Развитие технологий мониторинга за объектом подземного хранения газа: на примере Центрального ПХГ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.16, кандидат технических наук Зубарев, Сергей Алексеевич

• Зубарев, Сергей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зубарев, Сергей Алексеевич

Введение

Глава 1. Состояние изученности проблемы

1.1 Краткая история создания подземных хранилищ газа в пористых пластах

1.2 Геолого-геофизическая изученность. Краткий обзор результатов выполненных геологоразведочных и геофизических работ на Центральном ПХГ

1.3 Физико-географический очерк Центрального ПХГ.

1.4 Стратиграфия

1.5 Тектоника

Глава 2. Петрофизические исследования

2.1 Цитологическое изучение пород щигровского горизонта

2.2 Петрофизические связи интерпретационной модели нижнещигровских отложений

2.3 Результаты эксперимента по воздействию переменного давления на породы песчаного коллектора и глинистого флюидоупора

Глава 3. Оценка газонасыщенности и подсчет запасов газа

3.1 Технология выделения и оценки терригенных коллекторов

3.2 Анализ насыщенности с учетом имеющихся данных по ФЕС, определенных по уточненным петрофизическим и интерпретционным моделям

3.3 Оценка запасов газа в ПХГ созданных в водоносных пластах и особенности подсчета 86 3.4. Совершенствование технологии эксплуатации Центрального

ПХГ с учетом особенностей его геологического строения.

Глава 4. Геологическая модель.

4.1. Создание геологической модели

4.2. Принятая модель геологического строения песчаных пластов-коллекторов и глинистых флюидоупоров

4.3. Предлагаемая модель геологического строения песчаных пластов коллекторов и глинистых флюидоупоров по данным петрофизических и геофизических исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие технологий мониторинга за объектом подземного хранения газа: на примере Центрального ПХГ»

Актуальность проблемы. Подземные хранилища газа (ПХГ), создаваемые в водоносных пластах, являются специфическими объектами, существенно отличающимися от природных промышленных скоплений газа, как по условиям формирования залежи, так и по срокам и характеру эксплуатации. Особенности процесса создания и эксплуатации ПХГ в таких структурах проявляются в больших скоростях перемещения фронта вытеснения, неустойчивости положения газоводяного контакта, цикличности, связанной с чередованием периодов закачек и отбора газа, переменными изменениями давления и температуры и, наконец, с наличием зоны совместной фильтрации воды и газа, влияние которой на процессы обводнения и состояния прискважинной зоны может оказаться существенным. Поэтому информационное обеспечение по петрофизическим и фильтрационным свойствам является важной многоплановой задачей.

Повышение точности и детальности изучения геологических объектов подземного хранения газа в водоносных структурах, оценки объемов газа является актуальной проблемой разведки и циклической эксплуатации ПХГ. Особо важную роль при решении этой проблемы имеют методы и методики, позволяющие оценить литологические, петрофизические и фильтрационно-емкостные свойства и текущую газонасыщенность сложнопостроенных терригенных коллекторов.

Активное изучение рассматриваемого района приходится на 50-70 годы прошлого века. В это время были открыты водоносные структуры в Окско-Цнинском мегавале, приуроченные к терригенным отложениям среднего девона. С целью обеспечения суточной неравномерности газопотребления Россини и ближнего зарубежья были созданы Калужское, Щелковское, Касимовское, Гатчинское, Инчукалнское и др. подземные хранилища газа. С середины 80 годов до настоящего времени доля ПХГ в водоносных структурах неуклонно растет. При этом выявленные в процессе геологоразведочных работ структуры в большинстве случаев приурочены к сложнопостроенным терригенным коллекторам с неоднородной глинистостью, малыми толщинами и, как правило, со значительными изменениями фильтрационно-емкостных свойств, что неизбежно приводит к снижению информативности геофизических исследований и суточной производительности скважин.

В условиях перехода к рыночным отношениям, из-за негативных явлений, связанных- с преобразованием ОАО «Газпром», практически исчез системный подход к геологическому изучению таких объектов. Важнейшими из них являются оценка герметичности газоупорных горизонтов, определение фильтрационноемкостных свойств (ФЕС) и литологических особенностей аккумулирующих пластов. Спецификой ПХГ в водоносных пластах является изменение во времени ФЕС, влияющее на технологические режимы эксплуатации, что требует специального изучения.

