Содержание к диссертации
Введение
1. Роль подземных хранилищ в развитии газоснабжения юга россии и экспортных поставках
1.1. Потребности в газе на юге России 1 j
1.2. Схема газотранспортной системы юга России 20
1.3. Особенности геологического строения Северо-Ставропольского ПХҐ 26
1.3.1, Общие сведения о Северо-Ставропольской площади 26
1.3.2. Особенности геологического строения Северо-Ставропольской площади 44
2. Особенности создания и эксплуатации северо-ставропольского ПХГ
2.1. Технологическая схема Северо-Ставропольского ПХГ 73
2.2. Особенности создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте 78
2.3. Особенности создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ в зеленой свите 113
2.4. Особенности развития и реконструкции Северо-Ставропольского ПУГ 150
3. Повышение надежности, эффективности и безопасности строительства и эксплуатации скважин ПХГ
3.1. Влияние технологических факторов на качество строительства и ремонта скважин на ПХГ 157
3.2. Комплекс технологических решений по повышению качества строительства и капитальном ремонте скважин на ПХГ
3.2.1. Совершенствование технологии временного блокирования пласта при его вскрытии и капитальном ремонте скважин 173
3.2.2. Технология водоизоляции в скважинах ПХГ 182
3.2.3. Технология создания искусственной призабойной зоны 190
3.2.4. Технологические жидкости и технологии интенсификации притока газа 194
3.2.5. Технология создания фильтра из пол и фра кци о иного гравийного массива в слабосцементированных коллекторах 216
4. Современное состояние экологической безопасности северо-ставропольского ПХГ
4.1. Оценка воздействия на атмосферный воздух 231
4.2. Оценка уровня загрязнения снежного покрова 237
4.3. Оценка эмиссии метана в атмосферу на территории СС ПХГ 241
4.4. Оценка воздействия СС ПХГ на почвы и почвенный покров 256
4.5. Оценка степени нарушенности почв и почвенного покрова на территории горного отвода 259
4.6. Оценка воздействия на природные поверхностные воды 274
4.7. Совершенствовани системы производственно-экологического мониторинга 279
5. Методология повышения надежности и безопасности эксплуатации ПХГ
5.1. Выбор рациональной плотности сетки скважин ПХҐ 291
5.2. Прогнозирование предельных режимов работы Северо-Ставропольского ПХГ 293
5.3. Разработка новых подходов к обеспечению надежной и экологически безопасной эксплуатации технологических объектов ПХГ на основе создания и внедрения системы диагностики 305
5.4. Разработка методов и приборов контроля за качеством газа ПХГ 319
5.5 Совершенствование методов контроля эксплуатации ПХГ 340
5.6. Совершенствование системы контроля за эксплуатацией Северо-Ставропольского ПХГ 360
6. Методология оптимизации управления эксплуатацией ПХГ
6.1. Комплексная геолого-промысловая модель эффективной эксплуатации ПХГ 378
6.2. Промысловая модель газосборной системы ПХГ 394
6.3. Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом ПХГ 417
Заключение 442
Список использованных источников 445
Приложения
- Особенности геологического строения Северо-Ставропольской площади
- Особенности создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте
- Совершенствование технологии временного блокирования пласта при его вскрытии и капитальном ремонте скважин
- Оценка степени нарушенности почв и почвенного покрова на территории горного отвода
Введение к работе
Актуальность исследований. Основным элементом топливно-энергетического комплекса России является Единая система газоснабжения (ЕСГ). представляющая собой совокупность взаимосвязанных объектов (подсистем) добычи, дальнего транспорта, ПХГ и распределения, осуществляющих непрерывный процесс подачи газа потребителям. Особая роль в комплексе обеспечения высокой надежности функционирования ЕСГ, стабильных и гарантированных поставок газа потребителям принадлежит ПХГ, служащим для покрытия сезонных неравномерностей потребления газа регионами, расположенными на больших расстояниях от газодобывающих районов. Повышение надежности и эффективности эксплуатации ПХГ является актуальной проблемой, решение которой, прежде всего, связано с правильностью выбора объекта, повышением качества строительства и ремонта скважин.
Проблема покрытия сезонных неравномерностей потребления газа в России решается путем создания системы подземных хранилищ природного газа. В основном подземные хранилища, размещаемые в непосредственной близости от потребителей, обеспечивают небольшие объемы оперативных резервов газа, резервов на аномально холодную зиму, и для увеличения надежности газоснабжения различных регионов требуют дальнейшего развития.
Подземные хранилища газа в терригенных коллекторах, по сути происходящих в них процессов, являются сложными системами, поведение которых обуславливается воздействием внешних и внутренних факторов. В технологической системе ПХГ используется значительный фонд действующих скважин, в результате циклических закачек и отборов газа происходит разнонаправленное движение газоводяного контакта (ГВК), значительные колебания давлений и температуры. Воздействие этих факторов приводит к изменению емкостно-фильтрационных свойств (ЕФС) коллектора. Для оценки ЕФС газонасыщенного коллектора в ПХГ немаловажным является совершенствование промысловых методов определения коллекторских свойств. Кроме того, для ПХГ, характеризующихся значительной площадью газоносности и неравномерностью эксплуатации отдельных зон большое значение с целью совершенствования геолого-промыслового обеспечения эффективной эксплуатации ПХГ имеет разработка геолого-промысловых моделей, позволяющих рационально прогнозировать режимы эксплуатации ПХГ в целом, так и отдельных его зон.
