Кен орындарының геодинамикалық мониторингі: не үшін, қаншалықты жиі және қандай жабдықпен

Кен орындарының геодинамикалық мониторингі — игеріліп жатқан мұнай-газ кен орнының үстіндегі жер бетінің деформациясын жүйелі аспаптық бақылау. Қабаттан флюид алынған сайын қабаттық қысым төмендейді, коллектор тығыздалады және шөгінді үстіндегі жер беті баяу шөгеді. Шөгу шамасы жылына сантиметрлермен өлшенуі мүмкін, ал игеру тарихы ұзақ ірі кен орындарында жиынтығында метрлерге жетуі ықтимал. Геодезистің міндеті — осы қозғалыстарды сандық түрде тіркеу, олардың динамикасын циклдер бойынша қадағалау және ұңғымалар, құбырлар мен жерүсті құрылыстары үшін қауіп туралы уақытында ескерту.

Бұл мақала мұнай-газ компанияларының техникалық мамандарына — маркшейдерлерге, ізденіс бөлімдерінің басшыларына, құрылыстарды пайдалану инженерлеріне — арналған. Оларға Маңғыстау облысы мен каспий жағалауының кен орындарында мұнай-газ нысандарының геодезиялық мониторингін ұйымдастыру қажет. Деформация мониторингі не үшін керек, ол қандай әдістермен, қандай жабдықпен, қаншалықты жиі орындалатынын және тапсырыс беруші шығуда не алатынын талдаймыз.

Геодинамикалық мониторинг дегеніміз не

Геодинамикалық мониторинг — игеріліп жатқан кен орнының аумағындағы жер бетінің деформациясын техногендік топырақ қозғалыстарын анықтау және болжау мақсатында бақылау. Бұл қозғалыстардың негізгі себебі — өнімді қабаттан флюидті (мұнай, газ, қабаттық су) алу. Қабаттық қысымның төмендеуі коллектордың тығыздалуына, соның салдарынан үстіңгі қабаттардың жер бетіне дейін шөгуіне (отыруына) әкеледі.

Деформация мониторингі қозғалыстың үш құрамдасын тіркейді:

• Тік шөгулер — алу аймағының үстіндегі беттің төмендеуі. Бұл мұнай кен орындарындағы деформацияның негізгі және ең қауіпті түрі.
• Көлденең ығысулар — жер беті нүктелерінің жоспарда қозғалуы, шөгу мульдасының шеткі аймақтарына тән.
• Құрылыстардың еңкеюі мен деформациясы — нақты нысандардың (резервуарлар, эстакадалар, ұңғыма сағалары) орнықтылығы үшін маңызды туынды шамалар.

Бақылаулар бір реттік емес, циклдермен жүргізіледі. Бірінші цикл — «нөлдік» — барлық бақыланатын пункттердің бастапқы жағдайын белгілейді. Әрбір кейінгі цикл нөлдік және алдыңғы циклдермен салыстырылады, бұл деформация процесінің уақыт бойынша көрінісін береді.

Геодинамикалық мониторинг не үшін қажет

Деформация мониторингі — бюрократиялық рәсім емес, ұзақ игерілетін кен орнында тәуекелдерді басқару құралы. Негізгі мақсаттары мыналар.

Ұңғымалар қауіпсіздігі. Біркелкі емес шөгу шегендеу колонналарына кесу жүктемелерін тудырады. Шөгу аралығында колонна қыршылуы немесе кесілуі — ұңғыманы жоғалтуға әкелетін ауыр авария. Мониторинг қарқынды отыру аймақтарын анықтап, алу режимін түзетуге мүмкіндік береді.

Құбырлардың тұтастығы. Шөгу мульдасын кесіп өтетін кәсіпшілік және магистральдық құбырлар бойлық және иілу кернеулерін бастан кешіреді. Трасса бойындағы нақты шөгу профилін білу құбырдың қалдық ресурсын бағалауға және өтемдік шараларды жоспарлауға мүмкіндік береді.

Жерүсті құрылыстарының орнықтылығы. Отырғыш топырақтардағы резервуар парктері, алау қондырғылары, эстакадалар, сорап станцияларының ғимараттары іргетас шөгуін бақылауды талап етеді. Бұл әсіресе техногендік шөгуге тұзды және отырғыш топырақтардың әсері қосылатын Ақтау мен жағалау аймағы нысандары үшін өзекті.

