Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА L Современное состояние и геоэкологические проблемы строительства и эксплуатации ПХГ в каменной соли .
1.1. Обзор подземных хранилищ в каменной соли 9
1.1.1.. Подземные хранилища газа в каменной соли за рубежом. 9
1.1.2- Подземные хранилища в России и ближнем
зарубежье 11
1.1.3, Перспективы и технологии строительства ПХГ в России 16
1.1.4. Проектные характеристики строящегося Волгоградского ПХГ в каменной соли. 20
1.2. Геоэкологические проблемы при строительстве и эксплуатации ПХГ в каменной соли. 23
1.3. Классификация геоэкологических процессов и виды воздействия ПХГ на окружающую среду. 26
ГЛАВА 2 . Характеристика геологической среды Волгоградского ПХГ - 32
2.1. Геоморфология и почвы . 32
2.2. Стратиграфия и литология. 36
2.3. Геологическое строение соленосной толщи 48
2.4. Гидрогеологическая характеристика 52
2.5. Тектоника 63
2.6. Сейсмичность. 67
2.7. Анализ сплошности горных пород сейсмогеофизическими и газогеохимическими методами. 72
ГЛАВА 3. Оценка взаимодействия ПХГ и геологической среды . 89
3.1, Геомеханическая модель и оценка устойчивости подземных резервуаров . 89
3.2. Осадка земной поверхности 108
3.3- Осложнения при строительстве скважин при проходке солевых отложений. 112
ЗА. Влияние Волгоградского ПХГ на гидрогеологические условия. 116
3.4.1. Оценка воздействия водозабора хозпитьевого водоснабжения 116
3.4.2. Оценка воздействия технического водозабора 116
3.4.3. Условия закачки строительного рассола в поглопщющий водоносный горизонт 117
34.3. Расчет закачки рассола в подземный горизоігг 123
3.4.4. Прогноз изменения пластового давления и распространения строительного рассола 125
3.4.5. Оценка воздействия возможных вертикальных перетоков в коллекторах нижнего
триаса .; 127
3.4.6.Расчет перетоков нерастворитсля 129
3.4.7.Оценка воздействия подземного хранилища при угечках природное газа 130
3.4.8. Аварийный выброс нерастворителя при разгерметизации устья скважины 133
3.4. Оценка возможного загрязнения с поверхности и геоэкологическое обоснование замены нерастворителя, 134
3.5.1. Заірязнение проливами рассола 134
3.5.2, Геоэкологическая мотивация замены жидкого нерастворителя на газообразный 137
3.5. Анализ экологических параметров основных технических решении 145
ГЛАВА 4 . Геоэкологический мониторинг - основное средство контроля и прогнозирования геоэкологических процессов . 150
4.1. Структура и основные задачи геоэкологического мониторинга . 150
4.2. Маркшейдерский котпроль и геодинамический полигон
4.2. L Мониторинг недр 158
4,2.2, Геодинамический полигон 164
4.3. Гидрогеологический мониторинг 170
4.4. Результаты мониторинга и их оформление 176
4.4.1. АРГУС 178
4.4.2. Земельно-кадастровая ГИС 181
4.4.3. Геоэкологическая ГИС 185
4.4.4. База данных 190
Заключение. 199
Список использованных источников и
Литературы 203
- Обзор подземных хранилищ в каменной соли
- Геоморфология и почвы
- Геомеханическая модель и оценка устойчивости подземных резервуаров
- Структура и основные задачи геоэкологического мониторинга
Введение к работе
Анализ мировой практики строительства и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) в отложениях каменной соли свидетельствует об их очевидных преимуществах по сравнению с ПХГ в пористых структурах, поскольку они более надежно покрывают пиковые нагрузки ь газопотреблении, содержат гораздо меньший объем буферного тза, требуют для размещения наземного комплекса небольшие земельные отводы и обеспечивают возможность постепенное увеличения числа подземных резервуаров по мере роста неравномерности газо потребления.
Территория России обладает огромным потенциалом в части возможностей строительства ПХГ в отложениях каменкой соли. Разработанная в ОАО «Газпром» концепция развития пиковых ПХГ в солях предполагает строительство 10 пиковых ПХГ с общим геометрическим объемом 40950 тыс. мэ. Первое из них - строящееся Волгоградское ПХГ с общим геометрическим объемом подземных резервуаров 4350 тыс, м3.
