Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного с.-1
.pdfве окончательного принимать решение по частоте L1, к^к менее зашумленное и более точное на коротких векторах.
Рекомендуется исключать из обработки спутники с большим числом срывов и данные наблюдений с высоким значением гео метрического фактора, используя возможности программного обеспечения. Однако общая продолжительность наблюдений, ис пользуемых в обработке, не должна быть меньше принятой в данном цикле измерений. Особое внимание при обработке следу ет обратить на сходимость векторов в точках и невязки в замк нутых полигонах, величина которых не должна превышать уста новленных нормативными документами или требованиями про екта значений.
Рекомендуется в качестве исходного пункта, относительно которого будут определяться координаты остальных пунктов GPS-сети использовать пункт, координаты которого известны в геоцентрической системе координат с точностью не менее 1 м.
Уравнивание GPS-сети необходимо выполнить с целью уст ранения неоднозначностей полученных результатов и повышения их точности.
Уравнивание сети производится строгим способом, например, способом наименьших квадратов.
Рекомендуется сначала выполнить свободное уравнивание, т.е. уравнивание без фиксированных точек, для выявления пунктов, точность определения которых превышает допуск. По результа там свободного уравнивания первого цикла наблюдений прово диться оценка точности измеренной сети по внутренней сходи мости и ее соответствие требованиям проекта, при этом вычис ляются следующие статистические характеристики:
прямоугольные геоцентрические X, У, Z и геодезические В, I, Я координаты и поправки к ним;
средние квадратические ошибки этих координат, определен ные через полную ковариационную матрицу ошибок, которая вычисляется в процессе уравнивания;
размеры эллипсов ошибок и их ориентация; статистические параметры, позволяющие выявить некачест
венные линии, которые должны быть исключены из уравни вания.
Последующие циклы наблюдений обрабатываются по анало гичной методике.
Завершающим этапом обработки геодинамических полигонов являются сравнение измерений текущего и начального циклов, вычисление рассогласований и далее в процессе анализа выясне ния их природы (интерпретация результатов наблюдений). Здесь можно выделить два подхода. В первом начало системы отсчета
навсегда связывают с группой опорных пунктов, положение ко торых определено в начальном цикле. Во втором положение опорных пунктов уточняется с ростом числа циклов (на практи ке - несколько первых). Последний подход является наиболее прогрессивным, так как позволяет повысить точность определе ния опорного каркаса и снизить ошибки исходных данных в по следующих расчетах смещений. Тем не менее, в обоих подходах необходимо предварительно проанализировать положения опор ных пунктов на вопрос стабильности между циклами.
Окончательные результаты обработки независимых спутнико вых измерений по эпохам должны быть представлены в виде схем распределения плановых и высотных смещений пунктов полигона. На эти схемы наносятся распределения средних квад ратических ошибок смещений, чтобы четко оценить, какую долю составляют ошибки этих величин по отношению к самой вели чине смещения пункта. Это позволяет судить о том, насколько достоверно определены смещения пунктов.
Накапливание числа циклов позволит более достоверно ин терпретировать результаты наблюдений. Только многократные, регулярные и тщательно спланированные наблюдения позволят построить реальную модель деформационного процесса и отсле живать его развитие во времени.
3.8.5. ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Для изучения современных движений земной поверхности и техногенных процессов на территориях эксплуатируемых нефте промыслов в районе промышленной и гражданской застройки рекомендуется следующая точность определения элементов на блюдательной сети:
средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения пре вышений в нивелирных ходах по профильным линиям должна быть не более 1,2 мм/км или 0,2 мм на станции;
СКП определения коротких до 100 м расстояний при изуче нии оползневых, карстовых процессов и зон активных тектони ческих разломов должна быть не более 3 мм;
СКП |
определения векторов в сети с помощью спутни |
ковых |
радионавигационных систем должна быть не более |
15мм;
СКП определения планового положения пункта в GPS-сети
после уравнивания должно быть не более 10 мм.
Точность определения векторов вертикальных сдвижений
пунктов для расчета деформаций земной поверхности должна быть не более:
10 мм методом высокоточного нивелирования;
15 мм методом GPS-измерений;
2 мм при наблюдении за оползневыми и карстовыми про цессами.
Рекомендуемые значения точности определения элементов наблюдательной сети основаны на общих требованиях, предъяв ляемых к мониторингу деформационных процессов промышлен ных и гражданских объектов [9, 10, 12].
