Анализ использования глобальных навигационных спутниковых систем при разработке месторождений углеводородного сырья

В статье описывается анализ современных средств, способов мониторинга и совершен­ствование методики маркшейдерско-геодезических наблюдений за оседанием земной поверхности при освоении месторождений углеводородного сырья.

Для эффективной и безопасной разработки нефтегазовых месторождений необходимо ис­следовать воздействие природных и техноген­ных факторов на развитие деформационных процессов, что позволит оценить возможности регулирования их влияния на породный массив, земную поверхность и инженерные сооружения. Одной из актуальных проблем при интенсивном ведении добычи полезных ископаемых, особен­но в сейсмоактивных регионах, является изуче­ние техногенных движений земной поверхности на основе мониторинга деформаций земной по­верхности, обработки и анализа поступающей информации.

Разнообразные условия залегания нефтяных пластов, их размеры и формы, а также техноло­гические особенности ведения добычных работ требуют индивидуальных, технических реше­ний разработки месторождений с учетом охраны недр, окружающей среды и промышленной без­опасности. Все эти вопросы регламентируются законами РК «О недрах и недропользовании», «О нефти», «Об охране окружающей природной среды», где на нефтегазодобывающие предпри­ятия возложено проведение мониторинга за со­стоянием массива подрабатываемых объектов и инженерных коммуникаций для обеспечения нормальной работы предприятия.

Поэтому совершенствование методики марк-шейдерско-геодезических наблюдений за оседа­нием земной поверхности и прогнозирования их параметров при ведении мониторинга является одним из основополагающих факторов повы­шения безопасности и эффективности освоения месторождения углеводородного сырья.

Маркшейдерско-геодезические инструмен­тальные наблюдения являются основным сред­ством получения информации о состоянии мас­сива разрабатываемого месторождения. Они по­зволяют:

  1. -    своевременно определять величину смеще­ния, скорость развития процесса деформирова­ния и тип деформаций;

  2. -    определять критические величины дефор­маций, предшевствующих началу активной ста­дии деформирования, и осуществлять контроль за состоянием массива на деформирующихся участках;

  3. -    установить зависимость смещений земной поверхности от стадии разработки, осуществляе­мой на данный момент.

При решении геодезических задач, при раз­работке месторождений полезных ископаемых, желательно иметь достаточные результаты за минимальное время проведения работ. В этой связи представляется необходимым оговорить минимальные сроки и методы съемки. При этом отметим, что процесс оседания, происходящий в результате добычи флюидов, зависит не от вре­мени, а от падения пластового давления. Пласто­вое же давление зависит от интенсивности от­качки и от возможности пополнения подземного бассейна за счет фильтрации поверхностных вод или других источников питания. Следовательно, частота наблюдений на полигонах зависит от ин­тенсивности отбора и нагнетения в пласт флюи­дов [1].

В настоящее время представляется необхо­димым выполнение комплексного (подземно-на-земно-аэрокосмического) наблюдения. Техноло­гической базой проведения такого наблюдения является полноценное использование возможно­стей современных аэро- и космических техноло­гий в сочетании с традиционными маркшейдер-ско-геодезическими методами работ.

Выбор метода долговременных маркшейдер­ских наблюдений обусловлен, прежде всего, за­данной точностью определения смещения репе­ров полигона. Ниже рассмотрены различные ме­тоды наблюдений, применяющиеся в настоящее время на геодинамических полигонах.

Аэрофотограмметрический метод. Вели­чины смещения реперов земной поверхности получают как разности их координат из последу­ющей и предыдущих съемок. Координаты точек определяют аналитической пространственной фототриангуляцией. Параметры аэрофотосъем­ки (высоту фотографирования, фокусное рас­стояние фотокамеры, величины профильного и поперечного перекрытий), а также схему распо­ложения опорных пунктов выбирают, руковод­ствуясь точностью определения деформаций и возможностью алгоритма аналитической обра­ботки снимков.