В силу специфических особенностей подземные хранилища газа не только подвергаются воздействию внешних и внутренних факторов, но и сами оказывают значительное техногенное влияние на объекты природной среды. При этом геохимический техногенез свойственен всем этапам - от бурения скважин и строительства объектов до введения их в эксплуатацию, а также на протяжении всего периода эксплуатации хранилищ.
В связи с этим до настоящего времени остался ряд вопросов, трудноразрешимых с позиции традиционных подходов к изучению механизма работы ПХГ. Это в первую очередь относится к проблеме формирования газового объема в резервуаре, динамике передвижения ГВК, неравномерности заполнения отдельных объемов резервуара.
Продуктивный пласт ПХГ представляет собой весьма сложную флюидодинами-ческую систему, чувствительно реагирующую на всякое воздействие в призабойной зоне пласта (ПЗП). При этом возникают процессы, течение и последствия которых зависят от ЕФС горных пород, физико-химических свойств насыщающих их флюидов, а также характера и степени воздействия на пласт при его вскрытии и эксплуатации.
Северо-Ставропольское ПХГ (СС ПХГ), созданное на базе крупного истощенно
го газового месторождения, имеет два объекта для хранения газа - в хадумском го
ризонте и зеленой свите, с у различаюц^і^^іи^и^шґлириіі і Lpm>f нкам и
режимам работы. «-»«
I SHMltOTCKA I
3 Г SFSfcSSq
С учетом особенностей эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ, возникает необходимость провести исследование и разработать комплекс технологических решений по повышению надежности и безопасности эксплуатации ПХГ на стадии развития и окончания строительства.
Поэтому весьма актуальным является разработка методических основ повышения надежности создания и эксплуатации ПХГ путем совершенствования: системы геолого-промыслового контроля при создании и эксплуатации; технологии строительства скважин; методов проведения ремонтно-восстановительных работ; способов повышения производительности скважин; методов диагностирования объектов ПХГ; путей рационального природопользования при строительстве и эксплуатации подземных газохранилищ; геоэкологического контроля и повышения уровня экологической безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ. Срок эксплуатации ПХГ рассчитан на многие десятилетия. В связи с чем возникает необходимость рассмотреть вопросы, влияющие на надежность и безопасность эксплуатации ПХГ, в едином комплексе: геологические условия, особенности создания и эксплуатации СС ПХГ, факторы, влияющие на параметры ПХГ; проектирование и строительство скважин; ремонтно-восстановительные работы; контроль за объектами (диагностирование); экология; факторы воздействия ПХГ на окружающие среды.
Работа выполнена в ООО «Кавказтрансгаз» и ОАО «СевКавНИПИгаз» в рамках отраслевых Программ работ на 1998 - 2004 гг. по увеличению суточной производительности ПХГ, долгосрочной Программы научных исследований для обеспечения эффективного развития ОАО «Газпром», Программ научно-исследовательских работ ОАО «Газпром» в области подземного хранения газа.
Целью диссертационной работы является разработка методических основ создания и эксплуатации ПХГ и совершенствование совокупности технологических методов на различных этапах строительства и развития подземных хранилищ, направленных на повышение надежности и безопасности их эксплуатации.
Основные задачи исследований:
комплексное обобщение материалов по геологическому строению Северо-Ставропольской площади;
анализ создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ;
разработка методов повышения надежности, эффективности и безопасности строительства и эксплуатации скважин ПХГ;
оценка современного состояния экологической безопасности Северо-Ставропольского ПХГ;
анализ влияния на повышение надежности и безопасности эксплуатации ПХГ таких факторов как плотность сетки скважин, предельные режимы работы, система диагностики, качество газа, контроль эксплуатации;
уточнение геолого-промысловых моделей и совершенствование газосборной системы для эффективной эксплуатации ПХГ.
Теоретическими и методическими основами работы послужили основные положения техники и технологии бурения скважин, общей теории систем и их прикладных аспектов к анализу функционирования открытых природно-техногенных систем, физической и коллоидной химии, термодинамики, механики сплошных и дискретных сред, подземной гидромеханики газожидкостных систем, вычислительной математики, математической статистики, планирования эксперимента а также совокупности знаний по геологии и разработке нефтяных и газовых месторождений.
Под руководством автора и при его непосредственном участии создано и эффективно эксплуатируется на протяжении более 25 лет крупнейшее в мире Северо-Ставропольское ПХГ, проводились опытно-методические, промысловые исследова-
ния и испытания на более чем 1200 скважинах подземных хранилищах газа Российской Федерации.
Научная новизна заключается в:
разработке теоретической модели и оценке эффективности подконтактной закачки газа в ПХГ на стадии развития с целью формирования оптимального газонасыщенного объема;
научном обосновании необходимого соотношения объемов активного и буферного газа ПХГ;
совершенствовании системы диагностирования объектов ПХГ;
разработке флюидодинамической модели сооружения гравийных фильтров в газовых скважинах;
научном обосновании комплекса технологий, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ПХГ, включающего в себя:
в области бурения и заканчивания скважин составы технологических жидкостей (ТЖ) и технологию временного блокирования ПЗП, технологию создания искусственной ПЗП;
в области капитального ремонта скважин составы ТЖ и технологию селективной водоизоляции, технологию создания высоко проницаемой искусственной ПЗП в эксплуатационной газовой скважине, новые составы ТЖдля интенсификации притоков в эксплуатационных скважинах;
в области контроля зз эксплуатацией ПХГ - систему эколого-производственного контроля, методы геолого-промыслового контроля, методи приборный комплекс контроля состава газа;
в области разработки и эксплуатации - схему зонной закачки и отбора газа, геолого-промысловую и газосборную модель, позволивших впервые обеспечить бесперебойную подачу газа потребителям в условиях резких и многократных пиковых нагрузок.
