1. ИНЖЕНЕРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ И РАЗВИТИЕ ЧРЕЗВЫЙЧАНЫХ СИТУАЦИЙ ТЕХНОПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
1.1. Инженерно – геологические факторы развития чрезвыйчаных ситуаций техноприродного характера на нефтегазопроводах
Трубопроводный транспорт широко применяется в системах хозяйствова-ния различных стран. По трубопроводам транспортируются вода, растворы, нефть, нефтепродукты, газ, газоконденсаты.
Магистральные и промысловые трубопроводы Западной Сибири прокла-дываются и эксплуатируются в сложных инженерно – геологических условиях, что обусловливает дополнительные нагрузки на трубопроводы, связанные со структурными изменениями свойств грунтов. Более трети территории Западной Сибири покрыты многолетнемерзлыми грунтами, более половины – грунтами с глубоким сезонным промерзанием (>2,5 м), почти треть составляют заболочен-ные территории и водные переходы [11].
Инженерно – геологические изыскания трубопроводов обычно проводятся в две стадии: на первой – с целью обоснования выбора оптимального варианта трассы; на втором – по выбранному варианту трассы со съемкой участков инди-видуального проектирования (оползневые склоны, конусы выноса, участки раз-вития осыпей и пр.).
При работах на первой стадии используются аэрокосмофото – материалы по району работ, осуществляется их дешифрирование:
? геоиндикационное – с выделением элементов природной обстановки;
? структурно – тектоническое (линеаментное) для оценки геодинамиче-ской активности и трещинных зон проектируемых и действующих трасс нефте-газопроводов (ссылка Копылов, 2014, с.23-26) [8].
Производится наземное или аэровизуальное инженерно – геологическое обследование полосы трассы шириной до 300 м. Осуществляется осмотр и опи-сание естественных обнажений, колодцев, проявлений неблагоприятных физико – геологических процессов и т. п.
Местоположение, количество и глубина выработок определяются изучен-ностью и сложностью инженерно – геологических условий полосы продолже-ния трассы. При простых инженерно – геологических условиях обычно прохо-дится одна выработка глубиной 3-5 м на 5-10 км трассы пли 1-2 выработки на каждом выделенном инженерно – геологическом участке [18].
В северной тайге наиболее типичным, повсеместно развитым процессом является заболачивание, которое активизируется на трассах газотранспортных систем, нередко образуя озера вдоль трубопроводов и разрушая их обвалова-ние. На болотах возможно сезонное и многолетнее пучение грунтов, в некото-рых случаях приводящее к образованию высоких миграционных бугров пуче-ния. На участках с глубоким сезонным промерзанием грунтов сезонное пучение может приводить к выпучивание свайных опор трубопроводов [18].
Для лесотундры типичным процессом, развивающимся в естественных условиях и активизирующимся на трассах газотранспортных систем, является термокарст, характерный для участков с торфяниками (рис. 1.1) [18].
Рис. 1.1. Термокарст в полосе трассы газопровода (аэрофотоснимок мас-штаба 1:3500) [18].
В тундре важной особенностью является отсутствие в растительности древесного яруса, а кустарники приурочены к речным долинам. Поэтому на междуречьях не проявляется снегозадерживающая роль растительности, снеж-ный покров маломощен и не препятствует интенсивному зимнему промерзанию грунтов, что, в свою очередь, приводит к широкому проявлению морозобойно-го растрескивания. На относительно повышенных поверхностях, сложенных минеральными грунтами (пески, супеси, суглинки, глины) обычно образуются морозобойные трещины без ледяных жил или с их фрагментами. По системе морозобойных трещин летом развивается термоэрозия, которая на участках примыкания к долинам рек и ручьев формирует овражную сеть. На низких уровнях (высокие речные и озерные поймы, озерно – болотные котловины) в торфяниках образуются полигональные системы с ледяными жилами. При отта-ивании жил развиваются обводненные термокарстовые канавы [14].
На территории Западной Сибири широко распространены криогенные оползни – сплывы, представляющие собой гравитационное смещение грунта сезонно – талого слоя (СТС) по поверхности мерзлой породы, происходящее отдельными блоками в сочетании с движением разжиженной грунтовой массы. Наиболее подвержены сплывам вогнутые, наклонные слабодренированные по-верхности тундр, на которых зимой отмечается повышенная мощность снежно-го покрова. Часто оползни – сплывы образуются в «коридорах проезда» гусе-ничного транспорта и вблизи трубопроводов.
