авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Комплекс геофизических и геохимических методов исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных пластах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДАНИЛЬЕВА Наталья Андреевна

Комплекс геофизических и геохимических методов исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных пластах

Специальность 25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Молчанов Анатолий Александрович.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Фоменко Владимир Григорьевич;

кандидат геолого-минералогических наук

Чугунов Андрей Владиленович.

Ведущая организация – ПФ «Мосгазгеофизика» ООО «Георесурс»

Защита диссертации состоится 22 июня 2011г.

в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 4312

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 20 мая 2011 г.

УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

к.г.-м.н. И. Г. КИРЬЯКОВА

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. В связи со строительством «Северного потока» газопровода и выходом России на новые рынки экспорта газа, создание новых подземных хранилищ газа и мониторинг уже эксплуатирующихся ПХГ становится актуальной задачей.

Подземное хранение газа в нашей стране имеет уже более чем сорокалетнюю историю. Начало создания подземных хранилищ газа было положено в 1958 году, когда были введены в эксплуатацию в качестве газохранилищ мелкие выработанные залежи истощенных нефтяных месторождений Самарской области. Они использовались преимущественно для утилизации попутного газа, добываемого из нефтяных месторождений. Первым газохранилищем, созданным в водоносном пласте, стало Калужское.

Минимизация экологического ущерба от эксплуатации ПХГ и экономического ущерба от ликвидации последствий возможных аварийных ситуаций могут быть достигнуты только при постоянном мониторинге режима работы ПХГ на основе данных геофизических, геологических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических исследований; систематического анализа надежности работы наземного оборудования, включая газопроводы (шлейфы) и подземного скважинного, работы продуктивного пласта и прискважинной зоны продуктивного пласта, состояния вышележащих и нижележащих пластов горного массива каждого конкретного хранилища с его геолого-технологическими особенностями.

Значительный вклад в области геофизического и геохимического контроля за станциями подземного хранения газа внесли Р.Ш. Алиев, Л.И. Баранов, В.И. Борисов, С.А. Венско, В.Н. Даниленко, А.С. Дергач, В.В. Евтушенко, А.П. Зубарев, А.И. Лысенков, В.А. Марков, А.Н. Петров, А.П. Потапов, Ю.Р. Рыбин, В.А. Сидоров, А.В. Скобелев, В.В. Смирнов, А.П. Тимошенко, А.В. Чугунов.

Для дальнейшего развития направления подземного хранения газа в РФ необходимо внедрение инновационных технологий, которые могут быть использованы как при проектировании новых ПХГ, так и для продления срока безопасной эксплуатации действующих подземных хранилищ газа.

Недостаточная геологическая изученность выбранного пространства, нарушение технологического режима бурения скважин, недостатки эксплуатационного обустройства могут привести к разгерметизации хранилища и значительным утечкам газа, прорывающегося в вышележащие отложения, вплоть до выхода на дневную поверхность. Особенно этот фактор следует учитывать при расположении ПХГ вблизи тектонических нарушений.

Для реализации мониторинговых исследований необходимо разработать и внедрить оптимальный комплекс геологических, геофизических, геохимических и других методов исследований, обеспечивающий контроль режима работы ПХГ, прогнозирование и исключение аварийных ситуаций.

Цель работы. Разработка комплекса геофизических и геохимических методов исследований для повышения эффективности эксплуатации ПХГ.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- анализ возможностей космических, аэрогеофизических, наземных, скважинных и межскважинных методов и комплекса методов для решения геологических, геофизических, технических и экологических задач;

- исследование разрешающей возможности методов и аппаратуры контроля режима работы объектов, возможных отклонений от штатных ситуаций с целью их прогнозирования и при необходимости ликвидации;

- теоретические и экспериментальные исследования и математическое моделирование для решения геологических задач по разработке критериев оценки состояния объектов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ПХГ;

- разработка алгоритмов и выбор обрабатывающих программ интерпретации данных измерений с учетом влияния искажающих факторов и внесения соответствующих поправок.

Основные методы исследований:

- сбор, изучение, систематизация, обобщение и анализ различных методов исследований (геофизических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических, петрофизических и др.) для задач обеспечения мониторинга эксплуатации ПХГ;

- использование разработанных методов сейсмоакустической межскважинной томографии, электроразведки МПП ЗСБ, комплекса геофизических исследований скважин для проведения исследований;

- использование новейшего программного обеспечение для обработки и интерпретации полученных результатов (CorelDraw, LESSA, XTomo LM2.0, Горизонт, Prime и др.).

Научная новизна работы:

  1. На основе линеаментного анализа данных космической съемки, аэрогеофизических исследований (магнитная и гамма-съемка, гравитационные измерения) наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка, высокоточная гравиразведка), скважинных методов (ВСП, комплекс ГИС) предложена физико-геологическая модель подземного пространства, позволяющая выбрать перспективные участки под создание ПХГ, свободные от тектонических нарушений.
  2. Разработан комплекс ядерно-физических, акустических и электромагнитных методов исследований скважин ПХГ в водоносных пластах с целью определения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта (дебит скважин, состав флюидов, рабочие интервалы отбора закачанного и отобранного газа) и режима работы технологических, контрольных, геофизических и других скважин (заколонные перетоки, дефекты эксплуатационных колонн, НКТ) и износа скважинного оборудования при циклических закачках и отборах газа.

