Маркшейдерия и недропользование

Не претендуя на четкую и исчерпывающую формулировку термина «маркшейдерское дело» (дефиниции подобного рода, кроме констатирующего аспекта, имеют еще и программный аспект и, таким образом, определение имеет существенное ориентирующее значение для развития данного элемента недропользования), учитывая дифференциацию маркшейдерских работ в зависимости от среды деятельности маркшейдера, определим, что маркшейдерское дело (маркшейдерия)¹⁾ это отрасль знаний и техники, направленная на решение установленных измерительных и геометрических задач горно- и нефтегазодобывающей, подземной строительной и геологоразведочной практики. Это современное общее понимание термина «маркшейдерское дело», являющееся, по мнению автора, логическим продолжением первого определения термину, данного Вейсбахом.

Условно маркшейдерское дело рассматривается как составная часть недропользования, учебная дисциплина, горная наука [1].

Сегодня маркшейдерская служба занимает особое место в системе управления добывающих предприятий и организаций и в пределах своей компетенции обеспечивает эффективное и безопасное ведение работ на объектах недропользования – при эксплуатации месторождений полезных ископаемых и стадиях их освоения, тогда как, например, согласно «Основных правил по маркшейдерскому делу и маркшейдерскому контролю» (1929), деятельность маркшейдера сводилась к производству горных отводов (выноске границ «в натуру»), составлению планов горных отводов, съемке на поверхности (триангуляция и т.д.), съемке подземных выработок и нивелировке.

Производство маркшейдерских наблюдений, ведение маркшейдерской документации при недропользовании предусмотрено действующим законодательством о недрах.

Развитие маркшейдерского дела в науке и практике первоначально было тесно связано с подземными разработками «твердых» полезных ископаемых. В XX веке определяющим для него стали также другие типы полезных ископаемых. Не стала исключением и добыча углеводородного сырья.

Первая в России скважина, из которой был получен фонтан нефти, пробурена механизированным способом в 1864 году в долине Кудако вблизи г. Анапа (Предкавказская нефтегазоносная субпровинция). В 1893 году первая нефть получена на Старогрозненском месторождении, в 1901 го4 ду – в Дагестане. Единственное разрабатываемое шахтным способом месторождение нефти – Ярегское эксплуатируется с 1933 года [2].

Рис. 1.
Типы разрабатываемых месторождений по фазовому состоянию углеводородного сырья

На рис.1 представлены типы разрабатываемых и подготовленных к промышленному освоению месторождений углеводородного сырья в России²⁾ (всего на государственном учете более 3000 месторождений углеводородного сырья).

Из рисунка видно, что основным типом разрабатываемых месторождений углеводородного сырья являются нефтяные, затем идут нефтегазоконденсатные и газонефтяные.

Вместе с этим, по справочным данным, самыми крупными месторождениями (по сумме текущих извлекаемых запасов) являются газосодержащие (рис.2).

Рис. 2.
Соотношение месторождений углеводородного сырья по крупности (месторождения с запасами нефти от 200 млн. т и газа от 200 млрд. м³)

Фактически, до настоящего времени, под маркшейдерским обеспечением добычи углеводородного сырья понималась маркшейдерская геометрическая основа и документация, используемые для решения инженерных задач на промыслах и для выполнения оперативных требований производимых добычных и геологоразведочных работ.

До 1935 года маркшейдерская служба в нефтегазодобывающей промышленности строилась по типу маркшейдерских отделов предприятий по добыче угля и решала аналогичные задачи.

«Основная задача нефтяного маркшейдера – определение координат устьев скважин на поверхности… На нефтяных промыслах задачи по определению падения и простирания пластов, данных о водоносных горизонтах, о выработанных пространствах возложены на нефтяных геологов … На нефтяных промыслах работы маркшейдеров являются прежде всего точными геодезическими работами на поверхности» [1].

Например, в 1925 году, в нефтетрестах Азнефть, Грознефть, Кубчернефть и Эмбанефть маркшейдерские работы были связаны с восстановлением триангуляционной и тригонометрической сетей, производством отводов, обновлением маркшейдерских планов промыслов и разрезов буровых скважин [2].

В 1927 году отмечалось, что «современное состояние маркшейдерского дела на наших нефтяных промыслах говорит за то, что одна из важнейших отраслей нефтяного дела как будто забыта…», «предприятие … часто недоумевает по поводу роли маркшейдеров на производстве. Это недоумение доходит иногда даже до отрицания необходимости маркшейдерских работ» [2]. Действующая в рассматриваемый период времени «Инструкция для производства маркшейдерских работ в горных округах» (1922 год) не учитывала специфику работ на нефтяных промыслах. «В настоящем виде инструкция, претендуя на всесторонний охват работы, устанавливает не только требования точности, но и в категорической форме указывает способы достижения этой точности, связывая инициативу маркшейдера и не давая взамен указаний достаточно подробных для всех случаев практики» [2].