Процестің дамуын болжау. Бірнеше жылдық бақылаулар қатары шөгудің болжам моделін құрып, жаңа нысандардың жобалық шешімдеріне алдын ала қор салуға мүмкіндік береді.

Жер қойнауын пайдалану талаптарына сәйкестік. Қазақстан Республикасының «Жер қойнауы және жер қойнауын пайдалану туралы» Кодексі маркшейдерлік қамтамасыз етуді, оның ішінде жер бетінің жылжуын бақылауды жер қойнауын пайдаланушының міндеттеріне жатқызады. Маркшейдерлік жұмыстарды жүргізу қағидалары деформацияға ұшыраған нысандарда бақылау станцияларын ұйымдастыру мен бақылаулар жиілігіне талаптар белгілейді. Нақты құрамы мен жиілігі маркшейдерлік жұмыстар жобасында және нақты кен орны бойынша тау-кен геологиялық құжаттамасында бекітіледі, сондықтан мониторинг бағдарламасы әрдайым жер қойнауын пайдаланушымен және қадағалау органымен келісіледі.

Геодинамикалық мониторинг әдістері

Мониторингтің дәлдігі мен сенімділігі бірнеше геодезиялық әдісті ұштастырумен қамтамасыз етіледі. Жеке ешбір әдіс барлық міндетті жаппайды, сондықтан кен орнында әдетте кешенді бақылау желісі ұйымдастырылады.

Реперлер мен пункттердің геодинамикалық желісі

Мониторингтің негізі — кен орны аумағы мен болжамды әсер аймағын қамтитын, жерде бекітілген пункттер (реперлер) желісі. Пункттер көпжылдық бақылауларды есептей отырып, күрделі салынады: тік бақылаулар үшін топырақ және терең реперлер, жоспарлы бақылаулар үшін центрлеу құрылғылары бар ГНСС-пункттер. Пункттердің бір бөлігі деформация аймағынан тыс салынады — олар тірек (бастапқы) болып қызмет етеді және қозғалмайтын деп саналады.

Мерзімдік ГНСС-бақылаулар (статика)

Желі пункттерінің көлденең те, тік те ығысуларын анықтау үшін статикалық ГНСС-бақылаулар әдісі қолданылады. Әр пунктте қабылдағыш ұзақ сеанспен бақылау жүргізеді, содан кейін пункттер арасындағы базалық сызықтар камералдық жағдайда өңделеді. Статика кен орнының бүкіл ауданында орнықты субсантиметрлік дәлдік береді және әсіресе пункттер арасындағы қашықтық үлкен жерде тиімді.

Жоғары дәлдікті геометриялық нивелирлеу

Дәл тік шөгулерді ең дәл анықтау үшін II класты геометриялық нивелирлеу қолданылады. Бұл асып түсуді анықтаудың ең дәл әдісі: ол цикл ішінде миллиметр деңгейіндегі шөгулерді сенімді тіркеуге мүмкіндік береді, бұл спутниктік әдістерге қолжетімсіз. Нивелирлік жүрістермен бақылау желісінің жұмыс реперлері деформация аймағынан тыс бастапқы тірек реперлермен байланыстырылады.

Циклдерді нөлдікпен салыстыру

Кез келген әдістің қорытындысы — ағымдағы циклдегі пункттердің координаталары мен биіктіктерін олардың нөлдік және алдыңғы циклдардағы мәндерімен салыстыру. Айырмалар жылжу шамаларын береді, олардан ведомостар, графиктер мен шөгу карталары құрылады. Дәл өлшемдердің бірыңғай әдістеме бойынша циклден циклге қайталануы нәтижелердің салыстырмалылығын қамтамасыз етеді.

Геодинамикалық мониторинг жабдығы

Мониторингтің дұрыстығы қолданылатын аспаптардың класы мен олардың метрологиялық аттестациясына тікелей байланысты. «ГеоПроГлобал» ЖШС деформация мониторингін мына кешенмен орындайды.

South Galaxy G9 ГНСС-қабылдағышы геодинамикалық желіні статика әдісімен құру мен қайта бақылау үшін қолданылады. Қабылдағыш көпжүйелі (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou), бұл МГЖ пункттері сирек жағдайда ұзын базалық сызықтарда орнықты шешім үшін өте маңызды. Статикадағы мәлімделген дәлдік — 2,5 мм + 0,5 ppm, бұл циклдер арасында желі пункттерінің көлденең және тік ығысуларын анықтауға жеткілікті.

