Гидрогеологическое обоснование закачки попутно-добываемых вод в глубокие горизонты (на примере месторождений группы А)
|
АННОТАЦИЯ 2
СПИСОК ПРИНЯТЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК 7
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
РАССМАТРИВАЕМОГО УЧАСТКА 9
2.1 История геологической изученности района исследований 9
2.2 Стратиграфия 11
2.3 Тектоника 16
2.4 История геологического развития 17
2.5 Нефтегазоносность 19
2.6 Гидрогеологические условия 20
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ... 25
3.1 Краткая характеристика проведенных гидродинамических исследований 27
в скважинах 27
3.2 Методы интерпретации выполненных исследований, расчетные формулы и
обоснование их применения 33
3.3 Обоснование параметров приемистости поглощающих скважин 37
4. СХЕМАТИЗАЦИЯ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ И ВЫПОЛНЕНИЕ
ПРОГНОЗНЫХ РАСЧЕТОВ 41
4.1 Характеристика программного продукта 41
4.2 Схематизация природных гидрогеологических условий 41
4.3 Преобразование природной гидрогеологической модели в геофильтрационную
и геомиграционную 44
4.4 Обоснование параметрической базы математической модели 45
4.5 Прогнозные гидрогеологические расчеты 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 55
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 56
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 74
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 80
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 83
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 84
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 10 93
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
СПИСОК ПРИНЯТЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК 7
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
РАССМАТРИВАЕМОГО УЧАСТКА 9
2.1 История геологической изученности района исследований 9
2.2 Стратиграфия 11
2.3 Тектоника 16
2.4 История геологического развития 17
2.5 Нефтегазоносность 19
2.6 Гидрогеологические условия 20
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ... 25
3.1 Краткая характеристика проведенных гидродинамических исследований 27
в скважинах 27
3.2 Методы интерпретации выполненных исследований, расчетные формулы и
обоснование их применения 33
3.3 Обоснование параметров приемистости поглощающих скважин 37
4. СХЕМАТИЗАЦИЯ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ И ВЫПОЛНЕНИЕ
ПРОГНОЗНЫХ РАСЧЕТОВ 41
4.1 Характеристика программного продукта 41
4.2 Схематизация природных гидрогеологических условий 41
4.3 Преобразование природной гидрогеологической модели в геофильтрационную
и геомиграционную 44
4.4 Обоснование параметрической базы математической модели 45
4.5 Прогнозные гидрогеологические расчеты 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 55
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 56
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 74
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 80
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 83
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 84
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 87
ПРИЛОЖЕНИЕ 10 93
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Вопросы утилизации попутно-добываемой воды приходится решать на всех этапах разработки месторождения. Однако на последних стадиях разработки он стоит особо остро, так как объем добываемой воды может достигать 90% от продукции скважин [10]. На рассматриваемой группе месторождений для разработки битумов применяют технологию SAGD, что также увеличивает обводненность нефтяной продукции.
В связи с вводом в разработку новых объектов, существующая система ННД оказалась неспособна принять увеличенный объем жидкости. Обратную закачку извлекаемой при добыче углеводородов воды широко применяют как природоохранное мероприятие, потому что существующие сегодня поверхностные способы хранения (экранированные накопители) и методы переработки сточных вод не обеспечивают необходимую защиту окружающей среды. ПРПДВ позволяет минимизировать риски загрязнения земной поверхности и исключает сброс промышленных вод в открытые водоемы [13, 14, 15].
Цель работы: провести схематизацию природных условий целевого объекта ПРПДВ и выбрать оптимальный вариант закачки необходимого объема жидкости сроком на 20 лет при помощи численной геофильтрационной и геомиграционной модели.
Задачи:
1. Систематизировать и описать геологические и гидрогеологические данные по рассматриваемой группе месторождений, а также историю геологического развития и изучения ЮТС;
2. Переинтерпретировать геомиграционные и фильтрационные параметры, полученные в ходе полевых работ на основе гидродинамических исследований (в частности: обработка данных закачек методом МУЗ, результатов КПД и гидропрослушивания);
3. Определить параметры приемистости скважин, используя данные МУЗ;
4. Обосновать выбор целевого объекта для размещения ПДВ и выполнить схематизацию природных условий;
5. Обосновать предельные величины устьевого и забойного давлений;
6. Выбрать оптимальный вариант системы закачки ПДВ, используя численную геофильтрационную и геомиграционную модель.