Таким образом, в диссертационной работе решена крупная научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение - обоснованы теоретические и методические принципы повышения надежности и безопасности эксплуатации ПХГ.
Практическая значимость. Разработанный автором комплекс технологий на этапах строительства и капитального ремонта скважин позволил повысить надежность, эффективность и безопасность эксплуатации скважин ПХГ. Проведенная комплексная оценка современного состояния экологической безопасности позволила разработать систему эколого-производственного контроля, внедренную на Северо-Ставропольском ПХГ. Предложенные автором технологии и организационная схема оптимизации управления эксплуатацией ПХГ использованы при составлении технологических режимов эксплуатации Северо-Ставропольского и других ПХГ России.
Реализация результатов исследований. Полученные в процессе исследований результаты использовались при подготовке технологических проектов создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте и зеленой свите, а также при эксплуатации, строительстве и капитальном ремонте скважин Северо-Ставропольского, Щелковского и Песчано-Уметского ПХГ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на Межрегиональной научно-технической конференции по проблемам газовой промышленности России, посвященной 35-летию ДАО "СевКавНИПИгаз" (Ставрополь, 1997); III Региональной научно-технической конференции "ВУЗовская наука - Северо-Кавказскому региону" (Ставрополь, 1999); XXIX и XXX научно-технических конференциях по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (Ставрополь, 1998, 1999); Первой международной конференции "Циклы" (Ставрополь, 1999); Совещании
ОАО «Газпром» по состоянию и проблемам капитального ремонта скважин (Москва, 1999); Совещании ОАО «Газпром» по подземному хранению газа (Москва, 1999); XII, XIII Международных конгрессах «Новые технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи» - CITOGIC (Уфа, 1999; Москва 2000, Салехард, 2001, Геленджик, 2002. Санкт-Петербург, 2003), заседаниях Секции по подземным хранилищам газа Комиссии по месторождениям и ПХГ ОАО «Газпром» (Саратов, 1998, 2002. Москва, 1999, 2000, 2001, Валдай, 2000, Нижний Новгород, 2001. Уфа, 2002, Сочи, 2003, Ставрополь, 2003, Небуг, 2004), научно-техническом совете Управления по подземному хранению газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром» (Москва, 2000). научно-практическом семинаре «Проблемы моделирования работы скважин и пластовых систем при создании и эксплуатации ПХГ в пористых пластах» (Москва, 2001), секции «Экология и охрана окружающей среды» НІС ОАО «Газпром» (Сочи, 2002), VII Международной научно-практической конференции «Научно-техническая информация и научно-техническая реклама-2002» (Москва, 2002). Международной научной конференции «ВНИИгаз на рубеже веков: наука о газе и газовые технологии» (Москва, 2003). XXII Мировом газовом конгрессе (Токио, 2003).
Автором защищаются следующие основные положения:
-
Комплекс технологических решений, позволяющий повысить надежность, эффективность и безопасность строительства, ремонта и эксплуатации скважин ПХГ, включающий составы ТЖ и технологию временного блокирования ПЗП, технологию создания искусственной ПЗП, составы ТЖ и технологию селективной водо-изоляции, технологию создания высокопроницаемой искусственной ПЗП в эксплуатационной газовой скважине, новые составы ТЖ для интенсификации притоков в эксплуатационных скважинах;
-
Совокупность методов по повышению надежности и безопасности эксплуатации ПХГ, включающих метод и схему зонных закачки и отбора газа, критериальные условия безопасной эксплуатации ПХГ, систему диагностирования объектов ПХГ. комплексную методику анализа состава газа;
-
Организационная схема управления эксплуатацией ПХГ на основе автоматизированной системы, включающей геолого-промысловую модель, модель газосборной системы, усовершенствованную систему контроля за эксплуатацией.
Публикации. По теме диссертации результаты проведенных исследований отражены в 50 публикациях. Опубликованные работы включают: 24 статьи в сборниках научных трудов; 21 статью в ведущих рецензируемых научных изданиях, 1 патент на изобретение РФ, 3 монографии.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 461 страницах машинописного текста, включает 120 рисунков, 65 таблиц, 213 формул. Список использованных источников состоит из 253 наименований.
В процессе выполнения исследований автор пользовался советами Н.И. Андрианова, В.И. Беленко, ВТ. Боярчука, С.Н. Бузинова, Т.Ш. Вагиной, С.А Варягова, Р.А Гасумова, В.А Гридина, СВ. Долгова, В.Е. Дубенко, С.Н. Закирова, И.В. Зиновьева, Ю.К. Игнатенко, Л.Г. Коршуновой, НА Крылова, В.Г. Мосиенко, В.И. Петренко, Ю.А Пули, Е.П. Серебрякова, К.М. Тагирова, A.M. Тагировой и многих других. Всем им диссертант считает приятным долгом выразить свою благодарность.
Многие коллеги оказали неоценимую помощь в выполнении расчетов на ЭВМ, оформлении табличного и графического материалов. Всем им автор выражает свою искреннюю признательность.
Особенности геологического строения Северо-Ставропольской площади
В последние годы Северо-Ставропольское ПХГ используется как один из основных источников газа в регионе, когда в наиболее напряженные зимние месяцы газ по системе газопроводов Северный Кавказ-Центр в район расположения Северо-Ставропольского ПХГ не только практически не поступает, но и имеет место обратный поток газа для газоснабжения потребителей Ростовской области, Краснодарского края и других районов. То есть, хранилище играет роль источника автономного газоснабжения региона. А этот факт требует совершенно иного подхода к определению необходимых объемов активного газа в хранилище.
