День научного творчества студентов МГУ, 2004г. Геологический факультет. Тезисы докладов

Инженерно-геологические условия кунгурской галогенной формации Астраханского свода и прогноз осадки поверхности земли в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа

Калиниченко И.В., каф. инженерной и экологической геологии, гр. 407

Преимущества подземных резервуаров для хранения нефти и газа заключаются в их высокой герметичности, возможности полного опорожнения, низкой стоимости, возможности увеличения количества либо объемов уже существующих резервуаров, экологической безопасности и малой площади занимаемой поверхности.

Размещаются они, как правило, в местах добычи с целью обеспечения ритмичности работы газоперерабатывающего производства и потребительской сети, магистрального транспорта, предотвращение потери сырья и готовой продукции, создания запасов государственного значения и освоения новых залежей и повышения экологической безопасности региона.

Для постройки и дальнейшей безопасной эксплуатации хранилищ необходимо, в частности спрогнозировать осадку поверхности над этими сооружениями, для чего требуется знание геологического строения площадки строительства. В качестве примера можно рассмотреть подземные хранилища жидких нефтепродуктов, построенные в соляном куполе нижнепермского возраста в Астраханской облости.

Суммарная мощность солей в куполе - порядка 3000м. В основании встречены отложения каменноугольной системы, представленные известняками (коллекторами нефти и газа). Выше по разрезу - отложения пермской системы: в основании ассельско-артинская нерасчлененная карбонатно-кремнистая толща, далее породы кунгурского яруса, представленные двумя горизонтами: нижним сульфатно-карбонатным с единичными прослоями и линзами каменной соли и верхним, состоящим из каменной соли (95-98%), с редкими прослоями доломита и ангидрита. Надсолевые отложения представлены гипсово-ангидритовой толщей (зоной кепрока): ангидритом и гипсом с подчиненными прослоями глин, мощностью от 60 до 100м. Купол протыкает отложения верхней перми, триаса, юры и мела и перекрываются палеогеновыми глинами с прослоями песчаников, далее песками и песчанистыми глинами неогеновой и четвертичной систем.

Для расчета осадки необходимы данные по свойствам формациеобразующих пород. А в связи ярко выраженной у солей пластичностью, для них является обязательным определение так же и реологических характеристик, которые используются при оценке устойчивости.

Как показали исследования Т.Ю. Журавлевой физико-механические свойства и солей существенно различны и зависят от их структуры, определяющейся генезисом и последующими постгенетическими преобразованиями. Наиболее прочными являются среднекристаллическая соль флюидальной текстурой с включениями ангидрита (_сж=32МПа), наименее прочными - среднезернистая, рыхлая с ослабленными связями (_сж=15МПа), промежуточное значение занимают неравномерно-зернистые соли (_сж=25МПа).

Для создания инженерно-геологической модели соляной толщи, используемой в дальнейшем для расчета осадки поверхности на основании описания кернового материала, а так же данных лабораторных исследований было проведено расчленение толщи на интервалы по преобладающим в них разновидностям соли и выявлены прослои с ослабленными связями, представляющими опасность для строительства. Поскольку в рассматриваемом примере оказалось невозможным определение процентного содержания каждой разновидности соли в выделенных интервалах, то соляной массив рассматривался как однородный и в расчете осадки учитывались параметры самой слабой разновидности.

Таким образом, расчётная модель была принята как состоящая из двух элементов: однородная каменная соль соляного массива и гипсово-ангидритовый пласт. При расчете использовались данные по скважине с самыми "слабыми" солями и маломощной гипсово-ангидритовой толще.

Расчет мульды оседания поверхности над единичной выработкой проводится по методике Кратча. Граничные условия - 5 полупролётов вокруг выработки, на которых смещения принимаются равными 0. На стенки самой выработки действует противодавление газа, препятствующие заплыванию выработки (конвергенции), его мы можем варьировать.

Формула для расчета наибольшего смещения земной поверхности Sm приведена на рисунке (1), в ее основу положено равенство объема конвергенции V_k и объёма мульды оседания. Расчет ведётся для цилиндрической выработки с радиусом r, равным величине полупролёта выработки и высотой h, равной высоте выработки. Параметр а (коэффициент выработки) принимается равным 1, а (угол сдвижения) - 55°, H - глубина разработки.

На рисунке так же приведена формула расчёта радиуса мульды оседания R (2).

Расчеты мульды оседания для каждой выработки производятся отдельно и приведены в таблице.

Полученные результаты показали, что ожидаемые мульды оседания будут иметь большие радиусы (свыше 530 м) и очень незначительные прогибы (менее 8 см), что позволяет оценить условия строительства на поверхности как достаточно благоприятные.