Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного с

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНОВ

НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Ю.А. Кашников, С.В. Гришко, Е.С. Богданец,

А.О. Киселев, Д.Н. Хвостанцев, Geotech@pstu.ac.ru

PROBLEMS OF GEODYNAMIC

POLYGONS CREATION FOR GEODYNAMIC PROCESSES

MONITORING AT OIL AND GAS FIELDS

Yu.A. Kashnikov, S.V. Grishko, E.S. Bogdanets,

A.O. Kiselev, D.N. Khvostantcev, Geotech@pstu.ac.ru

В докладе анализируется состояние нормативной базы и сложившаяся ситуация с созданием геодинамических полигонов для мониторинга геомеханических и геодинамических процессов при разработке месторождений нефти и газа. Делается вывод о том, что, прежде чем создавать полигон, должен быть выполнен прогноз опасности возникновения опасных природно-техногенных явлений, которые могут сопровождать разработку месторождения, и только на основе этого прогноза принимать решение о необходимости создания полигона и его параметрах.

The state normative base and present situation with geodynamic polygons creation for monitoring of geomechanical and geodynamic processes during oil and gas fields development analyzed in this article. First of all, before polygon creation, a forecast of dangerous natural and man-made phenomena, which may be accompanied during field development, should be done. Only on the basis of the forecast a decision about polygon creation and its parameters can be made.

В последние годы интенсивно нарастает интерес к вопросам, связанным с обеспечением геодинамической безопасности при разработке месторождений углеводородов. При этом в сферу деятельности маркшейдерских служб чаще всего попадают вопросы, связанные с прогнозом и мониторингом деформаций земной поверхности, а также промышленных и гражданских объектов, расположенных в пределах лицензионного участка. Однако отсутствие четкой научной базы для проведения исследований, отсутствие нормативных документов, регламентирующих данный вид работ, порождает достаточно большой

62

произвол в решении вопросов геодинамики и геомеханики, который начинает оборачиваться для отдельных предприятий десятками миллионов напрасно потраченных рублей.

Известно, что при разработке месторождений нефти и газа возможны проседания земной поверхности величиной до 13 м (месторождение Уилмингтон). Кроме того, известно много случаев техногенные сейсмические явления, целый ряд которых имел катастрофические последствия. В связи с этим, мировой опыт организации геодинамических и геомеханических исследований на месторождениях нефти и газа свидетельствует о том, что аналитическая оценка возникающих сдвижений земной поверхности при разработке любого месторождения является обязательной нормой цивилизованной эксплуатации недр. На основе предрассчитанных сдвижений принимаются решения либо об организации маркшейдерско-геодезических полигонов и их параметрах, либо об отсутствии их необходимости. В том случае если проведенный геомеханический и геодинамический анализ свидетельствует о возможности возникновения техногенных сейсмических явлений, то создается полномасштабный геодинамический полигон, включающий маркшейдер- ско-геодезический полигон, микрогравиметрические и сейсмологические наблюдения. Примером является нефтяные месторождения в регионе ВКМКС (Пермский край – Россия), месторождения Астраханское ГКМ (Россия), Тенгиз (Казахстан), Лак (Франция), Гронинген (Голландия), Элефельд (Норвегия) и др.

Таким образом, основой для принятия решения о создании полигонов и выполнении инструментальных наблюдений являются прогнозные расчеты параметров процесса сдвижения горных пород при разработке месторождений углеводородов и оценка возможности возникновения техногенных сейсмических явлений. По результатам расчетов должно приниматься решение об организации геодинамического мониторинга при разработке месторождений.

В настоящее время отсутствует нормативный документ, регламентирующий прогноз деформационных процессов, необходимость создания системы наблюдений, ее подробность и обстоятельность, периодичность

иточность выполнения наблюдений. Такие документы имеются на угольных и рудных месторождениях. Однако необходимость наличия такого общероссийского документа, безусловно, уже давно назрела. В связи с этим требуется объединение заинтересованных научных коллективов

ипроизводственных организаций вразработке такого документа.

