*******************************************************************
* П Р О Б Л Е М Ы Х И М И Ч Е С К О Й Б Е З О П А С Н О С Т И *
*******************************************************************
**** Х И М И Я * И * Ж И З Н Ь ***************
*******************************************************************
** Сообщение UCS-INFO.1104, 10 января 2004 г. *
*******************************************************************
Нефть и газ
ОТРАБОТАВШИЕ СКВАЖИНЫ — УГРОЗА ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ
Специалистами ООО <ПЭТЭнефтегаз исследуются вопросы загрязнения
природной среды нефтью и газом при межпластовых перетоках, в том числе
и загрязнение через ликвидированные скважины.
Мы пришли к выводу, что если на нефтяную или газовую залежь пробурена
хотя бы одна скважина, то вероятность перетока не извлеченных для полезных
целей нефти и газа из этой залежи в вышезалегающие пространства,
преимущественно в верхние водоносные горизонты и в атмосферу, чрезвычайно
высока. Этот вывод касается законченных разработкой месторождений с
ликвидированными в установленном порядке скважинами; разведанных, но не
введенных в эксплуатацию месторождений и отдельных залежей с
законсервированными или ликвидированными разведочными скважинами; а также
разрабатываемых в настоящее время месторождений.
Вывод характеризует возникновение глобальной угрозы природной среде и
человечеству от сооружения скважин, требует обсуждения и с этой целью
предлагается вниманию.
При освоении и эксплуатации месторождений загрязнение окружающей среды
происходит при различных аварийных ситуациях на скважинах, нефтепроводах,
других промысловых сооружениях. Наиболее масштабны и опасны загрязнения при
открытых фонтанах, как это произошло на Тенгизском месторождении.
Достаточно опасны также и утечки нефти из работающих или остановленных
скважин, эксплуатирующих нефтяные залежи с высокими пластовыми давлениями -
в этом случае утечки нефти происходят через прохудившуюся обсадную колонну
и обычно обнаруживаются по нефтепроявлениям на земной поверхности в виде
грифонов. Указанные и другие ситуации, приводящие к загрязнению среды,
фиксируются визуально или по изменению технологических режимов эксплуатации
объектов, оперативно устраняются, предупреждаются профилактическими
ремонтами и т.д.
Более сложно экологически опасные ситуации обнаружить и устранить после
завершения разработки месторождения.
Разработка месторождения обычно становится нерентабельной и прекращается
после добычи половины или менее находящейся в залежах нефти. Скважины
ликвидируются созданием в трубах цементных пробок. После этого остаточная
подвижная нефть начинает всплывать к кровле пласта, формируя новую залежь
примерно половинного размера от начальной. Давление в залежах установится в
соответствии с гидростатическим распределением с градиентом 0.1 ат/м. Если
к концу разработки месторождения давления в залежах были пониженными, то со
временем они повысятся за счет притока в залежи контурных или подошвенных
вод, за счет деформации изолирующих залежь пород, вследствие притока вод из
других горизонтов через ликвидированные скважины и др. В залежах на глубине
1 км давление повысится до 100 ат, на глубине 3 км — до 300 ат и т.д.
Скважины являются искусственными сооружениями из металла и цемента и со
временем разрушатся из-за коррозии. Металл в виде ионов растворится в
подземных водах, цемент будет растрескиваться и подвергаться химическому
растворению. Скважина превратится в канал, сообщающий залежь с
вышезалегающими пластами и атмосферой.
Следовательно, существующие методы ликвидации скважин могут изолировать
залежь от вышезалегающих пластов и атмосферы лишь временно на срок до
разрушения цемента и металла.
Как отчасти следует из приведенных выше соображений и теоретических
предпосылок, для возникновения загрязняющих природную среду утечек нефти из
залежи необходимо выполнение всего двух условий:
— наличие проводящего канала, сообщающего залежь с верхними водоносными
горизонтами или атмосферой;
— достаточное для перетоков давление в залежи.
Указанные условия характерны для значительной части нефтяных
месторождений уже на стадии окончания разработки и ликвидации скважин.
Достаточное для перетоков давление в залежах отличается при жестком
водонапорном режиме пластов или вследствие искусственного заводнения
залежей. При этом следует отметить, что теоретически переток становится
возможным, если давление в залежи меньше начального или определяемого по
гидростатическому распределению. В других ситуациях для возникновения
перетоков необходимо время.
Достаточные для перетоков проводящие каналы также нередко бывают
сформированы ко времени завершения разработки месторождения. В связи с тем,
что нередко не достигается эффективная герметизация свободного пространства
между обсадной колонной скважины и пробуренной породой, а в скважинах,
пробуренных десятки лет назад, герметизация вообще была низкой, перетоки
нефти по заколонному пространству наиболее вероятны. Возможны и более
сложные схемы проводящих каналов, когда канал проходит по затрубному
пространству и по колонне, сообщаясь в местах ее нарушений.
