Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная разработкой месторождений нефти и газа


Среди различных видов последствий длительного освоения месторождений углеводородов (загрязнение нефтепродуктами гидросферы и почв, загрязнение атмосферы продуктами сгорания попутного газа, разрывы нефте-, газо- и продуктопроводов) внимание специалистов стали привлекать геодинамические последствия освоения месторождений углеводородов, такие, как аномальные деформации (просадки) земной поверхности и проявление сейсмической активности в районах нефтегазодобычи.
Чрезвычайно важно, что все эти последствия сопровождаются значительным экономическим ущербом [Касьянова, Кузьмин, 1996; Кузьмин, 1999; 2000; 2001; 2002; Сидоров, Кузьмин, Хитров, 2000; Сидоров, 2000; Дмитриевский, Кузьмин, Сидоров, Ульмасвай, 2002; Певзнер, Попов, Букринский и др., 2003].
Хорошо известны случаи аномальных (более метра) деформаций (просадок) земной поверхности на длительно разрабатываемых нефтяных и газовых месторождениях в США, Венесуэле, на Северном море и в других регионах, что связывается с извлечением жидкости из резервуара и снижением пластового давления.
Зарегистрированы случаи проявления землетрясений, в том числе сильных, в районах освоения месторождений углеводородов в США, Канаде, Франции, России, Туркменистане, Узбекистане и других регионах. Установлена связь процессов подготовки этих событий с процессами разработки месторождений нефти и газа.
Несмотря на многочисленные случаи аномальных техногенных деформаций и индуцированной сейсмичности в районах интенсивной антропогенной деятельности человека, изучение причин 82

возникновения природно-техногенных катастроф до сих пор остается крайне актуальной проблемой.
Из всей совокупности геодинамических факторов на объекты нефтегазового комплекса наибольшее влияние оказывает современная аномальная геодинамика недр, которая реализуется в наиболее экстремальной форме в зонах разломов.
Как показано выше, современное аномальное геодинамическое состояние разломных зон возникает под воздействием малых природных и/или техногенных процессов.
Одним из ярких примеров нелинейного поведения современных геодинамических процессов является сейсмодеформационная активизация недр при разработке месторождений нефти и газа.
На рис. 2.8 показана принципиальная схема формирования аномальных геодинамических последствий разработки месторождений жидких УВ. Видно, что существуют четыре основные формы негативных геодинамических последствий длительной разработки месторождений УВ: обширные просабки территории месторождения, техногенная и техногенно-индуцированная сейсмичность, а также активизация разломных зон, контролирующих месторождение [Кузьмин, 1999].
Существуют два принципиальных различия в механизмах формирования деформационных и сейсмических процессов, обусловленных разработкой месторождений полезных ископаемых. Обычно эти различия разъясняются на примере наведенной сейсмичности.
В работе [А.В. Николаев, 1994] предлагается в термине «наведенная сейсмичность» различать два процесса: «возбуждение» и «инициирование» землетрясений. При этом под возбуждением понимается воздействие на определенную зону земной коры, вызывающее землетрясения, которые бы без такого воздействия не произошли («вынуждение»). Инициирование — это воздействие на очаг готового землетрясения, ускорение события («запуск»). Первый вариант имеет английский аналог — induce, а второй — trigger. В этом случае индуцированная сейсмичность — это «возбужденные» землетрясения.
В рамках предлагаемой авторами терминологии следует различать два типа сейсмических процессов: техногенные и техногенно-индуцированные. Техногенные землетрясения не могут проис-
83


Рис. 2.8 Схема формирования аномальных сейсмических и деформационных последствий разработки месторождений углеводородов


ходить без разработки месторождений, а техногенно- индуцированные происходят только в тех случаях, когда разработка месторождений проводится в потенциально сейсмоактивном районе.
Аналогичным образом предлагается разделять и два типа деформационных процессов, происходящих на разрабатываемых месторождениях. Первый тип деформаций (техногенные) — это обширные просадки территории месторождения, напрямую обусловленные процессом разработки. Второй тип деформаций (техногенно-индуцированные) — это локальные, суперинтенсивные деформации (СД) земной поверхности в зонах разломов, индуцированные процессами разработки [Кузьмин, 1996; 1998; 1999; 2000а; 2002; Кузьмин, Никонов, 2001; Жуков, Кузьмин, Поло- удин, 2002].
84

