CC BY
118
7. Кабайлене М.В., Кондратене О.П., Блажчишин А.И. Стратиграфия верхнечетвертичных отложений центральной части Балтийского моря / / Вопросы динамики берегов и палеогеографии Балтийского моря: Сб. ст. Вильнюс, 1990. Т. 1. Ч. 2. С. 118-144.
8. Кессел Х.Я., Раукас А.В. О геологической корреляции древнебереговых образований Балтийского моря в Эстонии и Швеции // Изв. АН ЭССР. Таллин, 1984. Сер. геолог. Т. 33. № %. С. 146-157.
9. Сукачев В.Н. Болота, их образование, развитие и свойства // Избр. тр. Л., 1973. Т. 2. С. 97-181.
10. Хотинский Н.А. Палеоэкологические реконструкции природной среды голоцена (модель современного межледниковья) // «Палеогеография Европы за последние 100 000 лет». М., 1982. С. 123—127.
11. Bjorck S. A review of the history of the Baltic Sea, 13,0 — 8,0 Ka BP // Quaternary International. ^penhagen, 1995. Vol. 27. P. 19 — 40.
12. Bitinas A., Zulkus V., Mazeika J. et al. Tree remnants on the bottom of the Baltic Sea: the first results of investigations // Geologija. Vilnius, 2003. № 43. P. 43 — 46.
13. Yuspina L., Savukiniene M. Biostratigraphy of bottom sediments of the Gdansk basin. Pollen grains, spore and diatoms / / Geology of the Gdansk basin Baltic Sea / Ed. E.M. Emelyanov. Kaliningrad, 2002. P. 118 — 134.
Об авторе
Л.Ф. Юспина — канд. геогр. наук, ведущий науч. сотр. Атлант. отделения Ин-та океанологии им. П.П. Ширшова РАН.
31
УДК 553.98
О.П. Пономарев
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Систематизированы представления о процессах в подземных хранилищах природного газа, происходящих в терригенных и карбонатных коллекторах. Проанализированы критические ситуации, связанные с технико-технологическими факторами. Обсуждаются цифровые модели вмещающего пласта, адаптированные для использования в интегрированных геоинформационных системах.
Process in the structure of natural gas underground storages, which were created in different layers are systematized. Critical situations attach to technological factors are considered. The digital models of reservoir structures that adapted for geoinformatics systems are analyzed.
Подземное хранилище природного газа (ПХГ) — многоцелевая сложная природно-техническая система (ПТС). Решающие факторы, определяющие технологические условия закачки и отбора газа на ПХГ, — про-
ВестникРГУ им. И. Канта. 2007. Вып. 1. Естественные науки. С. 31—44.
32
странственно-временное распределение газонасыщенности и пластового давления, динамика обводнения, состояние призабойных зон пласта в локальных областях его дренирования эксплуатационными скважинами. Эти факторы зависят от множества геологических, технических, физикохимических, субъективных характеристик ПТС. Основные из них — лито-лого-фациальные свойства вмещающего пласта (коэффициенты пористости, проницаемости, гидро- и пьезопроводности), состояние скважинного оборудования, производительность машин и аппаратов наземного оборудования, химический состав газа и пластового флюида, степень участия операторов при назначении технологических ограничений на режимы работы подземного и наземного оборудования хранилища.
ПХГ состоит из следующих основных подсистем: пластовой фильтрационной, подсистемы скважин, сбора и подготовки газа. Выделение подсистем в составе ПХГ определено их устойчивым единством при минимальном числе связей и интегральными свойствами системы. Лидирующее положение в ПХГ занимает пластовая фильтрационная система, которая включает вмещающий пласт, газ и пластовые флюиды.
Пластовая фильтрационная система — физическая среда, в которой происходит перемещение масс газа и пластового флюида, переход энергии из одного вида в другой. С одной стороны, вмещающий пласт испытывает воздействия со стороны скважин в локальных зонах дренирования, а с другой — сам влияет на другие подсистемы. Фильтрационная система вмещающего пласта изменяет давление горных пород, приводит к коррозии ствола скважин под действием пластовой воды и химически активных компонент пластового флюида, а также выносу пластового песка, абразивного материала и пластовой воды на устье скважин [1].
