CC BY
24
УДК 556.324
УСТАНОВЛЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СО СТРУКТУРАМИ ЗЕМНОЙ КОРЫ
© А.В. Гребнева1
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 199106, Россия, г. Санкт-Петербург, 21 линия ВО, 2.
С помощью морфометрического метода поисков современных тектонических структур были получены данные, отражающие особенности морфоструктурного облика территории, расположенной на севере Иркутской области, - Витимо-Патомского нагорья Бодайбино-Мамаканской депрессии. По данным многолетних гидрометрических наблюдений и работ, проводимых на данной территории, определяется величина речного стока и его составляющих, особенности его связи с морфометрическими показателями. С помощью анализа парной корреляции установлено взаимодействие между морфометрическими структурами, параметрами и гидрометрическими показателями модулей стока. Ил. 1. Табл. 6. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: морфометрический анализ; модули стока; подземный сток; поверхностный сток; корреляционный анализ.
ESTABLISHING GROUND AND SURFACE WATERS CORRELATION WITH EARTH CRUST STRUCTURES A.V. Grebneva
National Mineral Recourses University (University of Mines), 2, 21 Line, Vasilyevsky Island, St. Petersburg, 199106, Russia.
Using morphometric method of searching for modern tectonic structures some data reflecting the features of morphological structure of the territory located in the north of the Irkutsk region in Vitim-Patamskoe Uplands of Bodaybino-Mamakanskaya depression have been obtained. The long-term hydrometric observations and works carried out in this territory enable the determination of the value of river runoff and its components, its correlation with morphometric parameters. Analysis of pair correlation allows to identify the interdependence between morphometric structures, parameters and hydrometric indicators of runoff modules. 1 figure. 6 tables. 6 sources.
Key words: morphometric analysis; runoff modules; runoff in depth; land runoff; correlation analysis.
Формирование рельефа земной поверхности -процесс, который происходит под действием невероятно сложных внешних и внутренних действий в земной коре. Основными источниками формирования являются эндогенные факторы (происходящие внутри земной коры, связанные с магматизмом, вулканизмом, землетрясениями и пр.) и экзогенные (появляющиеся в результате взаимодействия с внешними сферами, такими как атмосфера, гидросфера и биосфера). Вследствие взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов как раз и возникают тектонические движения земной коры.
Общепризнанно, что современные тектонические движения происходят в местах наибольшего скопления потенциальной энергии. Она накапливается между базисными точками территории (как правило, это водотоки, водоемы и т.д.) и наивысшими точками рельефа, расположенными на вершинах водоразделов. По разности между вершинными и базисными точками можно судить о примерной мощности потенциальной энергии, заключенной между ними [5].
Одним из наиболее чувствительных показателей изменения внешнего и внутреннего облика рельефа являются поверхностные и подземные воды. Именно
данные о характеристике стока всё чаще используются сегодня для решения многих задач в разных областях геологических наук, и одна из главных - эксплуатация подземных вод и недр в целом. Для определения количественной оценки современных тектонических движений земной коры и их связи с подземными водами, геоморфологическими характеристиками поверхностных и подземных стоков применяются обычно морфометрические методы, а также анализ многолетних гидрометрических данных. Упомянутые выше методы находят отражения в фундаментальных работах таких ученых, как Ф.П. Саваренский, В.А. Куделин, В.П. Философов, В.Е. Хайн и др. [4, 5].
К основным факторам, оказывающим влияние на характеристики стока, относятся: высотные отметки рельефа, уклоны поверхностей, площадь водосборов, а также характеристики, полученные с помощью мор-фометрического способа. Для определения степени зависимости подземных и поверхностных вод от изменения рельефа применяется корреляционный анализ.
Под корреляцией понимается статистическая взаимосвязь двух или нескольких случайных величин. При этом изменение одной величины приводит к си-
1 Гребнева Анастасия Викторовна, аспирант, тел.: 89657553019, e-mail: [email protected] Grebneva Anastasiya, Postgraduate, tel.: 79657553019, e-mail: [email protected]
стематической модификации других. Математической мерой корреляции двух случайных величин служит коэффициент корреляции [3].
Связь коэффициентов корреляции оценивается по шкале Спирмена и представлена в табл. 1 [3].
Коэффициент корреляции может быть двух видов: положительным (+1) или отрицательным (-1). Положительной называется корреляция, при которой увеличение одной переменной связано с увеличением другой, и коэффициент корреляции имеет положительное значение. Отрицательная корреляция характеризуется изменением, при котором увеличение одной переменной приводит к уменьшению другой переменной [3].