По совокупности примененных проектных инженерных решений, оказывающих активное воздействие на литосферу, это хранилище является уникальным. В пределах достаточно ограниченного геологического пространства здесь одновременно осуществляется строительство методом выщелачивания 16-ти подземных резервуаров в каменной соли, промышленный водозабор с объемом отбора воды в 7200 м^/сут, в течение более 20 лет, закачка в подземные горизонты высокоминерализовапного рассола в объеме около 40 млн. м3., хозяйственно - питьевой скважинньтй водозабор. По проектной технологии строительства в качестве ысрастворителя используется дизельное топливо. Проектное давление хранения газа 23,0 Мла.
В связи с этим необходима интегрированная оценка воздействия на литосферу и разработка комплекса мер по обеспечению геоэкологической безопасности территории хранилища. Неотъемлемой частью мероприятий по экологической безопасности является геоэкологический мониторинг, прове-
5 денне которого позволит вычленить влияние собственно подземного газохранилища на геологическую и поверхностную окружающую среду, контролировать потоки иоллютантов и изменения в окружающей среде, прогнозировать изменение экологической обстановки и разрабатывать мероприятия по ее улучшению.
Поэтому разработка концепции управления геоэкологическими процессами, базирующаяся на оценке степени техногенного воздействия на литосферу, выявлении и оценке на стадии проектирования наиболее значимых для геосреды процессов, а также управление ими посредством своевременных инженерных воздействий при строительстве и эксплуатации ПХГ в каменной соли является актуальной задачей,
Цель работы. Основной целью настоящей работы является обеспечение эколого-геологической безопасности при строительстве и эксплуатации ПХГ в каменной соли посредством оценки, контроля, прогнозирования, предупреждения и управления потенциальными негативными воздействиями применяемых технологических и технических решений,
Основные задачи исследований. Б диссертационной работе автором решались следующие задачи: 1) анализ и структуризация основных геоэкологических проблем н эко л ого- геологическая оценка возможных изменений геологической среды при строительстве ПХГ в каменной соли; 2) разработка программ различных видов текущего мониторинга (геодинамического, газогеохимического, гидрогеохимического, промыслово-геофизического» сейсмического и др.) и геоэкологического сопровождения строительства; 3) формирование баз данных, разработка комплексной геоинформационной системы (ГИС) ПХГ в каменной соли и ее интеграция в корпоративную информа-циокно-справочную"сисі,ем7\ЙСи];і*У на-осноііеііроведенноіо-анаїїіизалі^х-ногенных воздействий ПХГ на окружающую среду выявление наиболее зна-чимых и разработка мероприятий и инженерно-управленческих воздействий по их минимизации.
Н^шая норизда, Впервые для строитель ста ПХГ в каменной соли рассмотрен эко л ого-гс о логический аспект применяемых технологических решений, их взаимосвязь и степень воздействия на литосферу, проведена их систематизация. К оригинальным авторским разработкам относится: разработка методологии комплексного геоэкологического сопровождения строительства; выбор наиболее экологически безопасной технологии строительства ПХГ в каменной соли; обоснование основных технических и организационных решений по геодинамическому полигону ПХГ а каменной соли; структуризация и интеграция в корпоративную ИСС баз данных мониторинга ПХГ в рамках земельно - кадастровой и экологической ГИС.
Практическая ценность и реализация диссертации заключается в комплексной оценке ПХГ как природно-технической системы (ПТС) и разработке системы контроля и управления геоэкологическими процессами для повышения надежности и безопасности подземных газохранилищ в каменной соли,
По результатам практических исследований и опыта проведенных гео-лого-разведочньтх работ (ГРР) выполнена корректировка инструкции ИГР-ГГХС-78 Ц37], даны предложения и рекомендации По программе текущего мониторинга [138,140,144,], обоснованы проектные решения геодинамического политопа [139,143], рекомендована технология строительства подземных резервуаров на газообразном нерастворителе, проведена адаптация ГИС ПХГ в каменной соли к разрабатываемой корпоративной ИСС [136], что позволит на качественно новом уровне путем активного управления технологическими процессами, обеспечить достаточную систему геоэкологического контроля и повысить экологичвость строительства ПХГ в каменной соли [341,142,144,176]. Разработанные методологические подходы по всем рассмотренным аспектам проблемы по первому строящемуся в России Волгоградскому ПХГ могут найти применение при геоэкологическом сопровождении ГРР, разработке проектов и строительстве аналогичных ПХГ в каменной
7 соли, для предприятий различных областей промышленности, использующих технологии строительства подземных резервуаров.
Защищаемые положении: ї. ПХГ в каменной соли является сложной природно-технической системой {ПТС), которая характеризуется комплексным взаимодействием инженерных сооружений с различными элементами геологической среды,
Экологический подход к строительству и экеллуагации ПХГ в ка-менной соли предполагает стратегию управления геоэкологическими процессами на всех этапах существования данной ПТС. Обоснование управляющих воздействий (инженерных решений) требует оценок текущего (контроль) и будущего (прогноз) геоэкологического состояния данной ПТС.
Основным организационным средством контроля и прогнозирования геоэкологических процессов является геоэкологический мониторинг (как подсистема экологического мониторинга), начальной фазой которого является базовый мониторинг.
Замена нерастворителя с жидкого (дизельное топливо) на газообразный (воздух, природный газ) при строительстве подземных резервуаров приведет к значительному уменьшению геоэкологического воздействия на геосреду,
Комплекс геоэкологического мониторинга ПХГ и интеграция его баз данных в ИСС газотранспортного предприятия, позволят минимизировать техногенное воздействие ПХГ в каменной соли и прогнозировать состояние окружающей среды в зоне его воздействия.
Апробадня работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на ведомственных совещаниях, научно-практических конференциях, Технических советах Московского УЇТХГ, ООО «Волгоградтранс-газ», ВолгГАСА, ООО «Подземгазпром» в 1999-2002 гг.
Фактический материал и личный вклад автора. Работа основана на теоретических разработках, обобщении изданной и фондовой литературы, результатах многолетних исследований автора широкого круга вопросов, связанных с з ко геологическими и техническими проблемами подъемного хранения газа в пористых пластах и каменной соли.
В основу работы положены данные, полученные автором за 20-ти летний период работы в геологической службе Московского УПХГ ООО «Мос-трансгаз» и ООО «Волгоградтрансгаз».
Исследования базируются на результатах бурения скважин, геофизических, инженер но-геологических, гидрогеологических, гидрохимических исследований, промысловых и лабораторных испытаний и др. материалах ООО «Волгоградтрансгаз», ООО «Подземгазпром», ДАО «Подзем бургаз», ОАО «ВолгофадНИПИморнефть», ГФ МГУ, ООО «ВНИПИгаздобвша», фондовых материалов ТГФ ВО, ВолгГАСА, JSC "Geoslock11, Горного института Франции и других институтов,
Автором предложена корректировка ряда проектных решений по строительству и обустройству Волгоградского ПХГ в соответствии с направлением научных исследований, приведшая к существенному сокращению капитальных вложений, сроков строительства, повышению экологической безопасности.
Основное содержание диссертации изложено в 10 статьях, Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения. Общий объем текста 150 страниц, !5таблиц, 35 рисунков. Список использованной литературы включает 198 наименований,
Автор выражает особую признательность и глубокую благодарность научному руководителю проф., д,г.-м.н. В.Н. Синякову за направление исследований и оказанную помощь в написании работы. Автор глубоко признателен и благодарен проф, д.г.-м.н. СВ. Кузнецовой, д.г.-м.н. Л.А, Аниси-мову, проф. д.тлі. В.И. Смирнову, д.т.н. В,А. Казаряну, д.э.н. Сизоненко А.С., кл\н, В.Б, Сохрапскому, к.т.н, М.К,Теплову, к.т.н. Ю.П- Новенькову, к.г.-м.н. А.А.Акимовой, В.В.Борисову за консультации, ценные практические рекомендации и замечания, полученные в процессе работы над диссертацией.
Обзор подземных хранилищ в каменной соли
По технико-экономическим показателям, а также по соображениям безопасности и охраны окружающей среды оказалось, что крупные хранилища жидких и газообразных углеводородов наиболее целесообразно создавать Б каменной соли- Главными причинами такого предпочтения явились экономическая эффективность и технологичность создания непроницаемой емкости большого объема (сотни тысяч куб. м) в упруго-вязкой среде, обладающей сравнительно высокой прочностью (в среднем 20-—25 МПа, иногда до 60 МПа). Кроме того, кристаллическая каменная соль и ее рассол инертны к углеводородам, которые не оказывают влияния на фнзико-механические свойства галита. Общеизвестна высокая растворимость соли в воде, позволяющая обеспечить высокую скорость выщелачивания при создании подземной емкости.
Подземные хранилища газа в каменной соли за рубежом В зарубежной практике в последние годы отмечается устойчивая тенденция к приоритетному развитию подземных хранилищ природного газа в каменной соли [11,21,35,52,86,9б,97,100,135,168ЛШ85,196}. Например, в Германии и США более половины прироста объемов хранимого природного газа на перспективу приходится на хранилища именно этого типа. В таблице 1 приведена информация об объемах подземного хранения газа в каменной соли за рубежом.
Как известно, крупнейшая в мире сеть подземных хранилищ газа создана в США ($&,№,ГГ ГЯЦ. Ее ucmjsy-сиетавлннгг хтіапилигда її orpa frr-танных нефтегазовых месторождениях и в водоносных пластах. Тем не менее, на долю ПХГ в каменной соли приходится около 20 % активного газа, с суммарным объемом отбора 283 млн. ыъ/ сут. Большинство подземных хранилищ газа в каменной соли в США работают с оборачиваемостью 6 раз в год [168], но есть и хранилища, как в г. Пктеле, где число циклов закачки и отбора газа не менее 20. Это обусловило использование таких ПХГ в узловых точках газотранспортных и газораспределительных систем для покрытия пиковых нагрузок газопотребления, в аварийных ситуациях, для выравнивания нагрузок на магистральные газопроводы с учетом конъюнктуры местных цен ла природный газ. В Германии [21] строительство ПХГ в каменной соли началось с 1965 г. Осуществляется расширение девяти действующих ПХГ в каменной соли и строительство четырех новых. Средний объем активного газа по немецким ПХГ в солях
Суммарный отбор газа составляет 160 млн. м /сут\ что позволяет покрывать возникающие пики газопотребления . Во Франции из 14 ПХГ три созданы в отложениях каменной соли. Хранилища Тэрсанн и Этрез, введенные в эксплуатацию, соответственно, в 1970 и 1979 гг. состоят из 14 подземных резервуаров каждое. Осуществляется конверсия хранилища Маноск включающего 38 поземных резервуаров и ранее предназначенного для хранения сырой нефти, с целью хранения природного газа [11,185].
Первое ПХГ в солях в Великобритании [ 3 00] было создано в начале 60-х гг. в районе Солтхема. Состоящее из подземных резервуаров небольшого единичного объема, это хранилище работает в режиме покрытия как суточной, так и недельной неравномерности газопотребления. При этом оно заполняется в ночное время суток, а отбор газа осуществляется в утренние и вечерние часы.
Второе хранилище создано в Хорнси на Морском побережье Йоркшира. Сейчас оно состоит из семи подземных резервуаров, в каждом из которых хранится 60 млн. м3 активного газа. В Канаде также широко используются ПХІ" а каменной соли, причем по данным «BCgas Canada» объем активного газа в них к 1998 г. возрос примерно на 40%.
Строительство первого ПХГ в Польше в соляном штоке около г. Могильно началось в 1994 г. По данным Смирнова В.И, (2001) оно будет осуществляться двумя очередями: в 2000 г, введены в строй восемь подземных резервуаров активным объемом 4Ї б млн. м , рассчитанных на суммарный отбор 31 млн. м3/ сут; всего будет построено 12 резервуаров с доведением суммарного активного объема до 1153 млн, м и отбором газа до 55 млн. м /сут.
Геоморфология и почвы
Волгоградское ПХГ, сооружаемое в каменной соли, расположено на Россошинской площади в 25 км северо-западнее г. Волгограда В геоморфологическом отношении рассматриваемая территория расположена в пределах южного окончания Приволжской возвышенности, являющейся водоразделом рек Волги и Дона. Эта возвышенность представляет собой асимметричное плато. Водораздельная линия приближена к р. Волге, поэтому западный склон плато, где находится площадка ПХГ, значительно шире восточного. Для местности в целом характерен грядово- холмистый рельеф с мягко очерченными формами, расчлененный речной и овражно- балочной сетью. Абсолютные отметки земной поверхности достигают здесь 165 м(ав районе площадки ПХГ их средние значения составляют 80-110 м, снижаясь к урезам ручьев и балок.