Подземные хранилища газа в водоносных терригенных коллекторах, по сути происходящих процессов, являются сложными системами, поведение которых обуславливается в процессе эксплуатации воздействием внешних и внутренних факторов. В технологической системе ПХГ используется значительный фонд эксплуатационных скважин, в результате циклических закачек и отбора газа происходит разнонаправленное движение газо-водяного контакта (ГВК), значительные колебания давления и температуры. Воздействие этих факторов также приводит к изменению фильтрационно-емкостных свойств.

Одним из факторов, которые могут повысить суточную производительность, надежность и достоверность ГИС, является учет компонентного состава горных пород и пластового флюида при комплексной интерпретации данных ГИС. Неучет компонентного состава горных пород-коллекторов, их прочностных свойств приводит к значительным погрешностям при определении коллекторских свойств и неверной оценке, а иногда и к пропуску флюидовмещающих интервалов.

В работе предложены, современные приемы и подходы к созданию литологической, петрофизической интерпретационной модели данных ГИС с учетом технологий моделирования и кроссплотинга, которые включают современные принципы и новые технологии применительно к сложнопостроенным терригенным коллекторам. Методические приемы интерпретации данных ГИС на основе кроссплотинга, обеспечивают высокую точность и достоверность определения фильтрационно-емкостных свойств.

Целью диссертационной работы является повышение точности и детальности литологических, петрофизических и интерпретационных моделей коллекторов и флюидоупоров, достоверности подсчета запасов газа и создание на этой основе современных технологий и комплекса методов литолого-петрофизических исследований, необходимых для определения условий формирования коллекторов с высокими ФЕС, оценки герметичности глинистых пород-покрышек и выяснения причин, влияющих на формирование макро- и микро неоднородностей пластов коллекторов при создании подземных газохранилищ в водоносных пластах за счет углубленной обработки параметров акустического, радиоактивного, электрического каротажа и петрофизических исследований керна.

Основные задачи исследований

1. Усовершенствование технологии и методики классификации коллекторов на основе литологического анализа кернового материала и глинистости.

2. Оценка прочностных характеристик глинистой покрышки и пород-коллекторов.

3. Разработка алгоритма для выделения в разрезах скважин пластов коллекторов с активными, малоактивными и пассивными запасами газа. Дифференцированный подсчет запасов газа объемным методом.

4. Построение модели природного резервуара щигровских отложений с учетом фильтрационно-емкостной неоднородности

Основные защищаемые положения

1. Технология оценки порового пространства терригенных коллекторов по их гранулометрическому и литологическому составу позволяет выделить основные литотипы пород, слагающих разрез и более точно построить петрофизические зависимости для них.

2. Технология оценки фильтрационно-емкостных свойств подземных хранилищ газа на основе расчетов коэффициента вытеснения воды газом и приведенных эффективных мощностей позволяет достоверно оценить полезный объем хранилища.

3. Технология определения текущих запасов газа с учетом неоднородности пласта-коллектора позволяет оценивать насыщенности с коэффициентом газонасыщения менее 20% и расходится с учетными данными не более чем на 2%.

Научная новизна

1. Впервые проведена типизация пород-коллекторов Центрального ПХГ среднедевонского возраста по структуре порового пространства и ФЕС с учетом данных петрофизических исследований кернового материала.

2. Оценена геологическая неоднородность продуктивного разреза, обуславливающая процессы фильтрации флюидов. Уточнены петрофизические зависимости между емкостными и фильтрационными свойствами по отдельным пачкам Центрального ПХГ.

3. На основе использования данных мониторинга циклической эксплуатации и дифференциации разреза среднедевонских отложений выделены участки распространения коллекторов с повышенными фильтрационными свойствами, и в наибольшей степени эксплуатируемые в настоящее время и тем самым подверженные наибольшему разрушению.

Практическая значимость

1. В результате дифференциации разреза по структуре порового пространства и ФЕС созданы технологии эффективной эксплуатации газового хранилища.

2. Проведено распределение запасов газа хранилища в зависимости от типа коллекторов.

3. Разработаны рекомендации по оптимизации системных геофизических исследований при циклической эксплуатации газового хранилища, в том числе при пиковых нагрузках.

Внедрение результатов работы. Результаты использованы при оперативной оценке объемов закаченного газа в пласт, расчетах суточной производительности скважин, интерпретации данных ГИС, составление режимов эксплуатации подземных хранилищ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях:

V Международная молодежная научная конференция Севергеоэкотех, Ухтинский государственный технический университет Ухта, 2004;

32-й Международный геологический конгресс, Флоренция, Италия, 20-28 августа 2004г; .

