Инженерно-геологические изыскания при обустройстве нефтяных и газовых месторождений. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р.Н. Абдрашитова

Инженерно-геологические изыскания при обустройстве нефтяных и газовых месторождений

Тюмень

ТИУ

2016

1

УДК [624.131.3:622.276](075.8) ББК 33.36я73+26.3я73

А 139

Рецензенты:

профессор, доктор геолого-минералогических наук В. А. Бешенцев кандидат геолого-минералогических наук А. Е. Писарев

Абдрашитова Р. Н.

А 139 Инженерно-геологические изыскания при обустройстве нефтяных и газовых месторождений [Текст]: учебное пособие / Р. Н. Абдрашитова – Тюмень: ТИУ, 2016. – 89 с.

ISBN 978-5-9961-1273-9

В учебном пособии рассмотрены вопросы проведения инже- нерно-геологических изысканий при обустройстве месторождений нефти и газа Западной Сибири. Описаны организация и технологическая схема процесса инженерно-геологических изысканий, расчёт сметной стоимости изысканий и состав отчетных материалов согласно действующих нормативных документов. Приводится характеристика инженерно-геологических условий региона и состояния геологической среды Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. Затронуты вопросы рационального использования и охраны геологической среды.

Рекомендуется для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 21.05.02 «Прикладная геология», специализация «Поиск и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания».

УДК [624.131.3:622.276](075.8) ББК 33.36я73+26.3я73

2

3

ВВЕДЕНИЕ

ВЗападной Сибири открыто более 500 месторождений нефти, газа

игазоконденсата. Каждое из них представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающих добычу, частичную переработку и транспортировку углеводородов. Грамотно выполненные инженерно-геологические изыскания при обустройстве месторождений являются одной из основ безопасности процесса нефтегазодобычи и долговечности сооружений на месторождениях.

Важным моментом при освоении месторождений являются подготовка территорий и обоснование проектов строительства. Эти задачи осложняются тем, что большинство месторождений углеводородов расположено в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком автономных округах, т.е в процессе изысканий инженерам-геологам необходимо исследовать территории, где распространены специфические грунты и широко развиты инженерно-геологические процессы (морозное пучение, термокарст, заболачивание и т.д.), это повышает категорию сложности инженерногеологических условий, и, следовательно, детальность проведения инже- нерно-геологических изысканий. Также на детальности инженерногеологических изысканий отражается и то, что многие сооружения (дожимные насосная и компрессорная станции, трубопроводы, резервуары и т.д.) имеют повышенный класс ответственности.

Впособии приведены выдержки из СП 47.13330.2012 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения», которое является основным нормативным документом при проведении изысканий в настоящее время при обустройстве месторождений нефти и газа. Мы сделали попытку сформировать у студентов полное представление о содержании программы работ, технического задания и технического отчёта, что является необходимым для начала профессиональной деятельности в области инже- нерно-геологических изысканий. Также в пособии приведён пример расчёта сметной стоимости проведения инженерно-геологических изысканий по Справочнику базовых цен на инженерно-геологические и инженерноэкологические изыскания для строительства.

Работа с материалом настоящего учебного пособия базируются на знаниях основ грунтоведения, методов инженерно-геологических исследований и инженерной геодинамики. Необходимо иметь чёткое представление о инженерно-геологической съёмке и инженерногеологической разведке.

Также следует представлять и понимать свойства и структуру геологической среды, владеть методикой выделения инженерногеологических тел.

4

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ»

Несмотря на то, что работа с данным учебным пособием подразумевает наличие у студента определенной теоретической базы по инженерной геологии, остановимся на основополагающем для специалиста инженерагеолога понятии «инженерно-геологические условия».

Ниже приведены несколько определений понятия «инженерногеологические условия» разных авторов – корифеев инженерной геологии:

это вся совокупность компонентов геологической обстановки, имеющей значение для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений. (И.В. Попов, 1959). К эти компонентам автор определения относит: характер пород, условия их залегания и распространения в земной коре, гидрогеологические условия, влияющие на состояние и устойчивость пород, современные геологические процессы, как природные, так и вызванные инженерной или вообще хозяйственной деятельностью человека, влияющие на выбор места для строительства, конструкцию сооружения и методы производства строительных работ;

единая взаимосвязанная система компонентов геологической обстановки, рассматриваемая с позиции инженерной геологии (И. С. Ко-

маров, 1964);

любое геологическое явление, оказывающее влияние на сооружение (Н. В. Коломенский, 1968);

вся совокупность природных геологических условий, которые определяют планирование размещения на них различных видов строительства, рациональное использование этих территорий, выбор районов и мест расположения различных сооружений, устойчивость и нормальную их эксплуатацию и условия производства строительных и горных работ ( В. Д. Ломтадзе, 1978);

комплекс сведений о свойствах некоторого объёма литосферы и протекающих в ней процессах, учитываемых при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружения. (Г.К. Бондарик, 2011).

Понятие «инженерно-геологические условия» согласно действующему в настоящее время СП – 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» трактуется как совокупность характеристик компонентов геологической среды исследуемой территории (рельефа, состава и состояния горных условия пород, условий их залегания и свойств, включая подземные воды, геологических и инженерногеологических процессов и явлений), влияющих на условия проектирования и строительства, а также на эксплуатацию инженерных сооружений соответствующего назначения.

Г.К. Бондарик [2] рассматривает это понятие с позиции системного анализа. В табл. 1.1. приведены сведения, которые характеризуют структу-

5

ру, свойства и движение литосистемы (геологический процесс её эволюции), а точнее, те их аспекты, которые являются существенными с точки зрения их инженерно-геологической оценки.

Таблица 1.1

Сведения о литосистемах, составляющие в совокупности содержание понятия «ин- женерно-геологические условия» [2]

Под литосистемой следует понимать такую природно-техническую геосистему (ПТГ), т.е. пространственно-временную композицию взаимодействующих компонентов, включающих орудия, продукты и средства труда, а также естественные и искусственно измененные природные тела, в которой главнейшую роль играют процессы взаимодействия между искусственными объектами и некоторой областью литосферы.

Компонентами литосистемы, её подсистемами могут быть: геологические тела, выделенные по вещественному признаку, в том числе имеющие таксономическую определенность; блоки пород, разграниченные тектоническими нарушениями или трещинами; водоносные горизонты и относительные водоупоры; геоморфологические элементы. Пространственные отношения этих компонентов составляют структуры исследуемой литосистемы. Геологическое строение и условия залегания горных пород характеризуют геологическую структуру. Тектоническое строение и трещиноватость горных пород нередко являются главными признаками, учитываемыми при выделении элементов системы. Они определяют взаимное расположение и отношение твердой и жидкой фаз (пространственный ас-

6

пект структуры литосистемы) и важнейшие свойства системы (движение подземных вод, водопроницаемость, сжимаемость и прочность). Гидрогеологические условия определяются не только свойствами подземных вод, но и отношениями твердой, жидкой и газообразной фаз геологической среды. Характер дискретности твердой фазы (горных пород) предопределяет тип подземных вод (поровые, трещинные, карстово-трещинные воды) и их динамику. По-видимому, как и для твердого минерального вещества, можно говорить о гидрогеологическом строении (гидрогеологической структуре) литосистемы, под которым понимаются пространственное расположение и отношения водовмещающих пород и водоупоров [2].

Для инженерной геологии важнейшее значение имеет гидрогеологическое строение верхней части геологической среды, включающей первый от поверхности водоносный горизонт и приповерхностные слои горных пород, обводняемые в результате строительства. В процессе инженерногеологических исследований помимо гидрогеологического строения изучают и гидродинамические свойства литосферы: направление и скорость движения подземных вод, области питания, транзита и разгрузки, связи водоносных горизонтов. Кроме того, изучают состав, состояние и свойства подземных вод и их взаимодействия с горными породами и сооружениями [2].

Геоморфологические условия при инженерно-геологических исследованиях изучают тогда, когда литосистема имеет поверхность раздела с атмосферой или поверхностной гидросферой. Геоморфологический облик поверхности литосистемы формируется в результате её взаимодействия с внешними средами, атмосферой, космосом, поверхностной гидросферой, биосферой, искусственной средой, глубинными геооболочками. Характер взаимодействий обусловлен: эндогенными процессами, определяющими направленность процессов аккумуляции (отрицательные тектонические движения), выветривания и денудации (положительные движения земной коры); свойствами приповерхностной части литосферы; свойствами внешних сред, которые обычно обозначают собирательным термином «физикогеографическая обстановка». Таким образом, геоморфологический облик поверхности литосистемы (геоморфологическое строение) обусловлен свойствами геологической среды (прежде всего свойствами горных пород), а также геологическими, главным образом экзогенными, и инженерногеологическими процессами. Эти процессы характеризуют развитие геологической среды, изменение состояний литосистемы. Важность и необходимость изучения процессов в ходе инженерно-геологических работ очевидна. Следует лишь заметить, что любой процесс можно изучить во время режимных исследований. При разовых (сингулярных) исследованиях получают информацию о состоянии системы на момент исследований – данные о проявлении процесса [2].