Подсистема эксплуатационных скважин воздействует на фильтрационную систему: снижает или увеличивает пластовое давление газа, формирует устойчивые каналы фильтрации газа и пластовые флюиды во вмещающих породах. С забойными давлениями в локальных зонах дренирования связаны дебиты эксплуатационных скважин. Для каждой скважины дебит может изменяться в определенных пределах: Яітт ^ ^ Яітах, і = 1, 2,..., п (п — число скважин на ПХГ). При закачке
и отборе газа нижний и верхний пределы его расхода для і -й скважины определяются расположением скважины на сетке дренирования пласта, фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) пласта в зоне дренирования, возможностью подтягивания языков пластовой воды, интерференцией пластового давления.
Основные критерии выбора ограничений дебита эксплуатационных скважин ПХГ определяются динамикой отбора газа в локальных зонах дренирования, продвижения законтурных и подошвенных пластовых вод. В качестве таких критериев могут выступать и обводненность продукции, вынос песка из забоя скважин, разрушение призабойной зоны пласта (ПЗП) и образование песчаных пробок.
Пробуренная в массиве горных пород эксплуатационная скважина вызывает перераспределение напряжений, обусловленных весом гор-
ных пород. Вокруг ствола скважины образуется зона с высокой концентрацией напряжений. Рост при закачке газа пластового давления (репрессии) и его снижение при отборе газа (депрессии) приводят к увеличению или уменьшению противодавления на границе раздела вмещающего пласта и окружающих его горных пород, что вызывает дополнительные напряжения во вмещающем пласте. Фильтрующийся газ и пластовый флюид из-за трения о породу создают дополнительные объемные силы, вызывающие механические напряжения. Увеличение депрессии и связанное с этим увеличение дебита добывающей скважины интенсифицируют процессы очистки порового пространства от накапливающихся в нем микрочастиц, образующихся при разрушении породы под действием других, гораздо более значимых факторов. При этом активизация выноса песка в обводненных скважинах, объясняется, с одной стороны, понижением плотности породы при увлажнении, а с другой — существенным повышением эффективной вязкости газожидкостного потока в сравнении с газовым потоком, т. е. повышением транспортирующей способности флюида, фильтрующегося сквозь пористую среду, в поровом пространстве которой накоплен мелкодисперсный осадок.
В зависимости от активности пластовых вод при отборе газа, ПХГ может работать в газовом или водонапорном режиме. Практика разработки подземных коллекторов показывает, что чисто газовый режим встречается редко, при этом пластовые флюиды поступают в эксплуатационные скважины под воздействием сжатого природного газа. Падение давления в поровом пространстве коллектора обусловливает упругое расширение скелета вмещающих горных пород. Основной источник энергии, благодаря которому пластовые флюиды фильтруются к забоям скважин, при газовом режиме — энергия содержащегося в пласте природного газа. Газовый режим эксплуатации ПХГ характеризуется постоянством газонасыщенного объема порового пространства пласта-коллектора.
Динамика содержания попутной воды в продукции скважин и подъем газоводяного контакта (ГВК) свидетельствуют о проявлении водонапорного режима. При упругом водонапорном режиме проявляется внешний источник энергии эксплуатируемого вмещающего пласта. Жесткий водонапорный режим — частный случай упругого водонапорного режима, так как изменение темпов отбора газа вызывает появление упругой составляющей в балансе сил, обеспечивающих фильтрацию пластового флюида в ПЗП.
При водонапорном режиме приток газа к забоям скважин обусловливается как энергией давления сжатого газа, так и напором продвигающейся во вмещающий пласт контурной или подошвенной воды. Продвижение пластовой воды в хранилище приводит к замедлению темпов падения пластового давления при отборе газа с возможным отключением скважин от газосборной сети.
Правильное определение режима ПХГ и темпа продвижения ГВК в процессе эксплуатации хранилища имеет большое значение при ана-
34
лизе и прогнозировании перспектив разработки ПХГ. Знание количества поступившей во вмещающий пласт-коллектор воды необходимо для определения запасов газа по данным о количестве отобранного активного газа и изменении во времени среднего пластового давления.
От темпов продвижения контурной или подошвенной воды зависит темп падения пластового давления в режиме отбора газа из вмещающего пласта. Темп падения пластового давления непосредственно влияет на падение дебитов скважин, следовательно, на количество скважин, необходимых для обеспечения планового расхода газа по подземному хранилищу.
