CC BY
72
/36 Civil Security Technology, vol. 7, 2010, No. 4 (26)
УДК 81.93.21
Связь опасных геодинамических процессов с аварийностью на критически важных объектах
В. И. Гридин, С. В. Кунгуров
Аннотация
Рассматриваются проблемы внедрения информационно-аналитических работ, новых технологий, а также подходов применения новых методов и технологий информационно-аналитического обеспечения рационального, безопасного и экологически сбалансированного природопользования.
Ключевые слова: опасные производственные объекты, критически важные объекты, природные ресурсы, чрезвычайные ситуации, дешифрирование материалов дистанционного зондирования, мониторинг, горно-экологические нарушения, аэрокосмические и геодинамические методы.
Communication of Dangerous Geodynamic Processes with Breakdown Susceptibility on Crucial Objects
V. Gridin, S. Kungurov
Abstract
Problems of introduction of the information-analytical works, new technologies, and also approaches of application of new methods and technologies of information-analytical maintenance of the rational, safe and ecologically balanced wildlife management are considered.
Keywords: the dangerous industrial objects, crucial objects, natural resources, emergency situations, thematic processing materials of remote sounding, monitoring, mountain-ecological infringements, space and geodynamic methods.
Нормальное функционирование промышленного производства наряду с другими факторами определяется уровнем развития, качеством, оперативностью и достоверностью информационно-аналитического обеспечения. Планирование и проектирование, строительство и эксплуатация опасных производственных объектов, принятие инвестиционных, проектных и управленческих решений для рационального, экологически сбалансированного и безопасного освоения природных ресурсов все больше зависят от интенсивности информационного обмена в области мониторинга чрезвычайных ситуаций (ЧС), представительности, своевременности и достоверности информации.
Развитие всего комплекса работ по проектированию, строительству и эксплуатации опасных производственных объектов предопределило возникновение своеобразного «вакуума» информационно-аналитического обеспечения. Основные причины этого кризиса: информационные работы системно не организованы, характе-
ризуются узкопредметной направленностью, отсутствием иерархической упорядоченности и системной сопод-чиненности; не регламентировано понятие минимально необходимого объема информации и, как следствие, минимально необходимого количества основных направлений, методов и технологий информационных работ. Особенно это проявляется на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны.
В условиях инновационного развития экономики страны в ТЭКе в недостаточной степени применяются новые методы и технологии: системно-аэрокосмические, геодинамические, физико-геологические, в т. ч. космобиоритмические и ряд других. Мероприятия по обеспечению геодинамической безопасности работ в области ТЭКа базируются на явно устаревших теоретических, методических и технологических положениях.
В последние годы существенно осложнились вопросы информационно-аналитического обеспечения всего комплекса работ. Этому способствовали уменьшение
Технологии гражданской безопасности, том 7, 2010, № 4 (26)
доли централизованного обеспечения регионов необходимой информацией, рост цен на выполнение информационных работ, снижение оперативности получения информации, усложнение физико-геологических, геодинамических и погодно-климатических условий, увеличение количества и значимости горно-экологических нарушений, природных и техногенно-при-родных чрезвычайных ситуаций. С 1999—2000 гг. указанные факторы имеют устойчивую тенденцию к увеличению отрицательного воздействия на техногенные критически важные объекты. Анализ космобиоритми-ческой цикличности развития Земли свидетельствует, что эта тенденция сохранится до 2012—2014 гг.
Крайне недостаточно при освоении новых месторождений, выполнении буровых работ используется информация о современных геодинамических процессах осваиваемых территорий. В то же время обширный фактический материал, полученный в последние годы ведущими исследовательскими центрами, свидетельствует о существенной (в ряде случаев — определяющей) роли геодинамических особенностей конкретной территории в формировании и развитии компонентов природных и техногенно-природных ландшафтов и о необходимости полноценного использования системно-геодинамической информации при проектировании и строительстве новых объектов ТЭКа (в том числе угольных шахт, трубопроводов и т. п.), что мы в последнее время наблюдаем в ряде промышленно развитых регионов, и как следствие этого — чрезвычайные ситуации, приведшие к серьезным нарушениям технологического производства и большим человеческим жертвам.
