CC BY
109
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ МОНИТОРИНГА ТЕХНОГЕННОЙ ГЕОДИНАМИКИ В РАЙОНАХ ИНТЕНСИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Анатолий Иванович Каленицкий
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры астрономии и гравиметрии, тел. (383)361-01-59
Эдуард Лидиянович Ким
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, начальник штаба гражданской обороны, тел. (383) 361-03-56, e-mail: [email protected]
Владимир Адольфович Середович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, кандидат технических наук, проректор по научной работе и инновационной деятельности, тел. (383) 343-39-57, e-mail: [email protected]
В статье излагаются особенности выполнения мониторинга техногенной геодинамики на месторождениях с интенсивным извлечением углеводородов.
Ключевые слова: Геодинамический полигон, границы залежей нефти и газа, блоки горных пород, участки повышенной промышленной опасности, высокоточная гравиметрическая съемка.
FEATURES OF TECHNOGENIC GEODYNAMICS MONITORING IN REGIONS OF INTENSIVE OIL AND GAS PRODUCTION
Anatoly I. Kalenitsky
Ph.D., Prof., Department of Astronomy and Gravimetry, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, phone: (383) 361-01-59
Eduard L. Kim
Chief of Civil Defense Headquarters, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, phone: (383) 361-03-56, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Seredovich
Ph.D., Vice-rector for Science and Innovations, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, phone: (383) 343-39-57, e-mail: [email protected]
Features of technogenic geodynamics monitoring at the intensive extraction hydrocarbons deposits are considered.
Key words: geodynamic testing area, oil and gas pools boundaries, rock slabs, highly dangerous industrial sites, precise gravimetric survey.
Изучение предшествующего опыта изучения геодинамических процессов на месторождениях углеводородов (УВ) [1-8] показал следующее:
1. Отмечаются суперинтенсивные деформации земной поверхности по вертикали - до 50-70 мм в год (после 10-20 лет эксплуатации).
Они могут быть короткопериодичными (от 0.1 года до 2-3 лет), обладать пульсационной и знакопеременной направленностью. Они, как правило, связаны в плановом положении с зонами разломов в фундаменте и дизьюнктивных нарушений в осадочном чехле, включая и продуктивную толщу и, естественно, ВЧР.
2. Сложился традиционный подход к изучению геодинамических процессов на месторождениях УВ [4,8] с использованием высокоточных геодезических методов: нивелирования и координирования, иногда еще и гравиметрии.
Вместе с тем обозначились новые проблемы, которые требуют разрешения в каждом конкретном случае в нестандартной реализации. К ним относятся следующие:
1. Выбор места размещения пунктов опорной плановой и высотной сетей - иногда не существует место, где была бы гарантирована стабильность их положения, так как в районах сосредоточения залежей УВ трудно найти участки, не вовлеченные в процесс освоения месторождений, а границы раздела лицензионных участков в определенной степени условны [9-11].
2. Во многих случаях (и неизвестно где), но особенно в районах распространения вечной или сезонной мерзлоты, совершенно не гарантирована стабильность высотного положения пунктов государственной плановой и высотной сети, заложенных, как правило, еще в 50-х - 70-х годах прошлого столетия (рис. 1) . Данные в каталогах о координатах и, особенно, о высотах пунктов часто существенно отличаются от их реального положения. Возникает специфическое условие о необходимости сопоставления результатов натурных режимных измерений в относительном сравнении. При этом сами натурные измерения приходится производить в условной системе отсчета с образованием независимой от абсолютной привязки высот и плановых координат автономной сети [9-11].
3. Использование высокоточной гравиметрии в чисто «геодезическом» приложении к интерпретации ее результатов (определение через возмущающий гравитационный потенциал изменения уклонения отвеса для учета в нивелировании, аномалий высот - разницы между нормальными и геодезическими высотами). В настоящее время это не только анахронизм, но и бессмысленная трата средств, так как в равнинных районах освоения месторождений УВ это и не требуется делать. При этом речь идет, по существу, не о реальных геодинамических процессах, а об изменении (динамике) общего интегрального по сути гравитационного поля Земли. К тому же аномалии высот сейчас определяются достаточно точно как разность между высотами из нивелирования и спутниковых координатных определений [12].
