Радиоэкологическая обстановка в нефтепромысловых районах

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ РАЙОНАХ

С.С. Юдин

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Статья посвящена изучению радиоактивных загрязнений на территориях давно работающих нефтепромыслов. Показаны характер, масштабы и источники радионуклидного загрязнения. Выполнена типизация участков радиационных загрязнений на таких объектах.

Интенсивное развитие в последнее десятилетие нефтедобывающей отрасли России требует более пристального внимания к экологическим последствиям таких действий. Особенно это касается радиационного состояния территорий нефтепромыслов, обычно не принимавшегося во внимание на фоне масштабного углеводородного загрязнения всех сред ландшафтной сферы на таких объектах. В этой связи может быть полезным опыт изучения похожих проблем на сопредельных территориях соседних государств СНГ, где в силу разных причин этим вопросам уделяется повышенное внимание. Такого рода информация может представлять интерес для экологов, занимающихся оценкой влияния нефтедобычи на окружающую среду, недропользователей, представителей государственных природоохранных органов, общественных организаций.

Настоящая статья посвящена результатам изучения техногенного радиоактивного загрязнения территорий эксплуатируемых нефтяных месторождений Южно-Эмбинской нефтегазоносной области Республики Казахстан. Они основаны на материалах специализированных геологических предприятий, полученных как в советский период, так и последующие годы.

Южно-Эмбинская нефтегазоносная область входит в состав Прикаспийской нефтегазоносной провинции. Районы нефтепромыслов находятся в малонаселенной полупустынной местности прибрежной зоны Каспийского моря, с абсолютными отметками от +10 до —27 м. Месторождения данной провинции связаны с юрскими и меловыми отложениями. Залежи нефти контролируются солянокупольной тектоникой. Большинство из них эксплуатируется с 30—50 годов и, за некоторым исключением, находится на конечных стациях разработки.

На рис.1 приведена схематическая привязка центров основных нефтяных месторождений или их участков, в пределах нефтегазоносной области. Дополнительно на неё вынесены графики распределения и (Иа) по данным аэрогаммаспекгрометрической съемки (АГСС) 1 : 1 000 000 масштаба, которая выполнялась для целей региональной оценки радиационной обстановки всей территории Республики Казахстан, вне связи с рассматриваемой в данной статье проблемой. Работы производились в 1993-95 гг., с использованием аэрогаммаспектрометра АТС — ГЭ — 001, смонтированного на самолете Ан—2. Отчетливо видно, что большинство полей эксплуатируемых месторождений «отбиваются» повышенными пиками на графиках содержаний, которые отстроены по линиям аэрозалетов со средними расстояниями между маршрутами 10 км.

Рис. 1. Южно-Эмбинская нефтегазоносная область. Схематическая карта графиков содержаний и (Иа) в поверхностных образованиях, по данным аэрогаммаспектрометрии

1 : 1000 ООО масштаба

Известно, что детальность АГСС зависит от масштаба съемки. С увеличением межмаршрутного расстояния уменьшается вероятность обнаружения пятен радиационных за1рязнений малого размера. Вероятность Р (]*„) попадания пятна загрязнения приведенного радиуса И,, в область регистрации спектрометра зависит от эффективного радиуса регистрации и межмаршрутного расстояния. При средних размерах участков радиационных загрязнений (УРЗ) на изученных площадках в 20 га вероятность их обнаружения мелкомасштабными АГСС не превышает 25%. Однако высокая плотность таких площадок позволяют на стадии стандартной автоматизированной перестрой-

ки данных в карту изолиний методами интерполяции получать значительные по площади области изометрических аномалий с повышенными значениями Сщла). Данный пример демонстрирует возможность и необходимость использования уже имеющихся мелко- и среднемасштабных данных АГСС, для предварительного выяснения радиационной экологической обстановки в аналогичных нефтепромысловых районах.

