На территории Белгородской области на базе запасов Центрального участка Яковлевского месторождения богатых железных руд предприятием ООО «Металл-групп» осуществляется строительство и ввод в эксплуатацию Яковлевского рудника с производительностью до 4,5 млн. тонн сырой руды в год. Разработка месторождения ведется в пределах лицензионного участка с шахтным полем протяженностью 1600 м. В связи со сложными гидрогеологическими и горнотехническими условиями проектом принята система разработки нисходящими слоями с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями [1, с. 202].

Сложность гидрогеологических условий обусловлена глубоким залеганием рудного тела под 550-метровой осадочной толщей, содержащей до 9 водоносных горизонтов с гидростатическими напорами до 5,0 МПа. Рудная залежь и вмещающие ее породы так же обводнены. Богатые железные руды наиболее водопроницаемы, коэффициент фильтрации варьирует от 0,04 до 0,28 м/сут. Значительная часть богатых железных руд (до 50%) представлена слабыми рыхлыми и глиноподобными разностями, которые в обводненном состоянии обладают низкими прочностными свойствами [2, с. 5].

С целью обеспечения безопасных условий ведения горных работ и защиты от подземных вод осуществляется постоянный дренаж рудного тела системой наклонных дренажных скважин и сетью протяженных горных выработок. Базис дренажа расположен на Откаточном горизонте минус 425 м, что составляет порядка 660 м от дневной поверхности. Водопритоки к подземному водоотливному комплексу достаточно стабильны во времени и составляют 480-510 м³/ч.

В формировании водопритоков к шахтному водоотливу Яковлевского рудника принимают участие подземные воды двух горизонтов: рудно-кристаллического и  нижнекаменноугольного. Существующая режимная сеть гидронаблюдательных скважин ориентирована на установление динамики и характера развития депрессионных воронок в этих двух горизонтах.

Первые работы по изучению гидрогеологических условий Яковлевского железорудного месторождения начались параллельно с исследованием геологического строения рудного тела и перекрывающего осадочного чехла с 1954 г [3]. По мере изучения геологических и гидрогеологических особенностей месторождения выявилась сложность гидрогеологических условий отработки богатых железных руд, в связи с чем, проводились дополнительные опытно-фильтрационные работы, для осуществления которых также потребовалось сооружение наблюдательных скважин за режимом подземных вод.

В соответствии с принципами непрерывности мониторинга режима подземных вод основная часть гидронаблюдательных скважин, пробуренных на стадии поисково-разведочных работ (1954-1958 гг.), была передана управлению строительства будущего Яковлевского рудника. В дальнейшем часть гидронаблюдательных скважин была выведена из режимных наблюдений и ликвидирована. После поисково-разведочных работ были проведены широкомасштабные фильтрационные эксперименты (опытное водопонижение 1959-1961 гг.), для контроля хода которых также было выполнено бурение дополнительных гидронаблюдательных скважин на нижнекаменноугольный и рудно-кристаллический водоносные горизонты [4]. В дальнейшем на стадии разработки проектных решений по отработке Яковлевского месторождения предусматривалось создание мощной системы осушения (ВИОГЕМ, 1973 г.). Для осуществления контроля дренажных мероприятий было предусмотрено дополнительное бурение гидронаблюдательных скважин.

В связи отказом от осушения нижнекаменноугольных отложений (1992 г.) и трудным экономическим положением предприятия в 90-е годы, значительная часть гидронаблюдательных скважин была ликвидирована или передана для осуществления регионального мониторинга [5].

Таким образом, за период от поисково-разведочных работ до стадии существующей отработки Яковлевского месторождения можно выделить следующие основные этапы  развития режимной сети гидронаблюдательных скважин:

I этап – создание режимной сети при поисково-разведочных работах 1954-1958 гг. Данный этап наиболее важен в дальнейшем изучении гидродинамического режима водоносных горизонтов в зоне строительства будущего Яковлевского рудника, так как в течение этого периода все гидрогеологические параметры горизонтов изучались в условиях ненарушенного режима подземных вод.