Объектом данного исследования является группа из 4-х месторождений, относящихся к 3-м лицензионным участкам (далее: участок №1, участок №2 и участок №3), расположенных на юго-востоке Республики Татарстан, и относящихся к Волго-Уральской НГП.
В качестве фактического материала использовались литературные источники и данные, полученные в ходе прохождения производственной практики в ООО «Геологический центр СПбГУ»:
• Проектная документация на выполнение работ по объекту «Геологическое изучение недр с целью поиска и оценки пластов-коллекторов для подземного размещения попутно-добываемых вод, образующихся при добыче сверхвязких нефтей на территории...», авторы - Гатиятуллин Р.Н., Войтович С.Е. [13, 14, 15];
• Численная геофильтрационная и геомиграционная модель рассматриваемой группы месторождений, авторы - Филин Р.А, Коносавский П.К. [16].
Сама работа состоит двух частей, имеет введение, заключение и аннотацию. В первой части описаны положение, история развития и изучения, геологические и гидрологические условия рассматриваемой территории (главы 1-2). Во второй части выполнена интерпретация гидродинамических исследований, схематизация природных условий, подбор оптимальной системы закачки ПДВ и приведены прогнозные гидрогеологические расчеты (главы 3-4).
Выражаю благодарность Семенчуку А.В., Филину Р.А., Лушпееву В.А. за помощь в написании работы, а также всему коллективу ООО «Геологический центр СПбГУ» за предоставленные материалы и программное обеспечение.
В связи с вводом в разработку новых объектов, существующая система ННД оказалась неспособна принять увеличенный объем жидкости. Обратную закачку извлекаемой при добыче углеводородов воды широко применяют как природоохранное мероприятие, потому что существующие сегодня поверхностные способы хранения (экранированные накопители) и методы переработки сточных вод не обеспечивают необходимую защиту окружающей среды. ПРПДВ позволяет минимизировать риски загрязнения земной поверхности и исключает сброс промышленных вод в открытые водоемы [13, 14, 15].
Цель работы: провести схематизацию природных условий целевого объекта ПРПДВ и выбрать оптимальный вариант закачки необходимого объема жидкости сроком на 20 лет при помощи численной геофильтрационной и геомиграционной модели.
Задачи:
1. Систематизировать и описать геологические и гидрогеологические данные по рассматриваемой группе месторождений, а также историю геологического развития и изучения ЮТС;
2. Переинтерпретировать геомиграционные и фильтрационные параметры, полученные в ходе полевых работ на основе гидродинамических исследований (в частности: обработка данных закачек методом МУЗ, результатов КПД и гидропрослушивания);
3. Определить параметры приемистости скважин, используя данные МУЗ;
4. Обосновать выбор целевого объекта для размещения ПДВ и выполнить схематизацию природных условий;
5. Обосновать предельные величины устьевого и забойного давлений;
6. Выбрать оптимальный вариант системы закачки ПДВ, используя численную геофильтрационную и геомиграционную модель.
Объектом данного исследования является группа из 4-х месторождений, относящихся к 3-м лицензионным участкам (далее: участок №1, участок №2 и участок №3), расположенных на юго-востоке Республики Татарстан, и относящихся к Волго-Уральской НГП.
В качестве фактического материала использовались литературные источники и данные, полученные в ходе прохождения производственной практики в ООО «Геологический центр СПбГУ»:
• Проектная документация на выполнение работ по объекту «Геологическое изучение недр с целью поиска и оценки пластов-коллекторов для подземного размещения попутно-добываемых вод, образующихся при добыче сверхвязких нефтей на территории...», авторы - Гатиятуллин Р.Н., Войтович С.Е. [13, 14, 15];
• Численная геофильтрационная и геомиграционная модель рассматриваемой группы месторождений, авторы - Филин Р.А, Коносавский П.К. [16].
Сама работа состоит двух частей, имеет введение, заключение и аннотацию. В первой части описаны положение, история развития и изучения, геологические и гидрологические условия рассматриваемой территории (главы 1-2). Во второй части выполнена интерпретация гидродинамических исследований, схематизация природных условий, подбор оптимальной системы закачки ПДВ и приведены прогнозные гидрогеологические расчеты (главы 3-4).