Рассматриваемая территория расположена в пределах Манычско-Донской провинции сухостепной зоны, центральном сухостепном солонцевато-каштановом районе [116]. Почвообразование идет по каштановому типу с образованием каштановых и светло-каштановых почв в комплексе с солонцами. В связи с соленосностью подстилающих скифских глин большая часть территории засолена и имеет глубоко солончаковые и глубоко солончакова-тые почвы. На староорошаемых площадях развито вторичное засоление [114]. В пойме Россошки развиты аллювиально луговые почвы, в балках -дерновые карбонатные почвы и солончаки. волнистых слабопологих (1-3) склонах распространены слабосмытые почвы, Среднесмытые почвы приурочены к нижним и средним волнистым пологим частям склонов и кромкам балок С каштановыми и светло-каштановыми почвами часто образуют ком плексм солонцы, встречающиеся пятнами среди зональных почв как в средних частях склонов» так и максимально в нижней части. Наибольшее количество солонцовых пятен приурочено к светло-каштановым почвам. Солонцы характеризуются ясно выраженной дифференциацией почвенного профиля на генетические горизонты с резко обособленным элювиальным и иллювиальным горизонтами. Содержание гумуса в слое 0-10 см до 2,1 %. Преобладают солончаковатые разновидности с глубиной залегания солевого горизонта 40-60 см, реже солончаковые и глубокосолончаковые с глубиной залегания солевого горизонта соответственно 20 25 и 75-80 см. Реакция почвенного раствора среднем щелочная (рН - 8,2-8,5). Содержание легко растворимых солей в солевом горизонте колеблется от 0,015 до 1,4 %. Тип засоления преимущественно хлоридно-сульфатный,
Солончаки встречаются пятнами в днищах балок и пойме р. Россош-ка. Они выделяются но наличию легкорастворимых солей более 1% (до 2,5% в верхнем горизонте). На поверхности выцветы солей. Засоление хлоридно-сульфатное.
В дниіцах балок развиты дерновые карбонатные почвы с мощным гумусовым горизонтом, тяжелосуглинистые, оглеенные в нижней части профиля. Профиль почв может быть отмыт от карбонатов и легкорастворимых солей в случае если балка является естественной дреной современного орошения с постоянным водным потоком в летнее время.
В пойме р. Россошки развиты аллювиально-луговые карбонатные поч-вы,_образугощие как самостоятельные ареалы, так и встречающиеся в контуре с солонцами и солончаками. Механический состав средне- и тяжелосуглинистый- Мощность гумусового горизонта 50-60 см, глубина залегания карбонатных новообразований может превышать 1 м, содержание гумуса 2,7-4,0 %. На рисунке 4 представлена почвенная карта района ВҐІХГ, построенная по данным геоэкологического мониторинга. Почвенная карта Волгоградское подземное хранилище газа.
