Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Четвертичные отложения и экзогенные процессы как факторы экологического риска на промысловых нефтепроводах Удмуртии

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Четвертичные отложения и экзогенные процессы как факторы экологического риска на промысловых нефтепроводах Удмуртии"

На правах рукописи

Машков Кирилл Александрович

ЧЕТВЕРТИЧНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ И ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ КАК ФАКТОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ УДМУРТИИ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Казань 2007

003057749

Работа выполнена на кафедре природопользования и экологического картографирования географического факультета Удмуртского Государственного Университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

- доктор географических наук профессор Стурман Владимир Ицхакович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор географических наук

профессор Сироткин Вячеслав Владимирович - кандидат биологических наук Полозов Михаил Бp¿ ниславович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Пермский государственной университет

Защита состоится 26 апреля на заседании Диссертационного совета Д.212.081.20 при Казанском государственном университете им. В. И. Ульянова-Ленина по адресу: 420008 г. Казань, ул. Кремлевская, 18, корп. 2, ауд. 1512 в 15:00

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. U.A. Лобачевского Казанского государственного университета им. В.И. Ульянова-Ленина по адресу: г. Казань ул. Кремлевская, 18

Автореферат разослан « 26 » марта 2007

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент

Ю.Г.Хабутдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нефтяная промышленность, играя важнейшую роль в экономике России, в связи с риском аварийных разливов нефти и высокоминерализованных пластовых вод является и одной из наиболее экологически опасных отраслей. Наряду с технологическими путями снижения аварийности, существуют также организационно-планировочные, основывающиеся на учете пространственной неоднородности факторов сохранности нефтепроводов (НП) и других промысловых объектов. Об их значительных потенциальных возможностях свидетельствуют большие различия фактических уровней удельной аварийности в зависимости от геолого-геоморфологических условий эксплуатации сооружений.

Разработка нефтяных месторождений Удмуртской Республики ведется более сорока лет (промышленная - с 1969 года). За это время сформировались техногенные системы промыслов, негативно влияющие на экосистемы региона. Достаточную актуальность приобретают проблемы, связанные с данным видом природопользования. Наиболее серьезной и трудно решаемой может стать проблема нефтяного загрязнения почв. Основными источниками нефти и пластовых вод, попадающих в природную среду, является оборудование промыслов. Загрязнение почв может отмечаться в непосредственной близости от скважин, насосных станций, установок подготовки нефти, резервуарных парков, вдоль промысловых нефтепроводов.

Именно промысловые нефтепроводы (их протяженность только на одном месторождении может составлять сотни километров), как источник нефтяного загрязнения, наиболее опасны - нефтяные пятна при аварийных разливах не локализуются внутри обваловок, которыми защищены территории, где размещается технологическое оборудование; ареалы загрязнения при авариях нефтепроводов намного обширнее.

Один из предпочтительных путей минимизации риска экологического ущерба, наносимого окружающей среде (ОС) при авариях нефтепроводов - их предупреждение на стадии проектирования линии НП. Причем, необходимо учитывать как технические характеристики объекта, так и условия, существующие в среде, вмещающей НГ1. Практически все НП в наших климатических условиях прокладываются под землей. Именно верхняя часть горных пород, выходящих на дневную поверхность играет роль вмещающей толщи для

линии НП. В Удмуртии, как правило, это - отложения четвертичного возраста.

Пристальный интерес исследователей к четвертичюму периоду геологической истории вполне объясним. Выявление закономерностей формирования и состава этих отложений носит, прежде всего, практический смысл. С ними связано значительное количество месторождений полезных ископаемых (в Удмуртии, напри мер, песчано-гравийная смесь, торф).

Четвертичные отложения распрространены очень и ироко. Часто они служат непосредственным «субстратом», основанием для объектов, создаваемых человеком. Формирование полноценного пред ставления об особенностях пород данного периода, их вещественном составе, физических и механических свойствах необходимо для правильного планирования любого строительства, возведения и безаварийной эксплуатации зданий и сооружений, коммуникационных сетей.

Поверхностные отложения (часто - четвертичного возраста) играют роль депонирующей среды для ЗВ различной приро ды. Свойства четвертичного покрова могут оказывать влияние на интенсивность накопления загрязнений в грунтах какой - либо территории, определять возможность и скорость миграции поллютантов

Современные отложения выполняют функцию физического основания ныне существующих как ландшафтов, так и экое 4стем, служат источником вещества в этих системах. Свойства пород, выходящих на земную поверхность, влияют на многие процессы и определяют большое количество характеристик ландшафта - теплообмен, водообмен, процессы рельефообразования и формирования почвенного покрова, а через свойства почв - на биоту.

Уникальность отложений, образовавшихся на протяжении четвертичного периода, заключается и в их высокой инфор мативности о событиях недавнего прошлого планеты, а также в очень широкой распространенности. Проведение аналогий с современными процессами и фациальный анализ четвертичных отложений позволяют сделать выводы о протекании природных процессов в антропогене - в первую очередь составить представление об особенностях рельефообразования и изменениях климата. Привлечение различных научных дисциплин -палеонтологии, палеоботаники, палеоантропологии и палеогеографии делает возможным реконструкцию обликов былых ландшафтовт

Цель работы - оценка характеристик четвертичных отложений и геоморфологического строения, включая экзогенные процессы, территории для выявления их роли как фактора экологического риска

аварийности трубопроводов и других объектов добычи и транспортировки нефти на территориях нефтяных промыслов Удмуртской Республики.

