УДК 622.276
© Н.А.Касьянова, Э.В.Соколовский, С.В.Шимкевич, 1998
Результаты прогноза аварий скважин и порывов трубопроводных систем по геодинамическому фактору
Н.А.Касьянова (Московский гос. университет им. М.В.Ломоносова), Э.В.Соколовский (НК «ЮКОС»), С.В.Шимкевич (ОАО «Юганскнефтегаз»)
* "У*-
Ж становленная в ретроспективе на примере месторождений Предкавказья и Западной Сибири пространственно-временная связь между возникновением аварийных ситуаций на скважинах, связанных со сломом, смятием обсадных колонн, и порывов трубопроводных систем различного назначения с нестабильным современным напряженно-деформированным состоянием земных недр [1,2] позволяет вплотную подойти к решению вопроса эколого-экономической оптимизации освоения месторождений на основе учета особенностей проявления современной геодинамики недр. Практическое использование знаний о закономерных особенностях современного геодинамического режима на локальном уровне, закономерных связях между этими процессами и аварийностью на нефтегазовых объектах может способствовать значительному повышению экономико-экологической эффективности работ нефтегазодобывающих и транспортных предприятий. Учет природного геодинамического фактора даст возможность более рационально (с точки зрения снижения числа аварийных ситуаций) размещать скважины и трубопроводы, а также своевременно и дифференцированно проводить мероприятия по предотвращению различных аварий.
Нефтяная компания «ЮКОС» в 1996 г. была лидером в практическом внедрении передового опыта в области прогнозирования участков возникновения аварийных ситуаций на нефтегазовых скважинах и трубопроводах по геодинамическому фактору. По заказу компании данные исследования были выполнены применительно к объектам компании, в частности, Усть-Балыкскому нефтяному месторождению. В ходе выполнения работы был проведен в ретроспективе анализ всех аварий скважин и порывов трубопроводов, происшедших на месторождении за 1987-1991 гг., с целью изучения пространственно-временной связи их с
аномальным изменением напряженно-деформированного состояния земной коры. Выбор данного периода связан со временем проведения на Усть-Балыкском нефтяном месторождении высокоточных геодезических наблюдений за современными деформациями земной поверхности, выполненных в мониторинговом режиме (материалы ИГиРГИ). За указанное время выполнено 6 циклов повторного нивелирования 2 класса повышенной точности по профилям различной длины и ориентировки, покрывающих всю площадь данного месторождения, и 16 циклов ( через каждые 2-6 мес) - в пределах г. Нефтеюганск, территориально совпадающего с данным месторождением.
Результаты изучения особенностей проявления современной геодинамики недр. В процессе анализа современной деформации земной поверхности выявлено несколько участков с аномальным проявлением современных геодинамических процессов (рис.1). Эти участки четко локализованы и имеют относительно небольшие размеры (0,5-2 х 3-4 км). Скорости современных вертикальных движений земной коры в пределах этих участков составили 5-12 мм/мес, в то время как фоновые значения движений земной поверхности не превышают 3 мм/мес. Столь высокие скорости вертикальных движений земной поверхности считаются суперинтенсивными даже для высокосейсмичных районов. Характерно, что продолжительность "жизни" геодинамической аномалии довольно короткая (2-4 мес), редко достигает 6 мес. Кроме того, установлено периодическое повторение (через 23 года) аномальной деформации земной коры в пределах одних и тех же участков. Аналогичная периодичность характерна для современных геодинамических процессов, протекающих в пределах складчатых областей, в частности Терско-Кас-пийского прогиба [1].
Селекция аварий. Анализу аварийных ситуаций на нефтегазовых объектах
(скважины и трубопроводы различного назначения), прямо или косвенно связанных с резкими изменениями (по величине и знаку) напряженно-деформированного состояния земной коры, предшествовала большая работа по селекции аварий. В результате выполненного данного этапа работ с целью достижения чистоты эксперимента из анализа исключались те скважины, которые были ликвидированы по техническим или технологическим причинам, и включены те скважины, аварии на которых, на наш взгляд, прямо или косвенно могли быть связаны с аномальной нестабильностью современного напряженно-деформированного состояния земной коры (например, резкое искривление и смятие обсадных колонн, сломы колонн, сломы со смещением, смятие). При анализе порывов трубопроводных систем учитывались практически все случаи порывов за исключением порывов по установленной причине - заводской брак.
Результаты ретроспективного анализа аварий скважин и порывов трубопроводов. В ходе пространственно-временного анализа аварийных ситуаций на скважинах и трубопроводах (за 19871991 гг.) было установлено, что аварийные ситуации возникают далеко не хаотично: они концентрируются в пределах локальных участков и обычно повторяются именно на этих же участках (см.рис.1). Таких участков в пределах одного месторождения (на примере месторождений Терско-Каспийской нефтегазоносной области) насчитывается, как правило, от 5 до 15 в зависимости от размеров месторождения. Усть-Балыкское месторождение, хотя и платформенное, не является исключением. Здесь выделяется 12 локальных участков, в пределах которых происходили массовые аварии на скважинах и порывы трубопроводных систем различного назначения за рассматриваемый период (1987-1991 гг.). На
некоторых участках аварийная ситуация повторялась через 2-3 года.
