Особенности инженерно-геологических условий строительства наземного оборудования для механизированной добычи нефти на Южно-Филипповском месторождении (Ульяновская область)
|
Аннотация 3
Список иллюстраций 4
Список таблиц 6
Список приложений 7
Введение 8
Раздел 1 Объект строительства 12
1.1. Требования к размещению и планировке кустовых площадок 12
1.2. Буровые установки 13
Раздел 2 Физико-географические и техногенные условия 16
Раздел 3 Геологические условия 19
3.1. Общее геологическое строение 19
3.2. Общие гидрогеологические условия 25
3.3. Тектонические условия 33
3.4. Сейсмичность и сейсмотектонические условия 34
Раздел 4 Инженерно-геологические условия площадки строительства 36
4.1 Специфические грунты 38
4.2 Физико-механические свойства грунтов на территории строительства 38
4.3 Проект строительства 41
4.4 Геологические и инженерно-геологические процессы 42
4.5 Выводы 43
Раздел 5 Моделирование 46
5.1 Моделирование фильтрационной консолидации грунта 47
5.2 Описание модели и вывод уравнений 48
5.3 Задание граничных условий 50
5.4 Описание процедуры вычислений 51
5.5 Результаты 53
Раздел 6 Рекомендации 57
Заключение 58
Список использованных источников
Список иллюстраций 4
Список таблиц 6
Список приложений 7
Введение 8
Раздел 1 Объект строительства 12
1.1. Требования к размещению и планировке кустовых площадок 12
1.2. Буровые установки 13
Раздел 2 Физико-географические и техногенные условия 16
Раздел 3 Геологические условия 19
3.1. Общее геологическое строение 19
3.2. Общие гидрогеологические условия 25
3.3. Тектонические условия 33
3.4. Сейсмичность и сейсмотектонические условия 34
Раздел 4 Инженерно-геологические условия площадки строительства 36
4.1 Специфические грунты 38
4.2 Физико-механические свойства грунтов на территории строительства 38
4.3 Проект строительства 41
4.4 Геологические и инженерно-геологические процессы 42
4.5 Выводы 43
Раздел 5 Моделирование 46
5.1 Моделирование фильтрационной консолидации грунта 47
5.2 Описание модели и вывод уравнений 48
5.3 Задание граничных условий 50
5.4 Описание процедуры вычислений 51
5.5 Результаты 53
Раздел 6 Рекомендации 57
Заключение 58
Список использованных источников
Механизированная добыча - это комплекс методов, предполагающих использование внешнего источника мощности для поднятия жидкости на поверхность (газлифтный и насосный способы добычи). При разработке нефтяных месторождений такие методы, как правило, применяются после фонтанного этапа эксплуатации, когда пластовое давление в нефтяном коллекторе падает и уже не может обеспечивать экономически оптимальный отбор из скважины за счет естественной энергии пласта [1]. С развитием технологий наклонного бурения возникла возможность концентрации добывающего оборудования на небольшой площади. Современные требования к строительству таких кустовых площадок предполагают не только добычу, но и проведение всех видов работ одновременно: бурение, освоение, вскрытие
дополнительных продуктивных отложений, эксплуатация и ремонт скважин [2]. Концентрация механизированных установок на площадке создает повышенный уровень динамических нагрузок на грунты. Таким образом, при кустовой добыче, в целом, возрастает техногенная нагрузка на несущие грунты, в отличие от единичной добывающей скважины. Сам процесс добычи нефти связан с рисками просадки, сейсмичности и микросейсмичности, сезонного промерзания и оттаивания, с нарушением режима подземных вод при добыче [3]. В процессе строительства и эксплуатации оборудования для добычи нефти нарушается исходное состояние грунтовых оснований (степень трещиноватости, выветрелости, влажности, водонасыщенности, плотности, пористости) и возникают новые процессы. Техногенные и природные воздействия нарушают равновесие геологической среды, что приводит к заболачиванию территорий, просадке грунта, оползням, провалам, возбуждённой сейсмичности и другим неблагоприятным экологическим последствиям. Они, в свою очередь, обуславливают деформации различных наземных инженерных объектов и могут вызвать аварии и катастрофы [4]. Состояние и свойства грунтовых оснований могут меняться и при эксплуатации [5]. Отмеченное предполагает необходимость более детального исследования особенностей взаимодействия оборудования кустовых площадок с геологической средой. Тем более это оправдано для строительства на просадочных грунтах.
