4.6.2. Нефтегазодобыча

Нефтегазодобывающее производство способно оказывать мощное антропогенное воздействие на окружающую среду на дневной поверхности, а также вызывать глубокое преобразование земной коры. Случается, что геологические предприятия оставляют после бурения не заглушенные скважины, на устьях которых образуются кратеры. Многие из учтенных по­чти 3600 скважин фонтанируют, затапливая местность, а изливающаяся из оголовка скважины вода в ряде случаев содержит нефть. Нефтяники оставляют в земных недрах тысячи тонн металла в виде не извлекаемых обсадных труб.

Интенсивный отбор флюидов приводит к значительному снижению пластового давления. При этом нагрузка от веса вышележащих пород повышает напряжения в породном скелете пласта. В результате развиваются процессы с возникновением воронок оседания и сейсмических событий. Особенно часто эти процессы наблюдаются в старых нефтедобывающих районах. Например, землетрясения интенсивностью 7 баллов как результат интенсивного отбора нефти на Старогрозненском месторождении (Россия) ощущались в 1971 г. На старых месторождениях в пригородах Баку происходит оседание по­верхности, что является причиной смятия и поломки обсадных труб нефтяных скважин.

Явления механического разрушения пластов наблюдают­ся при фонтанировании нефтяных скважин. Так вынос песка из скважины Балаханского промысла (Азербайджан) за полгода составил 1540 м³, а из другой скважины вместе с фонта­ном за сутки было выброшено 3800 м³ песка. Известны случаи мощных подвижек верхней части земной коры, спровоциро­ванные интенсивной эксплуатацией нефтяных и газовых ме­сторождений. В нефтегазоносном районе Лонг-Бич (США) оседание поверхности за 30 лет эксплуатации месторождения достигло 7,6 м.

Флюиды, как наиболее подвижная компонента литосферы, чутко реагирует на движение земной коры и изменение напря­женно-деформированного состояния (НДС) недр. Например, на месторождениях Терско-Каспийского прогиба (Россия) макси­мальная добыча нефти совпала по времени с состоянием, ког­да весь Кавказский регион испытывал усилия сжатия со сто­роны Аравийской плиты. Синхронность между максимумом добычи и состоянием сжатия земной коры наблюдалась на всех промыслах Кавказско-Каспийского региона в период 1946—1984 гг. После наблюдавшегося снятия в 1978 г. текто­нического напряжения с горных пород пластовое давление в нефтегазовых залежах упало на 25 МПа, в результате чего про­изошел резкий спад добычи нефти по всем нефтегазовым объе­динениям Каспийского региона.

Совместный анализ геодезической и промысловой инфор­мации показал, что в пределах участков поднятий поверхнос­ти до 32 мм (состояние тектонического сжатия) добыча нефти имела тенденцию к увеличению. В пределах оседающих до 16 мм участков (ослабление усилий сжатия или состояние растяже­ния) наблюдалось резкое снижение добычи нефти. Механизм влияния современного напряженного состояния земных недр на флюидный режим залежей можно сравнить с механизмом отжимания наполненной водой губки. При оказании на нее внешнего давления (сжатии) из губки выжимается вода, а при отсутствии давления губка способна впитать большой объем воды. При планировании закачки жидкости в пласт необхо­димо учитывать пространственно-временные особенности динамики тектонического давления.

Разработка месторождений в ряде случаев провоцирует техногенные землетрясения. При интенсивном отборе флюидов, а также при интенсивной закачке в пласт жидкости могут возникать сейсмические события.

Таблица 4.8. Параметры типичных техногенных землетрясений на нефтегазовых месторождениях

Название месторождения	Год начала разработки, год начала регистрации сейсмичности	Глубина Разрабатывае-мой залежи, м	Глубина очага землетрясе-ния, м	Магнитуда (число землетрясений)
Газовое месторождение Лак (Франция)	1957; 1969	3500…4500	2500…3500	4,2 (около 1000 за 10 лет)
Нефтяное месторождение Gobies (Канада)	1960; 1979	880	900	3,5 (480 за 5 лет)
Нефтяное месторождение Cogdel (США)	1949; 1974	2100	1900…2100	4,7 (20 за 11 лет)
Нефтяное месторождение Wilmington (США)	1926; 1947	760…1830	500	3,9
Нефтяное месторождение Долина (Украина)	1950;1976	2500	2500…3000	6,0 (более100 в 1976 г.)

Техногенные сейсмособытия с очагами в продуктивной толще характеризуются магнитудой до 3,5, ас очагами выше или ниже пласта — до 4,5. На Старогрозненском месторождении в 1971 г. произошло землетрясение в 7 баллов с глубиной очага в 2,5 км в присводовой части залежи. Через несколько часов повторное землетрясение в 5 баллов было зарегистрировано на глубине 5 км. На территории Ромашкинского месторождения в 1986 г. зарегистрировано 15 землетрясений с глубиной очага до 10 км и силой в эпицентре в 5…6 баллов.

Примеры типичных техногенных землетрясений, произошедших на нефтегазовых месторождениях, приведены в табл. 4.8.

Проседание пластов и техногенные землетрясения ухудшают, а порой приводят в негодность нефтяные и газовые скважины. Положение очагов индуцированных землетрясений определяется разломами, которые предрасположены к сдвиговым деформациям. Спустя 15…20 лет после начала разработки месторождения часто происходит поверхностное разло-мообразование, которое особенно разрушительно по отношению к объектам обустройства нефтегазовых промыслов. При этом поверхностные трещины проникают на глубину до нескольких сот метров, а протяженность поверхностных разрывов порой составляет десятки километров.

Основным методом интенсификации добычи нефти является заводнение пластов. Закачка поверхностных, сточных вод, пластовых вод и внутрипластовое горение осуществляются для поддержания пластового давления. Для обработки призабойных зон используется закачка пара, кислот, щелочей, полимерных растворов, углекислого газа, поверхностно-активных веществ. Эти процедуры приводят к существенному изменению физико-химической обстановки в пластах горных пород.

Интенсивные оседания земной поверхности наблюдаются на десятках разрабатываемых месторождений. На многих из них осадки поверхности составляют несколько метров. Дно Северного моря над месторождением Экофиск (Норвегия) просело настолько, что высота верхних строений эксплуатационных платформ над уровнем моря снизилась до критической. Признаки оседания проявились также в форме разрушения обсадных колонн нескольких эксплуатационных скважин. На нефтяных месторождениях в районе озера Маракаибо (Венесуэла) опускание поверхности достигло 4 м и сопровождалось образованием системы трещин на земле шириной в десятки сантиметров и глубиной в несколько метров.

Исследования показывают, что осадка земной поверхности может превышать величину осадки продуктивного пласта за счет вовлечения в процесс сжатия соседних пород. Оседание может усилиться за счет эмиграции флюидов из смежных пластов-неколлекторов. Максимальные проседания происходят над участками залежи с высокими коллекторскими свойствами и наибольшими коэффициентами извлечения нефти. При этом случаются существенные горизонтальные смещения почвы, приводящие к деформациям инженерных сооружений.

Активизация глубинных и поверхностных разломов, осадки и горизонтальные сдвиги, массовые локализованные сейсмо- проявления и аварии на нефтепромысловых объектах прямо или косвенно связаны с изменением напряженно-деформированного состояния земной коры, вызванным как глобальными процессами, так и разработкой месторождений. С этой точки зрения разработку крупных нефтегазовых месторождений следует проводить с максимальной осторожностью. Делать это можно только после оценки экологического и технического риска с учетом возможных последствий для размещенных в регионе промышленных объектов и населенных пунктов.