II этап – расширение режимной сети при опытном водопонижении 1959-1961 гг. Опытное водопонижение выполнялось для уточнения гидрогеологических и инженерно-геологических характеристик нижнекаменноугольного и рудно-кристаллического водоносных горизонтов. В этот период помимо сооружения специальных водопонижающих скважин на нижнекаменноугольный и рудно-кристаллический водоносные горизонты, было выполнено бурение гидронаблюдательных скважин. В основном гидронаблюдательные скважины сооружались для контроля развития депрессионной воронки в нижнекаменноугольных известняках. В пределах предполагаемого шахтного поля будущего Яковлевского рудника гидронаблюдательные скважины сооружались попарно – на нижнекаменноугольный и рудно-кристаллический водоносные горизонты, что позволяло оценивать параметры разделяющего слоя между двумя горизонтами.

III этап – расширение режимной сети при строительстве поверхностной дренажной системы 1974-1987 гг. Проект осушения, разработанный ВИОГЕМ, также включал в себя сооружение гидронаблдательных скважин для контроля изменения уровня подземных вод при строительстве и эксплуатации Яковлевского рудника. Основной объем бурения этих скважин не был реализован в связи с отказом от осушения нижнекаменноугольного водоносного горизонта (1992 г.).

IV этап – современное состояние режимной сети ООО «Металл-групп» Яковлевский рудник. Общегосударственные изменения в экономике страны, физический износ и утрата части гидронаблюдательных скважин отрицательно сказались на количестве действующих скважин.

В настоящее время существующая режимная сеть Яковлевского рудника представлена девятью гидронаблюдательными скважинами, которые позволяют контролировать пьезометрические поверхности следующих водоносных горизонтов:

- нижнекаменноугольный – 5 скважин;

- рудно-кристаллический – 4 скважины.

Глубина наблюдательных скважин за режимом подземных вод изменяется от 520 до 630 м. Скважины оборудованы датчиками АД 25-1,0 для дистанционного измерения уровня воды в скважинах. Измеряемой величиной является давление столба жидкости над погруженным в воду датчиком в метрах (с точностью до сотых долей метра).

Гидронаблюдательные скважины на местности расположены таким образом, что охватывают лежачий, висячий бок месторождения и само рудное тело [6].

Контроль положения пьезометрической поверхности нижнекаменноугольного и рудно-кристаллического водоносных горизонтов осуществляется два раза в месяц. В зависимости от степени динамичности положения пьезометрического уровня, периодичность наблюдений может быть увеличена до 4 раз в месяц.

Снижение пьезометрического уровня свидетельствует о дальнейшем расширении депрессионной воронки в рудно-кристаллическом водоносном горизонте за счет сработки емкостных запасов в результате осуществляемых дренажных мероприятий.

Результаты наблюдений за режимом подземных вод используются для:

- оценки эффективности принятой системы осушения и получения исходных данных для ее корректировки;

- уточнения фильтрационных параметров основных водоносных горизонтов и гидрогеологического строения месторождения;

- прогноза режима подземных вод по мере развития горных работ;

- разработки рекомендаций по развитию наблюдательной сети.

Результаты наблюдений за уровенным режимом представляются в виде карт гидроизопьез каждого из выделенных водоносных горизонтов, графиков колебаний уровней и таблиц замеров уровней по гидронаблюдательным скважинам.

Фактическое состояние работ по осушению Центрального участка Яковлевского месторождения показывает, что гидрогеологические условия, сложившиеся к настоящему времени, не являются сдерживающим фактором для проходки горных выработок в период строительства рудника. Однако требуется постоянный гидродинамический мониторинг состояния гидрогеологической ситуации на предприятии, в том числе с привлечением специализированных организаций.

Одним из наиболее распространенных методов интенсификации добычи нефти или газоотдачи является гидравлический разрыв пласта (ГРП).

В настоящее время ГРП является наиболее результативным геолого-техническим мероприятием [1], обеспечивающим кратное увеличение добычи и закачки как в низкопроницаемых коллекторах, так и коллекторах с хорошей проницаемостью. Это обеспечивает более полный охват и введение в разработку новых запасов, а также стимулирует разработку в целом по месторождению. Эффект достигается за счет: – создания проводящего канала (трещины) через поврежденную (загрязненную) зону вокруг скважины с целью проникновения за границы этой зоны; – распространения канала (трещины) в пласте на значительную глубину с целью дальнейшего увеличения производительности скважины; – создания канала (трещины), который позволил бы изменить, повлиять на течение флюида в пласте.

