автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Определение методов анализа и разделения вертикальных смещений земной поверхности разрабатываемых месторождений нефти и газа

I . ■

ШНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ Р3>

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ затей ПОВЕРХНОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

05.24.01 - Геодезия

• АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГ Б ОД

- г ОКТ 1395

УДК 528.48:551.24

На правах рукописи

ГАЙРАБЕКОВ ИБРАГИМ ГИЛАНИЕВИЧ

МОСКВА

1995

Работа выполнена на кафедре прикладной геодезии Московского Государственного Университета геодезии и картографии.

Научный руководитель - кандидат техническим наук, доиенг М.И.ЕЕРНЩКИЙ

Официальные оппоненты - доктор технических наук Г.Е.РЯЗАНЦЕВ кандидат технических наук В.А.МАМЧУР

Ведущая организация - Верхневолжский топографе-геодезический центр

Защита состоится "13 " ОК-ТЯУрЯ 1935 г. в ~ час. на заседании специализированного Совета К. О6i.0i.0i в Московском Государственном Университете геодезии и картографии по адресу: 103064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4 (ауд.321).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУГиК.

— Г1

Автореферат разослан " {& С-ЦШ^и^Я 1935 г_

Ученый секретарь специализирован него Совета.

/

В.А.МОНАХОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследование смещений земной поверхности на основе результатов повторных геодезических измерений направлено на решение ряда задач, наиболее актуальными из которых являются прогноз моментов сейсмических толчков, поиск нефти и газа, обеспечение долговечности и безопасности различных сооружений, расположенных в зоне влияния добычи нефти и газа.

Часто нефтедобывающие регионы относятся к сейсмическим районам. Поэтому измеренные здесь вертикальные смещения могут быть результатом взаимодействия как сейсмотектонических, так и техногенных движений. Для правильного прогноза землетрясений необходимо выделить из измеренных вертикальных смещений сейсмотектоническую составляющую (информация о которых, собственно, и является основой для прогноза).

Возникают ситуации, когда поиск нефти и газа ведется на действующих месторождениях, но на больших глубинах, чем разрабатываемые пласты Очевидно, в таких случаях измеряемые вертикальные смещения будут включать в себя сейсмотектоническую и техногенную составляющие. Для правильного прогноза мест скопления нефти и газа необходимо знание сейсмотектонической составляющей. В то же время для определения эффективных мер борьбы с техногенными процессами необходимо знать величину техногенной составляющей.

Таким образом, проблема разделения вертикальных смещений земной поверхности на отдельные составляющие имеет большую практическую и научную значимость.

Целью настоящей работы является определение методов анализа и разделения вертикальных смещений поверхности разрабатываемых месторождений нефти и газа; разработка предложений, направленных на совершенствование повторных геодезических работ на подрабатываемых территориях.

Научной новизной работы является:

1. Метод теоретических расчетов техногенных оседаний земной поверхности (ОЗП) с учетом типа разрабатываемых коллекторов.

2. Метод анализа и разделения вертикальных смещений поверхности нефтегазовых месторождений на техногенную и сейсмотектоническую составляющий с использованием средств факторного анализа.

3. Выявление связи между скоростями сейсмотектонических движений и объемами добычи нефти и -газа по месторождениям Терс-ко-Каспийского прогиба.

4. Обоснование необходимости учета коррелированное™ вертикальных смещений и отметок рельефа при анализе качества повторных нивелирных работ.

5. Обоснование невозможности учета вертикальной рефракции в процессе производства нивелирования.

6. Обоснование необходимости учета искривления скважин при проектировании и организации геодезических наблюдений на нефтегазовых месторождениях.

7. Схемы специальных геодезических сетей для наблюдений за смещениями поверхности разрабагываемых нефтегазовых месторождений.

8. Методика выбора схемы организации повторных измерений.

Практическая ценность работы

Все решаемые в диссертации задачи способствуют достижению главной цели - разделению вертикальных смещений на отдельные составляющие. Знание сейсмотектонических и техногенных составляющих вертикальных смещений создает условия для адекватного и эффективного принятия мер, направленных как на предотвращение вредных влияний от добычи нефти и гава, так и для правильного прогноза мест скопления нефти и газа, прогноза моментов сейсмических толчков.

Апробация работы

Основные положения диссертации были наложены и обсуждены на научно-технической конференции Московского государственного университета геодезии и картографии (г.Москва, 1995 г.), на Всероссийской отраслевой конференции "Современная геодезическая техника в строительстве" (г.Москва, 1995 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в трех статьях в научных журналах.

