Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование принципов создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в условиях Западной Сибири

ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Калугин, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

Основные понятия, термины и определения элементов сдвижения горных пород и земной поверхности при разработке месторождений углеводородного сырья

1. Существующий опыт создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля деформированного состояния земной поверхности при разработке нефтяных месторождений

1.1. Мировой опыт изучения деформационных процессов при разработке месторождений углеводородного сырья

1.2. Существующие методы прогноза оседаний земной поверхности при добыче нефти

1.3. Опыт изучения деформационных процессов при разработке 30 месторождений нефти на территории Западной Сибири

1.3.1. Основные результаты работ, проведенных на Усть

Балыкском геодинамическом полигоне в 1988-1990 гг.

1.3.2. Основные результаты работ, проведенных на Усть

Балыкском reo динамическом полигоне в 2000 г.

1.3.3. Анализ существующих результатов инструментальных наблюдений за процессами сдвижения земной поверхности на Федоровском месторождении ОАО «Сургутнефтегаз»

1.3.4. Краткие итоги наблюдений на других месторождениях

1.4. Геологические и геомеханические условия разработки Усть-Балыкского, Западно-Сургутского, Чумпасского, Ватинского месторождений

1.4.1. Общие сведения о месторождениях

1.4.2. Геологическая характеристика месторождений

Выводы по главе

2. Инженерный метод прогноза оседаний земной поверхности при разработке месторождений нефти в Западной Сибири

2.1. Некоторые геомеханические характеристики коллекторов

2.2. Физико-механические свойства пород-коллекторов месторождений Западной Сибири

2.3. Упрощенный метод прогноза оседаний земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири

2.4. Апробация инженерного метода прогноза максимальных оседаний земной поверхности

2.5. Влияние механических свойств коллекторов на максимальные оседания земной поверхности

Выводы по главе

3. Проектирование и строительство маркшейдерскогеодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений

Западной Сибири

3.1. Основные принципы создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля деформированного состояния земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири

3.2. Основные положения методики выполнения наблюдений за сдвижением земной поверхности традиционными методами и с применением спутниковых навигационных систем

3.3. Проектирование и создание маркшейдерско-геодезических полигонов на Западно-Сургутском, Чумпасском, Ватинском месторождениях

Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование принципов создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в условиях Западной Сибири"

Проблемы геомеханического характера при разработке месторождений полезных ископаемых в последние годы со всей остротой встают перед нефтяниками. Подтверждением их актуальности является проведение двух европейских конгрессов по механике горных пород (Е1ЖОСК-94, Е1ЖОСК-98), а также национальных конгрессов отдельных стран по проблемам, связанным с нефтедобычей.

Среди вопросов, представляющих интерес как для науки, так и практики нефтедобычи и, в первую очередь, для обеспечения безопасности проживания населения, безаварийного производства работ и охраны окружающей среды являются вопросы устойчивости и безаварийной работы скважин, уплотнения коллекторов, изменения в связи с этим их фильтрационно-емкостных свойств и, как следствие, режима нефтедобычи, сдвижения горных пород и земной поверхности при выработке месторождений.

В мировой практике разработки месторождений углеводородного сырья, в том числе и на территории России, отмечены сильные, а в некоторых случаях катастрофические, геодинамические процессы, связанные с выработкой месторождений, которые привели к негативным техническим и экологическим последствиям и огромным материальным затратам по их ликвидации. Важно составить предварительный прогноз возникновения этих опасных природно-техногенных явлений, определить максимально возможные деформации земной поверхности при выработке месторождений и оценить возможный ущерб, наносимый данными процессами.

Интенсивное освоение и эксплуатация нефтяных месторождений Западной Сибири привело к появлению проблем геомеханического характера, которые встали в последние годы перед нефтедобывающими предприятиями: ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Юганскнефтегаз», ОАО

Славнефть-Мегионнефтегаз», ОАО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь», разрабатывающими уже много лет гигантские нефтяные месторождения -Западно-Сургутское, Родниковое, Усть-Балыкское, Мамонтовское, Чумпасское, Ватинское, Самотлорское и ряд других. До настоящего времени недостаточно оценивается роль современной тектонической активности недр платформенных регионов, которые традиционно считались стабильными, однако многочисленные случаи деформирования стволов скважин, уплотнения коллекторов и изменения при этом фильтрационно-емкостных свойств косвенно указывают на наличие на месторождениях Западной Сибири геодинамических событий и негативных проявлений процессов деформирования горных массивов.

На поверхности, над нефтяными месторождениями, расположены крупные населенные пункты, застроенные многоэтажными зданиями -города Сургут, Нефтеюганск, Пыть-Ях, Мамонтово, Лангепас, Мегион, поселки Солнечный, Барсово и другие. На Западно-Сургутском месторождении долгие годы добыча нефти осуществляется непосредственно под опасными производственными объектами нефтепереработки.