В резолюции Всесоюзной маркшейдерской конференции, проведенной в Москве в 1929 году, отмечалась необходимость: «… установить особые, отличные от рудничных, условные обозначения для планов нефтяных промыслов; разработать для нефтяных промыслов маркшейдерские отчетные ведомости, так как существующие составлены применительно к подземным работам …»[3]. Необходимость подготовки отдельных условных обозначений и образцов маркшейдерских планов для нефтегазодобывающих предприятий поднималась и в дальнейшем [4].

Изданный позднее циркуляр Горного Отдела ВСНХ СССР установил перечень маркшейдерской документации, которая должна была вестись на нефтяных промыслах.

Из-за неправильной организации своей деятельности маркшейдерская служба на нефтепромыслах к концу 30-х годов занималась только производством топогеодезических работ, вследствие чего ее функции и были переданы топогеодезическим отрядам.

За рубежом, в начале XX века, основными вопросами в области маркшейдерско-геодезического обеспечения нефтегазодобычи являлась съемка (контроль проводки) скважин [5].

Ликвидация маркшейдерской службы в конце 30-х годов в нефтегазодобывающей промышленности совпала с периодом формирования научных основ разработки и разведки нефтяных и газовых месторождений и с периодом создания основ современной горной геометрии [3].

В 40-50-х годах прошлого века маркшейдерские работы выполнялись рядом служб — геологической, геодезической, геофизической, эксплуатации и бурения. В связи с тем, что многие измерительные работы выполняли представители других служб, не обеспечивались единство и достоверность выполненных измерений. Иногда создавалось ошибочное представление о предмете измерений: глубине скважин, геометрических параметров коллекторов при подсчете запасов и в дальнейшем при разработке месторождений.

Исследование вопросов точности геодезических и маркшейдерских измерений, выполняемых при эксплуатации нефтегазопромыслов, началось в начале 50-х годов. В 1952 году Главное управление государственного горного надзора при Совете Министров СССР выпустило «Инструкцию о порядке производства топографо-геодезических работ при структурно-геологической съемке и бурении на нефть и газ», в которой вопросы маркшейдерских измерений в стволах скважин отражения не нашли. Развитие техники промысловой геофизики того времени позволило разработать методы и приборы для определения глубин, а также планового и высотного положения точек стволов скважин.

В 1953 году во Всесоюзном нефтегазовом научно-исследовательском институте (ВНИИ) создается лаборатория маркшейдерии и картографии, которая в 1958 году была реорганизована в группу. Руководил лабораторией кандидат геолого-минералогических наук Е.Ф. Фролов. Задачи лаборатории – проведение исследований в области горной геометрии и маркшейдерии для снижения технологических рисков в практике разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений. Отметим, что наибольшее количество работ ВНИИ в области маркшейдерского дела посвящено вопросам оценки точности подсчета запасов. Специалистами группы маркшейдерии разработана методика подсчета погрешностей при производстве измерений в скважинах.

По отдельным вопросам маркшейдерского дела проводятся исследования в ГрозНИИ, Гипровостокнефть, УфНИИ, ВНИИгаз и др. Например, в Уфимском нефтяном институте в 60-е годы было разработано устройство, позволяющее определять плановое и высотное положение заглубленных в грунт подводных трубопроводов без их вскрытия.

В этот период ставится вопрос о восстановлении маркшейдерской службы на предприятиях нефтедобывающей промышленности. В 1958 году выходит первая отраслевая «Техническая инструкция по топографо-геодезическим и маркшейдерским работам при поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений» (составлена лабораторией маркшейдерии ВНИИ).

По проблемам маркшейдерского дела в нефтегазодобывающей промышленности начинают проводиться конференции, симпозиумы, совещания и другие формы общения (Ленинград, 1956; Уфа, 1962; Пермь, 1963; Пятигорск, 1965; Баку, 1966 и др.). Вопросы состояния маркшейдерского дела в нефтегазодобывающей промышленности начинают освещаться в журналах «Нефтяное хозяйство», «Геология нефти и газа», «Геодезия и картография».

Примечательно, что основными недостатками проведения маркшейдерских работ в нефтегазодобыващей промышленности в 60-е годы были [6]:

• несвоевременное составление и пополнение маркшейдерских планов промысловых площадей (соответственно не отражение имеющегося фонда скважин и коммуникаций);
• неудовлетворительный контроль бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин;
• отсутствие подготовки маркшейдеров для нефтегазодобывающей промышленности.

По результатам надзорной и контрольной деятельности Ростехнадзора в части маркшейдерского обеспечения пользования недрами можно говорить, что отмеченные более полувека назад недостатки маркшейдерского обеспечения нефтегазодобычи актуальны и сегодня.

В 60-е годы комплекс маркшейдерских работ в нефтегазодобывающей промышленности начинают условно разделять на маркшейдерско-геодезические и горно-геометрические (или геолого-маркшейдерские).