Более детальные радиоэкологические исследования были выполнены на семи площадках, в пределах отдельных участков отрабатываемых нефтяных месторождений, находящихся на территории бывшей Гурьевской области — Доссор, Макат, Сагиз, Кошкар, Комсомольский, Байчунас, Косчагыл (рис.1). Комплекс исследований включал: проведение АГСС съемки масштаба 1 : 10000 на общей площади в 540 км2; наземные крупномасштабные радиометрические обследования; лигохимическое опробование с последующей гаммаспектрометрией проб.

Аэросъемки выполнялись 12-канальным аэрогаммаспектрометром СТК-19 с объемом сцинтилляционных детекторов Na (Т1) 48 литров. Привязка точек измерений обеспечивалась спутниковой системой TNL-1000. Автоматизированная обработка аэрогамма-спектрометрической информации проводилась на ПК по программе АСОМ-АГС/ПК. Наземные работы выполнялись с использованием радиометров СРП-68-01, с 5 % контролем измерений дозиметрами ДРГ- 01Т. Гамма-спектрометрические измерения проб на радионуклиды (226Ra, 232Th, 40К, 137Cs) производились аппаратурой АМА-02Ф2 с блоком детектирования ДГДК-80В-3, по методике МИ-3143-91 «ВНИФТРИ».

В качестве примера на рис. 2 приведены результаты картирования УРЗ на участке Байчунас месторождения Искине. Общая площадь загрязнений в изолинии 100 мкР/час составляет 115 га, с максимальной МЭД до 1700 мкР/час в отдельных пятнах. В табл. 1 приведены основные сведения о параметрах УРЗ по всем семи изученным площадкам.

Таблица 1

Основные сведения о параметрах участков радиационных загрязнений

№ п/п Участки радиоэкологических исследований Количество выявленных УРЗ Общая площадь, га Максимальная МЭД (мкР/ч) и основные излучатели

1 Доссор 2 9 до 2650

2 Макат 2 5 до 250 —//—

3 Сагиз 11 10 до 6800 —//—

4 Кошкар 3 89 до 2850 —//—

5 Байчунас 3 115 до 1700

6 Комсомольский 2 18 до 3000

7 Косчагыл 16 12 до 6700

Всего: 39 258 250 - 6800

Источником поступления радионуклидов на УРЗ являются пластовые воды нефтепродуктивных горизонтов. На месторождениях Прикаспийской нефтегазоносной провинции пластовые воды содержат 226Ка, 228Иа и 232Т1і в концентрациях на 1—2 порядка (а иногда и более) выше их активностей в

природных водах, не связанных с урановыми месторождениями. В пластовых водах нефтяных месторождений других провинций СНГ установлены также высокие концентрации 230ТЬ (ряд Урана), 228ТЬ и 224Ка (ряд тория). Скопления подземных вод с повышенными и аномальными активностями радия и тория тяготеют к водонефтяным контактам (ВНК), образуя оторочку вокруг нефтяных залежей шириной от 200 до 1000 и более метров [1,3].

// лет аОо/%

рПОП в

Іг1 — ч^Байчунас

Условные обозначения 2 [

Із I о І4 I І5 12ЕЭб

Рис. 2 Карта развития площадных аномалий МЭД на участке нефтедобычи Байчу-нас. 1-3 участки загрязнения: 1 - от 30 до 60 мкР/ч; 2 - от 60 до 100 мкР/ч; 3 - более 100 мкР/ч; 4 - группы нефтяных скважин; 5 - населенные пункты;

6 - дороги

Основными источниками поступления радионуклидов в подземные воды данной нефтегазоносной области являются фосфоритсодержащие породы мелового возраста и отложения «рыбной» майкопской свиты палеогена. Наиболее обогащены ими соленые, бессульфатные воды хлоридно-кальциевого

или хлоридно-натриево-кальциевого состава, с повышенными значениями pH. Для таких вод характерны очень высокие содержания Ва (до184 мг/дм3) и Бг (до 427 мг/дм3), что составляет 1837 и 61 ПДК для питьевых вод [3,5].

