10.12.2012 Инженерная практика №12/2012

Обширные осадки земной поверхности над разрабатываемыми месторождениями зарегистрированы инструментально и достигают значительных величин: так, на нефтяном месторождении Willmington (США) эта величина составляет 8,8 м; на месторождении Lаgunillas (Венесуэла) — 4,1 м; месторождении Ekofisk в Норвегии — 2,6 м; месторождении Сураханы (Азербайджан) — 3 м; Северо-Ставропольском газовом месторождении — 0,92 м. При этом временной интервал между началом разработки месторождений углеводородов и началом возникновения техногенных землетрясений составляет 2–87 лет.

Особенно чувствительны к неравномерным осадкам грунтов объекты подводных добычных комплексов (ПДК): манифольды, сепараторы, компрессорные агрегаты, добычные донные плиты, внутрипромысловые трубопроводы.

Прогнозная оценка геодинамического состояния недр и деформаций земной поверхности в процессе эксплуатации месторождений и разработка комплекса мероприятий по защите объектов обустройства промыслов остаются актуальной практической задачей.

СИСТЕМА ГДМ

Проект системы ГДМ разрабатывается на основе материалов специальных инженерно-геотектонических, сейсмологических и геомеханических исследований.

Развернутая силами Института океанологии РАН им. П.П. Ширшова (ИО РАН) система ГДМ сегодня успешно функционирует на площадках установок морских платформ в Северном Каспии и в Балтийском море.

КРАВЦОВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ

Система ГДМ Кравцовского нефтегазового месторождения (Балтийское море) состоит из трех автономных сейсмических станций, две (АСС-4) из которых установлены на суше и одна (ДС-2) — на дне моря. Выбор мест установки двух наземных сейсмических станций определялся двумя критериями: максимальным удалением от источников техногенного шума (для Калининградской области — это в основном автотранспорт) и геометрией сейсмометрической сети (расстановка приборов должна по форме быть близкой к правильному треугольнику с учетом расположения донного сейсмографа).

Автономные сейсмографы предназначены для регистрации местных землетрясений и имеют соответствующую частотную характеристику (диапазон регистрируемых частот 3–30 Гц по уровню 0,7).

Для более точного определения в районе нефтедобычи координат эпицентра слабых землетрясений планируется выполнить повторный эксперимент с автономными донными станциями, приближенными к платформе Д-6 (ЛУКОЙЛ) на расстояние 10–15 км. На втором этапе необходимо развернуть в районе Д-6 постоянно действующую систему геодинамического мониторинга, состоящую из куста донных сейсмографов, передающих информацию по донным кабельным линиям на пункт сбора и экспресс-обработки, расположенный на платформе, и далее — на береговой центр обработки по спутниковым каналам связи для принятия прогнозных решений.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА КАСПИИ

Аналогичная система была разработана, изготовлена и введена в эксплуатацию ИО РАН в 2010 году на морской нефтедобывающей платформе на месторождении им. Ю. Корчагина в Северном Каспии. Конструктивно система состоит из донной части, в которую входят блоки донных сейсмографов типа «Гвидон-М», сегментов донных кабельных линий, усилителей-ретрансляторов и блока сбора и обработки данных, установленного на платформе. Еще более еще более совершенную систему ГДМ в Каспийском море планируется создать на месторождении им. В. Филановского в Каспийском море.

Система ГДМ состоит из комплекса измерительных датчиков и системы сбора, накопления, обработки и передачи информации. Часть датчиков (инклинометры, акселерометры и др.) установлены на самих платформах бурового комплекса. Датчики, которые фиксируют микроземлетрясения для контроля напряженно-деформированного состояния литосферы, находятся на дне моря на удалении от бурового комплекса и производят сейсмические наблюдения в месте производства работ. Для проведения сейсмических наблюдений необходимы как минимум три точки установки датчиков, расположенные треугольником вокруг бурового комплекса на удалении 1,5–2,5 км (в некоторых случаях и более).

На рис. 1 изображена структура проектируемой системы геодинамического мониторинга и ее конфигурация. Система состоит из трех пусковых комплексов (I–II, III и IV), которые окружают объекты обустройства месторождения им. В. Филановского (ЛСП-1, ЛСП-2, БК) и подключаются к системе ГДМ по мере ввода их в эксплуатацию. Конфигурация системы позволяет производить геодинамический мониторинг всей площади месторождения.

Каждый комплекс оборудован донными сейсмографами, соединенными с платформами подводными кабельными линиями длиной порядка 1500–2250 м, высокоточными GPS-приемниками для обеспечения геодезических измерений, блоками наклономеров и акселерометров, оптоволоконными каналами связи между ЛСП-2 и ЛСП-1 и между БК и ЛСП-1. ЛСП-1 оборудована спутниковым каналом связи для передачи информации на береговой центр сбора и обработки данных (БЦСОД).

При выборе мест установки донных сейсмографов учитывались следующие факторы: система ГДМ должна охватывать всю площадь месторождения; расстояния между донными сейсмографами не должны превышать 3–6 км (двойная глубина очагов ожидаемых землетрясений) для достижения максимальной точности определения координат землетрясений, возможных в районе месторождения. Кроме этого, локальные сети донных сейсмографов должны окружать буровые платформы, а донные модули — располагаться на расстоянии не более 2,5 км и не менее 1,5 км от платформ. Первое значение определяется, в основном, стоимостью кабеля, второе — необходимостью «разноса» сейсмографов на расстояние не менее 3 км и удалением точек наблюдения от источника техногенных шумов на платформах.

