Full Text

Введение Южно-Петьегское нефтяное месторождение относится к Кеумскому лицензионному участку, расположенному в пределах Уватского района юга Тюменской области, в 125 км к востоку от пос. Уват. Площадь лицензионного участка составляет 4926 км2. В 2007 г. в рамках программы геолого-разведочных работ пробурена поисковая скважина № 51, в результате испытания которой было открыто месторождение нефти в отложениях пласта БС6-7 нижнемелового отдела усть-балыкской свиты. Основной пласт по запасам нефти на месторождении - БС6 (88 % от общего объема запасов), который вскрыт на глубине 2290-2318 м, с общей толщиной отложений 14 м. Геодинамический полигон на Южно-Петьегском месторождении ООО «РН-Уватнефтегаз» был создан в 2012 г. на основании горно-геологического обоснования и технического проекта, разработанного в 2011 г. ООО «Горные технологии». Выполненные прогнозные оценки оседания земной поверхности составили 100 мм при падении пластового давления на 10 МПа. Предприятием ООО «Тюменский региональный геодезический центр» выполнены работы по закладке полигона, «нулевому», первому, второму и третьему циклам маркшейдерско-геодезических измерений, соответственно с 2012 по 2016 г. В задачу работ входило получение количественных параметров вертикальных и горизонтальных сдвижений земной поверхности в результате отработки углеводородной залежи для обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазового промысла: технологических сооружений дожимной насосной станции (ДНС), центрального пункта сбора (ЦПС), кустовых площадок [1, 2]. Для обеспечения промышленной безопасности рассматриваемого месторождения и выявления условий формирования современных деформационных процессов использовался системный подход. Принципиальная схема геодинамического мониторинга включала всю совокупность базовых видов работ по геодезии (нивелирование, наблюдения по данным глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС-наблюдения)), геофизике (высокоточная гравиметрия), дистанционному зондированию земли (геодинамическое районирование), нефтепромысловой геологии (отбор нефти и жидкости, пластовое давление). Анализ результатов геодинамического мониторинга по этой схеме необходим для определения степени комплексной оценки геодинамического риска c целью принятия управленческих решений по обеспечению эксплуатационной надежности технологических объектов нефтегазового обустройства [3, 4]. Анализ работ по нивелированию II класса Высокоточное нивелирование II класса осуществлялось с целью получения информации о вертикальных деформациях наблюдательных пунктов полигона Южно-Петьегского геодинамического полигона (ГДП). Схема нивелирной сети, состоящая из 4 линий, не изменялась с 2013 по 2016 г. Общая длина линий нивелирования составила 37 км двойного хода для 37 глубинных реперов (гл. рп.), в том числе 4 универсальных реперов (ун. рп.). Анализ результатов камеральной обработки, оценка устойчивости и точности измерений позволяют сделать вывод о том, что нивелирование выполнено со средней квадратической ошибкой измерений 0,8 мм на 1 километр двойного хода [5]. Наибольшая величина понижения за период 2015-2016 гг. составила -249 мм (гл. рп. 24). Из 37 пунктов Южно-Петьегского ГДП, которые вошли в программу геометрического нивелирования 2016 г., на 28 зафиксировано понижение относительных отметок. Положительные изменения высот зарегистрированы на 5 пунктах наблюдения. Максимальное положительное изменение высоты получил репер 16 (+46 мм). За период наблюдений (2014-2016 гг.) из 37 пунктов нивелированием выявлено 27 пунктов с отрицательными значениями вертикальных смещений. Наибольшая величина понижения за рассматриваемый период составила -376 мм (глубинный репер 17). В целом результаты 3-го цикла высокоточных геодезических измерений, полученных геометрическим нивелированием II класса, за период 2014-2016 гг. выявили, что у большего числа пунктов ГДП высоты получили значительные отрицательные изменения. Это свидетельствует о стабильном процессе оседания земной поверхности над подрабатываемой территорией в западной части Южно-Петьегского месторождения (рис. 1). Анализ гравиметрических измерений Гравитационный мониторинг направлен на выявление динамических аномалий во времени сил тяжести Земли на дневной поверхности, которые обусловлены изменениями плотностных характеристик на глубине. Основной целью высокоточной гравиметрии являлось обеспечение геодинамического мониторинга сведениями о локальных изменениях поля силы тяжести неприливного характера, поскольку динамические аномалии обусловлены техногенным воздействием на геологическую среду в процессе разработки месторождения [6]. Инструментальные наблюдения на Южно-Петьегском ГДП выполнены гравиметрической аппаратурой марки СG-5 [7] по методике однократных измерений с центральным (исходным) пунктом