Leica LS10 сандық нивелирі инварлы штрих-кодты рейкамен II класты нивелирлеу әдісімен шөгулерді жоғары дәлдікпен анықтау үшін қолданылады. Штрих-кодты инварлы рейкамен аспап екі еселенген жүрістің километріне 0,3 мм деңгейінде қателік қамтамасыз етеді, бұл реперлердің миллиметрлік шөгуін циклден циклге сенімді тіркеуге мүмкіндік береді.

Leica TS06 Plus тахеометрі 5″ бұрыштық дәлдігімен жеке пункттер мен құрылыстардағы деформация маркаларының көлденең ығысуларын анықтау үшін, сондай-ақ ГНСС-әдіс қолданылмайтын жерде (мысалы, спутниктік сигналды экрандайтын биік металл конструкциялар маңында) сызықтық-бұрыштық өлшеулер үшін қолданылады.

Жабдық	Мониторингтегі мақсаты	Негізгі сипаттамасы
GNSS South Galaxy G9	Геодинамикалық желі, көлденең және тік ығысулар (статика)	2,5 мм + 0,5 ppm; GPS/GLONASS/Galileo/BeiDou
Leica LS10 нивелирі	Шөгулерді жоғары дәлдікпен анықтау (II класс)	инварлы рейкамен 0,3 мм/км
Leica TS06 Plus тахеометрі	Көлденең ығысулар, құрылыстардағы деформация маркалары	бұрыштық дәлдік 5″

Барлық жабдық тұрақты тексеруден өтеді — тексерілмеген аспаптарды қолдануға болмайды және бұл құжаттаманы маркшейдерлік қадағалау органдарының қабылдамауына әкеледі.

Мониторингті қаншалықты жиі жүргізу керек

Бақылаулар жиілігі — мониторингті жоспарлаудағы негізгі мәселелердің бірі. Әмбебап жауап жоқ: циклдер жиілігі маркшейдерлік жұмыстар жобасымен айқындалады және бірнеше факторға байланысты.

Игерудің тұрақты сатысындағы кен орны үшін типтік жиілік — жылына екіден төртке дейін цикл. Жарты жылдық немесе тоқсандық интервал топырақтың маусымдық ауытқуы аясында шөгу трендін сенімді бөліп алуға мүмкіндік береді.

Жиілікке әсер ететін факторлар:

• Флюид алу қарқындылығы. Өндіру қарқыны неғұрлым жоғары болса, қабаттық қысым соғұрлым тез төмендейді және шөгу қарқындырақ — циклдер жиіленеді.
• Игеру сатысы. Өсіп келе жатқан және ең жоғары өндіру сатысында деформациялар аяқталу сатысына қарағанда белсендірек.
• Белсенді деформациялардың болуы. Қарқынды немесе біркелкі емес шөгу анықталғанда критикалық учаскелерде ай сайынғыға дейін жиіленген бақылауларға көшеді.
• Жоба мен қадағалау органының талаптары. Түпкі бағдарлама кен орны бойынша жобалық маркшейдерлік құжаттамада бекітіледі.

Нөлдік цикл қарқынды игеру басталғанға дейін немесе оның ерте кезеңінде орындалады — дұрыс нөлдік циклсіз барлық кейінгі бақылаулар салыстыру негізінен айырылады.

Тапсырыс беруші не алады

Әр цикл нәтижесі және бақылаулар сериясы қорытындысы бойынша жер қойнауын пайдаланушы инженерлік шешімдерге және маркшейдерлік қадағалау органдарына тапсыруға жарамды құжаттама жинағын алады.

Жылжу ведомостары — әр пункттің нөлдік және алдыңғы циклдерге қатысты тік және көлденең ығысуларының кестелері, дәлдік бағасымен.

Циклдер бойынша шөгу графиктері — процестің динамикасы мен жылдамдығын көрнекі көрсететін тән пункттердің шөгу уақыттық қатарлары.

Шөгу карталары мен схемалары — кен орны аумағы бойынша шөгу изосызықтарының (мульда) жоспарлары, ең үлкен деформация аймақтарын оқшаулауға мүмкіндік береді.

Орнықтылық туралы қорытынды мен ұсынымдар — бақыланатын нысандар жағдайының инженерлік бағасы, деформациялардың сипаты мен жылдамдығы туралы тұжырымдар, алу режимі, құрылыстарды қорғау және бақылаулардың одан әрі жиілігі бойынша ұсынымдар.