В связи с этим, рассмотрим сезонное потребление газа потребителями Северного Кавказа и возможность его обеспечения за счет отбора газа из подземных хранилищ. В нижеследующей табл. 1 приведено зимнее (1 и 4 квартал) и летнее потребление газа потребителями региона.
Из табл. 1 видно, что для автономного обеспечения газоснабжения потребителей Северного Кавказа в зимнее время в 2010 г. необходимо иметь в подземных хранилищах порядка 29 млрд м3 газа. То есть в этом случае, активная емкость хранилищ должна быть увеличена на 3 млрд м3.
Кроме этого, при проектировании подземных хранилищ газа Северного Кавказа предусматривалось, что они будут выполнять не только функции обеспечения надежности газоснабжения и регулирования неравномерности газопотребления Северного Кавказа, но также и сопредельных регионов Центрально-Черноземной зоны России и обеспечивать повышение надежности экспортных поставок газа.
Воспользуемся данными, приведенными в «Технико-экономическом докладе по развитию подземных хранилищ газа на территории Российской федерации и использованию ПХГ в западно-европейских государствах в целях надежности газоснабжения потребителей и экспортных поставок», разработанном в 1993 г. Управлением подземного хранения газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром» и ООО «ВНИИгаз».
В соответствии с этой работой, прогнозное потребление газа в регионе Северного Кавказа на период до 2010 г. должно составить: в 2005 г. - 47,9 млрд м3, в 2010 г. - 50,2 млрд м3. Потребность в подземных хранилищах газа для регулирования сезонной неравномерности газопотребления, при этом, должна составить в 2005 г. - 7,4 млрд м3, в 2010 г. - 7,7 млрд м3.
Основные показатели создания и циклической эксплуатации подземных хранилищ Северного Кавказа при выводе их на проектную мощность приведены в табл. 2, из которой видно, что общий объем активного газа в хранилищах Северного Кавказа составит 26 млрд м3, что значительно превышает потребность в ПХГ для региона для регулирования сезонной неравномерности газопотребления, потребности на аномально холодную зиму.
Исходя из тех функций, которые возлагались на хранилища Северного Кавказа при их проектировании, в вышеуказанном ТЭДе приведены обосно вания по использованию активного объема ПХГ Северного Кавказа исходя из следующего. На уровне 2010 г. потребление Северного Кавказа определено в объеме 49,4 млрд м3. (Примерно такая же величина потребления оценивается ООО «Кавказтрансгаз» и «Кубаньгазпром» - 51,95 млрд м3). Объем сезонной неравномерности газопотребления по данным ВНИИЭгазпрома оценен в размере 7,5 млрд м3 (ООО «Кубаньгазпром», «Кавказтрансгаз» оценивают ее в размере 6,1 млрд м3). Для регулирования сезонной неравномерности газопотребления Армении и Грузии необходимо иметь резерв газа в хранилищах Северного Кавказа в объеме 1,3 - 2,3 млрд м3. По расчетам, проведенным на имитационной модели, газ в район Новопскова и Острогожска подается в течение года примерно равномерно (порядка 300 - 320 млн м3/сут). Зимой, за счет подключения потребителей к подземным хранилищам, уменьшается подача из Украины в направлении Ростова на 80-120 млн м3/сут. Таким образом, хранилища Северного Кавказа позволяют регулировать объем сезонной неравномерности экспорта газа в количестве 5,3 млрд м3. В расчетах на имитационной модели принималось во внимание потребление газа в обычную зиму. Для обеспечения надежности газоснабжения в аномально холодную зиму, потребуется дополнительный объем газа во всех хранилищах России, который должен составить 13,0 - 15,0 млрд м3. Эту функцию могут выполнить подземные хранилища Северного Кавказа. Примем, что в аномально холодную зиму подача газа на Северный Кавказ сокращается вдвое и высвободившийся газ используется в других районах страны. В этом случае из подземных хранилищ Северного Кавказа необходимо отобрать 10,0 млрд м3 газа. Определенная, исходя из вышеизложенного, потребность в объеме активного газа в хранилищах Северного Кавказа приведена в табл. 3. Из табл. 3 видно, что потребность в активном объеме газа в хранилищах Северного Кавказа несколько выше, на 1,15 млрд м3, запроектированных мощностей по отбору газа из ПХГ.
В настоящее время заключено соглашение о экспорте газа в Турцию через район расположения Северо-Ставропольского ПХГ, величина которого может составить 20 млрд м3/год. Для повышения надежности экспортных поставок газа в Турцию в подземных хранилищах Северного Кавказа также необходимо иметь определенные резервы активного газа. Кроме этого, как уже было сказано выше, уже сегодня фактически имеет место автономное газоснабжение потребителей Северного Кавказа в наиболее холодные зимние месяцы, за счет подачи газа из подземных хранилищ.
Таким образом, проведенное исследование целесообразности увеличения активной емкости Северо-Ставропольского ПХГ показывает, что при определенных условиях работы газотранспортной системы, обеспечивающих максимальную реализацию газа из ПХГ, активная емкость хранилищ может быть увеличена на 3 млрд м3, без учета резерва для экспорта газа в Турцию. А с учетом обеспечения надежности экспортных поставок газа в Турцию, эта величина может составить 5 млрд м3.
Особенности создания и эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ в хадумском горизонте
Существенное влияние на формирование климата в районе расположения объекта оказывают Кавказские горы. Они затрудняют проникновение из Закавказья на север теплого и влажного средиземноморского воздуха, и, с другой стороны, задерживают холодные арктические воздушные массы, что усиливает континентальность климата в зимний сезон.