Объем и структура

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 149 страниц машинописного текста (в том числе 108 страницы основного текста, 23 таблицы, 18 рисунков). Список литературы включает 138 наименований, из них 3 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы. Сформулированы цель и задачи исследований. Изложена новизна и практическая значимость работы.

В первой главе кратко освещены работы других авторов по вопросам изучения сейсмотектонических и техногенных движений земной поверхности. В результате проработки большого количества отечественной и зарубежной литературы выявлено следующее:

- исследователи по-разному объясняют существующую связь между вертикальными движениями земной поверхности и объемами добычи флюидов: одни считают, что ведущая роль принадлежит собственно вертикальным движениям, которые влияют на объемы вытесняемых на земную поверхность нефти, воды и газа; другие придают вертикальным движениям второстепенное значение и увязывают их с извлечением из недр огромного количества нейти и газа;

- до сегодняшнего дня отсутствует элективная методика разделения вертикальных смещений поверхности месторождений на сейсмотектонические и техногенные составляющие с учетом неоднозначной интерпретации существующей связи вертикальных смещений с объемами добычи нефти и газа;

- нефтегазовые залежи, как правило, бывают приуроченными к тектонически активным структурам, вследствие чего вертикальные смещения поверхности нефтегазовых месторождений могут превышать вертикальные смещения законтурной зоны (даже при отсутствии техногенных смещений);

- для принятия адекватных и эффективных мер по предупреждению вредных влияний от выкачки-нефти и газа, прогноза землетрясений и при поиске нефти и газа необходимо знание отдельных составляющих вертикальных смещений;

- нет специальных схем геодезических сетей для наблюдений за смещениями поверхности разрабатываемых месторождений;

- не обосновывается необходимая -периодичность повторных геодезических измерений.

Вторая глава посвящена изложению теоретических аспектов решения проблемы разделения вертикальных смещений земной поверхности разрабатываемых месторождений.

Для решения задачи в диссертации автором автором предло.еггз

- б -

два алгоритма:

1. Апгорйрм разделения вертикальных смещений средствами факторного анализа.

2. Алгоритм приближенных теоретических расчетов техногенных

ОЗП.

Метод факторного анализа, в отличие от всех других многомерных статистических методов, позволяет определять непосредственно неизмеримые величины по их факторным нагрузкам на определенный набор переменных, введенных в анализ. В нашем случае непосредственно неизмеримыми величинами являются техногенная и сейсмотектоническая составляющие общих вертикальных смещений.

На основе результатов предварительных этапов исследований влияний горно-эксплуатационных параметров на вертикальные смещения поверхности месторождений и исходя из физической сущности рассматриваемого процесса, в качестве основных "влияющих" на вертикальные движения были выбраны следующие параметры: Ож - объем добытой жидкости; £2г - объем добытого газа, &Р - падение пластового давления,

Н - средняя глубина залегания разрабатываемых пластов, т - суммарная толщина разрабатываемых пластов, Г - площадь месторождений.

Если значимые корреляции между общими вертикальными движениями У0 и Ож (<3Г) можно объяснить двояко, то корреляции с 'остальными параметрами разработки объясняются наличием в общих вертикальных движениях техногенной составляющей, параметры

ИР, Н, т , Г являются своего рода "индикаторами" на техногенные

вд. .

Первый алгоритм состоит из следующей последовательности операций:

1. Составление матрицы исходных данных, элементами которой являются Уоещ, Ох, Ог, &Р, И, та Г.

2. Множественный корреляционный анализ по данным повторных геодеаических измерений и горно-эксплуатационным параметром.

3. Вычисление собственных значений и дисперсий корреляционной матрицы.

4. Оценка выделенного часжа факкфов.

5. Анализ выделенных факторов.

6. Выполнение вращения факторной матрицы.

7. Измерение выделенные факторов.

8. Расчет сейсмотектонических и техногенных составляющих вертикальных смещений.

Здесь следует отметить, что под термином "фактор" в факторном анализе понимается йепосредсгвенно неизмеримая величина, значения которой может быть вычислено специальными математическими приемами по так называемым факторным нагрузкам на исходные переменные. Как известно, в часто применяемом в различных отраслях исследований методе многофакторного корреляционного анализа под факторами понимаются сами исходные переменные.

Последовательность операций алгоритма теоретических расчетов техногенных ОЗП следующая.

По гранулярным коллекторам:

1. Расчет величин, характеризующих изменение напряженного состояния пород в пласте при падении пластового давления.

2. Расчет коэффициентов объемной упругости коллекторов.

3. Расчет коэффициентов сжимаемости скелета породы.

4. Расчет оседания кровли пласта (ОКП).