Темп падения пластового давления при отборе газа определяет продолжительность периода безкомпрессорной и компрессорной эксплуатации ПХГ, эффективность работы сепараторов и других технологических установок комплекса наземного оборудования. Водонапорный режим приводит к отрицательным последствиям — обводнению скважин. Из-за изменчивости коллекторских свойств вмещающего пласта, неравномерного распределения отборов газа по площади хранилища эксплуатационные скважины могут обводняться преждевременно. Неоднородность вмещающего коллектора по мощности и неравномерность их дренирования по хранилищу могут приводить к быстрому продвижению воды по наиболее проницаемым и дренируемым прослоям, пропласткам, пачкам, что также проводит к преждевременному обводнению скважин.
Продвижение контурных или подошвенных вод должно определять размещение скважин по площади хранилища и очередность их запуска в режиме отбора и закачки газа. При эксплуатации ПХГ необходимо стремиться к обеспечению равномерного стягивания контуров водоносности. Продвижение ГВК в пласт-коллектор регулируют путем установки ограничений на входные параметры пластовой фильтрационной системы (дебиты эксплуатационных скважин), а также закачки в пласт специальных пен и химических реагентов.
Осложненные условия эксплуатации ПХГ требуют учета в процессе контроля и управления подсистемами хранилища различных видов неопределенности. Промысловая оперативная информация, получаемая с объектов управления, и прежде всего со скважин, имеет низкую точность, возникающую из-за большой погрешности датчиков замера технологических параметров, их невысокой надежности, отказов каналов связи, большого запаздывания при передаче информации по уровням управления. Такая неопределенность может быть причиной неточности установки ограничений на депрессии и репрессии скважин, а также производительности технологического оборудования.
Неопределенность связана и с неточностью моделей объектов контроля и управления, вызванной неэквивалентностью решений системных многоуровневых иерархических моделей и используемых на практике отдельных локальных задач. На недостоверности моделей могут сказаться неверно проведенная декомпозиция общей задачи управления, излишняя идеализация модели сложного процесса, разрыв суще-
ственных связей в технологическом комплексе, линеаризация, дискретизация, замена фактических характеристик оборудования паспортными, нарушение допущений, принятых при выводе уравнений стационарности, изотермичность, однородность и т. д.
Нечеткость в процессе принятия решений в многоуровневых иерархических системах, в свою очередь, приводит к неопределенности процесса контроля и управления подземных хранилищ газа [2].
При низкой проницаемости в момент окончания режима отбора газа сохраняются высокие перепады между забойными и средними пластовыми давлениями (депрессии), что снижает коэффициент газоотда-чи. При формировании хранилища в трещиновато-пористых карбонатных коллекторах большое значение имеет вопрос газоотдачи из слабопроницаемых целиков при уменьшении пластового давления в трещинах, стенки которых являются границами целиков. Существует предположение, что по мере снижения пластового давления газ целиков должен поступать в трещины тем интенсивнее, чем ниже в них давление. Однако экспериментальные исследования показывают, что только в начальный период отбора газа из трещинно-порового карбонатного коллектора при высоком пластовом давлении наблюдаются самые интенсивные притоки газа в трещины [3]. Далее по мере падения пластового давления для извлечения газа необходимы все большие перепады между давлениями в целиках и трещинах. К концу периода отбора в матрицах карбонатного коллектора может остаться существенная доля газа, насыщающего низкопроницаемые пористые целики.
Трещинно-поровые коллекторы состоят из объемной сетки трещин и разнокалиберных блоков. При изменении пластового давления пористые блоки почти не испытывают деформаций (даже упругих) и их абсолютная газопроницаемость остается практически постоянной. Пористость коллектора при этом меняется незначительно [4]. Плоские стенки вертикальных трещин, напротив, легко сближаются и сжимаются при уменьшении пластового давления флюидов, заполняющих трещины, и абсолютная газопроницаемость трещин сокращается по экспоненциальному закону, вызывая снижение общей проницаемости и газоотдачи пласта. При этом главное условие открытой вертикальной трещиноватости слоев вмещающего пласта заключается в превышении пластового давления, создаваемого флюидами, заполняющими трещины, над боковым горным давлением, сжимающим стенки вертикальных трещин.
