Локальные географические последствия эксплуатации Самотлорского
 Скачать 3.37 Mb.
|
|
1 Обзор литературы В настоящее время одним из важных техногенных воздействия на недра является интенсивное освоение нефтяных месторождений. Среди различных видов последствий длительного освоения месторождений углеводородов особое внимание [13-15] привлекают геодинамические последствия освоения месторождений углеводородов, такие как аномальные деформации земной поверхности и проявление сейсмичности в районах нефтегазодобычи. Месторождения жидких УВ это динамически активная флюидная система, которую, в отличие от месторождений твердых полезных ископаемых, намного легче вывести из состояния устойчивого равновесия малыми воздействиями на субвертикальные области с неустойчивыми механическими характеристиками (зоны разломов) [11]. Основные негативные деформационные последствия при длительной разработке месторождений УВ являются обширные просадки территории месторождения, а также активизация разломных зон, в форме трех типов аномалий: β типа, S типа и γ типа [15]. В соответствии с [13] локальные аномалии вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности в зонах разломов, возбужденные процессами разработки, приурочены к зонам тектонических нарушений (разломам) различного типа и порядка. Эти аномальные движения высоко градиентные (свыше 50 мм/год), коротко периодичные (0,1 – 1 год), пространственно локализованные (0,1-1 км), обладают пульсационной и знакопеременной направленностью. Среднегодовые скорости относительных деформаций для них чрезвычайно высоки и составляют величины порядка (5-7)•10 -5 /год, поэтому их называют суперинтенсивными деформациями (СД) земной поверхности, а разломы, в пределах которых они выявляются, определены, как «опасные». В соответствии с [13] для γ – аномалий вертикальные размеры составляют порядка 1-2 км, для S-аномалий 5-10 км, а для аномалий типа β 13 равны 10-30 км. Данные типы аномалий находятся в определенном соответствии с региональными схемами напряженного состояния земной коры: в районах предгорных и межгорных прогибов (области сжимающих напряжений) доминируют β-аномалии, а в рифтовых областях (растяжение) преобладают γ-аномалии. Известны многочисленные примеры негативных последствий активизации СД процессов на нефтяных и газовых месторождениях [17], среди которых и нефтяное месторождение Самотлор: нефтяное месторождение Усть-Балык (Западная Сибирь) – смятие и слом обсадных колонн добывающих скважин, порывы промысловых трубопроводных систем; нефтяное месторождение Тенгиз (Казахстан) – серьезные осложнения при строительстве глубоких скважин; нефтяное месторождение Ромашкинское (Татарстан) – смятие и слом обсадных колонн скважин в зонах разломов; нефтяное месторождение Самотлор (Западная Сибирь) – аварийность скважин в зонах аномальной деформационной активности разломов. Известны [3,13-17] случаи аномальных (более метра) просадок земной поверхности и резкого усиления активности разломов на ряде месторождений нефти и газа, обусловленных разработкой, которые неоднократно приводили к аварийным ситуациям на скважинах и промысловых трубопроводных системах, сопровождавшимся значительным экологическим и материальным ущербом. Так известны случаи аномальных деформаций земной поверхности на длительно разрабатываемых нефтяных и газовых месторождениях в США, Венесуэле, на Северном море и в других регионах, что связывается с извлечением жидкости из резервуара и снижением пластового давления. Зарегистрированы случаи проявления землетрясений, в том числе сильных, в районах освоения месторождений углеводородов в США, Канаде, Франции, 14 России, Туркменистане, Узбекистане и других регионах. Установлена связь процессов подготовки этих событий с процессами разработки месторождений нефти и газа [17]. Сейсмические события происходят в результате отбора большой массы углеводородов и снижения гидростатической нагрузки на породы фундамента и кровли, находящихся в критически напряженном состоянии. Инструментально зарегистрированы [15] весьма значительные величины обширных просадок земной поверхности территорий разрабатываемых месторождений: нефтяное месторождение Willmington (США) за период с 1928 по 1966 год, максимальное опускание 8,8 м; нефтяное месторождение Lаgunillas (Венесуэла) за период с 1926 по 1980 год, максимальное опускание 4,1 м; нефтяное месторождение Сураханы (Азербайджан) за период с 1912 по 1972 год, максимальное опускание 3 м; нефтяное месторождение Ekofisk (Норвегия) за период с 1984 по 1985 год, максимальное опускание 2,6 м; нефтяное месторождение Балаханы – Сабунчи – Раманы (Азербайджан) за период с 1912 по 1947 год, максимальное опускание >1 м; газовое месторождение Северо-Ставропольское за период с 1956 по 1979 год, максимальное опускание 0,92 м; газовое месторождение Шебелинское (Украина) за период с 1965 по 1982 год, максимальное опускание >0,37 м. Совокупность условий в соответствии с [14,15] способствующих возникновению просадок земной поверхности при отборе УВ, включает: 1. Наличие аномально высокого пластового давления и темп его снижения в процессе разработки месторождения. 2. Предрасположенность резервуара к сильной сжимаемости. 3. Наличие высокой пористости пород-коллекторов – до 30-35 %. 4. Относительно небольшую глубину разрабатываемых залежей (до 15 2000 м). 5. Значительную суммарную мощность продуктивных отложений. 6. При наличии в многопластовых залежах размываемых флюидами пропластков. Следует отметить, что геокриологические условия, усиливают проявление геодинамических процессов. Интенсивная эксплуатация подземных вод еще является важной причиной, приводящей к оседанию поверхности, обусловленному снижением напоров подземных вод в продуктивных водоносных горизонтах, вызывающих увеличение напряжений в массиве пород. Ход развития возможного оседания поверхности при водопонижении зависит от следующих факторов: интенсивности водоотбора, величины снижения напоров, геологического строения и морфологии района, мощности и состава уплотняемых пород и их физико-механических свойств. Наиболее интенсивны оседания при снижении давлений в молодых несцементированных, недоуплотненных отложениях с большой пористостью. Наиболее благоприятные условия для развития рассматриваемого процесса создаются при переслаивании хорошо проницаемых и малосжимаемых водоносных горизонтов, из которых осуществляется водоотбор, с сильно сжимаемыми высокопористыми глинистыми разделяющими пластами. Таким образом, недра в зонах нефтегазодобычи испытывают многообразное техногенное воздействие: во-первых, изменяется сама земная поверхность, во-вторых, в результате отбора нефти, газа с применением системы заводнения для поддержания пластового давления и гидроразрыва пластов нарушается внутреннее равновесие вовлеченных в эксплуатацию геологических толщ. А если при этом учесть, что большинство залежей приурочено к зонам тектонических напряжений, разломов и сдвигов, то становится понятной причинно-следственная связь между эксплуатацией месторождений и случаями техногенных проявлений. 16 Наиболее опасными формами деформационных последствий являются разрыв коммуникаций, сильные деформации наземных сооружений, слом обсадных колонн эксплуатационных скважин, порывы промысловых трубопроводных систем. А экологические и социально-экономические последствия могут быть следующими: прямыми – загрязнение геологического разреза и подземных водных ресурсов углеводородными составляющими и продуктами бурения; косвенными – развитие оползневых процессов, меняющих ландшафт и флюидный режим приповерхностных отложений, заболачивание территорий с необратимыми изменениями экосистем. Такие обстоятельства способствовали появлению ряда нормативных документов Ростехнадзора [53-55] о ведение мониторинга состояния недр при недропользовании в целях предотвращения вредного влияния горных разработок на горные выработки, объекты поверхности и окружающую среду. Так для осуществления мониторинга современного геодинамического состояния недр на месторождениях нефти и газа необходима организация систематических маркшейдерско-геодезических наблюдений на специально созданных геодинамических полигонах. Для контроля за оседанием поверхности организуется специальная наблюдательная сеть, которая представлена реперами, расположенными равномерно по площади месторождения и за его пределами. Периодически проводится их нивелировка и по результатам замеров уточняется количество и размещение наблюдательных пунктов на местности. На Самотлорском месторождении в зоне деятельности ОАО «Самотлорнефтегаз» в 2002 году был создан геодинамический полигон, для изучения условий формирования процессов, происходящих в недрах при добыче углеводородов, с целью оценки современных аномальных геодинамических процессов и с последующим прогнозом риска возникновения негативных последствий длительной эксплуатации месторождения. 17 2 Физико-географическая характеристика района 2.1 Географическое и административное положение Самотлорское нефтегазовое месторождение является одним из крупнейших месторождений. Открыто оно в 1965 году и введено в разработку в 1969 году. Находится месторождение в 30 км от г. Нижневартовска (построенного для нефтяников Самотлора) Ханты- Мансийского автономного округа (рис.1), на Западно-Сибирской равнине, в районе озера Самотлор. Рисунок 1 – Административное расположение Самотлорского месторождения [18] ХМАО входит в Уральский Федеральный Округ, граничит на северо- востоке с Ямало-Ненецким автономным округом, на юго-востоке с Томской областью, на юго-западе с Тюменской областью, Свердловской областью и на северо-западе с Республикой Коми. Район месторождения приурочен к водоразделу рек Вах и Ватинского Егана, правых притоков р. Оби. 18 Рисунок 2 – Расположение Самотлорского месторождения [18] Рядом располагаются разрабатываемые месторождения – с запада Аганское, с северо-востока Мало-Черногорское, Лор-Еганское, с юга Ермаковское (рис.2). 