CC BY
19
© В.В. Руденко, И.М. Галиулин, 2014
УЛК 622.1
В.В. Руденко, И.М. Галиулин
КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ И МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА ЗА СДВИЖЕНИЕМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ
Предложено использовать в комплексе данные геолого-технологической модели разработки месторождения нефти и результаты мониторинга земной поверхности для получения динамики деформаций земной поверхности и причинах их возникновения. Ключевые слова: геолого-технологическая модель, мониторинг деформаций, оседания, коллектор, пористость, эффективая толщина, керн, флюид, нефтенасышенность, давление, сжимаемость пород, традиционные методы.
Обшеизвестно, что деформации земной поверхности возникают при разработке твердых, жидких и газообразных месторождений, а для их выявления, в основном, используются маркшейдерско-геодезические методы без учета конкретных геолого-гидрогеологических, структурно-тектонических, геоэкологических особенностей разрабатываемого месторождения. В результате, зачастую, полученные результаты не позволяют с необходимой достоверностью выявить причины и использовать полученную информацию для обеспечения безопасности подрабатываемых объектов.
Наблюдения за сдвижением земной поверхности и деформациями подрабатываемых объектов проводятся с целью:
• выявления закономерностей процесса сдвижения земной поверхности в различных горно-геологических условиях для совершенствования методик расчета ожидаемых деформаций земной поверхности во времени;
• выявления закономерностей деформирования подрабатываемых сооружений для своевременного принятия мер по обеспечению безопасной их эксплуатации, исключаюших возникновение аварийных ситуаций.
Рассмотрим проблему комплекси-рования модели месторождения полезных ископаемых и методов мониторинга на примере Туймазинского месторождения нефти и газа. По геологическому строению Туймазинское месторождение нефти относится к сложным, а по количеству извлекаемых запасов - к уникальным. Геолого-физическая характеристика продуктивных коллекторов: общая мощность составляет более 35 метров, глубина залегания которых от 1020-2050 м.
В настоящее время создание трехмерной геолого-технологической модели данного месторождения осуществляется с использованием программного комплекса IRAP RMS компании «ROXAR». Создание геолого-технологической модели состоит из следующих этапов:
1. Построение структурной модели залежи. В качестве исходных данных были использованы подсчетные планы залежей (контуры зон выклинивания, замещения и ВНК), а также координаты скважин и абсолютные отметки пластопересечений, выделенные при интерпретации данных в ГИС. Для качественного отражения особенностей структурного строения, первоначально были построены поверхности
Рис. 1. Структурная поверхность кровли пласта Э11осн2
Условны» обозначения:
_ ______Внешний контур нефтеносности
подсч^тного с С * е м а —ЛИНИЯ выклиниввкич (чмшеяторое песчанмкоЁ 1ИЛИ замощения коллекторов >арбонлтоа>
Рис. 2. Карта эффективных нефтенасышенных тол-шин пласта ОПосн
пластов (рис. 1). После построения, корректировки, автоматической и визуальной проверки структурных карт кровли коллекторов проводилось построение карт общих эффективных толщин коллекторов.
2. Построение литологической модели залежи и распределения фильтра-ционно-емкостных свойств пластов. Исходными данными являлись: координаты скважин, отметки, параметры литологии, насыщения и пористости.
По результатам значений пористости построены карты пористости. Проницаемость коллекторов рассчитывалась по зависимостям, полученные по результатам лабораторных исследований керна и принятых при подсчете запасов.
3. Построение модели насыщения пластов флюидами. Значения нефтенасы-щенности определенны по РИГИС. Значения коэффициента нефтенасыщенности интерполировались в объемах залежей. По результатам значений построены карты нефтенасыщенности.
4. Построение фильтрационных моделей. Основные свойства пластовых флюидов определяются по глубинным пробам в лабораторных условиях.
Для оценки качества построения модели в нефте-насыщенном коллекторе были построены карты эффективных нефтенасыщен-ных толщ по всем объектам моделирования, после чего они сравнивались с картами эффективных нефтена-сыщенных толщ подсчета запасов (рис. 2).
Для расчета оседаний земной поверхности используются следующие данные геолого-технологической модели: карты площадей нефтеносности и общих эффективных толщ коллекторов; величины сжимаемости нефти и пород коллектора; средние величины падения пластового давления; пористость и глубина залегания залежей.