Три электродинамических сейсмоприемника типа С-205 блока донных сейсмографов «Гвидон-М» (один вертикальный и два горизонтальных) размещены в карданном подвесе для ориентации их осей чувствительности в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном и двух горизонтальных (рис. 2). Каждый блок донных сейсмографов был оборудован низкочастотным приемником звукового давления гидрофоном (преобразователем колебаний давления воды в электрический сигнал) (рис. 3, 4).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ГДМ

Сейсмоприемники представляют собой датчики скорости смещения морского дна и имеют следующие основные характеристики: диапазон рабочих частот 3–30 Гц по уровню 0,7; динамический диапазон — 90 дБ; частота собственных колебаний — 5 Гц; коэффициент затухания — 0,7; коэффициент электромеханической связи (КЭМС) — 34 В/мс-1; сопротивление катушки маятника — 280 Ом; масса маятника — 32 г; масса сейсмоприемника — 280 г.

Размеры сейсмоприемника: диаметр 42 мм, длина 65 мм. Размеры трехкомпонентного сейсмодатчика: диаметр — 183 мм, длина — 198 мм. Масса трехкомпонентного сейсмодатчика — 2900 г. Допустимый наклон сейсмоприемников — ±7°.

Размеры основания «Гвидон-М»: диаметр 565 мм, высота — 684 мм; масса основания — 33,52 кг; материал основания — нержавеющая сталь Х18Н10Т; вес блока донных сейсмографов на воздухе — 48,2 кг.

Для работы на дне моря сейсмографы помещаются в герметичный металлический прочный корпус, способный выдерживать давление воды до 250 атм (25,3 МПа).

Монтаж системы ГДМ на мелководье (до 40–60 м) может быть осуществлен при помощи водолазов.

ТНПА FALCON DR 12135

В более глубоководных частях шельфа в операциях по установке донных сейсмографов рекомендуется использовать телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА). В частности, при проведении подводно-технических работ на глубинах до 1000 м хорошо себя зарекомендовал принадлежащий ООО «Питер Газ» аппарат Falcon DR 12135 производства компании Seaeye. Он снабжен пятистепенным манипулятором HydroLek, навигационным компасом, глубинометром, гидролокатором кругового/секторного обзора Super SEAKING, магнитометром-гра-диентометром, видеокамерами и др. (рис. 5). Основные технические характеристики аппарата представлены в табл. 1.

ТНПА Falcon DR 12135 предназначен для выполнения осмотровых, обследовательских и поисковых подводно-технических работ на глубине до 1000 метров. Назначение ТНПА в ходе выполнения работ по сборке системы ГДМ: оценка грунтовых условий (слабые грунты, скальные породы); передача цветного и черно-белого видеоизображения рельефа морского дна на судно-носитель, для его последующей регистрации блоком цифровой регистрации (БЦР); выбор мест установки донных сейсмографов; ориентирование их на дне относительно сторон света; макросейсмическое обследование района размещения морских сооружений после сильных землетрясений.

Описанная система ГДМ может быть модифицирована применительно к подводной технологии добычи углеводородов с размещением блока сбора и обработки данных на технологическом судне (Штокмановское ГКМ) с дальнейшей передачей информации на береговой центр обработки данных по спутниковым каналам связи для принятия прогнозных решений. Вторым перспективным районом развертывания системы ГДМ с использованием донных сейсмографов считается высокосейсмичный шельф острова Сахалин, где разработка месторождений нефти и газа ведется в том числе использованием подводных технологий (Киринское ГКМ).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чиликова М. «Возможные техногенные осложнения при разработке Лудловского месторождения в Баренцевом море» // Oil&Gas Journal Russia, 2012, №4, С. 42–45.
2. «Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы» // Под ред. Н.В. Шарапова, А.А. Маловичко, Ю.К. Щукина., кн. 2: «Микросейсмичность», Петрозаводск, Карельский научный центр РАН, 2007, 96 с.
3. Лобковский Л. И., Ковачев С.А. «Система геодинамического мониторинга нефтегазодобычи на шельфе на примере морского нефтегазового месторождения имени Ю. Корчагина» // «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», 2010, №11, С. 11–14.
4. Мельников Н.Н., Калашник А.И. «Геодинамические аспекты освоения шельфовых нефтегазовых месторождений (на примере Баренцрегиона)» // «Геоэкология». 2010, №4, С. 291–302.
5. Мельников Е.А. «Методические основы оценки геодинамического риска эксплуатации ПХГ» // «Транспорт и подземное хранение газа», 2008, №4, С.
6. Левченко Д.Г., Леденев В.В., Ильин И.А., Парамонов А.А. «Длительный сейсмологический мониторинг морского дна с использованием автономных донных станций» // «Сейсмические приборы», 2009, Т.45, №1, С.5–22.
7. Осипов В.И., Гинзбург А.А., Новикова А.В. «Системы охранного сейсмического мониторинга потенциально опасных объектов» // «Геоэкология», 2010, №5, С. 458–461.
8. Сапрыгин С.М. «О детальном сейсмическом районировании Сахалина» // «Тихоокеанская геология», 2008. Т. 27., №2, С. 72–79.
9. ГОСТ Р 22.1.06-99. «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов. Общие требования» (принят Постановлением Госстандарта РФ от 24 мая 1999 г., №177).