Оценка и прогноз состояния радиационной обстановки при освоении нефтяных и газовых месторождений: На примере Западного Оренбуржья

Актуальность темы

Широкое распространение радионуклидов естественного и искусственного происхождения в окружающем нас мире создает необходимость заниматься вопросами радиационной безопасности, учитывать ее в производственной и природоохранной деятельности. Радионуклиды (радиоактивные изотопы урана, тория, плутония, радона, радия, калия, стронция и других элементов), входя в состав пород, руд, минералов, соединений техногенного и естественного происхождения, являются источниками ионизирующего излучения, отрицательно влияющего на биоценозы и экосистемы [105].

Поскольку в процессах техногенеза участвуют почти все элементы и их изотопы, в том числе радиоактивные, проблема воздействия антропогенных факторов на окружающую среду не только актуальна, но и требует углубленных исследований по многим направлениям. В частности, интенсивное проведение геолого-разведочных и эксплуатационных работ на нефть и газ в западной части Оренбургской области нередко приводит к появлению радиоактивных загрязнений. На поисково-разведочных площадях, газои нефтепромыслах в процессе технологического цикла происходит вынос радионуклидов из вмещающих пород с образованием на поверхности их повышенных концентраций, которые в частности фиксируются аномалиями гамма-поля.

Возможное негативное влияние с нарушением радиационной обстановки при добыче нефти, при вскрытии потенциально перспективных на нефть и газ структур буровыми скважинами, в свете требований природоохранного законодательства РФ, обосновывает необходимость выявления характера и степени воздействия поисково-разведочного и эксплутационного циклов на радиогеоэкологию нефтегазоносных районов, отслеживания радиологических параметров окружающей среды с последующим учетом их в хозяйственной деятельности. Поэтому постановка исследований по изучению причин осложнения радиационной обстановки, природной естественной радиоактивности для раскрытия основных черт радиогеологии нефтегазоносных районов, для оценки радиационного состояния районов размещения нефтяных, нефтегазовых месторождений с выявлением факторов его определяющих и контролирующих, представляет актуальную и своевременную задачу.

Такая постановка задачи по изучению радиационной обстановки при поисках и использовании природных ресурсов, находится в полном соответствии с всемирной стратегией перехода на модель устойчивого развития и с документами Международного.

Союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Эта стратегия поддержана Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП).

Объект исследований. Районы размещения нефтяных и газовых месторождений Западного Оренбуржья.

Предмет исследований. Изучение естественной радиоактивности осадочного чехла нефтегазоносных районов и ее влияния на состояние радиационной обстановки при их освоении.

Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась разработка научно-методических основ изучения и оценки состояния радиационной обстановки в районах размещения, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений для создания основы прогнозирования радиационных осложнений на нефтепромыслах.

Для ее достижения решались следующие задачи:

— разработка комплексной методики исследований естественной радиоактивности осадочного чехла нефтегазоносных районов;

— изучение и анализ количественных показателей естественной радиоактивности, определение генетической природы аномальных скоплений радионуклидов, их корреляция со стратиграфическими уровнями разреза и литогенетическими типами пород;

— выявление основных закономерностей связи аномальной радиоактивности с нефтегазоносностью;

— анализ причин осложнения радиационной обстановки, оценка и прогноз степени ее опасности при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений;

— разработка рекомендаций по изучению радиационной обстановки, прогнозу радиоактивного загрязнения территории и снижению радиационной опасности.

Методы исследований. Для решения поставленных задач автором разработана и применена комплексная методика, включающая методы анализа и обобщения геолого-геофизических и гидрогеологических материалов, данных по радиоактивности изучаемых природных компонентов, методы картографирования, экспертных оценок, математической статистики и компьютерных технологий.

Научные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Комплексная методика изучения радиоактивности включает проведение исследований по четырем направлениям: информационному, геологическому, радиологическому и картографическому, предусматривающим использование геолого-геофизических и геохимических данных, характеризующих геологические, тектонические, литолого-фациальные, естественно-исторические и палеогеологические особенности формирования осадочного чехла, вмещающего нефтегазоносные комплексы и пласты с участками, интервалами естественной аномальной радиоактивности [24, 41, 42, 44].

