Введение
Геологическая история Республики Калмыкия довольно хорошо изучена. Рассматривая Республику Калмыкию с точки зрения тектоники, можно сказать, что данная территория расположена на стыке двух крупных платформенных структур – древней Восточно-Европейской (Русской) платформы и молодой Скифской плиты. Северо-Западный Прикаспий представлен кряжом Карпинского и юго-западной частью Прикаспийской впадины. В мощной толще осадочного чехла юго-западной части Прикаспийской впадины выделяются два структурных этажа: подсолевой, сложенный мощной толщей карбонатно-терригенных пород палеозойского возраста, и солянокупольный, представленный галогенно-терригенными породами от кунгурского до четвертичного возраста включительно. По особенностям развития и структурной выраженности во втором этаже намечаются три структурных яруса: кунгурско-триасовый, юрско-палеогеновый и верхнеплиоценово-четвертичный [2].
Климат территории Северо-Западного Прикаспия резко континентальный и довольно сухой. Территория Северо-Западного Прикаспия, находящаяся на стыке степей Западного и Центрального Предкавказья и среднеазиатских пустынь, занятая преимущественно полупустынными ландшафтами, характеризуется высокой природной изменчивостью климата. Продолжительное знойное сухое лето со среднемесячной температурой воздуха +21 и +25,5 °С. Максимальная температура воздуха в июле достигает +35 и +45 °С.
Довольно часто почвенно-растительный покров подвергается загрязнению пластовыми минерализованными водами. Этот процесс происходит в результате разлива пластовой подтоварной воды. Наиболее распространенными причинами загрязнения пластовыми минерализованными водами являются аварии или утечки на водоводах высокого давления из-за коррозии, земляных амбаров, отстойников, мест захоронения буровых растворов [3]. Ведь пластовая сильноминерализованная вода и сеноманская жидкость, обладая агрессивными химическими свойствами, увеличивают коррозионный износ.
Засоление почв – процесс накопления в почвах солей (хлоридов, карбонатов, сульфатов и нитратов). Засоление приводит к образованию солонцеватых и солончаковых почв. Засоленными почвами считаются те, в которых содержание солей превышает 0,25 % по массе. Процесс засоления почв происходит под влиянием антропогенных факторов за счет избытка поступления воды с водосборных и дренажных сетей, а также при разливе пластовых высокоминерализованных вод. Засоление почв происходит и в естественных условиях за счет поднятия солоноватых и соленых вод.
Повышение концентраций солей в почве является причиной невозможности роста растений. Так, например, в пределах участка высоких концентраций солей происходит гибель растений, а на участке с токсичным содержанием солей (25 – 35 мг-экв/100 г почвы) отмечена полная гибель растительного покрова [1].
Довольно значимую роль в техногенных потоках имеют водорастворимые хлориды, а в меньшей степени – сульфаты и карбонаты. Это объясняется тем, что карбонаты, обладая наименьшей подвижностью, фиксируются в почвах, которые находятся вблизи источника загрязнения. Мигрируя немного дальше от источника загрязнения, фиксируются сульфаты. В свою очередь, хлориды как наиболее подвижные мигранты, мигрируя дальше остальных солей, создают внешний контур техногенного ореола. Такая структура распределения солей, которая описана в общих чертах, соответствует теоретическому ряду растворимости солей [4].
Засоление почвы ведет к созданию низкого водного потенциала, в связи с этим нарушается поступление воды в растение. Наличие солей в почве ведет к нарушению процессов обмена [5].
Целью исследования являлся мониторинг содержания хлорид-ионов и сульфат-ионов в пластовых водах таких нефтяных месторождений, как Восточно-Камышанское, Калининское, Курганное и Состинское.
Материал и методы. Все исследуемые нефтяные месторождения расположены в Черноземельском районе Республики Калмыкии. Курганное месторождение представляет собой совокупность нескольких залежей нефти и газовой шапки. Месторождение открыто в 1987 году. Курганная и Северо-Курганная структуры, залежи в их пределах и запасы по ним вошли в единое месторождение под названием Курганное. По совокупности данных Курганное месторождение по размерам структуры относится к категории мелких и отличается сложным тектоническим строением. Продуктивная толща представлена нижнеаптскими и неокомскими отложениями. В нижнеаптских отложениях выделяют два продуктивных пласта, которые сложены глинами и песчаником. Вода на залежи появилась спустя два года после эксплуатации, и неуклонно возрастала обводненность скважин.
Восточно-Камышанское месторождение в структурном отношении приурочено Каспийско-Камышанской структурной ступени, который осложняет южный склон вала Карпинского. Месторождение представляет собой антиклиналь, вытянутую в юго-восточном направлении. В пределах площади выделяют четыре залежи: альбская, две нижнеаптские, юрская. Восточно-Камышанское месторождение разрабатывается с 1972 года. Продуктивный пласт представлен отложениями байосского и нижнеальбского яруса. Коллектор терригенный, неоднородный. Нижнеаптская залежь пластовая, сводовая, литологически экранированная, но уже выработана. Залежь нижнеальбского пласта приурочена к своду антиклинали и является ловушкой структурного типа. Обводненность скважин достигает 90 %.
Калининское месторождение в тектоническом отношении приручено к одноименному поднятию в северной части Восточно-Манычского прогиба. Структура линейная, вытянутая в широтном направлении. Продуктивная толща представлена песчаниками верхней пачки ааленского яруса. Разрабатывается месторождение с 1989 года. Залежь пластовая, сводовая. Скважины малодебитные, обводненность скважин более 90 %.