5. Расчет оседания земной поверхности по известному значению -ОКП.

По трещинно-кавернозным коллекторам:

1. Расчет величин общей открытой пористости трещинно-кавернозной породы.

2. Расчет коэффициентов сжимаемости трещинно-кавернозной породы.

3. Расчет величин, характеризующих напряженное состояние пород в пласте при падении пластового давления.

4. Расчет объемной упругости пласта.

5. Расчет коэффициента сжимаемости скелета породы.

6. Расчет оседания кровли пласта.

7. Расчет ОЗП по известному значению ОКП.

В диссертации дается описание каждого из перечисленных операций обоих алгоритмов.

Третья глава посвящена практической реализации предлагаемых алгоритмов.

В начале главы рассмотрены вопросы тектоники, сейсмичности и нефтегазоносностй разрабатываемых месторождений Терско-Каспийского прогиба СГКП) и Апшеронского полуострова.

На основе изучения и анализа материалов геодезических работ, выполненных в пределах исследуемых районов и промысла-геологических данных месторождений, были составлены сьодные таблица!, которые и являлись исходными для проведения расчетов ио алгоритму с использованием средств факторного анализа. Сначала был проведен множественный корреляционный анализ и получены матрицы парных коэффициентов корреляций (табл.1).

Таблица 1

Матрица парных коэффициентов корреляции (месторождения Терско-Каспийского прогиба)

Уобщ и* иг и-ж и-т н М Г

1 0.77 0.55 -0.15 0.16 0.23 0.09 0.44

1 0.70 -0.20 0.17 0.05 0.12 0.20

1 -0.14 0.19 -0.01 0.05 0.07

1 -0.10 -0.21 0.20 -0.23

1 -0.26 -0.07 -0.30

1 0.55 0.83

1 0.47

1

Как видно из матрица парных коэффициентов корреляций (табл.1)- по месторождениям ТКЕ, скорости вертикальных смещений У0бш имеют значимые положительные коэффициенты корреляции с объемами добычи жидкости иж и газа иг, ас геометрическими параметрами И, М, Г аначимая корреляция отсутствует. На основе этого и с учетом направленности вертикальных смещений (по месторождениям ТКП вертикальные смещения имеют знак "+", т.е. имеет место общий подъем поверхности месторождений), можно говорить о едиянии сейсмотектонической активности месторождений на объемы вытесняе-1Ж ез недр нефти и газа. Дальнейшие расчеты по второму алгоритму [аягсркип теоретических расчетов техногенных ОЗП) подтвердили отсутствий по данным месторождениям техногенных вертикальных смецгяай.

Результаты множественного корреляционного анализа по месторождениям Ашперона (табл.2) показывают, что скорости вертикальных смещений У0бщ имеют значимые положительные корреляции с их, МиГи отрицательные корреляции с И, что свидетельствует о наличии в Кобщ техногенной составляющей, Утех-

Таблица 2

Матрица парных коэффициентов корреляции (месторождения Атперонского полуострова)

"общ и*. От и-ж ДР Н М Г

1.0 0.9032 0.3282 0.1646 -0.5364 -0.8500 0.9238 0.7133

1.0 0.4561 0.2317 -0.2661 -0.9770 0.8764 0.7827

1.0 0.7833 -0.6734 -0.3710 0.1747 0.7526

1.0 -0.5161 -0.1440 -0.0219 0.6104

. 1.0 -0.2370 0.0725 0.7207

1.0 -0.8287 0.7531

1.0 0.5263

1.0 <

Отрицательная значимая корреляция Уоещ с ДР свидетельствует, 'что в У0бц имеется сейсмотектоническая составляющая, УСт-Значимая корредированность между У0бщ и Их может быть следствием наличия в Уоед как сейсмотектонической, так и техногенной составляющих.

Таким образом, по матрице парных коэффициентов корреляции можно получить некоторую предварительную информацию о наличии в общих вертикальных смещениях техногенных и сейсмотектонических составляющих.

Расчеты по второму алгоритму подтвердили наличие в измеренных вертикальных смещениях техногенных и сейсмотектонических составляющих.

Далее были проведены расчеты для решения главной задачи -разделению У06ш на -сейсмотектоническую и техногенную составляющие по месторождениям Апперонского полуострова.

По результатам вычислений, выполненных с применением пакета прикладных программ, были получены значения следующих величин: матрица факторов, относительные дисперсии в процентах (веса факторов) , собственные значения матрица парных коэффициентов корреляций.

Из табл.3 видно, что на долю первого фактора приходится 601 всей информации, содержащейся в исходной матрице парных коэффициентов корреляций, на второй фактор - 27% всей оставшейся информации. На третий и четвертый факторы приходится соответственно 2,6 и г,IX остальнЬй информации.