Выходят работы в области маркшейдерско-геодезических работ – «Оценка точности маркшейдерских измерений в скважинах при определении планового положения забоев скважин, отметок маркирующих горизонтов и интервалов перфорации»; «Допустимые отклонения забоев скважин от проектного положения»; «Номограммы для расчета ошибок определения планового положения забоя и суммарной поправки за кривизну скважины»; «Оценка точности определения пространственного положения точек оси ствола скважины»; «Рациональные методы изображения стволов скважины»; «Влияние ошибок инклинометрических замеров на точность определения интенсивности искривления ствола скважины»; «Оценка точности маркшейдерских измерений в скважинах и расчет ошибок» и др.

В области геолого-маркшейдерских работ можно выделить следующие работы: «Значение и состояние вопроса установления точности определения параметров залежей и точности подсчета запасов нефти и газа»; «Предварительная методика оценки точности подсчета запасов нефти в недрах объемным методом»; «Методика обоснования и контроля рациональных объемов бурения и исследований при разведке залежей нефти и газа»; «Точность определения протяженности трещин на фотокаротаже и ее значение при подсчете запасов»; «Значение оценки точности подсчета балансовых запасов нефти в связи с определением коэффициента конечной нефтеотдачи»; «Анализ точности определения площади нефтяной залежи»; «Методика оценки точности определения средневзвешенных по картам в изолиниях параметров залежей нефти и газа»; «Точность определения параметров залежей нефти»; «Влияние ошибок маркшейдерских измерений на точность построения структурных карт платформенных поднятий» и др.

Именно с горно-геометрическими работами связана специфика дальнейшего развития маркшейдерии в нефтегазодобывающей промышленности (использование приемов маркшейдерии при геометризации залежей), которые долгое время остаются основной работой в деятельности маркшейдера-нефтяника.

Как известно, геометризация залежей и других геологических тел сопровождает весь процесс обработки геологических материалов в ходе их исследований. Результаты построений используются при прогнозных оценках территорий, служат основой оценки запасов полезных ископаемых, обусловливают оптимальное размещение эксплуатационных скважин, способствуют повышению эффективности разработки месторождений [10].

В начале XX века подсчет запасов нефти проводился преимущественно статистическим методом. Работы А.М. Коншина послужили началом научного подхода к оценке запасов нефти и газа. Последующее широкое внедрение методов воздействия на пласт и залежь ограничило применение статистического метода оценки запасов и с начала 50-х годов развитие и практическое применение получает объемный метод, обеспечивающий возможность оценки запасов на любой стадии изученности месторождения. Требования к достоверности подсчета запасов углеводородного сырья способствовали развитию методов геометризации резервуаров и залежей. В то время эти вопросы успешно решаются М.А. Ждановым, В.С. Мелик-Пашаевым, Н.И. Буяловым, В.П. Савченко и др.

К 80-м годам прошлого века разрабатываются способы построения простых и сложных структурных поверхностей, поверхностей нарушений и трансгрессивных срезов, раздела и слияния коллекторов (для различных морфологических и генетических типов ловушек и залежей), способы геометризации нефтегазовых залежей с газовыми шапками и нефтяными оторочками полного и неполного контура, с горизонтальными и наклонными контактами. Большое значение уделяется определению пространственного положения поверхностей контактов и контуров нефтегазоносности. При этом широко используются пространственные соотношения ограничивающих поверхностей, графические и математические действия с которыми дают возможность геометризации залежей любого типа и сложности.

Современные геологические модели (моделирование является составной частью дисциплины «Геометрия недр») интегрируют огромные объемы сейсмических и скважинных данных. Для создания таких моделей используют мощные компьютеры и системы геологического моделирования. Сегодня трехмерная геологическая модель – необходимый и обязательный этап изучения нефтегазового месторождения. На основе геологической модели создаются адресные гидродинамические модели, используемые в технологических прогнозах разработки.

Значительный вклад в развитие теории и практики геометризации резервуаров и залежей нефти и газа внес СевКавНИПИгаз. Среди современных научных работ, посвященных вопросам геометризации нефтяных и газовых месторождений, можно выделить работу В.В. Шелепова «Геолого-геофизическое моделирование и геометризация природных резервуаров нефти в терригенных формациях» (Пермь, 2004).

К числу горно-геометрических задач маркшейдерского обеспечения относится изучение оседания поверхности земли над разрабатываемыми месторождениями, просадок пород за обсадной колонной в разведочных и эксплуатационных скважинах, оползневых явлений, захватывающих устья скважин или промысловые сооружения. Сегодня приемы геометризации рассматривают для прогнозирования аномальных напряжений.

Насколько известно из литературных источников, необходимость изучения явлений оседания при разработке месторождений была указана И.Н. Стрижовым еще в 1920 году. Он отмечал, что при понижении давления в пласте, особенно если оно происходит быстрыми темпами, одновременно существуют три процесса: оседание кровли, поднятие подошвы и расширение составляющих скелета пласта. Все эти явления приводят к снижению пористости, и, в конечном итоге, вокруг скважины может образоваться непроницаемая зона.

Первые зарубежные работы по вопросам сдвижений породного массива и земной поверхности при разработке нефтяных месторождениях относятся к 20-м годам прошлого столетия, газовых – к 60-м годам.