Помимо отмеченных выше процессов, связанных с зонально-региональными особенностями условий их развития, существуют процессы «ин-тразональные», проявляющиеся в различных природных зонах и также пред-ставляющие опасность для нефтегазотранспортных систем. К таким процессам относятся:
? «залповый» спуск озерных вод вдоль трубопроводных трасс, котлови-ны которых были подрезаны при строительстве трубопроводов с размывом грунта вокруг трубопровода и образованием провисов;
? разгрузка грунтовых вод в траншее трубопровода, размывающая обва-лование, приводящая к всплытию трубы на междуречьях и снижению относи-тельно проектного положения на склонах;
? ускоренная боковая эрозия рек в коридорах трубопроводов, спровоци-рованная обустройством подводных переходов;
? ускоренная глубинная эрозия рек;
? абразия берегов озер.
Опасные инженерно – геологические процессы по-разному воздействуют на различные элементы конструкции линейной части нефтегазопровода, из ко-торых к основным относятся:
? труба;
? противокоррозионное изоляционное покрытие;
? грунтовое обвалование;
? свайное основание;
? утяжелители;
? крановые узлы.
Физические основы воздействия опасных инженерно – геологических про-цессов на эти элементы в криолитозоне заключаются в динамике вещества лито-сферы, гидросферы и атмосферы и изменении температуры грунта в зоне кон-такта с сооружением, что влечет за собой следующие отрицательные послед-ствия:
? смещение трубы вниз в результате удаления грунта из-под нее или осадки поверхности грунта;
? изгиб трубы, перекос и опрокидывание утяжелителей, сдирающих изо-ляционное покрытие, что в дальнейшем ведет к разрушению изоляции и активи-зации коррозии металла трубы в результате поднятия грунта под трубой;
? деформация трубы под воздействием грунтового массива, смещающе-гося вниз по склону поперек газопровода;
? выпучивание или осадка свайного основания газопровода и крановых узлов, вызывающих деформацию трубы и разрыв сварных швов в месте врезки трубопроводов байпасной линии в магистраль при понижении или повышении температуры грунта [18].
1.2. Развитие чрезвычайных ситуаций техноприродного характера
в Западной Сибири
Основными причинами ЧС техноприродного характера являются: физико – географические (наводнения, сильные снегопады, сильные дожди); геологиче-ские – эндогенные (сейсмическая и геодинамическая активность, неотектониче-ские движения) и экзогенные процессы (геокриологические, оползни, овраги, карст и др.) [8].
Общая площадь сейсмически опасных территорий Западной Сибири со-ставляет 170 тыс. км2. Выделяется большое количество геодинамических актив-ных зон, в которых концентрируются экзогенные геологические процессы.
Районирование по условиям развития опасных техноприродных процессов (ОПТП) с комплексной оценкой экологического состояния природной среды является важнейшей задачей инженерно – экологических исследований с оцен-кой территорий по степени опасности возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера, которые в большинстве случаев яв-ляются результатом синергетического действия геодинамических и техногенных процессов [9]. Уникальность территориальных образований Сибирского региона (разнообразные природно – климатические и геологические условия, большие запасы биогенных и минеральных ресурсов, значительный промышленный по-тенциал со сложной транспортной инфраструктурой и т.д.) предопределяет наличие большого числа источников повышенной опасности, что позволяет от-нести большую часть территории Сибири к территориям для которых характер-ны высокие риски возникновения ЧС техноприродного характера [22].
При анализе территориальных рисков требуется комплексный подход, учитывающий всю номенклатуру источников угроз и формы их проявления на рассматриваемой территории. В последнее время при анализе риска ЧС на реги-ональном уровне широко применяются методы экспертного оценивания. Осно-вой большинства методик по оценке территориальных рисков является стати-стическая информация о количестве ЧС по видам, времени, территории возник-новения. Разработана методика количественной оценки и районирования терри-торий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций как ос-новного результата действия геодинамических и техногенных процессов [8], ко-торая учитывает, как социально – техногенные, так и природно-геологические факторы развития чрезвычайных ситуаций.
2. ФИЗИКО – ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
2.1. Экономико – географическая характеристика района
Соровское месторождение находится на территории Восточно – Вуемско-го и Восточно – Салымского лицензионных участков (ЛУ).
Восточно – Вуемский участок в административном отношении находится в Нефтеюганском районе Ханты – Мансийского автономного округа – Югры, в 150 км к юго – западу от г. Нефтеюганск, на границе округа с югом Тюменской области. Площадь участка составляет 319 км2.
В 33 км к северо – западу от участка проходит коридор коммуникаций: федеральная автомобильная дорога Тюмень – Сургут, железная дорога Тюмень – Ноябрьск (ж.-д. станция Салым), трасса магистральных нефтепроводов и газо-проводов.
