СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА В ПОРИСТОМ ПЛАСТЕ Российский патент 2011 года по МПК B65G5/00 G01V11/00 E21B47/00 

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к подземному хранению газа, и может быть использовано для определения влияния различных форм природно-техногенных геодинамических процессов на безопасность эксплуатации подземного хранилища газа ПХГ в пористом пласте.

Анализ существующего уровня техники показал следующее:

- известен способ идентификации зон потенциальной аварийности сооружений (см. п. РФ №2206908, кл. G01V 9/00, опубл. в ОБ №17, 2003 г.), согласно которому производят наземные и/или космические повторные геодезические наблюдения земной поверхности в наблюдательных пунктах с интервалом между повторными наблюдениями не реже двух раз в год, определяют параметры источника аномальных смещений с последующей идентификацией зон аварийности сооружений.

Недостатком указанного способа является низкая надежность и безопасность эксплуатации ПХГ ввиду того, что в основе способа задействованы только космические и геодезические наблюдения, которые не отражают действительной картины проявления различных форм природно-техногенных геодинамических процессов. В способе отсутствует сопоставление данных геодезических наблюдений с другими видами исследований, в частности с геофизическими, флюидодинамическими, сейсмическими и др., что может привести к неучтенности возможных предвестников развития различных форм геодинамических событий, таких как активизация разломов, землетрясения, миграционные процессы и др. Низкая информативность результатов исследований не позволяет получить высокую достоверность оценки влияния природно-техногенных факторов на геодинамическое состояние как объекта ПХГ в целом, так и отдельных его участков.

В качестве прототипа взят способ оценки влияния геодинамических факторов на безопасность эксплуатации ПХГ в пористом пласте, описанный в Концепции «Геодинамическая безопасность освоения углеводородного потенциала недр России». М.: Изд-во ИГиРГИ, 2000 г., с.23-31, включающий создание геодинамического полигона, проведение на нем комплексного геодинамического мониторинга КГДМ природных и техногенных процессов на региональном и локальном этапах по блокам мониторинга - аэрокосмическому, деформационному, геофизическому, гидрогеологическому и флюидодинамическому, с использованием различной пространственно-временной детальности измерений, построение карты по результатам КГДМ на региональном этапе и прогнозирование возникновения чрезвычайных геодинамических событий.

Недостатком указанного способа является недостаточно высокая надежность и безопасность эксплуатации ПХГ, что обусловлено следующими причинами:

- предложенная структура геодинамического мониторинга, состоящая из взаимосвязанных блоков, не имеет четкого разграничения этих блоков по этапам работ;

- по региональному и локальному этапам проводятся только площадные исследования, не обеспечивающие проведения детальных исследований в местах активного проявления природных и техногенно-индуцированных геодинамических явлений или на участках ожидаемого возникновения чрезвычайных геодинамических событий в пределах горного отвода ПХГ;

- в каждом из блоков не уточнен набор методов и видов наблюдений, а также периодичность исследований;

- не определены приемы получения количественных характеристик показателей проявления геодинамической активности, наиболее точно и комплексно описывающие количественный и качественный характеры проявления природно-техногенной геодинамики;

- отсутствие критериальных показателей не позволяет провести сопоставление с показателями, рассчитанными по каждому блоку мониторинга для определения оценки интенсивности проявления опасных геодинамических природных и техногенно-индуцированных процессов и явлений;

- недостаточно высокая информативность результатов исследований не обеспечивает высокой достоверности оценки проявления различных форм природно-техногенных геодинамических процессов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает повышение надежности и безопасности эксплуатации ПХГ за счет:

- четкого разграничения блоков мониторинга по этапам работ КГДМ, с проведением на региональном этапе площадных исследований, обеспечивающих выявление протяженности зон аномального развития современных геодинамических процессов и их пространственное отношение к размещению систем и объектов нефтегазового комплекса в региональном плане, на локальном этапе - скважинных исследований, с обеспечением проведения детальных исследований в местах активного проявления природных и техногенно-индуцированных геодинамических явлений или на участках ожидаемого возникновения чрезвычайных геодинамических событий в пределах горного отвода ПХГ;

- повышения достоверности оценки проявления различных форм природно-техногенных геодинамических процессов ввиду высокой информативности результатов исследований, обеспеченных набором методов и видов наблюдений, периодичностью исследований, а также определением показателей геодинамической активности по всем блокам мониторинга, наиболее точно и комплексно описывающих количественный и качественный характеры проявления природно-техногенной геодинамики.

Технический результат достигается с помощью способа, включающего создание геодинамического полигона, проведение на нем комплексного геодинамического мониторинга КГДМ природных и техногенных процессов на региональном и локальном этапах по блокам мониторинга - аэрокосмическому, деформационному, геофизическому, гидрогеологическому и флюидодинамическому, с использованием различной пространственно-временной детальности измерений, построение карты по результатам КГДМ на региональном этапе и прогнозирование возникновения чрезвычайных геодинамических событий.

По заявляемому способу проводят КГДМ на региональном этапе с периодичностью не реже одного раза в пять лет, а на локальном - не реже двух раз в год. На региональном этапе КГДМ проводят площадные исследования в пределах созданного геодинамического полигона по блокам мониторинга - аэрокосмическому, путем проведения аэрокосмических наблюдений земной поверхности ПХГ, с определением показателей - динамики плотности сети линеаментов, относительной поверхности зон геодинамического влияния разломов и относительной площади распространения зон мезотрещиноватости, деформационному, путем измерения деформации дневной поверхности ПХГ, с определением скорости просадки, кривизны поверхности оседания и горизонтальных деформаций, геофизическому, путем регистрации сейсмической активности территории ПХГ и дизъюнктивных нарушений резервуара ПХГ, с определением объемного коэффициента пораженности дизъюнктивными нарушениями резервуара ПХГ, сейсмичности территории ПХГ и максимального значения относительного превышения амплитуды микроразрыва. По полученным данным создают предварительную геодинамическую модель.

На локальном этапе КГДМ проводят скважинные исследования по блокам мониторинга - гидрогеологическому, путем проведения гидрогеологических исследований скважин, с определением показателей динамики уровней статических напоров в один сезон, динамики изменения температурного режима в один сезон и динамики минерализации пластовых вод, флюидодинамическому, путем проведения газодинамических исследований скважин, с определением динамики пластового давления в скважине или группе скважин, степени обводняемости скважин при отборе и содержания гелия, геофизическому, путем проведения геофизических исследований скважин, с определением газонасыщенности приповерхностных отложений, давлений межколонных или заколонных и количества скважин с неудовлетворительным техническим состоянием, затем создают уточненную геодинамическую модель.

Разрабатывают по каждому блоку мониторинга классификацию критериальных показателей для оценки геодинамического риска с присвоением им на региональном этапе пятибалльной градации, на локальном - трехбалльной, согласно уровню геодинамической опасности. Сравнивают показатели, рассчитанные по каждому блоку мониторинга с критериальными показателями, оценивают интенсивность проявления опасных геодинамических и техногенно-индуцированных процессов по всем блокам мониторинга.

