DEVELOPMENT AND MODERNITY

Effectiveness of digital monitoring of soil and water conditions during drilling and operation of wells and its relation to optimization of enterprises’ environmental protection costs

Authors

  • Gennadiy V. Karaev Moscow Institute of Modern Academic Education, 115191, Moscow, Gamsonovsky lane, 2

How to cite

GOST Karaev G. V. Effectiveness of digital monitoring of soil and water conditions during drilling and operation of wells and its relation to optimization of enterprises’ environmental protection costs // Academic Research Journal. 2025. Vol. 3. No. 9. P. 74-84. DOI: 10.25726/r4851-7287-2993-i
APA Karaev, G. V. (2025). Effectiveness of digital monitoring of soil and water conditions during drilling and operation of wells and its relation to optimization of enterprises’ environmental protection costs. Academic Research Journal, 3(9), 74-84. https://doi.org/10.25726/r4851-7287-2993-i

Abstract

The article is aimed at quantitatively assessing the effectiveness of digital monitoring of soil and water conditions during drilling and operation of wells, and identifying the stable relationship between the level of digitalization of environmental control and optimization of environmental protection costs in oil and gas enterprises. The empirical base includes data from 12 companies of the Ural and Western Siberian regions for 2015–2023, consolidated across more than 40 indicators and covering investments in IIoT, remote sensing, UAVs, and predictive analytics, as well as logs of incidents, fines, payments for environmental impact, and reclamation costs. The methodological approach combines system and comparative analysis, Pearson and Spearman correlation tests, paired and multiple regression with validation by t and F criteria, ensuring rigorous statistical reliability. A strong inverse relationship is established between investments and incident frequency: an increase in investment from 8.43 to 55.37 thousand rubles per well is accompanied by a decrease in incidents from 2.17 to 0.49 cases per 100 wells, with a correlation coefficient of -0.978. The paired regression shows that each additional 10 thousand rubles per well is associated with a reduction in incident frequency by 0.35–0.40 per 100 wells, confirming the preventive effect of digital systems. In response scenarios, digital monitoring reduces the average detection time of a leak from 18.7 to 1.2 hours, decreases the average spill volume from 8.34 to 1.12 m³, and lowers the cost of eliminating the consequences of one incident from 12.65 to 2.48 million rubles, demonstrating a nonlinear dependence of damage on detection delay. A structural transformation of expenses is revealed: the share of preventive spending and ongoing control among digitalization leaders reaches 41.9%, while the share of fines decreases to 8.7% and post-incident remediation costs to 15.3%. The economic assessment shows a negative net effect in the first year of active investment (ROI −14.80% in 2018), followed by sustained profitability growth to 66.65% in 2023, with a net annual effect of 442.8 million rubles across the group of enterprises. Multiple regression with and a standardized beta coefficient of -0.72 for digitalization investments confirms their dominant contribution: a 1% increase in investments reduces total environmental protection costs in the next period by 0.58–0.65%, all other factors being equal. The scientific novelty lies in the formalization of cost elasticity to digitalization and in the integration of field incident metrics with financial indicators, while the practical significance is in providing an evidence base for investment decisions and regulatory incentives. Limitations are related to the non-public nature of some corporate data and regional specifics; prospects include differentiation by platform type and consideration of intangible effects (reputation, social license).

Keywords

digital monitoring IIoT environmental costs oil spills ROI

Funding

The authors did not declare any external funding for this research.

References

Боровицкая Е.Ю. Анализ результатов мониторинга подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2007. № 9-2. С. 17-24.

Врублевский М.В., Бурцев М.А. Интеграция данных миссии SWOT в интересах задач мониторинга водных объектов // Материалы 22-й Международной конференции Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Москва, 2024. С. 355.

Галкин А.В. Мониторинг нефтегенных загрязнений вод: автореф. дис. ... канд. хим. наук / Академия нефти и газа. Москва, 1992. 22 с.

Коленчукова М.М. Автоматизация планирования и мониторинга процесса ликвидации осложнений при бурении нефтяных скважин // Исследования и разработки в области машиностроения, энергетики и управления: материалы XII Международной научно-технической конференции студентов, магистрантов и молодых ученых. 2012. С. 462-464.

Колесников В.И., Стрельников А.В. Мониторинг состояния земельных ресурсов при скважинной гидродобыче // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2001. № 7. С. 100-102.

Кубарев П.Н., Исламов Р.Р., Петрова Г.И., Мутыгуллина Ю.В. Основные принципы организации и совершенствования системы гидромониторинга при разработке нефтяных месторождений ПАО "Татнефть" // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2023. № 12-3. С. 38-42.

Мамедов Р.М. Системный анализ экологического состояния почв и водных объектов в районах нефтедобычи с применением биотестирования: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Сургутский государственный университет. Сургут, 2009. 24 с.

Маштыкова Л.Ю., Манджиева С.С. Система показателей экологического мониторинга почв предприятий энергетического комплекса // Экологический мониторинг, моделирование и проектирование в условиях природных, городских и агроэкосистем / под общ. ред. И.И. Васенева, Р. Валентини. 2015. С. 134-137.

Негинская Р.В., Лобачева Г.К., Шемета А.В. Воздействие на окружающую природную среду при обустройстве скважины и меры по его снижению // Альманах - 2008. Юбилейный выпуск. Волгоград, 2008. С. 18-23.

Павленко О.Л., Хасанов Д.А., Гуляева Ю.В. Экологическая коллизия при создании наблюдательной сети на полигоне подземного захоронения отходов // Недропользование XXI век. 2019. № 1. С. 104-109.

Папина Т.С. Проблемы экологического мониторинга природных вод // Межрегиональный экологический форум в рамках IX медико-экологической выставки Человек. Экология. Здоровье: сборник материалов форума. 2004. С. 54-57.

Попова В.В. Рабочая программа дисциплины Б1.О.34 Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений направление подготовки 20.03.02 Природообустройство и водопользование направленность (профиль) - Инженерные системы сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения и водоотведения // Каталог методических разработок ФГБОУ ВО Омский ГАУ: серия Природообустройство и водопользование. Омск, 2023. С. 35-36.

Сурина А.Г., Каранаева А.А. Влияние пластовых вод на почву при нефтедобыче // Современные технологии в образовании и промышленности: от теории к практике: сборник материалов II Внутривузовской научно-практической конференции. 2018. С. 58-60.

Счастливцев Е.Л., Потапов В.П., Юкина Н.И., Харлампенков И.Е., Рудов М.С. Цифровая технология мониторинга техноприродных вод // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2023. № 1. С. 97-107.

Тармосин Д.В. Экология и экономика природопользования на территориях скважин глубокого бурения // Международный журнал прикладных наук и технологий Integral. 2019. № 2-2. С. 26.

Issue

Section

DEVELOPMENT AND MODERNITY

Metrics

262 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Similar Articles

1 2 3 4 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.