книги / Инструкция по созданию наблюдательных станций и производству инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в регионе

- 3 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….......... 4

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….5

2.РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА…………………………………………………………………………….7

3.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ НАБЛЮДЕНИЙ

ИСТРУКТУРНОМУ ПОСТРОЕНИЮ СЕТИ МОНИТОРИНГА……………………… 9

3.1.Структурное построение сети нивелирования………………………………. 9

3.2.Структурное построение сети пунктов, определяемых с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС)………………………………... 11

4.ТРЕБОВАНИЯ К ТИПАМ И КОНСТРУКЦИИ РЕПЕРОВ………………………12

5.МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ………………………………………………………………………... 13

5.1.Методика нивелирования по профильным линиям………………………… 13

5.2.Обработка результатов нивелирования…………………………………….... 14

6. МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ…………………………….. 16

6.1.Планирование и подготовка измерений……………………………………… 16

6.2.Выполнение спутниковых измерений………………………………………… 18

6.3.Обработка результатов спутниковых измерений………………………….. 20

7.ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРИБОРАМ, ИНСТРУМЕНТАМ

ИОРГАНИЗАЦИИ-ИСПОЛНИТЕЛЮ РАБОТ..……………………………………….. 25

8.ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ И ПЕРИОДИЧНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ………………………………………………. 26

9.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ…………………………..……... 27

10.ПЕРЕЧЕНЬ МАТЕРИАЛОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ СДАЧЕ……………………….. 28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..……………..…..………………. 30

ПРИЛОЖЕНИЯ

1.Основные понятия, термины и определения элементов сдвижения горных пород и земной поверхности при разработке месторождений

углеводородного сырья……………………………..…………………………………… 32

2.Конструкции реперов, рекомендуемые к применению

на территории ВКМКС ……....................................................................................... 34

3.План-схема наблюдательной станции………………………………………….. 35

4.Схема наблюдательной станции с основами неотектоники………………… 36

5.Мониторинг горизонтальных смещений пунктов наблюдательной станции……37

6.График вертикальных смещений реперов профильной линии нивелирования……………………………………………………………………………...38

7.Структура типового технического отчета о выполнении и результатах наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности……………………... 39

- 4 -

ВВЕДЕНИЕ

Территория Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС) является весьма перспективной для поисков залежей нефти в подсолевых отложениях. В настоящее время здесь ведутся промышленная эксплуатация Чашкинского, Юрчукского, Уньвинского, Логовского, Сибирского, Шершневского, им. Архангельского, Жилинского, Бельского нефтяных месторождений и пробная эксплуатация месторождений им.Сухарева и Проворовского.

В техногенном плане территория ВКМКС является чрезвычайно нагруженной. Помимо интенсивной добычи калия на данной территории ежегодно добывается свыше 2 млн тонн нефти. Как следствие высокой техногенной нагрузки в последние годы резко возросла геодинамическая активность недр, что проявилось в затоплении двух рудников, массовом обрушении целиков и возникновении провалов земной поверхности, повышении интенсивности сейсмических событий. Дальнейшее комплексное освоение ресурсов Соликамской впадины не представляется возможным без развитой системы геодинамического мониторинга геологической среды. Маркшейдерско-геодезический мониторинг процессов сдвижения земной поверхности является частью общей системы мониторинга и призван оперативно и с высокой степенью точности и надежности фиксировать сдвижения земной поверхности над разрабатываемыми нефтяными месторождениями.

Многолетние инструментальные наблюдения на Чашкинском, Юрчукском и Уньвинском месторождениях в период 1978–2003 гг. зафиксировали оседания, не превышающие первые сантиметры. За более чем двадцатилетний период был накоплен серьезный опыт проведения наблюдений, их обработки и интерпретации результатов. В связи с этим в 2003 г. была выпущена в первой редакции «Инструкция по созданию наблюдательных станций и производству инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в регионе ВКМКС», которая явилась нормативным документом, регламентирующим данный вид работ.

