Геоэкологические условия разработки газовых месторождений полуострова ямал



НазваниеГеоэкологические условия разработки газовых месторождений полуострова ямал
страница1/4
Грива Геннадий Иванович
Дата15.07.2013
Размер0.64 Mb.
ТипАвтореферат
источник
  1   2   3   4


На правах рукописи


Грива Геннадий Иванович



ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ

ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛУОСТРОВА

ЯМАЛ








Специальность: 25.00.36 – Геоэкология


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук


Томск, 2006

Работа выполнена в ООО “Надымгазпром”

ОАО “ГАЗПРОМ”



Научный консультант:


Официальные оппоненты:



член-корр. РАН, д.т.н., профессор

Ермилов Олег Михайлович


академик РАН, д. г.-м. н., профессор,

Мельников Владимир Павлович


д. г.-м. н., профессор,

Перльштейн Георгий Захарович


д. г.-м. н., профессор,

Рихванов Леонид Петрович



Ведущая организация – ФГУП “Фундаментпроект”.


Защита состоится 12 апреля 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строи-тельном университете по адресу: 634003, г.Томск, пл. Соляная, 2.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета


Автореферат разослан 04 марта 2006 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета О.И. Недавний

^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. К настоящему времени на полуострове Ямал открыты 26 различных по запасам и фазовому состоянию углеводородов месторождений, крупнейшие их которых Бованенковское, Харасавэйское и Новопортовское. Подготовленная сырьевая база позволяет приступить к добыче газа в объеме до 300-330 млрд. м3/год и жидких углеводородов до 10-15 млн. т/год. Разработка месторождений и строительство газотранспортных систем приведут к вовлечению в техногенный оборот значительных по площади территорий и возникновению крупных природно-технических комплексов.

По сравнению с другими нефтегазоносными областями севера Западной Сибири, Ямал уникален по сложности геоэкологических условий. Геосистемы полуострова представляют собой сложные открытые самоорганизуемые комплексы, находящиеся в неравновесном динамичном состоянии. Ключевым фактором их развития является толща высокольдистых засоленных многолетнемерзлых пород (ММП) с особо сложными геокриологическими условиями верхней части разреза. В силу своей нестабильности мерзлая литогенная основа геосистем определяет их особую чувствительность к техногенным воздействиям. Проблема усугубляется активностью геодинамической обстановки, высокой интенсивностью денудации территории, повсеместным развитием экзогенных геологических процессов и высокими фоновыми концентрациями загрязняющих веществ в компонентах природной среды.

Столь сложные геоэкологические и горно-геологические условия полуострова, а также возросшие требования государственной экспертизы к экологической обоснованности крупных проектов хозяйственной деятельности, делают неприемлемым использование типовых проектных решений при разработке Ямальских месторождений, ограничивают применение опыта освоения других месторождений региона и вызывают необходимость разработки новых подходов к обеспечению стабильности экологической обстановки и эксплуатационной надежности объектов добычи и транспорта газа. Поэтому обеспечение геэкологической безопасности объектов газовой отрасли при освоении природных ресурсов Ямала является важной народнохозяйственной и актуальной научной проблемой.

^ Цель и задачи. Целью исследования является разработка на основе комплексного анализа эколого-геологических условий полуострова Ямал теоретических положений и практических рекомендаций по обеспечению устойчивого и экологически безопасного развития природно-технических газодобывающих комплексов. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

  1. Выполнить комплексный анализ состояния геологической среды п-ова Ямал, выявить геолого-структурные особенности территории и факторы геодинамического риска при ее освоении.

  2. Установить закономерности формирования и развития геосистем территории в плейстоцен-голоценовое время.

  3. Исследовать особенности современного геоэкологического состояния полуострова, определяющие сложность его промышленного освоения, с учетом тенденций глобальных изменений природно-климатических условий.

  4. Выполнить оценку геоэкологических последствий разработки месторождений Ямала на основе обобщения опыта эксплуатации действующих объектов газовой отрасли севера Западной Сибири.

  5. Обосновать геоэкологические критерии устойчивого развития природно-технических комплексов и разработать методологические основы обеспечения их геоэкологической безопасности.