С учетом геолого-технологической модели месторождения величина оседаний земной поверхности определя-
Рис. 3. Карта суммарных оседаний земной поверхности
ется уплотнением пород коллектора, которая может быть определена по формуле
1 -V- 2у2
в = РЬ
Е (1 -V)
(1)
где в - уплотнение коллектора, м; Р - величина падения пластового давления, МПа; Ь - эффективная толши-на коллектора, м; т0 - сжимаемость пород коллектора, 1/МПа; Е - модуль упругости, МПа; V - коэффициент Пуассона, принят равным 0,3.
Расчет величин оседаний земной поверхности осушествляется следую-шим образом:
1. Определяется постоянный множитель для трансформации эффективных толш оседания для каждого набора данных, согласно принятой модели коллекторов (формула 1).
2. Месторождение разбивается на участки с учетом принадлежности пласта к тому или иному горизонту, используя карты эффективных не-фтенасышенных толш.
3. Набор данных осушествляется в привязке к полученным участкам с группой пластов.
4. Для каждого пласта с учетом набора свойств осушествляется пере-
ход от поверхности с изолинией эффективных неф-тенасышенных толшин к поверхности с изолиниями оседаний земной поверхности.
5. По полученным наборам поверхностей рассчитываются суммарные оседания земной поверхности от группы пластов.
Анализ полученных распределений оседаний земной поверхности показал:
• распределение нефтеносных участков по плоша-ди месторождения носит неравномерный характер, что определяет неравномерность оседаний земной поверхности;
• к факторам, снижаюшим негативное воздействие на земную поверхность от разработки месторождения, можно отнести невысокие величины падения начальных пластовых давлений;
• наибольшее влияние на величину сдвижения земной поверхности оказывает отработка продуктивного горизонта И. ;
1 фам1
• максимальные суммарные величины оседаний земной поверхности от уплотнения пород коллектора при разработке месторождения составили величину порядка 110 мм (рис. 3).
На основе карты суммарных деформаций земной поверхности создается проект мониторинга.
Сегодня для достижения достоверных и своевременных результатов необходим мониторинг, который включает традиционные и современные методы наблюдений за сдвижением земной поверхности.
Традиционное изучение сдвижений земной поверхности производится с использованием инструментальных наблюдений за поведением отдельных точек этой поверхности.
Сдвижение реперов в вертикальной плоскости определяется методом нивелирования. Сдвижение реперов в горизонтальной плоскости определяют путем замера расстояний между неподвижными и смещающимися реперами, либо построением геодезической плановой сети.
К современным методам мониторинга, которые находят применение в настоящее время, можно отнести: лазерное сканирование, глобальную навигационную спутниковую систему (ГНСС), метод радарной интерферометрии.
Лазерное сканирование - этот метод, позволяющий создавать цифровую модель рельефа, представив его набором точек с пространственными координатами.
Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) - это система, при помощи которой можно получить координаты в любой точке земной поверхности путем обработки спутниковых сигналов.
Метод радарной интерферометрии. Принцип радиолокации наземных объектов с летательных (космических) аппаратов состоит в облучении поверхности земли электромагнитными волнами с помощью радиолокационной станции (РЛС), установленной на носителе, приеме рассеянных поверхностью сигналов, формировании радиолокационного изображения и его обработке с целью извлечения тематической информации, включая измерение характеристик объектов наблюдения.
В мониторинг сдвижения земной поверхности, выработанного пространства и породного массива должны быть включены: сейсмологические, геофизические, промыслово-геологи-ческие, гидрогеологические наблюдения и карсто-наблюдения.
Сейсмологические наблюдения позволяют определить потенциально-
опасные участки на данной территории, степень негативных отклонений в упругих параметрах породного массива, осложнения волнового поля и область снижения упругих свойств в терригенно-карбонатной толще.
Гидрологические наблюдения проводятся с целью выявления неодно-родностей и выделения зон различного водонасыщения грунтов, определения направления движения подземных вод и выявления путей сосредоточенной фильтрации подземных вод.
Геофизические наблюдения позволяют определить состав и динамику деформации грунтов, а также ухудшение физических свойств этих грунтов.
Промыслово-геологические наблюдения - позволят выявить уровень и масштабы проявления деформационных и флюидодинамических процессов природного и техногенного генезиса на разрабатываемых площадях.