Совершенно не изученным при этом оставался вопрос о влиянии добычи нефти на гражданские и промышленные объекты и обеспечения их безопасности как при эксплуатации нефтяных месторождений, так и после полной их выработки и консервации. Отсутствует надежно обоснованный и апробированный на практике метод прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности.

Необходимость решения данной проблемы также обусловлена отсутствием методик создания маркшейдерско-геодезических полигонов для наблюдения за деформациями земной поверхности в связи с выработкой месторождений и выполнения на них инструментальных наблюдений современными средствами измерений.

В связи с вышеизложенным была выполнена данная диссертационная работа, дающая ответ на ряд научных и практических вопросов.

Цели и задачи наблюдений при разработке нефтегазовых месторождений, в общем, остаются теми же, что и при добыче твердых полезных ископаемых, однако добыча углеводородного сырья вносит свои особенности. Мировой опыт показывает, что мульда сдвижения может иметь самые различные характеристики (оседания от нуля до нескольких метров) в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород и нефтяного коллектора. Из литературных источников известно, что добыча нефти и газа явилась причиной проседания земной поверхности на более чем 30-ти месторождениях США, например в Калифорнии - над 21 месторождением. Наиболее значительные оседания наблюдались на месторождениях Сауер-Лейк (США) - 12 м, Уилмингтон - 9 м. В результате этих просадок многие инженерные сооружения и природные объекты претерпели значительный ущерб. На нефтяных месторождениях Венесуэлы оседания составляли от 0,4 м до 4 м. При отработке месторождения Экофиск в Северном море оседания дна моря на 1993 г. составили свыше 3 м, что также явилось причиной нарушения нормальной работы нефтепромыслов.

Опускания земной поверхности зафиксированы на многих месторождениях СНГ: Апшерона - до 3 м, Шебелинском газовом месторождении (Украина) - 1,8 м, газовом месторождении Газли (Узбекистан) за 4 года на 4-6 см, Северо-Ставропольском газовом месторождении за 5 лет до - 14 см, газовом месторождении Лак (Франция) - свыше 6 см, нефтяных месторождениях севера Пермской области -20-40 мм.

Мировой опыт показывает также, что чаще всего мульда сдвижения в целом приобретает плавный характер и вследствие малости величины вертикальных и горизонтальных деформаций процесс сдвижения при добыче нефти и газа не оказывает серьезного влияния на поверхностные и подземные объекты в классическом (статическом) смысле, однако порождаемые добычей нефти и, особенно газа, динамические процессы (техногенные сейсмические явления) могут нанести весьма серьезный экологический и экономический ущерб в зонах градопромышленных агломераций. Известно немало случаев неустойчивости верхней части земной коры вследствие добычи нефти или газа.

Прогноз сдвижений горных пород и последующая оценка возможности возникновения техногенных сейсмических явлений возможны только на основе модели деформирования коллектора, адекватно отражающей геомеханические и геодинамические процессы, происходящие в недрах. В связи с этим в работе представлен инженерный метод расчета деформирования нефтяного коллектора под нагрузкой и просчитаны максимальные оседания для исследуемых месторождений. Исследовано влияние физико-механических свойств вмещающих пород и коллектора, отдельных параметров нефтедобычи на изменение НДС горных пород и земной поверхности.

Основное внимание в диссертационной работе уделено созданию научно-методических основ проектирования и строительства маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири. Исследования выполнены для Чумпасского, Ватинского, Западно-Сургутского и Усть-Балыкского месторождений.

Автор работы выражает глубокую признательность и благодарность за поддержку, и постоянное внимание научному руководителю, доктору технических наук, профессору Кашникову Ю.А., сотрудникам кафедры маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем Пермского государственного технического университета, оказавшим помощь в сборе необходимого материала, главным маркшейдерам ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Юганскнефтегаз», ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз», ОАО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» за содействие в строительстве полигонов на нефтяных месторождениях и организации наблюдений за сдвижениями земной поверхности.

Цель исследований.

Цель работы - обеспечение рационального недропользования и охраны окружающей среды, безопасности объектов инфраструктуры, включая крупные населенные пункты, сведение к минимуму промышленного и экологического ущерба от природно-техногенных геодинамических процессов при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири на основе создания геодинамических полигонов. Идея работы.

Основная идея работы заключается в проведении геодинамического мониторинга месторождений на основе разработанного метода прогноза максимальных оседаний земной поверхности, проектирование маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири с учетом геологической модели, проектируемых и существующих объектов разработки и инфраструктуры конкретного месторождения на стадии составления проектов его разработки и обустройства. Задачи исследований.

Исходя из обозначенной цели и выполненного анализа состояния изученности процессов деформирования земной поверхности при разработке месторождений Западной Сибири, предстоит решить следующие основные задачи:

Разработать инженерный метод прогноза максимальных оседаний земной поверхности при выработке нефтяных месторождений Западной Сибири.

