). Результати спектрального аналізу дали можливість визначити місця аномального скупчення свинцю, барію, заліза. Свинець накопичується у місцях проведення робіт, пов’язаних з автотранспортом (містки бурового верстата, шламовий майданчик та ін.). Аналіз загазованості приповерхневих відкладів території майданчика і за його межами показує значний техногенний вплив процесу буріння на геологічне середовище.

Для зменшення технологічного впливу процесу буріння на навколишнє середовище необхідно передбачити в екологічному розділі проекту на буріння ряд заходів:

- введення більш компактного монтажу бурового верстата;

- використання прогресивних і більш досконалих засобів очистки бурових розчинів;

- зміни конструкції свердловин за рахунок введення додаткової колони у верхній частині розрізу;

- буріння спеціальних контрольних свердловин по периметру майданчика;

- екологічно безпечну утилізацію твердих відходів буріння.

Потребує вирішення проблема оперативного та ефективного контролю токсичності бурового розчину, який стримується відсутністю обладнання, методики та апаратури.

Комплекс робіт з охорони навколишнього середовища повинен виконуватись у відповідності з робочим проектом, якого слід суворо дотримуватися на протязі всього циклу будівництва свердловин. При складанні екологічного розділу проекту необхідно керуватися зведеннями про стан навколишнього середовища, які є в місцевих органах Мінекобезпеки, даними про режим підземних вод та екзогенно-геологічних процесів.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Результати виконання лабораторної роботи оформляються у вигляді звіту, який включає пояснювальну записку, у якій необхідно:

– вказати мету роботи і сформулювати постановку завдання;

– описати негативні зміни геологічного середовища при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу, а також методи їх запобігання;

– зробити висновок щодо методів та методик зменшення негативних зміни геологічного середовища при пошуках та розвідці родовищ нафти і газу.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1 З чим переважно пов’язані газові аномалії?

2 Заходи, які використовуються для визначення всіх джерел і масштабів забруднення.

3 Геоекологічні особливості буріння свердловин та розробки родовищ з нагнітанням агентів.

4 Нові способи розкриття та роз’єднання нафтогазоносних і водоносних пластів.

5 Системний підхід для оцінки впливу об’єктів нафтогазової промисловості на навколишнє середовище.

6 Організація систем екологічного моніторингу і екологічної безпеки нафтогазової галузі.

7 Заходи, що передбачаються в екологічному розділі проекту на буріння.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

Геоекологічна безпека при розробці родовищ нафти і газу та зборі, підготовці і транспортуванні вуглеводнів

Мета роботи полягає у оволодінні методикою прогнозування та обгрунтування негативних змін геологічного середовища при розробці родовищ нафти і газу, зборі, підготовці та транспортуванні вуглеводнів, а також методам запобігання змін геологічного середовища.

Завдання роботи полягає у визначенні основних чинників негативного впливу на геологічне середовище та його захисту при розробці родовищ нафти і газу, зборі, підготовці та транспортуванні вуглеводнів.

Тривалість роботи – 5 годин.

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Розвиток сучасної цивілізації неможливий без енергетики, або паливно-енергетичного комплексу та використання різноманітних корисних копалин. Від їх використання залежить темпи науково-технічного прогресу, інтенсифікації виробництва та життєвий рівень людей. Розвиток гірничого комплексу та енергетики є єдиною основою розвитку всього сучасного матеріального виробництва на базі швидкої індустріалізації.

Основним методом одержання енергії на сьогодні стало спалю­вання нафти, природного газу, горючих сланців, торфу та інших видів мінерального палива. Індустріалізація промисловості проходила за рахунок подальшого нарощування видобутку і переробки рудних і нерудних корисних копалин.

Постійне нарощування темпів видобутку продуктів для паливно-енергетичного комплексу та рудних і нерудних корисних копалин для металургійної, хімічної, будівельної та інших галузей народного господарства приводить до значного порушення екологічного стану природного середовища та утворення в ньому протилежних напрямків розвитку природних процесів.

Найважливішою для людства в цьому комплексі є проблема охо­рони і раціонального використання геологічного середовища, оскільки в ньому містяться основні компоненти твердих, рідких і газоподібних корисних копалин. Крім того, в ньому містяться різні об’єкти, які створені людиною в межах літосфери і являють собою антропогенні геологічні утворення. Всі ці компоненти знаходяться у тісній взаємодії і визначають його динаміку.