  6. Разработать научные основы комплексного геоэкологического мониторинга для обеспечения стабильности экологической обстановки территорий освоения и надежности функционирования промышленных объектов.

  7. Обеспечить экспертную оценку выполненных геолого-экологических разработок и их внедрение в производственную, проектную и учебную деятельность предприятий отрасли.

^ Достоверность результатов и исходные материалы. В основе диссертационной работы лежат результаты многолетних (1985-2005 гг) исследований автором геоэкологической обстановки Ямальской нефтегазовой области (НГО) и других территорий размещения объектов Западно-Сибирского газового комплекса. Особенности геокриологических условий Ямала исследовались при инженерно-геологических изысканиях для строительства объектов обустройства месторождений и систем магистральных газопроводов, в процессе которых выполнено более 120 тыс. п.м. буровых работ.

Закономерности геохимической обстановки и степень загрязнения природной среды полуострова изучались при выполнении фонового этапа экологического мониторинга для выполнения условий лицензионных соглашений на пользование недрами Бованенковского, Харасавэйского и Новопортовского месторождений. Всего отобрано более 1,5 тыс. проб компонентов природной среды и выполнено более 30 тыс. элементоопределений при их химико- аналитическом обследовании.

Специфика взаимодействия инженерных сооружений с многолетнемерзлыми породами исследовалась в процессе инженерно-геологического мониторинга природно-технических комплексов, режимная сеть которого охватывает более 200 промышленных сооружений и объектов инфраструктуры на действующих месторождениях севера Западной Сибири.

Для целей картирования состояния геологической среды, оценки динамики развития геосистем, интенсивности экзогенных геологических процессов, а также при оценке региональных особенностей природной обстановки территории Ямала использованы данные дистанционного зондирования, в том числе материалы разновременных аэрофтосъемок (залеты 1972, 1989, 1991, 2003 гг), многозональных космических съемок (спутники Landsat, Spot, Astera, Ресурс и др.) и результаты воздушного лазерного сканирования территории.

В процессе работы собран, систематизирован и обобщен большой объем геолого-геофизической информации и результатов геологосъемочных, поисково-разведочных и научно-исследовательских работ, выполненных в разные годы различными организациями (Ямалнефтегазгеология, ЗапСибНИГНИ, СНИИГГиМС, ИГНГ, ИГИРГИ, НИИГА, ВНИГРИ, ВСЕГИНГЕО, ВСЕГЕИ, ВНИИГАЗ, МГУ, ПНИИИС, ИЭРиЖ, ИКЗ, ИПОС и др.); проектных материалов (ЮжНИИгипрогаз, ВНИПИгаздобыча, ТюменНИИгипрогаз, Фундаментпроект, Ленгипротранс); фактических наблюдений о состоянии геосистем и природно-технических комплексов других исследователей, а также фондовых и литературных данных.

^ Научная новизна:

  • установлены пространственно-временные закономерности развития опасных геологических процессов территории Центрального Ямала, определяющих современное нестабильное состояние геосистем и влияющих на эксплуатационную надежность инженерных сооружений;

  • выявлены фоновые геохимические особенности полуострова, установлены закономерности микро- и макроэлементного состава компонентов природной среды и определены приоритетные загрязнители территории;

  • выполнена комплексная оценка геоэкологических последствий многолетней эксплуатации объектов газовой отрасли севера Западной Сибири; для каждой из стадий освоения установлены, систематизированы и ранжированы приоритетные факторы, источники, объекты, уровни и последствия техногенного воздействия на природные геосистемы;

  • разработаны научные основы обеспечения геоэкологической безопасности объектов газовой отрасли в криолитозоне на разных фазах их жизненного цикла;

  • разработана концепция комплексного геоэкологического мониторинга природно-технических комплексов, система которого позволяет управлять экологической ситуацией территорий освоения и обеспечивать устойчивость промышленных объектов, возведенных на мерзлых основаниях.

