Ю.Б. Баранов, М.С. Горяйнов, Ю.И. Кантемиров, С.М. Кулапов, Е.В. Киселевский, В.А. Нохрин
Выполнение маркшейдерских работ на нефтегазовых месторождениях требует создания системы наблюдений за смещениями земной поверхности, реализуемой, как правило, в виде геодинамического полигона. Геодинамический полигон представляет собой систему закрепленных реперов в пределах контура всего месторождения и опорных пунктов, вынесенных за область влияния деформационных процессов. Для измерения смещений земной поверхности используется традиционный метод повторных инструментальных измерений, как правило — нивелирование II класса.
Реализация такого рода подхода на нефтегазовых месторождениях влечет строительство протяженных ходов нивелирования, длиной десятки километров, и больших финансовых затрат уже на стадии закрепления реперов (рис. 1).
Система наблюдений Южно-Русского месторождения, реализованная в виде ходов нивелирования II класса (красные линии)
Ход нивелирования по инструкции по производству маркшейдерских работ (РД 07-603-03) предусматривает расстояние между реперными точками в 300–500 м, а в зонах предполагаемых тектонических нарушений — 100 м. В целях сокращения работ по оборудованию реперов, возможно использование устьев буровых скважин. Однако, поскольку расстояние между реперными точками жестко задано, заменить их полностью за счет использования скважин невозможно. Крайне дороги и сами высокоточные геодезические измерения, требующие значительные временные затраты — от нескольких месяцев до года и более.
Очевидно, что такой подход не может быть и достаточно точным (реальную информацию о смещениях можно получить только на нивелирном ходе, тогда как на всей территории данные получают путем интерполяции), а также надежным, поскольку за это время могут произойти геодинамические и геомеханические изменения.
В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» — головном научном центре ОАО «Газпром» в области геологии, разработки месторождений, добычи, транспортировки, подземного хранения, переработки газа и промышленной безопасности с недавнего времени для решения задач контроля деформаций земной поверхности и массива горных пород, начали применять метод радиолокационной (радарной) космической съемки. Использование спутниковых радарных систем позволяет практическими измерениями получить точную (миллиметровую) картину смещений земной поверхности и, таким образом, подтвердить и существенно уточнить расчетные ожидаемые параметры сдвижения массива пород и земной поверхности, возникающего при разработке месторождения.
В рамках системы маркшейдерско-геодезического мониторинга в 2010 г. ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и компанией «Совзонд» совместно были выполнены работы по выявлению и анализу смещений земной поверхности, вызванных разработкой этого месторождения.
Южно-Русское нефтегазовое месторождение расположено в Красноселькупском районе Ямало-Ненецкого автономного округа. Являясь одним из крупнейших нефтегазовых месторождений в России, оно должно стать основной ресурсной базой газопровода «Северный поток» (Nord Stream). Лицензия на разработку месторождения принадлежит компании ОАО «Севернефтегазпром». Месторождение введено в эксплуатацию в декабре 2007 г. Исходными данными послужили радиолокационные космические снимки с японского спутника ALOS (радар PALSAR).
ВЫЯВЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО КОСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ ALOS/PALSAR
Схема покрытия территории Южно-Русского месторождения космическими снимками ALOS/PALSAR
Для анализа смещений земной поверхности была выбрана пара снимков ALOS/PALSAR от 30 июля 2007 г. и 19 июня 2009 г. Она характеризуется значительным временным промежутком между съемками — 2 года. Кроме того, разработка Южно-Русского месторождения началась как раз в 2007 г., то есть данная пара снимков охватывает период в два года от начала добычи газа (рис. 2).
Радиолокационный спутник с помощью радарных сенсоров «освещает» поверхность земли, при этом луч отражается обратно на приемно-передающие антенны. Радарные изображения дают информацию о наклонных дальностях, шероховатости поверхности ее диэлектрической составляющей и др. Из полученных данных отбираются снимки с интересующим интервалом времени, которые подвергаются многоэтапной обработке, после чего создается карта реальных вертикальных смещений земной поверхности (рис. 3).
Карта вертикальных смещений земной поверхности Южно-Русского месторождения с 2007 по 2009 гг.
Сопоставление и последующий анализ имеющейся геолого-геофизической, промыслово-геологической и маркшейдерско-геодезической информации позволяют судить о причинах выявленных смещений земной поверхности на территории Южно-Русского нефтегазового месторождения. В настоящий момент причины как положительных, так и отрицательных смещений заключаются в комплексном воздействии природных и техногенных процессов.
Анализируя оседания на месторождении и данные об отборах газа за весь период эксплуатации месторождения, очевидно, что наибольшее опускание поверхности зарегистрировано на участках с максимальными значениями отборов. В то же время незначительные отборы газа в южной части месторождения в настоящее время не компенсируют вертикальное положительное движение неотектонических блоков, которое является причиной поднятия. Увеличение отбора газа в дальнейшем может продолжать изменять ситуацию, а территория продолжать испытывать опускание. В центральной части месторождения максимальные отборы газа на опускающихся неотектонических блоках, приводят к установленным нами за период 2007 — 2009 максимальным опусканиям земной поверхности до 8–10 см гг. (рис. 4).
Карта смещений земной поверхности за период 2007–2009 гг. Южно-Русского месторождения. Линиями показаны разрывные нарушения, кругами объемы отборов газа.
Использование спутниковой радарной съемки позволяет практическими измерениями получить точную картину смещений земной поверхности и таким образом подтвердить и существенно уточнить расчетные ожидаемые параметры сдвижения массива пород и земной поверхности, возникающего при разработке месторождения. Использование навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS) дает возможность верифицировать радарные данные а, совместно с космической радарной съемкой, позволяет с точностью до нескольких миллиметров получать все три координаты любой точки земной поверхности на месторождении в реальном времени. Такая технология выполнения наблюдений для решения маркшейдерских задач на нефтегазовых месторождениях имеет преимущество, по сравнению с традиционными геодезическими решениями, как по быстроте получения результата, так и по стоимости.