Обзорная карта и схема инфраструктуры приведены на рисунках 2.1; 2.2.
- местоположение Соровского месторождения
Рис. 2.1. Обзорная карта расположения месторождения [23]
Рис. 2.2. Схема инфраструктуры Восточно – Вуемского ЛУ [23]
2.2. Рельеф
В геоморфологическом отношении район исследований приурочен к сре-динной части Западно – Сибирской равнины, характеризуется развитием невы-соких плоских сильно заболоченных равнин, со слабо выраженными формами речной эрозии и аккумуляции [23].
Рельеф участка представляет собой плоскую заболоченную поверхность, расчлененную речной сетью притоков реки Большой Салым. Абсолютные от-метки высот на территории изменяются от 54 до 91,6 м. Углы наклона поверх-ности 0,5.
2.3. Климат
Климат данного района резко континентальный. Зима суровая, холодная, продолжительная. Лето короткое, теплое. Короткие переходные сезоны – осень и весна. Поздние весенние и ранние осенние заморозки. Безморозный период короткий. Резкие колебания температуры в течение года и даже суток.
Среднегодовая температура воздуха – минус 0,7 0C, среднемесячная тем-пература воздуха наиболее холодного месяца января – минус19,2 0C, а самого жаркого июля – 17,6 0С. Абсолютный минимум температуры – минус 51 0C, абсолютный максимум – на июнь – июль 35 0C. Осадков в районе выпа-дает много, особенно, в теплый период, годовая сумма осадков – 559 мм. Соот-ветственно, держится высокая влажность воздуха.
В течение года преобладают ветры южного и юго – западного направле-ний. В январе южного, а в июле северного и северо – западного направлений. Средняя годовая скорость ветра – 3,7 м/с, средняя за январь – 3,7 м/с и средняя в июле – 3,0 м/с.
Согласно СНИП 2.01.07-85* по ветровым нагрузкам территория относит-ся к II 2 2 району (30 кгс/м), по снеговым – к IV (240 кгс/м). Район гололедно-сти второй, нормативная толщина стенки гололеда 5 мм, температура воздуха при гололеде минус 5 0С. По климатическому районированию для строитель-ства территория относится к району I подрайон 1Д. Опасных гидрометеороло-гических процессов и явлений в районе строительства нет.
2.4. Гидрография
Лицензионный участок расположен в бассейне реки Большой Салым, в верховьях рек Березовая и Самсоновская. Средняя дата начала половодья – 15 апреля. Окончание половодья, в среднем, приходится на вторую декаду июля. Летом и осенью бывают кратковременные дождевые паводки, подъем уровня воды достигает 1 м. Глубина верховых болот на окраинах составляет 0,5 – 1,0м. Зимой все болота промерзают на глубину 0,5 – 1,2 м, оттаивают в конце мая.
Речная сеть района представлена левыми притоками Оби; самые крупные реки района – Большой и Малый Салым, Большой и Малый Балык. Русла всех рек сильно меандрируют (рис. 2.3).
Территория Нефтеюганского района имеет развитую речную сеть, которая представлена огромным количеством водотоков, проток, рек, ручьев. Все они являются притоками Оби. По району протекают две реки, которые по своим параметрам можно отнести к "средним" – Салым Большой и Малый, Балык Большой и Малый. Остальные реки относятся к категории "малых" и "очень ма-лых".
Речная сеть района хорошо выражена. Реки полноводны, с обширными поймами и широкими долинами.
В питании рек основную роль играют талые снеговые воды.
Для рек характерно сильно растянутое половодье, пониженная пропуск-ная способность и, следовательно, пониженная дренирующая роль, что является одним из важных факторов переувлажнения и заболачивания территории.
По характеру водного режима реки района характеризуются весеннее-летним половодьем и паводками в теплое время года. Весенний подъем воды начинается обычно в мае.
Во время половодья проходит основной объем годового стока рек, и, как правило. Наблюдается максимальные расходы и уровень воды. Наибольшие расходы воды в период половодья в 4-10 раз (местами в 10-15 раз) выше вели-чины средних годовых расходов.
Спад половодья продолжается до июля. Появление первых ледовых обра-зований, наблюдается в середине октября, устойчивый ледостав сохраняется в среднем 200 дней.