2. Естественная аномальная радиоактивность гетерогенна по своей природе, распределена в разрезе осадочного чехла дифференцированно, согласуясь с особенностями палеогеологического и палеогидрогеологического развития территории, имеет седиментационно-диагенетическое, эпигенетическое и урано-битумное происхождение. Максимальное число аномальных интервалов установлено в отложениях верхнего карбона и нижней перми, несколько меньшее — в отложениях нижнего карбона и акчагыльского яруса неогена, при вскрытии которых формируются наиболее опасные очаги радиоактивного загрязнения [21, 25−27, 110].

3. Основные закономерности связи нефтегазоносности и радиоактивности выражены в трансформации глубинных радиоактивных аномалий в поля, фиксируемые многочисленными скважинными пересечениями, приуроченные к залежам нефтяных и газовых месторождений. В разрезе нефтегазоносных комплексов аномалии располагаются в нефтеносных пластах и в зонах водонефтяного контакта, иногда смещаясь в надпродуктивные, подпродуктивные пласты и толщи [23, 83, 84].

4. Оценка состояния радиационной обстановки основана на анализе природной системы нефть-газ-вода-вмещающие породы, активизированной в процессе освоения нефтяных и газовых месторождений. Ее изучение на основе районированного подхода с учетом степени освоенности объектов позволяет прогнозировать выход естественных радионуклидов на поверхность в составе водо-нефтяных смесей, пластовых вод, буровых шламов с образованием природно-техногенных очагов радиоактивного загрязнения с выделением трех степеней потенциальной радиационной опасности [22, 23, 43, 45, 111].

Научная новизна результатов исследований.

Разработана комплексная методика изучения естественной радиоактивности в нефтегазоносных районах.

Выявлены участки, зоны и поля аномальной естественной радиоактивности, доказана их приуроченность к определенным тектоническим структурам, стратиграфическим подразделениям и литогенетическим типам пород осадочного чехла.

Доказана гетерогенность природы аномальных скоплений радионуклидов, выделены седиментационно-диагенетический, эпигенетический и урано-битумный типы их концентраций.

Выявлены основные закономерности связи аномальной радиоактивности и нефтегазоносности.

Установлено участие глубинной естественной радиоактивности в процессах переотложения и накопления радионуклидов в флюидных водонефтяных системах с последующим их вовлечением в технологический цикл и формированием природно-техногенных очагов радиоактивного загрязнения.

Предложен новый подход к районированию площадей размещения нефтяных и газовых месторождений по степени радиационной опасности с учетом стадий их освоения.

Дан прогноз формирования радиационной обстановки при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений и рекомендован комплекс мероприятий по ее отслеживанию и нормализации.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается многолетними (более 20 лет) исследованиями автора в области поисков и разведки месторождений радиоактивного сырья в различных районах бывшего СССР и в КНР, радиогеоэкологии Оренбургского краяприменением при теоретических исследованиях методов математической статистики, компьютерных технологий и картографированиябольшим (более 4700 скважин) объемом обработанного фактического материалаположительным опытом практической реализации полученных результатов.

Практическое значение результатов исследований связано с: выявлением закономерностей, факторов и причин, вызывающих осложнение радиационной обстановки в нефтегазоносных районах Западного Оренбуржьяобоснованием критериев определения степени радиационной опасности, оценкой состояния радиоэкологической обстановки, выдачей рекомендаций по ее контролю, что служит основой природоохранной деятельности и безопасного ведения поисково-разведочных и нефтепромысловых работ.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований автора используются:

— институтом «ОренбургНИПИнефть» при изучении радиационной обстановки Восточного Оренбуржья;

— подразделениями ОАО «Оренбургнефть» при проведении первичных радиационно-экологических обследований территорий на разных стадиях освоения нефтегазоносных объектов;

— комитетом природных ресурсов по Оренбургской области при экспертной оценке состояния радиационной обстановки территорий;

— автором при составлении заключений по оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) в предпроектной и проектной документации на освоение месторождений нефти и газа (в Оренбургский областной комитет по охране окружающей среды составлено и передано 18 заключений).