Существует неразрывная связь между падением пластового давления в хранилище, напряженно-деформированным состоянием вмещающих пород, развитием процесса смыкания трещин — диталансии, динамикой продвижения пластовых вод в хранилище и процессами фильтрации пластового флюида к скважинам. На коэффициент газо-отдачи и продуктивность скважин влияет множество факторов, среди которых кроме пористости и эффективной толщины вскрытого пласта следует выделить последующее возможное обводнение скважин, падение пластового давления, методы воздействия на пласт для увеличения
интенсивности притока к скважинам газа, а также геомеханические характеристики пласта: трещиноватость, смыкаемость трещин в ходе падения пластового давления, физико-химические характеристики и напряженно-деформированное состояние пород ПЗП. Сжатие и раскрытие трещин при циклических нагрузках и разгрузках в режимах закачки и отбора газа ПХГ имеют прямое отношение к фильтрации газа и пластового флюида в трещиноватых коллекторах. Практика эксплуатации ПХГ показывает, что если допустить полное смыкание трещин в ПЗП путем длительной высокой депрессии, то последующая эксплуатация скважины может не восстановить трещинную проницаемость в ПЗП и приведет к ее низкому дебиту.
Эффект диталансии объясняется развитием микротрещиноватости в процессе отбора газа из ПХГ при определенном уровне эффективных напряжений в горных породах, близком к начальному напряженно-деформированному состоянию пласта в процессе его эксплуатации в режиме отбора газа. Развитие эффекта диталансии приводит к временному увеличению проницаемости вмещающих пород, что объясняется нелинейно-упругим режимом фильтрации пластового флюида. Если вмещающая порода пласта гидрофильна, то реликтовая (остаточная) вода должна заполнять самые мелкие поры, т. е. находиться в виде пробок в проходах между порами. Таким образом, динамика изменения пластового давления в хранилище определяет интенсивность обводнения скважин, что актуально для ПХГ, сформированных в водоносных пластах. По мере падения пластового давления в режиме отбора газа на ПХГ условия перетока газа из целиков в трещины ухудшаются и требуются все большие перепады давлений для получения из целиков газа. Поэтому в трещиновато-пористых коллекторах с малой проницаемостью борьба с водопроявлениями должна вестись путем перераспределения дебитов по скважинам и применения в последних методов изоляции пластовых вод.
Высокая депрессия в трещиновато-пористом коллекторе приводит к сильному смыканию трещин в ПЗП и падению трещинной проницаемости. Переход от ситуации разгруженного массива к сжатому происходит резко, что обусловлено параметрами исходного пластового давления и характеристиками трещин. Радиус зоны сжатых трещин и резкого падения проницаемости определяется создаваемой депрессией и параметрами сжимаемости трещин. При высокой депрессии трещины «запечатываются» уже на удалении нескольких десятков метров от скважины.
Для терригенных коллекторов с преобладанием поровой проводимости при анализе газоотдачи пласта необходимо учитывать соотношения между значениями и динамикой изменения открытой пористости и газопроницаемости при изменении пластового давления. Относительно большим значениям открытой пористости могут соответствовать относительно низкие проницаемости, и наоборот. Наиболее наглядно это выражено в случаях, когда образцы пород с примерно одинаковыми значениями пористости имеют существенно различные зна-
чения проницаемости, и наоборот [5]. Причина таких несоответствий — различие преобладающих размеров пор, образующих поровое пространство пород коллектора.
Поровое пространство коллектора также представляет собой сложную систему, фильтрационные свойства которой обусловлены многими факторами, в том числе объемом пор, размером и соотношением размеров различных пор, степенью изменчивости размеров и форм сечений поровых каналов, степенью их извилистости, насыщенности не-фильтрующимся флюидом и т. д. Поэтому для массивных и массивнопластовых коллекторов технологически легче обеспечить более равномерное продвижение ГВК. В силу гравитационного разделения воды и газа газонасыщенность в обводненной зоне оказывается ниже, чем для пластовых коллекторов.
К технико-технологическим факторам, повышающим конечную га-зоотдачу пласта-коллектора, относят равномерное падение пластового давления и равномерное внедрение во вмещающий коллектор пластовых вод (подошвенных и краевых). Достижение этих целей обеспечивается равномерным (с учетом дренируемых запасов) размещением эксплуатационных скважин по площади хранилища; своевременным вводом скважин при отборе и закачке газа в эксплуатацию, обеспечивающим равномерное падение пластового давления и регулирование внедрения и оттеснения пластовых вод; интенсификацией притока газа к забоям скважин (особенно к скважинам, пробуренным в сводовой части и в областях с хорошо развитой трещинной системой и коллекторскими свойствами); подключением скважин к газосборным пунктам индивидуальными шлейфами с целью регулирования дебитов в широких пределах; применением эффективных методов эксплуатации скважин, в продукции которых содержится пластовая вода и механические примеси.