63

РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГОВЫХ РАБОТ НА АСТРАХАНСКОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ

Ю.А. Кашников, С.В. Гришко, В.Г. Букин,

А.В. Тусмин, С.Л. Одинцов, Geotech@pstu.ac.ru

THE RESULTS OF MONITORING ACTIVITIES ON THE ASTRAKHAN GEODYNAMIC POLYGON

Yu.A. Kashnikov, S.V. Grishko, V.G. Bukin,

A.V. Tusmin, S.L. Odintsov, Geotech@pstu.ac.ru

В докладе представлены история создания, структура и результаты мониторинговых работ на Астраханском геодинамическом полигоне. На геодинамическом полигоне выполняются геометрическое нивелирование и спутниковые наблюдения, микрогравиметрические и атмогеохимические измерения, спутниковая радарная интерферометрия. Комплекс выполняемых работ позволяет надежно фиксировать геомеханические и геодинамические процессы при разработке месторождения.

The report presents the history of creation, structure and monitoring results of Astrakhan geodynamic polygon. The monitoring system includes geodetic levelling and satellite observations, gravimetric measurements, satellite radar interferometry. The complex of works enables reliably keep track geomechanic and geodynamic processes during the gas field development.

Первые аналитические исследования геомеханических и геодинамических процессов при разработке Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) были выполнены специалистами Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) в 2000 году. Тогда был выполнен прогноз возникающих сдвижений и деформаций земной поверхности и выполнена оценка возможности возникновения техногенных сейсмических явлений. На основе этих исследований был разработан проект геодинамического полигона, который был согласован в Ростехнадзоре и успешно реализован. Начальная серия наблюдений была выполнена в 2003–2004 годах.

В настоящее время на территории АГКМ весьма успешно функционирует полномасштабный геодинамический полигон, включающий сеть нивелирования и спутниковых наблюдений, предназначенную для мониторинга деформационных процессов, развернутую сейсмологиче-

64

скую сеть, предназначенную для отслеживания техногенных сейсмических явлений, и периодически выполняемые микрогравиметрические и атмогеохимические наблюдения. Кроме того, интенсивно ведутся исследования возможности использования спутниковой радарной интерферометрии для мониторинга деформационных процессов. Созданный полигон позволяет успешно фиксировать основной спектр техногенных геомеханических и геодинамических процессов, сопровождающих разработку месторождения и накапливать информацию по происходящим процессам. Можно утверждать, что данный полигон является наиболее полномасштабным полигоном, созданным в ОАО «ГАЗПРОМ».

Следует отметить, что полученные за десять лет мониторинга серьезные практические и научные результаты стали возможными благодаря весьма качественному выполнению работ по созданию геодинамического полигона, качественному проведению маркшейдерскогеодезических инструментальных наблюдений, а также слаженной работе исполнителей – сотрудников Пермского национального исследовательского политехнического университета и специалистов маркшейдерской и геологической служб предприятия.

65

РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ МЕТОДАМИ ВЫСОКОТОЧНОЙ ГЕОДЕЗИИ, ГРАВИМЕТРИИ, ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

НА САМОТЛОРСКОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ ПОЛИГОНЕ

Ю.В. Васильев, radan92@list.ru, П.В. Погудин, PVPogodin@rosneft.ru

Выполнен анализ и интерпретация результатов геодинамического мониторинга на Самотлорском месторождении за период с 2002 по 2014 годы. Проведены исследования, направленные на оценку техногенного влияния разработки на современные деформационные процессы.

The analysis and interpretation of the results the Samotlor field geodynamic monitoring for the period from 2002 to 2014 years. Studies aimed at assessing the impact of technological development on the modern deformation processes.

