Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка программно-технических решений в области мониторинга и управления сейсмическими рисками природного и техногенного характеров при промышленном освоении шельфовых нефтегазовых месторождений

Докладчик: Коновалов Алексей Валерьевич

Должность: руководитель (заведующий, начальник) лаборатории

Цель проекта:
Формулировка цели проекта: Разработка эффективных технологий комплексного наземного и морского мониторинга и прогнозирования опасных геодинамических процессов природного и техногенного характера при промышленном освоении шельфовых нефтегазовых месторождений (извлечении углеводородного сырья, утилизации промысловых сточных вод, инициации гидравлических разрывов пластов). Формулировка научно-технических задач: 1. Разработка комплексной автоматизированной системы мониторинга за естественной и техногенной сейсмичностью. 2. Получение представительного уникального каталога землетрясений (магнитуда M ≥ 1) в зоне промышленного освоения нефтегазовых месторождений. 3. Оценка влияния жидкости на поведение геосреды в окрестностях близких активных тектонических нарушений. 4. Разработка методов краткосрочного прогноза времени возникновения сильных землетрясений и наиболее вероятных параметров сильных движений.

Основные планируемые результаты проекта:
Перечень научно-технических результатов получаемых при выполнении ПНИ:
1. Научно-методические рекомендации по разработке и эксплуатации комплексной автоматизированной системы мониторинга за естественной и техногенной сейсмичностью и геодеформационного мониторинга в неоптимальных условиях наблюдения, в частности:
инженерно-геологические требования к пунктам размещения станций сети наблюдений;
инженерно-технические рекомендации по установке сейсмических и GPS/ГЛОНАСС станций и созданию систем цифровой телеметрии, соблюдение которых обеспечит высокую надежность работы измерительной аппаратуры и каналов связи;
рекомендации по выбору регистрирующей и передающей аппаратуры, на основе опыта эксплуатации современных иностранных и отечественных образцов в сложных условиях, близких к арктическим (при значительных суточных/сезонных перепадов температуры и влажности, перебоях с электропитанием, ненадежных каналах связи).
Рекомендации будут подготовлены в виде нормативной и методической документации, в частности, в виде подробных инструкций по выбору пунктов размещения сейсмических станций, выполнению инженерно-геологических изысканий в пунктах предполагаемого размещения, исследованию фоновой обстановки и оценке регистрационных возможностей станций. Также будут подготовлены готовые инженерно-технические решения по конструкциям сейсмических павильонов и бункеров, схем монтажа электрооборудования. Предполагается подготовка списка рекомендуемой измерительной аппаратуры с учётом возможностей отечественных производителей.
Научно-методические рекомендации будут разработаны в процессе развертывания и настройки локальной сейсмической сети из пяти и более станций в районе промышленной разработки наземных и шельфовых нефтегазовых месторождений.
2. Защищаемая авторским правом архитектура комплексной автоматизированной системы мониторинга за естественной и техногенной сейсмичностью, состоящая из программных модулей автоматизированных подсистем сбора, передачи, хранения и обработки (в том числе, автоматической классификации с учётом результатов машинного обучения) потока данных сейсмологических наблюдений (в режиме реального времени), разработанных на базе свободно распространяемых программных технологий с открытым исходным кодом. Применение данных программных модулей в сочетании с рекомендуемыми комплектами измерительного и передающего оборудования обеспечит наиболее высокую сохранность, безопасность и представительность эмпирических данных, что позволит с максимальной эффективностью выполнять этапы исследования особенностей общей (естественной) и наведенной сейсмичности, и моделирования поведения геосреды вблизи тектонических нарушений под влиянием жидкости.
Разработанная архитектура комплексной автоматизированной системы мониторинга и ее программных модулей будет пригодна для внедрения в инженерно-техническую практику промышленного освоения любых месторождений углеводородов.
3. Защищаемые авторским правом программные модули или алгоритмы, запускаемые в коммерческих или свободно распространяемых программных средах, и методические рекомендации для математического моделирования сейсмической активизации при перемещении (отборе и нагнетании) жидкости в геосреде, в том числе при закачке под высоким давлением в проницаемые пласты вблизи известных тектонических нарушений.
Защищаемые авторским правом программные модули или алгоритмы, запускаемые в коммерческих или свободно распространяемых программных средах и методические рекомендации, для моделирования изменения флюидодинамического режима геосреды при активизации и/или изменении режима наведенной сейсмичности.
4. Защищаемые авторским правом программные модули или алгоритмы, запускаемые в коммерческих или свободно распространяемых программных средах, и методические рекомендации для расчетов прогноза сильных движений в зоне мониторинга при возникновении наведенной сейсмичности.