Ниже подробно рассматриваются основные закономерности формирования основных типов геодинамических последствий при разработке месторождений жидких У В [Кузьмин, 1999; 2001; 2002; Сидоров, Кузьмин, Хитров, 2000].
Сейсмические процессы, связанные с разработкой нефтегазовых месторождений
Техногенная и техногенно-индуцированная сейсмичность известна сравнительно давно. Она отмечена при заполнении водохранилищ, при освоении месторождений полезных ископаемых, проведении ядерных взрывов и т.д. Гипоцентры техногенных землетрясений расположены в пределах объекта или на его границах. Энергия таких землетрясений, как правило, невелика (магнитуда событий 2—4) и сопоставима с энергией деформирования пород, обусловленного воздействием на объект.
В случае техногенно-индуцированной сейсмичности основной предпосылкой является техногенное нарушение состояния регионального поля напряжений в окрестностях объекта, но сейсмический процесс развивается по законам природных сейсмотектонических процессов. При этом даже слабые воздействия могут привести к возникновению сильной техногенно-индуцированной сейсмичности. Теоретически энергия техногенно-индуцированных землетрясений может достигать уровня естественной сейсмичности. Уже известные техногенно-индуцированные землетрясения имели магнитуду Мgt; 5 и К gt; 12—13. Гипоцентры этого типа землетрясений могут быть расположены на удалении до нескольких километров от разрабатываемого месторождения.
При длительной разработке месторождений углеводородов техногенное воздействие могут оказывать как значительный отбор жидкости и/или газа из пласта, так и закачка больших объемов жидкости. При этом нарушаются равновесные условия в пласте, что может вызвать критическое перераспределение напряжений в разрабатываемом пласте и вмещающих породах. Нагнетаемая жидкость может проникать в трещины, приводить к избыточному по- рово-трещинному давлению, что является своеобразной смазкой в зонах нарушения сплошности среды.

Таким образом, возникновение техногенной и техногенно- индуцированной сейсмичности напрямую зависит от физических свойств пород, их напряженного состояния, от степени дискретности среды, а также от темпов и интенсивности разработки месторождения (величины дебитов и снижения пластового давления).
Обобщение имеющегося материала по техногенной и техногенно-индуцированной сейсмичности позволяет сделать следующие выводы: Отбор жидкости из резервуара, так же как и закачка жидкости в резервуар для поддержания пластового давления, при определенных условиях могут вызывать сейсмическую активность, которая проявляется в широком диапазоне энергий (от слабых микроземлетрясений до сильных сейсмических событий, включая катастрофические). Техногенная сейсмичность происходит непосредственно в пределах резервуара и приводит к возникновению сейсмических событий, как правило, небольшой магнитуды (до 3,0 — 3,5).
3 Существенно более интенсивными являются сейсмические события техногенно-индуцированной природы. Учитывая, что крупные нефтяные и газовые месторождения иногда находятся в сейсмически активных зонах, реакция напряженно-деформированной среды на техногенные воз действия проявляется в форме землетрясений с магнитудой более 4,5 — 5,0. Очаги техногенно-индуцированной сейсмичности могут располагаться выше и ниже резервуара и даже на некотором удалении от него. Площадное распределение эпицентров техногенных и техногенно-индуцированных землетрясении контролир^ ется разломами.
Наиболее серьезные экологические и социально- экономические последствия могут возникать, в первую очередь, от сильных техногенно-индуцированных землетрясений.
Во-первых, могут быть нарушены наземные нефтегазоперерабатывающие производства, которые для платформенных условий проектировались без учета сейсмических воздействий.

Во-вторых, возможно разрушение наземных коммуникаций, и в этом случае значительному загрязнению из-за разлива нефтепродуктов или выбросов газа подвергается приповерхностная и воздушная среды.
В-третьих, из-за слома скважин возможно загрязнение геологического разреза и водных ресурсов углеводородными продуктами.
В-четвертых, может увеличиться проницаемость части геологического разреза, расположенного выше резервуара, с последующим усилением миграционных процессов и выходом газов в атмосферу.
Деформации земной поверхности,
связанные с разработкой месторождений углеводородов
Деформации (просадки) земной поверхности широко распространены при длительной разработке месторождений углеводородов. Для подавляющего большинства месторождений скорости просадок составляют 1 — 2 см/год, а накопленные величины просадок не превышают первых десятков сантиметров. Просадки порядка десятков метров — довольно редкое явление, но с опасными последствиями: сильными деформациями наземных сооружений, сломами обсадных колонн, разрывами трубопроводов, заболачиванием или затоплением опускающихся участков. Все эти последствия влияют на экосистемы — воздушную и водную среду, что может оказать влияние на экологические и социально- экономические условия жизни человека как в реальном масштабе времени, так и в обозримом будущем.
При проведении аналитических расчетов просадок земной поверхности исходят из нескольких предпосылок. В общем уменьшение мощности пластов при снижении пластового давления выражается следующей формулой:
(2.27)
где АН — изменение толщины пласта; АРт = Ро - Р, изменение пластового давления; рсж — коэффициент сжимаемости при одноосной нагрузке, зависящий от состава пород и эффективного напряжения; z — глубина залегания пород.

Зачастую принимается, чтоне зависит от              одина
ково по всему разрезу, порода однородна и деформируется только пласт-коллектор, а мощность вышележащих пород остается неизменной. С учетом этого деформация пласта-коллектора будет равна деформации земной поверхности Ah:
(2.28)
Подставляя в формулу (2.28) значения для хадумской толщи Севецо-Ставропольского газового месторождения
Н= 70 м (эффективная мощность пласта 70 м), авторы получили величину просадки земной поверхности в центральной части месторождения в 23,7 мм при снижении пластового давления АРпл = 1,22 МПа за период 1957—1962 гг. [Терновой, Сергеев, Гни- ловской, 1965].
Фактические данные, полученные в результате специально проводившихся работ по повторному нивелированию на территории этого месторождения, показали, что просадки земной поверхности [Терновой, Сергеев, Гниловской, 1965] имеют значительно большие величины.
Другой подход, позволяющий учитывать, в первом приближении, размеры пласта-коллектора и его геометрию, был рассмотрен ранее в работах одного из авторов [Кузьмин, 1990; 1999]. При этом учитывалось, что гидростатическое сжатие пласта при отборе флюида приводит к опусканию тех участков земной поверхности, которые расположены в зоне отбора флюида. Подобный процесс поддается количественной оценке, если принять продуктивный пласт в виде прямоугольного горизонтально ориентированного включения с аномальной (избыточной) объемной деформацией Aev.
Тогда, как показано выше и в работе [Кузьмин, 1999], связь деформации земной поверхности Ah (просадки, превышения) с деформацией пласта-коллектора на глубине будет описана формулой
(2.29)
где— физический сомножитель, описывающий ин
тенсивность деформационной аномалии; К — объемный модуль упругости пород;— изменение пластового давления; Г —
геометрический сомножитель, описывающий пространственную

конфигурацию деформационной аномалии в зависимости от формы
деле 2°? ЛоУЮШеГ°,аНОлаЛИЮ' анал0™™° представленным в раз- деле 2.2 формулам [см. формулу (2.15) и далее].
Так, для горизонтального пластообразного включения бесконечной длины [Кузьмин, 1999]ючения оеско
-Здесь d w D глубина залегания соответственно кровли и подошвы пласта, в котором происходят изменения пластового давления, а половина ширины (протяженности) пласта. Для оценки максимальной амплитуды просадки в центре отбора (закачки) можно принять * = 0, и тогда выражение поймет вил-              }


улинМ°20П?ГЬ ПЛаСТа 70 М) бЬШа П0ЛуЧ6На ГЖУк°в, Кузьмин! Поло- ™ 142 мм'(р'с.Т™ "Р°СаДКИ “ аеиг^^ месторолсде-
пппАРаСПРеДеЛеНИе рассчитанных по формуле (2.31) просадок по рофилю, пересекающему месторождение, приведено на рис 2 9 Там же показаны данные, полученные при проведении нивелирования на месторождении в 1962 г., и приведен диапазон двойной погрешности измерений.
Указанная ранее в работе [Петренко, Ильченко, Канащук 1983] максимальная просадка до 92,1 см в 1979 г. при разработке месторождения не противоречит нашим расчетам. Она могла на- олюдаться при снижении пластового давления на 7—8 МПа.
Выполненный анализ деформационных последствий длитель-
?ппп °оп°ДНИ^ МеСТОрОЖдений углеводородов [Кузьмин 1999; 000а, 2002, Сидоров, 2000; Сидоров, Кузьмин, Хитров, 2000' Певзнер, Попов, Букринский и др., 2003] показал следующее


Рис. 2.9. Сопоставление измеренных и рассчитанных просадок земной поверхности на Северо-Ставропольском месторождении в 1957—1962 гг.