9/1998 75
Рис.1. Схема пространственно-временной связи аварий скважин и порывов нефте- и газопроводов с аномальными проявлениями современной геодинамики земных недр в пределах Усть-Балыкского месторождения за 1987-1991 гг.:
1 - зоны повышенной трещиноватости или разрывных нарушений, выявленные по геодинамическим данным; 2 - зоны аномальной деформации земной коры; 3, 4 - участки порывов соответственно нефтепроводов и газопроводов; 5- участки аварий скважин; 6- номер скважины или куста скважин/ дата аварии; 7, 8, 9, 10, 11 - аварии, происшедшие соответственно в 1987, 1988, 1989, 1990, 1991 г.; 12 - автодорога
Пространственно-временная связь случаев аварий скважин и порывов трубопроводов с аномальными проявлениями современной геодинамики недр. Совместный пространственно-временной анализ возникновения аварийных ситуаций и случаев аномального проявления современных геодинамических процессов за 1987-1991 гг. показал, что более 50 % аварий на скважинах, связанных с различными деформациями обсадных колонн скважин, и более 76% порывов трубопроводных систем совпали по площади и во времени с участками и временем аномального изменения напряженно-дефор-
мированного состояния земной коры.
Рассмотрим несколько участков, выделенных нами как участки повышенного риска возникновения аварийных ситуаций. На Усть-Балык-ской площади их оказалось три,один расположен в районе куста 63. На этом участке с июня 1988 г. по июль 1989 г. инструментально зафиксирована супердеформация земной поверхности (аномалия шириной 1,5 и длиной 3 км). В этот период произошло три нарушения обсадных колонн в скв. 438, 718 и 707, три порыва нефтепроводов (в районе ЗУ 718, куста 63 и скв.438) и один порыв газопровода, расположенного непосредственно рядом с кустом 63. В последнем случае были человеческие жертвы. Второй участок, характеризующийся массовыми скоплениями различных аварий, расположен к северо-западу от куста 103 на расстоянии около 1 км. Здесь в марте 1989 г. произошли авария на скв. 850, связанная с резким искривлением эксплуатационной колонны, и три порыва нефтепроводов (скв.
639, 638 и 385).
Третий участок массового скопления аварий находится в районе скв. 80. Здесь также в 1989 г. на узком участке произошло шесть порывов нефтепроводов
(скв.80, 302, 303, 62, 685 и 374).
Остальные аварии на скважинах и порывы трубопроводных систем, которые можно отнести к одиночным случаям (за рассматриваемый интервал времени), приурочены, как правило, к участкам, расположенным строго вдоль линий северо-западного направления. Можно
предположить, что эти линии трассируют зоны наибольшей напряженно-деформированной неустойчивости горных пород, чем могут явиться зоны повышенной тре-щиноватости пород, активизации тектонического разрывного нарушения различного ранга и др. При этом отмечается однотипный характер нарушения обсадных колонн скважин: резкое искривление, слом, слом со смещением. Амплитуда смещения частей ствола скважин относительно друг друга превышает 100 мм (скв. 408, куст 22, 1985 г.) И это в пределах платформенной области, считающейся до сих пор тектонически спокойной территорией !? Комиссией по обследованию скважин было предложено ликвидировать ее по 3"б" категории (технические причины), при этом подчеркивалось, что виновники не установлены. Подобных примеров можно приводить много и они отмечаются на всех рассматриваемых нами ранее месторождениях в других НГЗ. Порывы трубопроводных систем происходят только в том случае, если трубопровод вкрест пересекает (близко к 90°) геодинамическую аномалию, где испытывает максимальную деформацию.
Приведем еще один пример, наглядно демонстрирующий, на наш взгляд, пространственно-временную связь возникновения аварийных ситуаций на нефтегазовых объектах с аномальными проявлениями современных геодинамических процессов. За рассматриваемый период (1987-1991 гг.) на каждом из кустов 102 и 103 произошло по два порыва нефтепроводов. Внимание к этим авариям связано с фактом одновременного их возникновения в пределах данных кустов, расположенных друг от друга на расстоянии более 4 км, с интервалом 2, 5 года (порывы на кусте 102 произошли 26.01.87 г. и 28.07.89 г., порывы трубопровода на кусте 103 - 26.04.87 г. и 28.07.89 г.).
Наше объяснение этого явления заключается в следующем. Кусты 102 и 103, вероятно, расположены в пределах одной и той же зоны разрывного нарушения (или зоны повышенной трещиноватости горных пород). В момент наибольшего градиента тектонического напряжения в земной коре, приводящего к де
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.