^ На защиту выносится методология обеспечения геоэкологической безопасности природно-технических комплексов при освоении ресурсов углеводородного сырья п-ова Ямал, базирующаяся на комплексном анализе состояния геологической среды полуострова, факторов негативного воздействия на нее объектов газовой отрасли, нормировании уровней техногенного воздействия на геосистемы, оценке последствий их изменения и контроле их состояния в процессе разработки месторождений. Защищаемые положения следующие:

  1. Современное нестабильное состояние геосистем Ямала обусловлено геолого-структурными и геодинамическими особенностями территории, историей ее формирования и развития в плейстоцен-голоценовое время и современными тенденциями изменения природно-климатических условий.

  2. Главные особенности геоэкологических условий полуострова, определяющие ограничения при его освоении – сложность геокриологических условий, активная экзогеодинамическая обстановка и специфика геохимического состояния.

  3. Проблема взаимодействия объектов газовой отрасли и геосистем полуострова вызвана особой чувствительностью геологической среды к техногенным воздействиям и различиями в видах и уровнях воздействия на разных стадиях освоения территории.

  4. Концепция обеспечения геоэкологической безопасности объектов газовой отрасли основана на принципах экологического нормирования; нормативно-методической базой управления состоянием природно-технических комплексов является система комплексного геоэкологического мониторинга.

^ Практическая значимость результатов исследований. Разработанная автором методология обеспечения геоэкологической безопасности объектов газодобычи в криолитозоне использована при экологическом обосновании создания Ямальского газового комплекса и при организации системы производственного экологического мониторинга объектов ОАО Газпром в Надым-Пуровской НГО.

Результаты исследования специфики состояния геологической среды полуострова, инженерно-геокриологических условий и закономерностей развития криогенных процессов использованы при проектировании объектов обустройства Ямальских месторождений, явились основой для оптимизации размещения промышленных площадок, коммуникаций и трасс систем магистральных газопроводов, а также для разработки комплекса мероприятий по инженерной защите территории и объектов от опасных экзогенных процессов.

Результаты комплексных геохимических исследований территории Бованенковского, Харасавэйского и Новопортовского месторождений использованы при разработке природоохранных разделов проектов на стадии обоснования инвестиций, прогнозировании уровней загрязнения геосистем в процессе предстоящей эксплуатации месторождений и явились основой при обосновании необходимости разработки региональных экологических нормативов.

Концепция комплексного геоэкологического мониторинга внедрена в производственную деятельность газодобывающих управлений на объектах Бованенковского, Харасавэйского, Медвежьего, Юбилейного и других месторождений Ямальской и Надым-Пуровской НГО.

Результаты исследований автора использованы в качестве методической основы при разработке курса “Геоэкологическое моделирование и прогноз криогенных процессов в природных и природно-технических геосистемах” для студентов Тюменского государственного нефтегазового университета.

^ Личный вклад автора состоит в постановке проблемы; разработке методологии исследований; научном руководстве полевыми геоэкологическими работами; участии в выполнении инженерно-геологических изысканий и съемочных работ; разработке, организации и выполнении программы комплексного геоэкологического мониторинга и обобщении полученных результатов. Разработка научно-методических принципов обеспечения геоэкологичесой безопасности объектов газовой отрасли в криолитозоне и концепции системы комплексного мониторинга природно-технических комплексов выполнена непосредственно автором. В развитие материалов, ранее включенных в кандидатскую диссертацию, новые результаты геоэкологических исследований опубликованы без соавторов в монографии (объемом 330 стр.) и 6 статьях (объемом 140 стр.) в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций.

^ Апробация работы. За последние 5 лет основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на Международном Конгрессе “Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего” (Москва, 2000); Международном симпозиуме по биоиндикаторам (Сыктывкар, 2001); Международном Газовом Конгрессе (Амстердам, 2001), Международных конференциях по диагностике в газовой промышленности (Тунис, 2001; Мальта, 2003; Египет, 2004); Международной конференции “Криосфера нефтегазоносных провинций” (Тюмень, 2004), Третьей конференции геокриологов России (Москва, 2005); ежегодной конференции Американского Геофизического Союза (Сан-Франциско, 2005).

Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в 75 печатных работах, включая 3 монографии и 2 научных обзора. 15 работ опубликовано единолично, 12 статей опубликовано в российских журналах, включенных в Перечень ВАК.

^ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Объем работы составляет 353 страницы, включая 87 рисунков и 76 таблиц. Список литературы состоит из 392 наименований.