Научная новизна:
1. В настоящее время в отечественной практике отсутствует опыт разработки комплексной автоматизированной системы мониторинга за естественной и техногенной сейсмичностью, поэтому при выполнении данной задачи будут получены уникальные методические рекомендации и инженерно-технические решения.
2. Общепринятая линейная модель пороупругости геосреды не учитывает наличие перехода от хрупкого разрушения к распределенному течению при изменении сжимающего давления и влияния перемещения жидкости на данный переход. С ограниченным успехом линейная модель применялась для изучения активизации наведенной сейсмичности при добыче углеводородов [Baranova et al., 1999]. Оценки, связанные с перемещением жидкости в недрах, предполагают использование нелинейных моделей сплошной среды. В настоящее время в ряде работ иностранными специалистами успешно была использована модель, разработанная [Hamiel et al., 2004; Lyakhovsky, Hamiel, 2006; Lyakhovsky et al., 2011; Shalev, Lyakhovsky, 2013]. Данная модель дает основу для эффективного моделирования перехода от хрупкого разрушения до распределенного течения в породах с высокой пористостью и совместной эволюции разрывов и перемещения жидкости в рамках инженерно-геологической задачи по исследованию активизации наведенной сейсмичности. Предполагается, что в основу работ по проекту будет положена данная модель, уточняемая с учетом выявленных региональных геологических и гидрогеологических особенностей.
3. Решение задачи прогнозирования времени возникновения сильных землетрясений возможно путем математического моделирования последовательностей слабых землетрясений по методу саморазвивающихся процессов [Малышев, Тихонов, 1991, 2007]. Данный подход позволяет делать краткосрочные оценки времени возникновения сильных толчков на основе построения математических моделей зависимостей типа «параметр сейсмического процесса – время» по потоку слабых землетрясений. Для решения второй задачи – прогноза сильных движений – будет использована модель ETAS (Space-Time Epidemic-type Aftershock Sequence), разработанная [Ogata, Zhuang, 2006]. Данная модель основана на статистических законах сейсмологии, а именно: на известном магнитудном распределении фоновой сейсмичности (закон Гутенберга-Рихтера); на временном распределении афтершоков (законе Омори) и на пространственном распределении афтершоков в недрах.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Ожидаемые результаты работ по ПНИ предназначены для коммерческих организаций, в том числе иностранных, занятых разработкой и эксплуатацией месторождения углеводородов. Результаты работ призваны существенно уменьшить промышленные и экологические риски при эксплуатации шельфовых месторождений (в том числе арктических), повысить эффективность добычи углеводородов при использовании метода гидроразрыва слабопроницаемых продуктивных пластов с точек зрения уменьшения промышленных издержек и интенсификации отбора сырья. Единовременное внедрение компьютерных моделей геосреды с учетом влияния перемещения жидкости и метода гидроразрыва слабопроницаемых пластов коллектора, способно существенно повысить эффективность нефте- и газодобычи на скважинах с низким дебитом.
Кроме того, результаты применимы для повышения энергоэффективности геотермальных источников энергии, с помощью прогнозируемого изменения флюидодинамического режима в призабойных зонах истощающихся скважин с большими сроками эксплуатации.
Результаты работ могут быть привлечены для получения прогнозных оценок естественной сейсмичности.

Предусмотрена коммерциализация результатов: полученные в рамках реализации проекта результаты будут защищены авторскими правами путем получения свидетельств Роспатента о регистрации программ для ЭВМ с последующей постановкой на бухгалтерский учет. Полученные служебные секреты производства (ноу-хау) в качестве нематериального актива будут обеспечены охраной в режиме коммерческой тайны в соответствии с Федеральным законом «О коммерческой тайне» (№ 19-ФЗ от 29.07. 2004 г.). Доведение продукции до потребителей в первую очередь планируется путем использования наработанных контактов и взаимодействий с отечественными и зарубежными промышленными организациями и компаниями-операторами шельфовых проектов о. Сахалин. Кроме того, планируется использование рекламных средств, в том числе печатных и электронных средств массовой информации, например выпуск рекламных буклетов и создание информационного Интернет-сайта. Планируется взаимодействие с Правительством Сахалинской области и соответствующими министерствами, заинтересованными в развитии горнодобывающей и строительной отраслей в Сахалинской области (и Российской Федерации в целом) с помощью участия в специализированных мероприятиях посвященных соответствующим технологиям добычи и строительства с соблюдением современных требований в части охраны окружающей среды. Индустриальный партнер ООО «ГЕОФИЗТЕХ» совместно с ФГБУН ИМГиГ ДВО РАН планируют проведение специализированных научных конференций по заявленной тематике с привлечением возможных потребителей результатов исследований.

Текущие результаты проекта:
Разработана ГИС-система, включающая алгоритмы сбора, хранения и автоматической обработки данных сейсмологических инструментальных измерений, а также веб-интерфейс с визуализацией результатов обработки на оцифрованной карте о. Сахалин, таких как координаты и глубина очага землетрясения, его локальная магнитуда, и расчётная интенсивность в баллах шкалы MSK-64 в населённых пунктах о. Сахалин.