Район исследований расположен на территории Салым – Юганского озерного района. Абсолютное большинство водоемов (не менее 90%) – это микро-озерки и озерки с площадью до 0,1 кв. км. Почти все остальные очень малые озера (от 0,1 до 1,0 кв./км) и малые (от 1,0 до 10,0 кв./км). Средних водоемов с площадью более 10 км/кв. только 4, все они принадлежат к группе Большесалымских. Самое крупное из них – озеро Итщитох. Большесалымская группа характеризуется наличием резко контрастных по глубине озер. Большинство озер имеет в плане округлую форму, реже вытянутую, с одним - двумя небольшими заливами. Средние и крупные озера, как правило, связаны между собой ручьями и протоками. Малые по размерам озера в большинстве своем являются бессточными.
Рис. 2.3 Гидрографическая карта [23]
2.5. Почвы
Основными процессами, под влиянием которых происходило образование почвенного покрова на территории исследования, являются подзолистый и бо-лотный (торфообразование и оглеение). В результате, на данной территории можно выделить следующие основные типы почв:
? подзолистые;
? болотно-подзолистые;
? торфяные болотные верховые.
Почвообразующие породы здесь представлены верхне – среднечетвер-тичными аллювиальными и озерно – аллювиальными отложениями.
Болотные почвы по общности режима увлажнения относятся к ряду гид-роморфных, и обладают иным типом строения профиля, так как его формирова-ние происходит в условиях близкого расположения грунтовых вод. В этом слу-чае процесс почвообразования протекает под воздействием грунтовых вод, ко-торые периодически или постоянно обогащают почвенную толщу определен-ными химическими элементами и создают специфическую геохимическую об-становку.
Глееподзолистые почвы формируются под таежными еловыми лесами
с кустарничками на породах суглинистого, реже глинистого и супесчаного ме-ханического состава. Характерными признаками этих почв являются отсутствие гумусового горизонта и поверхностное оглеение. Морфологически оно фикси-руется наличием сизоватых и грязновато-белесых тонов и большим содержани-ем мелких железисто-марганцовых конкреций в горизонтах A2gh и A2Bg, а хи-мически проявляется в повышенном содержании в этих горизонтах легкомоби-лизуемых форм железа.
На исследуемой территории глееподзолистые почвы распространены на минеральных островах среди болотных массивов плоских водоразделов.
Болотно – подзолистые почвы распространены на слабодренированных территориях, для которых характерен временный застой поверхностных вод или относительно высокий уровень залегания мягких грунтовых вод. Они форми-руются при сочетании подзолистого и болотного процессов.
На исследуемой территории болотно – подзолистые почвы распростране-ны на краевых частях плоских водораздельных депрессий.
Торфяные болотные верховые почвы формируются в условиях застойного увлажнения атмосферными водами, преимущественно на водораздельных про-странствах, в результате заболачивания суши или развития олиготрофной рас-тительности в процессе зарастания водоемов [23].
Рис. 2.4. Карта почв [23]
Условные обозначения:
- район исследований
3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Первые геолого – геофизические исследования Салымского нефтегазонос-ного района, в пределах которого расположено Соровское месторождение, от-носятся к концу 40-х годов XXв., когда было получено первое приближенное представление о глубине залегания фундамента, предприняты первые попытки локального прогноза нефтегазоносности и поиска положительных структур в благоприятных зонах для подготовки их к бурению. С середины 50-х годов началась планомерная работа по государственной геологической, геоморфоло-гической съемке масштаба 1:1000000, а на отдельных участках 1:500000 и 1:200000.
В 2008-2009 гг. на Восточно – Вуемской площади были выполнены сей-сморазведочные работы метода общей глубинной точки (МОГТ) 2D и МОГТ 3D масштаба 1:25000. Цель работ – детальное изучение геологического строения Восточно – Вуемского ЛУ, прогноз коллекторов и нефтегазоносности, выявле-ние и подготовка к поисковому бурению ловушек перспективных объектов в юрских и меловых и отложениях, оценка перспективности доюрского комплекса и зоны контакта с осадочным чехлом [23].
3.1. Стратиграфия
Геологический разрез территории Восточно – Вуемского ЛУ представлен породами мезозойско – кайнозойского осадочного чехла, залегающими на па-леозойском складчатом фундаменте. Описание и стратиграфическое расчлене-ние разреза проводится снизу верх, согласно «Унифицированной стратиграфи-ческой схемы Русской платформы», 2016 г., по материалам исследований, пред-ставленных в отчете компании ООО «СибГеоПроект», 2016 г. [23].
В геологическом строении района участвуют три структурных этажа, со-ответствующие геосинклинальному, парагеосинклинальному и платформенному этапам развития Западно – Сибирской плиты. Два первых структурных этажа, представленные породами докембрийского, нижнепалеозойского, палеозойского и частично мезозойского возрастов, являются складчатым фундаментом по от-ношению к третьему, соответствующему платформенной стадии развития. Ниже приводится описание верхов 3-го структурного яруса.