Задачи, решаемые для достижения этой цели, состоят в следующем:

1. Наиболее полная систематизация сведений о покрове четвертичных отложений и экзогенных геологических процессов (ЭГП) на территории Удмуртской Республики - особенностях литологии, распространенности различных их типов, датировке отложений.

2. Анализ закономерностей пространственного распределения аварий существующих линий НП в зависимости от морфометрических характеристик рельефа; ориентировка трубопроводов на склоне.

3. Анализ влияния на аварийность НП четвертичных отложений различного генезиса, их инженерно - геологических характеристик, ЭГП.

4. Анализ уровня аварийности нефтепроводов, проложенных на территориях распространения различных стратиграфо-генетических комплексов, в зависимости от длительности их эксплуатации.

5. Разработка практических рекомендаций по прокладке нефтепроводов на месторождениях нефти в Удмуртской республике (при освоении новых и реконструкции старых месторождений) с учетом геолого-геоморфологических условий для снижения числа аварий, наносящих значительный ущерб ОС.

Источниками информации при написании работы послужили: материалы геологических фондов;

результаты инженерно-геологических изысканий, проведенных на месторождениях нефти (в том числе и с участием автора);

многочисленные публикации, в которых затрагивается данная тематика;

нормативная документация и указания к выполнению соответствующих видов работ;

результаты многочисленных полевых наблюдений и исследований на нефтяных месторождениях Удмуртской Республики: Чутырском, ЮжноНикольском, Дебесском, Пибаньшурском, Шадбеговском, Пызепском, Центральном, Патраковском, Михайловском, Юськинском, Тукмачевском, Черновском, Сосновском, Быгинском, Арланском, Алексеевском. Данные месторождения рассредоточены практически во всех частях Удмуртии

(рис. 1) и способны выполнить функиию ключевых участков при характеристике особенност распространенности генетических гипов отложений.

результаты эколого-геоморфологических выполненных в 2000 и 2001 г. н Чутырского, Южно-Киенгопского, Нязь Сундурского, Никольского, Шадбеговского, Пызепского, Дебесского, Михайловского нефтяных месторожх выполнены в том числе и автором); эколого - геоморфологические карты, составленные по итогам съемок;

информация ремонтных служб неф}едобываюицих предприятий о местах и датах порывов.

Научная новизна работы. Выполнен ан&лиз геолого-геоморфологичеких условий территории Удмуртской Республики как

;и залегания и четвертичных

исследований, территориях

,ений (съемки

фактора экологического нефтепроводных систем, диссертационной работы, подтвержденные различия

риска аварииности промысловых Исследования, выполненные в рамках позволили: 1) выявить статистически инженерно-геологических характеристик отложений различного генезиса; 2) выявить пространственные закономерности распределения аварий промысловых нефтепроводных систем в зависимости от различных факторов.

Практическая значимость работы. Анализ пробтранстпенного распределения аварий промысловых нефтепроводов в зависимости от инженерно-геологических свойств грунтов и характеристик рельефа на крупных месторождениях (Чутырско-Киенгопском, Нязъ-Сундурском) выявил определенные закономерности в расположении участков линий НП с повышенной аварийностью. Учет этих закономерностей необходим при проектировании, строительстве и реконструкции нефтепроводов и систем поддержания пластового давления.

Основные защищаемые положения. На аварийность промысловых трубопроводов статистически достоверно влияет характер вмещающих их отложений, характеристики почвенного покрова, морфологические и морфометрические особенности соответствующих форм и элементов рельефа, расположение трубопроводов по отношению к ним.

Пониженной (в два раза ниже среднего) аварийностью отличаются участки нефтепроводов, проложенные на территориях, где

развиты элювиально - делювиальные отложения. Напротив, повышенной в 2 - 2,5 раза аварийностью отличаются линии, проходящие по делювиальным, делювиально - солифлюкционным склонам и овражно-балочным комплексам. Повышенная (в 1,4 - 1,5 раза) аварийность отмечается и в пределах современных пойм и I надпойменных террас. Максимальное число порывов приурочено к склонам и аллювиальным поверхностям, т. е. к местам наиболее интенсивной деятельности (ЭГП).

Установлено, что наибольшей коррозионной активностью обладают техногенные грунты, биогенные отложения болот и старичной фации аллювия, повышенной - элювиальные глины, делювиальные и делювиально-солифлюкционные суглинки. Пониженная коррозионная активность характерна для песчаных покровов эолового генезиса.

К наиболее благоприятным для сохранности трубопроводов можно отнести дерново - карбонатные и дерново - слабоподзолистые почвы, к аварийно опасным - овражно - балочные дерновые, дерново -сильноподзолистые и серые лесные оподзоленные почвы.