Рассчитывают единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ по формуле

где R_G - единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ;

x₁-x₁₈ - весовые коэффициенты для каждого блока мониторинга, определяемые с учетом экспериментальных данных;

k₁-k₁₈ - балльные значения показателей геодинамической активности согласно уровню геодинамической опасности, полученные по результатам КГДМ,

сравнивают его с предварительно рассчитанным критериальным коэффициентом для каждого уровня геодинамической опасности и определяют уровень геодинамической опасности ПХГ.

Строят итоговую карту ранжирования территории по степени геодинамической опасности.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.

Геодинамический полигон представляет собой комплекс специальных подземных и наземных сооружений, предназначенных для проведения КГДМ. При создании геодинамического полигона конфигурацию измерительной сети определяют, исходя из особенностей геологического строения территории и специфики изучаемого ПХГ, а также особенностей его эксплуатации. КГДМ проводят на геодинамическом полигоне в два этапа - региональном и локальном. В течение проведения КГДМ по обоим этапам используют методы с различной пространственно-временной детальностью измерений: дискретные (повторные), непрерывные и их сочетание.

Для повышения достоверности выполняемых работ на каждом из этапов КГДМ проводят исследования по трем блокам мониторинга. Причем на региональном этапе проводят площадные исследования, а на локальном скважинные исследования. По каждому блоку работ определяют три показателя геодинамической активности, наиболее точно и комплексно описывающие количественный и качественный характеры проявления природно-техногенной геодинамики.

На региональном этапе КГДМ проводят площадные исследования, при которых наблюдениями покрывается максимальная площадь горного отвода по латерали и максимальная толщина резервуара геообъекта, используемая под ПХГ, а также территория (кольцо) вокруг него шириной, в среднем, 2-3 км. При этом геодинамический полигон на данном этапе создают на условии постоянного существования в описанных границах. Системой наблюдений на региональном этапе рекомендуется охватывать также объекты обустройства и населенные пункты, входящие в сферу воздействия возможных опасных геодинамических событий. Результаты проводимых исследований позволяют выявить протяженные зоны аномального развития современных геодинамических процессов и их пространственное отношение к размещению систем и объектов нефтегазового комплекса в региональном плане. Периодичность работ на региональном этапе обусловлена особенностями режима эксплуатации ПХГ, характером и интенсивностью протекаемых геодинамических процессов и составляет не реже одного раза в пять лет, с возможной корректировкой в зависимости от масштаба выявленных зон интенсивного проявления геодинамических процессов или появления их предвестников.

На региональном этапе КГДМ проводят площадные исследования по трем блокам мониторинга: аэрокосмическому, деформационному и геофизическому.

По аэрокосмическому блоку мониторинга проводят аэрокосмические наблюдения земной поверхности ПХГ, с получением информации о потенциально напряженном состоянии эксплуатируемого ПХГ. Фотографирование производят во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра и в ближнем инфракрасном диапазоне. Масштаб съемки зависит от таких параметров, как высота съемки и фокусное расстояние объектива. В последнее время фотографирование из космоса производят на цифровые фотокамеры с высоким разрешением, с последующей передачей снимков по радиоканалам. Существенное значение имеет сезон съемки, т.к. состояние растительного покрова, наличие снега и другие природные факторы определяют условия дешифрирования. Для производства аэрокосмического блока мониторинга геодинамических процессов на территории ПХГ используют снимки следующих видов работ:

- многозональной космосъемки, проводящейся в нескольких диапазонах спектра, что позволяет производить выбор наиболее оптимальных условий фотографирования определенных природных объектов и получать их спектральные характеристики. Обработку данного вида снимков производят в комплексном рассмотрении как в различных диапазонах спектра, так и в их комбинации в виде синтезированного изображения;

- инфракрасной съемки, фиксирующей тепловые потоки, излучаемые земной поверхностью, которые определяются температурой, свойствами природных образований, условиями теплообмена и источниками тепла в недрах, что позволяет выявить зоны разломов, трещиноватости и границы разделов тектонических блоков;

- радиолокационной съемки, которая проводится радарами бокового обзора и не зависит от времени и метеоусловий. Материалы съемки позволяют уверенно дешифрировать геологические границы структурно-вещественных комплексов, детали их внутреннего строения и взаимоотношения с породами обрамления, дизъюнктивные нарушения, а также невскрытые эрозией геологические объекты.

Наиболее информативными являются космические фотоснимки масштаба 1:200000, их увеличенные отпечатки 1:100000, 1:50000 и аэрофотоснимки более крупных масштабов (1:36000, 1:22000 и др.).

Исследования по аэрокосмическому блоку проводят на основе анализа материалов АКФС с использованием данных Федерального космического агентства «Роскосмос». Проводят обработку разномасштабных аэрокосмофотоснимков АКФС и по итогам дешифрирования определяют показатели для выявления природно-техногенной активности территории ПХГ.

По аэрокосмическому блоку мониторинга определяют показатели:

- динамику плотности сети линеаментов (ΔО), показывающую степень активности эндогенных приповерхностных естественных природных и индуцированных техногенных геодинамических процессов в пределах ПХГ. Один из основных показателей, характеризующих расчлененность геоморфологического уровня территории ПХГ;

- относительную поверхность зон геодинамического влияния разломов (Z), характеризующую степень активности скрытых (глубинных) геодинамических процессов. Один из важных показателей геодинамической активности, говорящий не только о природном состоянии ПХГ, но и о «скрытых» зонах, изменение в которых может произойти уже в ближайшее время, так как эти зоны имеют повышенные значения динамических напряжений;

- относительную площадь распространения зон мезотрещиноватости (М), описывающую активизацию эндогенных природно-техногенных процессов. Характеризует охваченность территории ПХГ индуцируемыми геодинамическими процессами.

По деформационному блоку мониторинга проводят измерения деформации дневной поверхности ПХГ, с получением информации о современном напряженно-деформируемом состоянии ПХГ и его проявлении на геоморфологическом уровне. Проводят маркшейдерско-геодезические наблюдения с различной пространственно-временной детальностью, при этом используют инструментальные (геодезические) наблюдения и аналитические методы исследования. Регистрацию обширных горизонтальных деформаций земной коры изучаемой территории и определение их общей направленности осуществляют с помощью GPS-наблюдений. При этом используют астрономогеодезическую сеть, состоящую из треугольников с размерами сторон 0,5-3 км и включающую около 20-30 надежно закрепленных опорных пунктов GPS-наблюдений. Для уверенного отслеживания развития геодинамических процессов и получения достоверных показателей геодинамической активности, повторные наблюдения привязывают к реперам, использованным в качестве исходных в предыдущих циклах нивелирования, по мере выявления геодинамически опасных зон, на этих участках возможно сгущение сети реперов. Рекомендуемые линии повторного нивелирования проводят поперек зон наиболее вероятных деформаций. Конфигурацию измерительной сети выбирают с учетом геологических особенностей и специфики ПХГ. По полученным результатам проведенных работ определяют показатели.