Таблица 3

Дисперсии и собственные значения матрицы парных коэффициентов корреляций

Факторы Дисперсии, X Накопление дисперсии Собственные значения

1 "60.7 60 4.8

2 27.1 87 2.2

3 6.6 94 0.5

4 2.6 97 0.2

5 2.1 99 0.2

6 0.5 99' 0.0

7 0.2 100 0.0

8 0.0 100 0.0

По значениям факторных нагрузок на переменные ни один из восьми, факторов нельзя интерпретировать как техногенный (или сейсмотектонический). В таком случае необходимо провести вращение факторной матрицы, но не всей. Предварительно выбирается оп-ределейное количество факторов, способных воспроизвести матрицу парных коэффициентов корреляций. Оценку значимости, можно выполнить' по критерию Лоулли-Максвелла, который проверяет гипотезу о том, что г общих факторов достаточны для описания исходной матрицы парных коэффициентов корреляций..

„ i

\г - <п - Шп-, (1)

- 1*1 где X - распределение с 1/2 ((m - г) - т - г) степенями свободы;.

Jf?+I - определитель воспроизведенной матрицы корреляций;

г - число выбранных факторов;

т - число переменных.

При небольшом числе переменных достаточно выполнение следующих условий:

1) число факторов должно быть меньше m/s и больше собственных значений корреляционной матрицы парных коэффициентов корреляций, превышающих единицу;

2) вклад общих факторов в суммарную общность должен составлять около 90%.

В нашем случае таким требованиям удовлетворяют три первых фактора.

Целью вращения факторной матрицу является выбор одной из многих возможных систем координат в пространстве общих факторов. Для этого применяются критерии, предложенные Фергюссоном, Керро-лом, Саундерсом и Кайзером. Все перечисленные критерии в принципе соответствуют друг другу и приводят практически к одним и тем же результатам. Более удобен для использования критерий Кайзера, согласно которому ортогональное вращение факторов проводится до тех пор, пока значение дисперсии факторов не примет свое максимальное 'значение:

Г 2 ' 1 Г т i 1 rrm2i2 ES i = - Е Е bis —Е Е bie = шах, (2)

1=1 т i=ii=i пг i=i 4=1 J

I г

где Е Sj - суммарная дисперсия по.всем факторам, число которых 1=1

равно г;

in - число переменных, включенных в анализ; bie - значения факторных нагрузок.

После первого цикла вращения дисперсия равнялась S2! = = 0.31939?, второй цикл вращения дал дисперсию, равную Szj = = 0.35046. Дальнейшее вращение приводит к повторению величины дисперсии, полученной после третьего цикла, затем и уменьшает его. Следовательно, величина S, полученная после третьего цикла, является максимальной и удовлетворяет критерию Кайзера. В табл.4

приведены результаты последнего цикла вращения.

По полученным факторным нагрузкам первый фактор можно интерпретировать как техногенный. Теперь задача состоит в том, чтобы определить ту часть Уовщ, которая контролируется первым фактором, т.е. определить техногенную составляющую .Уобд-

Таблица 4

Третий цикл вращения факторной матрицы

NN Параметры 1-й фактор 2-й фактор 3-й фактор

1 Уоеи 0.94142 0.10781 0.13638

г иж 0.95052 0.20232 0.16657

3 иГ 0.22517 0.82865 0.40540

4 1Г* 0.01564 0.96097' 0.16477

5 йр ,-0.04806 -0.36689 -0.19348

6 и -0.93391 -0.10349 -0.92231

7 м 0.97047 -0.00372 -0.14111

8 г 0.62782 0.51440 0.55266

Матрица коэффициентов регрессии факторов по переменным определяется по формуле:

а = я-я-1, (з)

где В - транспонированная матрица факторов;

Я-1 - матрица,. обратная матрице парных коэффициентов корреляций.

'С помощью матрицы коэффициентов регрессии Ц и матрицы нор-, мированыьх значении исходных данных 2 можно вычислить искомое значена» бжгорсаг

Р = а-г. . (4)

В табл. 5 даны значения первого ^гжгзра по 15-ти исходным наблюдениям.

I

- 13 -

Таблица 5

Вектор значений техногенного фактора •

NN Значения NN Значения NN Значения

пп фактора ПП фактора пп фактора

1 1.4046 6 1.2876 11 1.4092

2 0.7772 7 1.0287. 12 0.8997

3 -0.4437 8 -0.3902 13 -0.4014

4 -0.5763 9 -0.5993 14 -0.5610

5 -1.4251 10 -1.1908 15 ' 1.2684

Последним этапом расчетов является восстановление исходной матрицы по матрице факторных нагрузок и факторной матрице, используя процедуру, предложенную К.Иберла. В нашем случае достаточно вычислить значения первого столбца исходной матрицы (столбец скоростей вертикальных смещений) по значениям техногенного фактора, т.е. определить техногенную составляющую скоростей вертикальных смещений. В третьей графе табл.6 приведены значения скоростей вертикальных смещений, определенных непосредственно из повторных геодезических измерений. В четвертой и пятой графах приведены соответственно техногенные и сейсмотектонические 'составляющие вертикальных смещений, определенные по алгоритму с использованием средств факторного анализа, в шестой - значения скоростей техногенных ОЗП, вычисленные по алгоритму теоретических расчетов.

Рассмотрим конечную формулу алгоритма теоретических расчетов оседания кровли пласта:

1 -

ЗЬ = - Ь Шск^Сб - Р) + Вт. (5)

3

где дЬ - величина оседания кровли пласта;

Ь - средняя толщина разрабатываемых горизонтов; Век, 8тв - коэффициенты объемного сжатия соответственно скелета и твердой фазы пород; б - среднее нормальное напряжение; дР величина падения пластового давления.

Таблица б

Значения скоростей (в мм/год) вертикальных смещений земной поверхности разрабатываемых месторождений Апшэронского полуострова

Периоды Месторождение УобЩ Утех Ист Уозп.тех

Сураханское -47 -35 -12 7

Валахзды-Сабунчи- -24 -43 +19 31

Раманинское

1951 - 1962

Карачухурское -9 -6 -3 3

Калинское -8 -6 -2 0

Бузовны-Маштагинское -4 -5 +1 • 0

Сурах анское -37 -39 +2 -20

Валаханы-Сабунчи- -44 -27 -17 -23

Раыанинское

1963 - 1974

Карачухурское -8 -4 -4 -3

Калинское -4 -2 -2 0

Бузовны-Маштагинское -7 -10 +3 О

Сураханское -41 -36 -5 -13

Валаханы-Сабунчи- -34 -34 0 -27

Раманинское

1951 - 1974

Карачухурское -9 -5 -4 -3

Калинское -7 -5 -2 0

Бузовны-Маштагинское -6 -8 +2 0

Формула (5) получена нами на основе модели объемного сжатия скелета грунта. В отличие от ранее предложенной формулы расчета ОКП при расчетах по формуле (5) вычисляется непосредственно сжатие скелета пласта. При атом учитывается как сжатие пор породы, так и ее твердой фазы. В диссертации также обосновывается необходимость учета изменения упругих свойств пласта в процессе его длительной эксплуатации. Для расчетов ОЗП по известным значениям ОКП использовались формулы, предложенные Субботиным И.Е.

Для проверки правильности предлагаемой нами методики разделения Уобщ на отдельные составляющие был проведен корреляционный анализ:

1) между общими (наблюденными) значениями скоростей вертикальных смещений /общ и значениями техногенных оседаний земной поверхности, полученными из теоретических расчетов Уозп.твх;

2) между техногенными составляющими общих вертикальных смещений (полученными с использованием средств факторного анализа) Утех И Уозп.тех-

Коэффициент корреляции в первом случае получился равным 0,61, во втором - 0,90, что свидетельствует о правильности предлагаемого алгоритма разделения вертикальных смещений на техногенную и сейсмотектоническую составляющие.

Четвертая глава посвящена исследованиям по повышению надежности геодезических наблюдений на разрабатываемых месторождениях нефти и газа.

Для повышения информативности, оперативности и экономической эффективности наблюдений за деформациями земной поверхности (ДЗП) разрабатываемых нефтегазовых месторождений мы предлагаем 4 фрагмента специальных геодезических сетей.

1. Профильная линия - традиционное геодезическое построение, используемое при наблюдениях за деформациями. В нашем случае профильные линии предназначены для наблюдения за развитием мульды по данному профилю. Наиболее целесообразно располагать профильные линии по направлениям, характеризуемым максимальными скоростями оседания, т.е. они должны пересекать мульду, соединяясь в районе предполагаемого максимума оседания. В плановом отношении по таким профилям можно ожидать деформации сжатия - растяжения. Кроме того, профильные линии предназначены для наблюдения за фоновыми процессами, например, за общими наклонами-тектонических блоков, их прогибами и т.д. Поэтому профильные линии желательно продлевать за зону оседания.