Максимальное количество порывов приурочено к склонам крутизной 2 - 4° (экстремумы обеих кривых отмечаются в этом диапазоне значений), на субгоризонтальиых поверхностях аварийность ниже ( до 2х раз ). С увеличением уклона до 11° этот показатель медленно снижается, на самых крутых склонах - снижается резко в 2 - 2,5 раза, причем эта тенденция сохраняется вне зависимости от генезиса склона.

Повышенной аварийностью отличаются линии, пересекающие склоны параллельно или перпендикулярно линии их падения.

Выявленные закономерности могут быть использованы для предварительной оценки условий сохранности проектируемых и реконструируемых трубопроводов в зависимости от вариантов их размещения.

Апробация работы. Результаты исследований использованы для разработки регламента по снижению аварийности трубопроводов от внешних воздействий, связанных с характером четвертичных отложений, почв и ЭГП на месторождениях нефти ОАО «Удмуртнефть». Кроме того, они докладывались и опубликованы в журнале «Нефтегазовое дело», в сборниках материалов конференций регионального и федерального уровней. Основные положения диссертации опубликованы в виде статей и тезисов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Текста - 148 страниц, рисунков - 23, таблиц -37; список литературы - 163 названия (в том числе фондовой - 56)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

кие изыскания, месторождений нефти м и Вятской

Основой для создания работы стали геоэкологичес выполненные на территории крупнейших Удмуртии - Чутырско-Киенгопском, Нязь-Сундурско площади - в рамках разработки регламента по снижению аварийности промысловых трубопроводов ОАО «Удмуртнефгь».

Проведен анализ пространственного распределения точек аварий промысловых трубопроводов с учетом распространения различных стратиграфо-генетических комплексов, морфометрических характеристик рельефа и свойств почвенного покрова.

Все искусственные объекты, создаваемые теловеком на поверхности (или вблизи поверхности) Земли, так или иначе, опираются на какой-либо субстрат, основание, которым служат горные породы различного вещественного состава и происхождения.

Грунты определяются как «...все рыхлые горные породы коры выветривания каменной оболочки Земли (литосферы) несвязные или связные, прочность связей которых во много раз меньше прочности самих минеральных частиц. Характерной особенность!:") грунтов как природных тел является их дисперсность, раздробленность...» (Цитович, 1968).

Все генетические типы отложений, формир

звавшихся на

современной территории Удмуртии в антропогеновый период, обладают

свойствами дисперсности. Следовательно, эти рассматриваться как грунты. Инженерно-геологичес отложений при этом будут равнозначны свойст

Четвертичные отложения распространены практически на всей

территории Удмуртии, значит, в большинстве случаев они субстратом для различных зданий и сооружений.

эксплуатация технических объектов во многом зависит от свойств геологической среды территории - инженерно-геологических, гидрогеологических, геохимических и др. Эти свойства можно разделить

на две большие группы: субстрата) и свойства протекающих в субстрате).

свойства грунтов геодинамических

территории процесс

В Главе 1 систематизирована информация о отложениях, распространенных на территории Удмуртскс

"олши могут кие свойства вам грунтов.

будут служить Создание и

эв

(свойства (явлений,

четвертичных й Республики.

По данным геологических фондов составлен краткий, обзор работ

изучения четвертичных отложений, геоморфологических и инженерно-геологических условий территории Удмуртии. Дан анализ изменений природных условий региона на протяжении четвертичного периода.

По материалам собственных исследований на нефтяных месторождениях и фондовым неопубликованным данным составлены описания отложений различных генетических типов.

В Главе 2 свойства четвертичных отложений и ЭГП рассматриваются как составляющая геоэкологических условий региона При создании какого-либо искусственного объекта на поверхности земли возникает система «геологического среда - объект». Элементы ее начинают влиять друг на друга в ходе различных физических (энерго- и массообмен) и химических (миграции химических элементов, коррозия, выбросы ЗВ) процессов. Особенности взаимовлияния будут определяться свойствами объекта и геологической среды. Основные характеристики грунтов определяются вещественным и гранулометрическим составом. Данные характеристики достаточно постоянны для каждого типа четвертичных отложений. Объясняется это тем, что образование этих отложений происходило в одинаковых обстановках осадконакопления. В пределах такого небольшого региона как Удмуртия условия образования отложений одного стратиграфо-генетического типа новейших отложений можно считать равнозначными.

Сформирована и проанализирована база данных, содержащая 522 описания образцов отложений различного генезиса, для которых определялись классификационные показатели и физико-механические свойства. Исследования образцов производились в лабораториях фунтов изыскательских предприятий и организаций в рамках изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий участков проектируемого строительства, определения механических свойств грунтов и их несущей способности, а также определения глубины залегания и коррозионной активности грунтовых вод.

Составлены выборки значений по основным показателям, определяющим стабильность линии НП в грунте (см. выше) - плотности, влажности, углу внутреннего трения и сцеплению. Выборки по генетическим типам имеют следующий объем: элювиально-делювиальные отложения - 173 значения, делювиально-солифлюкционные - 119 значений, аллювиальные - 124 значения.

Размещение районов полевых исследований

/ 'V' Вятоая ллоивд!

, ^ , I '-■ >' Арл»мс«5гс млеч

о ' I ЛЛ- ( /Г"' 5г У

( - - „ /Г -У <

| ^ / ^ ^ ^ Пограничное

Определены средние значения каждого показателя для основных генетических типов {водоразделы - склоны - днища долин) отложений отдельно.

