Помощь студентам в учебе
Инженерно-геологические условия разработки Ашальчинской битумной залежи (Республика Татарстан)
|
Введение 8
1 Общие сведения о районе Ашальчинского месторождения 13
2 Геологическое строение Ашальчинского месторождения 16
2.1 Стратиграфия 16
2.2 Тектоника 26
2.3 Гидрогеологические условия 28
3 Методика исследований 31
4 Строение битумной залежи Ашальчинского месторождения 34
5 Влияние паротеплового воздействия на пласт-коллектор 37
5.1 Литолого- минералогическая характеристика породы-коллектора 37
5.2 Основные инженерно-геологические элементы продуктивной части
Ашальчинской битумной залежи 40
5.3 Изменения свойств пород-коллекторов при водопаровом
воздействии 42
6 Влияние паротеплового воздействия на породы-покрышки 47
6.1 Литолого-минералогическая характеристика «лингуловой глины»47
6.2 Изменения свойств «лингуловых глин» при водопаровом
воздействии 52
7 Оценка опасности суффозионных проявлений при разработке
Ашальчинского месторождения 56
Заключение 61
Список использованных источников 63
1 Общие сведения о районе Ашальчинского месторождения 13
2 Геологическое строение Ашальчинского месторождения 16
2.1 Стратиграфия 16
2.2 Тектоника 26
2.3 Гидрогеологические условия 28
3 Методика исследований 31
4 Строение битумной залежи Ашальчинского месторождения 34
5 Влияние паротеплового воздействия на пласт-коллектор 37
5.1 Литолого- минералогическая характеристика породы-коллектора 37
5.2 Основные инженерно-геологические элементы продуктивной части
Ашальчинской битумной залежи 40
5.3 Изменения свойств пород-коллекторов при водопаровом
воздействии 42
6 Влияние паротеплового воздействия на породы-покрышки 47
6.1 Литолого-минералогическая характеристика «лингуловой глины»47
6.2 Изменения свойств «лингуловых глин» при водопаровом
воздействии 52
7 Оценка опасности суффозионных проявлений при разработке
Ашальчинского месторождения 56
Заключение 61
Список использованных источников 63
В связи с истощением запасов основных разрабатываемых горизонтов крупных нефтяных месторождений, приоритетным направлением пополнения и укрепления ресурсной базы топливно - энергетического комплекса страны, в том числе и Татарстана, становится вовлечение в активную разработку огромных запасов природных битумов и тяжелой нефти [9,21,24].
В качестве первоочередных объектов промышленного освоения в республике планируются залежи шешминского горизонта уфимского яруса нижней перми, имеющие наиболее широкое распространение и характеризующиеся наиболее благоприятными геолого-экономическими условиями локализации. Район их распространения обладает развитой нефтепромысловой инфраструктурой [1]. Шешминский горизонт включает в себя две пачки: нижняя — песчано-глинистая и верхняя — песчаная. Промышленно-нефтеносные скопления сосредоточены в отложениях песчаной пачки шешминского горизонта [9].
«Пилотным» месторождением для разработки залежей природных битумов в России стало Ашальчинское, на котором «Татнефть» добыла в ноябре 2011 года 100-тысячную тонну тяжелой нефти [1].
Мировой опыт освоения залежей тяжелой нефти и природных битумов свидетельствует, что наиболее перспективной технологией их разработки являются термические методы.
Опыт реализации различных тепловых методов в условиях залежей природных битумов Ашальчинского месторождения свидетельствует, что наиболее надежные результаты могут быть получены при использовании парогравитационной технологии разработки [9].
Как известно, при воздействии тепловыми методами на продуктивный пласт, происходят различные термические и
гидравлические процессы, которые вызывают значительные изменения в
напряженном состоянии коллектора, способные привести к уменьшению прочности породы, возникновению новых и развитию уже имеющихся трещин, а также термодеструкции пород-покрышек. В конечном счете, результатом этих процессов может явиться нарушение целостности породы-покрышки и возникновение «путей», по которым битум, газы горения или закачиваемый воздух могут попасть в вышележащие горизонты, в том числе с пресными питьевыми водами или на поверхность [18].
Вышесказанное делает актуальной задачу изучения процессов, происходящих с породами при реализации метода парогравитационного дренирования [17].
Объектом исследования является Ашальчинское месторождение природных битумов.
