Воздействия объектов нефтедобычи на геологическую среду
С началом разработки нефтяных и газовых месторождений происходи: стрессовое преобразование эндогенных и экзогенных процессов по сравнению с естественными условиями. Как правило, эти процессы развиваются в разных временных интервалах, но могут иметь единый генезис либо происходить детерминированно.
При этом, как и при процессах загрязнения, техногенное воздействие на геологическую среду (ГС) неодинаково на различных стадиях освоения месторождений УВ. На стадии поисковых работ оно минимально и носит кратковременный, преимущественно экзогенный характер, в основном это нарушение почвогрунтов, связанное с их механическим уплотнением и эрозией. Однако эти процессы могут дать толчок к началу деградации многолетнемерзлых грунтов с образованием термокарстовых, термоэрозионных и других форм нарушений поверхности, развитию эоловых процессов, оврагообразования, плоскостного смыва и др. При этом происходит изменение грунтов как субстратов для почвообразования и нарушение естественного теплового и гидрологического балансов на участках дорог, полевых баз и геофизических профилей.
Опасность перечисленных выше процессов для инженерных сооружений заключается в том, что они проявляются совместно. Поэтому уже на стадии поисков месторождений УВ необходимо иметь комплекс региональных геоэкологических карт масштаба 1:1000000 для оценки воздействия на ГС при проведении этого вида работ.
При оценках воздействия на ГС весьма важными являются дифференциация и идентификация источников загрязнения согласно классификации (рис. 5.1). Основные объекты нефтегазодобывающего комплекса в первую очередь подразделяются по признакам стационарности объектов (постоянные, временные), пространственных параметров объектов (площадные, линейные), теплофизических характеристик (тепловыделяющие, нетепловыделяющие). Комплекс признаков дополняется характеристиками загрязнения с расширением перечня объектов.
В работе [8] под площадными понимаются объекты, расположенные на одном или нескольких элементарных водосборах. Водосборы имеют четко выраженные границы и строго определенное перемещение влаги от периферии к осевым линиям (реке или дрене) и занимают площадь более 500 м2.
Линейные объекты располагаются на нескольких элементарных водосборах, занимая в каждом из них площадь не менее 500 м2. Пространственные параметры характеризуются кратным превышением в вертикальной проекции одного из линейных размеров над другим.
Точечные объекты расположены в одном элементарном водосборе и занимают площадь менее 500 м2.
К тепловыделяющим объектам относятся объекты, при строительстве и эксплуатации которых происходит перманентное выделение теплоты, приводящее к активным изменениям теплового баланса грунтов. Нетепловыделяющими объектами являются объекты, при строительстве и эксплуатации которых не происходит выделения теплоты, а изменение теплового баланса грунтов носит пассивный характер.
Идентификация источников техногенного воздействия объектов НГК по пространственным категориям необходима для:
-выявления источников техногенных воздействий на горные породы (типы площади, характер воздействия) с помощью аэрокосмических методов и наземного обследования;
- выявления площадей техногенного изменения пород и тенденций этого процесса (дистанционными, буровыми, геофизическими методами);
- прогноза техногенных изменений пород и проявлений эколого-геологических процессов в геолого-технологических (геофлюидодинамических) системах (существующих и планируемых);
- выбора методов исследования воздействия техногенных объектов НГК на ГС и оценки зоны эколого-геологического влияния инженерных сооружений;
- разработки моделей влияния объектов НГК на ГС.
С современных позиций скопление нефти и газа - это сложная открытая динамическая система, охватывающая нижнее и верхнее полупространства земной коры. Вскрытие этой системы даже одной скважиной является провоцирующим моментом, не говоря уже о масштабном извлечении нефти. При 5урении скважин, следуя [26], происходит несколько технологических "ударов": репрессия при вскрытии продуктивного пласта с превышением пластового давления в 4-5 МПа и депрессия при освоении скважин до 10 МПа. Такие эффекты носят не только локальный, но и региональный характер. По данным Д.А. Дибирова, на месторождениях Восточного Предкавказья за 25 лет активной эксплуатации месторождений произошло снижение пластовых давлений до 7,0-10,0 МПа. Техногенное воздействие не только изменяет естественный ;>ежим залежей, но и порождает новое, несбалансированное состояние эколого-технологической системы или ее отдельных частей (рис. 5.4).