Защищаемые положения:

  1. Для выбора участка, перспективного под создание ПХГ, свободного от тектонических нарушений и определения основных параметров исследуемой структуры (глубина залегания, мощность водоносного пласта и др.) предложен комплекс исследований, состоящий из космических (дешифрирование космических снимков), аэрогеофизических (линеаментный анализ магнитной, гамма-съемки и гравиразведки) и наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка и высокоточная гравиразведка).
  2. Разработан комплекс для установления путей миграции газа из продуктивного пласта ПХГ и выявления зон его возможного накопления в вышележащих горизонтах, состоящий из методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии.
  3. Предложена методика мониторинга ПХГ с использованием геофизических методов исследования скважин (радиоактивные, акустические, гидродинамические, электромагнитные методы каротажа, термометрия и др.) и геохимических методов (подповерхностная и атмосферная съемки, опробование флюидов и геоэлектрохимия) для контроля режима эксплуатации ПХГ и прогнозирование аварийных ситуаций.

Достоверность. Достоверность определяется достаточным объемом экспериментальных и модельных исследований, а также высоким техническим уровнем применяемой аппаратуры, программных пакетов обработки и интерпретации данных, высокой сходимостью результатов моделирования с наземными и скважинными исследованиями.

Практическая значимость работы.

Комплекс методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии позволил выявить ослабленные трещиноватые зоны в горном массиве, обусловленные циклической работой ПХГ и уточнить геологический разрез по электрическим свойствам, выделить газонасыщенные и водонасыщенные зоны.

Разработан комплекс геофизических и геохимических исследований, позволяющий обеспечить оптимальный выбор мест заложения хранилищ газа, полный контроль за эксплуатацией подземного хранилища газа в режиме мониторинга, обеспечивая безопасность экологической обстановки района работ.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в настоящей работе, использованы для осуществления мониторинга ПХГ Северо-Западного региона.

Апробация работы. Результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на международной молодежной научно-практической конференции «Геофизика -2009» и на II – ой международной научно – практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского, конференции «СЕВЕРОГЕОТЕХ-2011».

Публикации. По теме диссертации автором в период 2008-2011 гг. были опубликованы 8 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из четырех глав, введения и заключения. Общий объем 181 страница, 48 рисунков, 10 таблиц. Библиографический список включает 112 наименований.

Работа выполнена на кафедре геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых в период 2008-2011 гг. в Санкт-Петербургском Государственном Горном Университете.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. А.А. Молчанову за возможность написания работы и помощь в ее создании, благодарность, к.г.-м.н. А.И. Лысенкову, к.т.н. О. Рыскаль, А.Г. Болгарову, к.т.н., доценту Д.Н. Дмитриеву, к.т.н. В.Н, Даниленко, к.т.н. А.П. Зубареву и сотрудникам кафедры ГФХМР: заведующему кафедрой профессору А.С. Егорову, профессорам О.Ф. Путикову, А.Н. Телегину за помощь и поддержку при подготовке диссертационной работы.

Основное содержание работы

Введение. Во введении приводится общая характеристика работы, обоснованы актуальность работы, цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе приведены основные типы ПХГ, эксплуатирующиеся в России и за рубежом. К ним относятся ПХГ, созданные в истощенных месторождениях углеводородов, в водоносных пластах, в солевых кавернах, горных выработках, шахтах и прочие. Оценены основные проблемы и сложности, возникающие при их проектировании, строительстве и эксплуатации ПХГ, заключающиеся в различных способах разгерметизации газохранилища и возможного выхода газа за пределы ловушки в вышележащие отложения. Обоснована необходимость постоянного контроля режима работы газохранилищ. Во второй главе рассмотрен комплекс методов геофизических исследований, позволяющий оценить перспективность территории под создание хранилищ газа и выбрать оптимальный участок для будущего ПХГ. Обоснованы перспективность и целесообразность применения дешифрирования космических снимков и аэрогеофизических данных (магнитная и гамма-съемки, гравиразведка), метода высокоразрешающей сейсморазведки, высокоточной гравиразведки и электроразведки (МПП ЗСБ и ЗСД) с целью исследования горного массива на отсутствие на участке горного отвода тектонических нарушений на основе линеаментного анализа. В третьей главе рассмотрены геологические и технические задачи исследований, которые необходимо решать при строительстве и эксплуатации ПХГ, намечены и обоснованы методика и аппаратура для их решения. Выбран и научно обоснован комплекс методов геофизических и геохимических исследований. Важнейшей задачей при мониторинге ПХГ является изучение герметичности кровли продуктивного пласта и околоскважинного пространства. Решение этой задачи осуществляется методами межскважинной сейсмоакустической томографией, электроразведкой, геохимическими исследованиями и комплексом ГИС. В четвертой главе приведена практическая реализация разработанного комплекса исследований на ПХГ в водоносных пластах России Северо-Западного региона. Заключение содержит основные выводы по результатам исследований.