Условные обозначения:
К. -саетлошхтяооыесабосшпые; с. К, - ШШаШШШ сргріг ятиу; А - И—І—frajtt—; Ч -чщяяшатащ KJ - шешншааавые прботпые КС - "— ТЛ— WMBWWMPOi СЩИИ ВРК - innnpf ГПШИІІ кшкпекс; Рмс4 2,2, Стратиграфия и литология. В фондовой и опубликованной литературе [10,32,33,36, 38, 43, 156, 157, 158, 159, 160,161] по результатам глубокого бурения и региональной сейсморазведки МОВ и КМПВ в 50-70 гг. обобщены полученные материалы для всей Приволжской моноклинали, подробно освещены вопросы литоло гии разреза и его нефте газоносности; условия залегания поверхности фун дамента и платформенного чехла; гидрогеологические и геотермические особенности, дан обстоятельный анализ циклического строения соленос ной толщи кунгура. Установлен характер ее химического, минералогическо го состава, изучены петрографические особенности, выделены зоны калийно магнезиального оруденения. Подробно все эти вопросы освещены в работах Г.М.Аванисьяна, Л.А.Анисимова, Г.А.Бражникова, А.Г.Габриэляна, В.ИКарпова, В.М.Кашлева, С.М.Кисельгофа, В.В.Котровского, Г.А.Леоненко, Л.С.Насонова, ЮЛ.Ошуркова, С.А.Макарова, Л.Н.Розанова, С.А.Свидзинского, В.И.Седлецкого, П.Н.Тихонова, М.П.Толмачева, В,Г.Тупиковой и др. В 1988-91 г.г. на Россошинской площади ГТТ "Союзбургаз11 проводились разведочные работы для выяснения возможности создания ПХГ в солях и условий подземной утилизации строительного рассола. Объектом разведки явилась кунгурская соленосная толща, представленная чередованием циклов и ритмопачек галогенных, сульфатных, карбонатных и глинистых пород, а также триасовый и подсолевой водоносные комплексы. Скважины были размещены 2-м я профилями зал ад-северо-запад ного направления по падению пород и имели целью вскрыть благоприятные для создания ПХГ солекосные отложения, а также выявить в разрезе водоносные горизонты, залегающие на оптимальной глубине, Всего на этом этапе разведки было пробурено 5 разведочных скважин глубиной 1234-2105м суммарным метражом 7717м, в которых осуществлен комплекс геолого-геофизических и гидродинамических исследований. Отобрано и испытано в лабораторных условиях большое количество образцов кернового материала с целью определения вещественного и химическою состава соли, ее структуры, текстуры и физико-механических свойств. Основной объем исследований касался наиболее перспективной для создания резервуаров самой верхней VIII ритмопачки. Полученные материалы обобщены в соответствующем отчете ГП «Бур-газгеотерм» (Ю.М.Бутковский и пр., 1992г). Следующий этап разведочных работ на Россошинской площади начался в 1995 году бурением двух разведочп о-эксплуатационных скважин 1РЭ и 2РЭ на южной периферии ранее разведанной площади, в пределах специально выбранной площадки ПХГ (рис.4) глубиной соответственно 1599м и 1490м, В скважинах выполнен обширный комплекс геофизических исследова ний и лабораторные исследования физических и физико-механических свойств пород, их минералогического и химического состава. На основании полученных материалов уточнено детальное расчленение разреза соленосных и непосредственно покрывающих их отложении и определены интервалы заложения резервуаров как в VIII ритмопачке, так н глубокозалегающих под пластом бишофита VI и V ритмолачках.
Геомеханическая модель и оценка устойчивости подземных резервуаров
В разделе рассматриваются вопросы устойчивости горных выработок и оседание земной поверхности, Для обеспечения надежности системы резервирования газа методом подземного хранения в кавернах каменной соли и предотвращения больших деформаций земной поверхности назначаются такие [79] размеры резервуаров й целиков [166], а также минимальное значение противодавления при желлуктщш ПХГ, чтобы породаый массив являлся устойчивым в течение достаточно большого промежутка времени [162,175]. Оценка устойчивости породного массива производится методом математического моделирования [68]. Напряженно-деформированное состояние в окрестности подземных выработок определяется из решения соответствующих задач механики горных пород при установленных уравнениях состояния [175,198] и распределении естественных напряжений в массиве. Так как естественное напряженное состояние экспериментальными методами на площадке ВПХГ не определялось, то в [106] использовалась расчетная схема в которой на горизонтальной верхней границе выделенной области задавались вертикальные нормальные напряжения, равные весу вышележащих пород, а на остальных границах — условия отсутствия вертикальных перемещений. Горные породы, расположенные в зоне влияния выработки, разделяют-.ся.