Метод спутниковой геодезии. Среди совре­менных методов наиболее эффективным являет­ся технология спутниковой системы с определе­нием приращений координат между опорными и рабочими реперами с точностью до 1+2 см. Тех­нологические возможности геодезических си­стем позволяют определять положение пункта, оборудованного приемником спутниковых сиг­налов с достаточно высокой точностью. Коорди­наты каждого спутника геодезической системы известны. В результате в околоземном простран­стве создается динамическая сеть точек спутни­ков с известными координатами.

Для достижения точности маркшейдерско-геодезических измерений рекомендуется фик­сировать не абсолютные координаты пункта, оборудованного приемником, а приращение пространственных координат между двумя син-хронноработающими приемниками (рисунок). Для этого необходимо, чтобы оба премника одно­временно принимали сигналы не менее четырех одних и тех же спутников, зарегистрированных на станциях, а сигналы передаются в компьютер для совместной обработки, в результате которой вычисляются приращения координат между ре­перами [2].

В связи с этим совершенствование спосо­бов инструментальных наблюдений на осно­ве использования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) является более эф­фективным способом контроля. Использование спутниковых систем помогает выявить дефор­мации в любое время суток, при любой погоде и при отсутствии прямой оптической видимо­сти между реперами со среднеквадратической ошибкой измерений без металлического диска, м (X=0,0034; Y=0,0026; Z=0,0068) [3].

Согласно усовершенствованной методике проведения инструментальных ГНСС, учиты­вается влияние ионосферы и тропосферы на точность измерений. Погрешность электромаг­нитного сигнала определяется по коду (пф) и не­сущей фазе (пр) по формулам, разработанным Э.Л. Акимом, Д.А. Тучиным:

 

где а - константа, равная 40,28 Гц2хм; Ne - кон­центрация электронов, 1/м2; f - частота электро­магнитного сигнала, Гц [4].

При наблюдении за оседанием земной по­верхности с использованием ГНСС необходимо учитывать величину наименьшего просвета и потери за «многолучевость» спутникового сиг­нала. Электромагнитный сигнал от спутника достигает антенны приемника через отражения от близко расположенных предметов, сооруже­ний, подстилающей поверхности, транспорт­ных средств и других объектов. Спутниковый сигнал, отраженный от поверхности, проходит дополнительный путь, тем самым увеличивая погрешность измерения. Для отсечения отра­женных сигналов необходимо использовать ме­таллический диск в связи с тем, что применение металлического диска увеличивает точность из­мерения в плане на 20%. И среднеквадратическая ошибка измерений   равна, м (X=0,0022;Y=0,0013; Z=0,0046).

Схема проведения наблюдений с использованием ГНСС

При сравнительном анализе традиционных геодезических методов и ГНСС было доказано, что все методы удовлетворяют требованиям ин­струкции по производству геодезических работ, но ГНСС в 1.5 раза точнее при определении ко­ординат пунктов, так как допустимая ошибка при тригонометрическом нивелировании равна 6,4 мм, а ошибка измерения при использовании ГНСС равна 3,8 мм, и менее трудоемки. Поэтому использование ГНСС является более эффектив­ным методом при мониторинге деформаций зем­ной поверхности при разработке месторождений углеводородного сырья.

 

Литература 

1 Жардаев М.К., Нурпеисова М.Б. Организа­ция геодезических наблюдений за охраной зем­ной поверхности // Комплексное использование минерального сырья. - 2004. - №5. - С. 21-26.

2   Бузиков Б. И., Гаврилова О.В. Технологи­ческие возможности спутниковых геодезиче­ских систем // Маркшейдерский вестник. - 1999.-    №3. - С. 109-112.

3   Мозер Д. В. Совершенствование методи­ки маркшейдерских наблюдений за состояни­ем карьерных откосов с применением глобаль­ных спутниковых систем: автореферат диссер­тации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Караганда: КарГТУ, 2010.-    C.17-18.

4   Калабай К., Остроумов В., Шануров Г. При­менение спутниковых технологий для совершен­ствования высотной основы уровенных постов Казахстана и России // Геодезия. Картография. ГИС. - 2003. - №3. - С. 35-77.

Фамилия автора: Х.М. Касымканова, Г.К. Садыкова
Год: 2012
Город: Алматы
Категория: География
Яндекс.Метрика