3.8.6. ТИПЫ РЕПЕРОВ, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НА НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЯХ
В качестве' рабочих и опорных реперов нивелирной сети и GPS-сети следует использовать конструкцию реперов, рекомен дованную для местных условий инструкциями Роскартографии (ГУГК) (Правила закладки центров и реперов на пунктах геоде зической и нивелирной сети, 1993), а также ведомственными ме тодическими указаниями [4, 22, 30]. Основным требованием, предъявляемым к глубинным и грунтовым реперам, является их сохранность и устойчивость. При создании наблюдательных станций на месторождениях, расположенных в средней полосе, рекомендуется остановиться на грунтовом типе репера - бетони руемый 2ГР. Рекомендуемый способ закладки - ручная закладка. На заболоченных территориях геодезические пункты и нивелир ные линии рекомендуется закреплять центрами и реперами типа 188 оп. знак. В районе Западной Сибири глубина закладки репе ра не должна быть меньше 3,5-4 м.
Рекомендуемый тип заложения центра опорного пункта, а также реперов GPS-сети в районах вечной мерзлоты и Западной Сибири - глубинный репер любой конструкции с закладкой бе тонного якоря на глубину 10-15 м.
На месторождениях, расположенных в районах заболоченной местности, для реперов GPS-сети рекомендуется применять бе тонируемый или свайный тип центра как для опорных, так и для рабочих реперов, закладываемый на глубину 10-15 м. Допускает ся тип 188 оп. знак для рабочих реперов в болотистой местности. Допускается совмещение рабочих пунктов с пунктами Государст венной геодезической сети (ГГС), если они отвечают всем выше перечисленным условиям.
3.9. ПРИМЕРЫ МОНИТОРИНГА ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
Рассмотрим два примера отдельных наблюдательных станций, реализованных на конкретных месторождениях на основе расче тов параметров процесса сдвижения при их отработке.
Геодинамический полигон на АГКМ
Процесс разработки даже среднего газоконденсатного место рождения длится десятки лет, а оставшийся срок разработки АГКМ оценивается не менее 50 лет. Естественно, что разработать сразу на столь долгий срок наблюдательную станцию не пред ставляется целесообразным и даже реальным. Проектируемая станция должна охватывать перспективу в 10-15 лет, в после дующем по мере накопления новых сведений о развитии дефор мационных процессов на месторождении станция должна кор ректироваться и расширяться.
Реализованный на АГКМ геодинамический полигон представ лен на рис. 3.7.4. Основным подходом к определению величины граничного угла сдвижения явились результаты математического моделирования. Они показали значение граничного угла сдвиже ния 65-70° при падении пластового давления на 2001 г., т.е. на момент проектирования наблюдательной станции. Данное значе ние углового параметра получено относительно изолинии с нуле вым падением пластового давления. При падении пластового давления еще на 15 МПа в центре существующего максимально го падения давления, а также при соответствующем равномерном падении к границам ГВК, прогнозное значение граничного угла сдвижения составляет 55-60°.
Таким образом, для предварительных рекомендаций по созда нию наблюдательной станции за развитием деформационных процессов при отработке АГКМ в качестве граничного угла сдвижения было принято его минимальное из определенных в результате численного моделирования процессов сдвижения зна чений, уменьшенное (согласно рекомендациям Нормативного документа [9]) на величину поправки др0 = 10°, т.е. 45-50°. Под этим граничным углом, откладываемым от проектной границы падения пластового давления, были запроектированы опорные реперы. В соответствии с этим длины профильных линий увели чиваются в обе стороны относительно границы прогнозного па дения пластового давления не менее чем на 4 км.
Запроектированная и реализованная наблюдательная станция состоит из двух профильных линий, проходящих вкрест прости рания, и одной линии, проходящей по простиранию максималь ного падения пластового давления на 1.01.2000 г. На рис. 3.7.4 представлено положение профильных линий на прогнозной зоне оседаний земной поверхности на 2010 г. Для контроля деформа ционных процессов горного массива и земной поверхности в районе подземного хранилища газа (ПХГ) принято решение за ложить небольшую локальную профильную линию из 16 репе ров. Суммарная длина профильных линий составляет 102,2 км, общее число реперов составляет 198.
Заложенные профильные линии реперов проходят фактически через максимальные этажи газоносности, а также через фактиче ское и прогнозное падение пластового давления. Их длины суще ственно перекрывают прогнозную зону развития процессов осе дания поверхности на 2010 г. с учетом распределения падения пластового давления на 1.01.2005 г. Активизация возможных тек тонических нарушений вполне может быть выявлена нивелиро ванием реперов по данным линиям.
Расчет точности определения отметок рабочих реперов отно сительно опорных проведен двумя способами - строгим и при ближенным. Строгий способ был реализован по методу наи меньших квадратов параметрическим способом, приближенный - способом последовательных приближений. Оценке точности под вергались реперы, расположенные в слабых местах проектируе мой сети - узловые точки, концы висячих ходов. В результате исследований было рассчитано десять .различных вариантов структурного построения сети.
Опорные реперы сети спутниковых наблюдений располагают ся также за границей зоны сдвижения, вызванного отработкой АГКМ, и возможного тектонического движения плит и заклады ваются на глубину 10-15 м. В проекте предусмотрена закладка четырех опорных реперов, расположенных в юго-западной части региона месторождения за реками Ахтуба и Бузан, русла кото рых являются границами блоковых структур. В северо-восточной части месторождения опорные репера совмещаются с имеющи мися глубинным репером 66-62 и пунктами ГГС 0146 и 956.
Рабочие реперы располагаются в проекте с учетом располо жения реперов профильных линий, существующей сети глубин ных реперов и пунктов ГГС. Использовались следующие основ ные подходы:
1. Рабочие реперы должны совмещаться с глубинными репе рами профильных линий, закладываемых через 5 км. Это позво лит избежать лишних расходов, связанных с закладкой реперов,
246
и увязать и сопоставить результаты нивелирования и GPSнаблюдений. Головка репера снабжена устройством для принуди тельного центрирования GPS-приемника, что существенно по вышает точность измерений.
2. Рабочие реперы располагаются вблизи крупных структур ных особенностей месторождения и в районе соляных куполов, что должно облегчить анализ взаимных смещений блоковых структур и выделение динамически напряженных зон.
Дополнительные рабочие реперы закладываются также на глубину 12-15 м. Использовалась конструкция глубинных репе ров. При выборе места размещения рабочих реперов учитывались расположение реперов профильных линий и геометрия сети. В проекте рабочие реперы образуют сеть треугольников с пример но равными сторонам. При этом геометрия сети строится таким образом, чтобы обеспечить некоторое сгущение реперов в про гнозной зоне максимальной просадочности.
Запроектированная площадная наблюдательная станция на месторождении включает 27 пунктов GPS. Используется 10 ра нее заложенных глубинных реперов, 16 глубинных реперов про фильных линий. Вновь закладываемых глубинных реперов 8.
Сеть характеризуется следующими параметрами: число опре деляемых векторов сети 67; минимальная длина вектора в сети 3,7 км; максимальная длина вектора в сети 15,8 км; средняя дли на вектора в сети 8,7 км; протяженность сети с северо-запада на юго-восток 46 км; протяженность сети с юго-запада на северовосток 30 км.
Предрасчет точности определения координат рабочих реперов относительно опорных реперов, которые были приняты за твер дые пункты, был выполнен по методу наименьших квадратов параметрическим способом по разработанной проектной схеме сети. Предрасчет точности определения высот рабочих реперов относительно опорного репера № 27 дал следующие результаты. Средняя квадратическая ошибка определения вектора смещения наиболее слабого репера № 1 составила в плане 15,4 мм, по вы соте 23,1 мм. Относительная ошибка определения его координат составит в плане 1:2400000 и по высоте 1:1480000.
Полученные результаты расчетов показывают, что точность определения плановых координат GPS-методом превосходит точ ность, достигаемую традиционными методами геодезических из мерений. Следует отметить, что рассчитанная точность получена Для стандартных условий времени и работы GPS-приемников. Фактическая точность может быть существенно улучшена путем более длительного стояния приемников на станциях, использова ния в постобработке высокоточных эфемерид спутников.
Рис. 3.9.1. Совмещенные графики вертикальных смещений реперов и падений пластового давления по профильной линии глубинный репер 5 - глубинный репер 9 наблюдательной станции АГКМ:
I - |
2003-2004 гг.; II - 2003-2006 гг.; III - |
кривая предельных средних квадратичных погрешностей полученных смещений репе |
ров; |
IV - начальное пластовое давление; |
V - падение пластового давления на 1.10.04 г.; VI -падение пластового давления на |
|
|
1.11.06 г. |
Начальная серия наблюдений на полигоне была выполнена в 2003 г. Результаты наблюдений 2004 и 2006 гг. представлены на рис. 3.9.1. За три года наблюдений четко сформировалась мульда оседания, не приуроченная однако к максимальному падению пластового давления. Отметим также, что по результатам наблю дений не выявлено суперинтенсивных деформаций поверхности. Вектора сдвижений, выявленные спутниковыми измерениями, направлены в сторону области интенсивного падения пластового давления.
