Проблемы деформування геологічне середовище вулканічний у зоні підземних сховищ газу (ПСГ) в кам'яною солі та його контроль

Проблемы деформування геологічне середовище вулканічний у зоні підземних сховищ газу (ПСГ) в кам’яною солі та його контроль.

д.г-м.н. Синців В.М., Литвинов С.А.

ПХГ є важливим і досить необхідним елементом газотранспортної системи, оскільки вони дозволяють згладити негативні наслідки нерівномірного газоспоживання. Якщо подача газу магістральних газопроводів здійснюється з практично постійної швидкістю, то споживання, отже й його дефіцит, різко зростає в холодну пору року. Нерідкими є також короткочасні періоди дефіциту газу тому чи іншому газопотребляющем районі внаслідок різких приморозків, аварій на газопроводі та інших причин. Саме з покриття таких, короткочасних періодів дефіциту газу газотранспортною системою призначені звані пікові ПСГ, які створюються зазвичай, у вигляді групи підземних резервуарів в кам’яною солі. ПСГ в кам’яною солі, хоч і поступаються приблизно порядок газохранилищам, створюваним в водоносних горизонтах чи виснажених газових родовищах, по обсягу закладеного газу, зате перевершують останні також приблизно за порядок по швидкості можливого відбору газу. У Росії її нині ПСГ в кам’яною солі відсутні. Єдине у СРСР таке ПСГ було побудовано більше ніж 20 років тому вони під Єреваном й успішно зарекомендувало себе, немов гарант надійного газопостачання міста. У той самий час у у світовій практиці газової промисловості успішно функціонують багато сотень газових резервуарів в солях.

ОАО «Газпром «прийняло Концепцію розвитку пікових ПСГ в солях на період 1997 — 2015 рр., яка передбачає будівництво десяти пікових ПСГ із загальним геометричних обсягом 40 950 тис. м3 на глибинах від 300 до 1500 м. Першим із них новобудоване Волгоградское ПСГ із загальним геометричних обсягом підземних резервуарів 4 350 тис. м3.

При створенні (шляхом розчинення кам’яною солі) підземних виробок — ємностей відбувається зміна напруженого стану масиву гірських порід, що викликає зменшення обсягів відпрацьованого простору. Оскільки кам’яна сіль має реологическими властивостями, зменшення обсягів резервуарів (конвергенція) під дією гірського тиску відбуватиметься під час експлуатації, особливо у періоди відбору газу з сховища зі значним зменшенні тиску газу резервуарах. Конвергенція підземних резервуарів своєю чергою є причиною осідання та інших деформацій земної поверхні. У цьому лежить на поверхні формується так звана мульда осідання. Центральна, максимально знижена частина мульди перебуває під центральною частиною ПСГ і має субгоризонтальную поверхню. Максимальні ухили поверхні формуються на периферії мульди. Слід зазначити, що спільна образ мульди (макродеформации земної поверхні) визначається деформаціями покрівлі підземного комплексу сховища в цілому, а деформації покрівлі окремих резервуарів формують микродеформации земної поверхні, котрі відповідно до розрахунках [1, 2, 3] становлять трохи більше 10% від величини макродеформаций. Осідання земної поверхні може негативно проводити стан будинків та споруд, що у зоні деформацій. Тому велике значення мають методологія контролю та прогнозування цих процесів, а також заходи інженерного захисту. Вітчизняна практика будівництва й експлуатації ПСГ немає нині достатнім обсягом спостережень, інструментальних вимірів, досвідом прогнозування деформацій земної поверхні, і, тим паче, апробованими галузевими нормативними документами захисту наземного комплексу ПСГ від заробітчанства. З науково-дослідних робіт з цієї проблематики найбільше зацікавлення представляють дослідження О. М. Шафаренку, В. А. Казаряна, В. Г. Хлопцова, В.І. Смирнова, Г. Б. Розанова [1, 3, 4, 5 ]. Через війну розрахунків деформацій земної поверхні на майданчику Волгоградського ПСГ виявлено [2, 3], що виробок, розташованих на глибині 1150 — 1220 метрів за VIII ритмопачке кунгурского ярусу нижньої пермі пошириться на 840 м, а ритмопачках V, VI (глибина 1350 — 1460 м) — на 1018 м. Причому у протягом розрахункового терміну експлуатації не виникне обрушений порід чи розривів сплошности, як і околиці виробок — ємностей, і у вышележащем масиві гірських порід. Максимальна осаду земної поверхні, гадана у частині майданчики, становитиме 0,086 м. Швидкість осідання поверхні становитиме на центрі майданчики 0,0014 метрів за рік, але в периферії близько 0,001 метрів за рік, що ні надасть істотного впливу на конструкції і споруди.

Большое значення для стану будинків та споруд ПСГ мають ухили земної поверхні, створювані у її осіданні. Відповідно до прогнозом [2, 3], ухили поверхні на майданчику Волгоградського ПСГ становитимуть близько 10−4, що менше природних (10−2).

Так як і виникнуть порушення сплошности породного масиву, не станеться порушення водоупоров. Отже, будівництво підземних резервуарів і що виникають у з цим деформації не приведуть до скільки-небудь помітному впливу на геосреду. У [3] встановлено, що планировочные й гірські заходи для порівнянню з традиційними будівельними заходами є найефективнішими при захисту наземного комплексу ПСГ від заробітчанства. Серед гірських заходів захисту наземного комплексу ПСГ від заробітчанства найефективнішим і кращим є збільшення відстані між технологічними свердловинами чи розмірів междукамерных ціликів, оскільки це приводить до зменшення сумарного геометричного обсягу підземних резервуарів, ускладнення технології їх спорудження та експлуатації. Дане положення повною мірою враховано при проектуванні [2] розташування підземних резервуарів і розміщення майданчики компресорної станції Волгоградського ПСГ, що дозволило значно скоротити обсяги капвкладень по фундаментам під газоперекачивающие агрегати, як найбільш уразливі об'єкти при опадах, оскільки масивні фундаменти під компресорні агрегати сприймають деформації земної поверхні в співвідношеннях, близьких до співвідношенням модулів деформацій грунтового масиву і матеріалу фундаментів. У [6] відзначається, що підземних ємностей із сучасних математичних моделей може досягати необхідної точності через похибок завдання моделі властивостей, будівлі масиву, недообліку тектонічних напруг тощо. Це твердження можна адресувати його й прогнозам поверхневих деформацій. Тому, попри сприятливий прогноз, необхідна за рамках поточного геоэкологического моніторингу ПСГ проводити контролю над деформаціями масиву гірських порід. Результати цих спостережень буде використано контролю осідання поверхні (відповідність прогнозу), уточнення прогнозу наступного року період, і навіть для накопичення науково-практичних даних з метою формування та уточнення нормативно-методичних рекомендацій. Основним інструментом цих спостережень є геодинамічний полігон.

Учитывая досить прості геологічні умови майданчики ПСГ (спокійне залягання верств — за даними розвідницького буріння, відсутність дизъюнктивных порушень — встановлено внаслідок майданних сейсмогеофизических досліджень), в ролі геодинамічного полігону можна рекомендувати два маркшейдерських профілю на головних вісях нульової ізолінії осідання. Профілі слід виконувати в відповідно до вимог «Інструкції по маркшейдерским і топографо-геодезичним роботам зокрема нафтовий промисловості РД 39−147 139−101−87 ». На кінцях кожного профілю поза нульової ізолінії осідання необхідно встановити глибинні репери, а з-поміж них з інтервалом 200−300 м встановлюються грунтові репери (марки). Глибинний репер є обсадную трубу діаметром 219,1 мм, зацементированную всередині і зовні тампонажным цементом зі щебінкою. У гирло труби (на 1,5 м) встановлюється металевий стрижень діаметром щонайменше 25 мм з овальної верхньої частиною суспільства і теж цементируется. Навколо кожного репера влаштовується курган квадратної форми (довжина боку 2,5 м) з дренажными канавками. Загальна кількість грунтових реперів (марок) — 40 прим. На початок будівництва підземних резервуарів може бути проведено фоновий завмер оцінок реперів нівелюванням III класу. Періодичне нівелювання (1 на рік) на етапі будівництва й (2 рази на рік за максимального і мінімальному тисках в підземних резервуарах) при експлуатації ПСГ дасть необхідний матеріал контролю і прогнозування деформацій земної поверхні. Під час проведення ремонтних робіт на підземних резервуарах слід [2] їх звуколокационную зйомку контролю їх форми і объема.

Планово-высотные виміру проводяться на етапі будівництва через 12 місяців після закладення реперів на початковому етапі знають будівництва ПСГ (буріння свердловин). Другий етап — через 1 рік після початку розмиву резервуарів і закачування розсолу. Виміри проводять до початку розмиву і після досягнення 50% обсягу й після закінчення будівництва кожного резервуара. На етапі експлуатації виміру здійснюються після її висновку ПСГ на повний об'єм і потім перші 2 року після закачування і після відбору. За відсутності коливань не більше похибок приладів подальші виміру проводяться 1 разів у 2 року. Через 7 років проводять другий цикл вимірів. Без коливань такі призначають через 3−5 років. З іншого боку, є доцільним гравиметричесие і магнітні зйомки щоп’ять років до виведення ПСГ на проектну міць і потім кожні 10 років.

Для контролю над напряженно-деформированным станом породного масиву застосовують метод об'ємної сейсморозвідки, навіщо на майданчику й за її межами розташовується мережу сейсмоприемников і пункт приймання та опрацювання інформації. Сигнали записуються постійно, тим самим у комплексі коїться з іншими методами контролю буде забезпечена безупинне стеження недрами.

Список литературы

Смирнов В.І., Розанов Г. Б., Баклашов І.В., Хлопцов В. Г. Оцінка параметрів зрушення земної поверхні над ПСГ в кам’яною солі// Газова промисловість, 1998, 11, З. 24−26.

ТЭО Волгоградського ПСГ. 000 «Подземгазпром ». М., 1998.

Розанов Г. Б. Обгрунтування заходів захисту наземного комплексу підземних сховищ газу від заробітчанства. Канд. дисс., Москва, 1999, УДК 622.692.24.

Шафаренко О. М. Тривала стійкість підземних гірських виробок у відкладеннях кам’яною солі. Дисертація … докт техн. наук. — Новосибірськ, ИГД ЗІ АН СРСР, 1985.

Казарян В.А., Шафаренку О. М. Контроль стану підземних резервуарів задля забезпечення надійності та безпеки експлуатації підземних сховищ. Звіт по НДР (дог. 38/97)/ООО «Подземгазпром ». — М., 1998.

Синяков В.М., Кузнєцова С.В., Миколаїв Ю.П. Геоекологічні проблеми розробки родовищ солей і шляхом створення підземних ємностей у соляних масивах. Поволзький екологічний вісник, вип. 2., Волгоград, 1995.