Представляется, что лишь в редких случаях потребуется продолжительное
время для химического растворения (коррозии) цемента и металла для
образования канала.
Приведенная схема перетока нефти из залежей в вышезалегающие пласты и
атмосферу поэлементно и в целом подтверждается на практике.
В начальный период эксплуатации залежей давления на устье остановленных
скважин равны определенным перепадам давлений, и за счет этих перепадов
скважины эксплуатируются фонтанным способом. На практике рост давления на
устье остановленных скважин, накопление нефти в скважине и призабойной зоне
пласта широко используются при периодической эксплуатации обводняющихся
скважин. Нами также успешно опробованы на месторождениях Нижнего Поволжья и
Казахстана различные методы добычи безводной нефти из высокообводненных
скважин, в т.ч. реализуемые без подвода к скважине искусственной энергии.
Рост давления и накопление нефти нередко наблюдаются на скважинах,
находящихся в ожидании ликвидации из-за обводнения. На устье ликвидированных
скважин отмечаются нефтепроявления в виде грифонов.
В последние годы общественность и специалисты в Республике Казахстан
обеспокоены фактами утечек нефти из затопленных морем скважин месторождений
юго-западное Тажигали и Прибрежное и других. Перечисленные факты нам
представляются достаточными для подтверждения рассматриваемого механизма
загрязнения природной среды, хотя могут быть и дополнены.
Нефть может перетекать в любой из находящихся выше залежи пластов при
условии образования отверстия в стенке канала. В этом случае в
вышезалегающем пласте может произойти формирование новой нефтяной залежи.
Подобным образом сформировались залежи в непродуктивных пластах на нефтяном
месторождении о.Жилого в Азербайджане, на месторождении Красноярское в
Самарской области и др. Однако накопление нефти в промежуточном пласте на
пути ее перемещения к земной поверхности может лишь частично уменьшить
экологическую угрозу и увеличить период времени до ее проявления. Поскольку
в последующем неизбежно произойдет образование отверстий в стенке канала в
интервале верхних водоносных горизонтов или на земной поверхности, то через
новые каналы перетечет вся подвижная нефть как из природной, так и из вновь
образованной залежи.
На законченных разработкой месторождениях утечки обычно фиксируются
визуально при контроле состояния ликвидированных скважин. Утечки
ликвидируются повторным цементированием устья. Подобное решение проблемы
может дать лишь временный эффект, а в целом мы склонны рассматривать такое
решение как вредное мероприятие. После ликвидации видимых нефтепроявлений
имеющийся в скважине канал будет сообщаться через продолжающую разрушаться
обсадную колонну с окружающими недрами. Утечки будут идти скрытно. При этом
наиболее вероятно и энергетически обусловлено, что нефть начнет перетекать в
водонапорные горизонты, залегающие на небольшой глубине с загрязнением воды
и прилегающих почвогрунтов. Поскольку водонапорные горизонты имеют области
разгрузки, т.е. стоки воды в реки, родники, моря и океаны, то экологические
различия вреда от фиксируемых и от скрытых утечек можно ожидать
минимальными.
Вносимые в последние годы некоторые изменения и дополнения в Положение о
порядке ликвидации скважин не способствуют снижению экологической опасности
этих объектов. В частности, для части ликвидируемых скважин вместо
обустройства устья бетонной тумбой на земной поверхности установлен порядок
срезки труб на глубине 2 м и заварки их заглушкой с <предотвращением
коррозии> последней. Поскольку способов предотвращения коррозии не
существует, практически можно достичь лишь временного снижения интенсивности
этого процесса (как и при наземном положении устья), то утечки на устье
ликвидированных скважин проявятся приблизительно одинаково как при наземном,
так и при заглубленном положении устья. Нефтепроявления на устье
ликвидированных скважин отмечаются довольно часто, и их скрытый характер при
заглублении устья в целом приведет к увеличению вреда.
Анализ приведенных данных свидетельствует о необходимости детального
изучения проблемы, оценки текущего состояния и темпов загрязнения природной
среды, разработки мер предотвращения дальнейшего загрязнения. Проблема имеет
мировое значение. И ее нельзя рассматривать лишь только в рамках загрязнения
северной части Каспийского моря.
Республика Казахстан длительное время эксплуатирует большое число
нефтяных месторождений в непосредственной близости от моря, часть
месторождений затоплено. Особенностью большей части эксплуатируемых и
выработанных залежей является их <предрасположенность> к загрязняющим
утечкам нефти. Этому способствуют хорошие фильтрационно-емкостные показатели
коллектора, при которых остаточная подвижная нефть довольно быстро всплывет
к кровле пластов. Залежи характеризуются водонапорным режимом или
эксплуатируются с искусственным заводнением, и величина пластового давления
при завершении разработки имеет высокие значения, достаточные для
поддержания необходимых для утечек перепадов давления. Необходимые для
утечек каналы могут образоваться в ликвидированных скважинах за сравнительно
короткое время, т.к. пластовые воды на месторождениях характеризуются
высокой коррозионной активностью.