Рис. 1. Состояние центра государственной нивелирной сети в условиях севера
Западной Сибири
4. Гравиметрию как относительно малозатратный геофизический, высокоразрешающий метод следует использовать совместно с результатами нивелирования непосредственно для решения целого ряда задач. К ним можно отнести:
- Уточнение контура границ залежей нефти и газа;
- Выявление, картирование и уточнение (совместно с сейсморазведкой) положения разломов в фундаменте и дизьюнктивных нарушений в осадочном чехле;
- Направление смещения блоков в ВЧР;
- Определение уже после первого цикла натурных измерений участков повышенной промышленной опасности (рис. 3);
- Картирование местоположения флюидоподводящего канала жерловой фации в фундаменте;
- Корректирование положения расчетных интерпретационных профилей в пределах площади геодезическо-гравиметрического мониторинга в последующих циклах;
- Определение интервалов продолжительности и частоты повторения геодезическо-гравиметрических натурных измерений с целью выявления
короткопериодных, в том числе сезонных, вертикальных смещений земной поверхности по расчетным профилям с обоснованием частоты повторенных измерений по времени и выработки рекомендаций по снижению последствий их воздействия на инфраструктуру месторождений (рис. 4);Выработка рекомендаций по объему, детальности и частоты натурных измерений в последующих циклах геодезическо-гравиметрического мониторинга техногенной геодинамики и предложений по снижению последствий ее воздействия на устойчивость промышленного и гражданского комплекса, природной среды.
- Определение объема перемещения масс в осадочном чехле и, как следствие, оценка его воздействия на устойчивость земной поверхности (рис. 4).
Приведем в связи с этим результаты качественной интерпретации изменения отметок высот реперов нивелирования и значений силы тяжести в 1 -ом и 2-ом циклах на Вынгапуровском ГДП по одному из расчетных профилей.
А
Б
Рис. 2. Схема тектонических элементов (А) и карта прогноза нефтегазоности (Б) по данным гравиразведки на Южно-Иусском участке (по Каленицкому А.И.)
Рис. 3. Результаты комплексной интерпретации геодезическо-геофизических
данных первого цикла Спорышевского геодинамического полигона
Рис. 4. Результаты сравнения наблюдений в 1 и 2 циклах по расчетному
профилю Вынгапуровского ГДП
Наиболее значимые результаты, как по нивелированию, так и по гравиметрии получены для 1-го расчётного профиля. Профиль с юга на север пересекает зону пониженных значений локальных аномалий силы тяжести,
приуроченных в плане к толще продуктивных горизонтов с залежами углеводородного сырья, с выходом в северной части в зону положительной гравитационной аномалии, отражающей гравитационный эффект блока горных пород повышенной плотности. В интервале от пункта ВЛ14 до пункта Д038 в первом цикле измерений были закартированы дизъюнктивные нарушения северо-восточного и северо-западного простирания с пересечением предположительно в районе участка, расположенного западнее пунктов Д035 и Д036 на расстоянии 0,7-0,9 км.
Разность аномального гравитационного поля, по этому расчётному профилю отражает существенное перемещение масс в геологическом разрезе с его крайней северной части, в район выше указанного участка дизъюнктивных нарушений, создавая сугубо локальный максимум величиной +0,23 мГал (пункт ВЛ14). Дефицит масс в период между циклами создаёт отрицательный эффект с минимальным значением, равным -0,18 мГал (пункт Д043).
Предполагаемое перемещение масс в геологическом разрезе, по-видимому, нашло отражение и в своеобразных вертикальных смещениях земной поверхности, зафиксированных в отличии результатов нивелирования 2-го цикла от данных нивелирования в 1-ом цикле. В частности, это отражается знакопеременным (±10мм) смещением пунктов в интервале от Д036 к северу до Д041. Вслед за этим наблюдается всё возрастающее к югу поднимание поверхности рельефа местности до пункта Л124, где его величина составила 157 мм (0,157 м), а затем резко снижающееся: в пункте Л25 (+117 мм), в пунктах Д135, с.р. 049, Л24, Л22, Л21, Л18, Л17, соответственно -12, -15, -12, -9, -8, -5, -4 миллиметров. Далее к югу опять фиксируется поднятие поверхности порядка +20 миллиметров (от пункта Т18 до пункта Л226 - предположительно, так как в этом интервале измерения на промежуточных пунктах не производились).
Особо следует отметить, что в качестве пунктов геодинамической сети в пределах геодинамического полигона рекомендуется закреплять на местности не только традиционно закладываемые центры, но и центры, закрепляемые в основаниях зданий и сооружений, в фундаментах продуктопроводов и, особенно, в бетонных оголовках ликвидированных скважин, смещения по вертикали которых позволяет судить о степени подвижки всего блока ВЧР до глубины забоя скважин (рис. 5).
В настоящее время для оценки геодинамической безопасности месторождений требуются и используются результаты работ:
- Дистанционного зондирования (интерферометрическая обработка радиолокационных космических снимков);
- Геодинамического районирования (построение блочной модели месторождения, выделение активных разломов, динамически напряженных зон, составление карт современной геодинамической обстановки с выделением зон геодинамического риска);
- Анализа геолого- геофизической и геолого-тектонической информации (основных геолого-промысловых показателей, временных сейсмических разрезов), выполнения структурно-тектонических построений, составления
геолого-тектонической модели геодезических измерений.