По деформационному блоку мониторинга определяют показатели:

- скорость просадки (v), характеризующую интенсивность вертикальных тектонодинамических деформаций техногенного генезиса;

- кривизну поверхности (мульды) оседания (k), оценивающую характер и объем вовлеченной в деформационный процесс территории ПХГ;

- горизонтальные деформации (ε), показывающие активизацию природно-тектонических процессов.

По геофизическому блоку мониторинга регистрируют сейсмическую активность территории ПХГ и дизъюнктивных нарушений резервуара ПХГ, с получением информации о вариациях различных геофизических полей. Работы по геофизическому блоку мониторинга осуществляют путем проведения сейсмометрических исследований на пике максимума или минимума объема газа в ПХГ, что позволяет более четко распознавать поля напряжений, возникших и проявившихся в резервуаре ПХГ. Осуществляют возбуждение колебаний с помощью невзрывных источников. Способы возбуждения колебаний выбирают в соответствии с задачами и методикой проведения полевых работ. Выбор оптимального варианта возбуждения, производящегося на основании изучения волнового поля в процессе опытных работ, проводят на начальной стадии проектирования ПХГ. Исследования проводят методом общей глубинной точки в модификации 3D с использованием системы наблюдения, сочетающей параллельные, продольные и непродольные профили. Пункты регистрации сейсмической активности увязывают со скважинами, расположенными на площади исследований или вблизи нее. Для уточнения геодинамической ситуации на отдельных участках, выделенных по предыдущим видам исследований, проводят более детальные работы.

По геофизическому блоку мониторинга определяют показатели:

- объемный коэффициент пораженности дизъюнктивными нарушениями (микроразрывами) резервуара ПХГ (К_р). Данный показатель оценивает степень пораженности ПХГ эндогенными геодинамическими процессами;

- сейсмичность (индуцированная) территории ПХГ (С), характеризующую степень реакции среды на эксплуатацию ПХГ или же активность геологической среды в зоне ПХГ, а также сейсмический риск повреждения промысловых узлов;

- максимальное значение относительного превышения амплитуды микроразрыва (дизъюнктива) (ΔL), показывающее деформирование резервуара на макроуровне. Описывает степень критической реакции среды геообъекта на техногенное вмешательство или степень протекания природных геодинамических процессов.

По результатам КГДМ, проведенного на региональном этапе, создают предварительную геодинамическую модель ПХГ, т.е. составляют геодинамическую карту, на которой отображают закономерности распространения зон развития геодинамических процессов методом оценки динамики геоморфологического уровня и особенностей глубинного строения изучаемого объекта. Создание предварительной геодинамической модели способствует выявлению этапов изменения рельефа, зон развития мезотрещиноватости, дизъюнктивов, напряженно-деформируемых зон и комплексов. Несет информацию о локализации современных опасных геодинамических событий и процессов и визуализирует их.

Оценку предварительной геодинамической модели проводят каждый раз после окончания регионального этапа КГДМ, т.е. не реже одного раза в пять лет.

На локальном этапе КГДМ проводят скважинные исследования, создают систему детальных исследований в местах активного проявления природных и техногенно-индуцированных геодинамических явлений или на участках ожидаемого возникновения чрезвычайных геодинамических событий в пределах горного отвода ПХГ. Геодинамический полигон на локальном этапе имеет мобильный тип, и его конфигурация варьирует в зависимости от выявленных потенциально опасных участков. Площадь полигона, а также детальность проводимых исследований может изменяться в зависимости от рекомендаций, выданных по результатам предыдущего этапа. Периодичность проводимых работ на локальном этапе составляет не реже двух раз в год, что позволяет проводить выбор оптимального режима работы скважин и своевременно определять характер изменения естественной природной обстановки в ходе развития геодинамических процессов.

На локальном этапе КГДМ проводят скважинные исследования по трем блокам мониторинга: гидрогеологическому, флюидодинамическому и геофизическому.

По гидрогеологическому блоку мониторинга проводят гидрогеологические исследования скважин, с получением информации о геохимическом составе и динамическом состоянии флюидных систем. Из контрольно-наблюдательных скважин отбирают пробы пластовой жидкости на полный химический анализ, на определение спектра и концентрации загрязняющих веществ, содержащихся в жидких фазах технологической цепочки ПХГ, устанавливают природные статические уровни подземных вод; определяют количественный и качественный составы водорастворенного газа, проводят оценку динамики давления и температуры. В ходе проведения исследований определяют степень устойчивости призабойной зоны пласта-коллектора, осуществляют контроль за положением ГВК, за газопроявлениями и коррозионной опасностью.

По гидрогеологическому блоку мониторинга определяют показатели:

- динамику уровней статических напоров в один сезон (ΔН), оценивающую распределение напряжений в ПХГ, генерируемых давлением подстилающих вод. Данный показатель характеризует степень воздействия гидрогеологической среды на геодинамические особенности формирования и перераспределения поля тектонодинамических напряжений;

- динамику изменения температурного режима в один сезон (ΔT), характеризующую энергетическую обстановку в пласте-коллекторе при смене циклов закачка-отбор газа. Определяет энергетический режим процесса перераспределения тектонодинамических напряжений;

- динамику минерализации пластовых вод (ΔMi), оценивающую внутриконтурную и законтурную динамику гидрогеологической среды. Характеризует вещественный баланс и динамику массопереноса под влиянием перераспределения напряжений.

По флюидодинамическому блоку мониторинга проводят газодинамические исследования скважин, с получением информации о промысловых показателях работы скважин и околоскважинных зон. Объектами исследований являются как отдельные скважины (пьезометрические и наблюдательные), так и группы скважин, рекомендованные для постановки детальных работ по предыдущим циклам исследований регионального этапа КГДМ. В данном блоке мониторинга применяют стандартные методы газодинамических исследований - барометрии, термометрии, расходометрии, влагометрии, отбор проб газа, в ходе которых определяют текущее пластовое давление при закачке и отборе газа в хранилище, проницаемость пласта, параметры уравнения притока давлений в системе «скважина-пласт», состав газа.

По флюидодинамическому блоку мониторинга определяют показатели:

- динамику пластового давления в скважине или группе скважин (ΔР_пл), оценивающую зоны наибольшего влияния на ПХГ, как за счет изменения геологических условий, так и со стороны техногенного вмешательства. Характеризует перераспределение векторов и описывает характер изменения рисунка поля напряжений;

- степень обводняемости скважин при отборе (S_об), используемую для выделения геодинамически ослабленных интервалов по разрезу скважин (группы скважин). Описывает формирование геодинамически ослабленных зон как по площади, так и по разрезу;

- содержание гелия (Не), показывающее активность глубинных разломов под геообъектом. Характеризует степень возникновения и активизации взаимосвязи геообъекта ПХГ и окружающего массива горных пород.