Первые месторождения нефти, где имели место просадки земной поверхности, описанные в зарубежной литературе, находились в Техасе (США) – Гуус Крик (1917) и Саур Лейк (1929). После начала проседания в 40-х годах грунта над месторождением Уилмингтон (Калифорния, США) в работах начинают активно подниматься вопросы организации наблюдений за сдвижением земной поверхности и особенностей развития геомеханических и геодинамических процессов в условиях нефтегазодобычи.

К началу 1950 г. было установлено, что наиболее эффективным средством борьбы с проседанием земной поверхности является закачка воды в пласт. В Америке явление оседания поверхности земли на нефтяных месторождениях начинают учитывать при составлении проектов.

Интересно, что при наличии множества работ по вопросам оседаний земной поверхности, наблюдавшихся при откачке вод из глубоких горизонтов, известны лишь единичные работы, анализирующие оседания поверхности при разработке месторождений углеводородного сырья в условиях совместной добычи подземных вод для поддержания пластового давления, снижения уровня грунтовых вод.

К горно-геометрическим работам относится и учет потерь нефти и газа при эксплуатации месторождений. Потери углеводородного сырья в недрах, обусловленные неполнотой вытеснения, неполнотой охвата и пропуском прослоев и линз эксплуатационными скважинами, сегодня не учитываются и не рассчитываются. Отметим, что для определения конечных потерь и их структуры необходим надежный подсчет запасов и учет добычи нефти по пластам, пропласткам и другим элементам залежи, по которым проводился подсчет запасов полезного ископаемого.

В качестве справки можно отметить, что сегодня институтами нормируются технологические потери углеводородного сырья – его количество, которое неизбежно теряется в процессах подготовки, транспортировки и хранения, обусловленное достигнутым уровнем обустройства нефтяного месторождения, а также применяемой техники и технологии. Из нормируемых 4-х источников потерь нефти фактически определимы только «унос капельной нефти газом» и «унос остаточной нефти сточными водами» (10-20% от всех потерь). Такие виды потерь как «испарение нефти в резервуарах» и «утечки нефти через уплотнения» определяются только расчетным путем.

Нормативы технологических потерь углеводородного сырья рассчитываются в соответствии с «Перечнем видов потерь природного газа горючего и газового конденсата, технологически связанных с принятой схемой разработки и обустройства месторождений» (Минэнерго России, 2003), «Инструкцией по нормированию технологических потерь нефти на нефтегазодобывающих предприятиях нефтяных компаний РФ» (РД 153-39-018-97), «Методическими указаниями по определению технологических потерь нефти на предпри4 ятиях нефтяных компаний РФ» (РД 153-39-019-97).

Возвращаясь к теме настоящей работы, отдельно выделим «Положения о маркшейдерско-геодезической службе Министерства нефтедобывающей промышленности СССР», утвержденные в 1967 году.

В рассматриваемый период выходит ряд работ в области «нефтяной маркшейдерии»: «Вопросы маркшейдерии и горной геометрии» (Крылов А.П., 1958); «Геодезические работы при строительстве сооружений нефтяной промышленности» (Гольдман В.И., 1966); «Маркшейдерское дело в нефтегазодобывающей промышленности» (Крылов А.П., 1968); «Некоторые вопросы точности и организации геодезических и маркшейдерских работ, выполняемых при эксплуатации нефтепромыслов» (Маляревич В.С., 1971); «Маркшейдерско-геодезические работы на месторождениях нефти и газа» (Мазницкий А.С., Сова В.Г., 1979) и др.

Для изучения отечественного и зарубежного опыта проведения маркшейдерских работ при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений и внедрения его в нефтяной отрасли, в 1978 году создается лаборатория маркшейдерии в Укргипрониинефть. Формируются основные направления исследований: вероятностный анализ результатов инклинометрических измерений в скважинах с учетом накопления погрешностей измерений; исследование сдвижений и деформаций земной поверхности при разработке нефтяных месторождений с целью подготовки мероприятий по безаварийному проведению разведки и разработки; создание способов маркшейдерского обеспечения строительства и монтажа объектов бурения, сбора, подготовки и транспорта нефти и газа [11].

Из значимых событий того времени можно выделить семинар по вопросам «нефтяной маркшейдерии», проведенный в Киеве в 1981 году, на котором были подняты вопросы маркшейдерско-геодезического обеспечения разработки континентального шельфа. Здесь надо отметить, что в отечественной маркшейдерии указанный вопрос в должной мере не изучен. Отдельные направления по маркшейдерским акваториальным работам исследовались Г.Е. Лазаревым, К.С. Ворковастовым, В.М. Борщ-Компаниец и др.

В 1982 году вводится в действие «Положение о маркшейдерской службе Министерства нефтяной промышленности», определяющее задачи маркшейдера при работе в Министерстве и в подчиненных ему Главтюменнефтегазе, объединениях, на предприятиях и в организациях, осуществляющих поиск, разведку, доразведку и разработку нефтяных и газовых месторождений, месторождений общераспространенных полезных ископаемых, а также проектирование, строительство и реконструкцию нефтепромысловых объектов и подводно-технические работы.