Екологічні зміни природного середовища при розробці родовищ нафти і газу. Видобуток нафти і газу на відміну від видобутку переважної більшості інших корисних копалин не пов’язаний з виємкою гірських порід, не приводить до утворення вільних підземних порожнин і суп­роводжується незначною кількістю твердих відходів виробництва. Об’єм винесеного шламу гірських порід при бурінні і твердих частинок скелету нафтогазоносних порід або новоутворених мінеральних солей при експлуатації неможливо порівняти з об’ємами гірських порід, які піднімаються на поверхню і складаються в процесі розробки інших ко­рисних копалин.

Основними видобувними продуктами в нафтовій і газовій про­мисловості є флюїди – нафта, газ, попутна пластова вода, попутний нафтовий газ. При розробці нафтових родовищ в підземні пласти закачується велика кількість води. Крім того, в процесах буріння та видо­бутку нафти і газу використовують різноманітні хімічні елементи, більшість з котрих розчинні у воді. Всі вказані речовини – нафта, газ, пластові води, закачані води та хімічні реагенти є головними джерелами техногенних змін гідрогеологічних систем та навколишнього середовища. Цілком природно, що найбільш різко ці зміни проявляються в межах самих нафтових і газових родовищ, але досить часто техногенез охоплює значну частину інших площ і навіть весь нафтогазоносний басейн. Недопустимо думати, що техногенним змінам піддаються тільки ті гідрогеологічні системи, в котрих скупчені поклади вугле­воднів. Як правило, зміни розповсюджуються на все геологічне середо­вище району родовища, включаючи товщу гірських порід від вибою найбільш глибокої свердловини до земної поверхні, а нерідко й на са­ме навколишнє наземне середовище. Техногенез в надрах нафтогазо­носних басейнів може приводити до небажаних змін хімічного складу підземних і поверхневих вод, впливати на грунти, рослинний і тварин­ний світ, змінювати пластові тиски і рівні поверхневих вод, а іноді – на інженерно–геологічні умови місцевості. Саме важливість можливих практичних наслідків привертає увагу до вивчення змін техногенних процесів надр, котрі знаходяться в промисловій розробці нафтових і газових родовищ.

Техногенні зміни гідрогеологічних систем в нафтогазоносних басейнах, де проводиться буріння і видобуток нафти і газу, проходять як і на земній поверхні, так і в самому масиві гірських порід.

Вплив земної поверхні включає переважно роботи, пов’язані як з господарським освоєнням кожної території, так і специфічні їх види, котрі характерні тільки для нафтових і газових промислів. Із останніх особливої уваги заслуговує будівництво свердловин і експлуатація промислового господарства.

При будівництві свердловин основними джерелами забруднення є бурові та тампонажні розчини, бурові стічні води і шлам вибурених порід, продукти випробування свердловин. Ступінь забруднення гео­логічного середовища буровими розчинами залежить від кількості та токсичності хімічних реагентів, котрі застосовуються для приготуван­ня промивних рідин, їх кількість в розчині повинна бути мінімальною і граничне допустимої концентрації.

Відпрацьовані бурові розчини, стічні води і шлам поступають в земляні амбари, котрі в більшості випадків не мають надійної ізоляції як з поверхневими, так і підземними водами. В результаті відбувається розтікання рідин, забруднення природних об’єктів, поверхневих во­дойм і водотоків, інфільтрація забруднювачів у верхні водоносні гори­зонти.

Особливу шкоду навколишньому середовищу наносить продукція при випробуванні свердловин – нафта, газ, конденсат і пластові високомінералізовані води. Рідкі вуглеводні і вода накопичуються в значних за розмірами земляних амбарах і акумулюють в собі велику кількість токсичних речовин, які містяться в забруднювачах. В цих випадках ос­новним механізмом проникнення забруднювачів в підземні водоносні горизонти земної кори є інфільтрація.