К просадочным грунтам относят такие грунты, которые имеют неустойчивую физико-механическую форму. Такой грунт имеет высокую пористость, которая при воздействии на него давления или повышенной увлажненности, изменяет свою плотность [6]. Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности давать дополнительные осадки, называемые просадками. К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т.п.), пепловые отложения и др [5].
На начальном этапе уплотнение грунта связано главным образом с уменьшением его пористости, но в водонасыщенных грунтах все поры заняты водой. При нагрузках, обычных для строительного процесса, во многих случаях вода может считаться практически несжимаемой. Следовательно, такое уплотнение водонасыщенного грунта, без учета реологических процессов, возможно только при отжатии части воды из пор. Процесс уплотнения грунта, сопровождающийся отжатием воды из пор, называется фильтрационной консолидацией [7].
Явление просадочности наиболее тесно связано с подтоплением, одним из опасных техногенных процессов, наносящих значительный ущерб геологической среде. Причинами развития данного процесса являются общие закономерности: уменьшение площади испарения, уплотнение грунта за счет нагрузок от веса фундамента и др.
Просадочные грунты широко распространены на территории нашей страны и занимают около 17 % ее площади, в том числе на значительной части Краснодарского, Красноярского, Хабаровского, Пермского краев, Ростовской, Волгоградской, Горьковской, Рязанской, Новосибирской областей и в Забайкалье [8]. На территории Ульяновской области просадочные грунты можно встретить в Заволжье в районе Нового города и Верхней Террасы, также в центральной части города - в районе улиц Рябикова, Стасова, Пожарского и Полбина, а так же в Мелекесском районе, где и находится наш объект. Следует отметить, что строительство на просадочных грунтах, которые расположены на территории Ульяновской области, требует больших трудозатрат, потому что проведение расчетов по просадочности необходимо проводить на всей площади как по простиранию, так и в профиль [9]. Проектирование фундаментов на просадочных грунтах следует производить в соответствии с требованиями подраздела 6.1, СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*» [10].
Актуальность. Снижение рисков развития опасных аварийных ситуаций на объектах нефтедобычи, расположенных на просадочных грунтах. Об актуальности изучения просадочных грунтов в различных геологических условиях свидетельствует, например, рост числа научных публикаций (рис. 1).
Цель исследования: оценить развитие просадочности на объекте нефтепромысла с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Задачи исследования :
- изучение инженерно-геологических условий площадок скважин,
- получение сведений о прочностных и деформационных характеристиках грунта в основании бурового оборудования и получение информации об уровне, химическом составе и агрессивности грунтовых вод и грунта по отношению к материалам, используемым при строительстве фундаментов сооружений,
- проведение расчетов и построение модели,
- оценка рисков просадочности грунтов,
- выработка рекомендации по минимизации рисков.
Для достижения этих целей и решения указанных задач мы выбрали объектом исследования кустовую площадку на Южно-Филипповском месторождении нефти. В целях компьютерного моделирования фильтрационной консолидации грунта мы использовали метод конечных разностей, который был разработан Н.П. Абовским, с помощью компьютерной программы MS Excel.
дополнительных продуктивных отложений, эксплуатация и ремонт скважин [2]. Концентрация механизированных установок на площадке создает повышенный уровень динамических нагрузок на грунты. Таким образом, при кустовой добыче, в целом, возрастает техногенная нагрузка на несущие грунты, в отличие от единичной добывающей скважины. Сам процесс добычи нефти связан с рисками просадки, сейсмичности и микросейсмичности, сезонного промерзания и оттаивания, с нарушением режима подземных вод при добыче [3]. В процессе строительства и эксплуатации оборудования для добычи нефти нарушается исходное состояние грунтовых оснований (степень трещиноватости, выветрелости, влажности, водонасыщенности, плотности, пористости) и возникают новые процессы. Техногенные и природные воздействия нарушают равновесие геологической среды, что приводит к заболачиванию территорий, просадке грунта, оползням, провалам, возбуждённой сейсмичности и другим неблагоприятным экологическим последствиям. Они, в свою очередь, обуславливают деформации различных наземных инженерных объектов и могут вызвать аварии и катастрофы [4]. Состояние и свойства грунтовых оснований могут меняться и при эксплуатации [5]. Отмеченное предполагает необходимость более детального исследования особенностей взаимодействия оборудования кустовых площадок с геологической средой. Тем более это оправдано для строительства на просадочных грунтах.
К просадочным грунтам относят такие грунты, которые имеют неустойчивую физико-механическую форму. Такой грунт имеет высокую пористость, которая при воздействии на него давления или повышенной увлажненности, изменяет свою плотность [6]. Отличительная особенность просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности давать дополнительные осадки, называемые просадками. К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т.п.), пепловые отложения и др [5].