23-й Мировой газовый конгресс, Амстердам, Нидерланды, 5-9 июня 200бг;

35-й; Международный семинар им. Д.Г. Успенского, Ухтинский государственный технический университет; VxTaj 29 февраля — 3 марта 2008г.

Публикации.! Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, из них четыре в изданиях, включенных в список ВАК.

Структура и объемы работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения, содержит 138 страниц, текста, в том числе: 6 таблиц,. 56 рисунков и список литературы из 136 наименований.

Заключение диссертации по теме «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр», Зубарев, Сергей Алексеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами проведенных исследований являются: Выполненная детализация и уточнение геологического строения Центрального ПХГ, созданного в водоносном пласте, позволила обосновать и внедрить дифференцированную закачку газа, что повышает надежность его эксплуатации за счет сокращения пластовых потерь газа и улучшения технологических показателей газохранилища. Полученные результаты легли в основу рекомендаций по совершенствованию технологии эксплуатации ПХГ.

Новая модель строения Центрального природного резервуара, в которой выделены выдержанные песчаные пласты, расположенные по разрезу выше основного (верхнего) пласта-коллектора. Показано, что песчаные слои в верхней части разреза, рассматриваемого в качестве глинистой покрышки, распространены не случайно, хаотично и изолированно как это принято считать, а закономерно. Эта часть разреза отнесена не к покрышке, а к коллектору с тремя песчаными пластами, разделенными глинистыми пластами-перемычками.

Предложена новая номенклатура песчаных пластов верхнещигровских отложений, в которой индексация их произведена сверху - вниз, как это принято в промысловом производстве. Всего выделено 7 песчаных пластов, -от верхнего с индексом П1 до нижнего с индексом П7. Основные песчаные пласты, в которые производится закачка газа, имеют индексы П4 и П7.

Установленные закономерности в формировании и залегании песчаных пластов и глинистых флюидоупоров. Для верхнещигровского времени выделено 7 полных трансгрессивно-регрессивных циклов и один не полный цикл осадконакопления. Песчаные пласты формировались во время регрессивных, а глинистые пласты во время трансгрессивных циклов. В сводовой части поднятия разрез верхнещигровских отложений более песчаный, в нем содержится максимальное число песчаных пластов с большими толщинами и лучшими коллекторскими свойствами. Кроме того, в сводовой части поднятия при низком стоянии уровня наступавшего моря местами происходило опесчанивание нижней части флюидоупоров. На практике такие опесчаненные флюидоупоры некорректно относят к песчаному пласту коллектору с ухудшенными фильтрационными свойствами.

Характер изменения песчаных и глинистых пород Центрального ПХГ при воздействии на них переменных давлений. На основе экспериментальных исследований установлено, что структура песчаных коллекторов и подошвенная часть флюидоупоров под воздействием циклических изменений давления разрушаются. Разрушение флюидоупоров обусловлено возникновением в глинистой породе разрывов и сколов с хорошо различимыми под электронным растровым микроскопом поверхностями скольжения, трещинной и поровой пустотностью, обусловливающими объемное разуплотнение породы и ее крошение.

В песчаном коллекторе происходят изменение ориентировки зерен, неравномерное разуплотнение, а в темноцветных участках породы с большим содержанием слюдистых минералов наблюдаются явления пластической деформации. Разуплотнение песчаного коллектора, сопровождаемое нарушением его структуры может обусловливать перемещение обломочных частиц породы к фильтру в скважине при отборе газа из пласта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зубарев, Сергей Алексеевич, 2010 год

1.Н., Семенов О.Г., Солдаткин Г.И. Особенности проектирования и эксплуатации газохранилищ в водоносных структурах. // Науч.-техн. Обзор. -М.: ВНИИЭгазпром, 1973, 36с.

2. Авчян Г.М., Матвеенко А.А, Стефанкевич Э.Б. Петрофизика осадочных пород в глубинных условиях. М.: Недра. — 1979. -224с.

