CC BY
356
УДК 551.2.3
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНОВ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕФТИ И ГАЗА
Анатолий Иванович Каленицкий
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры астрономии и гравиметрии, научный руководитель СУНАЦ МПТС, тел. (383)361-01-59
Эдуард Лидиянович Ким
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, технический руководитель СУНАЦ МПТС, тел. (383)361-03-56, email: [email protected]
Владимир Адольфович Середович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, проректор по НиИД, тел. (383)343-39-57, e-mail: [email protected]
Излагаются проблемные вопросы создания геодинамического полигона на месторождениях нефти и газа. Зависимость этапов создания геодинамического полигона от методов предварительной оценки геодинамической опасности. Особенности создания геодинамического полигона при применении комплексного геодезическо-гравиметрического метода.
Ключевые слова: геодинамический полигон, месторождения нефти и газа, геодезическо-гравиметрический мониторинг геодинамики, геодинамическая опасность.
ESTABLISHMENT OF GEODYNAMIC TESTING AREAS ON OIL-AND-GAS FIELDS
Anatoly I. Kalenitsky
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Prof., Department of Astronomy and Gravimetry, Research Supervisor of Siberian Training Research-and-Analytical Centre for Monitoring of Natural-and Technical Systems Geodynamics, tel. (383)361-01-59
Eduard L. Kim
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Engineering manager of Siberian Training Research-and-Analytical Centre for Monitoring of Natural-and Technical Systems Geodynamics, tel. (383)361-01-59, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Seredovich
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Vice-rector for Research, tel. (383)343-39-57, e-mail: [email protected]
The problems of establishing a geodynamic testing area on oil-and-gas fields are considered. Dependence of the establishment stages on the techniques for the preliminary estimate of geodynamic hazard is shown. Some features of geodynamic testing area establishment by integrated geodetic-gravimetric methods are shown.
Key words: geodynamic testing area, oil-and-gas fields, geodetic and gravimetric monitoring of geodynamics, geodynamic hazard.
Земная поверхность активно реагирует на воздействие человеческой деятельности. Урбанизация территорий приводит к ухудшению
экологического состояния окружающей среды, атмосферы, изменению климата, а изменения в ее недрах ощущаются в виде активизации сейсмических явлений, в том числе землетрясений, даже в тех районах, которые традиционно считались асейсмическими [1].
В этой связи возрастает роль геодинамического мониторинга территорий, в особенности для районов, которые в наибольшей степени подвергаются техногенному воздействию (подземная разработка полезных ископаемых, строительство крупных инженерных сооружений - ГЭС, АЭС, водохранилищ, крупных городов и транспортных узлов и т.д.). Чрезвычайные происшествия на этих территориях могут привести к весьма неприятным последствиям как для населения, так и для окружающей среды.
Особенно важно знать степень геодинамической опасности для районов нефтедобычи, которые в течение длительного времени (20-30 лет и более) подвергаются техногенному воздействию как на ее поверхность, так и в недрах.
Предварительная оценка геодинамической опасности на месторождении имеет принципиальное значение для решения вопросов о строительстве геодинамического полигона и организации геодинамического мониторинга.
При этом оценка геодинамической опасности специалистами разного профиля трактуется по-разному.
Так оценка риска геодинамической опасности специалистами геолого-геофизическиого профиля производится с использованием оценки возможных последствий тектонических процессов, а специалистами геомеханики на основании результатов строгих количественных расчетов с учетом изменения физических свойств горных пород, маркшейдерами и геодезистами по результатам инструментальных наблюдений.
Полученные таким образом данные определяют все дальнейшие решения по созданию геодинамических полигонов, касающихся выбора методики закрепления пунктов геодинамического полигона, наблюдения и обработки результатов на них.
Как правило, геодезическая сеть на геодинамическом полигоне создается в виде взаимно пересекающихся профильных линий, заканчивающихся за контурами ожидаемых участков проседания земной поверхности. Начало и конец профилей закрепляются фундаментальными реперами. На профилях через равные промежутки закладываются грунтовые реперы.
Это пример классической сети, которая реализована практически на всех геодинамических полигонах. Такая схема сети малопродуктивна, так как для выявления и оценки геодинамических процессов на них необходимо выполнить, в лучшем случае, не менее 3-х циклов наблюдений. При этом, на начальном этапе, после закладки всех пунктов геодинамического полигона необходимо выждать время на их стабилизацию, которая, как правило, длится не менее одного года. Вместе с тем, закладка пунктов геодинамического полигона без учета геолого - тектонического состояния месторождения на момент их закладки, может не дать желаемых результатов.
Для подтверждения рассмотрим Ашальчинский геодинамический полигон, созданный на площади около 10 кв. км в период с 2008 по 2012 год [3]. На первом этапе были заложены два профиля (1-1) и (2-2), в последующем - профиль (3-3) и к 2012 году геодинамическая сеть приобрела современный вид, приведенный на рис. 1.
Рис. 1. Схема локального Ашальчинского геодинамического полигона
Геодезическая сеть состоит из 48 грунтовых реперов, 8 скважин и 5-ти пунктов непрерывного спутникового мониторинга. Плотность пунктов на геодинамическом полигоне составляет в среднем 6 пунктов на 1 кв. км. Подобное построение сети должно обеспечить выявление процесса образования обширных просадок территории и локальных деформаций земной поверхности в начальной фазе их формирования.
К 2013 году выполнено 9 циклов наблюдений, в результате которых выявлены незначительные знакопеременные колебания земной поверхности с максимальным значением 11,2 мм только на одном репере, в качестве которого использована скважина.
Таким образом, за 5 летний период наблюдений явных признаков геодинамической опасности обнаружить не удалось.
По полученным результатам месторождение можно характеризовать как устойчивую природно-техническую систему.
Однако, из мирового опыта разработок месторождений нефти и газа известно, что временные интервалы между началом разработки и началом возникновения техногенной сейсмичности составляют около 20-30 лет [4].
Большинство месторождений России достигли или перешагнули этот временной интервал. В районах добычи нефти и газа происходит активизация геодинамических процессов, проявляющихся в виде землетрясений. Сейсмическими наблюдениями на юго-востоке Татарстана выявлены зоны, где землетрясения происходят чаще всего. Они, как правило, приурочены к районам промышленной добычи нефти. Интенсивность землетрясений в этих районах, достигает 3 баллов по 12 балльной шкале MSK-64 [1].
Сейсмомониторинг, осуществленный ИГД, ИГФ, ИГ СО РАН, ИГД, ГИ УрО РАН на территории Нижневартовского и Сургутского районов, позволил сделать вывод, что локализация гипоцентров сейсмособытий на территории Западно-Сибирской нефтегазовой провинции наблюдается в верхней части земной коры и свидетельствует об их техногенной природе в результате перераспределения напряжений в осадочном чехле, связанного с нефтегазодобычей (рис. 2) [5].
70* 72* 74* 7Б* 78* 00*
Рис. 2. Карта эпицентров сейсмических событий на территории Ханты-Мансийского автономного округа в 2002 г. Треугольниками отмечены сейсмостанции, окружностями - эпицентры землетрясений
В условиях активизации геодинамических процессов оперативное получение сведений о геодинамических процессах на месторождениях нефти и газа становится как никогда актуальной.
Решение задачи по получению более полных данных о геодинамических процессах на месторождении может быть, по нашему мнению, достигнуто за счет применения современных комплексных геодезических и геофизических методов изучения движений земной поверхности и состояния недр. При этом создание геодинамических полигонов должна быть адаптировано под эти методы.
В этой связи в СГГА разработан соответствующий метод геодинамического мониторинга, включающий геодезическо-
гравиметрические измерения и их комплексную обработку и интерпретацию.
Метод апробирован на 5-ти месторождениях Западной Сибири [6,7,8,9,10]. Он позволяет уже по результатам первого цикла наблюдений выявлять на месторождении участки повышенных геодинамических рисков.
В этом методе на стадии проектирования геодинамического полигона максимально используются имеющиеся пункты государственной геодезической и опорной маркшейдерской сетей. Так же в геодинамическую сеть включаются ликвидированные скважины, оборудованные приспособлениями для принудительного центрирования, стенные марки, закладываемые в фундаменты капитальных зданий и сооружений. Это позволяет соблюсти требования нормативных документов, предъявляемых к закладке пунктов, учесть требования современных методов измерений, адаптироваться в существующей организационной структуре, выполнять наблюдения сразу вслед за закладкой, не делая паузу на период стабилизации заложенных пунктов в течение одного года. Такой подход позволяет оперативнее приступить к работе на геодинамическом полигоне и удешевить реализацию проекта.
Преимущество метода состоит в следующем:
1- не имеет большого смысла производить удаленный вынос так называемых «стабильных» пунктов, в связи с тем, что месторождения располагаются рядом, имея общие границы, когда «вынесенный» как стабильный пункт одного месторождения может оказаться в зоне разработки другого;
2 - вертикальные движения блоков горных пород взаимозависимы как на интенсивно осваиваемых участках, так и за их пределами;
3 - контроль вертикальных и горизонтальных смещений блоков горных пород и земной поверхности оцениваются в относительном взаимоотношении [7, 8, 9];
4 - строительство геодинамического полигона без «стабильных» пунктов способствует сокращению затрат на нем из-за отсутствия необходимости их закладки, а также выполнения измерения на них.