2.Выполнить расчеты максимальных оседаний земной поверхности при разработке отдельных месторождений и установить степень влияния изменения геомеханических параметров на величины максимальных оседаний.

3.Разработать основные принципы проектирования и строительства маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности.

4. Разработать основные положения методики производства инструментальных наблюдений с использованием современных геодезических приборов, в том числе спутниковых навигационных систем.

5. Создать экспериментальные маркшейдерско-геодезические полигоны на нефтяных месторождениях Западной Сибири, расположенных под крупными населенными пунктами, для отработки методик наблюдений за деформациями земной поверхности.

Методы исследований.

Для достижения поставленных задач выполнен анализ литературных источников и данных лабораторных исследований физико-механических и компрессионных свойств образцов пород коллекторов при различных режимах нагружения. Обработка данных произведена статистическими методами обработки результатов инструментальных наблюдений за процессами сдвижения горных пород с помощью математического аппарата механики твердого деформируемого тела, математического моделирования геомеханических процессов.

Основные научные положения, защищаемые автором.

По результатам выполненных исследований на защиту выносятся следующие научные положения:

1. На основе статической модели уплотнения коллектора, с использованием результатов компрессионных испытаний выполняется инженерный метод прогноза максимальных оседаний земной поверхности с достаточной для практических целей точностью.

2. Основными принципами проектирования и строительства наблюдательных маркшейдерско-геодезических станций являются их размещение над частью месторождения в местах расположения населенных пунктов и промышленных объектов, создание сети нивелирования и площадной сети реперов для выполнения высокоточных спутниковых наблюдений.

3. Для практических расчетов минимальное значение граничного угла сдвижения для нефтяных месторождений Западной Сибири принято 60° и при введении поправки Д(Зо=10° для повышения надежности составит 50°. Определение длин профильных линий реперов и мест расположения опорных СР8-пунктов основывается на данной величине.

4. Точность и периодичность инструментальных наблюдений на нефтяных месторождениях Западной Сибири определяется на основании совокупного влияния техногенных и геодинамических факторов, допустимых деформаций инженерных сооружений и технологического оборудования, величины и скорости деформаций земной поверхности, выявленных в результате наблюдений. Предварительно за основу принимаются нивелирная сеть II класса и сеть реперов для выполнения спутниковых наблюдений, окончательная точность наблюдений зависит от допустимых деформаций объектов, расположенных над месторождением.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются результатами статистической обработки физико-механических и компрессионных свойств образцов пород-коллекторов, качественной и количественной сходимостью рассчитанных максимальных оседаний земной поверхности с данными численного моделирования и имеющимися результатами инструментальных наблюдений, соответствием запроектированных полигонов современным представлениям о закономерностях развития процессов сдвижения земной поверхности при разработке нефтяных месторождений.

Научная новизна работы.

1. Установлены закономерности влияния геомеханических параметров на величины максимальных оседаний земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири, и выполнена оценка степени влияния каждого параметра.

2. Впервые разработан инженерный метод прогноза максимальных оседаний земной поверхности при разработке нефтяных месторождений, основанный на оценке физико-механических свойств продуктивных пластов.

3. Разработаны новые принципы создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля за деформациями земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири.

Практическая ценность работы.

1. Выполнен прогноз максимальных оседаний земной поверхности при разработке отдельных нефтяных месторождений Западной Сибири.

2. Разработаны проектные схемы создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля деформированного состояния земной поверхности при разработке Западно-Сургутского, Чумпасского, Ватинского месторождений. На основе этих схем построены полигоны на данных месторождениях.

3. Разработаны основные положения методики выполнения маркшейдерско-геодезических инструментальных наблюдений, в том и числе с использованием спутниковых навигационных систем, на геодинамических полигонах Западной Сибири. Реализация исследований.

Результаты исследований использованы при проектировании и строительстве маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля процессов сдвижения земной поверхности в районах промышленной и гражданской застройки городов Сургут, Лангепас, Мегион, на Западно-Сургутском, Чумпасском, Ватинском месторождениях и при решении вопросов создания полигонов на других месторождениях Западной Сибири.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были представлены на ряде научно-технических конференций, в т.ч. на всероссийских конференциях «Новые технологии в нефтяной маркшейдерии» (Пермь, 2000, 2002 гг.), международной научно-практической конференции «Геоэкология и современная геодинамика нефтегазоносных регионов», (Москва, ГАНГ им. Губкина, 24-26 октября 2000 г.), международной конференции «Геодинамическая и экологическая безопасность при освоении месторождений газа, его транспортировке и хранении», (Санкт-Петербург, ВНИМИ, 2001 г.), научно-технических советах ОАО «Юганскнефтегаз», ТПП «Лангепаснефтегаз», ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз», а также на научно-технических семинарах Госгортехнадзора России, научно-технических семинарах кафедры МДГ и ГИС Пермского государственного технического университета.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ, ПРИНЯТЫЕ В НАСТОЯЩЕЙ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Сдвижение горных пород и земной поверхности -перемещение и деформация массива горных пород и земной поверхности в результате нарушения их естественного равновесия под влиянием добычи полезного ископаемого.