По геофизическому блоку мониторинга проводят геофизические исследования скважин, с получением информации о физических свойствах горных пород и их влиянии на промысловые характеристики эксплуатационных скважин. При проведении работ используют методы, наиболее чувствительные к изменениям напряженного состояния недр: акустический каротаж, электрическое боковое каротажное зондирование, нейтронный гамма-каротаж и др. Методом магнито-импульсной дефектоскопии выявляют имеющиеся трещины (дефекты колонн) и изменение их толщины. Заколонные скопления газа выявляют при наблюдении за интенсивностью наведенной радиоактивности (повторные замеры НТК). Межпластовые и заколонные перетоки газа выявляют по аномалиям температур и давления, которые регистрируют термометрией, барометрией, расходометрией и влагометрией скважин при различных режимах их работы. Исследования проводят в наблюдательных и геофизических скважинах по всему разрезу, вскрытому бурением. Периодичность проведения работ определяют режимом закачки и отбора газа в ПХГ, имеет годовую цикличность.

По результатам геофизического блока мониторинга определяют показатели:

- газонасыщенность приповерхностных отложений (G), указывающую на интенсивность техногенной миграции газа. Количественно показатель оценивается на основе проводимых работ по контролю за герметичностью покрышки и возможным образованием техногенных залежей;

- давления межколонные или заколонные (Р_к), характеризующие степень пораженности подземных рабочих узлов станции подземного хранения газа. Оценивает негативное влияние техногенно-индуцированных и природных геодинамических процессов на скважины ПХГ;

- количество скважин с неудовлетворительным техническим состоянием (N), оценивающее пути миграции газа из хранилища и наибольшего геодинамического воздействия на основе диагностики технического состояния эксплуатационного фонда скважин.

По итогам КГДМ на локальном этапе создают уточненную геодинамическую модель с выделением по площади ПХГ скважин (или группы скважин), а также интервалов в разрезе скважин, подверженных негативному влиянию геодинамических факторов. Уточненная геодинамическая модель основана на начальной геодинамической модели, дает пространственно-временное описание процессов массопереноса частиц горных пород, флюидов и перераспределение техногенной напряженности.

Обновление данной модели происходит ежегодно в соответствии с графиком проведения КГДМ, не реже двух раз в год.

Повышение информативности за счет результатов геодинамического моделирования регионального и локального этапов КГДМ позволяет более достоверно оценить геодинамическое состояние ПХГ. Причем эта оценка носит качественный характер и направлена, прежде всего, на выявление зон с негативным влиянием геодинамических сил на технологические процессы, протекающие в залежи, техническое состояние фонда скважин и геологическое изменение всего хранилища в целом.

Для количественной характеристики интенсивности проявления геодинамических процессов по каждому этапу КГДМ разработана классификация критериальных показателей, наиболее комплексно отражающих природно-техногенное состояние ПХГ (таблица 1, 2). Классификация составлена так, что каждый показатель имеет инициирующие силы, заложенные в своем численном значении. На основе комплексного сопоставления этих показателей делают вывод об общей тенденции развития геодинамики ПХГ.

Данная классификация разработана на основе анализа промысловых данных и опыта геодинамического моделирования объектов ПХГ в пористом пласте.

Определение интенсивности проявления опасных геодинамических и техногенно-индуцированных процессов основано на уровневой шкале геодинамической опасности, в которой критериальным показателям геодинамического риска присваивают определенное количество баллов по уровню геодинамической опасности.

Для критериальных показателей регионального этапа уровень геодинамической опасности представлен в виде пятибалльной градации (таблица 1):

- «безопасный» - уровень показателей, не отличающихся от фоновых (или начальных) значений за определенный период эксплуатации, данному уровню присваивают «1» балл;

- «условно-безопасный» - уровень значений, незначительно отличающихся от фоновых (или начальных), обусловленный только создаваемой техногенной нагрузкой эксплуатируемого объекта, данному уровню присваивают «2» балла;

- «аномальный» - значения этого уровня четко (уверенно) выделяются из общего массива данных. При этом они объединяются с близлежащими данными в зоны, где каждое из этих значений отличается от средневзвешенной (фоновой или начальной) составляющей по площади более чем на 20%. Аномалии значений обусловлены реакцией геологической среды на техногенное воздействие, данному уровню присваивают «3» балла;

- «критический» - значения этого уровня значительно отличаются от предыдущих данных и превышают установленные показатели для безопасной эксплуатации скважин и объектов. Общая картина распределения показателей меняется полностью, данному уровню присваивают «4» балла;

- «катастрофический» - показатели этого уровня говорят о «глобальных» изменениях, произошедших в ПХГ. Предельные значения превышают не только установленные для безопасной эксплуатации ПХГ, но и для отдельно взятых технологических показателей (пластовые давления, давления на НКТ, модули упругости пород и др.), данному уровню присваивают «5» баллов.

Для оценки критериальных показателей локального этапа используют упрощенную уровневую шкалу геодинамической опасности, представленную в виде трехбалльной градации, без показателей уровней «условно-безопасный» и «катастрофический» (таблица 2). «Безопасному» уровню присваивают «1» балл, «аномальному» уровню «2» балла, «критическому» уровню «3» балла. Данная градация позволяет точнее подходить к определению безопасности эксплуатации ПХГ и не допускать возникновения чрезвычайных ситуаций.

Возможность сопоставления рассчитанных показателей по каждому блоку с классифицированными критериальными показателями позволяет более достоверно оценить интенсивность проявления опасных геодинамических и техногенно-индуцированных процессов и, согласно уровню геодинамической опасности присвоить соответственное количество баллов.

В последующем рассчитывают единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ с учетом весовых коэффициентов и балльных значений показателей геодинамической активности. При этом весовые коэффициенты определяют на основе экспериментальных данных, в зависимости от интенсивности и информативности каждого блока мониторинга (таблица 3), а балльные значения показателей геодинамической активности - на основе результатов КГДМ. Сравнивают единый суммарный коэффициент с предварительно рассчитанным критериальным коэффициентом для каждого уровня геодинамической опасности и определяют уровень геодинамической опасности ПХГ (таблица 4). Строят итоговую карту ранжирования территории ПХГ по степени геодинамической опасности, т.е. карту распределения этого коэффициента. Анализируют полученную карту и делают вывод о современном геодинамическом состоянии ПХГ и разработке превентивных мер по предупреждению негативных геодинамических явлений.

На основании вышеизложенного нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого технического решения, т.е. способы оценки влияния геодинамических факторов на безопасность эксплуатации ПХГ в пористом пласте, обеспечивающие достигаемый технический результат. Таким образом, техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательского уровня.