Обоснование защищаемых положений.

  1. Для выбора участка, перспективного под создание ПХГ, свободного от тектонических нарушений и определения основных параметров исследуемой структуры (глубина залегания, мощность водоносного пласта и др.) предложен комплекс исследований, состоящий из космических (дешифрирование космических снимков), аэрогеофизических (линеаментный анализ магнитной, гамма-съемки и гравиразведки) и наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка и высокоточная гравиразведка).

Космическая съемка является одним из экспресс - методов исследования подземного пространства территорий Земли, связанного с изучением геологического и тектонического строения. Для территории РФ следует использовать равноугольную поперечно-цилиндрическую проекцию Гаусса-Крюгера, обеспечивающую на плоскости карт минимальное искажение.

Важным этапом для обнаружения зон тектонических нарушений значительных территорий является дешифрирование данных космических съемок масштаба 1:200 000 и крупнее. Для проведения работ данного масштаба использовались съемки среднего разрешения со спутников Landsat (США) и КАТЭ-200, имеющие разрешение 15-30 м. При проведении дешифрирования наряду с космическими снимками используются: геологическая карта масштаба 1:200 000, топографическая основа масштабов 1:200 000 и 1:50 000.

Работа с материалами дистанционного зондирования включает два основных этапа: собственно дешифрирование и интерпретацию результатов дешифрирования. При первоначальной (предварительной) обработке материалов космосъемки необходимо получить максимально четкое изображение и определить какой или какие показатели станут определяющими при распознавании объектов.

Обработка многозональных космических изображений исследуемой территории включает в себя контрастирование, фильтрацию, геометрическую и яркостную коррекцию, пространственно-временную привязку многозональных космических изображений.

Дешифрирование космических снимков выполнялось с помощью программных пакетов Adobe Photoshop CS3, CorelDRAW Х3, ERDAS Imagine, ArcGis, LESSA.

Структурно-геоморфологический анализ позволяет произвести оконтуривание более крупных участков земной поверхности, различающихся характером тектонической жизни в геоморфологический этап развития изучаемой территории. Оконтуривание больших морфологических структур, выявление закономерностей их размещения и определение их вида выполнялись при сопоставлении схемы геоморфологического дешифрирования с геологическими картами соответствующих масштабов (прил.1-а).

Использование данных аэрогеофизических методов (магнитная, гамма-съемки, гравитационные измерения) масштабов 1:100 000 и 1:200 000 и наземных методов (высокоразрешающей сейсморазведки МОВ ОГТ и высокоточной гравиразведки) масштабов 1:100 000 и 1:50 000 совместно с результатами дешифрирования космических снимков позволяют получить наиболее полную картину развития региона в тектоническом и геологическом отношении, что в свою очередь помогает выявлять основные структуры, перспективные для хранения углеводородов.

Обработка вышеперечисленных методов основывается на линеаментном анализе волновых полей геофизических методов. В качестве линеаментов на аномальных геофизических полях выделялись зоны линий сгущения изолиний в пределах одноразрядной аномалии, изменение простирания аномалий (рис.1-б, в).

Основным результатом дешифрирования стала карта линеаментной тектоники масштаба 1:200 000, с указанием на ней линеаментов 1-го и 2-го порядков, выявленные по космическим снимкам, линеаментов, выделенных по аэрогеофизическим методам, региональных глубинных разломов и разрывных нарушений (рис.2).

При проведении комплексного анализа всех методов вначале анализировались данные каждого конкретного метода в отдельности, а затем полученные результаты обобщались, и по ним была построена карта районирования основных тектонических нарушений и участков, перспективных под строительство ПХГ.

Техногенная активизация разломов характеризуется возрастанием напряжения горных пород до определенного значения с последующей резкой разрядкой, что требует постоянного космического зондирования в видимом, инфракрасном, тепловом и радиолокационном диапазонах.

Геодинамически активные разломы представляют собой вертикальные зоны деструкции с ухудшением в них физико-механических параметров.

На рис.2 по результатам линеаментного анализа по комплексу космических, аэрогеофизических (магнитная и гамма-съемка, гравитационные измерения), наземных методов исследований (высокоразрешающая сейсморазведка, высокоточная гравиразведка и др.) выделились зоны тектонических нарушений и отображены перспективные участки для создания новых герметичных ПХГ. Прямоугольниками выделены перспективные зоны для выбора участков горных отводов под создание ПХГ в Северо-Западном регионе России, кружком обозначено Гатчинское ПХГ.

2. Разработан комплекс для установления путей миграции газа из продуктивного пласта ПХГ и выявления зон его возможного накопления в вышележащих горизонтах, состоящий из методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.