Продолжают совершенствоваться методы и техника съемки скважин, в том числе сверхглубоких. Выходят посвященные указанной теме работы: «Перспективы повышения точности инклинометрической съемки скважин»; «К вопросу повышения точности измерения параметров кривизны сверхглубоких скважин»; «Выбор длины интервала инклинометрии скважин» и др. Разрабатывается комплексная методика маркшейдерских работ для выноски и привязки кустов наклонно-направленных скважин и методика определения погрешностей положения стволов. Для контроля и управления траекторий наклонно-направленных скважин начинают применяться ЭВМ.

Из проблемных вопросов в области «нефтяной маркшейдерии» периода 80-х годов можно выделить не изученность в отечественной практике процессов сдвижения горного массива и оседания земной поверхности при разработке месторождений нефти и газа [11].

В США и некоторых других странах технология работ по изучению оседания заключалась в следующем (50-е – 704е годы):

• измерение вертикального и горизонтального движения с помощью геодезических (высокоточных нивелиров) и геофизических (горизонтальных маятников, экстензометров и т.п.) приборов;
• изучение геологической структуры месторождения (расположение и размеры продуктивных горизонтов, их коллекторские свойства);
• изучение истории разработки нефтяных и газовых месторождений;
• электромагнитные измерения в скважинах и построение диаграмм уплотнения;
• определение критических напряжений и сдвигов и сопротивления сдвигу;
• гидродинамические исследования для определения параметров пласта;
• метеорологические наблюдения за влиянием атмосферного давления, температуры, влажности, ветра, осадков.

В результате обработки полученных данных строились карты текущего и прогнозируемого (к концу разработки) оседания как на забое скважины, так и на поверхности земли, и карты интенсивности оседания в разные промежутки времени.

В 1962 году на конференции «Состояние и задачи маркшейдерского дела в нефтегазодобывающей промышленности» (г. Уфа) отмечалось, что изучение закономерностей распределения деформаций земной поверхности над месторождением и учет их при проектировании объектов обустройства играют основную роль в обеспечении надежности нефтепромысловых сооружений. Здесь впервые публично поднимается вопрос по разработке отдельной инструкции по наблюдениям за сдвижением земной поверхности на промысловых площадях.

Результаты инструментальных геодезических измерений, проводимых с конца прошлого века на множестве геодинамических полигонах³⁾ на эксплуатируемых месторождениях углеводородного сырья, должны были служить основанием к анализу причин происходящих смещений с последующей разработкой мероприятий по их упреждению. Вместе с этим, систематизация результатов измерений до настоящего времени в отечественной практики не проводилась и закономерности развития геодеформационных процессов не получены [12]. Большинство суждений о влиянии сдвижений на коммуникации и инженерные сооружения при разработке месторождений углеводородного сырья носят субъективный характер.

Здесь нельзя не отметить мнения ученых по вопросу традиционных геодезических методов наблюдений за трансформацией земной поверхности. Так, О.С. Подкаминер отмечал (1973), что «распространенные в настоящее время методы изучения современных движений земной коры путем повторных нивелировок и триангуляций дискретны по своему существу, требуют длительных наблюдений и недостаточно точны. Для решения задач техногенной тектоники необходимо вести измерение современных движений непрерывно, с высокой точностью, и получать результаты в течение любого отрезка времени, ограниченного не десятилетиями или годами, а неделями или сутками, в зависимости от местных условий». По мнению А.С. Мазницкого (1979), «традиционные маркшейдерско-геодезические методы наблюдений за сдвижением и деформациями земной поверхности не всегда устраивают наблюдателей по причине большой трудоемкости работ и из-за дискретного характера получаемой информации».

Э.Г. Геровичем отмечалось (1994), что «метод одиночных профильных линий для сложного и неоднородного коллектора малоэффективен, для постановки таких работ необходимы площадные наблюдательные станции».

В США уже с 60-х годов наблюдения за состоянием недр проводятся космическими методами (геодинамическая программа NASA). В 80-х годах публикуются работы по GPS измерениям при производстве наблюдений за территориями разработки месторождений углеводородного сырья, по их съемкам, с применением различных методов дистанционного зондирования Земли.

В СССР, впервые в 80-е годы намечалась отработка методик и испытания приборов дистанционного зондирования с использованием аэрофотосъемки, оптических квантовых генераторов и фотоэлектрических преобразователей (ТЭО проектов геодинамических полигонов Анастасиевское, Бориславское и Мходницкое нефтяные месторождения, ПО «Укрнефть») [11].

В 1985 г. издается фундаментальная работа В.С. Войтенко «Управление горным давлением при бурении скважин», посвященная изучению механических и физико-химических процессов около скважины и разработке на этой основе специальных технологий управления напряженно-деформированным состоянием горных пород.

В 1988 г. Пермским политехническим институтом (сегодня Пермский государственный технический университет) подготавливается методический документ по прогнозированию оседания земной поверхности при разработке нефтяных залежей.