Заявляемый способ поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлена схема геодинамического полигона;

на фиг.2 - предварительная геодинамическая модель ПХГ;

на фиг.3 - итоговая карта ранжирования территории ПХГ по степени геодинамической опасности.

Условные обозначения: 1 - контур ПХГ, 2 - территория геодинамического полигона, 3 - опорные пункты GPS-наблюдений, 4 - рекомендуемые линии повторного нивелирования, 5 - пункты регистрации сейсмической активности; 6 - устья скважин; 7 - изогипсы кровли пласта, 8 - прогнозируемые тектонические нарушения; 9 - изогипсы поверхности газоводяного контакта; 10 - линеаменты, выявленные по материалам аэрофото- и космоснимков; 11 - деформации геоморфологического уровня, локализованные по материалам аэрофото- и космоснимков АКФС; 12 - скважины пьезометрические; 13 - скважины наблюдательные; 14 - скважины геофизические; 15 - области распределения значений единого суммарного коэффициента геодинамического состояния ПХГ; 16 - зона развития аномальной геодинамической активности, выявленная по результатам локального этапа КГДМ.

Более подробно сущность заявляемого способа поясняется примером.

Предлагаемый способ опробован на одном из ПХГ 1, эксплуатируемом в пористом пласте. Все наблюдения проводят на геодинамическом полигоне 2, размеры которого соответствуют площади горного отвода и кольца вокруг него, шириной 3 км (фиг.1). На региональном этапе КГДМ проводят площадные исследования по трем блокам мониторинга: аэрокосмическому, деформационному и геофизическому.

При выполнении аэрокосмического блока мониторинга проводят аэрокосмические наблюдения земной поверхности ПХГ с последующей обработкой разномасштабных АКФС. По итогам дешифрирования материалов в восточной части исследуемой территории была выделена зона 11 (фиг.2), характеризующаяся наличием касательных напряжений локального характера, указывающих на неоднородный геодинамический характер изучаемого ПХГ. В последующем эти данные были подтверждены по результатам палеотектонических построений и по полученным показателям геодинамической активности.

По полученным данным аэрокосмического блока мониторинга определяют показатели:

Динамику плотности сети линеаментов (ΔО):

ΔО=O_i-O_i-1=0,1-0,05=0,05 км/км²,

где O_i - плотность сети линеаментов на настоящем этапе проведения измерений, км/км²;

O_i-1 - плотность сети линеаментов на предыдущем этапе измерений, км/км².

При этом

где L_i - суммарная длина линеаментов в пределах геодинамического полигона или его участка на настоящем этапе измерений, км. Замеряется при интерпретации АКФС;

L_i - площадь геодинамического полигона или его участка на настоящем этапе измерении, км².

Относительную поверхность зон геодинамического влияния разломов (Z):

где - площадь поверхности зон геодинамического влияния разломов в пределах геодинамического полигона или его участка на текущем этапе измерений (абсолютное значение), км². Замеряется при интерпретации АКФС;

S_i - площадь геодинамического полигона или его участка на текущем этапе измерений, км².

Относительную площадь распространения зон мезотрещиноватости (М):

где - площадь распространения зон мезотрещиноватости в пределах геодинамического полигона или его участка на текущем этапе измерений (абсолютное значение), км². Замеряется при интерпретации АКФС;

S_i - площадь геодинамического полигона или его участка на текущем этапе измерений.

По деформационному блоку мониторинга проводят маркшейдерско-геодезические наблюдения с различной пространственно-временной детальностью. Регистрацию обширных горизонтальных деформаций земной коры изучаемой территории и определение их общей направленности осуществляют с помощью GPS-наблюдений 3 (фиг.1). Для уверенного отслеживания развития геодинамических процессов и получения достоверных показателей геодинамической активности повторные наблюдения привязывают к реперам, использованным в качестве исходных в предыдущих циклах нивелирования. Рекомендуемые линии повторного нивелирования 4 (фиг.1) проводят поперек зон наиболее вероятных деформаций.

По полученным данным деформационного блока мониторинга определяют показатели:

Скорость просадки (v) рассчитывают по формуле:

где h_i - превышение, полученное в i-м цикле наблюдений, мм;

h₀ - превышение, полученное в предыдущем цикле наблюдений, мм;

ΔT - интервал времени между сравниваемыми циклами (на момент создания геодинамического полигона), год.

Кривизну поверхности (мульды) оседания (k) вычисляют по формуле:

где η_max - максимальное оседание (вертикальное смещение) земной поверхности над ПХГ, определяют расчетным путем, η_max=35,1 мм=0,0351 м;

S(Z) - табулированная функция влияния, S'(Z), S''(Z), - первая и вторая производные от S(Z), полученные методами регрессионного анализа представлены в таблице 5.

Таблица 5   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Z 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 S(Z) 1,00 0,99 0,98 0,94 0,89 0,83 0,75 0,67 0,59 0,50 S'(Z) 0,00 0,15 0,45 0,82 1,16 1,45 1,64 1,73 1,72 1,63 S''(Z) 0,00 -4,99 -7,01 -7,30 -6,42 -4,81 -2,84 -0,80 1,09 2,67 Продолжение таблицы 5   11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Z 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 S(Z) 0,42 0,35 0,28 0,22 0,17 0,13 0,09 0,06 0,03 0,01 0,00 S'(Z) 1,46 1,25 1,01 0,77 0,55 0,36 0,21 0,11 0,05 0,02 0,00 S''(Z) 3,85 4,56 4,82 4,66 4,16 3,40 2,51 1,62 0,88 0,43 0,00

Z - безразмерная координата точки краевой части мульды оседания, равная X/L_min - для главного поперечного сечения мульды, Y/L_max - для главного продольного сечения мульды;

X, Y - координаты точек в краевой части мульды в ее главных поперечном и продольном сечениях, отсчитываемые от внутренней границы краевой части;

L - размер краевой части мульды оседания, равный в продольном главном сечении - L_min=1500 м, в поперечном - L_max=3100 м.

Кривизна поверхности оседания в рассматриваемой точке краевой части мульды в направлении продольного сечения равна:

Кривизна поверхности оседания в рассматриваемой точке краевой части мульды в направлении поперечного сечения равна:

Значение кривизны поверхности (мульды) оседания (k) определяют как среднее арифметическое между k_x и k_y, следовательно,

k=1,33×10^-8 м^-1.

Горизонтальные деформации (ε) вычисляют по формуле:

где е - коэффициент перехода от кривизны к горизонтальным деформациям, величину которого определяют расчетным путем, в зависимости от величины кривизны k. Данные зависимости показателей представлены в таблице 6.

Горизонтальные деформации в направлении продольного сечения равны:

Горизонтальные деформации в направлении поперечного сечения равны:

Значение горизонтальных деформаций (ε, мм/м) определяют как среднее арифметическое между ε_х и ε_у, следовательно,

ε=0,473×10^-3 мм/м.