Под геолого-технологической системой (ГТС) вслед за М.С. Голицыным и З.Н. Островским мы понимаем часть ГС, взаимодействующую с техногенным объектом. Таким образом, обосновывается необходимость оценки влияния последних на ГС с оценками границ такого взаимодействия.
Серьезную опасность для человека представляют в первую очередь аномальные природно-техногенные (индуцированные) геодинамические события, которые приводят к повреждению и авариям систем и объектов обустройства. Величина ущерба от таких разрушений может превышать 100 млн долл. (месторождение Уиллингтон, США).
С этих позиций представляется принципиальным анализ возможных последствий изъятия УВ для компонентов ГС и возникновения геодинамических эффектов. Оценка таких воздействий (табл. 5.14, рис. 5.4) требует проведения комплексного анализа геолого-геофизических материалов (сейсморазведка, гравитационные и магнитные аномалии, данные бурения глубоких скважин), которые позволяют выявить активные зоны и тектонические нарушения. Такие ослабленные зоны земной коры имеют особое значение для оценки масштаба ссопереноса (флюидная разгрузка и питание). Положение аномальных зон уточняется по ландшафтным признакам и геохимическим данным, а также аэро-фотокосмическим снимкам. Активность напряженных тектонических зон выявляется достаточно отчетливо, так как отдельные тектонические нарушения просматриваются по разрезу почти до дневной поверхности.
Рис. 5.4. Принципиальная схема формирования чрезвычайных геодинамических ситуаций и их промышленных и экологических последствий при разработке месторождений УВ [35]
Такого рода нарушения приводят к блоковому строению месторождений, что кардинальным образом сказывается не только на эффективности разработки месторождений, но и на преобразовании промышленных коллекторов и активизации геодинамических эффектов. Наблюдения на разрабатываемых месторождениях наглядно демонстрируют геодинамические события (табл. 5.16)
Деформационные события, связанные с активизацией современных движений земной коры в пределах платформенных регионов, установленные результатами нивелировок, указывают на возможность образования высокоградиентных зон шириной 10-15 км и более, в которых среднегодовые скорости движений составляют 1-3 мм. В пределах развития нефтегазоносных бассейнов современная активность таких зон возрастает до значений, приведенных в табл. 5.16, с формированием короткопериодных (от несколько месяцев до года) аномалий вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности. Эти процессы Ю.О. Кузьмин (1999) связывает с локальными вариациями параметров среды (жесткостных, прочностных, емкостных) внутри самих разломных зон в обстановке квазипостоянного внешнего (регионального) погружения. Такой характер возникновения и развития деформационных процессов назван внутриразломными параметрическими деформациями ГС.
Таблица 5.16 - Показатели современных природно-техногенных событий и явлений, зарегистрированных на разрабатываемых месторождениях нефти и газа [26]
Деформационные события | |
Вертикальная компонента современной тектонической активности Горизонтальная компонента современной тектонической активности Вертикальные просадки земной поверхности, накопленные за счет длительного отбора флюидов Поверхностное разломообразование с горизонтальным растяжением | До 4-5 см/год До 5-7 см/год 0,5-4,0 м 0,2-0,5 м |
Сейсмические события | |
Местные землетрясения (тектонические) Сотрясения от "транзитных" землетрясений (удаленных, катастрофических) Техногенные землетрясения с очагами в среде резервуара Индуцированные землетрясения с очагами над, под и за пределами резервуара (в том числе с очагами на глубинах до 10 км и более) | сМ = 5-6 сМ = 3-4 М = 3,0-3, М = 4,0-6,0 |
Геофизические явления | |
Вариации силы тяжести за счет деформационных и флюидодинамических процессов природного и техногенного генезиса Вариации геомагнитного поля за счет тех же процессов | 200-300 мкГал/год 8-10 нТл/год |
Флюидодинамические явления | |
Аномальные концентрации гелия в зонах активных разломов Изменение пьезоуровня в наблюдательных скважинах | 10-300 мл/л 0,5-1,0 м/год |
Изучение механизма возникновения этих явлений в зонах платформенных асейсмичных разломов привело к коренному пересмотру представлений о масштабах и роли современной геодинамики в обеспечении промышленной и экологической безопасности природно-технологических систем НГК.