Таблица 1

Выборка значений по основным показателям, определяющих _ стабильность НП в грунте__

Показатель, сред- Плотность, Влажность, Угол внутр. Сцепление,

нее значение г/см3 д.ед. трения, град. МПа

ес!С? 1,99 0,24 24,25 0,039

с^О 1,95 0,25 18,63 0,016

а<} 1,83 0,43 16 0,015

Выборки по наиболее надежным данным проанализированы по критерию однородности %2. Попарно сравнивались типы четвертичных отложений, образование которых протекает в принципиально разных обстановках осадконакопления - элювиально-делювиальные, делювиально-солифлкжционные и аллювиальные. Сравнение производилось по двум основным показателям - сцеплению и углу внутреннего трения.

Искомая величина имеет распределение типа х2 с некоторым числом степеней свободы п, равным числу показателей ш и уровнем доверия р. Полученное значение х сравнивается со стандартным значением %2 (п,р).

Неоднородность типов по анализируемым показателям подтверждается в случае х > х2 (п,р), если это условие не выполняется, то типы можно считать однородными и разграничивать их как отдельные зоны с априорно определенными условиями нельзя.

При сравнении элювиально-делювиальных и делювиально-солифлюкционных отложений получено значение х, равное 17,11; при сравнении делювиально-солифлюкционных и аллювиальных отложений х принимает значение 53,34. Стандартная величина х2 (П'Р) ПРИ вышеозначенных условиях равна 13,80. Следовательно, высказанное выше предположение о неоднородности различных типов отложений с точки зрения их механических и прочностных свойств можно считать верным.

В Главе 3 анализируются геолого-геоморфологические условия территорий месторождений как фактор экологического риска промысловых нефтепроводов.

На данный момент существует множество публикаций, посвященных анализу причин возникновения аварий на трубопроводном транспорте и методам снижения аварийности трубопроводов.

Практически все исследования в данном направлении расе проблему с технологической точки зрения - изучаютс разрушения материала труб под действием коррозии движения водо-нефтяной эмульсии в трубах и т.п. (Нап Алсынбаева Ф.Л. по Арланскому месторождению, Бород технологии строительства трубопроводов, Глазова Н.П. -коррозии, Султангалеева Р.Я. - транспортировка обводненной нефти и многие другие)

Основные причины аварий можно разделить на антропогенные и природные. К антропогенным причинам дефекты труб, ошибки при монтаже линии, нарушения пр траншеи НП, повреждения при земляных работах и т.п подобных причин достигается путем соблюдении те: дисциплины и проведения соответствующих контрольных К природным причинам относятся коррозия разлк механическое воздействие грунтов. Интенсивность данн (почвенной и электрокоррозии, различных видов ЭГП) многими факторами. Важнейшие из них - температура грунта, гидравлический режим течения воды и водонефтяи трубах - так или иначе зависят от морфометрических и морфологических характеристик рельефа: крутизны и экспозиции склонов, степени выраженности бровок и тыловых швов, глубины расчленен Определение показателей удельной аварийно нефтепроводов(единица измерения 1 порыв на I км в год) производилось на основе полевых исследований и картографических дг.нных - карт распространенности различных стратиграфо-генетических комплексов, почвенных и геоморфологических карт промыслов масштаба 1:25000 с вынесенными трубопроводными линиями (трубы стальные, диаметром, преимущественно, 114 мм) и точками порывов трубопроводов. Исследовались месторождения расположенные в центральной части Удмуртии - Киенгопском, Чутырском, Чутырско-Киенго^ском, Нязь -Сундурском. Данные промыслы являются круппейшими ¡в республике, разрабатываются в течение длительного времени (десятки лет) и обладают сложившимися, развитыми сетями коммуникаций.

На картах распространенности различных стратиграфо-генетических комплексов определено пространственное распределение точек порывов в зависимости от их положения на поверхностях, однородных с точки зрения их генезиса. Карты сс ставлены по результатам собственных полевых исследований и инженерно-геологических изысканий. Полевые работы велись в соответствие с

матривают эту 1 особенности особенности эимер, работы авкина П.П. -посвященные

две группы -ложно отнести эфиля и плана исключение снологической лероприятий. чных видов и ых процессов определяется и влажность ой эмульсии в

ля рельефа. ;ти сборных

общепринятыми методиками полевых исследований; классификация отложений проводилась на основе результатов предшествующих региональных геологических съемок масштаба 1 : 200 ООО, материалов инженерно-геологических изысканий, и в соответствии с современными представлениями о стратиграфии региона. Результаты полевого картографирования отложений, выходящих на поверхность, отражены на эколого-геоморфологической картах месторождений. К сожалению, на предприятиях нефтедобычи в Удмуртии практически не проводятся работы по выполнению исполнительных съемок коммуникаций - линии нефтепроводов вынесены на топографическую основу по рабочим материалам. Используя описания мест порывов (из материалов, предоставленных предприятиями) удалось нанести на карты и определить отношение к стратиграфо-генетическим комплексам и элементам рельефа 80% случаев аварий.

