Одной из ключевых тенденций современных технологий геологоразведки является переход от дискретных измерений (в скважинах, шахтах, выработках) к непрерывному мониторингу геологических и технологических процессов эксплуатации месторождений. Контроль разработки сосредоточен на получении и корректной интерпретации информации о реальных процессах, происходящих при разработке месторождения. Это включает определение временных и пространственных аспектов, а также изучение особенностей фильтрации различных флюидов и связанных с ними физико-химических процессов в пласте и скважинах.
Процесс разработки месторождений часто отличается от проектного из-за недостаточного изучения объектов, упрощения геологического строения и схематизации процессов. Эффективность горнодобывающих предприятий во многом зависит от стабильности подземной геомеханической системы, что требует информированности о состоянии производственной среды и контроля за ее изменениями, учитывающими свойства массива и его взаимодействие с выработками.
Виды исследований, применяемых для мониторинга:
Пассивный микросейсмический мониторинг:
- наземная (заглубленная) система приёма (плотность не менее 100 высокочувствительных датчиков на 1 кв.км);
- скважинная система приёма с использованием зонда ВСП;
Активная сейсморазведка:
- 2D, 3D, 4D — МОГТ (высокоплотная);
- ВСП/НВСП;
- МОГ;
- СЛБО
Каждый проект мониторинга месторождений требует разработки и внедрения своего комплекса методик, которые обеспечивают постоянное или периодическое наблюдение за процессом эксплуатации объекта недропользования. Такие методики должны учитывать уникальные особенности каждого месторождения и предусматривать различные подходы к оценке текущей эффективности разработки и контроля за изменениями в геологических и технологических условиях в течение всего периода эксплуатации. Эффективный мониторинг помогает своевременно выявлять и решать возникающие проблемы, а также оптимизировать использование природных ресурсов.
Примеры выполненных проектов мониторинга месторождений
Комплексный подход при геофизическом мониторинге ПХГ– гарантия бережной эксплуатации уникального объекта в Арктике.
В 2020 году на Восточной Мессояхе реализован уникальный проект утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ). ПНГ, получаемый в процессе добычи нефти, проходит подготовку и транспортируется на Западно-Мессояхское месторождение (ЗМЛУ), где закачивается в неразработанные газовые пласты. Мощность этого подземного хранилища газа (ПХГ) исчисляется миллиарами кубометров ПНГ.
ПХГ является по своей сути огромным и сложным геологическим объектом с меняющимися характеристиками по простиранию пласта. Заполнение этого объекта происходит по законам природы, разобраться в которых можно только создав постоянно действующию комплексную систему мониторинга объекта дистанционными геофизическими методами.
АО «Мессояханефтегаз» внедрила программу мониторинга, реализованную специалистами компаниями «Геосейс», основанную в значительной мере на сейсмических технологиях, направленных на наблюдение за динамикой закачиваемого в пласт ПНГ по мере эксплуатации ПХГ, и на контроль за сохранностью покрышки ПХГ.
Комплекс технологий для мониторинга ПХГ.
Принятые в проектной Программе мониторинга ПХГ решения основаны на отечественном и зарубежном опыте эксплуатации ПХГ с учетом арктических условий расположения и горногеологических характеристик объекта:
- Обеспечить учет объемов закачиваемого газа по-скважинно и объекту в целом с отражением в балансе запасов и месячном эксплуатациооном рапорте.
- Контроль качества закачиваемого газа и устьевых параметров.
- Регулярное выполнение промыслово-геофизических исследования (ПГИ) (1 раз/2 года) и гидродинамические исследования (ГДИ) (1 раз/год).
- Организация наблюдательной сети скважин (5 скважин-пьезометров) с «он-лайн» замером пластового давления и температуры.
- Замер статических устьевых давлений.
- Выполнение фоновой газогеохимической съемки и геодинамический мониторинг.
- Контроль герметичности покрышки и распространения газа по пласту-коллектору с помощью комплекса сейсмических технологий, включая полигон микросейсмического мониторинга (МСМ).
- Контроль технического состояния нагнетательных и наблюдательных скважин.
