«Комплексное решение проблем геодинамической безопасности при разработке месторождений углеводородов». ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (Национальный Исследовательский Университет) Пермь, 2011 Научный руководитель работ докт.техн.наук, профессор Ю.А.Кашников Докладчик докт.техн.наук, профессор С.Г.Ашихмин

География научно-технических работ кафедры ООО Иркутскгазпром ОАО Востсибнефть ЗАО «Ванкорнефть ООО Оренбурггазпром ООО Лукойл Узбекистан Оверсис Красноярск Иркутск Оренбург Ташкент

ОБЪЕМЫ РАБОТ КАФЕДРЫ В ОБЛАСТИ ГЕОМЕХАНИКИ И ГЕОДИНАМИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ ГОД - 9 Проектов 2005 ГОД - 6 Проектов 2006 ГОД - 4 Проекта 2007 ГОД - 9 Проектов 2008 ГОД - 11 Проектов 2009 ГОД - 12 Проектов 2010 ГОД - 16 Проектов

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СДВИЖЕНИМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕФТИ И ГАЗА Инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности являются наиболее надежным методом контроля за состоянием подрабатываемых объектов, а также необходимы для обоснования и калибровки расчетных моделей, применяемых для прогноза напряженно- деформированного состояния горного массива. Инструментальные наблюдения были организованы при участии на всех основных объектах исследований настоящей работы - Уренгойском и Астраханском газоконденсатных месторождениях, на нефтяных месторождениях севера Пермского края (Уньвинское, Чашкинское, Юрчукское, Сибирское, Шершневское месторождения), на территории Западной Сибири (Усть-Балыкское, Мамонтовское, Приобское, Западно-Сургутское, Чумпасское, Ватинское, Варьеганское и ряд других). Результаты исследований вошли в нормативный документ - «Инструкцию по созданию наблюдательных станций и производству инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в регионе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей»

Количество оборудования Наименование оборудования 1.1 комплект3 х мерная лазерная сканирующая система HDS-3000 фирмы «Leica» 2.1 комплект2 х частотные GPS-приемники серии SR 9500 фирмы «Leica» 3.1 комплект2 х частотные GPS-приемники серии System 520 фирмы «Leica» 4.1 комплект2 х частотный GPS-приемники серии System 1220 фирмы «Leica» 5.2 комплекта2 х частотный GPS-приемники серии System GX1230GG фирмы «Leica» 6.1 комплект2 х частотный GPS-приемники (базовая станция) серии System GRX1200GG фирмы «Leica» 7.5 комплектов1 частотный GPS-приемники серии System GS20 фирмы «Leica» 8.1 комплектцифровой нивелир NA 3003 фирмы «Leica» 9.8 комплектовцифровой нивелир DNA -03 фирмы «Leica» 10.2 комплектаЦифровой нивелир DL-101CN фирмы «Topcon» 11.2 комплектаоптический нивелир AT-G2 фирмы «Topcon» 12.5 комплектовцифровой нивелир SPRINTER 100M фирмы «Leica» 13.2 комплектагеодезическая система SMART Station (электронный тахеометр + GPS) фирмы «Leica» 14.1 комплектэлектронный тахеометр GPT-1004 фирмы «Topcon» 15.1 комплектэлектронный тахеометр NLP-352 фирмы «Nikon» 16.2 комплектаэлектронный тахеометр GPT-7001 фирмы «Topcon» 17.2 комплектаэлектронный тахеометр GPT-1005N фирмы «Topcon» 18.1 комплекттрассоискатель SeekTech SR-20 фирмы «Ridgid» 19.1 комплекттрассоискатель FL 10-SET фирмы «Seba KMT» 1 комплекттрассоискатель METROTECH 9890 XT фирмы «Seba KMT» 20.. Необходимое количество персональные компьютеры (15шт.), ноутбуки (10шт.), графопостроители (2шт.), принтеры (10шт., в т.ч. 2 цветных). 21.Полные версииаппаратно-программное обеспечение (ARC VIEW, MAPINFO, ARCINFO, CREDO, Erdas Image, SKI Pro) 22.7 автомобилейавтомобили ( 4 УАЗа и 3 «Нивы» ) 23.2 комплектаямобур STINL Оснащенность кафедры.

Программное обеспечение В университете имеется: Bernese GPS Softwware (Берн, Швейцария) – лицензионный программный комплекс для обработки спутниковых наблюдений на геодинамических полигонах. программные комплексы «ANSYS» (разработка NASA) и «3DEC» (фирма Itasca) - для выполнения расчетов области механики деформированного твердого тела, доработанный специалистами университета для решения проблем геомеханики и геодинамики недр; программный комплекс «Gamma Remote Sensing» для обработки данных радарной космической съемки; программные комплексы Irap RMS, TEMPEST.MORE, ECLIPSE, PETREL - анализ геологических и гидродинамических данных по месторождениям углеводородов. Специализированное оборудования для испытаний физико-механических и компрессионных свойств продуктивных объектов месторождений. Установка УИК-1 для определения изменения пористости и проницаемости. Комплекс для испытаний физико-механических свойств MTS-815 (США).

Геомеханический и геодинамический мониторинг территории нефтяных месторождений необходим для решения следующих технических и экологических задач. 1. Оценка воздействия статических сдвижений горных пород и земной поверхности на состояние промышленных и гражданских объектов, устойчивость скважин, нефтепромысловых систем и изменение экологической среды. 2. Оценка воздействия динамических сдвижений горных пород и земной поверхности, вызванных техногенными сейсмическими явлениями, сопровождающими добычу углеводородного сырья, на безопасную эксплуатацию промышленных и гражданских объектов, скважин и нефтепромысловых систем и изменение экологической среды. 3. Оценка влияния геомеханических и геодинамических процессов на изменение фильтрационно-емкостных свойств продуктивных объектов вследствие их уплотнения и соответствующее снижение продуктивности скважин.