Последние достижения в области спутниковой геодезии, дистанционного зондирования земли, цифровой обработки картографической, геодезической и технической информации позволяют существенно расширить возможности маркшейдерско-геодезических методов контроля развивающихся деформаций. Однако без обобщения имеющегося опыта наблюдений и без создания методических рекомендаций по дальнейшему выполнению инструментальных наблюдений становится затруднительно эффективно использовать современные средства контроля деформаций больших территорий. В связи с этим в рамках настоящей «Инструкции…» обобщен более чем тридцатилетний опыт выполнения наблюдений и представлены современные подходы к мониторингу деформационных процессов.

- 5 -

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. «Инструкция по созданию наблюдательных станций и производству инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в регионе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС)» (далее – Инструкция) разработана с учетом требований Правил промышленной безопасности при освоении месторождений нефти на площадях залегания калийных солей, утвержденных постановлением Госгортехнадзора России от 04.02.2002 г. № 8 и зарегистрированным Минюстом России от 26.02.2002 г. (регистрационный №3272), «Инструкции по производству маркшейдерских работ» (утверждена Постановлением Госгортехнадзора России №73 06.06.2003, г. Москва, 2003 г.), а также опыта работы и действующей до утверждения настоящего документа соответствующей «Инструкции… 2003 г.».

1.2.Требования настоящей Инструкции являются обязательными для организаций, осуществляющих эксплуатацию нефтяных месторождений, проектирование, строительство, ликвидацию и консервацию объектов технологического комплекса на территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Инструкция содержит требования к проектированию и осуществлению инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности при разработке нефтяных месторождений.

При разработке Инструкции широко использовался опыт аналогичных работ на угольных, калийных и рудных месторождениях, опыт выполнения мониторинговых работ, регламентировавшийся ранее действовавшей «Инструкцией… (2003 г.)», а также имеющийся опыт создания маркшейдерскогеодезических полигонов на нефтяных месторождениях территории ВКМКС [1, 4, 5, 10, 13, 16, 17, 18].

1.3.Наблюдения за сдвижением земной поверхности должны выполняться для контроля над опасными геомеханическими и геодинамическими процессами

иявлениями природного и техногенного характера, способными привести к авариям и чрезвычайным ситуациям, и являются составной частью системы геодинамического мониторинга, который, кроме прочего, должен включать геофизические методы исследований [3, 11].

Маркшейдерско-геодезический мониторинг движений земной поверхности на месторождении осуществляется по проекту. Состав проектной документации должен соответствовать пункту 263 «Инструкции по производству маркшейдерских работ» [2].

Изучение сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных и газовых месторождении на территории ВКМКС необходимо для:

– выявления влияния воздействия длительной эксплуатации месторождений на вертикальные и горизонтальные перемещения земной поверхности;

– выявления влияния воздействия длительной эксплуатации месторождений нефти на безопасность эксплуатации ВКМКС;

– геодинамического районирования месторождений и оптимизации систем разработки;

– обеспечения безопасности работников и населения, охраны недр и других объектов окружающей природной среды, зданий и сооружений от вредного влияния разработки;

– составления проектной технологической документации на разработку месторождений;

-6 -

–выбора оптимального местоположения элементов технологического комплекса;

–прогноза масштаба последствий возможных аварийных и чрезвычайных ситуаций, выбора способа их предотвращения и ликвидации;

–совершенствования методики высокоточных измерений, а также количественного изучения вертикальных и горизонтальных смещений земной поверхности и учета их в дальнейшем при построении планово-высотных геодезических сетей в аналогичных условиях.

1.4.Комплексное изучение движения земной коры при нефтедобыче в регионе ВКМКС включает:

– количественную оценку горизонтальной и вертикальной составляющих векторов сдвижений земной поверхности в исследуемых точках путем заложения геодинамических полигонов и проведения высокоточных маркшейдерскогеодезических наблюдений;

– изучение закономерностей изменений гравитационного и магнитного полей при изменении свойств и состояния горного массива;

– изучение геологического строения месторождения;

– изучение гидрогеологического режима и параметров разработки месторождений;

– численно-аналитическое моделирование и экспериментальное изучение напряженно-деформированного состояния коллектора и горного массива;

– изучение характера современных неотектонических процессов.