Данные климатических наблюдений были собраны по метеостанции Ставрополь и четырем метеорологическим постам в окрестностях города.
Температура воздуха имеет существенное значение при рассмотрении условий миграции, деградации в атмосфере и аккумуляции загрязняющих веществ. В зависимости от температуры воздуха находится работа объектов, выбрасывающих в атмосферу загрязняющие вещества.
Наиболее холодным месяцем является январь, среднемесячные температуры в январе изменяются от 0 -1 в теплые годы, до минус 6 - 8 С в холодные годы, преобладают температуры от минус 3 до минус 5 С. Абсолютный минимум температуры воздуха в январе достигал минус 36 С, абсолютный максимум плюс 18 С.
Весенние месяцы характеризуются, преимущественно, положительными значениями температуры воздуха. Среднемесячная температура апреля составляет от плюс 7 до плюс 9 С, а в мае она повышается до плюс 13 - плюс 15 С. Самая поздняя дата, когда наблюдались отрицательные температуры на метеостанции Ставрополь 1 июня. Как правило, однако, заморозки наблюдаются только до середины апреля, преимущественно, в ночные часы.
Самым теплым месяцем является июль, среднемесячные температуры в июле изменяются от плюс 14 - плюс 16 в холодные годы, до плюс 25 - плюс 27 С в теплые, преобладающие температуры - плюс 20 - плюс 22 С. Абсолютный максимум температуры воздуха наблюдался в июле и составил плюс 40 С. Осенью среднемесячные температуры воздуха остаются положительными, как правило, до конца ноября. Они составляют в сентябре плюс 14 - плюс 16, в октябре - плюс 8 - плюс 10, в ноябре - плюс 2 - плюс 3 С. Заморозки начинают наблюдаться обычно в середине октября, самая ранняя дата, когда наблюдались морозы на метеостанции Ставрополь -17 сентября. Продолжительность безморозного периода в самые теплые годы достигает 224 дней, а в холодные составляет 130 дней, средняя продолжительность -170 -180 дней. Осадки являются важным фактором, влияющим на содержание в воздухе взвешенных и газообразных загрязняющих веществ. Выпадение осадков приводит к ускорению процесса премещения загрязнителей из транзитной среды - воздуха в депонирующую - почву или снежный покров. Наибольшее количество атмосферных осадков выпадает, как правило, в мае - июле. В этот период выпадает, в среднем, от 80 до 95 мм/мес. Наименьшее количество осадков выпадает в январе-марте, в среднем - 35 - 45 мм/мес. Среднегодовое количество осадков по метеостанции Ставрополь составило 715 мм. В целом, теплое время года характеризуется большей интенсивностью осадков, чем холодное. В теплое время выпадает до 70 % годового количества осадков. Большое количество осадков в летние месяцы объясняется образованием кучево-дождевых облаков, из которых выпадают ливневые дожди большой интенсивности, дающие иногда более 30 мм осадков в сутки. Мощная конвективная облачность с высотой верхнего края 9 -12 км часто сопровождается грозами. Наибольшее число дней с грозами отмечается в июне и июле и составляет 13 дней в месяц. Среднее число дней с грозами в июле - августе обычно находится в пределах от 4 до 7 случаев в месяц. Иногда из мощной кучево-дождевой облачности выпадает град. В среднем, в год наблюдается 2 - 3 дня с градом, главным образом в мае - июле, в отдельные годы град не выпадает вообще или, напротив, число дней с градом доходит Ф до 5. В осенние и зимние месяцы преобладают осадки обложного характера небольшой интенсивности, но продолжительные по времени. Количество выпадающих осадков в этот период составляет, преимущественно, от 1 до 5 мм/сут. Изучение снежного покрова позволяет оценить характер загрязнения воздушного бассейна, так как при снегопаде происходит сорбция загрязнителей и накопление их в отложившемся снежном покрове. Снежный покров начинает образовываться, чаще всего, с третьей декады ноября и держится до конца марта. К концу декабря высота снежного покрова достигает обычно 5 . см, однако в отдельные годы устойчивый снежный покров вообще не образу-Щ ется (30 % зим). Наибольшая декадная высота снежного покрова наблюдается в феврале и составляет 11 см. Максимальная высота снежного покрова по данным многолетних наблюдений на метеостанции Ставрополь достигала 80 см, однако, в среднем, наибольшая высота снежного покрова составляет 16 см. Самая ранняя дата появления устойчивого снежного покрова по данным метеостанции Ставрополь -12 ноября. Разрушение устойчивого снежного по крова происходит, как правило, в начале марта. Самая поздняя дата разрушения устойчивого снежного покрова по ме Щ теостанции Ставрополь - 8 апреля. Днем со снежным покровом считается такой день, в который при наблюдении в 7 часов утра более 50 % видимой поверхности покрыто снегом. Устойчивым снежным покровом считается такой покров, который лежит непрерывно в течение всей зимы или с перерывом не более трех дней в течение каждых 30-ти дней его залегания. Число дней со снежным покровом составляет, в среднем, 75 дней.
Перенос загрязняющих веществ от их источников на окружающую терри-Щ торию происходит за счет ветров. Знание преобладающих направлений и скоростей ветров позволяет оценить к какому источнику относится тот или иной загрязнитель, обнаруженный в воздухе. Ветровой режим характеризуется довольно-таки значительной изменчивостью по сезонам. Повторяемость ветров различных направлений по среднемноголетним данным иллюстрирует роза ветров (рис. 3). Зимой преобладают ветра восточных, юго-западных и, в меньшей степени, северо-восточных румбов, летом преобладают ветра западных, северо-западных и, частично, юго-западных направлений. При вос-. точном потоке воздуха часто образуются суховеи, повреждающие верхний Щ плодородный слой почвы.
