CC BY
95
УДК 551.24 Ю.О. Кузьмин
Ассоциация «Нефтегазэксперт», ИФЗ РАН, Москва А.И. Никонов
Ассоциация «Нефтегазэксперт», ИПНГ РАН, Москва М.В. Шумейко СОЖГТЕСН, Москва
МОНИТОРИНГ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ «САХАЛИН -1» И «САХАЛ ИН -2»
Разработка и обустройство таких месторождений как «Сахалин-1» и «Сахалин-2» сопряжена с серьезными вопросами обеспечения промышленной и экологической безопасности объектов нефтегазового комплекса и природоохранных объектов. Причем последние, в пределах всего острова и прилегающего к нему шельфа, относятся к уникальным или особоохраняемым. В связи с чем, необходимость создания системы геодинамического мониторинга в рамках реализации проектов Сахалин-1 и Сахалин-2 продиктована целым рядом нормативных документов.
Под геодинамическим мониторингом понимается создание сети наблюдений за сейсмическими и геодеформационными процессами природного и/или техногенного происхождения. Сейсмический мониторинг отвечает за регистрацию сейсмических событий, а его проведение построено на традиционных методах слежения за сейсмической активностью данного региона.
Геодеформационный мониторинг - это часть геодинамического мониторинга, которая отвечает за регистрацию геодеформационных процессов. Применительно к объектам проектов Сахалин-1 и Сахалин-2 геодеформационный мониторинг-это мониторинг современных аномальных деформационных процессов, со скоростями большими, чем 10-5 в год, которые вызваны современной активностью разломов и разработкой нефтяных и газовых месторождений (Кузьмин, 1999; Кузьмин, Никонов, 2002).
Поэтому целью создания системы геодеформационного мониторинга является получение информации о современном состоянии и изменении геодеформационной активности недр в зоне объектов «Сахалин-1» и «Сахалин-2» и оценка влияния этих процессов на промышленную безопасность объектов (Боровский, Кузьмин, Никонов и др., 2).
Согласно традиционным представлениям динамика разломов обусловлена воздействием медленно меняющегося во времени регионального поля тектонических напряжений, которое приводит к сдвиговым перемещениям смежных блоков среды. В этом случае уровень приложенной нагрузки должен быть соизмерим с уровнем деформационного отклика среды.
Однако многочисленные эмпирические данные входят в существенное противоречие с представлениями о степени адекватности приложенных воздействий и деформационных реакций среды. Оказалось, что имеют место суперинтенсивые деформационных процессы (СД процессы) в разломных зонах, которые происходятт даже под влиянием достаточно малых внешних воздействий природного (выпадение незначительного уровня атмосферных осадков, влияние удаленных землетрясений) или техногенного (слабое изменение дебитов добычи нефти) происхождения [Кузьмин, 1999].
Эти геодинамические процессы, неоднократно приводили к негативным последствиям экологического и экономического характера (Кузьмин, 1999; 2004; Кузьмин, Никонов, 1998, 2002; Жуков, Кузьмин, Полоудин, 2000; Сидоров, Кузьмин, Хитров, 2000).
Обобщение основных характеристик современных геодеформационных процессов, инструментально зарегистрированных на о. Сахалин, позволяют сделать вывод о необходимости проведения геодеформационного мониторинга на объектах нефтегазового комплекса в связи с зонами разломов, выявленных как в пределах всех месторождений, так и при пересечении их линейными и площадными сооружениями.
Основные материалы по современным геодеформационным процессам территории о. Сахалин получены по данным повторных геодезических наблюдений проведенных по региональной нивелирной сети и на специально созданных геодинамических полигонах.
Наиболее информативные данные о современной геодеформационной активности разломных зон получены на геодинамических полигонах.
На Сахалине институтом ИМГиГ ДВО РАН организовано три геодинамических полигона в зоне Центральносахалинского глубинного разлома и два полигона в зоне Северосахалинского разлома. Примечательно, что на этих полигонах велась регистрация, как вертикальных, так и горизонтальных движений.