Одной из главных причин аварий нефтепроводов (по журналам учета аварий и опубликованным работам) становится наружная коррозия труб (например, в отдельные годы - до 96% случаев порывов некоторых нефтепроводов на Вятской площади). Интенсивность этого процесса определяется рН среды, концентрацией хлоридов и сульфатов, влажностью почв.

На территории месторождений господствуют тяжелые по механическому составу разности почв. Они отличаются концентрацией глинистых частиц в иллювиальном горизонте В, что ведет к образованию маломощных локальных водоупоров и застоем вод вблизи поверхности. Это сочетается с характерной для дерново-подзолистых почв кислой реакцией, что должно создавать благоприятные условия для усиленного развития коррозионных процессов. Коррозионная активность почв зависит от содержания гуминовых веществ и оценивается при их содержании до 0,5% как низкая; при 0,5-1,0% - средняя; при 1,0-1,5% -повышенная; при 1,5-2,0% - высокая; более 2,0% - очень высокая. По данной классификации практически все почвы обладают высокой и очень высокой коррозионной активностью.Средние значения удельной аварийности нефтепроводов в пределах контуров распространения почвенных типов на Чутырском и Сундурско-Нязинском месторождениях составляют:

дерново-сильноподзолистые - 0,59 случая на км в год; дерново-среднеподзолистые - 0,57 случая на км в год; дерново-слабоподзолистые - 0,04 случая на км в год; светло-серые лесные сильнооподзоленные - 0,15 случая на км в год;

- дерново-карбонатные выщелоченные - 0,14 случая на км в год;

- пойменные дерновые оподзоленные и болотные иловато-глеевые - 2,02 случая на км в год.

Уровни удельной аварийности в пределах контуров распространения почвенных типов различаются более чем на порядок. Наиболее неблагоприятной разностью закономерно оказали :ь пойменные болотные иловато-глеевые, отличающиеся высокой влажностью в сочетании с сильнокислой реакцией. Степень отличия этсн разности от остальных (в 4-20 раз) такова, что ее целесообразно принимать во внимание при районировании территорий месторождение по степени благоприятности для сохранности трубопроводов.

Для Вятской площади Арланского месторождения выявлены подобные закономерности. Средние значения удельной аварийности в пределах контуров распространения почвенных типов составляют:

■ дерново-слабоподзолистые

■ дерново-среднеподзолистые

• дерново-сильноподзолистые

■ светло серые лесные оподзоленные

■ серые лесные оподзоленные

• дерново-карбонатные

■ овражно-балочные дерновые

■ пойменные дерново- слоистые

0,84 на км/год 0,79 на км/год 0,68 на км/год 1,17 на км/год 1,3 на км/год 0,76 на км/год 1,28 на км/год 0,34 на км/год

Уровни удельной аварийности в пределах контуров рас пространения почвенных типов различаются более чем в 3 раза. Таким образом, отмечается обратная зависимость между удельной аварийностью и величиной рН. Между содержанием гумуса и содержанием обменного калия отмечается прямая зависимость. Основным почвенным фактором, непосредственно воздействующим на интенсивность коррозии, является величина рН. Остальные характеристики могут рассматриваться как производные, зависящие от тех же факторов почвообразования (состав почвообразующих пород, климат, рельеф, растительность, современное использование), что и кислотно — щелочные условия.

При этом на количественных характеристиках тесноты связи сказалось упрощение контуров на почвенной карте л осреднение показателей по площади. Поэтому можно предполагать, что уровень влияния почвенных условий несколько выше, чем этэ следует из полученных коэффициентов корреляции.

Проанализировано пространственное распределение точек порывов в зависимости от их положения на поверхностях, однородных с точки зрения их генезиса.

Таблица 2.

Среднегодовые показатели аварийности по стратиграфо-генетическим и геоморфологическим комплексам (без участков аномально высокой аварийности) на Чутырском и Сундурско-Нязинском месторождениях.

Показатели Стратиграфо-генетические и геоморфологические комплексы

есКЗИЛУ, втч в пределах (18011-II ¿0111-IV ра 01У аОШ а01 V

поверхн выравнивания остан- 1ЮВЫХ холмов эроз -денуд склонов

Всего порывов 16 0 56 51 32 21 17 20

Протяженность закартированных трубопроводов, км 27,0 4,15 101,525 47,8 34,2 18,9 6,9 17.0

Удельная аварийность (на 1 км/год) 0,11 0 0,11 0,19 0.17 0.20 0.45 0.21

Пониженной (в два раза ниже среднего) аварийностью отличаются линии, проложенные на территориях, где распространены элювиально - делювиальные отложения. Напротив, повышенной в 2 -2,5 раза аварийностью отличаются линии, проходящие по делювиальным, делювиально - солифлюкционным склонам и овражно-балочным комплексам. Повышенная (в 1,4 - 1,5 раза) аварийность отмечается и в пределах современных пойм и I надпойменных террас.

Максимальное число порывов приурочено к склонам и аллювиальным поверхностям, то есть к местам наиболее интенсивной деятельности ЭГП. На площадях междуречных пространств наблюдается подобная же закономерность.

Таблица 3.