Во втором цикле наблюдений производится дозакладка пунктов геодинамической сети вдоль профильных линий, пересекающих участки повышенного геодинамического риска, до достижения необходимой плотности их, установленной Инструкцией [11].
Перечисленный порядок закрепления пунктов геодинамической сети позволяет вести контроль геодинамических процессов, происходящих как на земной поверхности, так и в недрах.
Выводы:
1. Для оперативной оценки геодинамического состояния изучаемой территории необходимо применять современные комплексные геодезические и геофизические методы, в частности, гравиметрический.
2. Строительство геодинамических полигонов желательно проводить в два этапа:
- на первом этапе в качестве пунктов геодинамической сети максимально используются существующие пункты ГГС, ГВС, опорной
маркшейдерской сети при минимальном количестве вновь закладываемых пунктов, в качестве которых рекомендуется использовать ликвидированные скважины, оборудованные приспособлениями для принудительного центрирования, а также фундаменты капитальных зданий и сооружений.
- на втором этапе производится сгущение пунктов геодинамической сети вдоль профильных линий, пересекающих участки повышенного геодинамического риска, выявленных в первом цикле наблюдений, до необходимой плотности. Это позволяет выполнить оценку
геодинамического состояния территории по результатам наблюдений на них в последующих циклах.
3. Геодезическо-гравиметрический метод позволяет значительно сократить сроки выявления участков повышенного уровня геодинамики, сконцентрировать внимание на них для выявления и оценки степени геодинамического риска и способствует своевременному принятию решений по уменьшению негативных последствий геодинамических процессов на месторождении.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гатятуллин Р. Н., Рахматуллин М. Х., Кузьмин Ю. О., Баратов А. Р., Кошуркин П. И. Сейсмичность юго-востока Татарстана//Современная геодинамика недр и эколого-промышленная безопасность объектов нефтегазового комплекса: материалы Всероссийской конференции. - М.: ООО «ТиРу», 2013. - С. 32-40.
2. Ашихмин С. Г. Научные основы методов прогноза напряженно-деформированного состояния горных пород при разработке месторождений нефти и газа //Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - Пермь - 2008.
3. Гатятуллин Р. Н., Рахматуллин М. Х., Кузьмин Ю. О., Баратов А.Р. Опыт применения комплекса геодинамических наблюдений на Ашальчинском месторождении сверхвязких нефтей республики Татарстан//Современная геодинамика недр и эколого-промышленная безопасность объектов нефтегазового комплекса: материалы Всероссийской конференции. - М.: ООО «ТиРу», 2013. - С. 22-31.
4. Бурый А., Клокова Л. Сейсмоопасный бизнес. - журнал «Компания».- № 13, 1998.
5. Селезнев В. С., Соловьев В. М., Еманов А. Ф., Колесников Ю. И., Филина А. Г. Сейсмологический мониторинг территории Западной Сибири с повышенной техногенной нагрузкой. Сборник докладов Казахстано-Российской международной конференции «Геодинамические, сейсмологические и геофизические основы прогноза землетрясений и оценки сейсмического риска» Алматы, 2004. - С. 67-69.
6. Каленицкий А. И. Геодезическо-гравиметрический мониторинг техногенной геодинамики инженерных сооружений // Геодезия и картография. - 2000. - № 8. - С. 24-27.
7. Каленицкий А. И., Ким Э. Л., Козориз М. Д., Середович В. А. Результаты применения гравиметрии и высокоточного нивелирования при локализации участков повышенного геодинамического риска на месторождениях углеводородов // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 1 (12). - С. 14-20.
8. Каленицкий А. И., Ким Э. Л. Результаты первого цикла натурных геодезическо-гравиметрических измерений на Вынгапуровском геодинамическом полигоне // Геодезия и картография. - 2011. - № 8. - С. 30-35.
9. Каленицкий А. И., Ким Э. Л., Середович В. А., Козориз М. Д. Результаты комплексных геодезическо-гравиметрических наблюдений на геодинамическом полигоне Спорышевского месторождения УВ // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Пленарное заседание. - С. 62-71.
10. Каленицкий А. И., Ким Э. Л. О комплексной интерпретации данных геодезическо-гравиметрического мониторинга техногенной геодинамики на месторождениях нефти и газа // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 3-13.
11. Инструкция по производству маркшейдерских работ (РД 07-603-03).
© А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким, В. А. Середович, 2014