2. Замкнутые концентрические полигоны

В нашем случае эти геодезические построения предназначены для наблюдения за развитием мульды в плане и для' контроля соответствия модельной и реальной формы изолинии разных осадок. Полигоны должны располагаться по направлению минимальных изменений наклонов. Ожидаемые изменения превышений по ходам, слагающим эти полигоны, равны нулю. Если мульда в своем развитии начнет ускоренно развиваться в каком-то направлении, не предусмотренном моделью, то по замкнутым полигонам будут зафиксированы воронкообразные прогибы, развивающиеся во. времени. В плановом отношении

возможны смещения пунктов полигонов в радиальном направлении. Опыт использования такого полигона, проложенного вокруг конуса вулкана Карыжжого, показал высокую эффективность этого вида геодезических построений при наблюдениях за динамическими объектами, характеризующимися радиальные направлением развития процесса. Замкнутых полигонов должно быть не менее трех, все они должны располагаться на "склоне" вороши оседания.

3. Наблюдательные станции.

В нашем случае наблюдательные станции предназначены для изучения характера оседания и планового сдвижения пород на территориях, прилегаищте к инженерным сооружениям. Процесс оседания в результате добычи флюидов в данном случае можно рассматривать как фоновый. В связи с поставленной целью наблюдательные станции должны распространяться за пределы воронки оседания. Профильные линии станции должны располагаться:

а) вдоль направлений с максимальным изменением уклонов;

б) вдоль направлений с минимальными изменениями уклонов.

Требования к точности определения смещений должны назначаться, исходя из модели смещений, полученной на очередном этапе приближений.

4. Деформационные сети.

Деформационные сети предназначены для наблюдения за деформациями отдельных и технологически связанных сооружений. Спецификой таких сетей, вытекающей из решения общей задачи, является:

- оседания и деформации прилегающих территорий в данном случае нужно рассматривать как фоновые; если деформации сооружения и окружающей территории хорошо согласуются, то можно говорить о едином процессе;

- оседание, вызванное добычей нефти и газа и для деформаций территорий, прилегающих к сооружениям и для самих сооружений, также является фоновым; если удастся найти между.этими явлениями устойчивые закономерности, то можно говорить о влиянии добычи жидкости и газа на конкретное сооружение;

- степень влияния добычи флюидов на каждый конкретный участок и на деформации расположенных на нем сооружений должна определяться в каждом конкретном случае, какой-либо экстраполяции следует избегать.

В качестве примера на рис.1 представлена предлагаемая нами геодезическая сеть для Шебелинского месторождения.

Рис.1. Рекомендуемая схема нивелирных ходов (в первом приближении) для наблюдений

за вертикальными смещениями ЭП

Для проектирования предложенных выше сетей необходимо составить априорную модель смещений земной- поверхности. Для этого мы предлагаем испольаовать алгоритм теоретических расчетов техногенных ОЗП, описанный во второй главе. Информацию о разрабатываемом горизонте, как известно, получают по отдельным скважинам. Как правило, исследователи считают, что, чем ближе к устью скважины находится репер, тем сильнее он может быть подвержен влиянию разработки данной скважины. В определенном случае такое утверждение было бы справедливым при вертикальном расположении ствола скважины. Однако, при бурении практически все скважины наклоняются и искривляются, следовательно, проекция забоя скважины на ЗП, как правило, не совпадает с плановым положением устья скважины, поэтому вопрос правильного определения планового положения забоя скважин является принципиальным. Особенно это важно в случае плохой гидродинамической связи залежей одного месторождения и если месторождения являются многопластовыми с йх вертикальным расположением.

На рис.2 изображена наклонная прямолинейная скважина. Здесь точка А означает устье (начало) скважины, точка В - забой (дно) скважины. Точки 1, г,...п являются характерными точками стйола скважины, расстояния между которыми соответственно равны ?ц, - -• И - общая наклонная длина створа скважины; в - угол,

отклонения оси ркважины от вертикали.

На рис.3 представлен наиболее часто встречающийся случай -проекция ствола скважины на вертикальную плоскость является ломанной линией.

Современные приборы - инклинометры позволяют определять длины отдельных интервалов (звеньев) скважины, угол отклонения этих звеньев от вертикали 9; и азимут А вертикальной плоскости, проходящей через интервал замера. По этим данным вычисляют плановое положение точек забоя скважины (проекцию забоя скважины на земную поверхность) с погрешностью 10 м.

Максимальное падение пластового давления будет наблюдаться именно вблизи забоя скважины и, следовательно, наиболее вероятно ОЗП на месте планового положения забоя скважины.