Аварийность линий нефтепроводов, пересекающих водоразделы на Чутырском и Сундурско-Нязинском месторождениях.

Останцы Фрагменты поверх- Эрозионно-денуд

(«пуги») ности выравнивания склоны

Км 4,6 27 105,25

Шт 0 21 159

П/км/год 0 0,14 0,27

Для более объективной оценки степени влияния ЭГП на трубопроводные системы был проведен анализ распределения порывов в зависимости от крутизны и экспозиции склонов (с учетом и независимо от генезиса) и ориентировки трубопроводов относительно линии падения склона (ЛГ1С). Проанализировано распределение аварии по склонам различных экспозиций:

Таблица 4.

Экспозиции С СВ В ЮВ ю ЮЗ 3 сз

Чутырское и Сундурско-Нязинское месторо) адения

%% аварий 13,2 29,2 21,6 | 9,4 5,0 2,5 5, 7 13,4

Чутырско-Киенгопское месторожлени

%% аварий 10,06 15,35 9,96 24,03 9,92 6,64 4, 04 6,44

Резкое повышена аварийность на склонах северных и восточных экспозиций - более влажных и затененных. Основными причинами могут быть интенсивная почвенная коррозия в более влажных грунтах и

также за счет >Киенгопском порывов по

высокие скорости криогенного и гидрогенного крипа, повышенного увлажнения. При исследованиях на Южн месторождении [61] определено общее распределение

сезонам (без пространственной привязки).

относительно устойчивая тенденция повышения (примерно на 25%) частоты порывов нефтепроводов весной и осенью, что может объясняться воздействием напряжений фунтов, возникающих при их сезонном промерзании (величина закладки труб невелика)

Г рослеживается

Распределение показателей аварийности по склонам разлк

Измерител ь 0-2" 2-4" 4-6" 6-11" 11-22°

есК?И-IV П/км/год 0.40 0.04 0.33

Таблица 5. чной крутизны

сКЗИ-1У П/км/год - 2,04 0,35 0.39 0,19

III П/км/год 0,12 0.71 0.58

Общая П/км/гол 0.38 0.41 0.37 0.34 0,19

Как видно из таблицы 5, показатели аварийности практически равнозначны при уклонах 0 - 11, а при крутизне 11 - 22 даже снижаются в 2,15 раза (хотя ожидалось значительное увеличение показателей аварийности, эти данные согласуются с результатами работы, выполненной ранее, на примере Чутырско - Киенгопского месторождения.

Максимальное количество порывов приурочено к склонам крутизной 2 - 4°, на субгоризонтапьных поверхностях аварийность ниже ( до 2-х раз ). С увеличением уклона до 11 этот показатель медленно снижается, на самых крутых склонах - снижается резко в 2 - 2,5 раза, причем эта тенденция сохраняется вне зависимости от генезиса склона. Такое распределение аварий может объясняться тем, что склоны крутизной 2 — 11° должны отличаться максимальной влажностью грунтов и наиболее интенсивным массовым движением грунта. При увеличении крутизны улучшается дренаж склона, уменьшается увлажненность грунтов, а значит и скорость почвенной коррозии.

Величина напряжений, возникающих при механическом воздействии грунтов на трубы определяется и ориентировкой их на склоне. Выделено шесть градаций положения трубопровода на склоне относительно (угол, образуемый трубой и линией падения склона).

Таблица 6.

Усредненные величины аварийности при различной ориентировке линии нефтепровода относительно линии падения склона (ЛПС) на Чутырском и Нязь-Сундурском месторождениях.

Угол 0- 15 0 15-30° | 30-45° | 45-60° | 60-75° | 75 - 90 0

Шт Чутырское и Нязь-Сундурское месторождения

П/км/г 0,74 0,11 | 0,17 | 0,55 | 0.05 | 0,24

Чугырско-Киенгопское месторождение

П/км/г |.оо ! 0.56 | 1,11 | 0.52 | 0.62 | 2,05

Минимальное число аварий происходит при пересечении ЛПС трубопроводом под углом 15 - 45. Для Чутырского месторождения максимальная аварийность отмечается на участках линий, проложенных параллельно ЛПС (0 - 15°), превышение относительно меньших значений составляет 3 - 6,5 раза. Данные по Чутырско-Киенгопскому месторождению указывают на увеличение аварийности в 3 - 4 раза на линиях, проходящих перпендикулярно ЛПС Эта информация (аналогично зависимости показателей аварийности от крутизны склонов) так же может служить подтверждением возникновения напряжений в материале труб [2] и их порывов при массовом смещении иниз по склону грунтов, вмещающих трубопровод. Развитие деформаций и трещин в металле наиболее интенсивно протекает при действии значительных напряжений растяжения - сжатия, в сочетании с коррозией. При совпадении направлений возникают напряжения из-за керавномерных растяжений верха и низа трубы на склоне. Следует обметить, что в исследованиях по механике грунтов в трубопроводном строительстве (работы Бородавкина П. П.) классификация экзогенных геологических процессов не рассматриваются.

Данные, представленные выше, отражают у сред не Иные удельные показатели аварийности трубопроводных линий, находящихся в разных условиях. В реальности пространственное распределение порывов на исследованных месторождениях отличается крайней неравномерностью На промыслах явно выделяются зоны аномально высокой аварийности (более 5 п/км/год).

