научная статья по теме КОНЦЕПЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛА В РЕГИОНЕ БАРЕНЦЕВА МОРЯ Геология

Текст научной статьи на тему «КОНЦЕПЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛА В РЕГИОНЕ БАРЕНЦЕВА МОРЯ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 2, с. 166-174

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 622.831.1:553.98(985)

КОНЦЕПЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛА В РЕГИОНЕ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

© 2015 г. Н. Н. Мельников, А. И. Калашник, Э. В. Каспарьян, Н. А. Калашник

Горный институт Кольского научного центра РАН ул. Ферсмана, д. 24, г. Апатиты, 184209 Россия. E-mail: kalashnik@goi.kolasc.net.ru

Поступила в редакцию 21.03.2014 г. После исправления 25.08.2014 г.

Изложены разработанные авторами методические подходы и концепция геодинамического мониторинга нефтегазообъектов в регионе Баренцева моря, учитывающая тектонофизические особенности региона и включающая комплексы натурных измерений геодинамически потенциально-опасных зон соответствующими методами контроля, прогнозные расчеты и моделирование, экспертные оценки природных и техногенных воздействий на нефтегазообъекты в целях прогнозирования и обнаружения на ранних стадиях признаков возникновения опасных деформационных процессов для принятия управляющих решений и превентивных мероприятий. Важное и обязательное условие концепции - соответствие структуры, режимности и комплексности геодинамического мониторинга стадиям (фазам) жизненного цикла нефтегазовых объектов.

Ключевые слова: нефтегазообъекты, Баренцево море, окружающая среда, геодинамические риски, мониторинг.

ВВЕДЕНИЕ

Российский сектор региона Баренцева моря в ближайшей перспективе будет являться крупным стратегическим центром добычи и транспортирования нефтеуглеводородов. Вводится в эксплуатацию Приразломное нефтяное месторождение, принимаются инвестиционные решения и проводятся предпроектные изыскания для реализации Штокмановского проекта: обустройство месторождения, трубопроводная доставка газа и газоконденсата от подводного добычного комплекса к побережью Кольского полуострова, строительство завода по сжижению природного газа (СПГ) в п. Териберка (в 100 км от г. Мурманска), строительство сухопутной части трубопровода от п. Териберка до г. Волхов с подключением к трубопроводу Nord Stream. Представляют несомненный интерес и обсуждаются месторождения в центральной части Баренцева моря: Мурманское, Северо-Кильдинское, Лудловское, Ледовое [9, 19]. Рассматриваются варианты трубопроводного транспортирования нефти с месторождений западной Сибири в порт г. Мурманска.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

Наряду с известными сложными арктическими условиями региона здесь возможны природ-но-техногенные геодинамические проблемы как при обустройстве месторождений, так и при добыче и транспортировании нефтеуглеводородов [12, 15]. Северо-восточная часть Балтийского щита, переходящая в береговую зону Баренцева и Белого морей, геодинамически активна: здесь инструментально регистрируются современные интенсивные движения земной коры, четко выделяются сейсмически активные Финнмаркско-Мурманская и Кандалакшская зоны ВОЗ (возможного очага землетрясения), в пределах которых происходят землетрясения магнитудой до 3-4 [2]. Непосредственно в районе планируемого строительства завода СПГ в начале ХХ в. произошло сильное землетрясение, что может свидетельствовать о возможности повторения там такого события. В центральной части Кольского полуострова, вследствие крупномасштабных горных работ на Хибинских и Ловозерских месторождениях, произошли индуцированные землетря-

сения магнитудой свыше 4, приведшие к катастрофическим разрушениям как подземных горных выработок, так и наземных сооружений и коммуникаций. При этом область воздействия землетрясений в десятки раз превышала район ведения горных работ.

О необходимости обеспечения геодинамической безопасности нефтегазообъектов в шельфовой и прибрежной зоне однозначно свидетельствуют мировой опыт добычи и транспортирования нефтеуглеводородов [4, 7, 14] и особенно широко известная экологическая катастрофа в Мексиканском заливе - авария и разрушение платформы Deepwater Horizon, а также ряд других чрезвычайных ситуаций и аварий, обусловленных геодинамическими проявлениями. Важным подтверждением необходимости решения задач обеспечения геодинамической безопасности объектов нефте-газопромысла в регионе Баренцева моря является отмеченная выше геодинамическая активность северо-восточной части Балтийского щита. Здесь происходит постгляциостатическое поднятие (всплывание) земной коры, при этом крупные геологические блоки по-разному и неравномерно смещаются по разломам; в пределах Кольского полуострова активны современные сейсмогенные зоны [17]. Для успешного решения задач геодинамической безопасности нефтегазообъектов в регионе необходимы организация и проведение соответствующего геомониторинга, который позволит выявить опасные геодинамические проявления на ранних стадиях их формирования для своевременного принятия решения по защите как самих объектов, так и окружающей природно-технической среды.