Первое. Интенсивные техногенные смещения (обширные просадки) земной поверхности на длительно разрабатываемых месторождениях углеводородов (более 1 — 2 м) — менее распространенное явление, но с весьма опасными последствиями. Основные и наиболее опасные формы этих последствий — сильные деформации наземных сооружений, разрыв коммуникаций, слом обсадных колонн эксплуатационных скважин, порывы промысловых трубопроводных систем, заболачивание и затопление опускающихся участков земной поверхности, региональное проявление оползневых процессов. Экологические последствия, как правило, являются необратимыми. Загрязняются геологическая среда и подземные воды, меняется ландшафт за счет разлива больших объемов углеводородных продуктов из нарушенных коммуникаций, происходят значительные выбросы в атмосферу газообразных продуктов из нарушенных наземных сооружений.
Экологические и социально-экономические последствия могут быть как прямыми (загрязнение геологического разреза и подземных водных ресурсов углеводородными составляющими и продуктами бурения), так и косвенными (развитие локальных оползневых процессов, меняющих ландшафт и флюидный режим приповерхно- 90

стных отложении, заболачивание территорий с необратимыми изменениями экосистем, перенос углеводородных компонентов по региональным водоносным горизонтам на большие расстояния).
Интенсивное (более 1 м), обширное проседание земной поверхности территории всего разрабатываемого месторождения возникает, как правило, только при сочетании следующих условий:
значительная площадь разрабатываемого месторождения (100 км и более);
• значительная мощность продуктивных отложений (как правило, более 100 м);
относительно небольшая глубина разрабатываемых интервалов геологического разреза (как правило, до
.ZUUU высокая пористость пород резервуара (25—30 % и более); аномально высокое пластовое давление и его относительно быстрое снижение в процессе освоения месторождений углеводородов.
Обобщение имеющейся информации показало, что для месторождений углеводородов с коллекторами трещиннокавернозного типа обширных просадок земной поверхности как правило, не наблюдается. Интересно, что в отличие от месторождении твердых полезных ископаемых (рудных и нерудных) где основной формой негативных деформационных последствий являются обширные просадки (мульды) земной поверхности на месторождениях жидких УВ основные деформационные процессы — это техногенно-индуцированные СД-процессы в зонах разломов.
Этот факт находит естественное объяснение, если учесть что месторождение жидких УВ — это динамически активная, флюидная система, которую в отличие от месторождений твердых полезных ископаемых намного легче вывести из состояния устойчивого равновесия малыми воздействиями (индуцированием).
Второе. Техногенно-индуцированная активизация разломных зон (СД-процессы) широко распространенное явление. Авторам не удалось обнаружить ни одного месторождения жидких УВ, в пределах которых были проведены мониторинговые измерения деформаций, на которых отсутствовали бы суперинтенсивные деформации (СД) земной поверхности в зонах разломов. Учитывая,

что эти процессы могут достигать весьма высоких скоростей деформаций (5—710 5 в год), то становятся очевидными существенные экологические и социально-экономические последствия их воздействия на объекты нефтегазового комплекса [Кузьмин, 1999; 2000а; 2002].
Вместе с тем следует констатировать, что опыта работ по изучению техногенной и техногенно-индуцированной сейсмичности, а также техногенно-индуцированных суперинтенсивньгх деформаций земной поверхности, как опасных форм последствий разработки месторождений углеводородов, явно недостаточно. До настоящего времени практически нет работ длительного, режимного (мониторингового) характера, от начала до поздней стадии разработки месторождений. Не совсем ясными представляются условия подготовки и реализации техногенной и техногенно-индуцированной сейсмичности.
Кроме того, весьма загадочным фактом является то, что, при прочих равных условиях, разработка одних месторождений сопровождается аномальными сейсмодеформационными процессами, а разработка других месторождений, хотя и расположенных в той же региональной структурно-тектонической зоне, не сопровождается аналогичными процессами.
Представляется, что наиболее адекватная исходная концепция возникновения аномальных сейсмодеформационных процессов, сопровождающих длительную разработку месторождений углеводородов, должна базироваться на двух принципиальных положениях.
Во-первых, она должна учитывать «собственную» динамику резервуара и вмещающей геологической среды, т.е. современные суперинтенсивные деформации в зонах разломов [Кузьмин, 1996; 1999; 2000; Kuzmin, 1998], расположенных в районе месторождения.
Во-вторых, исходная концепция должна учитывать совокупность «внешних» и «внутренних» возмущающих факторов, связанных с большими нагрузками на среду (заполнение водохранилищ, создание крупных инженерных сооружений), с разгрузкой среды (выемка больших объемов грунта), с большими промышленными взрывами, с сильнейшими землетрясениями в удаленных регионах и, наконец, с процессами разработки месторождений углеводородов (отбор флюидов и изменение пластового давления, закачка флюидов для поддержания пластового давления).