Э.Г. Геровичем (ПГТУ), на основании полученного опыта разработки картографического материала, на котором отражено естественное напряженное состояние приповерхностных слоев земной коры, и учета тектонических разломов залежей, при решении задач проектирования предложена комплексная система маркшейдерско-геодинамического и картографического мониторинга опасных природно-техногенных явлений на нефтяных и газовых месторождениях.

Отметим, что вопросами оседания земной поверхности при разработке месторождений углеводородного сырья в разное время занимались специалисты ЦНИИГАиК, ВННИГАЗа, Укргипрониинефть, МГИ и др.

Из последних работ в области маркшейдерско-геодезического обеспечения нефтегазодобычи можно выделить следующие: «Система обеспечения геодинамической и экологической безопасности при проектировании и эксплуатации объектов ТЭК» (ВНИМИ, 2001) – приведена методика мониторинга нефтегазопроводов в опасных зонах; А.С. Мазницкого «Геодезический мониторинг и прогнозирование техногенной геодинамики на месторождениях нефти и газа» (Киев, 2003) – предложен ряд методов геодезических исследований техногенной геодинамики при разработке месторождений нефти и газа и циклической эксплуатации подземных хранилищ газа в пористой среде; А.В. Калугина «Обоснование принципов создания маркшейдерско-геодезических полигонов для контроля сдвижений земной поверхности при разработке нефтяных месторождений в условиях Западной Сибири» (Пермь, 2002) – предложена концепция создания маркшейдерско-геодезических полигонов при разработке нефтяных месторождений Западной Сибири, определены методические подходы к выполнению инструментальных наблюдений, их точности и периодичности.

В.Г. Букин и С.В. Гришко в книге «Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного сырья» (Москва, 2007) приводят требования к мониторингу деформационных процессов при разработке месторождений углеводородов. В монографии «Геодезический мониторинг движений земной коры (по материалам Кавказского региона)» (Москва, 2007) В.Р. Ященко и Х.К. Ямбаев рассматривают результаты повторных геодезических измерений на геодинамических полигонах Кавказа в районах добычи нефти с учетом аспектов технологии разработки полезных ископаемых.

Несмотря на значительные достижения по различным направлениям маркшейдерии в условиях разработки месторождений углеводородного сырья, до 2002 года «нефтяная маркшейдерия» находилась в инфантильном состоянии. Во многом это было связано с отсутствием в Минтопэнерго России (сегодня Минэнерго России) подразделения, которое осуществляло бы методическое руководство маркшейдерскими службами нефтегазодобывающих организаций.

Маркшейдерские работы сводились к отчуждению земельных участков для проектирования и строительства точечных и линейных объектов, выдаче на местности мест заложения скважин и планово-высотной привязке их к пунктам опорной сети, ведению каталогов координат устьев скважин по результатам обработки планово-высотной привязки и составлению планов расположения их устьев. Такая основная маркшейдерская работа в комплексе обеспечения нефтегазодобычи, как определение пространственного положения осей стволов скважин с оценкой точности положения забоя или любой другой характерной точки в стволе скважины, для уточнения исходных параметров при подсчете запасов фактически, в практике не реализуется.

Не понимание задач маркшейдерского обеспечения в условиях разработки месторождений углеводородного сырья сегодня привело к тому, что практически повсеместно отсутствуют фактические координаты положения забоев скважин, маркировки продуктивных горизонтов.

Известно, что без достоверной оценки точности подсчета запасов не обеспечивается полнота извлечения полезных ископаемых. Являющаяся предметом изучения маркшейдерского дела оценка точности определения параметров и показателей залежей необходима и для обоснования рациональных объемов разведочных работ. На практике указанная маркшейдерская задача маркшейдерами, в условиях нефтегазодобычи, не реализуется.

Ошибки в определении положения маркирующих горизонтов приводят к искажению структурных карт и, как следствие, приводят к ошибкам в планировании строительства объектов инфраструктуры, ошибочным рекомендациям при эксплуатационном бурении. Знать точное положение забоя скважины и любой другой характерной точки пласта необходимо и при применении методов интенсификации добычи нефти.

Имеет место, когда проектное размещение фонда скважин и центров кустовых оснований проводится от геофизических профилей, «не привязанных» к координатной сетке, в результате чего забои эксплуатационных скважин попадают за контуры залежей, на смежные участки недр. Отметим, что попадание забоя в заданную зону, выбор рациональной схемы использования территории под сооружение скважин и объекты обустройства месторождений являются результатом высокого уровня квалификации, профессионализма специалиста.

Отсутствие должного внимания со стороны маркшейдерской службы к определению границ участков недр в отдельных случаях приводило к тому, что выявленное в результате поиска и оценки месторождение углеводородного сырья в последствии, после предоставления участка недр в пользование, оказывалось в большей части за пределами границ предоставленного участка недр. В отдельных случаях предоставляемые с запасами полезных ископаемых участки недр накладывались друг на друга в плане и по высоте.