Цель выпускной квалификационной работы магистра: изучить вещественный состав и физико-механические свойства пород-покрышек и пород-коллекторов Ашальчинского битумного месторождения и дать прогноз их изменения в процессе разработки залежей природных битумов методом парогравитационного дренирования.
Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие основные задачи исследования:
1. Изучить физико-механические свойства пород-коллекторов и пород-покрышек Ашальчинской битумной залежи.
2. Смоделировать процесс воздействия водяного пара на породы.
3. Оценить устойчивость песчаного битуминозного пласта при воздействии на него водяным паром.
По теме диссертации опубликовано 7 статей. В ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК РФ опубликовано 2 статьи.
Прежде чем приступить к основной части работы, важно определить, что подразумевается под термином «природный битум», поскольку существуют различные подходы к классификации типов нефти. Ряд классификаций предполагают отнесение нефти к тому или иному типу на основе большого количества характеристик (коэффициент динамической вязкости, плотность, содержание парафина и асфальтенов, содержание примесей), некоторые из упрощенных классификаций дифференцируют нефти по двум основным параметрам: коэффициенту динамической вязкости и плотности [8].
В качестве первоочередных объектов промышленного освоения в республике планируются залежи шешминского горизонта уфимского яруса нижней перми, имеющие наиболее широкое распространение и характеризующиеся наиболее благоприятными геолого-экономическими условиями локализации. Район их распространения обладает развитой нефтепромысловой инфраструктурой [1]. Шешминский горизонт включает в себя две пачки: нижняя — песчано-глинистая и верхняя — песчаная. Промышленно-нефтеносные скопления сосредоточены в отложениях песчаной пачки шешминского горизонта [9].
«Пилотным» месторождением для разработки залежей природных битумов в России стало Ашальчинское, на котором «Татнефть» добыла в ноябре 2011 года 100-тысячную тонну тяжелой нефти [1].
Мировой опыт освоения залежей тяжелой нефти и природных битумов свидетельствует, что наиболее перспективной технологией их разработки являются термические методы.
Опыт реализации различных тепловых методов в условиях залежей природных битумов Ашальчинского месторождения свидетельствует, что наиболее надежные результаты могут быть получены при использовании парогравитационной технологии разработки [9].
Как известно, при воздействии тепловыми методами на продуктивный пласт, происходят различные термические и
гидравлические процессы, которые вызывают значительные изменения в
напряженном состоянии коллектора, способные привести к уменьшению прочности породы, возникновению новых и развитию уже имеющихся трещин, а также термодеструкции пород-покрышек. В конечном счете, результатом этих процессов может явиться нарушение целостности породы-покрышки и возникновение «путей», по которым битум, газы горения или закачиваемый воздух могут попасть в вышележащие горизонты, в том числе с пресными питьевыми водами или на поверхность [18].
Вышесказанное делает актуальной задачу изучения процессов, происходящих с породами при реализации метода парогравитационного дренирования [17].
Объектом исследования является Ашальчинское месторождение природных битумов.
Цель выпускной квалификационной работы магистра: изучить вещественный состав и физико-механические свойства пород-покрышек и пород-коллекторов Ашальчинского битумного месторождения и дать прогноз их изменения в процессе разработки залежей природных битумов методом парогравитационного дренирования.
Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие основные задачи исследования:
1. Изучить физико-механические свойства пород-коллекторов и пород-покрышек Ашальчинской битумной залежи.
2. Смоделировать процесс воздействия водяного пара на породы.
3. Оценить устойчивость песчаного битуминозного пласта при воздействии на него водяным паром.
По теме диссертации опубликовано 7 статей. В ведущих рецензируемых научных журналах по списку ВАК РФ опубликовано 2 статьи.
Прежде чем приступить к основной части работы, важно определить, что подразумевается под термином «природный битум», поскольку существуют различные подходы к классификации типов нефти. Ряд классификаций предполагают отнесение нефти к тому или иному типу на основе большого количества характеристик (коэффициент динамической вязкости, плотность, содержание парафина и асфальтенов, содержание примесей), некоторые из упрощенных классификаций дифференцируют нефти по двум основным параметрам: коэффициенту динамической вязкости и плотности [8].
Основные результаты исследований по теме диссертационной работы сводятся к следующему:
1. В пределах продуктивной части битуминозной залежи выделяются 4 ИГЭ:
ИГЭ-1 Песчаник мелкозернистый, низкой прочности (полускальный), равномерно битуминозный, слабосцементированный.