Для определения оптимальной технологии постоянного площадного мониторинга ПХГ были проанализированы все применяемые дистанционные технологии, а также изучен опыт мониторинга ПХГ в России и мире. В результате всесторонней оценки возможных технологий мониторинга ПХГ, для отслеживания распространения закачиваемого газа по пласту и контроля герметичности глинистой покрышки был выбран и организован комплекс сейсмических наблюдений, включающий вертикальное скважинное профилирование в модификациях НВСП, ВСП-МОГ, профили высокоплотной сейсмики 2D, повторяемые периодически, а также полигон для постоянных микросейсмических он-лайн исследований.
На полигоне МСМ были запроектированы обязательные работы по ВСП/НВСП/МОГ в 2022 и 2023 годах, включая скважинный источник возбуждения для настройки скоростной модели. В качестве эталонного источника возбуждения сигнала в скв.22-ПО была применена шнуровая торпеда типа ТШД. Также выполнены работы по переинтерпретации выполненной ранее 3D сейсмики с учетом новой информации по специальной методике с оценкой микротрещиноватости.
Суть технологии МСМ заключается в фиксировании приповерхностными сейсмодатчиками (геофонами) волн микросейсмической эмиссии (МСЭ), возникающих в процессе эксплуатации ПХГ. Для микросейсмического полигона использовано боле 1700 датчиков (геофонов) с чувствительностью 240 Вольт/метр/секунду, помещенные в скважины, глубиной до 30 м, для минимизации поверхностных шумов.
При этом, учитывая, что регистрация МСМ осуществлялась кабельной системой, поддерживаемой внешними аккумуляторами, для повышения технологичности полигона, использовались дополнительные устройства генерации энергии. После опробования различных устройств автономной подзарядки батарей, были выбраны солнечные батареи. В результате такой модернизации смена батарей производилась втрое реже режима стандартной эксплуатации.
Солнечные батареи помогают работать в условиях экологических ограничений тундры.
Геологические результаты мониторинга ПХГ.
Результаты микросейсмического мониторинга (МСМ) отражают большинство процессов в геологической среде, включая движение закачиваемого газа, трещинообразование и др. С увеличением градиента пластового давления (∆Рпл) микросейсмическая активность растёт, а при уменьшении – снижается. При этом резкие перепады ∆Рпл (как положительные, так и отрицательные) активизируют микросейсмическую эмиссию (МСЭ, или просто микросейсмическая активность).
В процессе сейсмического мониторинга была получена информация и выполнен анализ по следующим направлениям:
- Динамика активности закачки ПХГ по месяцам и за весь период (регистрация МСЭ)
- График максимальных и средних (по всей площади) значений МСЭ за весь период наблюдений
- Определение размеров зоны начального накопления (ЗНН) при закачке газа с учетом переинтерпретации сейсмики 3Д.
- Сопоставление максимумов МСЭ по всему полигону и Зоне Начального Накопления (или любому участку полигона).
- Анализ значений МСЭ вдоль газонагнетательных скважин и результатов определения профилей приемистости по промыслово-геофизическим исследованиям (ПГИ).
- Анализ изменения акустического импеданса по результатам пяти профилей высокоплотной сейсмики 2Д в 2021 (фон) и 2023 годах.
- Корреляция повышенного роста Рпл с данными МСМ и трещиноватости, определенной по технологии СЛБО при переинтерпретации сейсмики 3D.
- Сравнение результатов МСМ с данными скважин – пьезометров.
- Комплексный анализ сейсмических данных за 3 года мониторинга.
Применение технологии МСМ позволяет анализировать динамику МСЭ на любом участке полигона за любой период времени, с учетом геологического районирования недр и технологических параметров эксплуатации ПХГ. Рассмотрены примеры разной динамики МСЭ при остановке закачки (режим тишины при плановом техобслуживании компрессора) и дифференциация показателя сейсмической эмиссии для разных геологических условий при достижении определенного роста пластового давления в зоне нагнетания газа.