В связи с этим явления современных суперинтенсивных деформационных процессов в зонах платформенных асейсмичных разломов отнесены к новому классу геодинамических явлений - параметрически индуцированных тектонических движений. Кроме естественной природы возникновения такого рода олений во многих нефтегазоносных бассейнах зафиксированы многочисленные сильные и даже катастрофические геодинамические события техногено-индуцированного генезиса, связанные с разработкой месторождений УВ табл. 5.16).
Причиной появления современных техногенных геодинамических событий является комбинация нескольких инициирующих факторов, к которым на территории разрабатываемых месторождений относятся [35]:
- длительный интенсивный отбор УВ, приводящий к изменению локальных полей напряжений в резервуаре;
- регионально-неоднородное квазистационарное поле напряжений, аномальная (девиаторная) составляющая которого может реагировать сильным откликом даже на малые по величине техногенные воздействия (отбор - закачка флюида, снижение пластовых давлений);
- современные нестационарные супераномальные деформационные процессы в зонах разломов;
- пространственная ориентировка современных разломов по отношению к особенностям распределения регионального поля напряжения;
- структурно-геологическая, литологическая и физико-механическая неоднородность резервуара, покрышки залежи и вмещающих пород;
-вертикальная дифференциация геологического разреза по гидродинамическим параметрам;
- приповерхностные инженерно-геологические и геокриологические условия, усиливающие проявление природно-техногенных геодинамических процессов.
Механизмы инициирования перечисленных выше процессов изучены явно недостаточно, однако для землетрясений, связанных с разработкой УВ, они имеют следующие закономерности:
- сейсмические события возникают как при интенсивном отборе флюидов, так и при вторичном воздействии на пласт;
- техногенные сейсмические события, соотносимые с очагами в пределах резервуара УВ, по магнитуде не превышают 3,0-3,5;
- большей магнитудой (4,0-5,0) обладают очаги землетрясений, расположенные вне резервуара УВ, которые контролируются разломами, предрасположенными к сдвиговым деформациям;
- быстрое изменение аномально высоких пластовых давлений (АВПД) в результате отбора флюида может привести к изменению нагрузки на нижележащие напряженные пласты осадочной толщи и фундамента, чем спровоцирует даже более сильные по магнитуде землетрясения;
- изменение режима "отбор - закачка флюида" обычно приводит к изменению количества сейсмических событий;
- снижение ПД в резервуаре и его объемное сжатие приводят к деформации покрышки залежей УВ;
- между началом разработки месторождений УВ, количеством отобранного флюида и возникновением сейсмической активности зависимость не выявлена, хотя замечена тенденция ускорения таких явлений для газовых месторождений (2-16 лет) по сравнению с нефтяными (от 7 до 87 лет).
Деформации и просадки земной поверхности обнаруживаются лишь при достижении ими опасных (критических) значений либо по результатам влияния на объекты и системы обустройства месторождения - смятие, слом скважин, порывы нефтепроводов, деформация зданий и др. Начальные стадии таких процессов обнаруживаются лишь по результатам специального мониторинга. Совокупность условий, которая может привести к возникновению аномальных деформаций земной поверхности в процессе отбора УВ, включает:
- наличие АВПД и темпов их снижения в процессе разработки месторождений;
- предрасположенность резервуаров к сильной сжимаемости;
- наличие высокой пористости пород продуктивных (терригенных) коллекторов - до 30-35 %;
- относительно небольшую глубину разрабатываемых залежей (до 2000 м);
- значительную суммарную мощность продуктивных горизонтов;
- наличие зон размывов слабопроницаемых пластов в многопластовых залежах.