Барлық құжаттама Қазақстанның мемлекеттік геодезиялық желісіне байланыстырылған бірыңғай координаталар мен биіктіктер жүйесінде рәсімделеді және аттестатталған маман қол қояды.

Маңғыстау облысы кен орындарының ерекшелігі

Маңғыстау облысы мен каспий жағалауы кен орындарындағы деформация мониторингінің мердігерге жоғары талаптар қалыптастыратын бірқатар ерекшеліктері бар.

Тұзды және отырғыш топырақтар. Ақтау жағалау аймағы мен Маңғышлақ түбегі суланғанда отыруға бейім тұзды топырақтардан құралған. Кен орны үстіндегі техногендік шөгу топырақ деформацияларына қабатталады, сондықтан нәтижелерді талдау осы құрамдастарды бөлек есепке алуды талап етеді.

Шалғайлық және шөлді рельеф. Кен орындары жиі Ақтаудан 200–400 км қашықтықта, шөлді және шөлейт рельеф жағдайында орналасқан. Реперлер желісін елді мекендерден алшақ салып, оған қызмет көрсетуге тура келеді, бұл автономды экспедициялық жұмысты және бригаданы жеткізуді жоспарлауды талап етеді.

Сирек МГЖ желісі мен ұзын базалық сызықтар. Маңғыстаудың шалғай аудандарындағы мемлекеттік геодезиялық желі пункттері аз әрі жиі жоғалған. Бақылау желісін мемлекеттік координаталар жүйесіне байланыстыру ұзын базалық ГНСС-сызықтармен орындалады, оларды орнықты шешу үшін South Galaxy G9 деңгейіндегі көпжүйелі қабылдағыш пен ұзақ статикалық сеанстар қажет.

Реперлердің сақталуы. Ашық шөлді рельефте реперлер зақымдану мен көмілуге осал. Пункттер күрделі бекітіледі, олардың сақталуы әр циклдің басында бақыланады.

«ГеоПроГлобал» ЖШС Ақтауда орналасқан және Маңғыстау облысы кен орындарында жұмыс тәжірибесі бар, оның ішінде операторлар қолданатын жергілікті координаталар жүйелерін білу мен лицензиялық учаскелерге жіберу рәсімдері.

Әдістердің жиынтық кестесі

Әдіс	Не өлшейді	Дәлдігі	Типтік жиілігі
II класты геометриялық нивелирлеу	Реперлердің тік шөгулері	циклге ~0,3–2 мм	жылына 2–4 рет
Статикалық ГНСС-бақылаулар	Желі пункттерінің көлденең және тік ығысулары	2,5 мм + 0,5 ppm	жылына 2–4 рет
Тахеометрлік өлшеулер	Көлденең ығысулар, құрылыстардағы деформация маркалары	бұрыштық 5″	циклдер бойынша немесе критикалық нысандарда жиірек

Қорытынды

Кен орындарының геодинамикалық мониторингі — қауіпсіз ұзақ игерудің техникалық негізі. Флюид алу жер бетінің шөгуін сөзсіз тудырады, ал деформацияны жүйелі бақыламай ұңғымалар мен құбырлардың тұтастығын қамтамасыз ету де, жер қойнауын пайдаланудың маркшейдерлік талаптарын орындау да мүмкін емес. II класты геометриялық нивелирлеу, статикалық ГНСС-бақылаулар мен тахеометрлік өлшеулерден тұратын, циклдермен орындалатын және нөлдікпен салыстырылатын кешен тапсырыс берушіге деформация процесінің объективті көрінісін береді — жылжу ведомостарынан шөгу карталары мен орнықтылық қорытындысына дейін.

Тұзды топырақтары, шалғайлығы және сирек МГЖ желісі бар Маңғыстау облысы кен орындары үшін мониторинг сапасы мердігердің тәжірибесі мен жабдық класына тікелей байланысты. «ГеоПроГлобал» ЖШС Ақтауда және бүкіл Маңғыстауда мұнай-газ нысандарының геодезиялық мониторингін South Galaxy G9, Leica LS10 және Leica TS06 Plus кешенімен орындайды — бақылау желісін салудан орнықтылық қорытындысына дейін.

Кен орныңыздағы мониторинг бағдарламасы мен циклдер жиілігін талқылау үшін geoproglobal.kz сайты арқылы бізбен байланысыңыз. Игеру сатысы мен маркшейдерлік жұмыстар жобасының талаптарын ескере отырып ұсыныс дайындаймыз.