Выражаю благодарность Семенчуку А.В., Филину Р.А., Лушпееву В.А. за помощь в написании работы, а также всему коллективу ООО «Геологический центр СПбГУ» за предоставленные материалы и программное обеспечение.
В рамках работы были оценены геолого-гидрогеологические условия в пределах рассматриваемой территории, выполнена схематизация гидрогеологических условий и подобран оптимальный вариант закачки необходимого объема жидкости (22 000 м3/сут для участка №1, 14 000 м3/сут для участка №2 и 17 100 м3/сут для участка №3) сроком на 20 лет.
В ходе работы автором были изучены особенности геологического и гидро-геологического строения, а также история развития и изучения территории работ. Фильтрационные и геомиграционные параметры, полученные в ходе полевых работ на основании расчетных зависимостей, переинтерпритированы с помощью про-граммы ANSDIMAT. Автором проведен расчет численных гидродинамических параметров (проницаемость, пьезопроводность, коэффициенты фильтрации и гидропро-водности) по данным снятия КПД. По результатам пробных закачек методом МУЗ получены параметры приемистости скважин. Обосновано значение максимального устьевого давления, при котором не происходит гидроразрыв пласта.
При схематизации природных геологических условий из 13 литологических горизонтов получены 8 расчетных слоев. Целевой объект для размещения ПДВ - отложения задонско-елецкого, евлановско-ливенского и воронежского горизонтов франско-фаменского яруса верхнего девона.
При выполнении прогнозных оценок по закачке попутно добываемых вод в эксплуатационную толщу на расчетный срок, равный 20 годам, были рассмотрены несколько прогнозных сценариев:
- равномерное распределение расходов закачки между скважинами;
- перераспределения расходов закачки по скважинам с учетом результатов МУЗ;
- подбор оптимального распределения расходов закачки по скважинам.
Выбор итогового варианта режима закачки определялся исходя из условия не превышения давления закачки на устье каждой из нагнетательных скважин, равного 90 атмосфер. Последнее определяется технологическими возможностями системы закачки: насосным оборудованием и пропускным сечением водоводов.
По результатам решения прогнозных задач установлено, что при равномерном распределении расходов между скважинами и распределении расходов на основании МУЗ (Варианты 1 и 2) условие не превышения давления на устье скважины в 90 атмосфер не выполняется по целой группе скважин.
Учитывая различный характер приемистости поглощающих скважин, дальнейшие расчеты выполнялись методом подбора наиболее оптимального характера (Вариант 3) распределения расходов закачки между скважинами. На участках №2 и №3 удалось полностью разместить планируемых объем ПДВ. Однако в связи с низкими фильтрационными параметрами эксплуатационной толщи в пределах участка №1, по результатам решения прогнозной задачи установлена возможность закачки 70 % от требуемого объема, т.е. 15 408 м3/сут.
Максимальное прогнозное устьевое давление на конец 20-летнего периода эксплуатации в пределах полигона составит 2,1 атм (участок №2). В среднем величина прогнозного устьевого давления по скважинам участка № 1 составит 1,3 атм, участка №2 - 1,5 атм, участка №3 - 1,81 атм. Максимальное прогнозное устьевое давление на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 242 атм, в среднем величина устьевого давления по скважинам участка составит 123,8 атм.
Максимальное прогнозное забойное давление на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 271,6 атм. В среднем величина забойного давления по скважинам участка составит 230,5 атм. Максимальное прогнозное забойное давление на конец 20-летнего периода эксплуатации полигона составит 165 атм (участок №1), в среднем величина устьевого давления по скважинам участка составит 152,6 атм.
Максимальный напор на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 2757 м, средняя величина напора составит 2329 м. Максимальный напор на конец 20-летнего периода эксплуатации полигона составит 1680 м, в среднем вели-чина напора составит 1606 м.
Также следует отметить, что расчетное давление на устье нагнетательных скважин не превысило значения в 120 атмосфер и существенно меньше предельно допустимого давления (давление гидроразрыва пласта) на устье скважин, которое в среднем по участку составляет 194,4 атмосферы.
По результатам решения прогнозной задачи определены радиусы растекания и построены ореолы распространения закаченных вод через 5 и 20 лет. В целом ореолы растекания остаются в пределах лицензионных границ месторождений.