Для проведения ГРП предпочтение отдается скважинам, удовлетворяющим следующим условиям [2].

Коллектора низкопроницаемые (ГРП обеспечивает увеличение фильтрационной поверхности), при этом должны соблюдаться следующие критерии: – эффективная толщина пласта не менее 5 м; – отсутствие в продукции скважин газа из газовой шапки, а также закачиваемой или законтурной воды; – продуктивный пласт, подвергаемый ГРП, отделен от других проницаемых пластов непроницаемыми разделами, толщиной более 8-10м; – удаленность скважины от ГНК и ВНК должна превышать расстояние между добывающими скважинами; -накопленный отбор нефти из скважины не должен превышать 20% от удельных извлекаемых запасов; – расчлененность продуктивного интервала (подвергаемого ГРП) – не более 3-5; – скважина должна быть технически исправна, как состояние эксплуатационной колонны так и сцепление цементного камня с колонной и породой должно быть удовлетворительным в интервале выше и ниже фильтра на 50м; – проницаемость пласта не более 0,03 мкм² при вязкости нефти в пластовых условиях не более 5 МПа.с.

Нефтяное месторождение Северный Уртабулак находится на поздней стадии разработки. Коэффициент извлечения запасов нефти составляет 44,5 %, средний дебит нефти по скважинам – 4,9 т/сут; средняя обводненность продукции по скважинам – 69,7 %. С 1980 г. и по настоящее время месторождение разрабатывается на режиме с поддержанием пластового давления, путем закачки воды в залежь (под ВНК).

Верхнеюрский продуктивный резервуар на месторождении Северный Уртабулак сложен отложениями XV-ПР, XV-Р и XV-HP горизонтами. Основным продуктивным комплексом являются отложения рифогенного комплекса. Последние состоят из двух крупных элементов: XV-P горизонта, представляющего собой высокопористую массивную часть рифовой постройки, и XV-HP горизонта, являющегося толщей выполнения зарифовой лагуны и характеризующегося переслаиванием пористых и плотных разностей известняков.

Взаимоотношение XV-P и XV-HP горизонтов по разрезу и площади месторождения Северный Уртабулак таково, что они гидродинамически сообщаются между собой. Из этого следует, что продуктивный резервуар на описываемой площади относится к типу массивных. Залежь по XV-HP-XV-P горизонтам контролируется антиклинальным строением, сложенным органогенной постройкой.

Для карбонатных нефтяных коллекторов проницаемыми считаются образцы с К_пр>10 х 10^-3мкм².

В 2012 г. на низкодебитных скважинах № 93, 101 месторождения Северный Уртабулак с целью увеличения добычи нефти, компанией “Radial Drilling Services Inc.“ были проведены работы по радиальному вскрытию пласта (РВП).

Скважина № 93 после проведения РВП введена в эксплуатацию 08.12.2012 г. со среднесуточным дебитом по нефти 5,2 t/d, а скважина № 101 после РВП введена в эксплуатацию 23.12.2012 г. со среднесуточным дебитом по нефти 6,5 t/d.

На сегодняшний день скважина № 93 работает со среднесуточным дебитом по нефти 2,3 t/d, а скважина № 101 – со среднесуточным дебитом по нефти 1,4 t/d.

Для интенсификации притока углеводородных флюидов на месторождении Северный Утрабулак рекомендуются следующие скважины и интервалы:

скв. № 93, интервал 2475-2490 м;

скв. №102, интервал 2390-2400 м;

скв. №159, интервал 2470 -2480м;

Основными расчетными показателями процесса гидроразрыва являются [3]:

- давление разрыва, подсчитанное на месторождении Северный Уртабулак  Р_РАЗ  =  420  кГ / см²,

-расход рабочих жидкостей и песка V_Р =7.5 м³ нефти , песка -8.2 т.,

-радиус трещин -5,65 м,

-проницаемость призабойной зоны и всей дренажной системы 8.35 д и 0,11 д,

- дебит скважины после гидроразрыва 40,9 т / сутки.,

-тип и количество агрегатов – ЦА – 320М – 4 агрегата,

-ожидаемая эффективность гидроразрыва – по геолого-промысловым данным продуктивного пласта месторождения Северный Уртабулак рассчитанная экономическая эффективность после гидравлического разрыва пласта увеличивается в  несколько раз (от 2,2 до 3,5 раз).