Отсутствие маркшейдерского контроля за строительством и монтажом объектов бурения, сбора, подготовки и транспорта нефти создает дополнительные риски по возникновению аварий, переделок. Подчеркнем, что все технические ошибки, как правило, приводят к конфликтам интересов, нанося значительный экономический ущерб пользователю недр.

На IV Всероссийском съезде маркшейдеров (Москва 1998), в части маркшейдерского обеспечения разработки ме4 сторождений углеводородного сырья, указывалось на отсут4ствие отраслевой лаборатории по маркшейдерским пробле4 мам, отсутствие в нефтегазодобывающих организациях маркшейдеров, отсутствие регламентирующих технических требований по маркшейдерским работам⁴⁾.

Здесь надо отметить, что в действующей «Инструкции по производству маркшейдерских работ» технические требования к маркшейдерским работам при разработке месторождений нефти и газа не в полной мере удовлетворяют запросам практики. Сегодня отмеченный пробел компенсируется проектной документацией на производство маркшейдерских работ, учитывающей специфику конкретных объектов производства⁵⁾.

Развернутая в 2002 году Управлением по надзору за охраной недр и геолого-маркшейдерскому контролю Госгортехнадзора России (затем Управлением горного надзора, Управлением государственного горного и металлургического надзора) методическая работа с нефтегазодобывающими организациями, направленная на повышение роли маркшейдерской службы в обеспечении безопасного ведения работ и охраны недр, сегодня привела к тому, что в основных газовых и нефтяных компаниях – ОАО «Газпром», ОАО «НК «Роснефть», ОАО «ТНК-ВР» и др. – созданы подразделения, осуществляющие методическое руководство и внутренний аудит по вопросам маркшейдерского обеспечения работ (включая маркшейдерское обеспечение проектных работ) в дочерних добывающих организациях.

Сегодня вопросы маркшейдерского обеспечения нефтегазодобычи обсуждаются на конференциях, проводимых Кафедрой маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем Пермского государственного технического университета, Общероссийской общественной организацией «Союз маркшейдеров России» и др. Активизировались семинары по вопросам геодинамической безопасности функционирования объектов нефтегазового комплекса, ГИС-технологиям в нефтегазовой отрасли, лазерного сканирования и цифровой космической съемки (дистанционных методов зондирования Земли).

Нельзя не отметить положительную тенденцию по реализации предприятиями федерального законодательства о техническом регулировании в части разработок стандартов в области маркшейдерского обеспечения. Так, например, ООО «ВНИИГАЗ» разработан стандарт ОАО «Газпром» «Методика проведения космического мониторинга состояния территорий горных отводов для обеспечения промышленной безопасности при добыче и хранении нефти и газа». ООО «Подземгазпром» разработан стандарт ОАО «Газпром» «Правила охраны зданий, сооружений и природоохранных объектов от вредного влияния горных работ на месторождениях и подземных хранилищах ОАО «Газпром». ОАО «Тюменнефтегаз» разработана «Методика геодезических наблюдений за деформациями резервуаров для хранения нефти и ГСМ» (01-ТНГ-И05-08). ОАО «Белкамнефть» подготовлена «Инструкция по наблюдению за сдвижением земной поверхности при разработке нефтяных месторождений» и др. Роль стандартов предприятий в дальнейшем будет только возрастать.

Ниже приведен подготовленный автором краткий перечень основных нормативных и методических документов, изданных в разное время, характеризующих развитие маркшейдерского дела для условий нефтегазодобычи.

В заключении кратко рассмотрим современную организацию геодезического обеспечения нефтегазодобычи за рубежом. Надо отметить, что в отечественной литературе указанный вопрос практически не рассмотрен и представленная в настоящей работе информация собрана совместно со специалистами Роскартографии, Компании «Геокосмос», ОАО «НК «Роснефть», которым автор выражает свою благодарность.

Как таковые «маркшейдерские службы» в нефтегазодобывающих организациях зарубежных стран отсутствуют. В структуре добывающих компаний США, Великобритании, Канады и Австралии есть ответственный менеджер, курирующий вопросы организации и контроля производства геодезических работ. Непосредственно специалисты, как правило, входят в ассоциации .

Необходимо отметить, что на Западе для эксплуатации месторождения углеводородного сырья подготавливается единый проектный документ, реализуемый на практике методами управления проектами на основе проектного финансирования (создается команда под каждый конкретный объект и на конкретный срок). В России реализация проектов осуществляется на функциональном принципе конкретной организацией длительное время и, как правило, не нескольких участках недр одновременно.

Ассоциация ведет базу данных на специалистов (геодезисты, геологи, картографы, землеустроители и др.), занимается вопросами их трудоустройства, присваивает квалификацию, дисквалифицирует работников и несет определенную ответственность за рекомендации по конкретному специалисту. Заказчик, для проведения того или иного комплекса работ, направляет в ассоциацию запрос с указанием требований, которым должен удовлетворять специалист, и условия контракта.

Требования к специалисту-геодезисту, как правило, следующие: наличие специального образования (например, камеральная обработка геодезических данных), непрерывность стажа производственной деятельности (включается работа и в лесоустройстве, инжиниринге), водительских прав, сертификата по системе определения опасных веществ на рабочем месте и по оказанию первой помощи, иные сертификаты по направлению деятельности (например, в США – сертификат по ДЗЗ, ГИС и фотограмметрии). Геодезист должен уметь работать с GPS и в системе автоматического проектирования, четко разбираться в правоотношениях на государственных землях, землях племен коренных жителей, владеть навыками камеральной работы с фондовыми материалами. Специалист несет всю полноту ответственности за качественное выполнение работ.

Из основных задач геодезистов (землеустроителей, картографов, фотограмметристов) можно выделить производство административных границ (земля, недра, воздушное пространство, водная поверхность). Инструментальные измерения на участках ведения горных работ проводят геодезисты.

Бригада для производства полевых работ включает специалиста (маркшейдер, геодезист, землеустроитель), техника и рабочего. Техник следит за настройкой и эксплуатацией измерительных приборов, ходит с рейкой, рулеткой и метками, ведет абрис, записывает результаты выполняемых измерений, заносит их в компьютер, проводит вычисления. Рабочий выполняет низко квалифицированную работу (переноска шанцевого инструмента, вырубка растительности и т.п.). Картографы и фотограмметристы выполняют полный комплекс работ – от географических исследований и сбора данных (географические координаты, народонаселение, землепользование, уровни осадок и т.п.) до составления карт. Данные, получаемые от маркшейдеров и аэрогеодезистов, дешифрируются, накапливаются и анализируются именно этими специалистами. Картографы и фотограмметристы, как правило, выполняют камеральную работу – в офисе за компьютером. Гидрографы определяют береговые линии, производят батиметрические измерения (для построения подводного рельефа с отметками глубин).

При поиске нефти необходимые разметки на поверхности производит специалист по геофизике, применяя высокоточные спутниковые методы измерения.

Данные, получаемые указанными специалистами, в совокупности являются основными в общем объеме геопространственной информации по участку недр.

В США общее название работников, ответственных за измерения – инспектор. Виды инспектирования: землепользование, горные отводы, сейсмографическое, гравиметрическое, экологическое и др. Каждый штат требует лицензию на производство работ в указанной области. Причем в большинстве штатов требуется прохождение письменного экзамена в Национальном совете экзаменаторов для инженерных изыскателей. В некоторых штатах отдельно производится лицензирование картографической деятельности.

Выводы

1. Развитие отечественной «нефтегазовой маркшейдерии» можно характеризовать следующими этапами – становление, реорганизация, восстановление, расцвет, застой, упадок. Отдельно можно выделить период геометризации резервуаров и залежей нефти и газа, геодинамический период, получивший свое развитие в результате подмены понятий при отсутствии твердой теоретической и практической базы в указанной области в условиях разработки месторождений углеводородного сырья, период правового нигилизма.

2. Современное положение маркшейдерского обеспечения разработки месторождений углеводородного сырья можно характеризовать его деградацией в сторону чисто геодезических и землеустроительных работ. Например, достаточно обоснованная теория оценки напряженно-деформированного состояния массива при декларировании промышленной безопасности опасных производственных объектов, обосновании технических решений по обеспечению безопасности, страховании, оценке воздействия хозяйственной деятельности на окружающую природную среду сводится к необходимости организации геодезических наблюдений на участках недр.

3. В России эксплуатация месторождений углеводородного сырья осуществляется на основании двух проектных документов: проект разработки и проект обустройства. Обустройство осуществляется в соответствии с требованиями Градостроительного кодекса Российской Федерации. Возведение объектов капитального строительства осуществляется при геодезическом обеспечении. При сдаче технологического комплекса месторождения в эксплуатацию ответственными за сооружения на дневной поверхности являются служба капитального строительства со своими геодезистами, за разработку – геологическая служба. Маркшейдерская служба и является тем связующим звеном между геологическим обеспечением и эксплуатацией поверхностного комплекса в части обеспечения соответствия принятым проектным решениям и действующим требованиям в области промышленной безопасности.

4. В рамках защиты корпоративных интересов организаций – недропользователей, маркшейдерское обеспечение нефтегазодобычи должно предусматривать подготовку соответствующего заключения по факторам риска техногенного характера в конкретных условиях недропользования и подготавливаемым специализированными организациями предложениям по дополнительным мерам инженерной защиты технологического комплекса.

5. Требования к комплексному подходу освоения российского шельфа диктуют необходимость в совершенствовании методов работ и разработки нормативных правовых и методических документов маркшейдерского обеспечения добычи углеводородного сырья в условиях специфики акваториальных работ.

6. Одним из перспективных направлений «нефтегазовой маркшейдерии» остаются высокоточные площадные съемки значительных площадей горных отводов (начало 2000-х годов – воздушная лазерная съемка, середина 2000-х – радарная космическая съемка), результаты обработки которой позволяют оценить динамику процессов заводнения, перетоков флюида, зон повышенного давления, изменения режимов поверхностных вод, растепления многолетнемерзлых пород и др.