Наибольшая скорость ветра наблюдается в феврале, наименьшая - в летние месяцы. Средняя скорость ветра в феврале достигает 6,8 м/с, в июле -3,9 м/с. Максимальная скорость ветра, отмеченная на метеостанции Ставрополь, составила 40 м/с, наблюдалась в конце марта при восточном направлении. Чаще всего наблюдаются ветра со скоростями 2-5 м/с - 44 % случаев, со скоростями 0-1 м/с - 23 % случаев, со скоростями 6-10 м/с - 22 % случаев, со скоростями 11-15 м/с - 6 % случаев, более сильные ветра наблюдались в 5 % случаев.
Если проанализировать данные по скорости ветра в разные часы суток, то, очевидно, что максимальные скорости ветра - от 3 до 6,5 м/с наблюдаются в дневные часы, а минимальные - от 0,5 до 2,5 м/с в ночные. При этом в теплый сезон отличия скоростей ветра в зависимости от времени суток намного существенней, чем в холодное время. В летние месяцы ночью ветер, как пра вило, очень слабый (0,5 -1 м/с), а днем скорость ветра достигает, в среднем, 4-6 м/с. Зимой же, скорость ветра ночью составляет 2-5 м/с, практически не отличаясь от дневных скоростей.
Совершенствование технологии временного блокирования пласта при его вскрытии и капитальном ремонте скважин
Основная почвообразующая роль, в связи с малой мощностью четвертичных отложений принадлежит породам среднего сармата, представленным, в основном карбонатными разностями (мергели, известняки, ракушняки), а в меньшей степени, песчаниками, глинами и песками.
Общей чертой черноземов является отсутствие заметных изменений гранулометрического состава по профилю почвы. Большинство почв, развивающихся на территории СС ПХГ, имеют средне- и тяжелосуглинистый гранулометрический состав.
Особенности биологического круговорота в целинных черноземах связаны с высоким годовым приростом растительности (100 - 140 ц/га), небольшим запасом фитомассы (менее 50 т/га) и преобладанием подземной биомассы над надземной. Гумусовый профиль черноземов растянут. Содержание гумуса в верхнем горизонте обыкновенного чернозема весьма высоко (4-7 %). Наблюдается постепенное уменьшение содержания гумуса с глубиной. В составе гумуса гуминовые кислоты преобладают {С СфК 1,5).
Для черноземов характерна высокая емкость катионного обмена (ЕКО) (30 - 70 мг-экв/100 г). Почвенный поглощающий комплекс (ППК) насыщен основаниями. Реакция среды нейтральная, или даже слабощелочная при наличии свободных карбонатов.
Распределение карбонатов в профиле черноземов носит иллювиальный характер. Максимум карбонатов накапливается в специфичном карбонатно-иллювиальном горизонте, в основном, в форме "псевдомицелия".
Натурные наблюдения (В.В. Зиновьев, О.Е. Аксютин, Л.Н. Морозовой и др., 2002) за свойствами обыкновенных черноземов изучаемого района в основном подтвердили литературные данные. Почвенные разрезы были заложены вне территории горного отвода на тех же участках, где были отобраны фоновые пробы поверхностного горизонта почв. Разрезы 37, 38, 39 находились на пахотном поле, а 40, 41, 42 на целинном склоне. При этом каждая из этих двух серий разрезов представляла собой каскадную ландшафтно-геохимическую систему от автономного (разрезы 37, 40) через транзитный (38, 41) к условно аккумулятивному (39, 42) ландшафтам. Для этих разрезов характерны в основном те же свойства, что и для литературных аналогов. По результатам анализов зафиксировано равномерное уменьшение содержания гумуса с глубиной. При этом заметна несколько более низкая гумусирован-ность органогенных (верхних) горизонтов пахотных почв (4,5 - 5 %) по сравнению с целинными (6-7 %). Изменение ЕКО по профилю почв, в основном, соответствует изменению содержания гумуса. В целинной почве ЕКО уменьшается с глубиной с 60 до 26 мг-экв/100 г, а в пахотной - с 48 до 40 мг-экв/100 г. Содержания обменных 1С и Са2+ несколько выше в верхних горизонтах, содержания Мс? и Л/а+ примерно постоянны по профилю. Процент Л/а+ в почвенном поглощающем профиле (ППК) в верхних горизонтах не превышает 1,8 %, то есть почвы не являются солонцеватыми. Реакция среды (по результатам анализов водной вытяжки) нейтральная и слабощелочная. Водный рН практически постоянен по профилю пахотной почвы (около 6,7) и чуть более изменчив в целинной (от 7,0 до 7,6). Содержание нитратов довольно низкое и постоянное по профилю в автономных и транзитных условиях. Верхние горизонты аккумулятивных (более гидроморфных) почв несколько обогащены нитратами (до 4 мг/100 г). Других четких закономерностей, связанных с принадлежностью почвенного профиля определенному элементарному ландшафту не выявлено.
Перечисленные выше такие физико-химические свойства как высокая ЕКО, насыщенность ППК кальцием и обогащенность профиля свободными карбонатами, делает эти почвы буферными к подкислению, а большинство загрязнителей-металлов - малоподвижными в черноземах.