надте. ГРУППЫ : породы, проявляющие реологические свойства при напряжениях [17] и температурах, действующих в окрестности выработки; - породы, ползучесть которых возможна только при условиях, отличающихся от условия их залегания [158], При расположении выработок на глубине до 2000 м к породам первой группы относятся каменная соль, карналлит, сильвинит, бишофит, а к породам второй группы - ангидрит, доломит [17]. Обратимые деформации пород обеих групп определяются по чакону Гука. Закон изменения необратимых деформаций формулируется для пород каждой группы. Необратимые деформации каменной соли определяются по теории упрочнения. В отличие от многочисленных математических моделей каменной соли[148,163,164,165,166,170,172] в основе предлагаемой модели лежит точное описание опытов [117,151,109,169] иа ползучесть при постоянных напряжениях. Расчетном схема для подземных выработок в VII/, Vu VIритмопачке, Породный массив представляется слоистым с горизонтально располо женными слоями (рис. 7, таблицы 6,7), имеющими постоянные для каждого слоя характеристики (таблицы 8, 9 ДО). Подземная выработка принимается осесимметричной, поверхность ее образуется вращением некоторой образующей вокруг вертикальной оси OZ, Решается пространственная задача о деформировании весомой полубесконечной среды с полостью с учетом осевой симметрии [153]. Задача решается методом конечных элементов (МКЭ)[45,167,187],
В результате расчетов определяются все компоненты тензоров напряжений и деформаций в центрах всех конечных элементов. На основании этих данных в окрестности контура находится некоторая область, где деформации превышают предельные значения. Такая область называется областью запредельного деформирования (ОЗД)[106,169], Затем полученные значения сопоставляются с предельно допустимыми величинами, задаваемыми принятыми критериями устойчивости,
Согласно " Правилам обустройства и безопасной эксплуатации подземных хранилищ природного газа в отложениях каменной соли" (ПЕ-08-83-85) [79] для оценки длительной устойчивости подземных выработок использу Таблица 6. Физико-механические характеристики горных пород рабочей толщи скв.ІР Осесимметричная подземная выработка является устойчивой, если объем каждой ОЗД ограничен величиной 700 м3, распространение ОЗД вглубь массива ограничено величиной 0,04L, вся поверхность выработки не принадлежит ОЗД, и возникающие в массиве растягивающие напряжения не превышают прочности породы на растяжение. Критерием устойчивости тоннельных выработок являются условия если распространение ОЗД вглубь массива ограничено величиной 0.03L, вся поверхность выработки не принадлежит ОЗД и возникающие в массиве растягивающие напряжения не превышают прочности породы на растяжение. Для конкретных условий ВПХГ рассматриваются три схемы подзем-ных выработок. Их форма и размеры обусловлены прежде всего геологическим строением участка и технологией их сооружения. Первая схема - для вертикальной выработки, создаваемой в VIII ритмопачке (рис, 19,) на скв,2Р, Вторая схема - для тоннельной выработки (рис.20). Третья схема -для выработок, создаваемых в V-VI ритмопачках (рис.21). С целью оценки устойчивости выработок выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния породного массива в их окрестности методом конечных элементов при минимальном противодавлении.
Структура и основные задачи геоэкологического мониторинга
На объектах подземного храпения газа и нефтепродуктов при их строительстве и эксплуатации происходит изменение режима эксплуатируемых горизонтов подземных вод, возможно возникновение вертикальных ш недр и латеральных (в ландшафтах) потоков потенциальных поллютантов, способных привести к изменению качества вод пресных водоносных горизонтов и деградации природной среды, ухудшению условий жизни и работы человека,
Для контроля за уровнем техногенной нагрузки, состоянием природных компонентов, а также для своевременной корректировки природоохранных мероприятий необходима организация системы экологического [1,2,4,5,8,18,19,31,41,49,54,57,60,63,82,85,111,312] мониторинга, основной частью которого является система геоэкологического мониторинга. Геоэкологический мониторинг в широком смысле - это контроль воздействия хозяйственной деятельности человека на геологическую среду. Цель геоэкологического мониторинга - выявление текущего состояния геосистем и прогноз (моделирование) возможных негативных воздействий различных факторов - природных, природно-техногенных и техногенных - на человека и окружающую его среду [69,98,121-127,],