Таким образом, понятие «инженерно-геологические условия» включает три группы сведений, характеризующих структуру, свойства (отдель-

7

ных фаз, компонентов и свойств литосистемы в целом) и функционирование литосистемы. При толковании понятия «свойство» в широком смысле, как это принято в философии, можно дать следующее определение инже- нерно-геологическим условиям.

Инженерно-геологические условия – такие свойства геологической среды и такие происходящие в ней процессы, которые оказывают влияние на принятие тех или иных решений, определяющих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, способов строительства (методов ведения горных работ), методов эксплуатации, способов оптимального управления геологической средой.

Т.е. в широком смысле инженерно-геологические условия – это:

а) такие свойства геологической среды и б) такие происходящие в ней процессы,

которые оказывают влияние на принятие тех или иных решений, определяющих размещение сооружений, выбор их типов и конструкций, способов строительства, методов эксплуатации, способов оптимального управления геологической средой.

При этом: во-первых, все компоненты инженерно-геологических условий взаимосвязаны между собой; во-вторых, сама геологическая среда находится во взаимодействии с внешними средами – атмосферой, биосферой, гидросферой, а также социально-экономической сферой деятельности человека, поэтому, в-третьих, свойства этих сред тоже должны учитываться при решении некоторых вопросов, возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации [2].

К инженерно-геологическим условиям относятся следующие компоненты:

1. Физико-географическая обстановка:

а) положение района (широта, долгота, бассейн моря или речной артерии);

б) административная принадлежность (республика, край, область, их центры);

в) климат (температура воздуха, атмосферное давление, влажность, точка росы, скорость ветра, осадки, испарение, снежный покров, гололёд, число солнечных дней, солнечная радиация, температура почвы, сезонное оттаивание и промерзание);

г) рельеф (геоморфологическая принадлежность, тип рельефа, изрезанность, уклоны, заболоченность);

д) поверхностные воды (гидрологическая характеристика поверхностных естественных и искусственных водотоков, их химический состав, объем обводнённости, площадь, затопляемость);

е) почвенно-растительный покров и животный мир; ж) сведения о густоте населения, национальном составе, занятости;

з) сведения о транспортных условиях, энерговооружении.

8

2.Геологическая среда – стратиграфо-генетические комплексы горных пород, условия залегания пород, мощность, неоднородность, закономерности, наличие в разрезе пород особого состава, слабых пород.

3.Вещественный состав грунтов, их структура, текстура и свойства.

4.Гидрогеологические условия – наличие подземных вод, наличие напорных вод, особенно первого от поверхности водоносного горизонта, химический состав вод, агрессивность.

5.Тектонические условия.

6.Геологические процессы и явления – эндогенные (сейсмическая активность, вулканические колебания, землетрясения); экзогенные (обвалы, осыпи, оползни, лавины); процессы выветривания и эоловые процессы; процессы, связанные с деятельностью поверхностных и подземных вод (эрозия, сели, карст, абразия, суффозия); криогенные процессы (наледи, пучение, термокарст).

7.Процессы и явления, вызванные деятельностью человека (процессы, связанные с изменением теплового режима, изменением режима поверхностных и подземных вод, изменением напряжённого состояния и равновесия массивов, изменения, связанные с извлечением нефти, газа и воды).

8.Строительные материалы.

9

2. ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ

Описание процесса производства инженерно-геологических изыскании приводится по учебнику Бондарика Г. К., Ярга Л. А. «Инженерногеологические изыскания», 2011 г.

2.1. Влияние природных условий на процесс производства инженерно-геологических изысканий

Объёмы, методы, стоимость, сроки проведения и организация инже- нерно-геологических исследований зависят от природных и экономических условий района их проведения.

Выделяют следующие компоненты природных условий:

климатические (температурно-влажностный режим атмосферы, режим и характер осадков, режим солнечной инсоляции, ветровой режим).

биоценотические (животный мир и растительность);

гидрографические (озера, реки, болота);

геологические (геоморфологические, включающие рельеф земной поверхности; геологическое строение, состав и свойства пород; гидрогеологические, тектонические, проявлениязкзогенных геологических процессов).

Растительность вместе с рельефом и гидрографическими условиями определяют условия проходимости местности и влияют на организацию полевых маршрутов и наблюдений, условия передвижения сотрудников полевой партии, пространственное размещение работ. С рельефом и характером растительности связаны обнажённость местности и возможность использования некоторых методов (например, аэрофотосъемки), Объёмы и характер горных и буровых работ.

На методику инженерно-геологических исследований и Объёмы работ значительное влияние оказывают также инженерно-геологические условия. В табл. 2.1 приведены аспекты методики инженерно-геологических исследований, зависящиеот геологических условий.

Таблица 2.1

Зависимость аспектов методики инженерно-геологических исследований от инженерно-геологических условий [2]

10