Буферные свойства почв, определяющие их устойчивость к подкислению, являются определяющими при оценке воздействия атмосферных выбросов дожимных компрессорных станций, так как в составе их выбросов основное место занимают кислотные агенты.
Поступающие в экосистемы соединения азота и серы после трансформации в виде сухого и мокрого выпадения в первую очередь изменяют рН почвы. При этом разным диапазонам рН соответствуют разные процессы, противостоящие этим изменениям. Диапазоны таких значений рН были названы зонами буферное почвы [43 - 45] (табл. 6).
Как было указано выше, значения рН распространенных на территории СС ПХГ черноземов входят в зону карбонатной буферности и за реализацию поддержания неизменной реакции среды в них ответственны в основном процессы растворения карбонатов.
Дальнейшее повышение кислотности почвы может привести к тому, что начинают меняться другие показатели - появляется токсический алюминий, начинают выщелачиваться щелочноземельные катионы, увеличивается подвижность тяжелых металлов, ухудшаются биологические свойства почвы, меняется режим гумификации растительных остатков.
В литературе приводится систематизация почв по чувствительности к действию кислотных выпадений по совокупности ответственных за это свойств {табл. 7).
Высокие значения ЕКО и рыхлое сложение могут приводить к усиленной аккумуляции нефтепродуктов при попадании их в почвенный профиль. Однако высокая микробиологическая активность и благоприятные климатические условия способствуют интенсивному разложению органических загрязнителей в почве. По классификации М.А. Глазовской территорию СС ПХГ можно отнести к степной группе ландшафтно-геохимических районов, характеризующихся умеренной скоростью самоочищения почв от нефтепродуктов.
Конкретные проявления процессов накопления и деградации нефтепродуктов в почве зависят от уровня загрязнения, токсичности загрязнителя для микрофлоры и ряда других факторов, таких как ландшафтно-геохимическое положение загрязненного участка, характер напочвенного покрова, интенсивность биологического круговорота, окислительно-восстановительные условия, тип водного режима, поглотительная способность, плотность и гранулометрический состав почв, предложенная Морозовой Л.Н. и др. (2001) методика позволяет оценить время "самоочищения" черноземов после загрязнения нефтепродуктами. Биогеоценозы рассматриваемой территории относятся к 3 рангу устойчивости и время их самовосстановления может изменяться от 5 до 15 лет.
Микробиологическая деятельность в черноземах в большой мере зависит от влаги. Летом в засушливый период она тормозится, при нисходящем токе воды весной активность микроорганизмов очень высока. Численность почвенных микроорганизмов высокая по всему профилю без резких перепадов с глубиной. Биомасса бактерий равна или превышает грибную.
Содержание элементов питания растений в гумусоаккумулятивном горизонте весьма благоприятно для растений. Основным лимитирующим фактором для сельскохозяйственных растений является фосфор, его среднее содержание составляет около 17 мг/кг [46]. Среднее содержание калия в черноземе обыкновенном 302 мг/кг, содержание нитратного азота составляет 17 -22 мг/кг.
Оценка степени нарушенности почв и почвенного покрова на территории горного отвода
Водорастворённые газы (ВРГ) по составу преимущественно углеводородные (до 59 об. %), фиксируется значительное содержание (25,41 % об.) водорода. Из других компонентов встречаются азот (18,52 % об.), углекислый газ (0,6 % об.) (табл. 9). Давление насыщения - 6,5 МПа. Воды недонасыщен-ны водорастворённым газом, коэффициент насыщения - 0,46.
Максимальная замеренная температура на глубине 2740 м достигает 114 С (рис. 11). На Ставропольском поднятии нижнемеловая толща представлена преимущественно апт-альбскими отложениями. Воды приурочены к песчаникам. Минерализация нижнеальбских пластовых вод изменяется от 43,7 - 58,0 г/дм3, преобладают хлориды натрия, генетический тип хлоридно-магниевый. Содержание ионов брома от 24 до 50 мг/дм3, ионов йода от 12 до 14 мг/дм3. Водорастворённые газы мезозойских отложений преимущественно углеводородные (СН4 до 77 об %). Из других компонентов встречаются азот (15 % об), водород (1 % об), углекислый газ (0,7 % об). Газонасыщенность вод около 1,2 м3/м3, давление насыщения - 10,6 МПа. Воды недонасыщенны водорастворённым газом, коэффициент насыщения - 0,6. Газонасыщенность увеличивается с погружением водоносного горизонта от свода Ставропольского поднятия [57]. Верхнемеловые отложения Центрального Предкавказья представлены преимущественно карбонатными породами, что обусловило повышенное, по сравнению с водами нижезалегающих водоносных горизонтов, содержание ионов кальция - 0,5 г/дм3. Минерализация пластовых вод верхнемеловых отложений - 44 г/дм3, натрий-хлорный коэффициент составляет 0,96, генетический тип - хлоридно-кальциевый. Для пластовых вод верхнемеловых отложений, прилегающих к Северо-Ставропольской площади характерны низкие концентрации сульфат-ионов. На Северо-Ставропольской площади сульфаты вообще не обнаружены. Состав водорастворённого газа верхнемеловых пластовых вод близок к составу водорастворённых газов нижнемеловых отложений: преобладает метан (77 % об), фиксируется значительное содержание азота (15 % об). Давление насыщения- 4,9 МПа, растворёнными газами воды недонасыщенны - коэффициент насыщения составляет 0,33. Пластовая температура, замеренная на глубине 1720 м, составляет 91 С. Палеогеновый водоносный комплекс включает водоносные горизонты палеоцена, эоцена (зелёная свита) и олигоцена (хадумский горизонт). Формирование нижнепалеогеновых отложений в составе эльбурганского горизонта, свиты горячего Ключа, абазинской и зелёной (черкесской) свит в пределах Ставрополья, по данным Л.