Они приурочены, как правило, к отрезкам трубопроводов длиной 0,1 - 0,6 км расположенных в непосредственной близости от скважин, ГЗУ, насосных станций. Схожие данные получены исследователями (работы Алсынбаева Ф.Л.) на месторождениях Башкирии. Можно предположить, что столь высокая аварийность здес> обусловлена следующими причинами: либо влиянием работающего промыслового оборудования, либо более активным протеканием ЭГП на. этих участках, либо электрокоррозией, обусловленной блуждающими токами. В техногенных грунтах оседание под воздействием динамических и статических нагрузок может достигать 2 - 3 см в год (что в 4 - 6 раз превышает скорость естественных движений). Важное значение здесь имеет и фактор вибрации (источник - транспорт, двигатели насосов), которая активизирует процессы движения грунта, особен ^о в глинистых и увлажненных породах. Окончательное выяснение причин

возникновения аномальных зон в настоящее время невозможно из-за нехватки фактического материала.

Снижение надежности функционирования технических систем происходит по мере их износа с увеличением сроков эксплуатации. С целью возможного учета этого фактора при сборе сведений об аварийности трубопроводов Чутырского и Сундырско-Нязинского месторождений по каждому случаю порыва, по возможности, определялось время ввода в эксплуатацию соответствующей коммуникации. Общее число порывов распределилось по годам эксплуатации трубопроводов следующим образом (таблица 7).

Таблица 7.

Распределение порывов по годам эксплуатации трубопроводов

Срок экспл До 2 лет 3-4 гола 5-6 лет 7-8 лет 9-10 лет 11-12 лет 1314 лет 15-16 лет 17-18 лет 19-20 121-22 лет года 23 и более

По всем нефтепроводам

Число порывов 80 52 45 31 32 66 6 7 49 93 111 77

То же в %% 12,3 8,0 6,9 4.8 4,9 102 0,9 1.1 7.6 14,3 17,1 11.9

При исключении аномальных участков

Число порывов 18 26 23 24 13 7 1 13 35 28 25

То же в %% 8,5 12.2 10.8 ¡1.3 6,1 3.3 0,5 6.1 16.4 13,1 ! 1,7

Тем не менее, на числах случаев порывов по годам эксплуатации отражается не только скорость коррозии всех видов и деформационных процессов, но и «возрастная» структура трубопроводной сети. Существует обратная зависимость между сроками эксплуатации в интервале до 10 лет и аварийностью, которая отражает рост масштабов работ по замене старых трубопроводов. В то же время, сравнительно небольшое распространение порывов на 13-16 годах эксплуатации отражает не снижение аварийности на этой стадии, а малые объемы работ по строительству и замене коммуникаций в 80-х гг. и, соответственно, незначительность распространения трубопроводов с таким сроком эксплуатации. Наконец, вполне очевидно, что снижение аварийности трубопроводов с предельными сроками эксплуатации (23 года и более) является кажущимся и отражает лишь ограниченность

распространения столь старых трубопроводов. При эт эксплуатации трубопроводов, проложенных 20 и более л при повышенной аварийности может в какой-то мере ра> как свидетельство относительной благоприятности расположения.

ет

рм сам факт назад, даже сматривагься участков их

Средние сроки эксплуатации трубопроводов при порывов по стратиграфо-генетическим и геомор^ комплексам

Таблица 8. образовании ологическим

Показатели Стоатиграфо-генетические и геоморфологиче :кие комплексы

есЮП-IV <ВД1-П с)С)П1-IV ра(}1У аС

Средний срок вне аномальных участков 13.4 17,7 12.9 11.0 4.6 9.1

Средний срок в пределах аномальных участков 14,4 20,9 10,4 12,1 18.4 13,9

характеристики

средних сроков существенным

Приведенные в таблице 8 эксплуатации при образовании порывов являются обстоятельством. Высокая аварийность при длительных сроках эксплуатации в пределах распространения элювиально-делювиальных, делювиально-солифлюкционных и верхнечетвертичных шгювиальных отложений означает, что на участках распространения этих комплексов работы по замене трубопроводов если и проводились, то в значительно меньших объемах чем в пределах склонов и днищ речных долин и балок. Т.е. эксплуатационные службы, не имея карт территории месторождений, отражающих степень благоприятности для сохранности трубопроводов, основываясь на собственном опыте сосредотачивали основные объемы работ на неблагоприятных участках. Это позволило в значительной степени выровнять показатели удельной аварийности по стратиграфо-генетическим и геоморфологическим комплексам. И в настоящее время большие сроки эксплуатации трубопроводов благоприятных по геолого-геоморфологическим и условиям участках распространения элювиально-Делювиальных, делювиально-солифлюкционных и верхнечетвертичных аллювиальных отложений стали фактором аварийности.

на

еохимическим

Для обобщенной оценки территории и определения мест, наиболее неблагоприятных для прокладки трубопроводов (ущерб ОС

наносят и порывы на водоводах поддержания пластового давления, по которым часто транспортируются агрессивные рассолы из глубоких горизонтов), с целью разработки системы мер защиты от аварий возможно составление карты потенциальных аварийно-опасных участков проектируемых трасс.