92


Извлечение флюида в процессе разработки приводит к нарушению естественно сложившегося в данном районе соотношения между деформационными и сейсмическими процессами, а следовательно, к потере устойчивости системы «месторождение углеводородов дискретная, геодинамически активная среда» Это приведет к параметрическому возбуждению (индуцированию) сейсмоде- формационных процессов в резервуаре и вмещающей среде [Кузьмин 1996; Kuzmin, 1998; Кузьмин, 1999; Жуков, Кузьмин, 2003]
В первую очередь параметрическое индуцирование затрагивает разломиые зоны. В них начинают возникать и развиваться локальные геодинамические процессы. Иначе говоря, возбужденное процессами разработки месторождения региональное поле напряжении начнет совершать работу (расходовать накопленную энергию) путем геодинамической активизации зон разломов. Эта активизация может быть реализована, как было показано выше, либо в форме аномальных асейсмичных подвижек в зонах разломов, либо в форме слабой сейсмической активности.
Оценки показывают, что деформационный процесс в зоне разлома с амплитудой аномалий вертикальных движений 1—5 см (это наиболее типичный уровень движений) и шириной аномалий км энергетически эквивалентен землетрясению 8—10 класса (М 3 ¦ 4 по шкале Рихтера).

В таком случае естественно предположить, что до тех пор, пока будут происходить подвижки по разломам или эквивалентные им по энергии сейсмические события, обширные просадки или сильные землетрясения могут не произойти, так как это энергетически не выгодно.
После того, когда будут реализованы все возможные движения в зонах разломов и исчерпает себя слабая сейсмичность, можно ожидать значительных негативных последствий в виде обширных, интенсивных просадок или сильного землетрясения.
Предлагаемая энергетическая модель развития аномальных сейсмодеформационных процессов на разрабатываемом месторождении углеводородов может быть использована для построения экспертной системы оценок риска возникновения негативных экологических и социально-экономических последствий.
Так, если знать геометрические и геофлюидодинамические параметры исследуемого резервуара, то можно оценить среднеинтегральную потенциальную энергию среды, которая может реализоваться в будущем посредством развития сейсмодеформационных процессов.
При проведении систематического геодинамического мониторинга месторождения углеводородов и смежных районов возможны оценки как выделяемой энергии, так и оставшейся (нереализованной) ее части. В этом случае по уровню оставшейся, нереализованной части энергии возможна оценка вероятности возникновения катастрофических сейсмодеформационных ситуаций с соответствующим прогнозом экологических и социально-экономических последствий.
Для успешной реализации предложенной модели необходима постановка геодинамического мониторинга объектов нефтегазового комплекса.
Геодинамический мониторинг — это система постоянных и/или непрерывных наблюдений, анализа и прогноза современного геодинамического состояния геологической среды, проводимая в рамках заданного регламента в пределах рассматриваемой природно-технической системы.
При этом под природно-технической системой (ПТС) понимается совокупность объектов, созданных природой и человеком и вовлеченных в единый, взаимосвязанный процесс освоения недр (недропользования).

ЛЬН° К объектам нефтегазового комплекса, основные виды ПТС сводятся к разрабатываемым месторождениям УВ и объектам их обустройства (скважины, трубопроводные системы, резервуарный парк и др.), подземным хранилищам сырья и продуктов его переработки, магистральным нефте- газо- и продуктопроводам^т.п.
Основная цель геодинамического мониторинга — это опенка современных аномальных геодинамических (деформационных сейсмических и флюидо-геохимических) процессов природного и техногенного происхождения с последующей оценкой риска (прогнозом) возникновения негативных (катастрофических) последствии длительной эксплуатации объектов нефтегазового комплекса
Рассмотрим исходные принципы создания систем комплексного эколого-геодинамического мониторинга при оценке негативных экологических последствий [Кузьмин, 1999; Грицков, Киселевский
ноЗЬ9ППН9 I ; СиД0р0в’ КУ3ьмин, Хитров, 2000; Кузьмин, Никонов, 2002; Кармалеева, Кузьмин, 2004].
Основные требования к созданию системы геодинамического мониторинга должны состоять в следующем. Комплектование методов, что отвечает различным формам и свойствам процесса подготовки и реализации аномальных сейсмодеформационных и флюидодинамических событий тектонической и техногенной природы, путем сосредоточения их в совмещенные площадные или дискретные сети (системы наблюдений).
Размещение измерительных комплексов с повышенной пространственно-временной детальностью наблюдений в районах с максимальной тензочувствительностью среды (в зонах активных разломов и других динамических неоднородностей среды), в районах сосредоточения техногенной нагрузки различного типа и одновременно удовлетворяющих оптимальным условиям регистрации и метрологического контроля измерений.
Сочетание различных форм организации измерительных систем и, в частности, методов, обладающих различной пространственно-временной детальностью измерений (например, сочетание профильных и обсерваторских геодинамических наблюдений).