Для применения корреляционного анализа был выбран участок, расположенный в центральной части Бодайбино-Мамаканской депрессии Витимо-Патомского нагорья. В целом рельеф площади представляет собой среднегорную область, умеренно расчлененную речной сетью. Глубина эрозионного взреза составляет 130-430 м. Водораздельные поверхности пологоволнистые, выравненные с высотными отметками 640-880 м и расположенные по простиранию геологических структур. Поперечный профиль долин крупных рек - асимметричный, корытообразный, днища плоские; мелких рек и ручьев - У-образный. Повсеместно в долинах рек и ручьев распространены каменные россыпи. Минимальные абсолютные отметки (240-280 м) приурочены к долине основной дрены района - р. Витим.
Витим имеет ширину 130-200 м, глубину 2,5-5,0 м, скорость течения - 1,2-2,0 м/с. Остальные реки в целом небольшие, их ширина менее 20 м, глубина до 1 м, течение быстрое.
Наиболее полноводны они в июне за счет таяния снегов и наледей. В зимнюю межень (март - первая половина апреля) величина расхода рек минимальная и зависит от питания подземными водами. Для определения основных характеристик были взяты многолетние (1995-2009 гг.) данные ГУ Иркутского ЦГМС-Р. Согласно им, среднемесячные расходы воды р. Витим изменяются от 92,2 (март) до 5809 (июнь) м3/с [6].
Наибольшая водность (2229 м3/с) реки приходится на 2009 г., минимальная - на 1995 г. (1324 м /сут.).
Непосредственно на Тамаракской поисковой площади в зимний меженный период 2009 г. на малых реках и ручьях выполнены гидрометрические работы с целью оценки подземного стока.
Климат района резко континентальный с суровой, продолжительной зимой и сравнительно жарким и
коротким летом. Многолетняя среднегодовая температура воздуха отрицательная - минус 6,50С°. Годовая амплитуда температур составляет 960С, при максимуме +370С0 и минимуме -590С0. Средняя продолжительность безморозного периода около 100 дней. Среднегодовое количество осадков 370-500 мм, при этом на теплый период года приходится около 7080%. Максимальное среднегодовое количество осадков (500 мм) относится к 2009 г.
Устойчивый снежный покров образуется в начале октября, полностью разрушается к середине мая.
Реки замерзают в середине октября и вскрываются во второй половине мая. Толщина льда к концу зимы достигает 1,5-1,8 м. Большая часть рек и ручьев в это время перемерзает, что вызывает появление наледей в местах разгрузки подземных вод. Глубина сезонного промерзания 1,0 - 4,0 - 5,0 м. Промерзание грунтов начинается в октябре и достигает максимальных глубин к середине апреля. Оттаивание заканчивается в июле [6].
На территории в 2009 году проводились исследования с помощью комплекса гидрометрических работ, результаты которых отражены в производственных отчетах Ю.К. Ланкина [5]. Оценены такие характеристики, как линейный модуль стока, модуль стока речных вод, модуль естественных ресурсов подземных вод.
Основными морфометрическими факторами, определяющими гидрогеологические особенности территории, являются морфометрические характеристики и гипсометрическое положение речных долин, современные тектонические структуры рельефа, а также количественные характеристики, которые получены с помощью морфометрического метода. Основной его идеей является поиск неотектонических структур путем разложения рельефа на составные части, такие как базисные, вершинные поверхности, а также остаточный рельеф. Об этом подробно писал в своих работах В.П. Философов [4]. Чем крупнее масштаб исследуемой карты, тем более детально можно провести морфометрический анализ и получить более достоверную информацию о морфоструктурном облике участка.
Наиболее важными показателями, применяемыми в морфометрическом анализе, являются гипсометрические положения базисных и вершинных поверхностей. Базисные поверхности (БП) проходят через самые низкие точки изучаемой территории (тальвеги речных долин), а вершинные поверхности (ВП) пересекают самые высокие точки земной поверхности (водоразделы). Некоторые характеристики, полученные при использовании морфометрического метода, отражены в табл. 2.
В табл. 3 представлены некоторые геоморфологические характеристики речной сети р. Витим, которые могут повлиять на изменения поверхностных и подземных вод. Это такие показатели, как площадь водосбора, основные отметки рельефа поверхности, уклон и т.д. [1, 2].
Таблица 1
Значения коэффициента корреляции Спирмена
0<г<=0,2 Очень слабая корреляция
0,2<г<=0,5 Слабая корреляция
0,5<г<=0,7 Средняя корреляция
0,7<г<=0,9 Сильная корреляция
0,9<г<=1,0 Очень сильная корреляция
Таблица 3
Таблица 2
Характеристики, полученные с помощью морфометрического анализа_
Название водотока Морфометрические характеристики, м
БП2 БП3 ВП2 ВП3 ОР2 ОР3
I Александров 250-450 400-650 750-900 - 100-200 50-300
II Александров 250-450 400-650 750-950 500-800 50-200 50-200
III Александров 250-450 400-650 - 500-950 50-200 50-150
Безымянка 250-500 400-600 - 500-800 50-150 50-200
Т. Тамарак 300-500 450-500 - 500-850 50-150
Б. Тамарак 300-450 400-450 - 400-700 50-100
Геоморфологические характеристики речной сети Витима
Название водотока Площадь водосбора, км2 Длина водосбора, км Отметки рельефа, м Превышение, м Уклон, м/м
макс. мин. ср.