2. Мульда сдвижения земной поверхности - участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению под влиянием добычи нефти или газа.

3. Главные сечения мульды сдвижения - вертикальные сечения мульды по простиранию и вкрест простирания нефтяной залежи, проходящие через точки с максимальными оседаниями земной поверхности.

4. Оседание земной поверхности г| (в миллиметрах) -вертикальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде сдвижения земной поверхности.

5. Вертикальные деформации земной поверхности (наклоны, кривизна) - деформации земной поверхности в вертикальной плоскости, вызванные неравномерностью вертикальных сдвижений.

6. Горизонтальные деформации растяжения или сжатия -деформации земной поверхности в горизонтальной плоскости, вызванные неравномерностью горизонтальных сдвижений.

7. Горизонтальное сдвижение земной поверхности (в миллиметрах) - горизонтальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде сдвижения земной поверхности.

8. Наклоны интервалов в мульде сдвижения - отношение разности оседаний двух соседних точек мульды к расстоянию между ними.

9. Граничные углы - внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и линиями, (последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах), соединяющими границу В РЖ или положение крайних забоев добывающих скважин с границей зоны влияния подземных разработок на земной поверхности, за которую принимается геометрическое место точек, имеющих оседания 10-15 мм.

10. Углы сдвижения - внешние относительно выработанного пространства, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения при полной подработке горизонтальными линиями и линиями, (последовательно проведенными в границы ВНК или крайних забоев добывающих скважин выработки с границей зоны опасного влияния на земной поверхности).

11. Граница зоны влияния добычи нефти или газа - граница мульды, т.е. контур зоны на земной поверхности, определяемый по граничным углам.

12. Граница зоны опасного влияния добычи нефти - контур зоны опасного сдвижения земной поверхности, определяемый по углам сдвижения или деформациям наклона (4-Ю'3), кривизны (0,2-10"3 1/м), растяжения (2-10"3).

13. Исходный репер - репер, заложенный в районе наблюдательной станции на участке, не подвергающемся сдвижению, и служащий для передачи отметки на опорные реперы станции.

14. Опорный репер - репер профильной линии, заложенный на участке наблюдательной станции, который не подвергается сдвижению и служит исходным для наблюдения на данной профильной линии.

15. Рабочий репер - репер профильной линии, предназначенный для определения величин сдвижений земной поверхности, положение которого в пространстве определяется относительно опорных реперов профильной линии.

16. Максимальные горизонтальные деформации - наибольшие сжатия и растяжения интервалов мульды.

17. Максимальное горизонтальное сдвижение (в миллиметрах) -наибольшая горизонтальная составляющая векторов сдвижения точек.

18. Максимальные наклоны мульды сдвижения - наибольшие наклоны интервалов мульды сдвижения.

19. Максимальное оседание (в миллиметрах) - наибольшая вертикальная составляющая векторов сдвижения точек.

20. Маркшейдерско-геодезическая наблюдательная станция -совокупность реперов, заложенных по определенной схеме на земной поверхности, и сооружениях с целью проведения наблюдений за сдвижением земной поверхности и находящихся на ней сооружений.

21. Общая продолжительность процесса сдвижения - период, в течение которого земная поверхность над выработанным пространством находится в состоянии сдвижения. За начало процесса сдвижения точки земной поверхности принимается дата, когда оседание точки достигает 15 мм; за окончание - дата, после которой суммарные оседания на протяжении 1 года не превышают 10% максимальных, но не более 10 мм.

22. Плоское дно мульды сдвижения - часть мульды сдвижения при полной подработке земной поверхности, в пределах которой оседания имеют максимальные величины. На вертикальных разрезах плоское дно мульды определяется углами полных сдвижений.

23. Предельные деформации земной поверхности (основания сооружений) - деформации, превышение которых может вызвать аварийное состояние сооружений, повлечь угрозу опасности для жизни людей.

24. Сосредоточенные деформации - деформации (горизонтальные и вертикальные) на небольших (до 200 м) интервалах мульды сдвижения, резко превышающие соответствующие деформации на таких же смежных интервалах.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Калугин, Александр Васильевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

1 .Маркшейдерско-геодезические инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности являются составной частью системы обеспечения геодинамической и геомеханической безопасности разработки месторождений углеводородного сырья Западной Сибири и являются необходимым элементом контроля деформированного состояния земной поверхности при разработке месторождений нефти под городами и населенными пунктами.

2.В процессе выполнения исследований разработаны основные принципы создания маркшейдерско-геодезических полигонов при отработке нефтяных месторождений Западной Сибири, определены методические подходы к выполнению инструментальных наблюдений, их точности и периодичности.