В соответствии ОСПОРБ-99 и Концепции обращения с радиоактивными отходами в Республике Казахстан, все радиационные аномалии по мощности экспозиционной дозы разделялись на три класса:

1. Природные и техногенные источники излучения, с МЭД до 60 мкР/ч, которые рассматривались как «фоновые».

2. Аномалии с МЭД от 60 до 100 мкР/ч. Оценивались как объекты, не подлежащие дезактивации, и регистрировались как «радиоактивные аномалии».

3. Объекты с МЭД более 100 мкР/ч, исключая природные образования урановой и ториевой минерализ'ации на месте их залегания, классифицировались как участки радиоактивного техногенного за1рязнения (УРЗ), подлежащие дезактивации.

Оценка выявленных УРЗ производилась в соответствии с вышеприведенными критериями. Все изученные радиоактивные аномалии и участки радиоактивного загрязнения по характеру формирования и составу были подразделены на пять основных типов.

Первый тип УРЗ представлен участками замазученного грунта с нефтью, (содержание нефтепродуктов 10 и более г/кг), нефтешламом и радиоактивными растворами пластовых вод, образованными в результате буровых работ, планово-предупредительных ремонтов оборудования, аварийных прорывов трубопроводов, сбросов пластовых вод «по рельефу» на «поля испарения».

Аномальные участки замазученного грунта имеют площадь в десятки тысяч кв. метров с МЭД от 30 до 100 мкР/ч на фоне 8-11 мкР/ч. Грунт бурого цвета, часто покрытый пленкой сухой нефти. На участках объемных или многократных сбросов пластовых вод средний уровень радиоактивного загрязнения по гамма-излучению составляет 250-600 мкР/ч, с локальными максимумами — до 3000 и более мкР/ч. Площади с такими радиационными характеристиками достигают сотен кв. метров. Радиоактивные загрязнения данного типа, со значительными по площади загрязнениями грунта, распространены преимущественно на месторождениях конечных и средних стадий разработки.

Второй тип УРЗ. По данным исследований, проведенных ВНИИХТ [3], установлено, что при нагревании пластовой воды до +40 — +60 °С из неё выпадает маслянистый осадок темно-бурого цвета в виде нефтеш-лама, который сорбирует радиоактивные природные элементы. Нефтеш-лам скапливается на внутренних стенках насосно-компрессорных труб, днищах и стенках сборных емкостей, резервуаров, замерных установок, нефтепроводов, печей подогрева и другого оборудования. Здесь же скапливаются соли, ржавчина окалина. Соли представлены смесью сульфатов кальция, бария, радия, тория и калия.

Радиоактивные скопления нефтешлама, окалины образуются при чистках, ремонтах и демонтажах производственного оборудования. Кроме того, повсеместно на участках бурения локализуются скопления отработанных фильтров обратной закачки пластовых вод размерами 10-30 м. Обычно они представлены материалом песчано-щебнистой фракции, сцементированной нефтешламом с радиоактивностью до 5000 мкР/ч.

К третьему типу УРЗ относятся- металлоотходы — обрезки труб, листовой металл, перегородки печей подогрева нефти, буровые и насосно-компрессорные трубы, емкости, другое оборудование, имевшее контакт с нефтью. Внут-

ренние стенки оборудования и днища резервуаров сохраняют осадок нефтешла-ма и солей с высоким содержанием радионуклидов. Радиоактивность металлоот-ходов на внешней поверхности составляет от 400 до 10 ООО мкР/ч.

К четвертому типу отнесены неконтролируемые источники излучения. Данные УРЗ связаны с производственными утратами типовых (ампульных) источников 137С8 с МЭД от 7 до 50 Р/ч. Такие источники используются в блоках гамма-излучения радиоизотопных установок (РИП) в качестве уровнемеров на буферных емкостях. Подобные утерянные источники выявлены в пределах практически всех нефтегазоносных районов Прикаспийской провинции.