Цель работы - провести схематизацию природных условий целевого объекта ПРПДВ и выбрать оптимальный вариант закачки планируемого объема сроком на 20 лет - достигнута на участках №2 и №3. На участке №1 удалось разместить 70% от планируемого объема ПДВ.
В ходе работы автором были изучены особенности геологического и гидро-геологического строения, а также история развития и изучения территории работ. Фильтрационные и геомиграционные параметры, полученные в ходе полевых работ на основании расчетных зависимостей, переинтерпритированы с помощью про-граммы ANSDIMAT. Автором проведен расчет численных гидродинамических параметров (проницаемость, пьезопроводность, коэффициенты фильтрации и гидропро-водности) по данным снятия КПД. По результатам пробных закачек методом МУЗ получены параметры приемистости скважин. Обосновано значение максимального устьевого давления, при котором не происходит гидроразрыв пласта.
При схематизации природных геологических условий из 13 литологических горизонтов получены 8 расчетных слоев. Целевой объект для размещения ПДВ - отложения задонско-елецкого, евлановско-ливенского и воронежского горизонтов франско-фаменского яруса верхнего девона.
При выполнении прогнозных оценок по закачке попутно добываемых вод в эксплуатационную толщу на расчетный срок, равный 20 годам, были рассмотрены несколько прогнозных сценариев:
- равномерное распределение расходов закачки между скважинами;
- перераспределения расходов закачки по скважинам с учетом результатов МУЗ;
- подбор оптимального распределения расходов закачки по скважинам.
Выбор итогового варианта режима закачки определялся исходя из условия не превышения давления закачки на устье каждой из нагнетательных скважин, равного 90 атмосфер. Последнее определяется технологическими возможностями системы закачки: насосным оборудованием и пропускным сечением водоводов.
По результатам решения прогнозных задач установлено, что при равномерном распределении расходов между скважинами и распределении расходов на основании МУЗ (Варианты 1 и 2) условие не превышения давления на устье скважины в 90 атмосфер не выполняется по целой группе скважин.
Учитывая различный характер приемистости поглощающих скважин, дальнейшие расчеты выполнялись методом подбора наиболее оптимального характера (Вариант 3) распределения расходов закачки между скважинами. На участках №2 и №3 удалось полностью разместить планируемых объем ПДВ. Однако в связи с низкими фильтрационными параметрами эксплуатационной толщи в пределах участка №1, по результатам решения прогнозной задачи установлена возможность закачки 70 % от требуемого объема, т.е. 15 408 м3/сут.
Максимальное прогнозное устьевое давление на конец 20-летнего периода эксплуатации в пределах полигона составит 2,1 атм (участок №2). В среднем величина прогнозного устьевого давления по скважинам участка № 1 составит 1,3 атм, участка №2 - 1,5 атм, участка №3 - 1,81 атм. Максимальное прогнозное устьевое давление на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 242 атм, в среднем величина устьевого давления по скважинам участка составит 123,8 атм.
Максимальное прогнозное забойное давление на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 271,6 атм. В среднем величина забойного давления по скважинам участка составит 230,5 атм. Максимальное прогнозное забойное давление на конец 20-летнего периода эксплуатации полигона составит 165 атм (участок №1), в среднем величина устьевого давления по скважинам участка составит 152,6 атм.
Максимальный напор на конец 5-летнего периода эксплуатации полигона составит 2757 м, средняя величина напора составит 2329 м. Максимальный напор на конец 20-летнего периода эксплуатации полигона составит 1680 м, в среднем вели-чина напора составит 1606 м.
Также следует отметить, что расчетное давление на устье нагнетательных скважин не превысило значения в 120 атмосфер и существенно меньше предельно допустимого давления (давление гидроразрыва пласта) на устье скважин, которое в среднем по участку составляет 194,4 атмосферы.
По результатам решения прогнозной задачи определены радиусы растекания и построены ореолы распространения закаченных вод через 5 и 20 лет. В целом ореолы растекания остаются в пределах лицензионных границ месторождений.
Цель работы - провести схематизацию природных условий целевого объекта ПРПДВ и выбрать оптимальный вариант закачки планируемого объема сроком на 20 лет - достигнута на участках №2 и №3. На участке №1 удалось разместить 70% от планируемого объема ПДВ.