Исходные материалы и личный вклад автора. Основой диссертации послужили материалы многолетних исследований радиоактивных объектов, выполненных автором в период работы в производственном геологическом объединении «Краснохолмскгеология» (Узбекистан, Казахстан, 1981;1998 гг.). Исследования проводились в рамках госбюджетных и хоздоговорных тем, в которых автор был исполнителем и ответственным исполнителем. С 1998 г. автор в качестве ответственного исполнителя ведет работы в рамках задания ГКНГ «Радиационно-экологическая оценка состояния окружающей природной среды в Оренбургской области» (№ гос. регистрации 23−97−22/3), которое входит в состав Целевой Государственной программы изучения и воспроизводства минерально-сырьевой базы Оренбургской области.

Личный вклад автора в выполнение работы заключается в постановке цели и задач, разработке методики исследований, сборе, обработке, анализе и обобщении результатов, составлении разрезов, графиков, гистограмм, картографических материалов, подготовке публикаций.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований представлены и обсуждены на 7 международных, Всероссийских, региональных конференциях и выставках, в том числе: Российской научно-практической конференции «Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона» (Оренбург, 1998), на региональной выставке «Экотехнология-99», на 5-й международной конференции «Экология и развитие стран Балтийского региона» (Кронштадт-Котка, 2000) и международной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 30-летию Оренбургского государственного университета (Оренбург, 2001), на региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2001), VI Международной конференции «Экология и развитие северо-запада России» (С.-Петербург, 2001), на заседаниях Ученого совета «ОренбургНИПИнефть» (1999, 2000, 2001 гг.).

Кроме того, результаты исследований реализованы в 8 научно-технических отчетах.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 работах (12 статей, 5 тезисов).

Структура и объем работы. Диссертация объемом 167 страниц машинописного текста состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 134 наименований. В ней содержится 33 рисунка, 10 таблиц, одно текстовое приложение на 7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Комплексный методический подход к изучению радиогеологии нефтегазоносных районов Западного Оренбуржья позволил дать характеристику наземной и глубинной радиоактивности, определить условия ее образования, рассмотреть с позиций связи с нефтегазоносностью, установить основные особенности радиационной обстановки на нефтегазоносных объектах, оценить степень ее опасности.

Исследования по проблеме проведены с широким использованием геологической основы, картографических построений, а изучение выше указанных закономерностей — с использованием литолого-фациальной, литолого-генетической характеристики нефтегазоносных комплексов и продуктивных на нефть горизонтов. В результате выявлены черты общности контроля естественной радиоактивности и нефтегазоносности геолого-структурными подразделениями региона и едиными стратиграфическими, литогенетическими и литолого-фациальными подразделениями осадочного чехла.

Установлено, что повышенная радиоактивность распределена в разрезе осадочного чехла дифференцированно, с различными интенсивностями излучения и глубинами локализации аномальных интервалов, хорошо согласуясь с условиями палеогеологического и палеогидрогеологического развития территории.

На основании генетической интерпретации сделан вывод о том, что скопления радионуклидов в отложениях осадочного чехла гетерогенны по своей природе. Изменение литолого-фациальной обстановки на площади и ее характерные особенности в нефтегазоносных районах контролируют размещение и обусловливают появление аномальной радиоактивности седиментационно-диагенетической и эпигенетической природы инфильтрационного и урано-битумного типов.

Различные нефтегазоносные районы неоднозначны по масштабам и интенсивности проявления аномальной радиоактивности. Район южного погружения Бузулукской впадины, Северокинельская и Болыпекинельская структурные зоны южного склона Татарского свода отличаются существенно выраженной аномальной радиоактивностью разрезов чехла. Аномальная радиоактивность Мухано-Ероховского прогиба и Восточно-Оренбургского сводового поднятия значительно уступает другим нефтегеологическим районам и структурам изученной территории. Максимумы повышенной радиоактивности часто тяготеют к тектонически нарушенным узлам и зонам.

Доказана четкая взаимосвязь размещения аномальной радиоактивности в нефтегазоносных районах с положением нефтегазоносных структур и месторождений. Установлено, что значительная часть аномалий находится в контуре нефтяных залежей, либо непосредственно примыкает к месторождениям с перекрытием в плане полей аномальной радиоактивности и нефтегазоносных структур.