В соответствии с требованиями условий лицензионного соглашения и действующих нормативных документов Ростехнадзора на территории Самотлорского месторождения в 2002 году был создан геодинамический полигон (СГДП), состоящий из 95 наблюдательных станций. В 2014 году выполнен 12-й цикл геодинамического мониторинга: для выявления деформаций земной поверхности (нивелирование II класса, спутниковые наблюдения), определения характеристик напряженнодеформационного состояния недр (высокоточная гравиметрия, измерения локального магнитного поля земли), контроля активизации разломных зон (радарная интерферометрия).

Основной целью работы на геодинамическом полигоне является обеспечение промышленной безопасности и охрана недр от техногенного влияния разработки Самотлорского месторождения на природную среду, объекты нефтегазодобычи, промышленные и гражданские сооружения, попадающие в площадь горного отвода (Нижневартовской ГРЭС, пос. Излучинск, северная часть города Нижневартовска).

Результаты 12-го цикла высокоточных геодезических измерений, полученных геометрическим нивелированием II класса, за период с 2002 по 2014 год выявили, что у подавляющего числа пунктов СГДП высоты уменьшились. В целом за данный период подъем высотных отметок произошел только в 3 пунктах (0049, 0077 и 0080). Макси-

66

мальная величина накопленного оседания составляет –197 мм (пункт 0061), а максимальная величина подъема +14 мм (пункт 0077). Максимальные значения горизонтальных сдвижений пунктов геодинамического полигона, вычисленные методом ГНСС-измерений, составили 38 мм. Полученные результаты отображают общую тенденцию о стабильном оседании земной поверхности над подрабатываемой территорией в центральной и юго-восточной части Самотлорского месторождения со скоростью 15–20 мм/год, при этом по изолинии –30 мм мульда занимает 2/3, по изолинии –50 мм 1/2, по изолинии –80 мм 1/5 площади лицензионного участка.

Выводы:

1.Анализ комплекса геодезических измерений на Самотлорском геодинамическом полигоне за период с 2002 по 2014 год свидетельствует о том, что на техногенное влияние в формировании мульды оседания накладывается природный фактор гравитационного поля земли

ирегионального поля тектонических напряжений. Поэтому причиной образования мульды оседания земной поверхности являются современные геодинамические процессы природно-техногенного генезиса.

2.Прослеживается взаимосвязь формирования современных деформационных процессов с динамикой плотностных характеристик (по гравиметрии), динамикой падения пластовых давлений (по картам изобар) и величиной отбора жидкости (нефти) по основным показателям разработки.

3. В ходе обработки 20 сцен радарного спутника ТerraSAR-X (с разрешением 3 м), взятых за 6 месяцев (март–август 2014 года) с интервалом 11 суток, использован метод интерферометрии устойчивых отражателей PSI (Persistent Scatterers Interferometry) на регион нефте-

добычи с большим числом техногенных объектов. Метод позволил подтвердить наличие дизъюнктивной дислокации, выявленной по сейсморазведке 3D на Усть-Вахской площади, поскольку знакопеременные вертикальные сдвижения различаются по разные стороны проекции линейного разлома.

67

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ОСВОЕНИЯ ШТОКМАНОВСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

А.И. Калашник, А.А. Козырев, kalashnik@goi.kolasc.net.ru

SOME QUESTIONS

ON GEOMECHANICAL ASSESSMENT

OF THE STOCKMAN GAS-CONDENSATE

FIELD DEVELOPMENT

A.I. Kalashnik, A.A. Kozyrev,

kalashnik@goi.kolasc.net.ru

Выполнены комплексные исследования ШГКМ. Выявлены геомеханические особенности разрушения пород в скважинах во взаимосвязи со слоисто-блочной структурой антиклинальной продуктивной складки. Разработана геомеханическая модель ШГКМ и установлены закономерности техногенного деформирования геологической среды вследствие добычи газа. Предложена комплексная система мониторинга с использованием георадарных подповерхностных и спутниковых съемок.