Карсто-наблюдения включают комплексную сеть слежения за геолого-гидрогеологической обстановкой территории (изменение физико-механических свойств грунтов, режим подземных вод как в толще карстующихся пород, так и в покровных некарстую-щихся породах), а также за осадками и деформациями оснований и фундаментов зданий, сооружений и технологического оборудования.
Используя в комплексе данные геолого-технологической модели разработки месторождения нефти и результаты мониторинга земной поверхности можно получить достоверную информацию не только о динамике деформации земной поверхности, но и о причинах их возникновения. Это позволит своевременно применять превентивные меры для ликвидации возможных аварий подрабатываемых объектов и использовать полученные результаты для эффективного решения геолого-промысловых задач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буш В., Хебель Х.П., Шаффер М., Вальтер Д., Барях A.A. Контроль оседаний подработанных территорий методами радарной интерферометрии // Маркшейдерия и недропользование. - 2009. - № 2. - C. 38-43.
2. Васильева Ю.Н. Расчет проседания поверхности земли при разработке газовых месторождений // Проблемы повышения эффективности технологии разработки месторождений природного газа. - М.: ВНИИГаз, 1989.-C. 181-187.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_
3. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного сырья. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. - 467 с.: ил.
4. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т., Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». - М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. - 360 с.: ил. ii'm
Руденко Валентина Владимировна - доктор технических наук, профессор, e-mail: rudenkov@bk.ru,
Галиулин Ильдар Маратович - аспирант, инженер, Московский государственный горный университет.
UDC 622.1
INTEGRATION OF AN OIL RESERVOIR GEOLOGY-AND-ENGINEERING MODEL AND THE EARTH SURFACE MOVEMENT MONITORING METHODS WITH A VIEW TO ENSURING SAFETY OF UNDERMINED OBJECTS
Rudenko V. V., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: rudenkov@bk.ru, Galiulin I.M., Graduate Student, Engineer, Moscow State Mining University.
The subject of the research is the Tuimazy oil and gas field. In order to possess adequate information on the earth surface movements induced by mining operations, it is required to integrate a geology-and-engineering model of the oil field development and the earth surface monitoring results. The geology-and engineering modeling consists of a number of stages: structural modeling of the reservoir, lithological modeling of the reservoir, modeling fluid saturation of strata, filtration modeling. Using the geology-and-engineering model, the values of the earth surface subsidence are analytically defined and the map of deformations is constructed. Based on the map of deformations, the project of monitoring is produced. The monitoring employs conventional methods (levelling) and advanced techniques of the earth surface movement observation (laser scanning, global navigation satellite system, radar interferometry). The monitoring of the earth surface, mined-out voids and rocks includes seismology, geophysics, field geology, hydrogeology surveys and karst observations. The conclusion is that the integrated oil field geology-and-engineering model data and the earth surface movement monitoring results produce reliable information on the dynamics and causes of the earth surface deformations. This enables timely prevention of eventual accidents at the undermined objects. The findings are applicable for viable decision-making to meet the field-geological challenges.
REFERENCES
1. Bush V., Hebel' H.P., Shaffer M., Val'ter D., Barjah A.A. Markshejderija i nedropol'zovanie, 2009, no 2, p. 38-43.
2. Vasil'eva Ju.N. Raschet prosedanija poverhnosti zemli pri razrabotke gazovyh mestorozhdenij. Prob-lemy povyshenija jeffektivnosti tehnologii razrabotki mestorozhdenij prirodnogo gaza (Calculation of ground surface subsidence in reservoir engineering. Problems of intensification of gas-field development), Moscow, VNIIGaz, 1989, pp. 181-187.
3. Kashnikov Ju.A., Ashihmin S.G. Mehanika gornyh porod pri razrabotke mestorozhdenij uglevodorod-nogo syr'ja (Rock mechanics in hydrocarbon accumulation development), Moscow, OOO «Nedra-Biznescen-tr», 2007, 467 p.
4. Antonovich K.M. Ispol'zovanie sputnikovyh radionavigacionnyh sistem v geodezii, v 2 t., monografija (Application of satellite navigation systems in geodesy. Two volumes, Monograph), Moscow, FGUP «Kartgeo-centr», 2006, 360 p.