Мониторинг призван выявить и предсказать эти процессы и связанные с ними деградациониые изменения для проведения мероприятий по поддержанию равновесия между производством и естественной средой обитания человека, Действенность геоэкологического мониторинга определяется эффективностью его обратной связи: получаемые результаты наблюдений необходимо учитывать для оптимизации размещения производственных объектов[)3,150], режимов их работ, нормирования выбросов, быстрого восстановления нарушенных компонентов среды [131,189,192], . 151 Геоэкологический мониторинг состоит из двух, согласно методологии ЛихолатниковаВ.М, Ильичева В. А, и др. [8,34,49,69,122,127], этапов. Первый - «инициальный» заключается в проведении комплексной базовой инвентаризации территории потенциального воздействия ПХГ: создании F сети контрольных скважин на различные водоносные горизонты, уточнении геологического строения исследуемого района, гидрогеологическом опробовании (освоении скважин) с определением естественных гидродинамических характеристик горизонтов и химического состава пластовых вод; выявление фоновых (базовых) характеристик почвенного покрова, поверхностных вод. Это - базовый мониторинг. Второй этап мониторинга - текущий мониторинг. Экологический мониторинг должен включать: - мониторинг недр; - мониторинг поверхностных водных экосистем; - почвешо-геохимический мониторинг; - мониторинг растительного покрова; - мониторинг животного мира. - мониторинг атмосферы. В зависимости от конкретных геологических Й ландшафтных условий территории предприятия и зоны его потенциального воздействия, некоторые виды мониторинга могут проводиться в различном объеме и даже сильно редуцироваться до полного исключения. Информация, получаемая в процессе мониторинга, должна отражать; - состояние компонентов природной среды на разные сроки опробования для отражения тенденций их изменения; - уровень фоновой техногенной нагрузки на компоненты природной среды, выраженный в количестве поступающих в среду шллютантов, локализации их потоков и возможности их депонирования на геохимических барьерах; 152 - состояние компонентов природной среды, выступающих в качестве конструктивных элементов производства, для обеспечения его бе сконф л иктного фу 11к цио н иро вания,
Необходимо отметить, что на площадке ВПХГ в процессе геологоразведочных работ и изысканий было проведено [2,13,70,106] полное изучение водоносных горизонтов нижнего триаса (горизонты технического водоснабжения и пласт-коллектор для закачки некондиционного рассола), кунгурской соленосной толщи, а также частичное исследование отдельных водоносных горизонтов зоны водообмена и практически всех компонентов ландшафта. Эти данные, а также данные, полученные в ходе базового мониторинга являются фоновыми характеристиками сред, за которыми в процессе строительства и эксплуатации будут вестись режимные наблюдения в рамках текущего мониторинга. Таким образом, получена "нулевая4 точка отсчета, по сравнению с которой и будет в дальнейшем оцениваться влияние подземного хранилища газа на все элементы среды, включая геологическую среду, подземные водоносные горизонты, почвенный и атмосферный воздух, поверхностные воды, почвы, растительность и некоторые другие в рамках экологического мониторинга.
Базовый мониторинг геологической среды проводится на основе изучения и анализа фондовых, собственных материалов и материалов буровых предприятий. Строение недр определяется на стадии проведения геологоразведочных работ а инженерно-геологических изысканий, а также на стадии создания наблюдательной сети. Оно уточняется при бурении скважин при проведении геофизических работ. Описывается геологический разрез с указанием стратификации, состава, мощности, обводненности горизонтов, с указанием гидростатических характеристик, химизма и дебита водоносных горизонтов. Обязательно указывается наличие потенциальных поллютантов в составе вод и солей, если имеются такие данные. Необходимым элементом базовой инвентаризации геологической среды изучаемой площади в пределах горного отвода ВПХГ является составление серии структурных карт, отражающих глубину залегания кровли и вариации изменения мощности основных рабочих горизонтов (горизонты технического водоснабжения, пласт-коллектор, буферный горизонт, пласты и ритмопачки каменной соли планируемые для строительства подземных емкостей), Составляются также геологические разрезы по направлениям, наиболее полно отражающим геологическое строение участка, схемы сопоставления отдельных стратиграфических элементов разреза и сводная стратиграфическая колонка.
Определяется сейсмическое состояние геологической площади. Составной частью мониторинга недр является мониторинг сдвижений земной поверхности. Целью его является измерение вертикальных деформаций участков газохранилища, анализ и интерпретация деформаций, Изучение газонасыщенности разреза проводится путем проведения газового каротажа во всех бурящихся скважинах. Изучение гео динамической обстановки [61] проводится путем проведения высокоточной гравиметрической съемки, анализа комплекса данных поверхностной газовой съемки и газового каротажа, бурения контрольной скважины на солевой массив и проведения в ней замеров акустической эмиссии, замеров смещения земной поверхности на маркшейдерском полигоне. При выявлении недостаточности информационности одноточечных (по одной скважине) данных акустической эмиссии, разрабатывается сеть пространственно — площадных датчиков. Более подробно обоснование структуры гео динамических наблюдений представлена в следующем разделе диссертации,