Если эксплуатационные скважины располагаются на значительном расстоянии друг от друга, и как следствие этого не образуется общая мульда оседания, то для наблюдения за ОЗП геодезические знаки следует закладывать на месте планового положения забоя

Рис.2. Прямолинейная ось скважины

Рис.3. Ось скважины -

ломанная линия

скважины.

Предположим, что проекция оси скважины на вертикальную плоскость имеет форму нзклонной прямой. Для такого случая в табл.7 приведены расстояния между устьем и плановым положением забоя скважины при различных утхщ наклона и глубин разработки. Угол наклона скважины обозначен через ф°, длина ствола скважины через Ь (м).

Таблица 7

Расстояния между устьем и плановым положением забоя скважины в зависимости от их угла искривления и длины ствола

10° 15° 20° £5° 30° 35° 40° 45° 50°

500 86 130 171 211 250 287 321 354 383

1000 173 259 342 422 500 574 643 707 766

1500 260 388 513 634 750 860 974 1060 1149

2000 347 517 684 845 1000 1147 1286 1414 1532

2500 434 647 855 1056 1250 1434 1607 1767 1915

3000 520 776 1026 1268 1500 1720 1928 2121 2298

3500 607 906 1197 1479 1750 2007 2249 2475 2681

4000 695 103 1368 1690 2000 2294 2571 2828 3064

4500 781 1165 1539 1902 2250 2581 2893 3182 3447

Как видно из табл.7, расстояния между устьем скважины и плановым положением забоя значительны даже при небольших углах наклона ствола скважины.

Итак, полученная по теоретическим расчетам, выполненным с учетом искривления скважин, схема прогнозных значений ОЗП, будет моделью ДЗП первого приближения.

Анализ имеющихся исследований показывает, что процессы, имеющие годовой цикл,' хорошо описываются максимум двумя гармониками ряда Фурье. Более высокие гармоники практически не встречаются.

Для выбора коэффициентов уравнений, аппроксимирующих ход периодических процессов по методу наименьших квадратов, необходимо на один период изменения процесса иметь 6-7 циклов при наличии в разложении второй гармоники включительно, и 8 - 9 цик-

лов при учете третьей гармоники. Кроме того, период наблюдений должен быть больше периода изменений хотя бы в полтора, два раза. Отсюда следует, что минимальный срок проведения исследований - 1,5 - 2 года, за это время нужно иметь 15 - 18 циклов измерений. В более короткие сроки и при меньшем числе циклов возможно принятие неверных решений.

В большинстве случаев точность и периодичность выполнения работ связывают друг с другом.

Если известна из априорной модели скорость оседания:

ЭйБ

V - — , (б)

и

то в первом приближении можно считать ее постоянной. Как правило, время Дi - необходимый временной интервал между циклами оговаривается, исходя из условия, что.Д5 -осадка, за время Д6 не меньше величины предельной ошибки определения осадки в самом слабом месте сети Зт t■ С другой стороны (также на основании модели первого приближения), нами определено (назначено) необходимое число циклов в год - N. В первом приближении можно считать, что циклы наблюдений целесообразно располагать равномерно во времени. Отсюда

365

М = - . (7)

Н

При определенных СЛ и V можно оценить осадку за это время = М-У.

Отсюда, интерпретируя осадку Дг как предельную ошибку, получим

Л?

т з = — . (8)

3-

или

1ЮУ

т з,--. (9)

Я

V за время проведения цикла измерений объект успеет измениться. Поэтому следует определять допустимый промежуток времени бь

га ¡который величина осадки составила бы величину 65, являющуюся щрашфрагаамэ ¡малой вашгашов не етвпшеяаю к и Величина ышеет драпоыатривагьса как систаехичасгиа шайка определения ту-^щки -так как мгашэ указать анак изменении. Поэтому для дагаашшня желаасгго урскня ввпбходюв) васазааьзоваться сеотноше-ашвм:

Ш « = (0.1 * 0.15)а а- (10)

Тогда ддауезааьш промежуток вреыйнж проведения одного цикла жамераыш ощвдездапз иг сосвгаашеяиа:

«1 = -, (И)

V

т&е V - шщземое аначеиае скорости ШН, определяемое из алриор-ш ¡кпдйдш {«идала первого щтлйпякшд).

В вавце чвтверюш главы щривпдатея результаты талевых исс-1яэдпвякш птишая учета ипждигшд ретракции турбул енткьаи шеллташ. Медщфшгагагаешяе меесда учета ре&закцня не расеэдатри-шашка, так как гзааЕнгпгехьво вшеокая точность вычисления пог.ра-шок ш эжим аетЕщам достигается благодаря осреднению порядка ££Ноз измерений мгтешараметрпв.