Разработаны проектные схемы маркшейдерско-геодезических полигонов при отработке Западно-Сургутского, Чумпасского и Ватинского нефтяных месторождений в районе городов Сургут, Лангепас, Мегион. Проектные схемы включают как традиционные линии нивелирования, так и площадную сеть реперов для выполнения спутниковых наблюдений. Полученные результаты расчета точности показывают, что точность определения плановых координат ОРБ-методом даже превосходит точность, достигаемую традиционными методами геодезических измерений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы «Обоснование создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в условиях Западной Сибири» выполнен комплекс исследований, направленных на разработку методов прогноза и контроля параметров процесса сдвижения земной поверхности при добыче нефти в районах застроенной территории Западной Сибири. Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. Мировой опыт изучения деформаций горного массива и земной поверхности при разработке месторождений углеводородного сырья свидетельствует о том, что оседания поверхности возможны от единиц миллиметров до десяти и более метров и определяются глубиной разработки, прочностными свойствами коллекторов, параметрами поддержания пластового давления. В определенных условиях процессы сдвижения горных пород при добыче нефти и газа могут нанести весьма серьезный ущерб как промышленным и гражданским объектам, так и окружающей природной среде.

2. В мировой практике имеются отработанные методики контроля и прогноза современных деформационных процессов при добыче нефти и газа. Однако речь в данном случае идет, прежде всего, о контроле и прогнозе статических параметров процессов сдвижения горных массивов.

3. Существующий опыт инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири представлен единичными наблюдательными станциями и несистематическими инструментальными наблюдениями и не позволяет выявить основные параметры процесса деформирования земной поверхности и разработать меры охраны поверхностных и подземных объектов от вредного влияния добычи нефти.

4. В настоящее время не изучены вопросы об общих осадках поверхности и горного массива на нефтяных месторождений Западной Сибири, взаимосвязи процессов изменения напряженно-деформированного состояния горного массива и деформирования промышленных и гражданских объектов, не существует апробированного метода прогноза оседаний земной поверхности.

5. Практически все крупные нефтяные месторождения Западной Сибири представлены многопластовыми объектами значительной эффективной мощности. Их многолетняя эксплуатация не исключает вероятность возникновения аномальных геомеханических и геодинамических ситуаций. Отсутствие комплексного reo динамического мониторинга за возникновением и развитием природно-техногенных процессов, неразработанность вопросов прогнозирования этих процессов на перспективу не позволяют оценивать риск возникновения негативных событий и их возможных экономических и экологических последствий, принимать превентивные меры по снижению ущерба от них. Положение усугубляется тем, что практически все крупные города Западной Сибири, такие как Сургут, Нефтеюганск, Лангепас, Мегион, Пыть-Ях расположены непосредственно на нефтяных месторождениях.

6. Разработанный в ходе выполнения исследований инженерный метод прогноза максимальных оседаний земной поверхности, учитывающий уплотнение порового пространства коллекторов и упругие деформации пород, слагающих коллекторы, показывает, что максимальные оседания земной поверхности находятся в линейной зависимости от коэффициента сжимаемости пород коллектора, эффективной мощности залежи и величины падения пластового давления. Этот вывод подтверждает данные практики, свидетельствующие о том, что эффективным средством борьбы с проседаниями поверхности является поддержание пластового давления. Модуль упругости коллектора оказывает наибольшее влияние на оседания в интервале от 100 до 3000 -4000 МПа. Затем происходит стабилизация оседаний, и дальнейшее увеличение модуля упругости на их величине уже практически не сказывается. Последующее сравнение полученных по данному методу максимальных оседаний с результатами расчетов методом конечных элементов на основе «шатровой» модели деформирования коллектора, показало, что максимальные оседания определяются с погрешностью 10%. Такая точность вполне удовлетворяет требованиям практики.

7. В процессе выполнения исследований разработаны основные принципы создания маркшейдерско-геодезических полигонов при отработке нефтяных месторождений Западной Сибири, определены методические подходы к выполнению инструментальных наблюдений, их точности и периодичности. Разработаны проектные схемы маркшейдерско-геодезических полигонов при отработке Западно-Сургутского, Чумпасского и Ватинского нефтяных месторождений в районе городов Сургут, Лангепас, Мегион. Проектные схемы включают как традиционные линии нивелирования, так и площадную сеть реперов для выполнения спутниковых наблюдений. Полученные результаты расчета точности показывают, что точность определения плановых координат ОР8-методом даже превосходит точность, достигаемую традиционными методами геодезических измерений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Калугин, Александр Васильевич, Пермь

1. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. М.:Недра, 1989. - 332 с.

2. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при подземных разработках. М.:Недра, 1985. - 248 с.

3. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. М.: Недра, 1978. - 494 с.

4. Земисев В.Н. Расчеты деформаций горного массива. М.: Недра, 1973.

5. Никоненко И.С., Васильев Ю.Н. Газодобывающее предприятие как сложная система. М.: Недра, 1998. - 343 с.

6. Шадрин А.Г. Теория и расчет сдвижений горных пород и земной поверхности. Красноярск: Изд. Красноярского университета, 1990. 200 с.

7. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.Недра, 1982. -270 с.

8. Добрынин В.М. Деформации и изменения физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970. -239 с.

9. Ремизов В.В., Дементьев Л.Ф., Кирсанов H.H. Геолого-технологические принципы освоения нефтегазоконденсатных месторождений Тюменского Севера. -М.:Недра, 1996. -362 с.

10. Ю.Цитович H.A. Механика грунтов. М., 1963. 548 с.

11. П.Долматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. -Л.:Стройиздат, 1988. 415 с.

12. Механика скальных пород и современное строительство / Под ред. акад. Е.И.Шемякина. -М.:Недра,. 1992. С. 6-63.

13. Фадеев А.Б. Прочность и деформируемость горных пород. -М.:Недра, 1982.-217 с.

14. Петухов И.М., Батугина И.М. Геодинамика недр. М.Недра, 1996. -217 с.

15. Белоусов B.B. Основы геотектоники. M.: Недра, 1975.-620 с.

16. Бенявски З.Т. Управление горным давлением. М.:Мир, 1990. -254 с.

17. Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. -М.: МИР, «Эльф-Акитен», 1994.

18. Райс Дж. Механика очага землетрясения / Пер. с англ.; под ред В.Н.Николаевского. -М.:Мир, 1982.

19. Донцов К.М.Разработка нефтяных месторождений. М.Недра, 1977. 360 с.

20. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.:Недра, 1996.-447 с.

21. Гридин В.И., Дмитриевский А.Н. Системно-аэрокосмическое исследование нефтегазоносных территорий. -М.Наука, 1994.-286 с.

22. Касьянова H.A., Соколовский Э.В., Шимкевич C.B. Результаты прогноза аварий скважин и порывов трубопроводных систем по геодинамическому фактору / Нефтяное хозяйство, 1998. №9. С. 75-77.

23. Фомина С.Т. Геоэкологические условия газонефтеносных районов и антропогенная трансформация природных систем на севере Западной Сибири : Автореф. дисс. канд. техн. наук. Тюмень, 1998. -24 с.

24. Гриценко А.И., Зотов Г.А. Научно-прикладные геодинамические проблемы разработки месторождений природного газа // Проблемы геодинамической безопасности. С.-Петербург: ВНИМИ, 1997.-С. 186-193.

25. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании. М.: Агентство экономических новостей, 1999.-220 с.

26. Барях A.A., Кудряшов А.И., Еремина H.A., Грачева Е.А. Оценка влияния разработки нефтяного месторождения на геодинамическое состояние недр // ФТПРПИ, 1998. №2.

27. Колотов A.B., Кошелев А.Т. Причины нарушения целостности эксплуатационных колонн в группах скважин на нефтяных месторождениях Западной Сибири: Обзор, информ. Серия «Техника и технология обустройства нефтяных месторождений». М.:ВНИИЭНГ, 1990.

28. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Влияние добычи нефти в упругом режиме на изменение НДС горного массива. Часть 1,2 // ФТПРПИ, 1998. № 5, С. 71-80, ФТПРПИ. 1999. №3, С. 51-57.

29. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Влияние добычи нефти на изменение НДС горного массива. ч.З. Техногенная активизация разломных структур // ФТПРПИ. 2000. №3, С. 54-63.

30. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г., Катошин А.Ф. Изменение геодинамической обстановки при разработке нефтяного месторождения // Нефтяное хозяйство. 2000. № 6, С. 28-32.

31. Кашников Ю.А. О создании геодинамических полигонов при разработке нефтяных месторождений // Маркшейдерский вестник. 1997. №4. С. 34-39.

32. Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г., Калугин A.B. и др. Оценка техногенного воздействия добычи нефти на состояние промышленных и гражданских объектов г. Сургута // Маркшейдерский вестник. 2002. -№4. С. 11-15.

33. Ященко В.Р. Геодезические исследования вертикальных движений земной коры. М.: Недра, 1989. -192 с.

34. Морина Е.В. Совершенствование методов исследования фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов с учетомособенностей разработки: Автореф. дис. канд. техн. наук. Тюмень. -2001.- 17 с.

35. Тер-Микаелян K.JI. О связи удельного коэффициента отпора и модуля деформации горных пород с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову // Труды Гидропроекта. вып. 33. 1974. - С. 116-122.

36. Проведение наблюдений за оседаниями земной поверхности на Усть-Балыкском геодинамическом полигоне: Отчет о НИР / Рук. работы Кашников Ю.А. Фонды ОАО «Юганскнефтегаз». - 2000. -90 с.

37. Мазницкий A.C., Середницкий JI.M. Влияние параметров упругости пород на уплотнение коллекторов и оседания земной поверхности при разработке нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. 1991. - №6. С. 14-16.

38. Тупысев М.К. Техногенные деформационные процессы при разработке газовых месторождений. М.: ИРЦ Газпрома, 1997. - 28 с.