Кайнозойская эратема KZ
Палеогеновая система P
Палеогеновые отложения представлены морскими осадками палеоцена, эоцена и континентальной толщей олигоцена. Отложения палеогенового возрас-та представлены тремя отделами. В их составе выделяются талицкая, люлинвор-ская, тавдинская, атлымская, новомихайловская и туртасская свиты. Общая толщина палеогеновых пород составляет 550-650 м.
Палеоценовый отдел P1
Талицкая свита (P1tl). Свита без перерыва залегает на отложениях мела, делится на две подсвиты. Нижняя подсвита представлена глинами темно – се-рыми с коричневатым оттенком, слабо алевритовыми. Верхняя подсвита сложе-на глинами темно – серыми, с линзочками алевролитов и кварц-глауконитовых песчаников. Толщина свиты -130 м, возраст – раннепалеоценовый.
Палеоценовый и эоценовый отделы нерасчлененные P1-2
Люлинворская свита (P1-2ll). Свита разделяется на три подсвиты. Нижняя подсвита представлена опоками и опоковидными глинами светло – серыми. Средняя подсвита сложена глинами тонкоотмученными, светло – серыми и зе-леновато – серыми, с подчиненными прослоями светло – серых, глинистых диа-томитов. Верхняя подсвита сложена глинами тонкоотмученными светло – и зе-леновато – серыми, прослоями диатомовыми и опоковидными. Общая толщина свиты достигает 240 м.
Эоценовый отдел P2
Тавдинская свита (P2tv). Отложения свиты имеют повсеместное распро-странение, представлены светло – и темно – зелеными, тонкослоистыми, вязки-ми, жирными на ощупь глинами с включениями маломощных линз и прослоев алевритов. Толщина отложений составляет 220-260 м.
Олигоценовый отдел P3
Атлымская свита(P3at). Отложения свиты согласно залегают на отложе-ниях тавдинской свиты. Представлена светло – серыми кварц – полевошпато-выми песками с прослоями и линзами глин. Толщина отложений свиты – 70-100 м.
Новомихайловская свита (P3nm). Отложения свиты согласно залегают на отложениях атлымской свиты. Представлены переслаиванием песков, глин и алевритов. Толщина отложений свиты колеблется от 65 до 90м.
Туртасская свита (P3tr). Отложения свиты согласно залегают на отложе-ниях новомихайловской свиты. Представлены зеленовато – серыми и серыми глинами с тонкими прослойками алевритов. Толщина отложений изменяется от 40 до 70 м.
Четвертичная система Q
На размытой поверхности отложений палеогена и неогена со стратиграфи-ческим несогласием залегают отложения четвертичного возраста. Четвертичные образования сложены аллювиальными, озерно – аллювиальными осадками, представленными серыми суглинками, глинами, желтовато – серыми мелкозер-нистыми песками. Общая толщина отложений составляет около 50-60 м (рис. 3.1) [23].
Рис. 3.1. Геологическая карта четвертичных образований [23]
Условные обозначения:
- район Соровского месторождения
Рис. 3.2. Геологический разрез четвертичных образований [23]
Условные обозначения предоставлены на стр.22
3.2. Тектоника и магматизм
Район исследований в соответствии с «Тектонической картой фундамента территории Сибири» (под ред. В.С. Суркова, 1981 г.) расположен в пределах распространения Верхнедемьянского мегаантиклинория в зоне основания межго-рного прогиба, на территории которого располагаются разломы, разграничиваю-щие формационные зоны [10]. Возраст зон различный: в западной части участка возраст стабилизации соответствует позднегерцинской складчатости, в восточ-ной – салаирской складчатости, переработанной герцинским тектогенезом. Соот-ветственно разделяются и геосинклинальные формации: на западе – кремнисто – сланцевая, на востоке – спилито – кератофировая, кремнисто – вулканогенная (рис. 3.3).
Согласно «Тектонической карте центральной части Западно – Сибирской плиты» Соровское месторождение расположено на стыке двух структур перво-го порядка, а также двух геоблоков. Непосредственно на территории выделяют-ся Верхнесалымский мегавал и Ямской прогиб [7].
В пермо – триасе тектонические движения в целом на территории Запад-ной Сибири характеризовались общей тенденцией к воздыманию земной коры, что обуславливает повсеместные эрозионные процессы, процессы денудации.
Формирование промежуточного этажа происходило в депрессивных зо-нах. В конце триасового – начале юрского периодов был сформирован равнин-ный рельеф с выступами наиболее уплотненных пород.