Найбільші збитки навколишньому середовищу наносять аварійні викиди і відкрите фонтанування свердловин, особливо нафтою. Так, за останні 40 років лише в Україні пройшло 86 аварійних викидів нафти, газу і води в Дніпровсько-Донецькій западині, Передкарпатському прогині та Причорноморсько-Кримському регіоні, котрі іноді супро­воджувалися пожежами, людськими жертвами, виселенням людей із населених пунктів, втратою свердловин і природних ресурсів, виведен­ням з ладу значних ділянок родючих земель і значними ма­теріальними витратами на їх ліквідацію. Більшість з них пройшло в розвідувальних свердловинах внаслідок порушення технології буріння та випробування і лише 20% по причинах, незалежних від виконавців робіт. При аварійних викидах пластові флюїди поступають в усі про­никні пласти на шляху їх руху. Відбувається їх багатокомпонентне змішування. Забруднюються джерела питної води, в атмосферу вики–дується велика кількість отруйних газів, утворюються на поверхні землі газові і водяні грифони.

Так, на Глинсько-Розбишевському родовищі України при розкритті нафтогазонасичених пластів надсольового девону з глибини 4548 м стався викид промивної рідини густиною 1560 кг/м³. При аварійному фонтануванні свердловина викидала до 2 млн. м газу, 10 тис. м води і 40–50 т нафти в добу.

Викинута із свердловини продукція розповсюджується на значну відстань в аерозольному вигляді, забруднює луки, посіви, родючі землі тощо. Із викинутої суміші на ґрунтовий покрив в значному об’ємі ви­падають солі, нафтопродукти, буровий розчин і хімічні реагенти.

Аварійне фонтанування може продовжуватись від декількох діб до 2–3 років. Так, наприклад, свердловина 35–Західно-Хрестищенська фонтанувала 661 добу при виниклих навколо неї газових грифонах.

Запобіганню аварійних ситуацій може сприяти тільки дотриман­ня технології буріння свердловин і правил попередження фонтанів і нафтогазопроявів. Важливу роль тут відіграє надійність прогнозування пластового тиску і температури глибоких горизонтів, що вимагає на­копичення гідрогеологічної інформації про надра та проведення спеціальних досліджень в кожному нафтогазоносному басейні. Особ­ливо важливим в цих умовах є встановлення аномально високих пла­стових тисків (АВПТ).

Зони АВПТ розповсюджені в усіх нафтогазоносних областях. Глибина їх розповсюдження в основному залежить від термальних умов і геологічної будови. Так, в західних областях України зони АВПТ флюїдів встановлено в розрізах понад 40 площ, де його переви­щення над гідростатичним складає від 11 до 49,9, а іноді до 98,5 МПа. В Дніпровсько–Донецькій западині зони АВПТ флюїдів встановлено більше, ніж на 36 площах від 2259 до 6750 м. На цих глибинах тиски флюїдів дорівнюють 46,0 і 87,9 МПа відповідно.

У процесі видобутку нафти і газу основними забруднюючими ре­човинами, котрі впливають на геологічне середовище, є нафта та по­путна пластова вода. Нафта має надзвичайно великі токсичні властивості, а тому її наявність у воді навіть в невеликій кількості ро­бить її непридатною для життя та господарсько–побутового використання, надзвичайно різко негативно позначається на флорі й фауні. Природне окислення нафти протікає надзвичайно повільно і в аеробних умовах закінчується не раніше, ніж через 100–150 діб. Сильно забруднена нафтою територія практично стає непридатною для рос­линного і тваринного світу.

Вплив об’єктів нафтової і газової промисловості на гідрологічні системи з масиву гірських порід пов’язані з наступними техно­логічними процесами.

При розробці нафтових і газових родовищ основні зміни прохо­дять в самих нафтогазовміщуючих пластах. Частина раніше нафтонасиченого простору заміщується водою або газом, змінюється пластовий тиск і температура флюїдів, перетворюється хімічний склад пластової води і нафти. Особливо інтенсивно ці процеси проходять при закачці в пласт води із поверхневих джерел. В цих випадках дуже часто розвивається сірководневе зараження, проходять хімічні реакції з випаданням в осад новоутворених мінеральних солей, а часом, на­впаки, посилюються процеси вимивання мінералів із скелету нафтонасичених порід.

