СПОСОБ РАДИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТРИТИЕМ НЕДР МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD OF RADIOLOGICAL MONITORING OF TRITIUM CONTAMINATION OF HYDROCARBON DEPOSIT SUBSOIL

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к охране недр нефтяных и газовых месторождений, расположенных в местах проведения мирных подземных ядерных взрывов для целей интенсификации добычи нефти и газа.
При реализации в СССР программы №7 «ядерные взрывы для народного хозяйства» было проведено 19 подземных ядерных взрывов по заказам Министерства газовой промышленности и 13 подземных ядерных взрывов по заказам Министерства нефтяной промышленности.
Основным разработчиком технологий повышения извлечения углеводородов с помощью ядерных взрывов являлся Московский институт нефти и газа им. И.М.Губкина. Технические решения проектов обеспечивали минимальное загрязнение радиоактивными продуктами коллекторов углеводородов, так как проводились ниже их подошвы и направлены были на создание в коллекторах дополнительной трещиноватости. Остаточное ядерное горючее, осколки деления горючего и наведенной активности оставались в расплаве горных пород. Тритий как радиоактивный продукт наведенной активности водорода и элемент, входящий в конструкцию заряда, присутствует в углеводородах в столбе обрушения центральной зоны. В процессе длительной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений в коллекторах сформировались депрессивные воронки, что способствует миграции радионуклидов из центральных зон взрывов и может привести к загрязнению коллектора углеводородов. Возможно поднятие водонефтяного контакта выше нижней границы центральных зон взрывов, а также появление в коллекторах целиков техногенной воды, которые могут поступать в центральные зоны взрыва и создать условия для миграции осколочных продуктов деления и остатков горючего.
Кроме нефтяных и газовых месторождений более 1/3 мирных подземных ядерных взрывов было проведено для целей глубинного сейсмического зондирования за пределами эксплуатируемых на тот момент месторождений. По мере освоения новых нефтеносных газоносных площадей эксплуатационные скважины приближаются к местам взрывов, что также требует оценки загрязнения недр техногенными радионуклидами, в том числе тритием.
Тритий в природном газе или в попутном нефтяном газе является наиболее подвижным техногенным радионуклидом, скорость миграции которого определяется не столько его массообменном, сколько скоростью перемещения газа из центральных зон взрывов вследствие добычи углеводородов из близко расположенных добычных эксплуатационных скважин. Появление трития в природном газе будет свидетельствовать о начале миграции техногенных радионуклидов из столба обрушения центральных зон взрывов, а значение активности будет характеризовать степень загрязнения недр в коллекторе. Тритий в природном газе, в том числе и добываемым попутно с нефтью, является индикатором загрязнения недр.
Известен способ радиологического мониторинга промышленного региона, включающий отбор проб атмосферного воздуха, почв, техногенного грунта, поверхностных, грунтовых и подземных вод, атмосферных осадков, подготовку отобранных проб путем полного разложения проб высокочастотным нагревом, определение альфа- и бета-активности в подготовленных пробах на малофоновых установках, а также содержание трития, оценку радиоэкологической обстановки региона путем выявления зон с повышенным содержанием радионуклидов. (см. патент РФ №2112999).
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает оценку загрязнения радионуклидами недр промышленных регионов, в частности нефтяных и газовых месторождений.
Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия, включающий отбор проб почв, техногенного грунта, поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова в зоне наблюдения промышленного предприятия, а также вне зоны влияния данного предприятия, подготовку и анализ проб на содержание трития, сравнение удельной активности трития в пробах, полученных на территории промышленного предприятия, с удельной активностью трития в пробах, полученных вне зоны влияния промышленного предприятия, определение участков с повышенным содержанием трития на территории промышленного предприятия по результатам сравнения (см. патент РФ №2223517).
Недостатком данного способа является то, что он также не обеспечивает оценку загрязнения радионуклидами недр промышленных регионов, в частности нефтяных и газовых месторождений, для которых это особенно важно.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа радиологического мониторинга загрязнения тритием недр месторождений углеводородов, обеспечивающего контроль качества добываемой углеводородной продукции, оценку миграции трития по продуктивным горизонтам и ореола загрязнения недр.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении достоверной оценки и контроля радиоактивного загрязнения тритием недр месторождений углеводородов.
Указанный технический результат при реализации заявленного изобретения обеспечивает контроль качества добываемой углеводородной продукции, оценку миграции трития по продуктивным горизонтам и ореола загрязнения недр.
