Техногенное влияние добычи пресных подземных вод на современные деформационные процессы Самотлорского месторождения

Для обеспечения геодинамической безопасности от влияния разработки месторождения на объекты нефтегазового комплекса, а так же на промышленные и гражданские сооружения, расположенные в площади горного отвода в 2002 году создан Самотлорский гео-динамический полигон [1, 2].

В 2015 году выполнен 13 цикл высокоточных измерений по 95 наблюдательным станциям геодинами-ческого полигона. Основной задачей геодинамическо-го мониторинга являлось выявление количественных показателей горизонтальных и вертикальных сдвижений земной поверхности. Для раскрытия темы геоди-намической безопасности нефтегазовых месторождений и выявления условий формирования современных геодинамических процессов необходимо использование системного подхода. Принципиальная схема гео-динамического мониторинга включает всю совокупность базовых видов работ по: высокоточной геодезии (нивелирование, ГНСС-наблюдения), геофизике (высокоточная гравиметрия), гидрогеологии, нефтепромысловой геологии (отборы нефти и жидкости, пластовые давления). Анализ результатов геодинамического мониторинга по этой схеме необходим для определения степени комплексной оценки геодинамического риска c целью принятия управленческих решений.

Для выявления возможного техногенного влияния добычи пресных подземных вод на формирование деформаций земной поверхности выполнены работы по анализу результатов гидрогеологического мониторинга. В пределах Самотлорского лицензионного участка для целей хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения действует 27 водозаборов (68 скважин в эксплуатации), каптирующих пресные подземные воды олигоценового водоносного горизонта. По состоянию на 01.01.2016 г. (за период 1997-2015 годы) извлечено более 20 млн.м3 пресной подземной воды, что свидетельствует о большой их практической значимости для целей нефтепромысла.

Проводимые при геодинамическом мониторинге гидрогеологические исследования призваны способствовать всесторонней оценке, изучению характера и степени влияния различных гидрогеологических факторов на условия эксплуатации инженерных сооружений и возможного влияния на развитие неблагоприятных физико-геологических явлений и процессов. Современное и эффективное решение перечисленных задач осуществляется постановкой режимных наблюдений за подземными водами [3].

Мониторинг подземных вод включает в себя изучение нарушенного уровненного (статического и динамического) и температурного режима подземных вод, уточнение гидродинамических параметров во- доносных горизонтов, изучение химического состава и влияния работы водозаборов подземных вод на формирование осадочных форм микрорельефа.

Рис. 1. Схема изолиний накопленного водоотбора подземных вод за период 1997-2015 гг., совмещённая с изолинией вертикальных сдвижений мульды оседания 2002-2015 гг.

^'

.2'

Гидроизопьезы, м аос. высоты

Изолинии изменения уровня, м

Граница лицензионного участка

ДНС-17 И 39.71

Точки замера уровня;вверху -водозаборный участок, цифр; абс.отм.уровня.м, или значен! изменения положения уровня относительно значения 2005г и 2008г. (отрицательное значение-понижение уровня, положительное- повышение)

Поле значений изменения уровня, м

Рис. 2. Пространственно-временное изменение пьезометрического уровня подземных вод атлым-новомихайловского комплекса за 2006 по 2015 годы на территории деятельности АО “Самотлорнефтегаз”.

Следует отметить, что главной составляющей от получаемой информации при мониторинге подземных вод, является их гидродинамический (уровенный) режим, поскольку изменение уровня воды видоизменяет не только напряжённое состояние массива грунта, но и физические параметры слоёв активной зоны, вызывая деформации подстилающего грунта. Научно-практический опыт свидетельствует, что:

• –    при снижении и резком подъёме уровня подземных вод в зоне формирования депрессионной воронки лессовые грунты дают просадку;

• –    подобные явления могут наблюдаться в рыхлых песчаных и насыпных грунтах;

  – повышение уровня грунтовых вод после строительства уменьшает сопротивление сдвигу

грунтов (основной прочностной показатель несущей способности);

• –    колебания зеркала грунтовых вод всегда вызывают уплотнение грунта, а значит изменение пористости и минерального скелета.