На начальном этапе уплотнение грунта связано главным образом с уменьшением его пористости, но в водонасыщенных грунтах все поры заняты водой. При нагрузках, обычных для строительного процесса, во многих случаях вода может считаться практически несжимаемой. Следовательно, такое уплотнение водонасыщенного грунта, без учета реологических процессов, возможно только при отжатии части воды из пор. Процесс уплотнения грунта, сопровождающийся отжатием воды из пор, называется фильтрационной консолидацией [7].
Явление просадочности наиболее тесно связано с подтоплением, одним из опасных техногенных процессов, наносящих значительный ущерб геологической среде. Причинами развития данного процесса являются общие закономерности: уменьшение площади испарения, уплотнение грунта за счет нагрузок от веса фундамента и др.
Просадочные грунты широко распространены на территории нашей страны и занимают около 17 % ее площади, в том числе на значительной части Краснодарского, Красноярского, Хабаровского, Пермского краев, Ростовской, Волгоградской, Горьковской, Рязанской, Новосибирской областей и в Забайкалье [8]. На территории Ульяновской области просадочные грунты можно встретить в Заволжье в районе Нового города и Верхней Террасы, также в центральной части города - в районе улиц Рябикова, Стасова, Пожарского и Полбина, а так же в Мелекесском районе, где и находится наш объект. Следует отметить, что строительство на просадочных грунтах, которые расположены на территории Ульяновской области, требует больших трудозатрат, потому что проведение расчетов по просадочности необходимо проводить на всей площади как по простиранию, так и в профиль [9]. Проектирование фундаментов на просадочных грунтах следует производить в соответствии с требованиями подраздела 6.1, СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*» [10].
Актуальность. Снижение рисков развития опасных аварийных ситуаций на объектах нефтедобычи, расположенных на просадочных грунтах. Об актуальности изучения просадочных грунтов в различных геологических условиях свидетельствует, например, рост числа научных публикаций (рис. 1).
Цель исследования: оценить развитие просадочности на объекте нефтепромысла с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Задачи исследования :
- изучение инженерно-геологических условий площадок скважин,
- получение сведений о прочностных и деформационных характеристиках грунта в основании бурового оборудования и получение информации об уровне, химическом составе и агрессивности грунтовых вод и грунта по отношению к материалам, используемым при строительстве фундаментов сооружений,
- проведение расчетов и построение модели,
- оценка рисков просадочности грунтов,
- выработка рекомендации по минимизации рисков.
Для достижения этих целей и решения указанных задач мы выбрали объектом исследования кустовую площадку на Южно-Филипповском месторождении нефти. В целях компьютерного моделирования фильтрационной консолидации грунта мы использовали метод конечных разностей, который был разработан Н.П. Абовским, с помощью компьютерной программы MS Excel.
По итогам проделанной работы были решены следующие задачи:
Показан прогноз изменений несущей способности грунта на площадке строительства наземного оборудования для механизированной добычи нефти на Южно-Филипповском месторождении в Мелекесском районе Ульяновской области.
Оценены риски развития просадочности на объекте нефтепромысла с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Изучены инженерно-геологические условия площадки и конструкторская документация.
Получены сведения о прочностных и деформационных характеристиках грунта в основании бурового оборудования и получена информация об уровне, химическом составе и агрессивности грунтовых вод и грунта по отношению к материалам, используемым при строительстве фундаментов сооружений.
Проведены расчёты и построение трёх моделей фильтрационной консолидации грунта при помощи программы MS Excel: при исходных значениях, при уменьшении давления на грунт до 0,05 Мпа и при увеличении давления на грунт до 0,5 Мпа.
Выработаны рекомендации по минимизации рисков.
Показан прогноз изменений несущей способности грунта на площадке строительства наземного оборудования для механизированной добычи нефти на Южно-Филипповском месторождении в Мелекесском районе Ульяновской области.
Оценены риски развития просадочности на объекте нефтепромысла с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Изучены инженерно-геологические условия площадки и конструкторская документация.
Получены сведения о прочностных и деформационных характеристиках грунта в основании бурового оборудования и получена информация об уровне, химическом составе и агрессивности грунтовых вод и грунта по отношению к материалам, используемым при строительстве фундаментов сооружений.
Проведены расчёты и построение трёх моделей фильтрационной консолидации грунта при помощи программы MS Excel: при исходных значениях, при уменьшении давления на грунт до 0,05 Мпа и при увеличении давления на грунт до 0,5 Мпа.
Выработаны рекомендации по минимизации рисков.