Модели вмещающих пластов подземных хранилищ определяются количеством и достоверностью геологической информации о ФЕС пласта, полученных на основе геофизических и промысловых исследований.
Модель геофлюидодинамической системы трещинно-порового пласта, предложенная С.О. Денком [6], основана на гидрогазодинамическом единстве двух сред: среды с высокой проницаемостью газа и пластовых флюидов — канально-дренажной системы (КДС) и блоковой среды (БС) с низкой проводимостью. Матрица БС имеет мелкие поры (пустоты) и отличается значительной вмещающей способностью, но низкими фильтрационными свойствами. КДС в виде дрен, каналов, магистралей характеризуется меньшими емкостными, но высокими фильтрационными свойствами. Единство КДС и БС выражается в сбалансированном режиме подпитки (перетоков) газа и пластового флюида между матрицей БС и упорядоченными дренажными каналами КДС.
В модели П. Полларда [7] изменение пластового давления рассматривается как результат взаимодействия трех областей. Первую область
38
образует система трещин вокруг скважины, вторую — трещинная система пласта вдали от скважины и третью — матрица, питающая трещины. Вначале падение давления связывается с системой трещин, окружающих скважину, затем — с системой трещин всего пласта и только на третьей стадии — с падением давления в матрице. После снижения давления в матрице и начала подпитки трещин процесс быстро становится квазистационарным.
Структуру трещинного коллектора в породах произвольного литологического состава и фациальной принадлежности представляют в виде совокупности разнонаправленные межблоковых полостных систем (МПС), рассекающих матрицу вмещающего пласта-коллектора (продуктивных отложений) на блоки различной величины (рис. 1).
=СгО
о
Рис.1. Схематический разрез трещинного коллектора на макро- (а) и микроуровне (б):
1 — блоки матрицы породы; 2 — межблоковая полостная система;
3 — трещины с кавернами; 4 — изолированные полости в массиве породы [6]
1
2
3
Границы блоков могут быть частично открыты в МПС, частично изолированы гидродинамическими экранами из отложений глин, кальцита и т. д. Возможны вариации латеральных размеров блоков, расстояний между отдельными трещинами и их системами. В итоге структура ФС трещинного коллектора имеет высокую степень сложности, представляет собой гидрогазодинамическое единство двух фильтрационно-емкостных подсистем: межблокового полостного пространства (аналог КДС) и полостного пространства блоков (аналог БС).
Для ПХГ, размещенных в карбонатных породах (известняки, доломиты), характерно возникновение впадин, полостей и каверн, обусловленное их хорошей растворимостью пластовой водой. Взаимодействие вмещающих пород с гидродинамической системой хранилища формирует пласты-коллекторы с различными литологическими свойствами: трещинные, поровые, карстовые, трещинно-поровые. Межблоковое полостное пространство (МПП) данных литологических образований представляет собой совокупность пустот различной формы, размеров и генезиса — от микротрещин и микрокаверн до карстовых полостей дециметрового, метрового и реже многометрового поперечника.
Трещиновато-кавернозная среда может рассматриваться как частный случай пористой среды с чрезвычайно грубой структурой порово-го пространства. Зональное распределение трещин в карсте может быть перпендикулярным, секущим, параллельным напластованиям. Стенки отдельных волосяных трещин карбонатных пластов могут находиться в непрерывном движении из-за изменения пластового давления и температуры [8].
Вмещающий пласт-коллектор ПХГ целесообразно моделировать как подобие кубика Рубика с идеализированно упорядоченным чередованием слабопроницаемых блоков вмещающей породы (БС) и проводящих дренажных каналов (КДС) (рис. 2). В качестве проводящих дрен в данном случае выступают не только одни трещинно-каверновые полостные системы, но и «нормально пористые», межзерново-проницаемые зоны и прослои. Основную емкость и фильтрационную систему образуют мик-ро- и макротрещины различной ориентировки и ослабленные зоны, возникающие на границах контактов мезо- и микротекстур при подчиненном значении первичных пор [9]. Таким образом, модель вмещающего коллектора хранилища представляется в виде блоков низкопроницаемой матрицы (БС), рассеченных системой трещин (КДС) определенной густоты, степени раскрытости и ориентировки в пространстве, что определяет анизотропность ФЕС вмещающего пласта.
