2011/2010/2009/2008/2007/2006/2005

2011

Геодинамика освоения нефтегазовых месторождений

Разработана Концепция и сформулированы основные принципы организации геодинамического мониторинга состояния геологической среды, сопряженной с сооружением нефтегазового комплекса. Предложена методика высокоточных геодезических наземных и космических наблюдений с обоснованием схем расположения наблюдательных пунктов в комплексе с оперативными геофизическими методами неразрушающего подповерхностного контроля: (сейсмотомография и георадарные определения). В рамках разработанной Концепции предложена система геодинамического мониторинга по трассам магистральных нефте- и газопроводов на территории Кольского полуострова.

Нефтегазовые объекты и, в частности, магистральные трубопроводы, являются потенциально опасными объектами для окружающей среды, промышленных, гражданских и специальных предприятий и сооружений. Вместе с тем, эти объекты в силу своей протяжённости являются трансрегиональными объектами, безопасность которых должна являться предметом особого внимания.

На Кольском полуострове с вводом в эксплуатацию магистрального трубопровода появится первый подобный объект. Вследствие этого весьма целесообразно именно сейчас разработать Концепцию мониторинга состояния как геологической среды по трассе трубопровода, так и самого объекта при его строительстве и эксплуатации.
Кольский полуостров является весьма активным в геодинамическом отношении. Здесь расположены массивы пород, сложенные высокопрочными высокоупругими породами, состояние которых обусловлено действием гравитационно-тектонических полей напряжений. Вместе с тем, массивы интенсивно расчленяются структурными неоднородностями различных рангов от крупных разломов до микротрещиноватости. Вследствие этого для планируемой трассы газопровода «Териберка-Волхов» геодинамический мониторинг целесообразно организовать, практически, по всей трассе в пределах Кольского полуострова, но, в первую очередь, на проблемных геодинамически активных участках региона.

Анализ показал, что для определения взаимных перемещений, деформаций и энергетического состояния контролируемых блоков достаточно в каждом из них иметь по два пункта по обе стороны от границ или контактов. Таким образом, минимальное число пунктов на каждой грани блоков равняется четырём. При этом обеспечивается и достаточная надёжность определений искомых параметров, т.к. фундаментальные пункты по разные стороны от границ блоков образуют жёсткую геодезическую фигуру – четырёхугольник, с возможностью вычислений координат его вершин, используя различные сочетания наблюдаемых пунктов.

Фундаментальные пункты закладываются в массиве пород около трассы трубопровода и представляют собой бетонные конструкции, жёстко связанные с массивом пород, обеспечивающие проведение всех указанных наблюдений в течение, практически, всего времени эксплуатации трубопровода.

На основе комплексных георадарных и сейсмотомографических исследований разработана геомеханическая модель ограждающего насыпного гидротехнического сооружения-плотины. Модель исследована в упругопластической постановке методами численного моделирования, в результате чего установлены закономерности деформирования и смещения тела сооружения, а также формирование кривой депрессии в теле в зависимости от свойств слагающих его грунтов и уровня внешней водной нагрузки. Полученные данные представляют собой основу для обоснования мероприятий по снижению рисков локальных разрушений дамб.

Горным институтом КНЦ РАН проведены постановочные комплексные экспериментальные и компьютерные исследования, выбрав в качестве прототипа объекта исследований насыпную земляную плотину. Экспериментальные исследования включали в себя георадарные зондирования и сейсмотомографию тела плотины, в результате чего были определены механические характеристики грунтов, местоположение кривой депрессии и водопроводящих каналов, и была построена геомеханическая модель плотины.

Модель исследована в упругопластической постановке методами численного моделирования, в результате чего установлены закономерности деформирования и смещения тела сооружения, а также формирование кривой депрессии в теле в зависимости от свойств слагающих его грунтов и уровня внешней водной нагрузки.

Выявлено, что процессы деформирования захватывают не только тело самой плотины, но и подстилающее основание на глубину, примерно равную высоте плотины (для исследуемого случая). Причем на начальной стадии нагружения в центральной части плотины происходит уплотнение (усадка), но в последующем происходит ее «выпучивание» примерно на величину усадки. Горизонтальные перемещения аппроксимируются зависимостью у=-0,15х2+0,17х+17 и возрастают с увеличением нагрузки (уровня воды).

Характер горизонтальных перемещений нагружаемого склона плотины и гребня идентичен. Вертикальные перемещения при промежуточном нагружении также имеют аналогичный характер, но при максимальном нагружении, когда уровень воды повышается и достигает уровня гребня плотины, графики вертикальных перемещений свидетельствуют об образовании в приповерхностной части зоны разуплотнения (мощностью до 0,2 высоты плотины) и далее зоны уплотнения (мощностью до 0,5 высоты плотины).

Полученные данные представляют собой основу для прогнозирования наиболее уязвимых мест (зон) насыпного грунтового гидротехнического сооружения – дамбы и обоснования мероприятий по снижению рисков локальных разрушений дамб на начальном этапе заполнения хвостохранилища «Олений ручей», а также для обоснования повышения уровня (практически на одну треть) хвостохранилища АНОФ-2 ОАО «Апатит».

На основе подповерхностного средне (до 40 м) и глубинного (до 200 м) электромагнитного зондирования массива горных пород на восточном и северном бортах карьера рудника «Железный» Ковдорского ГОКа выявлены структурные особенности состояния массива, заключающиеся в формировании вокруг карьерной выемки зон с различными электромагнитными характеристиками, обусловленные различными параметрами напряженно-деформированного состояния, сплошности (трещиноватости) и влагонасыщенности пород. Выявленные особенности могут быть использованы для оценки устойчивости как отдельных уступов, так и отдельных участков борта карьера, и учитываться при обосновании ведения горных работ.

На восточном и северном бортах карьера рудника «Железный» Ковдорского ГОКа было проведено георадарное зондирование массива горных пород в целях выявления особенностей его структуры и локализации крупных дислокаций и аномалий/включений. Для выполнения исследований применялись методики подповерхностного средне (до 40 м) и глубинного (до 200 м) электромагнитного зондирования массива горных пород с шагом определения 0,05 м и 0,5м и разрешающей способностью около 0,2 м и 2-5 м, соответственно. Всего было выполнено свыше 7 км профилей среднеглубинного и около 4 км глубинного георадарного зондирования.

В результате анализа и интерпретации радарограмм обработки экспериментальных исследований выявлено и локализовано множество деструкций массива пород, и вместе с тем выявлены общие особенности состояния массива, заключающиеся в формировании субпараллельных контуру карьерной выемки зон с различными электромагнитными характеристиками. В приконтурной части четко выделяется зона I разрушенных (уплотненных на рабочих уступах) пород мощностью до 4м. Далее выделяется зона разуплотненных пород II мощностью до 10-20м, и зона пород с измененными электромагнитными характеристиками III мощностью до 40-60м.

Эти зоны могут быть обусловленными процессами дезинтеграции, различными параметрами напряженно-деформированного состояния, сплошности (трещиноватости) и влагонасыщенности пород. Они имеют сходный характер по всем участкам наблюдений, но варьируют по мощности с глубиной в пространстве карьера в силу различия горнотехнических условий участков.

Выявленные особенности развивают современные представления о состоянии массивов пород в окрестности карьерной выемки и могут быть использованы для оценки устойчивости как отдельных уступов, так и отдельных участков борта карьера в целом, и также могут служить определенной основой для выбора параметров ведения горных работ, обеспечивающие их более высокую безопасность и эффективность.
 

1  2  3  4  5  6  7