3. Амикс Дж., Бас Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта // М.: Гостоптехиздат, 1962

4. Арутюнов А.Е., Парфенов В.И., Бузинов С.Н., Трегуб С.И. Современные тенденции развития подземного хранения газа в Российской Федерации // Сб. науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» «Подземное хранение газа. Проблемы и перспективы» /-М.: 2003, с.21-29

5. Бачурина Н.М., Бузинов С.Н. Оценка эффективности эксплуатации ПХГ // Газовая промышленность, 1990, №1, с.20-21

6. Бачурина Н.М., Семенов О.Г. К вопросу расчета технико-экономической эффективности объектов ПХГ // Сб. науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» «Проблемы подземного хранения газа в СССР» / —М.: 1982, с.83-87

7. Берето Я.А., Грачева О.Н., Лобанова А.Н., Сахипов Ф.А., Родин В.И. Оценка герметичности пласта-покрышки при создании ПХГ в нефтяных месторождениях // Сборник научных трудов: 50 лет ВНИИГАЗу — 40 лет ПХГ / ВНИИГАЗ, -М., 1998, с.47-53

8. Бондарев В.Л. Влияние особенностей геологического строения ПХГ на его эксплуатацию (на примере ПХГ Северо-Западного экономического района) // Сб. науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» «Проблемы подземного хранения газа в СССР» /-М.: 1982, с.27-34

9. Бондарев В.Л., Полоудин Г.А. Возникновение и развитие идеи подземного хранения природного газа // Сб. науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» «Газовая геология России вчера, сегодня, завтра» / -М.: 2000, с.52-55

10. Бузинов С.Н. Подземное хранение газа в Российской Федерации. Современное состояние и проблемы // Сборник научных трудов: ВНИИГАЗ на рубеже веков наука о газе и газовые технологии / ВНИИГАЗ, -М., 1998, с.146-156

11. Бузинов С.Н. Подземное хранение газа в Российской Федерации. Современное состояние и проблемы // Сборник научных трудов: ВНИИГАЗ на рубеже веков наука о газе и газовые технологии / ВНИИГАЗ, -М., 1998, с.146-156

12. Бузинов С.Н., Бачурина Н.М. Экономическое стимулирование развития ПХГ // Сб. науч. тр. ООО «ВНИИГАЗ» «Подземное хранение газа. Проблемы и перспективы» /-М.: 2003, с.441-444

13. Бузинов С.Н., Бондарев В.Л., Грачева О.Н. и др. Разработка технико-технологических решений и проведение расчетов по созданию ПХГ на территории Российской Федерации // Отчет о НИР по договору №0202-02-2. Этап 3. ВНИИГАЗ: -М., 2002

14. Бузинов С.Н., Грачева О.Н., Григорьев А.А. Особенности формирования и эксплуатации подземного хранилища газа, созданного в пологозалегающем водоносном пласте // Обз.инф. ВНИИЭГазпром, Сер. Транспорт и хранение газа. -М., 1987, Вып.9, 32с

15. Бузинов С.Н., Грачева О.Н., Григорьев А.А. Особенности формирования и эксплуатации подземного хранилища газа, созданного в пологозалегающем водоносном пласте // Обз.инф. ВНИИЭГазпром, Сер. Транспорт и хранение газа. -М., 1987, Вып.9, 32с.

16. Бузинов С.Н., Грачева О.Н., Григорьев А.В., Трегуб С.И. Опыт проектирования ПХГ в нефтяных залежах // Сборник научных трудов: Отделение подземного хранения газа, ВНИИГАЗ, -М., 1995, с. 60-65

17. Бузинов С.Н., Грачева О.Н., Григорьев А.В., Трегуб С.И., Сахипов Ф.А., Тухбатуллин Ф.Г. Создание ПХГ на нефтяных месторождениях // Газовая промышленность, -М., №12, 1997

18. Бузинов С.Н., Гусев Э.Л., Сухарев М.Г. Расчет движения границы газоводяного контакта при создании подземных хранилищ газа // Газовая промышленность. -1970, №1, с.44

19. Бузинов С.Н., Парфенов В.И., Хан С.А. Оптимизация режимов отбора и закачки газа в группу ПХГ // Сборник научных трудов: Отделение подземного хранения газа, ВНИИГАЗ, -М., 1995, с.36-39

20. Бузинов С.Н., Семенов О.Г., Солдаткин Г.И. Особенности проектирования и эксплуатации газохранилищ в водоносных структурах. // Науч.-техн. Обзор. -М.: ВНИИЭгазпром, 1973,36с.

21. Временная инструкция по переаттестации скважин ПХГ с целью определения их возможной эксплуатации, Ставрополь: 1996, с. 2226