Integrated studies of the Stockman field were performed. Geomechanical particularities of rock destruction in wells were revealed in interrelation with stratified-blocked structure of anticline production fold. The Stockman geomechanical model was designed and regularities established of man-induced deformation of geological environment affected by gas recovery. Integrated monitoring system was proposed with using georadar sub-surface and satellite surveys.

Перспективы вовлечения в эксплуатацию крупнейшего в западном секторе Арктики Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШГКМ) предопределяют необходимость оценки геомеханических условий его обустройства и добычи газа в целях обеспечения геодинамической безопасности промысла. В связи с этим Горным институтом КНЦ РАН в рамках сотрудничества с Арктикморнефтегазразведкой, на основе материалов геологоразведочных работ, инициативно выполнены комплексные геомеханические исследования. Выполнен анализ

68

геологических и геофизических данных, процессов бурения и состояния стенок скважин, исследован керн по скважинам № 1–5 и определены параметры деформационно-прочностных свойства пород месторождения. Выявлены геомеханические особенности потерь устойчивости

иразрушения пород скважин в вертикальных сечениях и в пространстве, в определенной взаимосвязи со слоисто-блочной структурой антиклинальной продуктивной складки. Разработана геомеханическая модель ШГКМ, учитывающая основные системообразующие факторы: геологическое строение, физические свойства пород и флюида, тектоническую нарушенность, взаимодействие геоблоков, внешние и внутренние поля напряжений и др. На основе исследований модели установлены закономерности техногенного деформирования пород и проседания дна Баренцева моря вследствие добычи газа из продуктивных пластов ШГКМ. Выявлены особенности геодинамического режима

исоциально-экономических последствий разработки ШГКМ, на основе чего разработаны подходы к обеспечению устойчивости и надежности добычных скважин, подводных модулей, промысловых и магистрального газопроводов.

Выполнено научно-техническое обоснование и сформулированы основные принципы организации геодинамического мониторинга состояния геологической среды, сопряженной с ШГКМ. Предложена комплексная система полевых наблюдений и автоматизированной обработки данных с интегрированием в традиционные схемы георадарных подповерхностных, поверхностных и спутниковых площадных съемок. В рамках разработанной концепции разработана система геодинамического мониторинга по трассам магистральных газопроводов на территории Кольского полуострова.

Полученные результаты и новые знания предоставляют научную

иинформационно-методическую основу для геомеханического обоснования эффективного, геодинамически безопасного и экологически приемлемого освоения ШГКМ.

69

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ГЕОДЕФОРМАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

С.Э. Никифоров, nikiforovs@inbox.ru

Раскрыты роль и место маркшейдерских наблюдений на горных отводах месторождений углеводородного сырья. Показана необходимость совершенствования нормативных требований в области производства маркшейдерских работ, учитывающих современные технологии проведения съемочных работ площадей горных отводов.

The role and place of surveying observations on the areas of leases for development of hydrocarbon fields. The necessity of improving the regulatory requirements for the surveying is analyzed, taking into account modern technologies of surveying on the large areas of leases for development of hydrocarbon fields.

Наблюдения за геодеформационными процессами при разработке месторождений углеводородного сырья (далее – УС) проводятся при ведении различных видов мониторинга (геотехнологического, экологического, горно-экологического, инженерно-геологического, геодинамического и т.д.).

Требования к такому мониторингу изложены в федеральном, региональном и местном законодательстве, в том числе в нормативных актах МПР России, Росреестра, МЧС России и т.д.

Производство маркшейдерских наблюдений за геодеформационными процессами при разработке месторождений УС регулируется Законом Российской Федерации «О недрах», Положением о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр (РД 07-408-01) и Инструкцией по производству маркшейдерских работ (РД 07-603-03).

Требования указанных нормативных актов отводят роль маркшейдерским наблюдениям в решении задач, направленных на обеспечение безопасного ведения работ, связанных с пользованием недрами. В то же время основной особенностью маркшейдерского обеспечения разработки месторождений УС является обеспечение задач разработки таких месторождений, их контроля.

70