И, наконец, к пятому типу УРЗ отнесено действующее технологическое оборудование нефтепромыслов, часть трубопроводов. На всех участках нефтедобычи преимущественно средних и конечных стадий разработки, действующее оборудование загрязнено радионуклидами. Характер загрязнения тот же, что и в третьем типе УРЗ. Источник — пластовые воды, циркулирующие вместе с нефтью. Максимальная активность зафиксирована на участке Сагиз, где на днищах замерных мерников (емкостей) измеренные МЭД составили 6800—17000 мкР/ч. Установлены факты появления большого количества бывших в употреблении радиоактивных труб с нефтепромыслов Южно—Эм-бинской нефтегазоносной области в других областях республики.

С целью определения изотопного состава и уровней активностей природных радионуклидов, поступающих с пластовыми водами, на ряде месторождений были опробованы фунты с полей испарений, нефтешламы, гидроокислы железа на стенках оборудования, отходы отработанной массы фильтров обратной закачки пластовых вод (табл. 2).

Таблица 2

Параметры загрязнения окружающей среды радионуклидами и нерадиоактивными элементами на УРЗ нефтепромыслов Южно - Эмбинской нефтегазоносной области

Состав материала и глубина отбора проб

і іараметрьі измерений Ед. измерений Грунт, замазученный на полях испарения, в т.ч. по глубине Нефтешлам, соли, окалина, отработанные фильтры обратной закачки

0 - 25 см 25 - 50 см.

№ проб № 31, 34,36,37,39,41 35,38,40,42 32 33

Суммарная активность* Бк/кг 31820 - 161320 1406 - 4490 235925 338873

226 Иа Бк/кг 1665 -139601 18.5 - 925 10130 41679

232-т Бк/кг 420 - 10388 112 9199 3017

* РЬ един. 1 0,5 0,5 —

* м р -II- 1 1,6 1 —

Ч С Ав -II- 20 20 10 —

л Си -II- 23 16 16 —

и № -II- 17,5 2,5 - —

о ж Ва*** ~//~ 1,5 - 15 0,7 15-30 —

сз а. 2п -II- 3 2 2 —

X Бг*** 15-30 4-3 30 —

Примечания: * - низкоактивные твердые радиоактивные отходы 10000 Бк/кг;

** - ПДК для почв;

*** - относительно кларка элемента для почв.

Данные поинтервального опробования шурфов показали, что загрязнение почв нефтяной эмульсией и радионуклидами, из сбросовых пластовых вод, может распространяться в пределах соровых впадин с глинистыми и алевритовыми грунтами на глубину до 0,2-0,4 м, а в песчаных и супесчаных образованиях — до 1,0 м и более.

Районы нефтепромыслов по результатам выполненных исследований и ряда публикаций представляют собой зоны кризисных экологических ситуаций, обусловленные техногенными факторами. К ним следует относить загрязнение и замазученность почв, газовые и нефтяные испарения, радиоактивное загрязнение, пыление и тд. Соотношение площадей радиационных загрязнений и общей замазученности почв для всех изученных участков в среднем составляет 1:3.

В аридных районах, к которым относится и территория Южно-Эмбинской нефтегазоносной области, происходит значительное испарение отдельных составляющих нефтепродуктов с полей испарений и амбаров, мест аварийных разливов. Образование атмоореолов в теплый период происходит со скоростью до 95 кг/т в месяц [3]. Продукты испарения нефти, как известно, оказывают негативное воздействие на органы дыхания, пищеварения, печень, выступают как канцерогены. В сочетании с повышенными дозовыми нагрузками от установленных источников ионизирующего излучения это неизбежно приводит к синергетическому усилению заболеваний общей патологии.

Радиационное воздействие на персонал нефтедобывающих предприятий и население различается, как по мощности доз, так и по источникам облучения, путям и способам поступления радионуклидов в организм. Для персонала предприятий, не опасных по радиационному фактору, и для населения, сверхфоновая эффективная доза облучения в соответствии с НРБ-99 не должна превышать 1 мЗв/год. В аналогичных экологических условиях нефтяники из штата Миссисипи получали дозы 1—3 мЗв/год [4].