в условном уровне без привязки гравиметрических наблюдений к уровню государственной гравиметрической сети. Среднеквадратическая погрешность единичного наблюдения составляет ± 5 мкГал. Общее число пунктов опорной гравиметрической сети - 36 реперов геодинамического полигона. Камеральная обработка гравиметрических материалов осуществлялась в программе VECTOR [8]. Специально для решения задач по изучению геодинамической ситуации на месторождениях и прилегающих территориях гравиметрическим методом в системе VECTOR реализована методика создания микрополигонов обработки из множества точек для последующего расчета горизонтальных градиентов с компьютерной тригонализацией участка съемки. Данный прием позволяет оптимизировать резко неоднородную сеть наблюдений: - увеличить количество триангуляционных элементов для последующего расчета горизонтальных градиентов силы тяжести; - обработать квазиплощадные системы наблюдений (когда схема наблюдений представляет облако точек) с последующим представлением материалов в площадном варианте; - упростить процедуру ввода исходных данных. Подобная процедура расширяет область применения системы VECTOR при обработке произвольных систем наблюдений (когда расстояние от пункта к пункту может отличаться на порядок) и позволяет представить материалы в площадном варианте. В рамках технологии векторной обработки потенциальных полей разработана процедура автоматического расчета и построения динамической аномалии силы тяжести по двум сериям наблюдений на основе вычисления разностей полных векторов горизонтальных градиентов: где δΔgдин - динамическая аномалия силы тяжести (изменение ускорения приращения силы тяжести за промежуток времени Δt); Δg2 - последующее наблюдение в период t2; Δg1 - первое наблюдение в период t1. При таком соотношении положительные динамические аномалии силы тяжести можно рассматривать как увеличение амплитуды гравитационного поля, а отрицательные - как уменьшение. Таким образом, по данным полученных значений силы тяжести были определены аномальные области увеличения значений (уплотнения - оседания территории) в северной и южной частях месторождения и уменьшения (разуплотнения - подъема территории) в центральной части, что свидетельствует о вертикальных перемещениях земной коры в результате эксплуатации месторождения. Это подтверждается при сопоставительном анализе результатов нивелирования и высокоточной гравиметрии на Южно-Петьегском геодинамическом полигоне по двум циклам наблюдений за 2015-2016 гг. и за 2013-2016 гг., см. совмещенные карты-схемы и профиль (рис. 2-3). Анализ результатов спутниковых наблюдений Высокоточные спутниковые геодезические наблюдения на пунктах Южно-Петьегского ГДП произведены с целью получения информации об относительных горизонтальных и вертикальных перемещениях земной поверхности. Программа ГНСС-наблюдений была спланирована таким образом, чтобы обеспечить непосредственные измерения всех пространственных векторов, соединяющих соседние пункты геодинамического полигона для фиксирования относительных смещений участков его земной поверхности. Общая геодезическая сеть спутникового мониторинга Южно-Петьегского ГДП создана в виде системы 36 пунктов, различающихся по программам выполняемых на них наблюдений и по их роли в общей задаче построения сети. Центральным пунктом сети является глубинный репер 35 (рис. 4). Координаты опорных пунктов в системе ITRF-определялись относительно ближайших пунктов мировой геодинамической сети (IGS), а именно «ARTU» (г. Арти около Екатеринбурга), «NRIL» (Норильск) и «NVSK» (Новосибирск), в процессе производства работ первого цикла наблюдений. На опорных пунктах выполнены продолжительные наблюдения с кратковременными перерывами, связанными с сохранением данных на съемных носителях и сменой расстановок опорных пунктов. Эти наблюдения предназначены для повышения точности и однородности определения в этой системе всех остальных пунктов сети [9]. В результате уравнивания спутниковых геодезических измерений средняя квадратическая ошибка определения плановых координат центров Южно-Петьегского ГДП в цикле 2016 г. составила 2,2 мм. Средняя квадратическая ошибка определения геодезических высот пунктов составила 4,6 мм. Максимальные значения горизонтальных сдвижений получили репер 15 (98 мм) и репер 17 (71 мм), расположенные вблизи куста № 1. Значительные сдвижения получили реперы, находящиеся вблизи строящегося водопровода: №№ 21 (33 мм), 22 (46 мм), 23 (31 мм), 24 (58 мм) и 25 (36 мм). Результаты нивелирования и спутниковых наблюдений представлены на карте-схеме вертикальных и горизонтальных сдвижений, где прослеживается наличие максимальных вертикальных и горизонтальных деформаций наблюдательных пунктов геодинамического полигона в западной части месторождения (рис. 5). Анализ природных геолого-тектонических условий