39. Петренко В.И., Ильиченко JI.A., Канашук В.Ф. О механизме просадки земной поверхности при добыче жидких и газообразных полезных ископаемых // Сов.геология, 1983. №7. - С. 109-115.

40. Терновой Ю.В., Сергеев В.Н и др. О деформации земной поверхности на разрабатываемом Северо-Ставропольском месторождении газа // Докл. АН СССР, 1985. Т.164-4. С. 885-888.

41. Букринский В.А., Рашковская ЯЗ., Фролов Е.Ф. Совершенствование методов маркшейдерских работ и геометризация недр. М.:Недра, 1972. -383 с.

42. Смирнов С.П., Андреев A.B., Верещагин Г.С. Использование GPS-аппаратуры для наблюдений за сдвижением горных пород и земнойф поверхности // Маркшейдерский вестник. 1997. - №3. - С. 27-28.

43. Макаров В.И., Трапезников А.Ю. Изучение современных деформаций земной коры методами космической геодезии // Геоэкология, 1996. №3.1. С. 70-85.

44. Руководство по геодинамическим наблюдениям и исследованиям для объектов топливно-энергетического комплекса. Москва: ОАО «Институт Гидропроект», 1997. - 123 с.

45. Методические указания по созданию, контролю и реконструкции маркшейдерско-геодезических сетей на нефтяных и газовых месторожденияхс использованием спутниковой аппаратуры. Санкт-Петербург: ВНИМИ, 1998 г.

46. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений: Справочное пособие М.: Недра, 1989.

47. Инструкция по нивелированию I, II, III и IY классов. М.: Недра, 1990.

48. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М.:1. Недра, 1981.-288 с.

49. Инструкция по маркшейдерским и топографо-геодезическим работам в нефтяной промышленности. РД 39-0147139-101-87.

50. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений. -М.: Недра, 1989. 96 с.

51. Мещеряков Ю.А. Изучение современных движений земной коры и проблемы прогноза землетрясений // Современные движения земной коры. М.: ВИНИТИ, 1968. №3. - С. 44-62.

52. Сонич В.П., Черемисин H.A., Батурин Ю.Е. Влияние снижения пластового давления на фильтрационно-емкостные свойства пород // Нефтяное хозяйство, 1997. №9. - С. 52-57.

53. Природные резервуары углеводородов и их деформации в процессе разработки нефтяных месторождений: тез. докл. конф. 19-23 июня 2000 г. Казань: изд.Казанского университета. 100 с.

54. Разработка карт-схем ДНЗ по месторождениям ОАО «Сургутнефтегаз»: Отчет о НИР / ЗАО «Институт рационального природопользования». Рук. Юдин B.C. Новосибирск, 1998.

55. Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сети. М.:Геодезиздат, 1993.

56. Гридин В.И. Сопряженный мониторинг экологического состояния нефтегазоносных акваторий // Газовая промышленность. -1997. №7. - С. 43-46.

57. Сидоров В.А., Кузьмин Ю.И., Хитров A.M. Концепция «Геодинамическая безопасность освоения углеводородного потенциала недр России» М. :Изд. ИГиРГИ, 2000 .-56 с.

58. Система обеспечения геодинамической и экологической безопасности при проектировании и эксплуатации объектов ТЭК. Санкт-Петербург: ВНИМИ, 2001.

59. Подсчет и пересчет запасов нефти и попутного газа Усть-Балыкского месторождения: Отчет о НИР. Тюмень: СибНИИНП, 1974.

60. Уточнение геологической модели залежей и переоценка балансовых запасов нефти и газа Западно-Сургутского месторождения: Отчет о НИР. -Тюмень: ТФ «СургутНИПИнефть», 1995.

61. Уточнение геологической модели залежей и переоценка балансовых запасов нефти и газа Ватинского месторождения: Отчет о НИР. Мегион, ТФ «Славнефть-Мегионнефтегаз», 1993.

62. Геодинамический мониторинг с помощью спутниковых навигационных систем территории нефтяных месторождений в районе ВКМКС: Отчет о НИР/ Рук.работы Кашников Ю.А. Фонды ЗАО «ЛУКойл-Пермь». 1999. - 90 с.

63. Технический отчет по нивелированию фланцев скважин и проверке вертикальных движений земной поверхности: Отчет Уралгеоинформ. -Фонды ОАО «Сургутнефтегаз». 2000.

64. Анализ нарушения целостности эксплуатационных колонн на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз»: Отчет о НИР / Рук. работы Проводников Г.Б. Фонды ОАО «Сургутнефтегаз». - 1996. - 112 с.

65. Прогнозирование оседаний земной поверхности при разработке Западно-Сургутского и Родникового месторождений нефти ОАО «Сургутнефтегаз»: Отчет о НИР / Рук. работы Кашников Ю.А. Фонды ОАО «Сургутнефтегаз». - 2000. - 132 с.