Найважливішим фактором впливу на гідрогеологічні системи нафтогазоносних басейнів є зміни пластового тиску, котрі неминуче супроводжують процеси розробки нафтових і газових родовищ. Вся­кий відбір пластових флюїдів викликає зниження пластової енергії, яка витрачається на приплив флюїду до свердловини по пласту – ко­лектору, а потім по стовбуру свердловини до гирла. Всі без винятку техногенні процеси в гідрогеологічних системах, котрі зазнали зни­ження пластового тиску, надзвичайно сильно впливають на геологічне середовище.

Особливо сильно понижується пластовий тиск при відборі флюїдів із замкнутих, ізольованих резервуарів, які не мають зв’язку або мають обмежений зв’язок з областями живлення підземних вод. При відборі нафти із таких покладів тиск знижується на 10-20 МПа. Звичайно, що така велика втрата пластової енергії приводить до ви­никнення міжпластових перетоків через дреновані пласти, передчасно­го їх обводнення та втрати значної частини мінеральних ресурсів.

Для недопущення негативних наслідків при розробці нафтових родовищ на природних режимах в останні десятиріччя широко почали застосовуватись методи підтримання пластового тиску закачкою води. Дуже часто при цьому пластовий тиск намагаються підняти до почат­кової величини або навіть збільшити, не враховуючи термобаричних умов покладів. У результаті виникає цілий ряд техногенних процесів, котрі посилюють ведення нормального процесу видобутку нафти, створюють небезпечні умови для відтоку рідини у верхні горизонти аж до виходу на поверхню.

Одним із найбільш небезпечних явищ при розробці нафтових і газових родовищ є загазованість територій. У більшості випадків вона виникає внаслідок порушення правил охорони надр і проявляється, як правило, в межах родовища, а іноді розповсюджується на відстань до декількох кілометрів від нього. Небезпека загазованості полягає в тому, що вуглеводні метанового ряду в певних пропорціях з повітрям утво­рюють вибухонебезпечні суміші, а окремі вуглеводневі з’єднання ток­сично діють на живі організми і при заміщенні частини кисню в повітрі викликають задушливість.

Так, на території України значна загазованість відмічалась на Бориславському, Битківському, Рудківському та інших родовищах Прикарпаття. На Бориславському родовищі загазованість виникла внаслідок проникнення газу в підвальні приміщення житлових бу­динків із шурфів, колодязів і свердловин, в яких з другої половини XIX ст. видобували нафту та озокерит. В одному із них в 1972 р. виник ви­бух метану. Виясненням причин вибуху встановлено, що в межах ро­довища в приповерхневих відкладах існують газові аномалії з небезпечними концентраціями вуглеводнів. У переважній більшості вони мають невеликі розміри, локальне розповсюдження і різні глиби­ни проявлення.

На Битківському родовищі Прикарпаття загазованість приповерхневих відкладів встановлено на місці виходу на денну поверхню тектонічного порушення між Битківським і Пасічнянським блоками. На вказаній площі пробурено більше 20 глибоких експлуатаційних свердловин. В деяких із них в процесі буріння в радіусі 500–800 м проходило катастрофічне поглинання бурового розчину і викиди з утворенням грифонів. У грудні 1982 р. в с. Пасічна пройшло три послідовних вибухи метану, на щастя без людських жертв.

Ліквідація загазованості території проводиться різкими шляхами – використанням частини ліквідованих, контрольних і нагнітальних свердловин та бурінням спеціальних дегазаційних свердловин. Одним із головних заходів, спрямованим проти розвитку процесів загазованості, є дотримання технічних умов буріння свердловин і правил охорони надр.

Таким чином, процеси видобутку нафти і газу надзвичайно силь­но впливають не тільки на геологічне середовище, але й на все навко­лишнє природне середовище. Особливо сильно техногенні процеси при цьому проявляються у випадку сильної тріщинуватості порід, коли ще до початку розробки родовищ на окремих ділянках проявляються нафтові і газові виходи, грязьовий вулканізм, кірові поля, озокерит­ні жили тощо.

Ненадійні флюїдоупори в переважній більшості також починають проявлятися в процесі розробки родовищ після створення деякого градієнта тиску між пластами, достатнього для подолання капілярних сил, котрі утримують зв’язану воду в дрібнопоровому просторі породи-покришки. Негерметичні стовбури свердловин служать основними ка­налами зв’язку між пластами, в результаті чого створюються штучні шляхи для міжпластових перетоків і утворення зон загазованості та нафтогазових грифонів.