Анализ природных геолого-тектонических условий, которые определяют специфику современной геодинамики месторождения, формируют напряженно-деформированное состояние (НДС) массива недр месторождения и по определению зависят от регионального тектонического и гравитационного поля [10, 11]. Тектонофизические основы современной геодинамики свидетельствуют о том, что геодинамические процессы - это сложный комплекс взаимосвязанных деформационных, сейсмических, геохимических и флюидодинамических явлений, возникающих, как правило, в зонах локальных структурных неоднородностей геологической среды (тектонические разломы, природная и техногенная трещиноватость, плотностные неоднородности) [12-14]. В этой связи были продолжены работы по выявлению связи разломных структур по материалам уточненной в 2015 г. сейсморазведки 3D (ООО «Тюменский нефтяной научный центр»), с геодинамическим районированием по определению динамически напряженных зон (ДНЗ), которые отражают элементы дизъюнктивной тектоники на земной поверхности (рис. 6). Обобщение и анализ материалов по изучению геолого-тектонических условий позволили подтвердить ранее сделанные выводы и наметить некоторые уточнения: - структура Южно-Петьегского поднятия имеет разломно-блоковое строение; - зоны разломов контролируют структурный план поднятия, ограничивают блоки с максимальными нефтенасыщенными толщинами, что требует учесть структурные особенности в строении поднятия для оценки возможных обширных просадок на месторождении, а также выявлять опасные деформации, возникающие в зонах разломов; - выделенные тектонические разломы на основе анализа структурных карт по отражающему горизонту Б на глубинах порядка 2700 м имеют преимущественно северо-восточное и северное направление. В восточной части месторождения проекция глубинного разлома проходит вблизи технологических сооружений центральной базы промысла ЦПС, ДНС, что может свидетельствовать о наличии зоны риска по природному геолого-тектоническому фактору. Однако результаты геометрического нивелирования при пересечении профильными линиями проекций тектонических разломов за рассматриваемый период (с 2014 по 2016 г.) не выявили аномального поведения высотных отметок наблюдательных пунктов геодинамического полигона. Анализ инженерно-геологических условий рассматриваемого месторождения свидетельствует о наличии большой площади заболоченности и слабых грунтов (торфа) мощностью до 6 метров в его западной части. Согласно проекту обустройства на этой части территории отсутствуют капитальные здания и сооружения, кроме площадки куста № 1. Существующий технический коридор коммуникаций (автодорога, сборный нефтепровод, трасса воздушной линии), а также кустовая площадка здесь отсыпаны планировочным грунтом мощностью более 3 метров. Поскольку выемки торфа до минерального грунта не было произведено, насыпной слой грунтовой подушки располагается на «плавающей» торфяной основе. Поэтому оседание земной поверхности с максимальным значением -397 мм в пункте наблюдений № 17, который находится в районе кустовой площадки № 1, может являться экзогеодинамическим процессом, связанным с уплотнением насыпного слоя техногенных грунтов на поверхности интенсивного заболачивания в западной части месторождения [15]. Территория площадных объектов нефтегазового обустройства Южно-Петьегского месторождения (с технологическими сооружениями центральной базы промысла) расположена в его восточной части на минеральных грунтах лесного массива, где зафиксированы оседания до -23 мм (репер 34) за период 2014-2016 гг. На этом участке относительные деформации не превышают допустимые и предельные согласно требованию [16]. Техногенное влияние разработки месторождения на современные деформационные процессы Основным пластом по запасам нефти на месторождении является пласт БС6 (88 % от общего объема запасов). При анализе техногенного влияния отработки углеводородной залежи рассмотрены основные геолого-промысловые показатели на 01.01.2016 г., представленные отделом разработки ООО «РН-Уватнефтегаз». По состоянию на 01.01.2016 г. пробурены, а в последующем испытаны 4 разведочные скважины и 17 эксплуатационных. Общее количество скважин - 29 единиц. С начала разработки месторождения добыто 2,8 млн т жидкости, в числе нефти - 1,3 млн т. Анализ пластовых давлений (по картам изобар) свидетельствует о формировании депрессии в центральной части с падением от 23,0 МПа (начальное) до 17,0 МПа (текущее). На схеме накопленных отборов нефти, построенной в изолиниях количественных показателей добычи, в западной части месторождения отмечается зона максимальных значений. При совместном рассмотрении карт-схем пластовых давлений и накопленных отборов можно сделать вывод о том, что уже на начальной стадии промышленной разработки прослеживается техногенное влияние добычи углеводородного сырья на