На основе жшшебкх исышдаваижи установлено, что вычисленное акачнние шоцраззш в ¡рэзулзлпахы т-м н^тг^г^^^^^ мэзз>Ее или соизмерю© с згоншишв ее ещрвдеяешы. В сЕстаетствжз с этим делается выввд о внвовмевшэюш учета яи-кряях"*ретракции существующими метадама.

(Раниквш результаты дитютлзееши идаяедованид ааклрчаютсл в (цздмудщшс

1. Дня правддешш "тареггшватх растетсв техногенных ГОД щрадппжан алшцршш» ушещвашцша ташы разрабатываемых кодлекто-рав, яшыйвеиив ш узэдтаи еаа&л® и вертикальное сжатие скелета шшавяз. Дршерка аапхркша гыпшшева па месторождениям Терс-жп-жаппиигжппп щрогиСй XI Алшёззшежигю полуострова.

2. - Установлено, ш© сзади лилгопСразги многомерных статис-отдаоких методов шибшее аффективным в плаве решения задачи рагщалешш ¡вдршикадкнш сшщенжй ка отдельные составляющее, яв-дшеягая кц ¡¡¡штерного анализа.

а. Предложен адццриши ядашиаа. я разделения вертикальных

смещений на тейакггеятанняккие ш техногенные составляющие1, предполагающий ссгмесггапе ишшзасван!® методов! теоретически»1, расчетов техногенных СЕЛ ш 1ЕТЕяа1яческпгта аппарата факторного) анализа.

4. Эффегсгаинпсть предшжЕннпго! алгоритма анализа и разделения вертикальных гштутш ппдаверждвется резулвтатзнж корреляционного! анализа иекду тыЕНЦгешгаии СШ Слолученнывш яз! теоретических: расчетов) с шмгренндаж Еертягсалвныиж смещениями (кшффи^ циенг корреляция г = Q.6JJ и иеяду техвОгеннЕИИ! G3U сг технотгеш-ньши составдЕЮщаса верпвшааыж смещений» внделеннниг пп> рассматриваемому алгоритму £г = O.SQ}).

5". В результате исследрвагжг». направленных. на повышению иш-формативности и достпнернпсгпв пплевше материалов'« предложены! схемы: построения свндадйЕнж геодезических: сетей даш яабдвдениш за смещениями поверхности разраОкгашаеныж местиущедевий^ ОСосг-нована необходимость учета искривления! сквздше прж теоретических; расчетах: вазмсхлнх: ^гехнигенннж ОЗШ дзш соаданшг модели! смещений: земной поверхности пернсгО' прдШиаении.1, на основе коте реи; иг проектируется: гесдагиявсаии сеть. Щвджжена методика, определении времени найлвдншы и ш пержщинносот-

6. Полевые иэягедрнаниш» ннпашенпые ш рзмкнж настоящей ргь-боты; показали, что извествае спсспбы учета нивелирной рефракции! не' давт жеяаеиога рез^латзта. В связи с этиж рекоиендешннйз а каждом случае езцЕнгназгь кощеяяцданнуга связь иезвдр ведининшш вертикальных шзпрязш и: атметкаяя резнес^а иестапсти-.. Прж наличии) значимых коэффициентов корреляции рекскендуетип счптат магариаг-ды недоброкачестнеятшмту-

Основяые додоэвзда диссертации издодена вв йлндуыциж публикациях-..

1.ГайраСеков И.Р., HLSu, сайчгиевв К вцщдвд effi осда-дании земной швиулнисш на ввВншше ивехпрсидентазе.. — Ейпав-ный, 1994, 8 с. - Р/ядшт предст^ГршнЕНЦктл нефтяным! ившзя-. тугш. Деп. В ШВЖШ 133® г., № тпгмзж.

2.ГаЯраСеков И.Г., Сйншжзш: CLCI. „ ОДрашва ЩЕ. ЗРштг ндияния! рефракции пря ятшямикшвяншя Hai гецдинаишшскиж пшгиютнаж //// Геодезия и'вяртпгра&ш. - 1SS2L - Ф-ИИ.-к..2&-2®..

3. Касьянова H.A., дтртищнм И1.Е_„ Раиразнкпш шт.. (В гапявшишшг-ных деформациях Вхазаяшага Кйннана на оенпнй вшзшртпчншк пию-девических ияж-'Енаянш //// №шгаггоника.. - 13В®.. - ffi.. -

ПЬдт.кпст.07.09.9$ Вуыагшафееттаж ГОешп.И5>

У^л-издип 1,5 Тидаж 3iarasi№b3SZ> ЦЬналоппжгрн»)

'МЬс1ГУ1ГиК