В основе прогнозных оценок деформаций земной коры при интенсивной эксплуатации залежей нефти лежит предположение о том, что уплотнение пород в разрезе может повлечь такую же величину просадки поверхности земли. Для приближенной оценки просадок Б.В. Боровским и др. (1989) предложена следующая формула:
S=0,8 m,(5.17)
где S - величина просадки земли, м; ; - изменение эффективного напряжения, МПа; ас - коэффициент уплотнения пород коллекторов, МПа; m - мощность (толщина) пласта-коллектора, для которого проводится оценка возможного оседания, м.
Изменение эффективного напряжения ( ) рассчитывается как разность между горным, или геостатическим (давление вышележащих пород), и пластовым давлением. Коэффициент уплотнения пород (ас) определяется по данным компрессионных испытаний грунтов в ненарушенном состоянии или на основе расчетных данных (табл. 5.17), как это рекомендуется в работе [31].
Для глинистых пород при составлении прогнозов просадочности рекомендуется использовать коэффициент уплотнения (2,0-3,0)*10-4 МПа, значения которого варьируют в зависимости от глубины залегания. Просадочные явления, как указано выше, зависят от многих причин, и для более точных оценок требуется учет комплекса факторов и постановка специализированного геодинамического мониторинга.
Следует отметить, что при интенсивном законтурном заводнении процесс оседания земной поверхности проявляется незначительно либо прекращается. При эксплуатации залежей в карбонатных породах, как правило, сильных просадочных явлений земной поверхности (более первых дециметров) не возникает.
Одна из современных проблем разработки и эксплуатации месторождений -сохранение коллекторов в процессе добычи УВ. Многократное вскрытие пластов за счет повторной перфорации и других видов воздействия приводит термодинамическую систему "коллектор - насыщающие флюиды" к неравновесному состоянию. В таком случае лучше говорить о геолого-технических нефтегазовых системах (ГТНГС), реакция которых на внешние воздействия не является строго детерминированной, зависит от многих факторов и носит существенно стохастический характер.
Стохастическая природа проявления выходных параметров ГТНГС обусловлена прежде всего их гетерогенным строением. В противном случае мы имели бы однотипную реакцию элементов систем на внешнее воздействие, например ППД и др.
Таблица 5.1 - Коэффициенты уплотнения пород коллекторов
Эффективное напряжение, МПа Глубина погружения, м | Типы породы | Коэффициенты уплотнения при пористости, % | ||||||||
Пески и песчаники | ||||||||||
10-5-20 30-60 | Плотные Среднесцементированные Рыхлые Плотные Слабосцементированные Рыхлые | 0,8 0,5 - | 1,0 0,7 - | 1,2 2,8 0,9 2,0 - | 1,4 3,0 1,0 2,3 - | 1,5 з,з 1,5 1,2 2,5 | 3,5 1,4 2,9 | 3,8 3,0 | - — | - : - |
Известняки и доломиты | ||||||||||
10+20 1000 30+60 3000 | Плотные Рыхлые Плотные Рыхлые | 0,3 0,2 | 0,5 0,3 | 0,7 2,0 0,4 1,8 | 0,9 2,5 0,5 2,0 | 1,0 3,0 0,7 2,2 | 3,8 2,5 | 4,0 3,0 | - | - |
Рассматривая структуру ГТНГС как взаимодействующее множество однородных элементов (условно неделимых), объединенных общими функциями (например, вмещать и удерживать определенные объемы флюидов) при обеспечении общих целей развития систем, можно утверждать, что она гетерогенна и обладает следующими свойствами.
1. Границы в пространстве четко очерчены и в значительной степени определяются внутренними закономерностями строения и функционирования.
2. Структура ГТНГС имеет четкую морфологию, потоки массо- и энергообмена между компонентами осуществляются по определенным каналам - неоднородностям, локализованным в пространстве. Каналы являются одним из важнейших свойств гетерогенности.
3. Изъятие из ГТНГС хотя бы одного компонента ведет к разрушению системы или ее кризису, а добавление еще одного компонента - к существенному изменению ее свойств.
4. Реакция ГТНГС на внешние воздействия не является строго определенной во времени и пространстве, что создает определенные ограничения в их управлении с помощью внешних воздействий. Такое свойство делает невозможным их приведение в любое желательное положение, а энергетические затраты не всегда компенсируются положительным эффектом в зависимости от целевого назначения воздействий.
При оценке воздействия на ГТНГС обращение к неоднородностям как важнейшему системному свойству вызвано их фундаментальной ролью в реакции на извлечение флюидов. Кроме пространственно-временного перераспределения извлекаемых запасов и инициирующего фактора геодинамических событий их можно рассматривать как свойство, ограничивающее самопроизвольную организацию ГТНГС в более сложные формы (или, наоборот, способствующее ей).
Отметим, что под однородной совокупностью (однородностью) вслед за Д.А. Родионовым мы будем понимать такую совокупность, элементы которой формируются под воздействием общих основных причин и условий, а законы их распределения имеют простую структуру. Неоднородной совокупностью является такая совокупность, в которой различные элементы формируются под влиянием разных причин и условий.
В процессе разработки коллекторов вначале отдаются флюиды из высокопористых их частей. Легкая извлекаемость запасов нефти также обусловлена сравнительно однородным составом вмещающих терригенных пород. Эти образования на примере многих месторождений приурочены к центральным частям залежей, где вскрываются наибольшие по толщине эффективные толщи пластов. Здесь наряду с высокими пластовыми давлениями, облегчающими подвижность флюидов к депрессиям, начинают создаваться условия для глубокой переработки коллектора в высокопроницаемой области. При этом кроме изменения пористости, проницаемости и физико-химических свойств флюидов происходит частичное разрушение матрицы пород. Продукты такого разрушения выносятся с добываемой жидкостью, что подтверждается минералогическим химическим анализом. Для многих высокодебитных скважин выявлена прямая связь между значениями добытых объемов и содержанием твердой фазы в добываемой продукции.
По данным [79], для скважин с высокими дебитами и малыми значениями показателей глинистости коллекторов в составе твердой фазы добываемых флюидов отмечается высокое содержание оксидов алюминия, кремния, кальция, что свидетельствует о процессе разрушения коллектора и переносе минералов в пластовых условиях. Напротив, при малых дебитах скважин и высоком показателе глинистости, по данным ГИС, вынос с продукцией А12О3 и SiО2 очень мал.
Одним из важнейших в ГТНГС является свойство доминантности, суть которого проявляется в том, что система всегда довлеет над элементом, определяя его поведение. В случае изменения свойств элементов без учета свойств системы последняя все равно будет стремиться к сохранению траектории развития.
Например, при рассмотрении материальных и энергетических балансов в макросистемах считается, что для сохранения их устойчивости вариации составляющих балансов не должны превышать 10%; при возрастании их от 7 до 17 % происходит переход энергии на вышележащий уровень организации, что приводит к появлению новых свойств. По-видимому, эти свойства присущи и ГТНГС.
Из теории открытых неравновесных систем также известно, что движущейся материи (субстанции) помимо тенденции к самопроизвольной деградации (энтропийные процессы) присуща также тенденция к самопроизвольной организации в более сложные системы.
Срывы и скачки в ГТНГС проявляются в виде изменений пространственно-временных параметров нефтеотдачи. При передаче воздействий (отбор флюидов, ППД и др.) система вынуждена менять свойства, чтобы соответствовать новым условиям. Это происходит через проявление новых видов связей между компонентами. В ГТНГС этот эффект может выразиться во взаимодействии элементов (тел) неоднородностей, содержащих различные запасы флюидов, нередко с другим качеством продукции.
Такой эффект носит название срыв адаптации; при этом система либо гибнет, либо существенно изменяется. На практике эффект срывов проявляется в виде изменения характеристик сохранившихся каналов массо- и энергообмена за счет перехода к эксплуатации различных видов пространственного развития неоднородностей коллекторов - от микроуровня до мегауровня. Систематизация уровней неоднородности принята в соответствии с представлениями, изложенными в [64 и др.]. Чаще всего скачкообразные изменения добывных параметров объясняются нефтяниками-практиками другими эффектами - погрешностью замеров, включением в работу других кустов скважин и др. Попытка же объяснить вышеуказанные эффекты с применением традиционных методов геолого-гидродинамического моделирования нефтеотдачи редко приводит к удовлетворительным решениям. Неудачи в большинстве своем обусловлены недооценкой сложно построенных, гетерогенных, полифациальных тел - элементов ГТНГС, которые способствуют формированию запасов нефти, плохо вырабатывающихся при заводнении.