формирование современного процесса оседания в западной части месторождения (рис. 7, 8). Дата (по состоянию на) Средневзвешенное значение Рпл, кг/см2 Начальное пластовое давление, кг/см2 Рнас, кг/см2 зона отбора зона нагнетания зона нефтеносности 01.02.2015 170 219 185 230 74 01.03.2015 171 221 186 01.04.2015 172 221 187 01.05.2015 172 221 187 01.06.2015 171 222 187 01.07.2015 170 217 185 01.08.2015 170 218 185 01.09.2015 166 210 180 01.10.2015 168 218 183 01.11.2015 167 213 182 01.12.2015 166 214 181 01.01.2016 167 216 182 01.02.2016 169 217 184 01.03.2016 169 217 184 Карта-схема изобар по состоянию на 01.02.2016 г. по пласту БС6-7 Сопоставительный анализ результатов нивелирования и гравиметрии за период 2014-2016 гг. (по мульде оседания и динамическим аномалиям сил тяжести) свидетельствует о высокой корреляционной связи зон максимальных оседаний с аномальными зонами плотностных характеристик и подтверждает техногенное участие в формировании мульды оседания (см. рис. 3, б; 5). Анализ и интерпретация результатов маркшейдерско-геодезических измерений на Южно-Петьегском геодинамическом полигоне с учетом данных геолого-промыслового мониторинга необходимы для определения степени техногенного влияния разработки на деформационные процессы, поскольку прослеживается взаимосвязь процесса оседания земной поверхности с динамикой пластовых давлений, отбора жидкости (нефти) по основным показателям разработки, плотностных характеристик по гравиметрии. Выводы 1. Результаты третьего цикла высокоточных геодезических измерений, полученных геометрическим нивелированием II класса, за период 2014-2016 гг. выявили, что из 37 пунктов ГДП высоты в 27 пунктах получили отрицательные значения. Это свидетельствует о стабильном процессе оседания земной поверхности над подрабатываемой территорией Южно-Петьегского месторождения. 2. Анализ результатов нивелирования позволил построить мульду оседания земной поверхности с максимальным значением -397 мм в пункте наблюдений (репер 17), который находится в районе кустовой площадки № 1. Это может быть связано с экзогеодинамическим процессом при уплотнении насыпного слоя техногенных грунтов на поверхности интенсивного заболачивания в западной части месторождения. 3. Территория площадных технологических объектов нефтегазового обустройства месторождения расположена в его восточной части на минеральных грунтах лесного массива, где зафиксированы оседания до -23 мм (репер 34) за период 2014-2016 гг. 4. Векторы горизонтальных сдвижений наблюдательных пунктов, полученные по данным ГНСС-наблюдений за 2014-2016 гг., имеют преимущественную восточную направленность. При этом максимальные значения горизонтальных сдвижений получили реперы 15 (98 мм) и 17 (71 мм), находящиеся вблизи куста № 1. 5. Результаты нивелирования при пересечении профильными линиями проекций тектонических разломов не выявили аномального поведения высотных отметок наблюдательных пунктов геодинамического полигона, поэтому влияние специфики природного геолого-тектонического фактора пока не подтвердилось. 6. Анализ, интерпретация результатов геодезических измерений, природных геолого-тектонических условий и техногенной нагрузки на недра свидетельствуют о том, что формирует выявленные деформации природно-техногенный фактор. При этом следует выделить зону геодинамического риска в районе площадки куста № 1. 7. Полученные результаты геодинамического мониторинга позволяют сделать вывод о том, что прослеживается взаимосвязь процесса оседания земной поверхности с динамикой пластовых давлений, отбора жидкости (нефти) по основным показателям разработки, аномалиям плотностных характеристик по гравиметрии в западной части месторождения. 8. Для более полного анализа характера деформационных процессов необходимо дополнить сеть глубинных реперов в областях наибольших выявленных сдвижений земной поверхности. Улучшить полноту восприятия целостной картины деформаций поможет применение методов дистанционного зондирования (радарной интерферометрии или высокоточной особо крупномасштабной аэрофототриангуляции), которое можно производить несколько раз в год [17-20]. Многократное в течение года производство дистанционного зондирования поможет понять причины деформаций земной поверхности, которые могут быть связаны не только с разработкой углеводородной залежи, но и с экзогеодинамическим процессом промерзания или оттаивания почвы, весенним снеготаянием, а также производством работ по отсыпке и выемке больших масс грунта.

About the authors

Iurii V. Vasilev

Author for correspondence.
Email: radan92@list.ru
56 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation

PhD in Geological and Mineralogical Sciences, senior researcher

References

Statistics

Views

Abstract - 230

PDF (Russian) - 67

PDF (English) - 58

Refbacks

• There are currently no refbacks.