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, связанныхс 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 макрои 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-йМеждународный семинар им. Д. Г. Успенского, Ухтинский государственный технический университетVxTaj 29 февраля — 3 марта 2008 г.
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
.
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.