При отборе газа из трещиновато-пористого пласта по мере развития диталансии и трещинообразования увеличивается объем пустотного пространства. В связи с возникающим перепадом давления со смежными ненарушенными блоками фильтрующийся газ и пластовые флюиды оказывают на трещины расклинивающее воздействие, выравнивая пластовое давление по хранилищу. Интенсивность трещинообразования зависит от локальных депрессий и репрессий на пласт со стороны скважин. Из-за данных эффектов динамика изменения ФЕС пласта-коллектора представляет собой случайный процесс.
40
а б \
1 2 /С 3 4 ч-
Рис. 2. Элемент реального пласта-коллектора (а) и фильтрационная модель вмещающего пласта-коллектора (б):
1 — пористая зона; 2 — макротрещина или карстовый канал;
3 — микротрещина; 4 — блок породы; 5 — дрена
Особенности эксплуатации ПХГ, созданных в солевых отложениях, заключаются в высокой вероятности проявления субвертикальной межпластовой фильтрации рассолов, более высоких требованиях к долговечности скваженного оборудования, сильной зависимости изменения пластового давления от релаксации напряжений в ослабленных зонах коллектора из-за реологических свойств каменной соли. Следствие релаксации — межпластовые газопроявления на Астраханском ГКМ, Песчано-Уметском ПХГ в Саратовской области и Волгоградском ПХГ [1].
Недоучет в процессе создания и эксплуатации ПХГ литолого-фаци-альных характеристик пласта, динамики изменения ФЕС под действием экзогенных и эндогенных факторов может стать причиной критических ситуаций и опасных последствий. Так, резкое изменение давлений в устье скважин обусловливает разуплотнение и разрушение матрицы вмещающих пород, недостаточное раскрытие трещин, диталансию и в результате потерю пластовой энергии. Разрушение ПЗП приводит к суб-вертикальным перетокам газа и пластового флюида в вышележащие проницаемые пласты, изливу минерализованной пластовой воды на дневную поверхность и как следствие — к нарушению газогидродинамических условий работы хранилища, возможному возникновению газовых грифонов, выбросу метана, окислению почв и водоемов, загрязнению ландшафта. Следствием могут быть тектонические сдвиги, изменения рельефа территории ПХГ. Завышенные дебиты скважин приводят
5
к появлению каверн, мощных песчаных пробок (высотой до десятков метров) около обсадных колонн, а также выносу больших объемов песка вдоль скважин. В итоге абразивный материал в большом количестве поступает в газосборный коллектор и наземное оборудование.
На ПХГ в отложениях каменной соли существует риск прорыва рассолов и промывочной жидкости. Изменение напряженно-деформированного состояния вмещающих пород обусловлено чередованием режимов закачки-отбора. В водоносных пластах при неправильном назначении дебитов кустов скважин возможны резкое снижение гидростатического давления, возникновение ослабленной геологической зоны и оседание горных пород. Из-за интенсивного отбора газа происходит рывковое смыкание трещин, изменение проницаемости пород и их разуплотнение.
Использование трехмерных компьютерных моделей вмещающих пластов ПХГ позволяет осуществлять мониторинг их газоотдачи, прогнозировать показатели газогидродинамического состояния хранилища, управлять режимами отбора и закачки газа. Основа формирования баз данных для построения трехмерных моделей пластов — данные промысловых исследований и ГДИ скважин.
Цифровая трехмерная модель вмещающего пласта, базирующаяся на специальной программно-аппаратной платформе, характеризует его пространственное (стратиграфическое) положение и литолого-фа-циальный состав, адекватные геолого-физической и промысловой информации.
В соответствии с Регламентом по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений (РД 153 — 30.0 — 047—00) модель вмещающего пласта должна включать трехмерные и послойные сетки структур сейсмических поверхностей, увязанных вертикальными и горизонтальными скважинами хранилища, детализированный структурный каркас вмещающих объектов, карты и кубы ФЕС. Модель может дополняться данными о поверхностях ГВК, тектонических нарушениях, контурах вмещающих пластов. Так, модель в работе [10] имеет высокую степень достоверности построения сеток при больших вычислительных затратах, возрастающих при предъявлении требования адекватности условиям эксплуатации пластов-коллекторов в реальном масштабе времени.