С. Тёмина, происходило в едином цикле осадконакопления. Отсутствие на Ставропольском сводовом поднятии изолирующего водоупора между отложениями палеоцена и зелёной свиты, а также сопоставимость статических уровней по ним, говорит о гидродинамической взаимосвязи водоносных горизонтов, приуроченных к этому комплексу пород. Водоносный горизонт хадумских отложений не сообщается с водоносными горизонтами эоцена и палеоцена. Водоупором служит толща глин нижней части хадумского горизонта. Нижнє - и среднемайкопские отложения представлены глинистыми породами и являются мощным водоупором, надёжно разобщающим водоносные комплексы палеогена и неогена. В разрезе палеоценовых отложений водоносной является толща песчаников (более 600 м). Наблюдается слабое движение вод с юга на север [64]. Химический состав подземных вод непосредственно палеоценовых отложений представлен одной пробой, отобранной из отложений свиты горячего ключа. Минерализация её составляет 4,9 г/дм3. Натрий-хлорный коэффициент выше единицы (1,35), генетический тип - гидрокарбонатно-натриевый. В составе анионов высокие абсолютные и относительные содержания сульфат-ионов (0,5 мг/дм3и 6,9 % соответственно) и гидрокарбонат-ионов (0,64 мг/дм3 и 6,8 % соответственно). В составе катионов преобладают ионы натрия (1,7 г/дм3 или 48,9 %), содержания ионов кальция и магния низкие (менее 1 %). По водам кумского горизонта на период разведки и разработки газового месторождения имеются крайне ограниченные сведения, заметный приток воды из кумского горизонта получен в единичных скважинах. Минерализация пластовых вод изменяется от 20 до 25 г/дм3, в солевом составе преобладают хлориды натрия. Натрий-хлорный коэффициент более 1, генетический тип гидрокарбонатно-натриевый. Сульфат-ионы содержатся в небольших количествах (0,38-0,58 г/дм3). Из микрокомпонентов зафиксированы ионы брома и йода (84,2 и 40,4 мг/дм3 соответственно). Чокракский водоносный горизонт залегает на глубинах от 94 до 290 м. Пластовые воды маломинерализованы - от 1,5 до 4,5 г/дм3. В солевом составе преобладают хлориды натрия. Содержание ионов хлора 0,3 -1,5 г/дм3, ионов натрия - 0,5 -1,55 г/дм3. Натрий-хлорный коэффициент изменяется от 1,6 до 3,3, генетический тип вод - гидрокарбонатно-натриевый. Ионов щелочноземельных элементов содержится незначительное количество: кальция - 0,01 - 0,027 г/дм3, магния - 0,002 - 0,02 г/дм3. Воды малосульфатные (0,016 - 0,12 г/дм3). Значительная доля в составе анионов приходится на гидрокарбонат-ионы (1,19 г/дм3, 22 %-экв). Зафиксировано присутствие карбонат-ионов (0,1 до 0,5 г/дм3). Сред несарматский водоносный горизонт приурочен к пескам ставропольских слоев. Пластовые воды резко отличаются по составу от вод нижезале-гающих отложений. Преобладающий генетический тип - сульфатно-натриевый. Воды пресные, солоноватые, минерализация зависит от литологии вмещающих пород и меняется от 0,1 до 9 г/дм3. В частности, из родника в с. Пелагиада отобрана проба, в солевом составе которой преобладают гидрокарбонаты кальция. Натрий-хлорное отношение 1, генетический тип - гидрокарбонатно-натриевый. Значительно содержание ионов магния (0,05 г/дм3, 16,96 %-зкв.) и концентрации сульфат-ионов (0,005 г/дм3,1,06 %-экв).
На описываемой территории известно большое количество родников со средним дебитом 50 - 100 м3/сут, что позволяет использовать данный водоносный горизонт для питьевого водоснабжения. В пос. Рыздвяный пробурены 3 артезианские скважины глубиной 53 м на среднесарматские воды. Вскрытый ими пласт из-за дренирования балок насыщен водой только в нижней части. В засушливый период в скважинах наблюдается падение уровня воды.
Минерализация пластовых вод зелёной свиты изменяется в довольно широких пределах от 4,01 до 11,5 г/дм3. Анализ изменения величины минерализации по площади Центрального Предкавказья позволил выделить на Ставропольском своде гидрохимическую аномалию (Сенгилеевская, Надзор-ненская, Северо-Ставропольская и др. площади), представляющую собой зону сравнительно слабо минерализованных вод [57].
Механизм опреснения вод палеоценовых отложений окончательно не выяснен. Так В.Н. Корценштейном [57] предполагалось, что подток пресных вод происходит по зонам разломов, имеющим в общем простирание вкрест Кавказского хребта, связывающим область питания мезозойских горизонтов непосредственно с зоной опреснения. Один из таких поперечных разломов приурочен к описываемой зоне. Другое объяснение рассмотренной гидрогеохимической аномалии пред fe ложено А.Л. Козловым и Л.С. Тёминым (1958). По их мнению, источником оп реснения вод палеоценовых отложений является р. Кубань, долина которой в районе Надзорного близко подходит к предполагаемой зоне нарушения вдоль крутого северного крыла Надзорненской структуры. К аналогичным выводам пришёл М.В. Мирошников (1958). Среди растворённых солей пластовых вод зелёной свиты, отобранных в период разведки и разработки газовой залежи, преобладают хлориды натрия.