Два из перечисленных геодинамических полигонов (Тепловодский и Южный) находятся в южной части острова, третий (Орловский) - в средней, а четвертый (Пильтунский) и пятый временный (Нефтегорский) - в северной.
Основные результаты, полученные на геодинамических полигонах в 1974 - 1990 гг. позволяют судить о современной геодеформационной активности Центрально-Сахалинского разлома, поскольку все они практически сосредоточены в этой зоне.
Современные горизонтальные движения зафиксированны в 1975 - 1978 гг. в южной части Центрально-Сахалинского разлома (Южный и Тепловодский полигоны) установлен правосторонний сдвиг со скоростью 816 мм в год.
В 1980 - 1982 гг. на Тепловодском полигоне зафиксирован
правосторонний сдвиг со скоростью 6-12 мм в год.
В период 1983 - 1984 гг. характеризуется разнонапрвленными
горизонтальными смещениями на различных участках ЦентральноСахалинского разлома. В северной его части (Орловский полигон) установлен
левосторонний сдвиг со скоростью 50 мм в год (связанный с Онорским землетрясением). В этот период наблюдаются интенсивные деформации растяжения (до 2.5-10-5) на Южном полигоне, которое связано с местным землетрясением, которое произошло в 35 км к югу от полигона.
В целом все выявленные современные горизонтальные движения в зоне Центрально-Сахалинского разлома в 1974 - 1990 гг. имеют знакопеременные характер. Накопление смещений по разлому в целом или на его отдельных участках не происходит. Однако интенсивность кратковременных смещений достигает 50 мм в год.
Современные вертикальные движения в зоне Центрально-Сахалинского разлома характеризуются существенной знакопеременностью и/или пульсационностью. Они имеют существенные амплитуды смещений и деформаций.
На Южном полигоне наибольшие смещения происходили в 1983 - 1984 гг. и 1984 - 1987 гг. и носили знакопеременный характер. Наибольшее смещение (опускание западной части полигона относительно восточной) достигло 123 мм за период 1983 - 1984 гг.
На Тепловодском полигоне наибольшие вертикальные смещения (поднятие) достигают 259 мм в период с 1983 по май 1984 г Летом и осенью 1984 г. (за 4 месяца) поднятие продолжается, достигая 480 мм. К следующему циклу повторных наблюдений (1987 г.) происходит компенсационное опускание. Затем (1987 - 1988 гг.) опять наблюдается поднятие.
Накопленные за весь период измерений (1975 - 1990 гг.) деформации отражают поднятие западной части разлома относительно восточной, почти на 300 мм, с образованием на разломе градиента смещений в 100 мм на расстоянии 2 км, т. е. в относительных величинах деформации - 5-10-5 .
На Орловском полигоне зафиксированы аналогичные аномальные вертикальные смещения. Они также носят знакопеременный характер и имеют амплитуды относительных деформаций порядка 2-4-10-5. Однако следует иметь ввиду, что история наблюдений на этом полигоне составляет всего 8 лет, что не позволяет оценить тенденции в режиме деформирования.
На Пильтунском полигоне в период 1982 - 1983 гг. выявлено опускание восточного крыла разлома (Восточно-Эхабинский разрыв) со скоростью 13 мм в год. За последующие периоды были отмечены знакопеременные смещения со скоростями порядка 10 мм в год.
На Нефтегорском геодинамическом полигоне все выявленные аномальные смещения связаны с Нефтегорским землетрясениям и являются типичным проявление косейсмических и постсейсмических деформаций.
В целом следует отметить, что горизонтальные и вертикальные смещения в зонах разломов за короткие интервалы (несколько лет) времени составляют сантиметры в год, за более длительные (десятки лет) - не более 1 см в год, а для интервалов соизмеримых с геологическими временами (тысячи лет и более) не превышают нескольких мм в год.
По своей интенсивности данные процессы являются суперинтенсивными деформациями (СД), которые при многократном
повторении способны достигать уровня порядка 10-4 , что согласно существующим нормативным документам, относится к опасным деформациям (Кузьмин, 1999).