I Александров 20 8,6 250 900 575 650 0,0455
II Александров 11 7,7 240 840 540 600 0,0323
III Александров 6 6,6 240,3 850 545,2 709,7 0,018
Безымянка 45 6,15 242 550 396 308 0,038
Т. Тамарак 135 4,7 280 640 460 360 0,0935
Б. Тамарак 35 3,75 250 500 375 250 0,0767
Основные данные по количественным характеристикам подземных и поверхностных вод, главных водотоков речной сети Витима, рассчитаны с помощью данных гидрометрических работ, проводимых на исследуемой территории в 2008-2009 годах. Были получены: линейный модуль подземного стока, модуль поверхностного водотока и модуль естественных ресурсов подземных вод (табл. 4).
Площадь исследования состоит из горных рек, наиболее крупными из которых являются реки Б. Та-марак, Т. Тамарак, Безымянка. Площадь водосбора составляет 244,5 км2, средняя высота водосборов - от 375 до 575 м, амплитуда колебания отметок рельефа изменяется в пределах от 250 до 710 м. Наибольший уклон в бассейнах рек Т. Тамарак и Б. Тамарак от 0,046 до 0,077 м/м. Разгрузка подземных вод на участках малых рек и ручьев наблюдается в объемах от 500 до 3000 м /сут. Максимальная разгрузка прослежена на участках долин рек Безымянка (2000 м3/сут на 2 км) и Темный Тамарак (3000 м3/сут. на 2,4 км). Линейные модули разгрузки подземных вод изменялись в незначительных пределах: от 10 до 17 л/с х км.
Модули естественных ресурсов подземных вод для протерозойских метаморфических пород изменяется от 0,8 до 5,9 л/с х км2. Минимальный, составляю-
2
щий 0,8 л/км , характерен для ручья Каменный.
Таким образом, с помощью корреляционного анализа найдена зависимость между численными характеристиками вершинных и базисных поверхностей, остаточного рельефа и гидроизогипсами. Также установлены корреляционные связи между модулями стоков и морфометрическими показателями водотока. Результаты корреляционного анализа приведены в таблицах 2 и 3.
По данным, представленным в табл. 5, можно увидеть высокую степень корреляционной связи между показателями вершинных и базисных поверхностей (ВП и БП 2-го порядка). Коэффициент парной корреляции этих двух показателей составляет 0,712. Такая высокая зависимость между БП и ВП возможна; связь проявляется в потенциальной энергии, в геодинамических процессах, происходящих на территории работ. Чем больше разность между вершинной и базисной поверхностью, тем выше потенциальная энергия. На исследуемой площади разница между этими величинами местами достигает 200 м.
Также положительные связи наблюдаются между морфометрическими данными базисных поверхностей 2-го и 3-го порядков, коэффициент их парной корреляции составляет 0,585.
Таблица 4
Характеристики стока речной сети Витима_
Система р. Витим
I Александров II Александров III Александров Безымянка Т. Тамарак Б. Тамарак
Линейный модуль подземного стока, л/с*км2
12,5 13,5 17,5 52 129 17
Модуль естественных ресурсов подземного стока, л/с*км
2,4 4,5 2,8 5,9 7,6 5,8
Модуль речного стока, л/с*км2
4,99 9,29 5,17 13,55 16,36 11,79
Таблица 5
Коэффициенты парной корреляции составных частей морфографических параметров
Области исследования БП 2-го и 3-го порядков Остаточный рельеф 2-го и 3-го порядков ВП 2-го и 3-го порядков БП и ВП 2- го порядка БП 2-го порядка и гид-роизогипсы БП 3-го порядка и гид-роизогипсы ВП 2-го порядка и гид-роизогипсы
Коэффициент парной корреляции 0,585 -0,058 -0,341 0,712 0,402 0,68 0,16
Примечания: БП - базисная поверхность, ВП - вершинная поверхность.
Таблица 6
Коэффициент парной корреляции модулей стока и морфометрических параметров водосборного
бассейна
Модуль стока Длина дрены Отметки рельефа Уклон
максимум минимальная средний
Подземного 0,056 -0,26 -0,53 -0,31 0,72
Поверхностного -0,024 -0,59 -0,72 -0,65 0,67
Подз. ресурсов -0,129 -0,582 0,743 -0,636 0,75
Графики отношения модулей стока к уклону базисных поверхностей
Для модульных характеристик подземного стока установлены: положительные связи с длиной дрены (коэффициент корреляции 0,056) и уклоном водотока (коэффициент корреляции от 0,67 до 0,75); и отрицательные - с отметками рельефа. Это отражено на графиках зависимости уклонов от модулей стоков.
В результате проведенных исследований получены количественные характеристики гидрогеологиче-
ских и морфометрических показателей и их взаимосвязь. Наибольшие значения модулей стока приходятся на западную часть исследуемой территории. Для характеристик стока установлена положительная корреляционная связь между уклонами, подземным и поверхностным стоками. Полученные данные подтверждают общую характеристику распределения стока.
По результатам корреляционного анализа можно оценить ресурсы подземных вод, их зависимость с морфометрическими характеристиками, показывающими распределение потенциальной энергии на ис-
Библиограф
1. Быков. В.Д., Васильев А.Д. Гидрология. Л.: Гидрометиз-дат, 1972. 441 с.
2. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М.: Высш. шк., 1991. 36 с.
3. Поляков Л.Е. Коэффициент ранговой корреляции. Л.: Спирмена, www.eduhmao.ru, 1971, 2 с.
4. Философов В.П. Краткое руководство по морфометри-ческому методу поисков тектонических структур. Саратов: Изд-во Саратовского государственного университета, 1960.
следуемой территории путем получения данных о высоких корреляционных связях между вершинными и базисными поверхностями.
Статья поступила 24.02.2014 г.
ский список
5. Хайн В.Е., Ломидзе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Изд-во МГУ, 1995. 480 с.
6. Ланкин Ю.К. Отчет о результатах работ по объекту «Поиски питьевых подземных вод для обеспечения районного центра г. Бодайбо Иркутской области» (в рамках заказа на выполнение работ для государственных нужд по геологическому изучению недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы подземных вод на территории Иркутской области). Иркутск, 2010.
УДК 550.822.7
ПРОБЛЕМАТИКА ИЗОЛЯЦИИ ГАЗОВОЙ ШАПКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН НА ЮРУБЧЕНО-ТОХОМСКОМ НГКМ
© В.М. Иванишин1, Р.У. Сираев2, А.К. Сотников3, Д.С. Сокольников4, В.Ю. Никитенко5,
С 7
С.А. Сверкунов6, А.Г. Вахромеев7
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования основных проблем, возникающих при изоляции газовой шапки залежи при строительстве горизонтальных эксплуатационных скважин на нефть и газ на Юрубчено-Тохомском месторождении. Выявлены закономерности, характеризующие основные условия появления межколонных давлений (МКД). Рассмотрены варианты оптимизации конструкции и качества крепления скважин в целях повышения качества изоляции газовой шапки и нефтяной залежи. Ил. 1. Табл. 2. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: эксплуатационное бурение; МКД; конструкция и крепление скважин.
PROBLEMS OF OIL DEPOSIT GAS CAP INSULATION ON EXAMPLE OF HORIZONTAL PRODUCTION WELLS
CONSTRUCTION AT YURUBCHENO-TOKHOMSKOYE OIL AND GAS CONDENSATE FIELD
V.M. Ivanishin, R.U. Siraev, A.K. Sotnikov, D.S. Sokolnikov, V.Yu. Nikitenko, S.A. Sverkunov, A.G. Vakhromeev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article introduces the study results of the main problems arising under the oil deposit gas cap insulation when constructing horizontal production wells for oil and gas on Yurubcheno-Tokhomskoye field. It reveals the regularities that characterize the main causes of casing pressures and considers the optimization variants of well design and casing quality in order to improve the quality of the gas cap insulation from the oil deposit. 1 figure. 2 tables. 4 sources.
Key words: production drilling; casing pressure; well construction and casing.
1 Иванишин Владимир Мирославович, аспирант. Ivanishin Vladimir, Postgraduate.
2Сираев Рафаил Улфатович, аспирант. Siraev Rafail, Postgraduate.
3Сотников Артем Константинович, аспирант. Sotnikov Artem, Postgraduate.
"Сокольников Дмитрий Сергеевич, ведущий инженер по бурению. Sokolnikov Dmitry, Leading Drilling Engineer.
5Никитенко Виктор Юрьевич, руководитель проекта, аспирант. Nikitenko Victor, Project Head Manager, Postgraduate.
6Сверкунов Сергей Александрович, аспирант, тел.: 89500505386, e-mail: [email protected] Sverkunov Sergey, Postgraduate, tel.: 89500505386, e-mail: [email protected]
7Вахромеев Андрей Гелиевич, профессор кафедры нефтегазового дела, доктор геолого-минералогических наук. Vakhromeev Andrei, Professor of the Department of Oil and Gas Business, Doctor of Geological and Mineralogical sciences.