Для целей организации и проведения геодинамического мониторинга необходимо дать районирование следующих горно-геологических и индустриально-промышленных особенностей и объектов региона Баренцева моря:

• зоны высокого напряженно-деформированного состояния массивов пород верхней части земной коры, с преобладанием субгоризонтальной тектонической составляющей, которая в 2-3 раза может превышать собственный вес пород [1];

• области постгляциостатического поднятия (всплывание) земной коры; при этом крупные геологические блоки по-разному и неравномерно смещаются по разломам [17];

• зоны различной сейсмичности как природного, так и техногенного характера, имеющие ярко выраженную зональность, приуроченную к при-

брежным зонам и центральной части Кольского полуострова [2];

• участки рельефа в предгорьях и на сопках, в пределах которых градиент изменчивости высотных отметок может составлять сотни метров на погонный километр [8, 12, 14];

• расположение большого числа водных объектов, в том числе имеющих народно-хозяйственное значение (ГЭС, источники водоснабжения городов, населенных пунктов и промышленных предприятий);

• районы крупномасштабной и интенсивной разработки горнорудных месторождений подземным и открытым способом;

• местоположение Кольской атомной электростанции (АЭС): работающие блоки и строительство второй очереди.

Добыча нефтеуглеводородов окажет крупномасштабное воздействие на земную кору региона, что приведет к нарушению естественного относительно равновесного состояния недр и дальнейшей активизации тектонических разломов и современных блоковых движений земной коры, инициирующих опасные геодинамические процессы (проседания, крупномасштабные оползни, сдвижения (подвижки) пород, землетрясения, грязевые вулканы, газовые каналы и др.) [12, 15] (рис. 1). Геомеханическая эволюция нефтегазовой природно-технической системы (НГ ПТС), испытывающей постоянное природное и техногенное влияние (нижняя часть рис. 1), реализуется в изменении напряженно-деформированного состояния (НДС), соответственно: самого коллектора (верхний над нижней частью рисунка ряд прямоугольников с текстом как иллюстрация результирующих проявлений изменения НДС), далее - перекрывающего коллектор массива пород (в каких результирующих проявлениях реализуется в нем изменение НДС), и верхний ряд - соответственно, результирующие проявления изменения НДС в придонных слоях. Безусловно, результирующие проявления (сейсмичность, активизация разломов, раскрытие существующих и образование новых трещин (вплоть до магистральных) в вышележащих породах будут оказывать вторичное воздействие на состояние НГ ПТС. Таким образом, природные и природно-техногенные явления могут быть "спусковым механизмом" как для вторичных собственных проявлений, так и для внезапного разрушения несущих конструкций буровых установок и платформ, технологического оборудования и трубопроводов, деформи-

МЕЛЬНИКОВ и др. Изменения НДС придонных пород

Просадка морского дна Горизонтальные сдвижения придонных слоев и грунтов Придонное трещино-и разломо-образование Деконсолидация газогидратов Оползни (плывуны) придонных пород Генерация волн (цунами)

Изменения НДС перекрывающего массива

Деформирование пород Формирование зон уплотнения Формирование зон трещиноватости Активизация тектонических нарушений массива Сейсмичность Образование газовых каналов Образование грязевых вулканов

Изменения НДС коллектора

Деформирование скелета (матрицы)

Формирование зон уплотнения

Формирование зон трещиноватости

Активизация тектонических нарушений

Гравитационные и тектонические напряжения

Современные движения земной коры

Активные разломы

Природные землетрясения

0

1 ё

il

il

ШЕЛЬФОВЫЕ НЕФТЕГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

CD

Н

Механическое (бурение, платформы, модули и т.п.)

Отбор флюида

Закачка воды

Методы повышения отдачи

Рис. 1. Воздействие на шельфовое нефтегазовое месторождение и результирующие геомеханические процессы и геодинамические проявления. НДС - напряженно-деформированное состояние.

рованию, смятию и разрушению скважин и т.п. [3, 7, 15, 16].

В процессе добычи нефти и/или газа из продуктивных коллекторов произойдет техногенное деформирование пород коллекторов и вмещающего массива, при этом деформации и перемещения, имеющие цикличное (линейное и нелинейное) развитие, будут недоступны для прямых измерений и наблюдений [12, 15, 16]. Техногенное деформирование пород скажется в первую, очередь на главных компонентах нефтегазового промысла - скважинах и трубопроводах, которые как протяженно-линейные объекты, находящиеся в массиве горных пород (по сути "защемленными"), весьма чувствительны именно к локальным, относительно небольшим объемным (зачастую знакопеременным) деформациям вмещающих их пород. Суммарное число отказов и аварий на скважинах и трубопроводах превышает 50% от общего числа [4].

МИРОВОИ ОПЫТ

Анализ накопленного к настоящему времени мирового опыта как сухопутных, так и морских (шельфовых) нефтегазовых разработок [4, 7, 14, 16] показывает, что количество аварийных ситуаций на платформах, сооружениях для добычи и хранения нефтеуглеводородов, скважинах, трубопроводах и др. превышает 3000 случаев, а экономический

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком