Эколого-геохимические исследования районов оценочного бурения на углеводороды в Обской губе

СТЕПАНЕЦ О.В., КОМАРЕВСКИЙ В.М., ЛИГАЕВ А.Н., ШКИНЕВ В.М.,СОЧНЕВ О.Я., СОЧНЕВА И.О.

Институт геохимии и аналитической химии РАН

ЗАО «МОРНЕФТЕГАЗПРОЕКТ»

В последние годы акватории в Карском (структуры Каменномысская, Обская, Чуторьяхинская) море Российской Федерации всё чаще рассматриваются как районы перспективных разработок нефти и газа и, одновременно, как возможные пути относительно дешёвой трубопроводной и танкерной транспортировки намечаемых к добыче углеводородов. Поиск газа в эстуарной зоне реки Обь имеет огромное значение для перспективного развития экономики страны. Вместе с тем, поисковые работы, добыча и транспортировка газа связаны с большим риском аварий и загрязнения окружающей среды, что вызывает вполне оправданную тревогу за будущее состояние экосистемы Обской губы и прилегающей части Карского моря. Обская губа относится к числу продуктивных зон Российской Арктики. Поэтому проведение комплексного экологического мониторинга является важнейшим фактором оценки существующего состояния и прогноза динамики развития эстуарных экосистем.

Поисково-оценочное бурение, осуществляемое в Обской губе в сравнении с любыми стационарными морскими комплексами по промышленной добыче углеводородов на шельфе, эксплуатируемыми длительное время, представляет значительно меньшую экологическую опасность для окружающей среды. Несмотря на это, существует возможность ухудшения качества водной среды из-за прямого или опосредованного воздействия физических, химических и других факторов. Наиболее вероятными из них являются химическое загрязнение среды за счет выброса выхлопных газов и продуктов сжигания пластовых флюидов, возможные утечки горюче-смазочных материалов (ГСМ), несанкционированный сброс бытовых сточных вод и твердых отходов, попадания в воду бытового раствора и штамма и т. д. с платформы и обслуживающих судов.

Программа мониторинга (режим, сетка станций, измеряемые параметры) стандартизированы в соответствии с международной практикой подобных исследований. Выбор контролируемых параметров экологического мониторинга природной среды основан на предыдущем опыте нефтегазодобычи в различных районах (Мексиканский залив. Северное и Норвежское моря).

Полевые работы в Обской губе, в районе буровой платформы «Amazone" проводили на ПСС "Калининградец". Во время проведения экологического мониторинга в районе разведочного бурения было выполнено по две съемки в точках Каменномысская и Обская № 1: при начале буровых работ и на последнем этапе бурения и испытания скважин. Для оценки параметров природного фона на региональном уровне использовали экспериментальные данные по уровням концентраций химических поллютантов в водной среде Обской губы, полученные в 2002-2003 гг. в период экспедиционных исследований на нис ГЕОХИ РАН «Академик Борис Петров» в рамках российско-германского проекта «Природа стоков сибирских рек и их поведение в прилегающей части Арктического бассейна».

Программа исследований предусматривала отбор проб воды и осадков по всем географическим азимутам (N, S, W, Е) на различных расстояниях от платформы (50, 100. 250. 500 и 1000 м). Для определения текущих фоновых параметров среды в период съемок дополнительно отбирали пробы на удалении 5000 м (3000 м) от платформы с наветренной стороны.

На борту судна было проведено изучение гидрофизических и гидрохимических характеристик водной среды (t, рН, Eh, О2 и др). В отобранных пробах в стационарных лабораторных условиях определяли содержание тяжелых металлов рентгено-флуоресцентным методом на анализаторе «Спектроскан» - при анализе донных осадков, и атомно-эмиссионным методом с индуктивно связанной плазмой (АЭС с ИСП) после концентрирования микроэлементов на хелатных сорбентах с амино-карбоксильными группами - при анализе водных проб. Содержание нефтепродуктов и анионных поверхностно-активных веществ определяли в концентрате после экстракционного извлечения с использованием флуориметрического анализатора жидкости "Флюорат-02". Определение антропогенных радионуклидов-гамма-излучателей в донных осадках проводили методом прямой гамма-спектрометрии.

Обработка полученных экспериментальных результатов определения различных поллютантов в пробах воды и донных осадков позволили оценить вариации концентраций и масштабы распространения примесных компонент в период проведения буровых работ.

Заметные вариации в распределении поллютантов были зарегистрированы для химических элементов-тяжелых металлов. Так, для донных осадков "аномальная" зона распределения тяжелых металлов, в частности свинца достаточно локальна, превышения фиксируются до 100 м удаления по направлению течения. Часть полученных "аномальных" проб вместе с фоновыми были исследованы более подробно в отношениии изучения форм состояния химических элементов в водных растворах.

Для изучения форм существования тяжелых металлов в речной воде и прилегающей части Карского моря был применен метод непрерывной многоступенчатой фильтрации, разработанный в ГЕОХИ РАН , основанный на фракционировании компонентов вод на мембранных фильтрах (диапазон размеров пор мембран от 1 до 0.025 мкм) с последующим масс-спекторметрическим анализом с индуктивно связанной плазмой полученных фракций на содержание металлов. Для этого пробы объемом 400 мл. пропускали через установку с ячейками с тангенциальным потоком анализируемой жидкости относительно последовательно расположенных мембран с уменьшающимся размером пор (1.0; 0.45; 0.1; 0.05; 0.025 мкм), в которых жидкая фаза перемещается между двумя расположенными друг над другом фильтрами. Проба фильтруется со скоростью 1.6-2.0 мл/мин, при скорости циркуляции 0.2-0.6 мл/мин. После прокачивания всей пробы ее пропускали в замкнутом пространстве еще 40 мин.