На АГКМ фактически развернут полномасштабный геодинамический полигон для контроля как статических деформацион ных процессов, так и техногенных сейсмических явлений. Поми мо маркшейдерско-геодезических инструментальных наблюдений выполняются атмогеохимические исследования, микрогравиметрические работы, мониторинг техногенных землетрясений. Атмо геохимические исследования на Астраханском газоконденсатном месторождении явились первым опытом исследования геодинамических процессов. Они выполнялись силами сотрудников предприятия «АНИПИгаз» (А.В. Постнов) и состояли из эманационной съемки (радонометрические исследования) и газожид костной гелиеметрии [29]. Они позволили установить наиболее нестабильные в геодинамическом аспекте участки поверхности, характеризующиеся повышенным выделением гелия и радона. Микрогравиметрические измерения выполняются по реперам нивелирной сети. Отметим, что по итогам серии измерений 2006 г. информативность данных измерений остается сравни тельно невысокой.
Особый интерес представляют проявления техногенной сейс мичности на месторождении. К сожалению, сеть сейсмоприемни ков на месторождении была развернута только в 2005 г., поэтому накопленного материала еще недостаточно для полноценного анализа. Отметим, что на 2005 г. функционировало семь сейсмо приемников «Дельта-Геон».
Наблюдательная станция на Сибирском нефтяном месторождении
Сибирское месторождение нефти расположено в южной части Соликамской депрессии Предуральского краевого прогиба.
В качестве продуктивных объектов выделены пласты Баш кирский, Бобриковский и Турней-Фаменский.
Залежь пласта Башкирский сводовая, размеры ее 4,5x8,3 км, этаж нефтеностности составляет 68 м. Средневзвешенная по пло щади эффективная нефтенасыщенная толщина равна 11,3 м по категории С1, Родыгинское и Сибирское поднятия объединены
единым ВНК, принятым на абсолютной отметке - 1800 м. Для расчетов принята пористость 12-17 %.
Залежь пласта бобриковский (Бб) сводовая, этаж нефтеностности составляет 43 м. Родыгинское и Сибирское поднятия пла ста Бб объединены единым водонефтяным контактом, принятым на абсолютной отметке -2070 м. Пласт неоднороден, невыдержан по толщине и площади. Эффективная нефтенасыщенная толщина по скважинам колеблется от 3,0 до 21,6 м. Максимальные значе ния пористости составляют 19,4-21,4 %.
Залежь пласта Фаменский Сибирского поднятия массивная, размеры ее 2x3 км, высота 24 м. Залежь Родыгинского поднятия имеет размеры 2,6x2,6 км, высота 15 м. Водонефтянной контакт на Сибирском поднятии принят на отметке -2082 м. На Родыгинском поднятии ВНК принят по подошве последнего нефтена сыщенного пропластка на отметке -2075 м. Средние значения пористости составляют 19,4-21,4 %.
Крупномасштабными аэрокосмогеологическими исследова ниями (АКГИ) выявлена сеть прямолинейных геоморфологиче ских линеаментов, предположительно отображающих субверти кальные трещинно-разрывные структуры, нарушающие целост ность слоистой структуры осадочного чехла. По данным обобще ния результатов АКГИ в Соликамской депрессии отмечается совпадение или близкое плановое и азимутальное соответствие части линеаментов осевым линиям разломов кристаллического фундамента и разрывным нарушениям осадочного чехла, закар тированным по данным анализа результатов комплексных геофи зических и геологических исследований.
По результатам геоморфологических исследований Сибирско го месторождения выделено два мезоблока: Рудничный и Верхнеуньвинский. Рудничный мезоблок представлен узкой пригра ничной частью северного края изученного района. Он отделен от Верхнеуньвинского мезоблока широтным линеаментом. Эта гра ница подчеркивается сменой субширотных и диагональных на правлений долин рек и ручьев, а также микроформ рельефа в Рудничном мезоблоке на преобладающие меридиональные к югу от нее. Уровень вершинных поверхностей в Рудничном мезобло ке приподнят на 2-6 м относительно приграничных участков уровней Верхнеуньвинского мезоблока. Вблизи границы мезоблоков протягивается широтная ось водораздела гидросистем рек Яйвы и Зырянки.
Наблюдательная станция Сибирского месторождения состоит из двух ломаных профильных линий реперов и реперов для вы полнения GPS-наблюдений (рис. 3.9.2). В качестве типов опор ных и рабочих реперов принят тип 2ГР. Число реперов про-