Показатели геодинамической активности по геофизическому блоку получают в результате проведения сейсмометрических исследований. Исследования проводят методом общей глубинной точки в модификации 3D с использованием системы наблюдения, сочетающей параллельные продольные и непродольные профили. Пункты регистрации сейсмической активности 5 (фиг.1) увязывают со скважинами, расположенными на площади исследований или вблизи нее.

По полученным данным геофизического блока мониторинга определяют показатели:

Объемный коэффициент пораженности дизъюнктивными нарушениями (микроразрывами) резервуара геообъекта (К_р).

где (V_p)_i - объем горных пород пораженных дизъюнктивными нарушениями в пределах единичного самостоятельного геоблока или его участка на текущем этапе измерений, км³. Замеряют при проведении сейсмометрических исследований;

(V_s)_i - объем единичного самостоятельного геоблока в рамках горного отвода ПХГ или его участка на текущем этапе измерений, км³.

Сейсмичность (индуцированная) территории ПХГ (С), в баллах по шкале Рихтера, определяют по результатам замеров сейсмодатчиков по всей площади геодинамического полигона.

С=1;

Максимальное значение относительного превышения амплитуды микроразрыва (дизъюнктива) (ΔL, м):

где (ΔL_i)_max - максимальное значение превышения амплитуды единичного микроразрыва в массиве горных пород в пределах геодинамического полигона или его участка на текущем этапе измерений (абсолютное значение) относительно предыдущего замера, м;

L_i-1 - амплитуда рассматриваемого микроразрыва в предыдущем этапе наблюдений, м.

В результате проведения КГДМ на региональном этапе были получены показатели проявления геодинамической активности, значения которых приведены в таблице 7.

Таблица 7 Показатели геодинамической активности на региональном этапе Аэрокосмический блок Деформационный блок Геофизический площадный мониторинга мониторинга блок мониторинга ΔО, Z, М, v, k·10^-8 ε·10^-3 K_P C, ΔL, км/км² % % мм/год м^-1 мм/м   балл м 0,05 1,5 19 8 1,33 0,47 0,02 1 0,01

По результатам работ регионального этапа создают предварительную геодинамическую модель ПХГ, представленную в виде геодинамической карты (фиг.2). Карту составляют по аналитическому принципу, сущность которого заключается в выделении и прослеживании по исследуемой территории зон развития геодинамических (природно-техногенных) процессов. Основу карты составляют данные о расположении скважин 6, изогипсы кровли пласта 7, прогнозируемые тектонические нарушения 8, изогипсы поверхности газо-водяного контакта 9, линеаменты 10, выявленные по материалам дешифрирования АКФС и деформации геоморфологического уровня 11, локализованные при обработке АКФС (фиг.2). Прогнозируемые тектонические нарушения и зоны развития деформаций изображают на карте разными цветами, а линеаментную сеть представляют в виде линий тока. Все эти элементы отображены на карте как индикаторы геодинамических процессов, они дополняют и уточняют информацию о геодинамическом состоянии ПХГ.

На локальном этапе КГДМ проводят исследования по трем блокам мониторинга: гидрогеологическому, флюидодинамическому и геофизическому скважинному.

При выполнении гидрогеологического блока мониторинга, из контрольно-наблюдательных скважин отбирают пробы пластовой жидкости на полный химический анализ, на определение спектра и концентрации загрязняющих веществ, содержащихся в жидких фазах технологической цепочки ПХГ, устанавливают природные статические уровни подземных вод; определяют количественный и качественный составы водорастворенного газа, проводят оценку динамики давления и температуры.

По полученным данным гидрогеологического блока мониторинга определяют показатели:

Динамику уровней статических напоров (ΔН) определяют как модульное отношение уровней статических напоров, рассчитанных за один цикл работы ПХГ (в периодах «после закачки» и «после отбора»). Статический напор в каждом из периодов рассчитывают по формуле:

H=10P-(h-Alt),

где Р - давление атмосферное, атм, замеренное на глубине h, м.

Статический напор в период закачки составляет:

Н_з=10P-(h-Alt)=10×114,82-(1034-276)=390,2 м.

Статический напор в период отбора составляет:

Н_от=10P-(h-Alt)=10×77,95-(1034-276)=21,49 м.

Следовательно, динамика уровней статических напоров (ΔН) за один цикл работы ПХГ составляет:

ΔН=Н_з-Н_от=390,2-21,49=368,7 м.

Динамику изменения температурного режима (ΔT) определяют как разность температур, замеренных за один цикл работы ПХГ. Замер пластовой температуры в периодах «после закачки» и «после отбора» производят на глубине верхних отверстий перфорации как в остановленной, так и в работающей скважине. Замер пластовой температуры производят на глубине верхних отверстий перфорации как в остановленной, так и в работающей скважине. С целью уменьшения влияния факторов, искажающих распределение температуры в скважине, термометрические измерения проводят перед проведением всех других видов исследования на скважине.

ΔT=Т_от-Т_зак=94-39=55°С.

Динамику изменения минерализации пластовых вод (ΔMi) определяют после отбора проб воды через определенные глубины. Интервал отбора проб указывают в плане исследований.

По результатам отбора проб динамика изменения минерализации пластовых вод за один цикл работы ПХГ составляет:

ΔMi=Mi_от-Mi_зак=56-4,1=51,9 г/см³.

Объектами исследования флюидодинамического блока являются как отдельные скважины пьезометрические 12 и наблюдательные 13 (фиг.3), так и группы скважин, рекомендованные для постановки детальных работ по предыдущим циклам исследований регионального этапа КГДМ. В процессе выполнения работ этого блока, газодинамическими методами определяют: текущее пластовое давление при закачке и отборе газа в хранилище, проницаемость пласта, параметры уравнения притока давлений в системе «скважина-пласт», состав газа. Анализ полученных данных позволил выявить участки аномального проявления флюидодинамического режима и зоны различной степени напряженности недр.

По полученным данным флюидодинамического блока мониторинга определяют показатели:

Динамику пластового давления в залежи (ΔР_пл)

ΔР_пл=(P_пл)_i-(Р_пл)_i-1=10,8-4,4=6,4 МПа,

Р_грп=20 МПа, следовательно ΔР_пл<Р_грп,

где (Р_пл)_i - пластовое давление в пределах локального геодинамического полигона или участка его в текущем этапе наблюдений, МПа;

(Р_пл)_i-1 - пластовое давление в пределах локального геодинамического полигона или участка его на предыдущем этапе наблюдений, МПа;

Р_грп - давление гидроразрыва пласта, МПа.

Степень обводняемости скважин при отборе (S_oб),

где (S_скв)_об - количество скважин обводняемых при отборе или закачке газа в пределах локального геодинамического полигона или его участка, шт.;

S_скв ^_ общее количество скважин, расположенных в пределах локального геодинамического полигона или его участка, шт.

Содержание гелия (Не, % от ПДК),

следовательно, Не=7 ПДК

где m(Не) - масса гелия в 1 дм³ пробы пластового газа, дм³,

ПДК - предельно допустимая концентрация, ПДК=0,002 дм³.