Благодарности. Автор искренне признателен научному консультанту член-корр. РАН, д.т.н. О.М. Ермилову за многолетнюю поддержку своих исследований.

Глубокую благодарность за предоставленные материалы и помощь при выполнении совместных полевых работ на Ямале автор выражает д.г.-м.н. В.В. Баулину (МГУ), к.г.н. И.И. Шамановой и д.г.н. В.Л. Познанину (ПНИИИС), д.г.-м.н. Ф.М. Ривкину (Фундаментпроект), д.г.н. А.В. Баранову (ВНИИГАЗ).

Весьма ценным для автора было общение и обсуждение работы с академиком РАН, д.г.-м.н. А.Э. Конторовичем и д.г.-м.н. В.С. Волковой (ИГНГ СО РАН), советы которых во многом определили направление исследований.

Особую благодарность и признательность автор выражает своим коллегам по работе в ООО “Надымгазпром” д.т.н. А.И. Березнякову, д.т.н. А.П. Попову, к.г.-м.н. А.Б. Осокину, к.б.н. Е.М. Пекедовой, к.т.н. Л.Н. Решетникову, к.т.н. Г.К. Смолову за многолетнее творческое сотрудничество, обсуждение результатов исследований и помощь в их обработке.

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Геолого-структурные особенности территории и факторы геодинамического риска при ее освоении

Масштабные исследования недр Ямала начались с 60-х годов прошлого столетия и связаны с открытием месторождений углеводородного сырья, большинство из которых газовые и газоконденсатные. Суммарные разведанные запасы по категории С1 достигают 11,5 млрд. тонн нефтяного эквивалента, в том числе свободного газа более 90%. Наибольший вклад в познание недр полуострова и изучение стратиграфии, литологии, тектоники, термобарофлюидальных условий, геохимии пород и органического вещества внесли В.И. Ермаков, В.С. Бочкарев, А.М. Брехунцов, И.П. Варламов, Ю.А. Вильковский, А.Э. Конторович, В.Д. Копеев, Н.Х. Кулахметов, А.Р. Курчиков, В.Д. Наливкин, А.Л. Наумов, И.И. Нестеров, Т.М. Онищук, В.Т. Подшибякин, В.Н. Ростовцев, М.Я. Рудкевич, В.А. Скоробогатов, Л.В. Строганов, В.Т. Трофимов, В.А. Фомичев и многие другие.

В геологическом строении полуострова принимают участие породы от палеозойского до четвертичного возраста, образующие два мегакомплекса отложений: домезозойский, преимущественно метаморфический (осадочно - метаморфический) и мезозойско-кайнозойский осадочный (плитный). Глубина залегания кровли консолидированного фундамента составляет от 4-5 км на юго-западе до 12-13 км и более на северо-востоке полуострова. В работе приведена характеристика литолого-фациальных условий осадочного чехла и закономерностей их изменения, геологических и физико-химических условий газоносности.

Нефтегазоносный комплекс имеет терригенный состав, юрско-меловой возраст и состоит из трех ярусов коллекторов: ранне- среднеюрского, баррем- готеривского и апт-сеноманского, разделенных флюидоупорами. В главе рассмотрена модель формирования месторождений углеводородного сырья, которая подтверждает и развивает новую теорию, объединяющую гипотезы органического и глубинного генезиса углеводородов.

В структуре осадочного чехла полуострова выделяются положительные и отрицательные структуры I и II порядков, которые имеют конседиментационный характер и выполаживаются от кровли палеозойских пород к сеноману. Для территории Ямала характерно унаследованное развитие структур верхнего этажа в новейшее время. Строение, состав и мощность олигоцен - четвертичного чехла, определяемые новейшими движениями с амплитудой более +300 м в центральной части полуострова, отражают основные структуры мелового возраста и сами выражены в современном мезорельефе. Морфоструктурный анализ региональных и локальных структур позволил автору выделить на фоне регионального поднятия локальные участки новейших опусканий.

Важной чертой Ямала является высокая плотность активных высокоамплитудных разрывных нарушений, максимальная в зоне глубинных разломов, ориентированной с юго-запада на северо-восток и проходящей через наиболее подготовленные к разработке месторождения – Бованенковское, Харасавейское и Новопортовское.

