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 | 3 |

Обоснование гидродинамических условий захоронения жидких отходов при добыче и подземном хранении газа

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Соколов Александр Федорович

ОБОСНОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРИ ДОБЫЧЕ
И ПОДЗЕМНОМ ХРАНЕНИИ ГАЗА

Специальность: 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в ООО "Научно - исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ".

Научный руководитель - доктор технических наук

В.А. Николаев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

С.Н. Бузинов,

– кандидат геолого-минералогических наук

Б.П. Акулинчев

Ведущая организация - РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Защита диссертации состоится " 28 " июня 2006 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при "Научно - исследовательском институте природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан « 27 » мая 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. г.-м. н. Н. Н. Соловьев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Проектами обустройства крупных месторождений и подземных хранилищ газа (ПХГ), как правило, предусматривается закачка очищенных жидких отходов в глубокозалегающие водоносные пласты, не являющиеся источниками промышленного и бытового использования.

Научное обоснование выбора водоносных пластов для захоронения жидких отходов газодобывающей отрасли – сложная и ответственная задача, при решении которой необходим учет многих факторов. Основными из них являются геологические (литология пластов и минералогический состав глинистой составляющей, неоднозначность фильтрационно-емкостных свойств), физико-химические (состав пластовых вод и несовместимость закачиваемых вод и отходов с пластовыми водами и водовмещающими породами), технологические (состояние скважин) и организационные.

Основное внимание необходимо уделять обоснованию гидродинамических условий захоронения жидких отходов при добыче и подземном хранении газа. Следует заранее прогнозировать динамику приемистости нагнетательных скважин, установить конкретные источники образования и физико-химические свойства жидких отходов производства, возможности и условия их захоронения в выбранных геологических объектах.

Задача обоснования выбора пластов, как наиболее подходящих объектов для захоронения отходов газового производства, особенно важна не только для регионов Крайнего Севера, где природные геоэкологические условия крайне хрупки, но также для обжитых и обустроенных районов страны, в которых находятся ПХГ: любое неадекватное воздействие на водоохранные зоны может привести к негативным экологическим последствиям. Это и определяет актуальность темы диссертации.

Цель работы

Обосновать с использованием результатов экспериментальных исследований условия геоэкологически безопасного захоронения жидких отходов при добыче и подземном хранении газа.

Объект исследования

В качестве объектов исследования выбраны действующий полигон захоронения промстоков на Касимовском подземном хранилище газа (Рязанская область) и вновь создаваемый полигон захоронения на Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении.

Основные задачи исследований

1. Спроектировать и изготовить лабораторную установку для моделирования захоронения жидких отходов газодобывающей отрасли в водоносных пластах:

    • провести анализ геологических условий залегания и строения водоносных пластов Касимовского ПХГ и Заполярного месторождения;
    • провести анализ физико-химических свойств пластовых, поверхностных вод и промстоков;
    • провести минералогический анализ глинистых компонентов в пластах-приемниках.

2. Разработать методику проведения экспериментальных исследований гидродинамических условий захоронения в водоносном пласте-приемнике жидких отходов при добыче и подземном хранении газа на лабораторных моделях, включающую исследования:

    • процессов вытеснения пластовой воды промстоками различной минерализации и разного состава;
    • геохимических массообменных процессов при вытеснении пластовой воды промстоками;
    • по влиянию на приемистость водоносного пласта набухаемости глинистых аморфных тонкодисперсных минералов под воздействием слабоминерализованных промстоков.

3. Провести экспериментальные исследования на лабораторных моделях.

4. Дать теоретический анализ полученных экспериментальных данных и обосновать рекомендации по повышению надежности эксплуатации полигонов как объектов закачки промстоков на Касимовском ПХГ и Заполярном месторождении.

Научная новизна

Получены экспериментальные данные по набухаемости глинистых включений (в 8–10 раз) в водоносных пластах-приемниках при захоронении слабоминерализованных отходов газодобычи, следствием чего является снижение приемистости водоносного пласта (в 5 раз на Касимовском ПХГ и более чем в 20 раз на Заполярном месторождении). Экспериментально установлена зависимость условий фильтрации промстоков, содержащих углеводороды, от физико-химических особенностей углеводородов.

Экспериментальными исследованиями выявлена взаимосвязь длины зоны смеси «пластовая вода-промсток» при закачке водной основы промстоков и пройденного фронтом расстояния.