Математические модели для описания поведения пород при разработке месторождений углеводородов. Прогноз и мониторинг сдвижений земной поверхности. Оценка возможности возникновения техногенных сейсмических явлений. Определение физико-механических свойств продуктивных объектов и пород покрывающей толщи. Оценка исходного напряженного состояния массива. Расчеты напряженно-деформированного состояния конструкции нефтяных и газовых скважин. Уплотнение продуктивных объектов, соответствующее изменение пористости и проницаемости и, как следствие, продуктивности скважин. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Работы выполняется на основании следующих документов. Федеральный закон О НЕДРАХ», который гласит что одним из Основных требований по обеспечению безопасного ведения работ, связанных с пользованием недрами, является «проведение комплекса геологических, маркшейдерских и иных наблюдений, достаточных для обеспечения нормального технологического цикла работ и прогнозирования опасных ситуаций, своевременное определение и нанесение на планы горных работ опасных зон»; Правила охраны недр. ПБ Госгортехнадзор России, Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок. РД Госгортехнадзор России, Инструкции по производству маркшейдерских работ. РД г. П.263 Положение о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасности и охраны недр. РД Госгортехнадзор России, 2001.

Нигде не сказано, что разработка месторождения углеводородов без создания геополигона не допускается, т.е. что полигон нужно создавать везде. Этот пункт был в Положении о застройке площадей залегания полезных ископаемых, однако в 2010г это положение было упразднено. В связи с этим возникает вопрос о правомочности разработки ГГО. Кстати, в этом Положении… под застройкой подразумевалось только промышленная и гражданская застройка, не связанная с добычей полезного ископаемого. А с появлением последнего приказа Ю.П.Трутнева о структуре документации на разработку месторождений углеводородов (Пункт 2.21) правомочность ГГО вообще становится под вопросом!!!

При принятии решения о необходимости создания системы наблюдений следует руководствоваться требованиями нормативных документов, регламентирующих вопросы охраны объектов от подработки. Это, прежде всего, нормативный документ для угольных месторождений - Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. - С.- Петербург: Изд.ВНИМИ, 1998 г.-291 с. Согласно данному документу, решение о мониторинге деформаций и о внедрении горных и (или) конструктивных мер охраны принимается на основании сравнения допустимых и предельных деформаций охраняемого объекта с расчетным показателем суммарных деформаций. Если использовать эту методику для месторождений углеводородного сырья, то получается, что расчетные деформации при глубине разработки 2000,0м и максимальном оседании 500мм, размерах месторождения 10*10км составляют, в лучшем случае, 10% от допустимых деформаций. Таким образом, расчеты показывают, что нет никаких оснований рекомендовать закладку геополигона, и уж, тем более, на каждом месторождении. Для этого нет и нормативных оснований.

Допустимые и предельные деформации земной поверхности и горных пород для охраняемых гражданских зданий. Допустимые мм/м предельныемм/м Дошкольные детские 5 9 учреждения, поликлиники, Школы, театры 3,5 5,5 2,5 4,0 Жилые здания, гостиницы 2 3,5 До 5 этажей Технические здания, 3 - бытовое обслуживание 2,5 - 5,5 9 3,5 5,5 2,5 4,0 2 3,5 6,5 - 4,

Таким образом, как правило, выполненные прогнозные статические величины сдвижений и деформаций при разработке месторождений углеводородов позволяют сделать вывод об отсутствии необходимости выполнения работ по мониторингу деформационных процессов. Однако практика разработки месторождений нефти и газа вносит ряд корректив в эти документы. В связи с этим мы считаем: 1. В тех случаях, когда на поверхности месторождения отсутствуют объекты, не связанные с добычей нефти или газа и прогнозные значения оседаний не превышают 300мм, нет смысла создавать геодинамический полигон. В данном случае требуется переопределение раз в 3-5 лет координат существующей маркшейдерско-геодезической опорной сети на месторождении. По изменению координат пунктов можно с уверенностью судить о наличии или отсутствии процессов сдвижения горных пород. 2. В том случае, если на поверхности месторождения имеются населенные пункты, а прогнозные величины сдвижений превышают 300мм, то следует развернуть маркшейдерско-геодезический полигон для мониторинга деформационных процессов в районе сооружений. При таких величинах оседаний возможна активизация разломных структур, т.е. появление суперинтенсивных деформаций на контактах блоковых структур, которые могут привести к нарушению нормальной эксплуатации подрабатываемых объектов. 3. В том случае, если на поверхности месторождения имеются объекты сбора и транспортировки нефти или газа, а прогнозные величины сдвижений превышают 300мм, то следует развернуть по специальному Проекту маркшейдерско-геодезический полигон для мониторинга деформационных процессов именно этих ответственных сооружений. При таких величинах оседаний возможна активизация разломных структур, т.е. появление суперинтенсивных деформаций на контактах блоковых структур, которые могут привести к нарушению нормальной эксплуатации объектов сбора и транспортировки нефти и газа, которые представлены высокотехнологичным оборудованием. 4. После закладки геополигона и выполнения 2-3-х серий наблюдений следует провести выделение разломных структур и сопоставить их с результатами наблюдений. Ориентировать сеть полигона на их предварительном определении представляется совершенно неоправданным. Причина в том, что активность структур может быть установлена только инструментальными наблюдениями. Кроме того, опыт показывает, что каждый исследователь по своему выделяет структуры, т.е. в этом наблюдается немалый произвол.