ИГЭ-2 Песчаник мелкозернистый, средней прочности (скальный), равномерно битуминозный, прочносцементированный.
ИГЭ-3 Песчаник мелкозернистый, средней прочности (скальный), слабобитуминозный, прочносцементированный.
ИГЭ-4 Песчаник пылеватый, прочный (скальный), не насыщен битумом.
2. Добыча битума осуществляется из ИГЭ-1, являющегося наименее прочным и наиболее битумонасыщенным слоем битуминозной залежи. Моделирование процесса добычи битумов из этого пласта с применением технологии парогравитационного дренажа показало, что у ИГЭ-1 будут существенно меняться физико-механические свойства в ходе разработки месторождения.
3. При использовании технологии парогравитационного дренажа будут снижаться механические свойства песчаника, вплоть до его перехода в рыхлое состояние. Причинами снижения сил сцепления между твердыми частицами грунта являются выщелачивание кальцита и вынос битуминозного вещества, выполняющих роль цемента.
4. Моделирование цикличного воздействия водяного пара на «лингуловые глины» показало, что процесс разработки битумных залежей приведет к возникновению в них микротрещин, закислению поровых растворов, растворению карбонатной компоненты и, как следствие, к ослаблению сил сцепления между зернами пород и разрыхлению их
структуры. Все это приведет к ухудшению герметичности породы- покрышки.
5. Расчеты, основанные на результатах моделирования, показали, что между скважинами, нагнетающими пар и добывающими нефть, будет развиваться суффозионная полость за счет выноса тонкодисперсных минеральных частиц из разрабатываемого песчаного коллектора. Со временем расширение суффозионной полости может привести к обрушению кровли и возникновению провалов на поверхности земли.
Результаты данной работы должны учитываться при проектировании метода парогравитационного дренажа для разработки месторождений природных битумов и высоковязких нефтей.
В связи с существующими экологическими рисками (возможный прорыв теплоносителя в зону пресных вод, загрязнение подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха и почв), на Ашальчинском месторождении рекомендуется проводить мониторинг, который должен включать гидрохимические, электротомографические исследования и газогеохимическую съемку.
1. В пределах продуктивной части битуминозной залежи выделяются 4 ИГЭ:
ИГЭ-1 Песчаник мелкозернистый, низкой прочности (полускальный), равномерно битуминозный, слабосцементированный.
ИГЭ-2 Песчаник мелкозернистый, средней прочности (скальный), равномерно битуминозный, прочносцементированный.
ИГЭ-3 Песчаник мелкозернистый, средней прочности (скальный), слабобитуминозный, прочносцементированный.
ИГЭ-4 Песчаник пылеватый, прочный (скальный), не насыщен битумом.
2. Добыча битума осуществляется из ИГЭ-1, являющегося наименее прочным и наиболее битумонасыщенным слоем битуминозной залежи. Моделирование процесса добычи битумов из этого пласта с применением технологии парогравитационного дренажа показало, что у ИГЭ-1 будут существенно меняться физико-механические свойства в ходе разработки месторождения.
3. При использовании технологии парогравитационного дренажа будут снижаться механические свойства песчаника, вплоть до его перехода в рыхлое состояние. Причинами снижения сил сцепления между твердыми частицами грунта являются выщелачивание кальцита и вынос битуминозного вещества, выполняющих роль цемента.
4. Моделирование цикличного воздействия водяного пара на «лингуловые глины» показало, что процесс разработки битумных залежей приведет к возникновению в них микротрещин, закислению поровых растворов, растворению карбонатной компоненты и, как следствие, к ослаблению сил сцепления между зернами пород и разрыхлению их
структуры. Все это приведет к ухудшению герметичности породы- покрышки.
5. Расчеты, основанные на результатах моделирования, показали, что между скважинами, нагнетающими пар и добывающими нефть, будет развиваться суффозионная полость за счет выноса тонкодисперсных минеральных частиц из разрабатываемого песчаного коллектора. Со временем расширение суффозионной полости может привести к обрушению кровли и возникновению провалов на поверхности земли.
Результаты данной работы должны учитываться при проектировании метода парогравитационного дренажа для разработки месторождений природных битумов и высоковязких нефтей.
В связи с существующими экологическими рисками (возможный прорыв теплоносителя в зону пресных вод, загрязнение подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха и почв), на Ашальчинском месторождении рекомендуется проводить мониторинг, который должен включать гидрохимические, электротомографические исследования и газогеохимическую съемку.