Система многофункционального, иерархически построенного геодинамического мониторинга позволит: проводить районирование территорий по степени сейсмо- деформационного риска в целях более безопасного размещения объектов нефтегазового комплекса, осуществлять на регулярной основе долгосрочный и среднесрочный прогноз техногенных и техногенно- индуцированных землетрясений и аномальных природно- техногенных геодинамических явлений (СД-процессов в зонах асейсмичных разломов); выдавать рекомендации по осуществлению превентивных мер с целью уменьшения ущерба от возможных природнотехногенных катастроф и связанных с ними неблагоприятных экологических последствий.
Многокомпонентность объекта мониторинга диктует комплексный подход к организации и составу методов измерительных систем.
В этой связи результаты геодинамического мониторинга целесообразно представить в рамках четырех информационно взаимосвязанных подсистем: деформационной, геофизической, сейсмологической и флюидо-геохимической (рис. 2.10).
При этом деформационная подсистема включает в сеоя информацию о современном напряженно-деформационном состоянии, геофизическая подсистема содержит информацию о вариациях гравитационного, электромагнитного и других геофизических полей

Рис. 2.10. Функциональная схема геодинамического мониторинга



(включая данные геофизических исследований скважин), сейсмологическая подсистема включает информацию о сейсмичности и сейсмическом (сейсмовибрационном) просвечивании разрабатываемого месторождения, флюидо-геохимическая отражает информацию о химическом составе и динамическом состоянии флюидных систем.
Новизна и актуальность подобного представления мониторинговой информации заключается в том, что оно отражает принципиальные свойства получаемой информации, специфические черты мониторингового подхода и позволяет отметить присущие только конкретно взятым информационным подсистемам особенности.
В этой связи на рис. 2.11 рассмотрена принципиальная схема формирования итогового (экспертного) заключения об уровне и степени геодинамической опасности исследуемых объектов.
Исходя из целей и задач проблемы геодинамической безопасности — обеспечение надежного контроля за возникновением и развитием природно-техногенных (сейсмодеформационных, флюидо-динамических) процессов, изучение их пространственно- временной структуры подразумевает построение системы мониторинговых наблюдений в трех масштабах — региональном, зональном и локальном.

Рис. 2.11. Схема формирования экспертной оценки геодинамической опасности



Мониторинг регионального масштаба (региональные сети наблюдений) — это исследование регионального (фонового) сейс- модеформационного и флюидодинамического режима для оценки геодинамической опасности в долгосрочном плане и изучение процессов подготовки крупных сейсмических событий (М gt; 6). Региональный мониторинг необходим для построения адекватной модели геодинамического состояния регионов и прогнозирования возможных региональных изменений этого состояния, что может привести к неблагоприятным последствиям экологического и социально-экономического плана.
Мониторинг зонального масштаба (зональные сети наблюдений) — это исследование сейсмодеформационных и флюидодинамических процессов природно-техногенного генезиса в пределах конкретных сейсмоопасных зон, зон региональных разломов, в зонах возможного возникновения техногенной и техногенно- индуцированной сейсмичности и деформаций.
Основная задача — оценка геодинамической опасности в
среднесрочном масштабе времени.
Локальный мониторинг — это детальное исследование пространственно-временных геодинамических возмущений в наиболее индикаторных, локальных участках региона (активные звенья разломов, очаговые зоны, природно-технические системы).
Локальный мониторинг проводится в целях: оценки вероятности возникновения природнотехногенных катастроф в районах конкретных природнотехнических систем и объектов; выявление аномальных изменений современного геодинамического состояния недр и разработка технических мероприятий по минимизации ущерба здоровью людей и экономического ущерба функционирующих природнотехнических систем.
Наблюдения проводятся на компактных геодинамических группах с повышенной пространственно-временной деятельностью вплоть до непрерывных стационарных (режимных) наблюдений. Локальные сети могут использоваться в качестве охранных и передвижных сетей.
Основная задача — оценка геодинамической опасности в краткосрочном режиме.