2.2 Климат Согласно [60] территория месторождения Самотлор относится к 1 климатическому району, подрайону Д (метеостанция Сургут). Рассматриваемый район относится к умеренному поясу и характеризуется резко континентальным типом климата (рис.3), с довольно продолжительной суровой зимой с ветрами и коротким, жарким летом. 19 Рисунок 3 – Карта климатического районирования [22] Над рассматриваемой территорией осуществляется преимущественно меридиональная форма циркуляции воздушных масс, вследствие которой периодически происходит смена диаметрально противоположных атмосферных потоков и отмечаются существенные нарушения в распределении давления. Зимой распространяется область повышенного давления в виде отрога сибирского антициклона, летом район находится под воздействием области пониженного давления. Таким образом, преобладают 20 континентальные воздушные массы, что ведет к повышению температуры воздуха летом и понижению ее зимой. Январь является самым холодным месяцем года, его средняя температура по многолетним данным составляет –22°С. В наиболее холодные зимы температура воздуха может понижаться до -56ºС. Июль является самым теплым месяцем года, со среднемноголетней температурой около +16,9ºС. В наиболее жаркие летние периоды максимальная температура может достигать +30ºС. Многолетняя среднегодовая температура воздуха равна –3,4°С [59]. Прохождение циклонов зимой обычно вызывает значительные, но кратковременные потепления, усиление ветра, снегопады и метели. Особенно резкие потепления, интенсивные метели и снегопады вызывает в это время года выход южных циклонов. Оттепелей, сгоняющих снежный покров, не бывает [23]. Период с января по март на территории отличается ясной и морозной погодой с сильным выхолаживаем, слабым ветром и нередко морозным туманом, так как в это время усиливается Восточно-Сибирский антициклон. В середине апреля происходит переход среднесуточной температуры воздуха к положительным значениям. Период с положительной температурой воздуха продолжается с мая по октябрь. Для весны и начала лета характерны возвраты холодов. В течение года на рассматриваемой территории преобладают западные и юго-западные ветра. В зимний период на рассматриваемой территории преобладают юго-западные и западные ветры, дующие с охлажденного материка на океан, а летом – северные, направленные с океана на сушу. Средняя годовая скорость ветра составляет 3,6 м/с [28]. Суммарная солнечная радиация составляет в среднем 350 кДж/см² в год. Продолжительность солнечного сияния 1700–1800 час/год. Годовой радиационный баланс положительный (110 кДж/см²), в холодное полугодие отрицательный [59]. 21 По гидролого-климатическому районированию территории относятся к зоне избыточного увлажнения [7]. Атмосферное увлажнение обусловлено западным переносом воздушных масс атлантического происхождения. А также преобладание осадков над испарением, за год выпадает в среднем 590 мм осадков, основная масса которых приходится на теплое время года (с апреля по октябрь). Среднегодовая относительная влажность 75%. Относительная влажность воздуха в течение года изменяется от 66 до 82%. Это намного превышает величину испарения и создает благоприятные условия для заболачивания местности. Рассматриваемый район характеризуется продолжительным зимним периодом с устойчивым снеговым покровом (в среднем 190 дней в году)[59]. Первый снег появляется в начале октября, а устойчивый снеговой покров образуется в среднем в третьей декаде этого же месяца. Средняя высота снежного покрова 71 см. 2.3 Рельеф ХМАО расположен на Западно-Сибирской равнине, в пределах Западно-Сибирской низменности и восточных склонов Северного и Приполярного Урала(рис.4). Округ расположен в лесной природной зоне, большую часть территории занимает сильно заболоченная тайга. На территории ХМАО располагаются многочисленные формы рельефа: горы, предгорья, равнины (возвышенные, низменные и низины). На севере преобладают территории занятые оленьими пастбищами. Территория представляет собой слаборасчленённую равнину с высотами до 200 м над уровнем моря. Для Уральской части ХМАО характерен среднегорный рельеф (максимальная высота – гора Народная 1895 м над уровнем моря). На юге расположены Кондинская и Среднеобская низменности – наиболее увлажнённые, заболоченные территории. Севернее Среднеобской низменности находится Белогорский материк. По границе ХМАО с ЯНАО протягиваются Сибирские Увалы. 