Таким образом, приведенные данные по нормативной базе и материалы по величинам геодеформаций, полученным по результатам геодезических наблюдений на Сахалине несомненно указывают на необходимость создания системы геодеформационного мониторинга объектов проектов «Сахалин-1» и «Сахалин-2».
Основой подхода к построению системы геодеформационного мониторинга за такими объектами как магистральные трубопроводы, береговые и морские сооружения различного назначения и разрабатываемые месторождения (рис. 1) является максимальное использование возможностей производственного мониторинга объектов и регламентных работ мониторингового характера (Кузьмин, Никонов, 2002).
Для оценки влияния активных разломов на магистральные трубопроводы, пересекающих эти зоны в качестве мониторинговой геодеформационной информации допустимо использовать непрерывные тензометрические измерения трубы и данные периодической внутритрубной диагностики. На выявленных потенциально опасных участках желательно проводить геодезические измерения, позволяющие фиксировать составляющую вертикальных смещений земной поверхности. Сравнение результатов напряженно-деформированного состояния трубопроводных систем с геодеформационными процессами, происходящими в разломных зонах, позволит оценить надежность предлагаемых методов контроля и повысить эколого-промышленную безопасность на этих участках.
Для береговых сооружений предлагается использовать данные регламентных геодезических наблюдений точность и периодичность проведения которых определяется нормативным документам, что позволяет считать эти работы частью системы геодеформационного мониторинга.
Сбор и обработка данных Сбор и обработка данных
геод ©формационного сейсмического
мониторинга мониторинга
Сахалин -1,2 Сахалин -1,2
Анализ и экспертиза данных гводинамического мониторинга
Рис. Схема геодинамического мониторинга объектов «Сахалин-1, 2»
За наблюдением деформационных процессов, возникающих при разработке таких месторождений как Чайво, Одопту - Сахалин-1; Лунская -Сахалин-2 необходима установка наклономеров. Это единственная часть системы геодеформационного мониторинга, которую необходимо будет создавать. Установка наклономеров планируется на трех запланированных сейсмических станциях, расположенных в окрестности этих же месторождений. Основная задача этих наблюдений - непрерывная регистрация геодеформационных процессов за пределами контура месторождений и вблизи береговых сооружений. Подобная установка
измерительных систем позволит контролировать фоновую ситуацию и отделять природные и техногенные составляющие процесса деформирования.
Предложенная система максимально использует возможности производственного мониторинга и соответствует существующим нормативам.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Боровский Д.И., Кузьмин Ю.О., Минаев Е.В., Никонов А.И., Надеин В.А. Опыт создания системы геодеформационного мониторинга объектов проектов «Сахалин-1» и «Сахалин-2»Материалы IV Международного совещания (Санкт-Петербург, сентябрь 2003), Том 2. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - С. 63-69.
2. Дмитриевский А.Н., Кузьмин Ю.О., Сидоров В.А., Ульмасвай Ф.С. Основные положения геодинамической и геоэкологической безопасности разработки месторождений нефти и газа и других природно-технических систем // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников, М.: Центр «Антистихия», 2002. - С. 96-103.
3. Кузьмин Ю.О., Никонов А.И., Геодинамическая природа аварийности скважин и трубопроводных систем // В кн.: Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности. - М.: Газпром, 1998. - С. 315-328.
4. Кузьмин Ю.О., Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании // М.: АЭН, 1999. - 220 с.
5. Кузьмин Ю.О., Никонов А.И. Геодинамический мониторинг объектов нефтегазового комплекса // В кн. Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности, вып.2. - М.: ГЕОС, 2002. - С. 427-433.
6. Кузьмин Ю.О. Геодинамический риск объектов нефтегазового комплекса // Российская Газовая Энциклопедия, М.: Большая Российская Энциклопедия, 2004. - С. 121-124.
7. Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О., Хитров А.М. Концепция геодинамической безопасности освоения углеводородного потенциала недр России // М.: ИГИРГИ, 2000. -56 с.
© Ю.О. Кузьмин, А.И. Никонов, М.В. Шумейко, 2006