Иными словами, предлагаемая концепция позволяет избегать статистических построений мониторинговых сетей. Обычно это касается зональных и локальных систем наблюдений.
Только в таком случае возможно осуществление целенаправленного и оперативного контроля текущей геодинамической ситуации в реальном масштабе времени.
Принципиальная методическая особенность состоит в том, чтобы на зональных и локальных полигонах применялся унифицированный комплекс методов наблюдений для получения сравнимых результатов в пределах всего исследуемого региона.
Необходимым является также обеспечение координации и синхронности наблюдений, учитывая возможность развития короткопериодных вариаций геодинамических параметров, что может привести к экстремальным проявлениям аномальных процессов с социально-экономическими и экологическими последствиями.
Система многофункционального, иерархически построенного геодинамического мониторинга позволит: составлять схемы районов повышенного геодинамического риска в целях более безопасного размещения природнотехнических систем; составлять и в последующем обновлять карты детального сейсмического районирования регионов с повышенной техногенной нагрузкой; осуществлять на регулярной основе долгосрочную и среднесрочную оценку риска возникновения техногенных и техногенно-индуцированных землетрясений и аномальных природно-техногенных геодинамических явлений (СД-процессов в зонах асейсмичных разломов); выдавать рекомендации по осуществлению превентивных мер с целью уменьшения ущерба от возможных природнотехногенных катастроф и связанных с ними неблагоприятных экологических явлений.
Наблюдения на геодинамических полигонах должны проводиться с помощью системы комплексных, автономных пунктов наблюдений на базе приборов и аппаратуры, обеспечивающих высокую эффективность приема и обработки информации с применением компьютерной технологии и средств телеметрии.

Исходя из совокупности вышеуказанных факторов, оптимальным представляется следующий состав (по методам) геодинамиче- ского мониторинга нефтегазовых месторождений и ПХГ. Непрерывные сейсмологические наблюдения с системами телеметрических сейсмических станций для выявления и изучения сейсмической активности месторождения и ближайших окрестностей. Спутниковые геодезические наблюдения с системой GPS — региональный и зональный уровень (охват территории отдельного региона, наблюдения на активных разломах, в вероятных очаговых зонах сильных землетрясений) для оценки фонового и зонального геодинамического состояния среды и оценки геодинамического риска в долгосрочном и среднесрочном плане. Повторное нивелирование по региональным профилям (региональный уровень с охватом территории региона) для сравнительной оценки современной геодинамической активности (вертикальная компонента движений), выделение звеньев региональных разломов с проявлением аномальных сейсмодеформационных процессов и оценки риска в долгосрочном плане. Повторное нивелирование по зональным и локальным профилям (зональный и локальный уровень) для мониторинга современных деформационных процессов в пределах активных участков региональных разломов, в вероятных очаговых зонах землетрясений природного и техногенного генезиса с последующим выделением прогностических признаков возникновения негативных (аварийных) эколого-геодинамических ситуаций в средне- и краткосрочном плане. Повторные, высокоточные гравиметрические наблюдения по региональным профилям (региональный уровень с охватом территории исследуемого региона) для выявления пространственно-временных особенностей вариаций силы тяжести во времени и сравнения с региональным напряженно-деформационным состоянием геологической среды.