Коэффициент охвата заводнением зависит преимущественно от соотношения в коллекторах структурообразующих элементов мезо- и макронеоднородностей (табл. 5.18).
Перечисленные выше элементы неоднородности реагируют на воздействия не изолированно, а, как правило, во взаимосвязи с микронеоднородностями: глинистостью, минеральным составом, степенью цементации, микрослоистостью, размерами и формой пор, физико-химическими свойствами флюидов и др.
Численное моделирование разрушения скелета порового пространства в однородных и неоднородных коллекторах на основе нелинейных представлений процессов фильтрации жидкостей в пластах [79] позволило получить следующие выводы:
- активное воздействие на пласт (форсированный режим работы скважин, продолжительный отбор жидкости из пласта без компенсации закачкой и др.) приводит к нелинейной реакции пластовой системы;
- реакция проявляется в виде волновых процессов в областях повышенных пластовых давлений и повышенных депрессий;
- амплитуда волны не зависит от начальных условий и определяется только нелинейными свойствами среды;
- в пространственно неоднородном коллекторе волна распространяется прежде всего в высокопроницаемой области и практически не проникает в низкопроницаемую.
Результаты моделирования позволяют утверждать, что кроме значений пластового и забойного давлений на изменение пористости дополнительно влияет содержание глин в коллекторе. Разрушение и перенос твердой фазы происходят в зависимости от взаимовлияния определенных условий и параметров пласта. Так, например, анализ эмпирической информации по горизонту Д, Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения показал следующее [79].
Изменение пористости может происходить в сторону как уменьшения, так и увеличения. Эти процессы происходят в высокопористых, а также в низкопористых коллекторах во всех диапазонах пластового и забойного давлений. Такой дуализм разрушения коллекторов объясняется следующими процессами:
Таблица 5.18 - Влияние основных форм мезо- и макронеоднородностей на процессы охвата заводнением и геоэкологические последствия
Основные разновидности неоднородностей | Следствия воздействий | Реакция ГТНГС и развитие негативных техногенных процессов |
Влияние вертикальных неоднородностей | ||
Стратификация выдержанного пласта и замещение менее проницаемыми пропластками | Перераспределение потока флюидов и его энергии на отдельные элементы. Возникновение квазистационарного скоростного поля и энергетического потенциала потоков | Стабилизация (снижение) параметров нефтеотдачи; релаксация упругих напряжений; изменение гидрогеохимической обстановки; изменение физико-химических свойств добываемой продукции |
Чередование низко- и высокопроницаемых коллекторов | Усиление нестационарности скоростного поля. Неравномерность охвата заводнением; изменение водонапорного режима; проявление циклических эффектов | Избирательная реакция ГТНГС на процессы эрозии; изменение характера гидравлической связи пластов и гидрогеохимической обстановки |
Совместное залегание коллекторов со средней и низкой проницаемостью | Увеличение нестационарности гидродинамического режима; возникновение скачкообразных эффектов. Деформации температурного поля, порового пространства и других фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС). Низкий охват и избирательность заводнения пластов; снижение приемистости нагнетательных скважин; пульсация напоров, формирование тоннельных эффектов | Опережающие прорывы воды; нестабильность параметров нефтеотдачи; возникновение геодинамических эффектов. Деформация естественных геохимических и физических полей. Начало развития экзогенных процессов |
Отсутствие перемычек на границе ВНК | Возникновение вертикальных инверсий флюидов; резкое изменение гидродинамического режима; перераспределение пластовых давлений. Поступление подошвенных вод; снижение эффекта охвата; изменение напоров в добывающих и нагнетательных скважинах | Резкое увеличение объемов высокоминерализованных вод, растворенных газов за счет отжатия поровых растворов; процессы минералообразования при взаимодействии с пресными водами; изменение гидрогеохимической обстановки и прежде всего окислительно-восстановительных условий; развитие техногенных микробиоценозов; генерация техногенных газов; развитие экзогенных процессов |
Влияние горизонтальных неоднородностей | ||
Пространственная изменчивость толщины пласта | Изменение скоростного поля и энергетического потенциала потоков. Неравномерность продвижения фронта закачиваемой воды | Кольматационные и эрозионные эффекты; переотложение твердого материала; формирование аморфного заполнителя; Возникновение гидрогеохимических аномалий; проявление нежелательных геодинамических последствий; нестабильность параметров нефтеотдачи; повышение объемов воды в продукции; изменение свойств добываемой продукции |
Пространственная литолого-фациальная изменчивость свойств пласта | То же, что и в предыдущем пункте; дополнительно – буферные эффекты в зонах резких фациальных переходов. Формирование зон, не охваченных заводнением, на контактах неоднородностей температурного поля; биотическое заражение; деформации напряженного состояния пород | То же, что и в предыдущем пункте; дополнительно создание АВПД; геодинамические эффекты релаксации упругих напряжений пород; возникновение гидродинамических инверсий. Начало развития деформационных явлений на поверхности |
- при пластовом или забойном давлении ниже давления насыщения происходит разгазирование нефти, ведущее к снижению интенсивности фильтрации за счет присутствия газовой фазы;
- снижение пластового давления ниже предельного сопровождается явлением затекания пор, т.е. деформацией коллектора (затеканием пористости);
- интенсивные нагрузки на поры вследствие больших депрессий на пласт приводят к необратимым последствиям - разрушению коллектора (увеличение пористости);
- наличие больших градиентов в призабойной зоне вызывает доотмыв остаточной нефти со стенок пор, что может привести к увеличению динамической пористости.
Последнее положение как раз подтверждает одно из основных свойств гетерогенности ГТНГС и ее предрасположенности к саморазвитию или самопроизвольной организации. Однако для формирования этих процессов нужен толчок, который мог бы спровоцировать направленность развития свойств коллектора по отношению к его проницаемости. Этим может быть объяснена двойственная природа его деформации.
Кроме приведенных выше закономерностей на изучаемом объекте (Миннибаевской площади) был отмечен ряд других важных явлений, связанных с трансформацией ФЕС коллекторов.
В частности, установлено, что для низкопроницаемых коллекторов отмечается увеличение пористости после 30 лет эксплуатации в зоне малых забойных и пластовых давлений. Причина заключается в увеличении депрессии на пласт за счет снижения преимущественно забойного давления. В других областях давлений пористость остается примерно одинаковой. Аналогичный эффект увеличения пористости отмечен на многих месторождениях.
Для высокопористых коллекторов также отмечается увеличение пористости после 30 лет эксплуатации, но в зоне больших пластовых и забойных давлений, где рост депрессии на пласт достигается повышением пластового давления. Для остальных периодов работы скважин имеет место стабильный уровень пористости, сменяющийся по мере увеличения депрессии.
Изменение физико-химических свойств нефти. Нефть, являясь системообразующим компонентом ГТНГС, также претерпевает (кроме количественных изменений, связанных с ее извлечением из коллектора) качественные изменения. Считается, что нефть по сравнению с другими природными субстанциями - водой, газом имеет устойчивый состав. Однако работы последних лет, проведенные, на основании анализа больших объемов (до 7000) проб нефти, специалистами ТатНИПИнефти, показывают, что кроме роста обводненности продукции и вязкости нефти существует тенденция ухудшения параметров и свойств нефти пашийско-кыновских отложений Ромашкинского месторождения (табл. 5.19).
Такое изменение физико-химических свойств нефти связывается в первую очередь с охлаждением коллекторов от закачиваемой воды, биозаражением и заносом мехпримесей. Данные табл. 5.19 свидетельствуют о том, что при разработке залежей ухудшается качество нефти: она обогащается серой, парафинами, асфальтенами и смолами. Одновременно в составе нефтей происходит уменьшение мелких фракций, вызванное снижением газового фактора и давления насыщения нефти растворенным газом. Учет физико-химических изменений нефти может служить своеобразным индикатором не только воздействия на продуктивные пласты, но и деформации геофильтрационных и геомиграционных параметров пласта, которые необходимо учитывать при создании постоянно действующих геолого-технологических моделей месторождений и способов эксплуатации залежей.
Таблица 5.19 - Динамика компонентного и фракционного состава девонской нефти Ромашкинского месторождения (по ЕЛ. Тарасову и др., 1999)
Параметры нефти | ||||||
Содержание, % | ||||||
серы | 1,48 | 1,61 | 1,68 | 1,71 | 1,74 | 1,75 |
смол | 17,62 | 18,26 | 18,58 | 18,74 | 18,9 | 18,96 |
асфальтенов | 2,62 | 4,46 | 5,38 | 5,84 | 6,3 | 6,48 |
парафинов | 3,66 | 4,33 | 4,66 | 4,83 | 5,00 | 5,07 |
Фракционный состав, %, при температуре, °С | ||||||
8,96 | 6,48 | 5,24 | 4,62 | 4,00 | 3,75 | |
18,36 | 13,18 | 10,59 | 9,30 | 8,00 | 7,48 | |
44,56 | 36,78 | 32,89 | 30,94 | 29,0 | 28,22 | |
46,8 | 36,4 | 31,20 | 28,6 | 26,0 | 24,96 | |
Вязкость нефти, 10~6 м2/с | 16,56 | 21,88 | 24,54 | 25,87 | 27,2 | 27,73 |
Плотность нефти, т/м3 | 0,857 | 0,861 | 0,863 | 0,865 | - | - |
Поверхностные инженерно-геологические изменения ГС. Эколого-геологическая оценка территорий и организация мониторинга ГС с учетом многостороннего и сложного характера объектов добычи нефти невозможны без анализа техногенных воздействий, их типизации и классифицирования. В настоящее время нет общепринятой и всеобъемлющей классификации источников воздействия, так же как и нормативных документов по их типизации и терминологии.
В современной литературе техногенное воздействие часто отождествляется с источниками деятельности или даже их последствиями, что приводит к несогласованности в итоговых документах и проведению исследований, не отвечающих целевому назначению. Многие классификации не учитывают правило деления объема понятия и лишены элементарной логики построения. Признаки изменчивости антропогенеза должны отражать основные черты техногенных воздействий на ГС, поэтому в таксономическом ряду воздействий целесообразно выделить класс, подкласс, тип, вид и разновидность воздействия. При этом класс выделяется по природе (механизму) воздействия; тип - по характеру воздействия с учетом "прямого" и "обратного" действия безотносительно к источнику воздействия; вид - по конкретному техногенному влиянию, которое оказывает тот или иной источник, что раскрывает его индивидуальность; разновидность воздействия - по дополнительным частным признакам (временный характер действия, геометрические размеры, положение в пространстве и др.).
Классификация техногенных воздействий на геологическую среду
Класс и подкласс воздействий | Тип воздействий | Вид воздействий | |
Физическое воздействие | Механическое воздействие | Уплотнение Разуплотнение Внутреннее разуплотнение массива Аккумуляция рельефа Планировка рельефа Эрозия рельефа | Статическое (гравитационное) Виброуплотнение Укатывание Трамбование Взрывоуплотнение Статическая разгрузка Динамическая разгрузка Бурение Откалывание Взрывное разрушение и др. Отсыпка буровых площадок Создание насыпей Создание дамб Строительная и дорожная планировка Рекультивация Террасирование склонов Формирование выемок Рытье котлованов, каналов, разрезов Подрезка слонов Образование мульд проседания и опускания |
Гидромеханическое воздействие | Гидроаккумуляция рельефа Гидроэрозия рельефа | Гидронамыв дамб, плотин Намыв насыпей, массивов Гидроразмыв массивов Просадочно-суффозионное воздействие | |
Гидродинамическое воздействие | Повышение напора
Снижение напора
Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 3982; |