Специфичность установленных участков радиационных загрязнений и радиоактивных отходов, а также отсутствие данных специальных медицинских исследований, позволяют лишь в первом приближении определить круг значимых источников облучения и прогнозируемые уровни дозовых на1рузок. Для персонала это, прежде всего, фотонное излучение загрязненных 1рунтов и оборудования, пылеобразование на загрязненных радионуклидами участках (пылерадиационный фактор). В меньшей степени эманации радона из поступающих пластовых вод и грунтов.

Для населения, которое проживает в стационарных и вахтовых поселках, расположенных, как правило, на расстояниях от первых десятков метров до 2 км от технологических площадок, ведущим является пылерадиационный фактор, а также загрязненные элементы оборудования, повсеместно используемые для различных хозяйственных целей.

Оценка доз от пыления чрезвычайно сложна и требует специальных исследований. Но известно, что доза внутреннего облучения при вдыхании 1 г/год и при глотании 3 г/год тонко измельченного порошка пылевых отложений, с активностью естественных радионуклидов 103 Бк/кг, составляет величину близкую ОД мЗв/год [4]. Вторичное воздействие радиации на окружающую среду и человека возможно за счет эманирования стенок труб и емкостей, загрязненных радионуклидами, используемых населением для хозпитье-вых нужд и для поливов садово-огородных участков.

Приведенные данные об экологическом состоянии территорий нефтепромыслов позволяют наметить комплекс природоохранных мер по учету и уменьшению воздействий радиационного фактора в их пределах.

1. Для вовлекаемых в эксплуатацию месторождений Северо-Кавказской и Прикаспийской нефтегазоносных провинций экологическое сопровождение хозяйственной деятельности должно в обязательном порядке включать:

- изучение и оценку возможности возникновения радиационных загрязнений и их масштабов, включая разработку сценариев аварийных ситуаций;

- организацию производственной) радиоэкологического контроля в соответствии с нормативными требованиями органов, уполномоченных осуществлять государственный экологический и санитарно-гигиенический надзор;

- разработку проектов рекультивации участков радиационных загрязнений и локализации радиоактивных отходов, как части экологического обоснования ТЭО кондиций нефтяных месторождений.

2. Для месторождений средних и конечных сроков эксплуатации необходимо в первоочередном порядке проведение расширенных специализированных работ по изучению радиационной обстановки и геоэкологического состояния их территорий. Материалы проведенных исследований должны быть достаточными и являться основанием для проектирования защитных и ре-культивационных мероприятий, выбора мест для размещения пунктов захоронения твердых низкорадиоакгивных отходов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев Ф.А., Готтих Р.П. и др. Радиохимические и изотопные исследования подземных вод нефтегазоносных областей СССР. М., Недра, 1975.

2. Баранов В.И., Титаева Н.И. Радиогеология. М., МГУ, 1973.

3. Виноградов П.В. и др. Анализ естественной радиоактивности морской воды и сточных вод, используемых при заводнении месторождения, определение ионного состава вод (на примере месторождения Жетыбай). Актау, ВНИИХТ, 1991.

4. Семёновская И.В., Тарараева Е.М. Радиологические проблемы при нефтедобыче. ЦНИИатоминформ, бюллетень № 1992, М., 1993.

5. Титаева Н.А. Радиоактивные изотопы в хлоркальциевых рассолах и загрязнение внешней среды. В сборнике Исследование природных вод изотопными методами / под редакцией В.И. Ферронского. М., Наука, 1981.

RADIOECOLOGICAL SITUATION IN TERRITORY OF PETROCRAFTS

S.S. Yudin

The Taganrog State Radiotechnical University

This clause is devoted to studying of radioactive pollution in territory of petrocrafts, which work for a long time. Character, scales and sources of pollution by nuclides are shown in clause. On such objects typification of sites of radiating pollution is executed.