Повторные высокоточные гравиметрические наблюдения (зональный и локальный уровень) для выработки возможных прогностических признаков возникновения негативных эколого-геодинамических ситуаций в средне- и краткосрочном плане. Флюидо-геохимические наблюдения в масштабе исследуемого месторождения и/или ПХГ, в районах проявления аномальных сейсмодеформационных процессов тектонической и техногенной природы для оценки вариаций динамического и фазового состояния флюида в резервуаре. Систематическое проведение дистанционных исследований (в том числе ИК-тепловой съемки) для оценки состояния и изменения экосистем, их связей с поверхностными сейсмодеформационными явлениями и прогнозированием возможного негативного воздействия техногенной флюидодинамики в районах размещения особо ответственных и экологически опасных объектов.
Геодинамический мониторинг магистральных трубопроводов может быть осуществлен в трех вариантах.
В рамках первого варианта проводятся повторные геодезические (наземные и/или космические) наблюдения в зонах современных активных разломов.
Второй вариант мониторинга линейной части трубопроводных систем осуществляется путем регистрации напряженно- деформированного состояния участков самой трубы, проложенной в зонах разломов с аномальной деформационной активностью, с последующей оценкой геодинамической составляющей аномального состояния трубопровода, в тех случаях, когда необходимо разделить природную и техногенную причины аномального поведения трубопровода.
В третьем варианте мониторинг проводится с помощью локальных наклономерно-деформографических систем, расположенных в наиболее активных местах геологической среды.
Особым образом обстоит ситуация с проведение геодинамиче- ского мониторинга шельфовых месторождений. В этом случае, наряду с локальной сейсмической сетью (как наземной, так и донной), необходима установка береговых высокочувствительных на- клономерно-деформографических систем для контроля деформационных процессов, индуцированных разработкой месторождения.
В настоящее время существует лишь несколько нефтегазовых месторождений, на которых были поставлены целенаправленные, мониторинговые исследования сейсмодеформационных процессов техногенной и техногенно-индуцированной природы, на основе которых возможны прогнозные оценки геодинамической опасности.
В первую очередь следует отметить фундаментальную программу по геодинамическому мониторингу нефтяного месторождения Тенгиз, которая реализовывалась Министерством нефтяной промышленности СССР в период с 1988 по 1992 гг. и была свернута после распада СССР.
В рамках этой программы на территории месторождения были организованы комплексные геодезические, геофизические, флюидо-геохимические, сейсмологические и т.д. наблюдения, которые гармонично сочетали профильные и стационарные (обсерваторские) виды наблюдений. В результате реализации этой программы, впервые в мировой практике, была заложена полигонная система измерений и проведены исходные (фоновые) измерения еще до начала активной разработки месторождения.
Как показали первые наблюдения, уже на начальной стадии разработки данного месторождения проявились суперинтенсивные деформационные процессы в зонах разломов. На рис. 2.12 показаны результаты трех циклов повторных нивелирований, совмещенных с геолого-геофизическим разрезом верхних слоев земной коры.
Как следует из приведенных данных, в период между двумя повторными наблюдениями (1988—1989 гг.) значимых изменений вертикальных смещений земной поверхности не отмечено. Однако спустя год, в период с 1989 по 1990 гг. происходит резкая дифференциация распределения смещений вдоль профиля. Отчетливо фиксируется ряд аномалий типа у, которые приурочены к зонам разломов, причем одна из них достигает амплитуды около 60 мм и является ярким примером СД-процессов.
Примечательно, что рядом с этой аномалий расположена глубокая (около 5000 м) скважина, при строительстве которой были неоднократно отмечены осложнения различного типа [Кузьмин, Поликарпов, 2002].
Другим примером детальных и комплексных мониторинговых исследований по оценке геодинамического риска эксплуатируемых месторождений УВ являются работы на Ромашкинском нефтяном
102




месторождении, которые проводились НИЦ «Экогеоцентр» (в настоящее время НПЦ «Геодинамика и экология») в рамках договора с компанией «Татнефть».
Были проведены многократные повторные нивелирные, гравиметрические и геохимические наблюдения. Кроме того, при анализе и интерпретации наблюдений использовались материалы локальной сейсмической сети.
Ромашкинское месторождение имеет длительную историю эксплуатации и поэтому мониторинговые наблюдения, проводимые с начала 1990-х годов, не зафиксировали уровень фоновых (не техногенных) процессов.
Вместе с тем, как следует из рис. 2.13, суперинтенсивные деформационные процессы (аномалии типа у) природнотехногенного генезиса имеют место и на этом объекте.
Характерно, что и здесь наиболее контрастные локальные проседания земной поверхности происходят в окрестности куста скважин, что подчеркивает их техногенно-индуцированное происхождение. 
<< | >>
Источник: Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер.. 2012

Еще по теме Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная разработкой месторождений нефти и газа:

  1. Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер., 2012
  2. 91. ПРАВОВОЙ РЕЖИМ ЗЕМЕЛЬ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫХ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДР
  3. § 6. РОССЫПНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
  4. §167. Аномальные случаи владения
  5. § 6. ВОДЫ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
  6. Глава VII. Аномальные виды обязательств
  7. § 13. Права пользования участками недр, континентального шельфа, лесного и водного фондов (п. 1504—1508)
  8. НАРУШЕНИЕ ПРАВИЛ ОХРАНЫ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДР (ст. 255 УК РФ).
  9. 1. ПРОЦЕСС РАЗРАБОТКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И РАЗРАБОТКИ РЕШЕНИЙ
  10. § 5. Экологические преступления в сфере уголовно-правовой охраны земли и ее недр
  11. 2. Образование нашей планеты: «холодная» и «горячая» гипотезы. Гравитационная дифференциация недр. Происхождение атмосферы и гидросферы.
  12. Ю. Н. ПАХОМОВ. Ю. В. ПАВЛЕНКО. ЦИВИЛИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО МИРА Том I ГЛОБАЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАЦИИ СОВРЕМЕННОСТИ, 2006
  13. 3.1. Организация разработки и выполнения УР
  14. 1.3 Формы разработки и реализации УР
  15. 3.5.8. Алгоритм создания (разработки) технологии обучения
  16. Разработка плана и программы аудита
  17. 6 . 2 . Разработка фирменного стиля компании в целях продвижения