Одно из эффективных направлений решения задач безаварийной эксплуатации ПХГ — внедрение геоинформационных систем (ГИС) в качестве элемента системы геоэкологического мониторинга (ГЭМ) подземных хранилищ природного газа [11; 12]. Актуальна задача разработки и внедрения экспертных систем (ЭС) для идентификации процессов, происходящих в пласте-коллекторе при его эксплуатации.
Постоянно действующая трехмерная геологическая модель вмещающего пласта ПХГ должна входить в состав ГИС, взаимодействующей с динамической (активной) ЭС и с существующими автоматизиро-
41
42
ванными системами управления технологическими процессами (АСУТП — БСАБА-системами) ПХГ.
Для решения задач ГЭМ методология построения интегрированных ГИС ПХГ должна опираться на принципы построения интеллектуальных систем управления [13]: ситуационного управления; иерархической организации интеллектуальной системы управления; обоснованного выбора интеллектуальных технологий. Функционально экологическая ГИС должна интегрироваться в интеллектуальную систему управления ПХГ, решающую задачи измерения, оценки, прогнозирования и управления.
Интегрированная ГИС ПХГ создается с учетом специфики функционирования пространственно-распределенных объектов — подземных и наземных подсистем. С помощью программно-аппаратного комплекса ГИС осуществляют сбор, отображение, анализ и распространение (передачу) информации на основе электронных карт, связанных с ними базами данных. Цифровая трехмерная модель карты — основа для разработки пространственной модели данных. Модель имеет особенности для подземных хранилищ, работающих в конкретных геологических условиях.
Информационная база ГИС ПХГ строится по основным тематическим слоям: исходные и этапные состояния ПХГ; размещение и технологические характеристики объектов; состояние, динамика и прогноз геоэкологических процессов в зоне влияния хранилища; экологическая защита и производственная безопасность. Функциональная интегрируемость ГИС в БСАОА-системы должна обеспечивать наполнение слоев взаимодополняющей атрибутивной и графической информацией. В этом смысле ГИС является интегрированной [11].
Тематические слои пространственных данных могут объединяться в информационные пакеты, по мере необходимости могут формироваться специализированные информационные слои. Их целесообразно классифицировать по функциональному предназначению с присвоением соответствующих названий. Корректность и взаимоувязанность информационных слоев позволяют оперативно провести комплексную оценку эффективности функционирования ПХГ, оценить возможный ущерб и спрогнозировать последствия аварийных и чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, осуществить мониторинг геоэкологической обстановки на ПХГ. Приоритетное место в ГИС должно принадлежать моделированию подсистем ПХГ на основе векторной и растровой дискретизации с учетом их взаимосвязей и отношений, свойств, параметров, динамики функционирования на соответствующем временном интервале.
Слой исходных и этапных состояний ПХГ содержит цифровую матрицу высот поверхности, ландшафтно-геохимическую информацию; сведения о поверхностных и подземных водах, о состоянии растительности и биоты, данные о почвенных и земельных угодьях, литоло-го-фациальном составе, стратиграфическом положении пласта-коллектора, тектонических условиях и газогеохимических полях.
Слой размещения и технологических характеристик объектов ПХГ включает следующие данные: границы горного отвода, промышленной площадки ПХГ и полигона водозабора; размещение и технологические характеристики скважин, трубопроводов, коллекторов газосборных пунктов, компрессорных станций, вспомогательных сооружений, производственных зданий; подъездные пути; границы санитарной зоны и зон техногенного воздействия объектов; сеть точек ГЭМ.
Ключевой слой интегрированной ГИС ПХГ отображает динамику изменения и прогнозного состояния геоэкологических процессов в зоне влияния хранилища, ареалы загрязнения, газовую геохимию, нарушения ландшафта, эрозию, засоление, осолонцевание и ощелачивание почв, геохимию поверхностных и подземных вод, данные ГЭМ пласта-коллектора.
Заканчивается интегрированная ГИС ПХГ слоем состояния экологической защиты и производственной безопасности, отображающем реабилитационные мероприятия, инженерные сооружения, предава-рийные и аварийные ситуации, последствия прогнозируемых и реальных аварий на подземном хранилище.