Состинское месторождение открыто в 1984 г. Общая площадь Состинского месторождения 3,36 га. Состинское нефтяное месторождение открыто в результате бурения поисковой скважины в присводовой части Шуптинской структуры, пробная эксплуатация произведена с 1999–2002 гг. На Состинском месторождении промышленная продуктивность приурочена к нижнемеловому комплексу пород. Нефтенасыщенные пласты-коллекторы выделяются в отложениях нижнеаптского подъяруса.
Определение хлорид-ионов и сульфат-ионов происходило с помощью методов титриметрии, гравиметрии и потенциометрии.
Результаты исследования и их обсуждение. После отбора пластовых вод из пробоотборника месторождений, они сразу же подвергались определению плотности ареометрически и рН потенциометрически.
Таблица 2
Физико-химические свойства пластовых вод нефтяных месторождений
Год отбора и параметры |
месторождения |
||||
Восточно-Камышанское |
Калининское |
Курганное |
Состинское |
||
2009 |
Плотность |
1,0788 |
1,0904 |
1,0773 |
1,0710 |
рН |
5 |
5 |
5 |
4,9 |
|
2010 |
Плотность |
1,085 |
1,0993 |
1,0743 |
1,0701 |
рН |
5,1 |
5 |
5,3 |
5,1 |
|
2011 |
Плотность |
1,0813 |
1,0986 |
1,078 |
1,0784 |
рН |
5 |
5,1 |
5,2 |
5 |
|
2012 |
Плотность |
1,081 |
1,096 |
1,0771 |
1,075 |
рН |
5,2 |
5,1 |
5,1 |
5,1 |
Плотность пластовых вод в исследуемых месторождениях колеблется от 1,0701 г/см3 до 1,0993 г/см3. По плотности так называемой наиболее тяжелой пластовой водой является проба пластовой воды с Калининского месторождения. Значения же рН варьирует от 5 до 5,3 (рис.1).
Рис.1. рН в пластовых водах нефтяных месторождений (1- Восточно-Камышанское, 2- Калининское, 3-Курганное, 4- Состинское)
По рисунку видно, что наиболее равномерное рН отмечено в 2009 и 2012 году.
Таблица 2
Содержание хлорид-ионов и сульфат ионов в исследуемых пластовых водах
Месторождение |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
||||
Содержание в мг-экв/л |
||||||||
Cl- |
SO42- |
Cl- |
SO42- |
Cl- |
SO42- |
Cl- |
SO42- |
|
Восточно-Камышанское |
1780 |
1,230 |
2300 |
0,257 |
1960 |
- |
2100 |
0,120 |
Калининское |
2100 |
1,890 |
2150 |
0,690 |
2188 |
0,120 |
2426,5 |
- |
Курганное |
3300 |
0,750 |
2100 |
0,457 |
2100 |
0,230 |
1720 |
- |
Состинское |
1840 |
1,000 |
1960 |
0,850 |
1900 |
0,800 |
1980 |
0,400 |
По таблице видно, что максимальное содержание хлорид-ионов в пластовой воде Восточно-Камышанского месторождения наблюдается в 2010 году, а сульфат-ионов – в 2009 году. В целом по сульфат-ионам можно сказать следующее: с каждым годом количество сульфатов в пластовой воде Восточно-Камышанского месторождения уменьшается. Максимум хлорид-ионов в пробе воды Калининского месторождения отмечается в 2012 году, и с каждым годом количество их увеличивается. В пробе воды за 2012 год сульфат-ионы вообще не обнаружены, а максимум отмечается в 2009 году. В пластовой воде Курганного месторождения наблюдается совсем иная ситуация – количество хлорид-ионов с каждым годом уменьшается. По сульфат-ионам наблюдается аналогичная ситуация. Содержание хлорид-ионов в пластовой воде Состинского месторождения по результатам исследования с каждым годом увеличивается, а содержание сульфат-ионов уменьшается.
Рис. 2. Содержание хлорид-ионов в пластовых водах исследуемых нефтяных месторождений (1 – Восточно-Камышанское, 2 – Калининское, 3 – Курганное, 4 – Состинское)
Заключение
1. По значениям рН все пластовые воды исследуемых месторождений относятся к типу слабокислых (рН до 6).
2. Наиболее тяжелой по плотности является пластовая вода Калининского месторождения, а наиболее легкой – проба пластовой воды Состинского месторождения.
3. В целом по сульфат-ионам можно сказать, что с каждым годом их количество в пластовых водах исследуемых месторождений уменьшается.
4. Во всех пробах пластовых вод исследуемых месторождений содержание хлорид-ионов превышает ПДК в 5–9 раз. Естественно такое содержание хлорид-ионов не может отразиться на почвенном покрове. Хлориды, в свою очередь, являются очень подвижными мигрантами и поступают на более глубокую глубину, чем сульфаты.
При оценке пластовой воды как загрязнителя окружающей среды необходимо учитывать не только токсичные вещества, содержащиеся в пластовой воде, но и гидрохимическую характеристику вод. Так, по результатам исследований мы отмечаем, что среди анионов превышают хлориды, то есть при разливе этих вод будет отмечаться хлоридное засоление почв.
Рецензенты:
Мойсейкина Л. Г., доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО «КалмГУ», г. Элиста.
Бананова В. А., доктор географических наук, профессор ФГБОУ ВПО «КалмГУ», г. Элиста.