Для получения указанного технического результата предложен способ радиологического мониторинга загрязнения тритием недр месторождений углеводородов, включающий отбор проб из объектов природной среды, подготовку проб, анализ подготовленных проб на содержание трития, сравнение удельной активности трития в пробах с нормируемой удельной активностью трития, определение степени и ореолов загрязнения недр по результатам сравнения, отличием, которого, согласно изобретению, является то, что осуществляют отбор проб природного газа из эксплуатационных скважин месторождений углеводородов, подготовку проб осуществляют путем сжигания природного газа и двойной перегонки получаемого водного конденсата, анализ подготовленных проб на содержание трития осуществляют путем измерения удельной активности трития в подготовленных пробах на жидкостном бета-анализаторе.
Заявленный способ радиологического мониторинга загрязнения тритием недр месторождений углеводородов реализуется посредством отбора проб природного газа из эксплуатационных скважин нефтяных и газовых месторождений в герметичные емкости по 10-20 литров, исключающих утечку газа при транспортировке на место подготовки проб с последующим сжиганием газа на установке по сжиганию газа, обеспечивающей конденсацию паров воды, образующейся при сжигании газа, и получение водного конденсата. Из полученных проб водного конденсата путем двойной перегонки, применяемой для удаления остаточных содержаний углеводородов, получаются водные пробы для счетных образцов. Водные пробы смешиваются в измерительном флаконе с жидким сцинтиллятором и помещаются в измерительную кассету анализатора бета-излучения. В счетных образцах путем измерений интенсивности фотонов света, возникающих в результате сцинтилляции от бета-излучения трития, на жидкостном сцинтилляционном анализаторе бета-излучения определяется удельная активность трития в анализируемых пробах. Сравнением полученных значений активности трития с нормируемыми величинами из нормативных документов (НРБ-99/2009 и ОСПОРБ-99/2010) определяется степень загрязнения газа (радиационная чистота), возможность и допустимость безопасного использования газа в народном хозяйстве; используя карту расположения забоев скважин с привязкой к географическим координатам, определяются ореолы загрязнения недр тритием и возможные пути поступления других техногенных радионуклидов из центральных зон взрывов, разрабатываются мероприятия по обеспечению радиационной безопасности персонала промысла и населения.
Пример. На одном из нефтяных месторождений, эксплуатируемых ООО «Лукойл-Пермь», было проведено 5 подземных ядерных взрывов с целью интенсификации добычи нефти. Разработка месторождения осуществляется по проектам, учитывающим эти особые условия, при этом на постоянной основе выполняется контроль попутного нефтяного газа на загрязнение тритием путем измерений подготовленных проб на жидкостном сцинтилляционном анализаторе альфа-бета-излучения Tri-Card. Через 25 лет после первого взрыва в попутном газе одной из скважин, наиболее близко расположенной к центральной зоне взрыва, был обнаружении тритий в концентрациях на уровне 3,0 Бк/л (порядка 1500 Бк/л в водном конденсате от сжигания газа). За прошедшие 5 лет путем систематических исследований была установлена устойчивая тенденция роста объемной активности трития в газе этой скважины на ~5,0 Бк/л в год. По результатам опробования газа скважины в 2009 г. объемная активность трития составила в среднем 18,5±1,9 Бк/л, в 2010 г. объемная активность трития несколько снизилась и составила 16,7±1,9 Бк/л. За период наблюдений в нефти этой скважины и в газе нескольких добывающих скважинах нестабильно появлялся тритий в незначительных концентрациях. Таким образом, был установлен ореол миграции трития в продуктивном нефтенасыщенном коллекторе. Исходя из нормативов ОСПОРБ-99/2010, нефть и попутный нефтяной газ могут использоваться как сырье, неограниченно. При этом эксплуатирующая организация учитывает результаты оценки содержания трития в углеводородах:
- по результатам исследований 2009 года при работе скважины, в газе которой стабильно присутствует тритий, его концентрация в попутном газе всего месторождения составляла порядка 8,2 Бк/л (4330 Бк/л в водном конденсате), т.е. приближается к установленному в НРБ-99/2009 уровню вмешательства УВ для питьевой воды (7600 Бк/л);
- учитывая, что газ подается в зимнее время в котельные близ расположенного города, продолжается систематический контроль содержания трития в газе для оценки потенциально возможных доз облучения населения города от поступления трития ингаляционным путем и по пищевой цепочке и недопущения превышения установленных нормативных значений удельной активности. Эти мероприятия обеспечивают безопасность населения и исключают превышение установленных пределов облучения.
По сравнению с известными способами радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленных регионов заявленный способ в дополнение к контролю загрязнения поверхности обеспечивает контроль качества добываемой углеводородной продукции, оценку миграции трития по продуктивным горизонтам и ореола загрязнения недр.