1.5.В соответствии с пунктом 33 «Правил промышленной безопасности при освоении месторождений нефти на площадях залегания калийных солей» создание системы геодинамического мониторинга, обеспечение их функционирования, финансовое и материальное обеспечение осуществляются предприятием, ведущим разработку месторождения.

1.6.Маркшейдерско-геодезический мониторинг сдвижений земной поверхности осуществляется маркшейдерской службой нефтедобывающего предприятия либо сторонней организацией по договору. Производство данного вида работ осуществляется на основании лицензии на выполнение маркшейдерских работ.

1.7.С утверждением настоящей «Инструкции…» предыдущая «Инструкция.....», разработанная в 2003 г., утрачивает свою силу.

-7 -

2.РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА

2.1.«Проект маркшейдерско-геодезического мониторинга сдвижений земной поверхности на месторождении» состоит из пояснительной записки и графических материалов.

2.2.Пояснительная записка «Проекта маркшейдерско-геодезического

мониторинга сдвижений земной поверхности на месторождении» должна содержать следующие разделы: введение, краткие сведения о районе работ, геологическую и технологическую характеристику объекта, результаты геоморфологических и аэрокосмогеологических исследований, геологическую характеристику калийных и соляных отложений, структурное построение наблюдательной станции, методы и периодичность высокоточных плановых и высотных геодезических измерений; возможность и целесообразность использования метода радарной интерферометрической съемки, сметнофинансовый расчет.

2.2.1.Во введении должны быть раскрыты цель и задачи, которые решаются

спомощью наблюдений на геодинамическом полигоне, актуальность проблемы, связь наблюдений с решением задач разработки, обустройства и дообустройства месторождения, охраны недр и окружающей природной среды, безопасной эксплуатации ВКМКС. Во введении помещается перечень вопросов, который предполагается решить по результатам наблюдений.

2.2.2.В кратких сведениях о районе работ приводится физикогеографический очерк района работ, сведения о гидросети, рельефе, растительности, дорожной сети. В этом разделе следует также приводить сведения о геодезической изученности района и имеющихся топографических картах и планах. Здесь следует поместить информацию об уже имеющихся результатах геодинамических наблюдений прошлых лет и соседних действующих геодинамических полигонах, об организации, проводившей наблюдения.

2.2.3.Краткая геологическая характеристика района работ должна содержать

вышележащей толщи до дневной поверхности в масштабе неотектонической карты. Приводятся характеристика нефтеносных структур и свойства коллекторов продуктивных пластов, сведения об оставшихся запасах, величины начальных пластовых давлений, сведения о падении и перекомпенсации пластовых давлений на момент составления проекта. С особой тщательностью должны быть определены граница водонефтяного контакта по каждому из продуктивных пластов, а также положение забоев действующих и проектных скважин.

2.2.4. Результаты геоморфологических и аэрокосмогеологических исследований должны содержать такие данные, как гидрография, растущие овраги, оси водоразделов, временные водотоки, седловины, явные остаточные высоты, пойменные уровни, аккумулятивные надпойменные уровни, эрозионноденудационные поверхности пологих склонов, разрывные нарушения осадочного чехла, границы мезоблоков, разломы фундамента, внутриблоковые линеаменты

[12,19].

-8 -

2.2.5.Геологическая характеристика калийных и соляных отложений на данном нефтяном месторождении должна содержать следующие сведения: характеристика разреза соляной толщи, условия залегания соляных отложений, промышленные запасы калийной залежи, положение охранных зон.

2.2.6.В раздел «Технологическая характеристика объекта» помещаются сведения о состоянии обустройства и степени разработки месторождения, количестве и назначении действующих скважин, местоположении основных коридоров коммуникаций и промышленных площадок по данным исполнительной съемки. Приводятся сведения о проектном положении кустов скважин и элементов технологических систем из проекта на обустройство месторождения.