Примеры карт распределения МСЭ за выбранные периоды эксплуатации ПХГ.
| Этап 524.05.2022-31.08.2022 |
| Этап 631.08.2022-31.10.2022 |
| Этап 731.10.2022-н.в. |
| Этап 524.05.2022-31.08.2022 |
| Этап 631.08.2022-31.10.2022 |
| Этап 731.10.2022-н.в. |
Интересные результаты были получены при интерпретации высокоплотной сейсмики 2D, выполненной в 2021 и 2023 годах. Система наблюдений МОГТ-2D – центрально-симметричная с переходом в начале и окончании профиля в асимметричную вплоть до фланговой. Расстояние между пунктами возбуждения (ПВ) — 20 м., Расстояние между пунктами приема (ПП) — 10 м., общая протяженность пяти профилей – более 31км.
Изменение акустического импеданса при эксплуатации ПХГ ЗМЛУ по результатам высокоразрешающей сейсмической съемки 2D в 2021 и 2023 годах.
Обработка данных 2D обоих сезонов была проведена по единому графу, качество достаточно для выполнения 4D обработки. По всем профилям для интервала закачки зафиксированы участки снижения импеданса на 20-25%, что позволяет говорить о надежном выделении сейсмического сигнала 4D, обусловленного закачкой газа в хранилище. Фиксируется динамика сигнала 4D во времени и в пространстве.
Вокруг поисково-разведочных скважин 21ПО, 22ПО, 205Р, 32ПО, 31Р, 5П динамика изменения импеданса минимальна. Причиной этого может быть фиксируемое по пьезометрам снижение пластового давления как после капитального ремонта скважин при их переводе в пъезометры, так и после отбора газа при испытании. Области с ухудшенными ФЕС в рамках одного и того же структурно-формационного объекта соответствуют участкам повышенной микросейсмической активности и пониженных значений сигнала 4D. Напротив, области с улучшенными ФЕС соответствуют участкам со сниженной микросейсмической активностью и повышенными значениями сигнала 4D. Разлом, который фиксируется по профилю 1002 между скважинами 21Р и 22ПО по данным 2D (4D) является экранирующим.
Одним из интересных и показательных примеров комплексного анализа явилась корреляция карт МСЭ, фиксируемых в интервале 100 метров вдоль стволов газонагнетательных скважин, и профилей приемистости данных скважин согласно интерпретации промыслово-геофизических исследований (ПГИ). Интервалы горизонтальных скважин с меньшей удельной приемистостью коррелируют с большей микросейсмической эмиссией и наоборот. Проницаемость участков горизонтального участка газонагнетательной скважины №1 и 3 более чем в два раза превышает показатель по интервалу №2, что прямо пропорционально профилю приемистости. При этом наблюдается значительная дифференциация МСЭ в 100 метровом «коридоре» вокруг скважины при этом в период выполнения ПГИ.
Выводы:
- Разработаны и опробованы методики полевых работ, позволяющих обеспечивать круглосуточную запись микросейсмических данных.
- Реализованный комплекс по мониторингу эксплуатации газохранилища близок к максимально возможному, с учетом арктических условий объекта и соответствует лучшей мировой практике.
- Комплексирование нескольких методов наблюдения позволяет отслеживать сохранность покрышки ПХГ и анализировать изменение направлений потока закачиваемого газа в пласте.
- Фактические результаты сейсмического мониторинга ПХГ с учетом данных НВСП и результатами переинтерпретации сейсмики 3D в комплексе с информацией от скважин-пьезометров позволяют оптимизировать гидродинамическое моделирование объекта для эффективного планирования.
Заключение
Успешный опыт создания постоянного полигона мониторинга объекта должен продолжаться и развиваться, решая поставленные перед геологами и геофизиками вызовами. Происходящая в настоящее время революция в сейсморазведке дает новые инструменты и технологии, позволяющие вести мониторинг еще эффективнее. Для повышения надежности и детальности результата мониторинга рекомендуется уплотнение сети наблюдения с учетом геометрии и размеров целевых объектов. В сложных поверхностных условиях объекта, таких как активная техногенная деятельность на месторождении и экологические ограничения тундры, рекомендуется применение бескабельной или гибридной сейсморегистрирующей системы, позволяющей дистанционно контролировать работоспособность оборудования на протяжении нескольких месяцев.