В этих условиях существенно возрастают роль и значимость новых методов и технологий информационно-аналитического обеспечения рационального, безопасного и экологически сбалансированного природопользования. В 90-х годах прошлого столетия разработаны и успешно применяются системно-геодинамический метод, эшелонированная система сопряженного мониторинга, в том числе чрезвычайных ситуаций, методы дистанционного зондирования Земли, а также технологии сопряженного получения и совместной обработки аэрокосмической, подземной и наземной информации. Результаты сопряженных работ находят применение на всех этапах и стадиях изучения и освоения природных ресурсов углеводородного сырья. Оперативность, объективность, детальность и комплексность получаемой информации, а также минимальный уровень затрат на ее обработку предопределили широкий фронт применения новых методов. Возникла необходимость в реорганизации комплекса работ по получению предварительной, тематической и сопряженной обработке минимально необходимого объема представительной информации для проведения всего комплекса работ при рациональном освоении природных ресурсов, в т. ч. законсервированных месторождений, ранее закрытых с точки зрения экологии. В качестве теоретической основы указанной реорганизации предложена концепция преобладающего влияния физических полей Земли и околоземного пространства на природные ландшафты и техногенно-природные объекты. Методологической базой информационно-аналитических работ слу-
жит системный анализ. Технология этих работ основана на сопряженном выполнении подземных, наземных и системно-геодинамических исследований, совместной интерпретации полученных результатов и составлении комплекта сопряженных информационных документов (В. И. Гридин, 1994-2007) [1-3].
В 70-80-х гг. XX века по результатам аэрокосмического изучения нефтегазоносных участков на территории страны выявлено диагонально-решетчато-блоковое распределение современных геодинамических процессов, а также разработаны новые технологии обработки аэрокосмической и геолого-геофизической информации; проведены системно-геодинамическое дешифрирование материалов дистанционного зондирования (МДЗ) и системно-геодинамическое 2D- и 3D-моделирование [1]. Широкомасштабное производственное применение аэрокосмических и геодинамических методов в 80-90-х гг. подтвердило наличие диагонально-решетчато-блокового рисунка современных геодинамических процессов в пределах всех платформенных регионов. По результатам выполненных работ повсеместно выявлены диагонально-распределенные (преимущественно северо-восточного и северо-западного простираний) разноранговые зоны геодинамически активных флексурно-разрывных нарушений, расчленяющих изученные территории на условно ромбовидные (в плане) блоки различных размеров. Указанные зоны нарушений и складчатые дислокации формируются механизмом «твердых» приливов. Поступательно-возвратные перемещения блоков приводят к дезинтеграции (разуплотнению) горных пород в пределах разделяющих их зон нарушений, что впоследствии иногда приводит к возникновению чрезвычайных ситуаций на данных месторождениях. Одновременно указанные зоны нарушений и их узлы концентрируют опасные геодинамические процессы, что приводит к горно-экологическим нарушениям и ЧС при обустройстве месторождений нефти и газа. Прежде всего это относится к строительству и эксплуатации буровых скважин. Сопоставлением результатов системно-геодинамических работ с распределением аварийных скважин установлено, что до 75-80% ЧС на объектах ТЭКа обусловлено опасными геодинамическими процессами, протекающими в пределах зон нарушений, и особенно в геодинамических узлах.
Весьма показательным примером может служить образование в 1986 г. провала глубиной 470 м в пределах Березниковского рудника-3 в Пермском крае. Уровень воды в провале установился на глубине 68 м. На наземном фотоснимке зафиксированного ранее провала (рис. 1) видна изогнутая обсадная колонна буровой скважины (рис. 2) [2].
Изучение материалов состояния колонн труб в скважинах месторождения с местоположением геодинами-чески активных нарушений подтвердило предположение о преобладающем влиянии геодинамических и физико-геологических факторов на деформации в некоторых скважинах. Порывы колонн отмечены в большинстве скважин, расположенных в пределах зон флексурно-разрывных нарушений, и часть порывов скважин — за пределами известных зон нарушений. А в скважинах, расположенных за пределами зон нарушений, колонны остались без изменений. Основная причина нарушений
Civil Security Technology, vol. 7, 2010, No. 4 (26)
обсадных труб — поступательно-возвратные движения блоков земной коры по зонам геодинамически активных нарушений в результате действия механизма «твердых» приливов, что, несомненно, приводит к риску возникновения ЧС на данных объектах [3].
Для анализа подтверждения полученных результатов и дешифрирования материалов использованы космические фотоснимки, полученные с искусственных спутников Земли (ИСЗ) «Ресурс-Ф», и сканерные изображения, полученные с ИСЗ серии «Landsat (-5, -7)». Карты результатов дешифрирования наглядно отобразили диагонально-решетчато-блоковый рисунок современных геодинамических процессов.
Обширный фактический материал, полученный как в равнинных, так и в сейсмоактивных нефтегазоносных регионах свидетельствует, что техническое состояние объектов ТЭКа, особенно обустройства (прежде всего скважин) на месторождениях углеводородного сырья, находится в прямой зависимости от уровня современной геодинамической активности конкретных блоков земной коры, разделяющих их зон флексурно-разрывных нарушений и геодинамических узлов. Следовательно, особенности современных геодинамических (и контролирующих их физико-геологических) процессов необходимо учитывать при проектировании, строительстве, эксплуатации и консервации объектов обустройства. С этой целью должна быть заблаговременно выполнена инвентаризация природных ресурсов и техногенных объектов. Инвентаризация выполняется методами ретроспективного мониторинга на основе совместной обработки результатов системно-аэрокосмических, геолого-геофизических, геодинамических, горно-экологических и других исследований [4].
Рис. 1. Территория Березниковского рудного месторождения в Пермском крае. Провал над затопленными горными выработками рудника БКРУ-3. Фрагмент аэрофотоснимка, полученного с вертолета Ми-8 31.06.1986
В итоге составляются новые базы данных — комплекты сопряженных информационно-аналитических документов. Основу этих документов составляют системно-геодинамические и физико-геологические 2D-, 3D- и 4D-модели изучаемых месторождений. Базы данных должны и могут при соответствующем отношении хозяйствующих субъектов постоянно пополняться новой информацией, получаемой в ходе сопряженного (подземно-наземно-аэрокосмического) горно-экологического мониторинга с помощью эшелонированной системы информационно-измерительных комплексов и их носителей (рис. 3) [5].
Полноценный учет системно-геодинамических и физико-геологических особенностей каждого конкретного месторождения позволит на 70—80 % снизить аварийность при строительстве и эксплуатации шахтных полей, горных выработок, буровых скважин и, следовательно, уменьшит риск возникновения ЧС. Знание особенностей современных геодинамического и физико-геологического режимов дает возможность рационально размещать скважины, технологические узлы, механизмы, прокладывать рационально маршруты горных выработок и проводить другие мероприятия, своевременно прогнозировать горно-экологические нарушения и возможные аварии, оперативно реагировать с целью их предотвращения или минимизации последствий. Выявленные закономерности пространственно-временного распределения современных геодинамических и физико-геологических процессов диктуют также необходимость пересмотра нормативно-правовых документов по проектированию, строительству и эксплуатации объектов ТЭКа в современных условиях.
Рис. 2. Территория Березниковского рудного месторождения в Пермском крае. Зона разломов (1) и сопровождающих его флексур (2) в северо-западной стенке провала над затопленными горными выработками рудника БКРУ. 3 — обсадная колонна буровой скважины. Фрагмент наземного фотоснимка, полученного 31.07.1986
Технологии гражданской безопасности, том 7, 2010, № 4 (26)
/39
Высота, глубина, км
36 000
1 200 600 200
20
-3
-7
Информационно-измерительные комплексы
Высокоорбитальные
Среднеорбитальные Низкоорбитальные
Аэровысотные
Средневысотные
Низковысотные
Наземные, надводные
Подводные
Подземные, среднеглубинные
Подземные, глубинные
ч
Носители
Искусственные спутники Земли «Ямал»
«Метеор 3М»
«Ресурс Ф» «РесурсДК» «Комета»
Космический модуль «С-ХХ1»
Авиационно-
космическая
система
многоразового
использования
АКС-55-ДЗ
Самолеты М-55
«Геофизика»
М-101Т «Гжель»
Че-25
Вертолеты Ка-226 Ми-172АГ Ми-8
Подземное оборудование
Бурильные трубы
Обсадные трубы
Насосно-
компрессорные
трубы
Тросы
Рис. 3. Эшелонированная система сопряженного (подземно-наземно-аэрокосмического) горно-экологического мониторинга площадей и объектов ТЭКа: 1 - территориальный пункт приема, обработки и хранения информации; 2 — мобильный пункт приема и обработки информации; 3 — станция геолого-технического контроля; 4 — комплект интеллектуальных датчиков (В. И. Гридин, С. В. Кунгуров, 2003)
7
3
0
Литература
1. Гридин В. И., Дмитриевский А. Н. Системно-аэрокосмическое изучение нефтегазоносных территорий. М.: Наука, 1994. 280 с.
2. Гридин В. И., Гак Е. З. Физико-геологическое моделирование природных явлений. М. Наука, 1994. 204 с.
3. Дмитриевский А. Н., Гридин В. И. Использование аэрокосмических данных для информационного обеспечения рационального недропользования // Новые ресурсосберегающие технологии недропользования и повышения нефте-газоконденсатоотдачи: Сборник. М.: Институт нефтегазового бизнеса, 2007. С. 129-136.
4. Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Применение материалов дистанционного зондирования Земли в интересах социально-экономического развития России», г. Элиста, Республика Калмыкия, апрель 2001.
5. Гридин В. И., Швидченко Л. Г. Комплексная эшелонирован-
ная система сопряженного мониторинга объектов газовой промышленности // Наука и техника в газовой промышленности, 2003. С. 50-56.
6. Гридин В. И. Новые технологии системно-аэрокосмического изучения нефтегазоносных акваторий// Технологии ТЭК, 2006, № 4. С. 52-58.
Сведения об авторах
Гридин Виталий Иванович: к.геол.-мин.н., профессор, ГОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина», Институт проблем нефти и газа РАН. 119333, г Москва, ул. Губкина, 3. E-mail: [email protected] Кунгуров Cергей Викторович: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, начальник направления. 121352, г Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: [email protected]