Перечисленное может привести к развитию неравномерных осадок, которые в значительной степени оказывают влияние на надежность работы технологического оборудования, поскольку колебания уровня воды видоизменяет не только напряженное состояние массива грунта, но и физические параметры слоев активной зоны, вызывая деформации подстилающего грунта.

Результаты 13 цикла высокоточных маркшейдерско-геодезических измерений, полученных геометрическим нивелированием II класса, за период 2002-2015

годы выявили, что у подавляющего числа пунктов гео-динамического полигона высоты уменьшились. Это свидетельствует о стабильном оседании земной поверхности Самотлорского месторождения со скоростью 15-20 мм/год, при этом по изолинии -30 мм мульда занимает 2/3, по изолинии -50 мм 1/2, по изолинии -80 мм площади лицензионного участка [4].

С целью установления возможного техногенного влияния забора пресных подземных вод на формирование современных деформационных процессов построена карта-схема изолиний накопленного водоотбора суммарной добычи пресных подземных вод водозаборами АО «Самотлорнефтегаз» за период 1997-2015 годов. Её совмещение с картой изолиний мульды оседания за период 2002-2015 годов позволило выявить наличие корреляционных связей площадей максимальных отборов с зонами максимальных оседаний (рис.1). Результаты построений позволяют сделать вывод о возможном техногенном влиянии работы водозаборов на формирование мульды оседания в центральной части лицензионного участка, поскольку максимальные значения изолиний добычи пресных подземных вод (от 800 до 1400 тыс. м3) входят в зону максимальных изолиний (от -50 до -80 мм) мульды оседания (рис. 1).

Пространственно-временное изменение пьезометрического уровня подземных вод атлым - новомихайловского комплекса за 2006-2015 годы свидетельствует о наличии зоны депрессии и снижении статических уровней до -2 м в районе КСП-11, что частично совпадает с зоной мульды оседания по изолинии -50 мм и может свидетельствовать о техногенном влиянии водоотбора на современные деформационные процессы (рис. 2).

Таким образом, многолетний процесс добычи подземных вод на месторождении сопровождается снижением статических и динамических уровней в центральной части месторождения. Это приводит к изменению водно-физических свойств водовмещающих пород (деформирование порового пространства и минерального скелета грунта) с образованием осадочных форм микрорельефа в толще грунтов подстилающего слоя, что способствует формированию мульды оседания земной поверхности.

Выводы:

• 1.    Для обеспечения геодинамической безопасности от влияния разработки Самотлорского месторождения создан полигон, на котором проводится геоди-намический мониторинг для изучения условий формирования современных деформационных процессов.

• 2.    Многолетний процесс добычи подземных вод на месторождении сопровождается колебанием статических уровней и снижением динамических в центральной части месторождения. Это приводит к изменению водно-физических свойств водовмещающих пород с образованием осадочных форм микрорельефа в толще грунтов подстилающего слоя, что способствует формированию мульды оседания земной поверхности.

• 3.    На Самотлорском месторождении в общей сложности действует 27 водозаборов (68 скважин в эксплуатации), каптирующих пресные подземные воды олигоценового водоносного горизонта. Ежегодный объем добычи составляет около 1 млн.м³. За период наблюдений с 1997 по 2015 годы извлечено более 20 млн.м³.

• 4.    Пространственно-временное изменение пьезометрического уровня подземных вод атлым-новомихайловского комплекса за 2006-2015 годы свидетельствует о снижении статических уровней до -2 м в районе КСП-11, что совпадает с зоной мульды оседания по изолинии -50 мм и свидетельствует о техногенном влиянии водоотбора на современные деформационные процессы в центральной части Самотлорского месторождения.