Сквозные проржавления обсадных колонн скважин довольно часто фиксируются
еще в действующих скважинах, а обнаружение за состоянием цементного кольца,
предназначенного для герметизации зазора между обсадной колонной и
пробуренной породой, в большинстве случаев, свидетельствует о плохом
состоянии герметики.
Указанные <благоприятные> условия для проявления утечек подтверждаются
довольно частыми грифонами, т.е. открытыми выходами нефти и газа на земную
поверхность в прискважинной зоне.
В связи с повышением уровня Каспийского моря часть прибрежных
месторождений затапливается. После затопления месторождений Каражанбас,
Каламкас и соседних нефтеносных площадей под водой оказалось свыше 100
нефтяных скважин, большая часть которых не была ликвидирована или даже
законсервирована. В ближайшее время ожидается подтопление еще более 130
скважин, причем ликвидационные работы могут быть осуществлены лишь на
небольшой части из них. Если учесть, что часть затапливаемых скважин перед
остановкой эксплуатировалась фонтанным способом и залежи не выработаны даже
до проектных значений запасов, то высочайшая экологическая опасность таких
скважин не требует комментариев. И накопленные факты подтверждают это.
Первые, отраженные в СМИ, визуально наблюдаемые утечки нефти из затопленных
скважин в море отмечены по месторождению юго-западное Тажигали. Утечки
ликвидированы через довольно продолжительное время после обнаружения, после
образования прочного льда в местах размещения скважин. В 2003 году утечки
нефти отмечены на четырех затопленных скважинах Прибрежного месторождения.
Утечки временно приостановлены, более надежную герметизацию скважин намечено
провести позднее. Что касается вероятных утечек нефти в придонные грунты, то
их трудно обнаружить. Если длина нефтяных пятен при утечках из скважин
Прибрежного месторождения составляла около 4 км, то при утечках скрытого
характера следует ожидать визуально не определимого рассеивания нефти по
большой площади.
К косвенным подтверждениям наличия скрытых утечек мы относим известные
результаты наблюдений и замеров Астраханских биологов и экологов. По этим
данным содержание нефтепродуктов в тканях рыб и тюленей очень высокое,
нередко приближается к летальной концентрации и считается основной причиной
катастрофы 2000 года с массовой гибелью тюленей. Эту катастрофу в
значительной степени связывают с аварией на разведочной скважине морского
месторождения Кашаган. Мы же склонны считать, что основной или существенный
<вклад> в это внесли утечки нефти из скважин, тем более, что не отмечено
накопления серосодержащих соединений в тканях рыб.
Приведенные выше прогнозные данные и факты проявления утечек нефти в
море свидетельствуют о возникновении угрозы существованию всего живого в
Каспии. Угроза усиливается в связи с бурным развитием работ по освоению новых
морских месторождений, значительная часть которых характеризуется аномально
высокими давлениями и содержит в продукции сероводород. Заканчивать
разработку и ликвидировать скважины на осваиваемых месторождениях
планируется после отбора сравнительно небольшой доли от запасов нефти, т.е.
объемы <пригодной> для загрязнения моря остаточной подвижной нефти в залежах
будут очень большими.
Рассмотренная проблема может решаться следующим образом.
Чтобы реально оценить масштаб текущего загрязнения и сделать прогноз
развития опасности, на первом этапе потребуется выполнить большой объем
работ геофизическими методами, отбором и анализом проб воды и грунта,
расчетами и прочим.
Имеющиеся геологические данные и замеры позволят оценить области и
источники загрязнения, ареалы развития, потенциальную опасность для моря.
Подобные работы по оценке текущего состояния загрязнения недр должны
проводиться во всех сопредельных по Каспию странах. Уже в настоящее время
представляется возможным приступить к разработке методики прогноза сроков
опасных нефтепроявлений по пробуренным скважинам, в том числе сооружаемым
и намечаемым к бурению на море.
Очевидным и безотлагательным мероприятием по предотвращению
рассматриваемой экологической угрозы является разработка и использование
методов и средств, позволяющих ликвидировать скважины навечно. Следует
отметить, что разработать такие технические решения для скважин в некоторой
части геологических условий представляется реальным. Разработки и опробования
требуют и методы переликвидации скважин. Возможно, потребуется вносить
коррективы в их строительство, в существующие нормативные документы по
ликвидации скважин.
Перечисленные и другие работы по предотвращению экологической угрозы
Каспию должны стать общим делом для всех сопредельных по Каспию государств.
В.Смирнов, директор ООО <ПЭТЭнефтегаз>, г.Волгоград.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ В Е С Т И, No 1 (36),
9 января 2004 года, rc-ecoforum@carec.kz