При таком режиме через установку проходит 5-кратный объем пробы, что позволяет поддерживать равновесные условия, при которых коэффициент проникновения частиц данного размера должен быть равен примерно 1. Выделенные фракции накапливали в соответствующих камерах, из которых с помощью шприцов отбираются пробы для последующего масс-спектометрического определения содержания отдельных элементов. Предложенный метод дает возможность в 40 раз увеличить концентрацию металла во фракции за счет выделения компонентов воды во фракции меньшего объема. Это позволяет достоверно изучать распределение микроэлементов вод между частицами различного размера даже при очень низком содержании металлов в водах.

В водных пробах из центральной части Обской губы заметно возрастание доли взвешенных частиц

Полученные данные свидетельствуют, что для открытой части Карского моря химические элементы находятся в основном в растворимой форме. В водных пробах из центральной части Обской губы заметно возрастание доли взвешенных частиц, причем основная часть тяжелых металлов задерживается на фильтрах с малым размером пор мембран. В пробах из внутренней части Тазовского залива фиксируются еще более заметная доля элементов во взвешенной фракции, в которой уже более заметная роль принадлежит и крупнодисперсным частицам.

Какой либо разницы в распределении микроэлементов в фоновых и "аномальных" пробах между частицами различных размеров не обнаружено, что может быть связано и с трудностями регистрации небольших эффектов при очень низком содержании элементов в воде. В поверхностных водных пробах зафиксированы значимые отклонения от среднего уровня содержания свинца и, в меньшей степени, кадмия. В начальный период бурения эти повышенные значения регистрируются в радиусе 250 метров от платформы, в конце бурения «аномальная» зона повышенных концентраций этих элементов захватывает уже 500-метровые удаления от центра.

Значимые превышения в содержании нефтепродуктов в верхнем слое донных осадков обнаружены в отдельных пробах на максимальном удалении 250 метров от платформы по направлению течения в северо-западном направлении.

В водных пробах повышенные содержания нефтепродуктов зафиксированы в этих же направлениях в радиусе 100 м от буровой. При этом более значимые превышения отмечены в придонном слое, что связано с меньшей подвижностью водных масс в придонных слоях, особенно, в отсутствии ветрового волнения.

Необходимо отметить, что достоверность интерпретации данных по содержанию и распределении, нефтепродуктов в донных осадах и, особенно, в воде в значительной степени связано с соблюдением температурных условий хранения и возможной транспортировки проб при последующем анализе образцов в стационарных условиях. Проведенные нами исследования по изучению кинетики разрушения нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ в водных растворах при комнатной температуре показали, что до 65 % НП распадается за первые 4-5 суток, в дальнейшем в течение 4-5 суток их концентрация в растворе не меняется. Анионные поверхностно-активные вещества при комнатной температуре практически полностью разрушаются уже через несколько суток.

Для антропогенных радионуклидов не выявлено каких либо отклонений в их содержании в пробах донных осадков за счет возможного взмучивания осадков, вызываемого переотложением грунта из верхнего интервала скважин. Уровень концентрации радиоцезия в пробах донных осадков, отобранных в период бурения соизмерим с удельной активностью данного радионуклида в пробах осадков, отобранных после окончания буровых работ.

Таким образом, проведенные эколого-геохимические исследования районов оценочного бурения на углеводороды в Обской губе позволили выявить параметры техногенного загрязнения окружающей среды за счет буровых работ и оценить масштабы их влияния на экологическое состояние бассейна.

В результате исследований были обнаружены локальные загрязнения среды химическими поллютантами (нефтепродукты, тяжелые металлы) в процессе проведения бурения, когда могут проливаться остатки топлива, масла, рабочих растворов и, как следствие этого, часть химических загрязнителей может попадать в окружающую среду. За счет горизонтальной и вертикальной турбулентной диффузии, волнового перемешивания за достаточно короткий период наблюдается снижение повышенных концентраций поллютантов до среднефоновых значений в данном районе.

Уровни концентраций поллютантов в "аномальных" пробах были значительно меньше ПДК

Уровни концентраций поллютантов в "аномальных" пробах были значительно меньше ПДК (предельно допустимых концентраций), что, прежде всего, свидетельствует о соблюдении основных экологических требований при проведении бурения в данном районе. Так, при бурении скважин в точках Каменномысская и Обская № 1 весь образованный за период бурения скважин шлам и буровой раствор собираются и, по мере накопления, сдаются на судно обеспечения с последующим их вывозом и утилизацией на специально оборудованном полигоне.

Такие исследования в экологическом плане позволяют использовать химические поллютанты в качестве трассеров природных процессов при создании прогнозных оценок пространственно-временных масштабов распространения примесных полей в случае возникновения аварийных ситуаций. Комплексный подход в изучении антропогенного загрязнения водной среды одновременно с исследованиями параметров природного геохимического фона позволил более полно выявить параметры техногенного загрязнения районов проведения разведочного бурения на углеводороды в Обском и Каменномысском лицензионных участках Обской губы и оценить их влияние на экологическое состояние бассейна реки Обь и Карского моря в целом.

Материалы международной конференции "Нефть и газ арктического шельфа - 2004"