Для проведения работ геофизического блока используют методы, наиболее чувствительные к изменениям напряженного состояния недр: акустический каротаж, электрическое боковое каротажное зондирование, нейтронный гамма-каротаж и др. Исследования проводят в наблюдательных 13 и геофизических 14 скважинах (фиг.3) по всему разрезу, вскрытому бурением. На основе полученных результатов делают выводы: о характере изменения физико-механических и фильтрационно-емкостных параметров пород ПХГ, о состоянии (герметичности и деформации) обсадных колонн скважин и заколонных скоплений газа, о динамике изменения текущего положения ГВК и газонасыщенности пластов продуктивной толщи.

По полученным данным геофизического блока мониторинга определяют показатели:

Газонасыщенность приповерхностных отложений (G, % от ПДК) по результатам отбора проб составила:

G=420 ppm, ПДК=70 ppm,

Следовательно, G=6 ПДК,

Давление межколонное (Р_к) по результатам замера составило:

Р_к=Р_пл=10,8 МПа.

Количество скважин с неудовлетворительным техническим состоянием (N) составило

где (N_t)_i - количество скважин, с неудовлетворительным техническим состоянием, определенным по результатам технических обследований, в пределах локального геодинамического полигона или его участка, шт.;

N_скв - общее количество скважин, расположенных в пределах локального геодинамического полигона или его участка, шт.

Для оценки геодинамической активности ПХГ на локальном этапе были определены показатели по трем блокам мониторинга, значения которых приведены в таблице 8.

Таблица 8 Показатели геодинамической активности на локальном этапе Гидрогеологический блок мониторинга Флюидодинамический блок мониторинга Геофизический скважинный блок мониторинга           Не, G     ΔН, ΔT, ΔMi, ΔР_пл, S_об, % % P_к, N, м °С г/см³ МПа % от от МПа %           ПДК ПДК     368,7 55 51,9 ΔР_пл<P_грп 12 7 ПДК 6 ПДК Р_к=Р_пд 35

После проведения работ на локальном этапе составляют уточненную геодинамическая модель, которая позволяет выделить на исследуемой площади скважины и интервалы скважин, наиболее подверженные негативному воздействию геодинамических сил.

Для полноты и достоверности получаемой и обрабатываемой информации в ходе проведении КГДМ применяют технологию комплексирования различных методов исследований как локального, так и регионального этапов. Это позволяет своевременно выделить аномально напряженные участки и зоны на исследуемом объекте и, в последующем, выбрать более безопасный и рациональный режим эксплуатации ПХГ.

Сопоставление результатов моделирования двух этапов позволяет более достоверно оценить влияние природно-техногенных процессов на объект ПХГ в целом и на качественном уровне локализовать геодинамически напряженные участки.

Для получения количественной оценки интенсивности проявления геодинамических сил показатели, полученные по каждому блоку мониторинга регионального этапа (таблица 7), сопоставляют с классифицированными критериальными показателями (таблица 1). По локальному этапу сопоставляют показатели, полученные по каждому блоку мониторинга (таблица 8), с классифицированными критериальными показателями (таблица 2). На региональном этапе, согласно разработанной уровневой шкале геодинамической опасности, показатели по аэрокосмическому блоку мониторинга соответствуют:

- динамика плотности сети линеаментов (ΔО) «безопасному» уровню, присваивают «1» балл;

- относительная поверхность зон геодинамического влияния разломов (Z) «условно-безопасному» уровню, присваивают «2» балла;

- относительная площадь распространения зон мезотрещиноватости (М) «безопасный» уровень, присваивают «1» балл.

Показатели геодинамической активности деформационного и геофизического площадного блоков мониторинга соответствуют «безопасному» уровню, с присвоением каждому показателю «1» балла.

Показатели геодинамической активности на локальной стадии КГДМ несколько отличаются от фоновых, что обусловлено возникшей реакцией геологической среды на техногенное воздействие. Значения всех показателей по трем блокам мониторинга соответствуют «критическому» уровню опасности, с присвоением каждому показателю «3» балла, за исключением показателя динамики уровней статических напоров в один сезон (ΔН) по гидрогеологическому блоку мониторинга, значение которого соответствует «аномальному» уровню, с присвоением ему «2» баллов.

Полученные балльные значения показателей геодинамической активности с учетом соответствующих весовых коэффициентов (таблица 3) подставляют в формулу для расчета единого суммарного коэффициента геодинамического состояния ПХГ по региональному и локальному этапам.

R_G=х₁·k₁+х₂·k₂+…+х₁₈·k₁₈=3·1+3·2+3·1+5·1+5·1+5·1+3·1+3·1+3·1+4·2+4·3+4·3+4·3+4·3+4·3+5·3+5·3+5·3=149

Следовательно, единый суммарный коэффициент, характеризующий современное геодинамическое состояние ПХГ в целом, равен 149. Полученное значение единого суммарного коэффициента сравнивают со значениями критериального коэффициента, представленными в таблице 4. Определяют уровень геодинамической опасности ПХГ. Полученное значение единого суммарного коэффициента соответствует «условно-безопасному» уровню геодинамической опасности.

На основе полученных данных строят итоговую карту ранжирования территории по степени геодинамической опасности, на которой отображают области 15 распределения значений единого суммарного коэффициента (фиг.3). Для повышения достоверности полученных результатов, итоговую карту совмещают с картой уточненной геодинамической модели. Это позволяет более наглядно оценить влияние природно-техногенных факторов на геодинамическое состояние как объекта ПХГ в целом, так и отдельных его участков - зон развития аномальной геодинамической активности 16 (фиг.3).

Из приведенного примера следует, что повышение надежности и безопасности эксплуатации ПХГ обеспечивается высокой достоверностью оценки проявления различных форм природно-техногенных геодинамических процессов ПХГ за счет повышения информативности результатов исследований.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, а именно условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Таблица 1 Оценка в баллах Блоки мониторинга Критериальные показатели геодинамической активности нарегиональном этапе Аэрокосмический Деформационный Геофизический Уровень опасности ΔО, км/км² Z, % М, % v, мм/год k·10^-3 м^-1 ε·10^-3 мм/м K_p С, балл ΔL, м 1 Безопасный <0,5 0-1,0 <20 <10 <0,10 <1 <0,05 0,0-3,0 <0,05 2 Условно-безопасный 0,5-1,0 1,1-5,0 20-30 10-го 0,10-0,20 1,0-2,0 0,05-0,20 3,1-4,0 0,05-0,10 3 Аномальный 1,1-2,0 5,1-8,0 31-40 21-30 0,21-0,50 2,1-5,0 0,21-0,25 4,1-4,5 0,11-0,50 4 Критический 2,1-2,5 8,1-10,0 41-50 31-50 0,51-1,00 5,1-10,0 0,26-0,30 4,6-5,0 0,51-1,00 5 Катастрофа >2,5 >10,0 >50 >50 >1,00 >10,0 >0,30 >5,0 >1,00