Захист геологічного середовища при транспортуванні та зберіганні нафти і газу. Збереження геологічного середовища під час господарської діяльності є однією з головних проблем сучасності. Особливого значення вона набуває при будівництві крупних лінійних об’єктів, які призводять до значного порушення геологічного субстрату на величезних територіях. До таких складних об’єктів, що інтенсивно порушують навколишнє середовище, належать магістральні нафтогазопроводи великого діаметру.

У процесі проведення наукових досліджень в межах лінійних магістральних газопроводів Карпатського регіону одержано комплекс статистичних даних, що дозволив розробити схему та обгрунтувати раціональний вид і обсяг робіт по забезпеченню безаварійної роботи магістральних газопроводів уже на стадії проектування. Досягається це шляхом цілеспрямованого і науково обгрунтованого вивчення стану геологічного середовища, виявлення наявних та можливих у перспективі геологічних ускладнень, доопрацюванням проекту з метою обходу ускладнених геологічних ділянок. Одержані результати лягли в основу розробки методики проведення раціонального комплексу геологічних досліджень на стадії проектування з метою збереження навколишнього середовища та нанесення йому найменших збитків при будівництві та експлуатації об’єктів такого типу.

Запропонований у методиці комплекс досліджень складається з трьох основних етапів. На першому, підготовчому етапі аналізується наявний картографічний матеріал, що відображає геологічну, геоморфологічну будову та тектонічні особливості вздовж проектного напрямку прокладення. Проводиться дешифрування аерофотознімків з метою вияснення ступеня розвитку деструктивних геологічних процесів. Такий сумісний аналіз дозволяє виділити найбільш несприятливі для будівництва ділянки, або такі, що можуть в перспективі втратити необхідні несучі властивості. Другий етап складається з аеровізуальних досліджень вздовж траси та картування специфічних елементів рельєфу для вияснення реальної ландшафтно-морфоструктурної ситуації і відбраковки небажаних для будівництва ділянок. Одночасно бажано виконати повторне аерофотографування, що дозволить виявити динаміку та напрямок розвитку деструктивних процесів. На основі вияснення цих тенденцій можна дати обгрунтований прогноз подальшого розвитку геоекологічної ситуації на весь час функціонування об’єкту. Третій етап складається з геолого-геоморфологічного обстеження траси трубопроводу та розробки або обгрунтування рекомендацій по обходу несприятливих ділянок. Особлива увага при цьому приділяється ослабленим в геологічному відношенні ділянкам, що можуть перетворитись в нестабільні з активним розвитком ерозії, зсувів, дефлюкції під час експлуатації трубопроводу або навіть під час виконання будівельних робіт. Виконання рекомендацій розробленого комплексу досліджень трас нафтогазопроводів та інших лінійних об’єктів на стадії проектування дозволяє значно підвищити ефективність та рентабельність будівництва, забезпечити стабільну довготривалу роботу об’єкту, попередити розвиток і виникнення небажаних геологічних явищ. У свою чергу, це дозволяє максимально зберегти природне середовище, в тому числі сільськогосподарські угіддя, лісові масиви, водні ресурси, рекреаційні зони та інше від незворотного руйнування та необгрунтованого знищення.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Результати виконання лабораторної роботи оформляються у вигляді звіту, який включає пояснювальну записку, у якій необхідно:

– вказати мету роботи і сформулювати постановку завдання;

– описати негативні зміни геологічного середовища при розробці родовищ нафти і газу, зборі, підготовці та транспортуванні вуглеводнів, а також методам запобігання змін геологічного середовища;

– зробити висновок щодо методів та методик зменшення негативних зміни геологічного середовища при розробці родовищ нафти і газу, зборі, підготовці та транспортуванні вуглеводнів.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1 Техногенні зміни гідрогеологічних систем при розробці родовищ нафти і газу.

2 Основні джерела забруднення при будівництві свердловин.

3 Шкода навколишньому середовищу при випробуванні свердловин.

4 Аварійні викиди і відкрите фонтанування свердловин, як чинник забруднення геологічного середовища.

5 Методи запобігання аварійних ситуацій при розробці родовищ нафти і газу.

6 Вплив об’єктів нафтової і газової промисловості на гідрологічні системи.

7 Методика проведення раціонального комплексу геологічних досліджень на стадії проектування трубопроводів.