22 Генетические типы рельефа дифференцируют ландшафты Среднего Приобья по родам. На территории распространены ландшафты трех типов: морские на северо-западе, ледниковые на западе и востоке, озерно- аллювиальные в центральной и южных частях [36]. Рисунок 4 – Географическая карта ХМАО [36] Территория месторождения расположена на Среднеобской низменности. Рельеф местности слабо пересеченный и представляет собой слабо расчлененную равнину, поверхность почти плоская с пологими положительными и отрицательными формами рельефа. Абсолютные отметки составляют в среднем 80-90 м с понижениями в области речных долин до 45- 70 м. 2.4 Растительный покров и фауна Территория относится к таежной зоне, подзоне средней тайги по геоботаническому районированию. Растительность в основном представлена смешанными лесами с преобладанием хвойных пород и тальниковыми кустарниками, произрастающими преимущественно по берегам рек и озер. На заболоченных участках лес в значительной мере угнетен. В целом лесные 23 массивы имеют ограниченное распространение [23]. На склонах увалов произрастают сосновые и сосново-березовые леса. Болота по типу относятся к открытым, верхового типа. Распространены грядово-мочажинные и грядово-озерковые периферийные мезо-евтрофные болота багульниково-кассандрово-сфагновые с сосной и кедром по грядам и сфагново-озерковые по мочажинам с осоково-кустарничково-сфагновыми олиготрофными рямами [25]. Ландшафтное разнообразие района представлено кроме придолинно- дренированного и болотного типа местности, также минерально-островным типом местности, в котором преобладают сосново-кедровые, зеленомошно- кустарничковые и сосново-осиновые зеленомошно-мелкотравные леса. Животный мир ХМАО довольно богат и представляет собой типичный таёжный комплекс. Фауна позвоночных насчитывает около 369 видов. Млекопитающие представлены 60-ю видами, 28 из которых являются промысловыми. В Красную книгу России занесены европейская норка, росомаха и западносибирский речной бобр [25]. Животный мир представлен млекопитающими, птицами и земноводными. В таежных лесах незатронутых сетью внутрипромысловых автодорог и участков площадочных объектов обустройства месторождений, основными обитателями являются белка, соболь, ондатра, колонок, горностай, лось, волк, медведь, заяц, лисица, выдра. Из боровой дичи – глухарь, белка и др. Из охотничье-промысловых видов имеются белка и заяц- беляк [25]. 2.5 Почвенный покров Для почвенного покрова области характерно известное однообразие, абсолютное преобладание избыточно влажных почв, как органических, так и минеральных, слабая выраженность подзональных различий. Строение почвенного покрова определяется конфигурацией болот и распространением всего двух вариантов почвообразующих пород – песков и пылеватых легких 24 и средних суглинков. Минеральные почвы представлены на песках подзолами, на суглинках – таежными поверхностно-глеевыми (глееземами, светлоземами) и типичными подзолистыми, в том числе со вторым гумусовым горизонтом на крайнем юге [6]. Почвенный покров является интегральной составляющей природно- климатических факторов. Повышенное атмосферное увлажнение при дефиците тепла, продолжительный зимний период с глубоким промерзанием почв, исключительная бедность почвообразующих пород, очень слабая расчлененность рельефа, низкая интенсивность биологического круговорота с преобладанием малозольного опада определили причины формирования почв с низким уровнем плодородия. Учитывая особенности условий формирования почв, на данных территориях выделяются [6] следующие их типы: на залесенных участка – торфяно-подзолисто-глеевые и дерново- слабоподзолистые, на заболоченных – болотные верховые и низинные, в поймах рек – аллювиальные дерновые, аллювиальные луговые и аллювиальные болотные. Отличительной чертой почвенного покрова региона является повышенный гидроморфизм и чрезвычайно сильная заболоченность. Торфяно-подзолисто-глеевые почвы занимают плоские поверхности водоразделов. Почвы сильнокислые, малогумусные, в составе органического вещества преобладают фульвокислоты. Дерново-слабоподзолистые почвы имеют слабокислую реакцию, малогумусные и обладают малой емкостью обмена. Доминируют торфяные болотные верховые почвы, которые формируются в условиях застойного увлажнения атмосферными водами в результате заболачивания суши или развития олиготрофной растительности в процессе зарастания водоемов. Они характеризуются залегающим под очесом олиготрофно-торфяным горизонтом, мощностью 10–50 см, 25 состоящим преимущественно из сфагновых мхов разной степени разложенности, не превышающей 50%, при содержании органического вещества >35% от массы горизонта. В этих почвах наблюдается кислая реакция среды (величина рН 3,2–4,2), низкие зольность (2,4–6,0% на сухое вещество) и плотность твердой фазы (0,03–0,10 г/см³) [6]. В ХМАО почва оттаивает летом на небольшую глубину (не более 1,5– 2 м). Ниже располагается постоянно мерзлый грунт. Толщина многолетней мерзлоты может доходить до 40 м. |