Таблица 2 Оценка в баллах Блоки мониторинга Критериальные показатели геодинамической активности на локальном этапе Гидрогеологический Флюидодинамический Геофизический Уровень опасности ΔН, м ΔТ, °С ΔMi, г/см³ ΔP_пл, МПа S_об, % Не, % от ПДК G, % от ПДК P_к, МПа N, %   Безопасный <350 <30 <40 P₀>P_тек 0 <ПДК <ПДК 0 0-10   Аномальный 350-650 30-50 40-50 P₀>P_тек 1-10 до 5 ПДК до 5 ПДК 0<P_к<P_пд 11-30   Критический <650 >50 >50 P_тек<P_грп >10 5-10 ПДК 5-10 ПДК P_к≥P_пд 31-40

Таблица 3 Стадия КГДМ Блок мониторинга Значение весового коэффициента Региональный этап Аэрокосмический 3 Деформационный 5 Геофизический площадной 3 Локальный этап Гидрогеологический 4 Флюидодинамический 4 Геофизический скважинный 5

Таблица 4 Уровень геодинамической опасности ПХГ Значение критериального коэффициента Примечание Безопасный 72-114 - Условно-Безопасный 115-150 Нормальная эксплуатация ПХГ Аномальный 151-197 Выявление реакции окружающей среды. Усиление контроля за эксплуатацией ПХГ Критический 198-239 Активизация геодинамических процессов. Разработка комплекса превентивных мер Катастрофа 240-282 Активизация геодинамических процессов и появление сбоев в работе промыслового оборудования. Применение мероприятий по снижению риска

Изобретение относится к подземному хранению газа и предназначено для определения влияния различных форм природно-техногенных геодинамических процессов на безопасность эксплуатации подземного хранилища газа (ПХГ). Техническим результатом является повышение надежности и безопасности эксплуатации ПХГ. Способ включает создание геодинамического полигона и проведение на нем комплексного геодинамического мониторинга (КГДМ), построение карты по результатам КГДМ и прогнозирование возникновения чрезвычайных геодинамических событий. Комплексный геодинамический мониторинг проводят на региональном и локальном этапах по блокам мониторинга - аэрокосмическому, деформационному, геофизическому, гидрогеологическому и флюидодинамическому, с использованием различной пространственно-временной детальности измерений. На региональном этапе проводят площадные исследования в пределах геодинамического полигона по блокам мониторинга - аэрокосмическому, деформационному, геофизическому. На локальном этапе КГДМ проводят скважинные исследования по блокам мониторинга - гидрогеологическому, флюидодинамическому и геофизическому. Создают уточненную геодинамическую модель. Разрабатывают по каждому блоку мониторинга классификацию критериальных показателей для оценки геодинамического риска с присвоением им на региональном этапе пятибалльной градации, на локальном - трехбалльной, согласно уровню геодинамической опасности. Сравнивают показатели, рассчитанные по каждому блоку мониторинга с критериальными показателями, оценивают интенсивность проявления опасных геодинамических и техногенно-индуцированных процессов по всем блокам мониторинга, затем рассчитывают единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ по формуле. Сравнивают его с предварительно рассчитанным критериальным коэффициентом для каждого уровня геодинамической опасности, определяют уровень геодинамической опасности ПХГ и строят итоговую карту ранжирования территории по степени геодинамической опасности. 3 ил., 8 табл.

Способ оценки влияния геодинамических факторов на безопасность эксплуатации подземного хранилища газа (ПХГ) в пористом пласте, включающий создание геодинамического полигона, проведение на нем комплексного геодинамического мониторинга (КГДМ) природных и техногенных процессов на региональном и локальном этапах по блокам мониторинга - аэрокосмическому, деформационному, геофизическому, гидрогеологическому и флюидодинамическому, с использованием различной пространственно-временной детальностью измерений, построение карты по результатам КГДМ на региональном этапе и прогнозирование возникновения чрезвычайных геодинамических событий, отличающийся тем, что проводят КГДМ на региональном этапе с периодичностью не реже одного раза в пять лет, а на локальном - не реже двух раз в год, причем на региональном этапе КГДМ проводят площадные исследования в пределах созданного геодинамического полигона по блокам мониторинга - аэрокосмическому, путем проведения аэрокосмических наблюдений земной поверхности ПХГ, с определением показателей динамики плотности сети линеаментов, относительной поверхности зон геодинамического влияния разломов и относительной площади распространения зон мезотрещиноватости, деформационному, путем измерения деформации дневной поверхности ПХГ, с определением - скорости просадки, кривизны поверхности оседания и горизонтальных деформаций, геофизическому, путем регистрации сейсмической активности территории ПХГ и дизъюнктивных нарушений резервуара ПХГ, с определением объемного коэффициента пораженности дизъюнктивными нарушениями резервуара ПХГ, сейсмичности территории ПХГ и максимального значения относительного превышения амплитуды микроразрыва, при этом по полученным данным создают предварительную геодинамическую модель, а на локальном этапе КГДМ проводят скважинные исследования по блокам мониторинга - гидрогеологическому, путем проведения гидрогеологических исследований скважин с определением показателей - динамики уровней статических напоров в один сезон, динамики изменения температурного режима в один сезон и динамики минерализации пластовых вод, флюидодинамическому, путем проведения газодинамических исследований скважин с определением динамики пластового давления в скважине или группе скважин, степени обводняемости скважин при отборе и содержания гелия, геофизическому, путем проведения геофизических исследований скважин с определением газонасыщенности приповерхностных отложений, давлений межколонных или заколонных и количества скважин с неудовлетворительным техническим состоянием, затем создают уточненную геодинамическую модель, причем разрабатывают по каждому блоку мониторинга классификацию критериальных показателей для оценки геодинамического риска с присвоением им на региональном этапе пятибалльной градации, на локальном - трехбалльной согласно уровню геодинамической опасности, сравнивают показатели, рассчитанные по каждому блоку мониторинга, с критериальными показателями, оценивают интенсивность проявления опасных геодинамических и техногенно-индуцированных процессов по всем блокам мониторинга, затем рассчитывают единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ по формуле
R_G=x₁·k₁+x₂·k₂+…+x₁₈·k₁₈,
где R_G - единый суммарный коэффициент геодинамического состояния ПХГ;
x₁-x₁₈ - весовые коэффициенты для каждого блока мониторинга, определяемые с учетом экспериментальных данных;
k₁-k₁₈ - балльные значения показателей геодинамической активности согласно уровню геодинамической опасности, полученные по результатам КГДМ, сравнивают его с предварительно рассчитанным критериальным коэффициентом для каждого уровня геодинамической опасности, определяют уровень геодинамической опасности ПХГ и строят итоговую карту ранжирования территории по степени геодинамической опасности.