ПАК «Геотом» — отличный инструмент формирования разнообразных систем мониторинга месторождений.
МОНИТОРИНГ РУДНИКА ТПИ
Для решения задач контроля состояния массива горных пород при разработке шахтным способом объекта ТПИ сформирована система пассивного микросейсмического мониторинга объекта.
| Апертура приема, АП | |
| Общее количество ПП | 700-900 |
| Расстояние между линиями | 100 м |
| Расстояние между ПП | 50 м |
| Чувствительность сейсмоприемника | Не менее 160 В/м/сек |
| Установка сейсмоприемников | Поверхностное |
| Параметры регистрации наземной системой наблюдения | |
| Шаг дискретизации | 2 мс |
| Длина записи в пассивном режиме | 10 000 мс |
| Формат записи | SEGD |
| Фильтрация при записи | Выкл. |
| Усиление станции | Вкл. |
Комплекс методов исследования
Сейсморазведка
Активный режим. Регистрация спектра упругих волн от сейсмических источников — Технология СЛБО. Применяется для изучения открытой трещиноватости геосреды.
Пассивный режим. Микросейсмический мониторинг (МСМ) — определение динамики активности микросейсмической эмиссии, характеризующей процессы трещинообразования в геосреде: возникновение, развитие, схлопывание, рост, перераспределение трещин.
Электроразведка
Активный режим. Электрическое воздействие на горный массив с целью регистрации перераспределения откликов электро-магнитного поля характеризующих изменения латеральных и субвертикальных каналов гидропотоков.
Пассивный режим. Регистрация изменения естественного элект-рического поля связанных с проведением горных работ
Мониторинг рудника проводился с 4 февраля по 30 марта 2023 г. За это время зафиксировано около 92 тыс. микросейсмических событий различной природы: события от техногенных воздействий на породу, события во время проведения подземных взрывов и вторичная наведенная сейсмичность.
Анализ результатов показал, что большая часть событий связана с рудоспусками.
По данным МСМ во время проведения подземных взрывов в очистных выработках, распространения трещин вверх, подходящих к подошве водоносного пласта D2jk, не зафиксировано.
Выводы по сейсморазведке:
- МСМ отчетливо фиксирует техногенную активность на руднике.
- События, зафиксированные во время проведения подземных взрывов в очистных выработках, не достигают подошвы водоносного пласта D2jk.
- Во время МСМ зафиксированы события не техногенного характера:
- концентрация МС-событий над некоторыми очистными выработками, что указывает на увеличение напряженно-деформированного состояния породы, возможно вызванного просадкой толщи пород. Суммарная мощность отработанного пространства 75м.
- концентрация МС-событий в районе сходящихся разломов, возможно связана со смещением блоков по плоскости разлома, или с нарастанием напряженности массива в районе сдвигов;
- активность МС-событий в районе ствола ВС указывает на повышенное напряженно-деформированное состояние пород. На этом участке могут проходить динамичные процессы трещинообразования и деформации породы связанные с подработкой защитного целика.
- По результатам сейсмических работ СЛБО решены задачи оценки трещиноватости, НДС геосреды, активности тектонических нарушений, актуализации геодинамической обстановки, выделения ослабленных зон.
Выводы по комплексу методов:
- Анализ результатов комплекса геофизических методов позволяет с пространственной погрешностью 50м выделить зоны повышенной трещиноватости, ослабленные участки, зоны предполагаемого изменения водонасыщения.
- Выявленные аномалии (профицит) электропроводности зоны №2 в предположении является продолжением зоны дезинтеграции пород.
- Сейсмомониторинг фиксирует участки ослабленных пород трассировкой в вертикальном направлении от камеры КАМ-1 и вдоль тектонических определенных разломов и около скважинного пространства ствола ВС.
- МС-события практически достигают зоны выделенных электроаномалий, которые нужно рассматривать, как зоны потенциального риска дополнительных водопроявлений в выработки.