Список литературы
1. Пономарев О.П. Геоэкологические особенности эксплуатации подземных хранилищ природного газа // Вестник РГУ им. И. Канта. Вып. 1. Сер. Естественные науки. Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2006. С. 69 — 77.
2. Сергин М.Ю. Современное состояние и возможные пути решения проблем построения систем управления технологическими процессами // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 1. С. 2 — 8.
3. Васильев Ю.Н., Куликова Н.Г. Влияние пластового давления на газоотдачу трещиновато-пористых коллекторов // Газовая промышленность. 1982. № 4. С. 22 — 24.
4. Кашников Ю.А. и др. Влияние трещинной проницаемости коллектора на показатели работы скважин АГКМ // Там же. 2003. № 9. С. 56 — 60.
5. Лагутин А.А., Поверенный С.Ф. Фильтрационные свойства песчаных коллекторов порового типа // Там же. 2002. № 4. С. 28 — 30.
6. Денк С. О. Структура и состояния фильтрационной системы пласта-коллектора. Пермь: Изд-во ПГУ, 1999.
7. Ширковский А.И., Задора Г.И. Добыча и подземное хранение газа. М.: Недра, 1974.
8. Быков В.Н. Нефтегазоносность коллекторов закарстованных трещин / / Карстовые коллекторы нефти и газа: Сб. науч. тр. Вып. 3. Пермь: Изд-во ПГУ им. А.М. Горького, 1973. С. 3 — 28.
9. Ковалев А.Ф., Ковалев Ю.А., Свинцицкий С.Б., Пименов Ю.Г. Геологическая модель Журавско-Воробьевского нефтяного месторождения / / Геоинформатика. 2000. № 1. С. 34—40.
10. Кашик А.С., Билибин С.И., Гогоненков Г.Н., Кириллов С.А. Новые технологии при построении цифровых геологических моделей месторождений углеводородов // Технологии ТЭК. 2003. № 3. С. 12—17.
11. Ильичев Б.А., Жариков С.Н., Ильичев Р.Б. ГИС в экологии подземного хранения газа //ArcREVIEW. 2005. № 1 (32).
12. Арутюнов А.Е. и др. Внедрение геоинформационных технологий в практику подземного хранения газа // Газовая промышленность. 2003. № 9. С. 73 — 75.
13. Юмашев М.В. Теоретические основы применения современных геоин-формационных технологий // Там же. №4. 2004. С. 51—54.
Об авторе
Пономарев О.П. — канд. техн. наук, проректор, Институт «Калининградская высшая школа управления», e-mail: [email protected]
44
УДК 551.435:627.514
О.И. Рябкова
О ВЛИЯНИИ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БЕРЕГОВ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ
Рассматривается устойчивость берегов на морском побережье Калининградской области в аспекте воздействия природных и антропогенных факторов.
This article considers coastal stability along the shoreline of Kaliningradian oblast through the influence on it natural and manmade factors.
Проблемы экологической оптимизации стратегии хозяйственного освоения морского побережья Калининградской области, сохранения его хрупких природных комплексов приобретает все большую актуальность, что связано с расширяющимся проникновением в береговую зону. Во многих случаях береговая зона несет многоцелевую антропогенную нагрузку, нередко превышающую ее природный потенциал устойчивости.
Занимающая Самбийский полуостров и отходящие от него к юго-западу и северо-востоку Куршскую и Балтийскую (Вислинскую) косы, отчленяющие от моря соответствующие заливы, Калининградская область располагает значительной по размерам и значению береговой зоной. Основные преимущества региона связаны с возможностями развития транспортной инфраструктуры, использованием рекреационных и биологических ресурсов Балтийского моря и заливов, нефтяных месторождений шельфа, добычей янтаря. В перспективе — не только расширение добычи янтаря, но и попутное извлечение отходов янтарного производства — ценного минерального сырья — глауконита и фосфора, необходимых сельскому хозяйству в качестве удобрения. К перспективным промышленным месторождениям береговой зоны относятся мощные запасы песков на ряде участков Самбийского полуострова, у выхода из морского канала в устье Преголи и на дне Балтийского моря.
Первый район подводных залежей в Калининградской области находится на участке от пос. Филино до Отрадненского выступа (гл. 17—
ВестникРГУ им. И. Канта. 2007. Вып. 1. Естественные науки. С. 44—50.