66. Прогнозирование оседаний земной поверхности при разработке^ Ватинского месторождения нефти ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз»: Отчет о НИР / Рук.работы Кашников Ю.А. Фонды ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз». - 2000. - 86 с.

67. Прогнозирование оседаний земной поверхности при разработке Чумпасского месторождения нефти ТПП «Лангепаснефтегаз». Отчет о НИР / Рук. работы Кашников Ю.А. Фонды ТПП «Лангепаснефтегаз». - 2000. -86 с.

68. Boade R.R., Chin L.Y. and Siemers W.T. Forecasting of Ekofisk Reservoir Cofiipaction and Subsidence by Numerical Simulation // OTC 5622 presented at 20th Annual Offshore Technology Conference. Houston, Texas, May 2-5, 1988.

69. Boade R.R., Chin L.Y. and Siemers W.T. Forecasting of Ekofisk Reservoir Compaction and Subsidence by Numerical Simulation // JPT July 1989. P. 723-728.

70. Chin, L. Y. and Boade, R. R. Full-Field, 3-D Finite-Element Subsidence Model for Ekofisk // Third North Sea Chalk Symposium. Copenhagen, June 11-12, 1990.

71. Chin L.Y. and Boade R.R. Numerical Simulation of Shear-induced Compaction in the Ekofisk Reservoir / Int.J.Rock Mech.Min.Sci. @ Geomech. Abstr. Vol. 30. - No 7. P. 1193-1200.-

72. Chin L.Y., Boade R.R., Nagel N.B., Landa G.N. Numerical Simulation of Ekofisk reservoir compaction and subsidence: Treating the mecanical behavior of the overburden and reservoir // Eurock'94. P. 787-794.

73. Sulak R.M., Thomas L.K. and Boade R.R. Reservoir Simulation of Ekofisk Compaction Drive // JPT, October 1991. P. 1272-1278.

74. Prevost J. H. DYNAFLOW Manual. Princeton Universiy, Princeton, New Jersey, 1983.

75. Teufel L.W., Rhett D.W. and Farrel H.E. Effect of Reservoir Depletion and Pore Pressure Drawdown on In Situ Stress and Deformation in the Ekofisk Field. North Sea // 32nd U.S. Symposium on Rock Mechanics. University of Oklahoma, July 10-12, 1991.

76. Rhett D.W. and Teufel L.W. Failure Criteria for High Porosity North Sea Chalks // Fourth North Sea Chalk Symposium. Deauville, France, September, 21-23, 1992.

77. Wittke W.: Rock Mechanics, Theory and Applications with case histories. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokio, Hongkong, Barcelona, 1990.

78. Plischke B. Finite element analysis of compaction and subsidence-Experience gained from several chalk fields // Eurock' 94. Balkema, Rotterdam. - 1994. S. 795-801.

79. Johnson J.P., Rhett D.W., Siemers W.T. Rock Mechanics of the Ekofisk Reservoir in the Evaluation of Subsidence // Journal of Petrolium technology. -Juli 1989.-P. 717-722.

80. Roegiers J.-C. Recent rock mechanics developments in the Petrolium industry // Rock Mechanics. Daemen and Schutz (eds). 1995. - P. 17-29.

81. Reddish D.J., Yao X.L., Waller M.D. Computerised prediction of subsidence over oil and gas fields // Eurock'94. P. 621-630.

82. Piau J.-M., Maury V. Mechanical effects of water injection on chalk reservoirs // Eurock'94. P. 819-828.

83. Fourmaintraux D.M., Flouzat M. Improved subsidence monitoring methods //Eurock'94.-P. 549-556.

84. Bruno M.C. Reservoir Compaction and Surface Subsidence above the Lost Hills Field // Rock Mechanics 263. California. - 1992.

85. Grasso J.R, Feigner B. Seismicity by Gas Production: Lithology Correlated Events, Induced Stresses & Deformation // 134 Pure & Applied Geophys 427. 1990.

86. Grasso J.R, Volunt P., Fourmaitrauh D. Scaling of Seismic Response to Hydrocarbon Production: A Toll to Estimate Both Seismic Hazard and Reservoir Behavior Over Time // Eurock 94: Conf, Delft. 1994.

87. Grasso J.R, Wittlingef G. 10 Years of Seismic Monitoring over a Gas a Field // 80 Bull. Seismol. Soc.Am.450. 1990.

88. Hamlinton J.M., MillerA.V., Prins M.D. Subsidence-induced Shear Failures above Oil and Gas Reservoirs // Rock Mechanics 273. 1992.

89. Kovach R. Source mechanisms for Wilmington oil field, California, subsidence earthquakes // Bull, of the Seismol. Soc. Of Amer. 1974. V.64. № 3.P. 699-711.

90. Maury V.M., Grasso J.R., Wittlingef G. Monitoring of Subsidence and Induced Seismicity in the Lacq Gas Field (France): The Consequences on Gas Production and Field Operation // 32 Engineering Geology 123. -1992.f