2.3.В Проекте должны быть отображены структурное построение сети, оценка точности и установление ее достаточности, а также планируемая методика наблюдений, разработанные согласно рекомендациям раздела данной «Инструкции....». Приводятся конструкции опорного и рабочего реперов, способ их закладки. Описываются методы и периодичность высокоточных плановых и высотных геодезических измерений; возможность и целесообразность использования метода радарной интерферометрической съемки, сметнофинансовый расчет. При наличии на поверхности месторождения особо технически сложных и опасных промышленных объектов отдельным разделом проекта является организация мониторинга таких объектов.

2.4.Графическая часть Проекта должна состоять из плана наблюдательной станции в масштабе, согласованном с Заказчиком, с нанесенными кустами скважин, контурами продуктивных объектов, границами горного отвода и границами лицензионного участка, геологических разрезов по профильным линиям и чертежей конструкции реперов. Вся картографическая информация, сопровождающая Проект, по требованию Заказчика может быть представлена в цифровом виде в соответствии с требованиями Корпоративного стандарта НК «ЛУКОЙЛ» [15]. Созданная в рамках проекта цифровая картографическая основа должна иметь основное назначение – облегчить задачу анализа параметров процесса сдвижения земной поверхности и взаимного расположения существующих и проектных скважин, линейных сооружений и выделенных структур неотектоники, инженерной геологии, геоморфологии, чтобы в последующем объективно оценить правильность проектных решений и возможность возникновения опасных природно-техногенных явлений.

2.5.По желанию Заказчика содержание Проекта передается в электронном виде в формате *.pdf. Подрядная организация, выполняющая проект, передает Заказчику 2 (два) экземпляра Проекта. Организация, выполняющая наблюдения, при проведении измерений и составлении отчета по каждому циклу наблюдений также должна придерживаться рекомендаций данной «Инструкции....» и проекта маркшейдерско-геодезического мониторинга.

2.6.Проект утверждается техническим руководителем предприятия, ведущего разработку данного нефтяного месторождения, и согласовывается Западно-Уральским управлением ростехнадзора. В случае производства наблюдений в пределах горных отводов калийных предприятий необходимо также согласование проекта с техническими руководителями соответствующих предприятий.

-9 -

3.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ НАБЛЮДЕНИЙ И СТРУКТУРНОМУ ПОСТРОЕНИЮ СЕТИ МОНИТОРИНГА

Одной из основных задач геодинамического мониторинга является определение вертикальной и горизонтальной составляющих сдвижений земной поверхности.

Самым точным методом определения вертикальных сдвижений земной поверхности остается метод повторного геометрического нивелирования. Вертикальная составляющая сдвижений земной поверхности наиболее информативна при определении мульды оседаний земной поверхности, в связи с чем данный метод является обязательным при проведении наблюдений за сдвижением земной поверхности.

Многолетний опыт инструментальных наблюдений на Верхнекамских нефтяных месторождениях, а также мировой опыт мониторинга деформационных процессов при разработке месторождений углеводородного сырья показали, что разработка месторождений нефти и газа может привести к возникновению горизонтальных концентрированных деформаций, приуроченных к местам выхода на поверхность контактов блоковых структур и структурным неоднородностям горного массива. Учитывая сложность прогнозирования подобного рода деформаций и их чрезвычайную опасность для промышленных и гражданских объектов, определение горизонтальных сдвижений при разработке месторождений нефти в регионе ВКМКС носит обязательный характер.

Впоследние время все более популярным становится метод спутниковой дифференциальной интерферометрии SAR, который также позволяет выявлять оседания на высоком – миллиметровом уровне точности [20,21].