Источниками информации для создания карт могут служить результаты геологических и геодезических изысканий, проводимых на стадии рабочего проекта трассы трубопроводной линии. Как правило, они отличаются высокой детальностью (планы местности и геологические разрезы в масштабе 1:500 - 1:2000), что позволяет довольно четко выделять территории однородные с точки зрения той или иной характеристики.

При совмещении перечисленной информации станет возможным выделение участков трассы в разной степени потенциально подверженных авариям. В соответствии с этим необходимо разработать планировочные и технические решения, направленные на снижение числа возможных порывов, затрат на их устранение, негативного влияния предприятий нефтедобычи на природно-территориальные системы системы.

Выводы. Выявленная в ходе выполненного нами анализа распределения аварий промысловых трубопроводов нефтяных месторождений Удмуртии определенная зависимость показателей аварийности от геологических и геоморфологических условий позволяет сделать ряд изложенных ниже выводов.

1. Наиболее неблагоприятными для прокладки нефтепроводов являются территории, сложенные делювиальными, пролювиально -аллювиальными и аллювиальными отложениями, склоны крутизной 2 -6° их бровки. Повышенной аварийностью отличаются линии, пересекающие склоны параллельно или перпендикулярно линии их падения.

2. Основной итог работы - подтверждение предположений о том, что характер распределения аварий в зависимости от геолого-геоморфологических условий в целом не изменяется. Также обнаружено четкое выделение участков, отличающихся аномально высокой (на порядок) аварийностью. Последние привязаны к промысловым объектам - ГЗУ, скважинам, насосам и т. п.

3. Необходимо избегать прокладки трубопроводов параллельно или перпендикулярно ЛПС; для устранения возможного влияния крипа

следует увеличить глубину траншей для закладки труб до 1,5 м ( особенно на перегибах рельефа - бровках и тыловых швах ). На неблагоприятных участках необходимо использовать все виды технической защиты - применять антикоррозийные покрытия, катодную защиту и прочие.

4. Выявлена статистически подтвержденная связь характеристик грунтов с условиями их образования, формирования различных генетических типов четвертичш Установлено, что наибольшей коррозионной активное!

ь прочностных особенностями ых отложений, тью обладают

техногенные грунты, биогенные отложения болот и старичной фации аллювия, повышенной - элювиальные глины, де/ювиальные и делювиально-солифлюкционные суглинки. Пониженная коррозионная активность характерна для песчаных покровов эолового генезиса.

Обобщены (в соответствии с современными представлениями об эволюции ландшафтов и формирования осадочных пород в плейстоцене) первичные данные о литологии, распространении и датировке типов четвертичных отложений на территории Удмуртской Республики.

Работа в данном аспекте способствует выработк критериев оценки качества геологической среды формирования природно-антропогенных систем, необходима для определения допустимого влияния и степ

невозобновимые эксплуатации.

интегральных как базиса Такая оценка ни нагрузки на

природные ресурсы при различных видах их

Список основных публикаций по теме диссертации

1.

Машков К.А. Влияние геологических и геом условий на аварийность нефтепроводов

2.

уфологических (на примере

Чутырско-Киенгопского месторождения) Пятая Российская университетско-академическая на>

конференция. Тезисы докладов. Ч. 8. Ижевск, Машков К. А. Влияние геолого-геоморфологйческих условий на сохранность промысловых нефтепроводов (на примере месторождений Удмуртской Республики) Проблемы природопользования в районах со сложно? ситуацией. Материалы межвузовской научне Изд-во Тюменского Гос. Университета, 2003 Машков К. А. Применимость автоматизированных систем обработки геодезических измерений в геоморфологических

ч.-практическая 2001.

экологической й конференции.

исследованиях. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ижевск, УдГУ, 2003 Геолого-геоморфологические условия территории и аварийность промысловых нефтепроводов. Материалы Всероссийской научной конференции, Тольятти,2004 Машков К. А. Влияние геоморфологических факторов на аварийность промысловых нефтепроводов. Материалы Всероссийской научной конференции «Современные глобальные и региональные изменения геосистем»' посвященной 200-летию Казанского Университета. КГУ^ Казань, 2004

Машков К. А. Некоторые закономерности пространственного распределения аварий трубопроводов и связь с геоморфологическими условиями. Вестник Удмуртского Университета, серия Науки о Земле, №11, Ижевск, 2005 ' Машков К. А.Геоморфологические условия как фактор сохранности промысловых трубопроводов (на примере месторождений Удмуртии) Электронный журнал «Нефтегазовое дело», опубликована 21.06.06 wwvv.ogbus.ru/authors/Mashkov/Mashkov_l .pdf |

Зоны аномально высокой аварийности промысловых трубопроводов (на примере месторождений Удмуртской Республики). «Проблемы флювиальной геоморфологии»! Материалы XXIX пленума Геоморфологической Комиссии РАН, Ижевск, 2006

Отпечатано с оригинал-макета заказчика.

Подписано в печать 19.03.2007. Формат 60x84 1/16. Тираж 120 экз. Заказ № 450.

Типография ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.