месторождения;Выполненных ранее
А Б
Рис. 5. Пункт геодинамической сети, заложенный в оголовок ликвидированной скважины (А)- общий вид, (Б)- центр с устройством для принудительного
центрирования
Все эти результаты следует учитывать при организации работ на ГДП. Программа работ при этом должна предусматривать оптимальный объем видов работ на геодинамическом полигоне (закладке глубинных реперов и пунктов гравиметрии, выполнения высокоточного нивелирования, координирования и гравиметрии).
Анализ выполненных работ на месторождениях УВ показал необходимость (при предварительном изучении имеющихся физико-геологических данных) упреждающего проведения высокоточной гравиметрической съемки на территории ГДП (желательно по профилям, совмещенным с магистралями и профилями сейсморазведки), результаты которой обеспечивают выявление особенностей ее геолого-тектонического строения, что позволяет произвести предварительную локализацию участков повышенного промышленного риска и конкретизировать выбор места закрепления долговременных пунктов-реперов высокоточных геодезических натурных измерений (нивелирования, координирования). При этом важное значение приобретает еще и детальное изучение и систематизация данных о физических свойствах горных пород геологического разреза.
Подобный порядок выполнения работ на ГДП может существенно сократить затраты на проведение натурных геодезическо-гравиметрических наблюдений в последующих циклах, произвести объемное моделирование объекта, уточнить дальнейшую схему организации геодинамического
мониторинга с целью сокращения сроков получения необходимых данных для оценки уровня геодинамической опасности в районах разработки месторождений УВ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. 1 Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия/ под ред. Е. А. Козловского. 1984—1991.
2. 2 Кузьмин, Ю.О. Современная геодинамика разломных зон осадочных бассейнов: дис. д-ра физ-мат. наук.- М.:ИФЗ АН СССР, 1990.- 297 с.
3. 3 Кузьмин, Ю. О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов // Геологическое изучение и использование недр.-М.:Геоинформмарк, 1996.- Вып.4.- С. 43-53.
4. 4 Кузьмин, Ю.О. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород / Ю.О. Кузьмин, А.И. Жуков.-М.:МГГУ,2004.-262 с.
5. 5 Мегакомплексы и глубинная структура земной коры Западно-Сибирской плиты / Под. ред. чл.-корр. РАН СССР В.С.Суркова - М.: Недра, 1986.
6. 6 Геотектоническое районирование фундамента и чехла в свете современных данных и закономерности распространения залежей нефти и газа Сургутского свода и прилегающих территорий. Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО / В.Ф. Никонов, В.П. Санин, Н.Я. Медведев, И.М. Кос // (Материалы первой научно-практической конференции). - Ханты-Мансийск, 1998. - 150с.
7. 7 Гилязова, С.М. О влиянии тектоники на формирование Рогожниковского месторождения / С.М. Гилязова, А.В. Сиднев // Успехи современного естествознания. - 2009. - № 10 - С. 47-49
8. 8 Панжин, А.А. GPS-технологии в геодезическом мониторинге НДС техногенного участка //Геомеханика в горном деле /ИГД УрО РАН. Сборник научных трудов. -Екатеринбург, 1999. -С.68-85.
9. Результаты применения гравиметрии и высокоточного нивелирования при
локализации участков повышенного геодинамического риска на месторождениях углеводородов / А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, М.Д. Козориз, В.А. Середович // Вестник СГГА (Сибирской государственной геодезической академии).- Новосибирск: СГГА, 2010.-
Вып.1(12).- С. 14-20.
10. Каленицкий, А. И. Результаты первого цикла натурных геодезическо-гравиметрических измерений на Вынгапуровском геодинамическом полигоне / А. И. Каленицкий, Э. Л. Ким // Геодезия и картография. - 2011. - N 8. - С. 30-35.
11. Результаты комплексных геодезическо-гравиметрических наблюдений на геодинамическом полигоне Спорышевского месторождения УВ / А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, В.А. Середович, М.Д. Козориз // ГЕО-Сибирь-2011, Пленарное заседание: сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск.-Новосибирск: СГГА, 2011.- С. 62-71.
12. Каленицкий, А.И. Методика и результаты определения разницы геодезических и нормальных высот на территории Спорышевского и Западно-Суторминского геодинамических полигонов / А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким // ГЕО-Сибирь-2008. Т.1,ч.2 : сб. матер. IV Междунар. Научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008 г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2008.- С. 27-30
© А.И. Каленицкий, Э.Л. Ким, В.А. Середович, 2012