Вусловиях нефтяных месторождений, территориально совмещенных с ВКМКС, в зимнее и весеннее время года, когда территория находится под снежным покровом, применение радарной интерферометрии крайне затруднительно. В летнее время года на точность полученных вертикальных сдвижений также будет влиять изменение растительного покрова, но в меньшей степени. Таким образом, как отдельный метод мониторинга за сдвижением земной поверхности в условиях нефтяных месторождений ВКМКС радарную дифференциальную интерферометрию применить не представляется возможным. Для выявления точных просадок земной поверхности за годовой период применение метода дифференциальной интерферометрии возможно, но лишь в совокупности с традиционными методами измерений, особенно в нескольких начальных циклах наблюдений. В связи с этим данный метод носит только рекомендательный характер.

3.1. Структурное построение сети нивелирования

3.1.1. Наблюдательная станция должна состоять из двух или трех линий реперов: центральной, проходящей по простиранию месторождения (падения пластового давления), и одной или двух линий, расположенных вкрест простирания (падения пластового давления) залежи. Количество линий вкрест простирания зависит от конфигурации залежи. Допускается строительство на месторождении одной профильной линии реперов, если площадь месторождения не превышает 20 км2, прогнозные максимальные оседания земной поверхности при падении давления в среднем на месторождении на 4 МПа не превышают

- 10 -

50 мм. При наложении зон влияния отработок калийной и нефтяной залежей возможность закладки одной профильной линии исключается.

3.1.2. При выборе мест расположения профильных линий, мест закладки реперов следует руководствоваться следующими принципами:

1)реперы должны располагаться в непосредственной близости от основных промышленных сооружений нефтепромысла, так как основное назначение любой наблюдательной станции – исследование процессов сдвижения в районе сооружений, контроль развивающихся деформаций в подрабатываемых объектах;

2)реперы должны закладываться в благоприятных условиях с позиции инженерной геологии, т.е. следует избегать оползневых участков, крутых склонов, заболоченных участков, участков карстоообразования, участков оврагообразования и т.д. Профильная линия, по возможности, не должна проходить через сложный рельеф;

3)профильные линии должны, по возможности, проходить через максимальные эффективные нефтенасыщенные мощности коллектора и пересекать максимально возможное число структурных особенностей

месторождения, так как геодинамика недр прежде всего определяется смещением по крупным тектоническим нарушениям и линеаментным структурам. Другим условием должно быть прохождение профильных линий через зоны существующего и прогнозного максимального падения пластового давления, т.е. фактически через зону максимальных оседаний.

3.1.3. При определении длин профильных линий реперов следует руководствоваться, прежде всего, накопленными сведениями о граничных углах сдвижения на уже исследованных месторождениях на территории ВКМКС [4,5]. Его минимальное значение определяется расчетами с привлечением специализированных организаций и уменьшается на величину поправки

∆β0=10°. В том случае, если полученное расчетами значение граничного угла сдвижения больше, чем минимальное значение, зафиксированное инструментальными наблюдениями (минимальное значение граничного угла

сдвижения получено на Чашкинском месторождении и равно 65°), то в качестве граничного угла сдвижения следует принять его минимальное из

зафиксированных инструментальными наблюдениями значений – 65°, уменьшенное (согласно рекомендациям нормативных документов [17,18]) на

величину поправки 1β0 = 10°, т.е. 55°. Под определенным с учетом поправки граничным углом, откладываемым от нижней границы ВНК, должны располагаться кусты опорных реперов. По мере накопления результатов наблюдений величина граничного угла сдвижения уточняется.

3.1.4. Куст опорных реперов должен состоять не менее чем из трех опорных реперов, заложенных в вершинах треугольника со сторонами в среднем 50 м. Рекомендуется располагать опорные реперы так, чтобы была возможность измерять превышения между ними с одной станции.

3.1.5. Расстояние между рабочими реперами должно быть примерно одинаковым и составлять в среднем 200–300 м, так как прогнозируемые незначительные величины оседаний и горизонтальных сдвижений, а также большая глубина разработки обусловливают возникновение плавной мульды сдвижений. Репера, располагаемые через 300 м, должны закладываться, по возможности, на возвышенных местах, не подверженных оползневым явлениям. В местах пересечения профильными линиями рек и крупных предполагаемых