Аномальные по интенсивности интервалы ионизирующего излучения в контуре нефтяных залежей смещены в надпродуктивные и подпродуктивные пласты и толщи. Однако на ряде месторождений (Байтуганское, Султангулово-Заглядинское, Тананыкское, Воробьевское, Кодяковское, Донецко-Сыртовское) отмечается приуроченность аномальных радиоактивных интервалов непосредственно к продуктивным нефтяным пластам, либо к зоне водонефтяного контакта.

Намечена некоторая корреляция связи представительности аномальной радиоактивности с масштабами нефтяного объекта. Многоинтервальная гамма-активность характерна для крупных многопластовых нефтяных месторождений (Зайкинское, Росташинское). На менее крупных с малым количеством продуктивных пластов месторождениях аномальная радиоактивность проявлена, как правило, слабо (Ново-Соболевское и др.).

Процессы формирования нефтегазоносных комплексов, включающих скопления нефти и газа, возникшие при масштабной миграции нефтегазовых компонентов в значительной по объему массе пластов-коллекторов, сопровождаются перераспределением радионуклидов. При этом происходит фиксация последних в виде малоустойчивых соединений, способных в последующем опять переходить в подвижное состояние. В частности, высокая радиоактивность каменноугольных комплексов, в которых сосредоточена большая часть аномалий ионизирующего излучения, в значительной степени может является следствием масштабной миграции углеводородов и формирования их водных эмульсий, растворяющих радионуклиды в период нефтегазонакопления.

Глубинная аномальная естественная радиоактивность в районах размещения нефтяных и газовых месторождений, вовлекаясь в техногенный поисково-разведочный и технологический эксплуатационный цикл, оказывает непосредственное влияние на радиационную обстановку и может стать фактором, ее осложняющим. Вовлечение радиоактивных веществ в технологический цикл является следствием активизации подвижности водно-углеводородной системы на отрабатываемых или разведываемых месторождениях, а также геохимической активности по отношениям к радионуклидам эмульсионно-водных смесей, содержащих углеводороды. Эпигенетические, уже переотложенные, наложенные на породы скопления радионуклидов, в том числе урано-битумные, инфильтрационные являются источником радиоактивных веществ для поступающих в технологический цикл смесей, растворов.

15Ъ.

Районирование нефтегеологических подразделений по степени радиационной опасности требует сопоставления наземной и глубинной радиоактивности, так как они могут быть взаимосвязаны и являются основой осложнения радиационной обстановки. При этом выделение потенциально опасных участков с учетом радиоактивности разреза, закономерностей ее соотношения с нефтегазоносностью, а также факторов, определяющих вовлечение радионуклидов в технологический цикл, автор предлагает проводить с учетом стадии освоения нефтегазовых месторождений. На эксплуатируемых месторождениях, где возникла связь поверхностных и глубинных обстановок рекомендуются системные наблюдения за содержанием урана, его изотопов, продуктов распада и других радионуклидов в поверхностном слое, в нефтях, в законтурных водах и т. д. и относить их при условии совмещения нефтеносности и аномальной естественной радиоактивности к районам радиационно опасным I категории.

Как показали проведенные исследования и имеющиеся данные по другим нефтегазоносным провинциям, областям, районам, радиационная обстановка на участках размещения нефтепромыслов при наличии глубинной естественной радиоактивности нестабильна и состояние ее безопасности требует постоянного внимания и изучения.

Необходимо обеспечить выполнение мероприятий долгосрочного плана с проведением специальных исследований и мониторинга по системному наблюдению радиационно-экологической обстановки с решением следующих задач:

— создание базы данных по радиоактивному загрязнению оборудования, участвующего в технологическом цикле;

— изучение природы радиоактивности на месторождениях;

— внедрение дополнительных видов радиационного контроля: определение объемной активности радона и его дочерних продуктов в воздухе, определение радионуклидов в составе нефти, законтурных вод, артезианских вод нефтеносных комплексов, грунтовучет индивидуальных доз облучения работников.

— выяснение механизма миграции, перераспределения и осаждения радионуклидов в процессе разработки нефтяных месторождений.

Положения диссертации, выявленные закономерности связи нефтегазоносности и радиоактивности, рекомендации по изучению радиационной обстановки и предотвращению загрязнения окружающей среды используются при составлении экспертных заключений, программ, способствующих выбору экологически оптимальных методов поисков, разведки, добычи и транспортировки нефти и газа.