Существенным фактором тектонического контроля являются оперяющие региональные и локальные разрывы в верхнем структурном этаже, свидетельствующие о том, что толща рыхлых пород платформенного чехла в недостаточной степени гасит тектонические напряжения, радиально транслируемые к поверхности от подвижных блоков фундамента. Подавляющее большинство разломов северо-западного и северо-восточного простирания. Повышенная частота разрывных нарушений установлена для юрского структурного яруса и палеозоя.

Совместный анализ комплекса геолого-геофизической информации и данных дистанционного зондирования позволил автору выделить отчетливо проявляемую в элементах орогидрографии морфологически правильную и фракталоподобную ромбовидную решетку линеаментов, к которой приурочены геодинамически активные зоны. К последним отнесены границы морфоблоков с различными знаками новейших тектонических движений, разуплотненные зоны повышенной проницаемости горных пород, зоны аномально высокого пластового давления, линейно ориентированные участки аномального расчленения рельефа и другие линеаменты, представляющие трансляционное отражение проявлений долгоживущих разломов.

О повышенной эндогенной активности линейно-ориентированных зон свидетельствуют установленные геофизическими методами аномалии магнитного и гравитационного полей, а также выявленные автором поверхностные геохимические и температурные аномалии.

Сложные геодинамические условия Ямала и планируемые высокие темпы разработки газовых месторождений определяют опасность неравномерных вертикальных осадок земной поверхности и сейсмических событий, индуцированных отбором газа. В работе выполнена оценка оседания поверхности территории крупнейшего на полуострове Бованенковского НГКМ в результате отбора газа из апт-сеноманских залежей; выделены, систематизированы и рассмотрены другие факторы техногенного изменения геологической среды и их геоэкологические последствия (табл.1).

Таблица 1

^ Факторы геодинамического риска при разработке месторождений Ямала

Группы факторов

Последствия воздействия на

геологическую среду

Природные

Техногенные

  1. Продолжение неотектонических подвижек в современную эпоху.

  2. Широкое распространение зон аномально высокого пластового давления.

  3. Высокая плотность разноамплитудных тектонических нарушений во всех структурных этажах.

  4. Аномалии теплового поля у подошвы мерзлой толщи.

  5. Наличие разуплотненных зон с повышенной проницаемостью пород.

  6. Повышенная эндогенная активность геодинамически нестабильных зон.

  1. Неравномерное оседание земной поверхности при отборе газа.

  2. Нарушение температурных условий

  3. Перераспределение полей давления

  4. Изменение напряженно-деформированного состояния горных пород.

  1. Усиление современных вертикальных движений земной коры.

  2. Возрастание наведенной техногенной сейсмической опасности.

  3. Усиление нестационарности геотермического режима.

  4. Миграция и метаморфизм криопэгов.

  5. Повышенная дегазация недр.

  6. Деградация полигенетических подземных льдов.

  7. Затопление морскими водами низких геоморфологических уровней.

  8. Изменение общего базиса эрозии территории и активизация экзогенных физико-геологических процессов.


С учетом высокой степени дислоцированности структур Ямала, которая отражает напряженно-деформированное состояние горных по­род и определяет повышенные скорости современных вертикальных движений земной коры, указанные техногенные геомеханические и теплофизические процессы в недрах будут развиваться не равномерно по всей площади месторождений, а локализоваться в определенных зонах разгрузки лимитирующих динамических градиентов. Это неизбежно приведет к ускоренным изменениям экзогеодинамической обстановки территории и развитию комплекса опасных геоэкологических, в первую очередь - геодинамических, процессов. Наиболее опасным последствием будет активизация комплекса криогенных процессов и явлений, развитие которых определяет инженерно-геологические условия территории.

Выполненное обобщение значительного объема результатов геологосъемочных, поисково-разведочных и др. работ позволило сделать вывод об определяющем влиянии литолого-фациальных, тектонических особенностей осадочного чехла и современных неотектонических подвижек на формирование напряженной экзогеодинамической обстановки, морфоструктуры геосистем, температурного режима мерзлых толщ, геохимических особенностей территории, и, в целом – на современное геоэкологическое состояние территории полуострова.

  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт


Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru