База геомеханических данных и геодинамических проявлений на морских нефтегазопромыслах

УДК 622.276/279.04:622.831

БАЗА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЙ НА МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛАХ

Н.А. Калашник

Г орный институт КНЦ РАН

Аннотация

Показано, что необходимым условием решения задач геодинамической безопасности морских нефтегазопромыслов является создание информационного геомеханического обеспечения на основе баз данных. Описаны основные положения разработанной иерархически-реляционной модели и структура созданной базы данных. Приведены фрагменты информационно-логических модулей с конкретными примерами по месторождениям и авариям на морских промыслах. В результате выполненных исследований создана база геомеханических данных и геодинамических проявлений по 210 морским нефтегазопромыслам и 450 чрезвычайным ситуациям и авариям, имеющая принципиально важные особенности функционирования: данные, получаемые из многих разнопрофильных источников, интегрируются для системного анализа; в поисках общих тенденций (зависимостей) имеется возможность оперативно получать целевую информацию, охватывающую большие объемы данных; генерация отчетов (регулярных, сравнительных, суммарных) и репрезентативных выборок выполняется в автоматическом режиме; имеется возможность получения информации более высокого уровня (новых знаний) за счет автоматической обработки (поиск, сортировка, фильтрация, группировка, агрегирование, вычисления) и выявления ранее не известных зависимостей и связей данных. Ключевые слова:

морские нефтегазопромыслы, база данных, информация, геомеханика, геодинамические проявления, безопасность.

Обустройство и вовлечение в эксплуатацию морских нефтегазовых месторождений без учета геомеханических процессов приводит к формированию условий возникновения и реализации разрушающих и катастрофических явлений и, как следствие, к потерям и недоиспользованию запасов нефти, газа и газоконденсата. Об этом свидетельствует мировой опыт отработки месторождений углеводородов на шельфе Северного моря, Мексиканского залива, Японского моря, морей Атлантического океана и т.п. [1, 2]. Экономические и социально-экологические последствия чрезвычайных ситуаций и аварий на морских нефтепромыслах по регионам с максимальной их концентрацией превышают десятки миллиардов долларов США [1, 2] (рис. 1).

12000

Балтийский  Северо-Западно-европейский  Каспийский

Мексиканский залив  Северо Американский  Южно - Американский

Азиатский

Рис. 1. Объемы убытков по регионам морских нефтегазопромыслов, млн долларов США

Эффективное по экономическим показателям и безопасное извлечение углеводородов из морских месторождений диктует необходимость применения соответствующих технологий и мероприятий, основанных на фундаментальных достижениях в области геомеханики и новых знаниях о геодинамических проявлениях природно-техногенного характера.

Об актуальности решения геомеханических и геодинамических проблем, связанных с добычей, хранением и транспортировкой нефтеуглеводородов, свидетельствует не только практика разработки морских нефтегазовых месторождений, но и огромный объем научнотехнических разработок в этой области, нашедших отражение в докладах многих ученых и исследователей на международных совещаниях (GEOPETROL [3], RAO/GIS Offshore [4], EUROROCK [5] и др.). Следует отметить, что к настоящему времени получен ряд важных теоретических результатов и разработаны конкретно локализованные практические рекомендации, но главные геомеханические задачи: прогноз развития геомеханических процессов и геодинамических проявлений и профилактика их разрушительных воздействий как на само месторождение, так и на скважины, обсадные колонны, добычные модули, трубопроводы, платформы и др. остаются нерешенными и, несомненно, являются актуальными [1]. Необходимым условием решения этих геомеханических задач применительно к морским нефтегазовым месторождениям является создание соответствующего информационного обеспечения, включающего формирование баз данных и разработку геомеханической модели нефтегазопромысла [6]. В данной работе приведено описание базы геомеханических данных и геодинамических проявлений на морских нефтегазопромыслах, созданной автором в рамках общего информационного обеспечения решения задач геодинамической безопасности.

Разработка структуры и формирование базы геомеханических данных и геодинамических проявлений на морских нефтегазовых разработках базировались на следующих основных положениях:

применение иерархически-реляционной модели для взаимосвязи информации о регионах морских промыслов, углеводородном сырье, месторождениях, пространственно-геометрических и технико-экономических параметрах, геомеханических данных, геодинамических проявлениях, чрезвычайных ситуациях и авариях;

формирование информационно-логических блоков базы данных на единой программной и технической платформе;

использование автоматизированных процедур и гипертекстовых связей для интеграции, систематизации и оперативной аналитической обработки информации как из внешних, так и внутренних источников.

При этом обязательным являлось соблюдение следующих принципов:

• информационная совместимость, исключающая дублирование значительной части горногеологической и геомеханической информации;

• единое информационное поле для непрерывно продолжающегося процесса добычи углеводородного сырья;

• постоянное обновление информации о месторождении и процессах эволюции соответствующей нефтегазовой природно-технической системы в зависимости от изменяющихся пространственно-временных параметров, как природных, так и технических;

• данные рассматриваются либо как факты с соответствующими численными параметрами, либо как тексты, рисунки, диаграммы, гипертекстовые и мультимедийные приложения, которые характеризуют эти факты.

В основу созданной базы данных была положена специально разработанная для этих целей иерархически-реляционная модель (рис. 2), которая включает шесть системно взаимосвязанных информационно-логических блоков.

Блок «Регионы» содержит текстовую и картографическую информацию об основных регионах морских нефтегазопромыслов, табличную технико-экономическую и графическую пространственно-геометрическую информацию по ведущимся морским нефтегазопромыслам, процессам добычи, хранения, первичной переработке и трубопроводному транспортированию сырья. Работает в информационно-справочном и поисковом режимах.

Блок «Месторождения» содержит текстовую, табличную, графическую и картографическую информацию об основных морских и шельфовых нефтегазовых 32

месторождениях. Работает как в информационно-справочном и поисковом, так и в функционально-аналитическом режимах.

Рис. 2. Иерархически-реляционная модель базы геомеханических данных и геодинамических проявлений на морских нефтегазовых разработках

Блок «Углеводородное сырье» содержит текстовую, табличную и графическую информацию о физико-химических свойствах основных видов углеводородного сырья: нефть, нефтегаз, нефтегазоконденсат, газоконденсат, газ и т.п. Работает как в информационносправочном и поисковом, так и в экспертно-аналитическом режимах.

Блок «Геомеханика» содержит текстовую, табличную и графическую информацию и данные о геомеханических условиях и физико-механических свойствах пород коллектора и перекрывающих толщ, об их исходном напряженно-деформированном состоянии, пластовом давлении флюида и др. Работает в информационно-справочном, поисковом и функциональноаналитическом режимах.

Блок «Геодинамические проявления» содержит текстовую, табличную и графическую информацию и данные о геодинамических проявлениях и процессах техногенного деформирования, приводящим к формированию опасных природно-техногенных геологических явлений: макросейсмичность, землетрясения, оползни, проседания, одномоментные

проскальзывания/повороты геологических блоков по плоскостям тектонических разломов, образование газовых каналов, грязевых вулканов и др. Работает в информационно-справочном, поисковом и функционально-аналитическом режимах.

Блок «Чрезвычайные ситуации и аварии» содержит текстовую, табличную и графическую информацию и данные о чрезвычайных ситуациях и авариях, произошедших на морских нефтегазопромыслах. Работает в информационно-справочном и экспертном режимах.

Главная кнопочная форма созданной автоматизированной базы геомеханических данных и геодинамических проявлений на морских нефтегазовых разработках приведена на рис. 3. Гипертекстовый переход на функциональные модули в дальнейшем осуществляется в соответствии с иерархически-реляционной моделью (см. рис. 1).

На рис. 4 приведены модули, характеризующие внутреннюю структуру базы данных в соответствии с информационно-логическими блоками «Геомеханика» и «Геодинамические проявления».

Рис. 3. Главная кнопочная форма базы данных «Морские нефтегазовые разработки»

Рис. 4. Модули «Геомеханика» и «Геодинамические проявления» базы данных

На рис. 5 показан фрагмент базы данных, иллюстрирующий информационное наполнение на примере произошедшей в Мексиканском заливе аварии на платформе DEEPWATER HORIZON.

В результате выполненных исследований создана база геомеханических данных и геодинамических проявлений по 210 морским нефтегазопромыслам, 450 чрезвычайным ситуациям и авариям, имеющая принципиально важные особенности функционирования: данные, получаемые из многих разнопрофильных источников, интегрируются для системного анализа; в поисках общих тенденций (зависимостей) имеется возможность оперативно получать

целевую информацию, охватывающую большие объемы данных; генерация отчетов (регулярных, сравнительных, суммарных) и репрезентативных выборок выполняется в автоматическом режиме; имеется возможность получения информации более высокого уровня (новых знаний) за счет автоматической обработки (поиск, сортировка, фильтрация, группировка, агрегирование, вычисления) и выявления ранее неизвестных зависимостей и связей данных. База данных может быть полезна специалистам, аспирантам и студентам в области нефтегазового дела как в части информационного наполнения, так и с точки зрения применения автоматических процедур обработки и агрегирования данных.

Рис. 5. Фрагмент модуля «Чрезвычайные ситуации и аварии» базы данных ЛИТЕРАТУРА

1. Мельников Н.Н. Шельфовые нефтегазовые разработки: геомеханические аспекты / Н.Н. Мельников, А.И. Калашник. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2009. 140 с. 2. Кайзер Марк Дж. Риски и потери при морской добыче / Марк Дж. Кайзер, Алан Г. Пулцифер // Oil &Gas Journal. 2007. № 6. С. 96-105. 3. New Methods and Technology in Development and Production of Oil and Gas-Onshore and Offshore: Miedzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna / GEOpETROL 2010. Krakow, 2010. 4. International Conference and Exhibition for Oil and Gas Resources Development of the Russian Arctic and CIS Continental Shelf (RAO/CIS Offshore 2009). 2009. 5. Eurorock'98, SPE/ISRM Rock Mechanics in Petroleum Engineering. The Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norwey, 1998. 6. Калашник А.И. Геоинформационное обеспечение освоения шельфовых нефтегазовых месторождений Баренц-региона / А.И. Калашник, Н.А. Калашник // Геоинформатика. 2007. № 4. С. 12-16.

Сведения об авторе

Калашник Надежда Анатольевна - научный сотрудник; e-mail: nadezhda-kalashnik28@rambler.ru