Разработаны экспериментальные методы исследований гидродинамических параметров процесса закачки жидких отходов газодобывающего производства в пласт-приемник на лабораторной установке, позволившие обосновать минимальную длину модели пласта ( 1,5 – 8 м).

Защищаемые положения

1. Методика лабораторных исследований гидродинамических параметров процесса нагнетания промстоков в водоносные пласты.

2. Методы изучения на созданной автором установке:

    • процессов вытеснения пластовой воды промстоками различной минерализации и разного состава;
    • геохимических массообменных процессов при вытеснении пластовой воды промстоками;
    • влияния набухаемости глинистых аморфных тонкодисперсных минералов под воздействием слабоминерализованных промстоков на приемистость водоносного пласта.

3. Обоснование снижения приемистости водоносного пласта при захоронении промстоков, содержащих примеси углеводородов, а также ухудшения фильтрационно-емкостных свойств (ФЭС) пород при нагнетании слабоминерализованных промстоков.

4. Обоснование гидродинамических условий утилизации вредных отходов газодобывающих производств в водоносных пластах Касимовского ПХГ и Заполярного месторождения, не являющихся источниками промышленного и бытового использования.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Полученные в процессе проведенных исследований результаты использованы при составлении СТО ГАЗПРОМ «Гидрогеологический контроль на специализированных полигонах размещения жидких отходов производства в газовой отрасли», разработанном в ООО «ВНИИГАЗ» в 2005 году.

Предложенная технологическая схема утилизации сточных вод с учетом природоохранных и экологических требований успешно внедрена на Касимовском ПХГ.

Разработанное устройство индикации уровня жидкости в скважинах, позволяющее проводить контроль за водоносными пластами в статических и динамических режимах (Патент РФ на изобретение № 2175387 от 27 октября 2001 г.), внедрено на Касимовском и Увязовском ПХГ.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на отраслевых и межотраслевых научно-практических и научных конференциях, совещаниях и семинарах:

    • на четвертом и пятом международных конгрессах «Вода: экология и технология» (г. Москва, 2000 г., 2002 г.),
    • на научно – технической конференции «Вопросы экологии и промышленной безопасности в нефтегазовом комплексе и смежных отраслях» в рамках выставки «Российское машиностроение – нефтегазовому комплексу и смежным отраслям» (г. Москва, Всероссийский выставочный центр (ВВЦ),
      3 апреля 2003 г.),
    • на третьем Международном конгрессе и выставке по управлению отходами ВэйстТэк – 2003 (г. Москва, 3 – 4 июня 2003 г.).

Публикации

Результаты диссертационной работы опубликованы в академических изданиях, отраслевых журналах, трудах ООО «ВНИИГАЗ», в материалах международных, всероссийских и межотраслевых научных, научно-технических конференций, конгрессов.

Всего по теме диссертации опубликовано 14 статей и тезисов докладов, включая патент на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, списка литературы из 74 наименований. Содержание диссертации изложено на 150 страницах машинописного текста, включая 36 рисунков и 16 таблиц.

Благодарности

Автор считает своим долгом отметить, что представляемая работа начата под руководством и продолжена в развитие идей безвременно ушедшего из жизни
д.г.-м.н. В.П. Ильченко.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. В.А. Николаеву за руководство работой, к.г.-м.н. В.С. Гончарову, к.г.-м.н. А.В. Дахнову, д.х.н. В.А. Истомину,
к.г.-м.н. В.М. Кирьяшкину, к.г.-м.н. Т.В. Левшенко, к.т.н. А.П. Митиной,
к.т.н. С.Г. Рассохину, к.г.-м.н. О.Г. Семенову, д.г.-м.н. Н.Н. Соловьеву,
д.г.-м.н. В.Г. Фоменко за ценные советы и помощь в работе, а также сотрудникам лаборатории гидрогеологии, геохимии и геоэкологии ООО «ВНИИГАЗ» за оказанную помощь при проведении исследований.

Признания автора заслуживают специалисты Касимовского ПХГ и Заполярного НГКМ, чьей помощью, советами и материалами он пользовался при написании диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы диссертации, определены цели исследования, основные задачи и методы их решения, сформулированы научная значимость и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе диссертации сделан анализ проблем захоронения жидких отходов основного производства на предприятиях газодобывающей промышленности.

Изучению вопросов подземного захоронения сточных вод в глубокозалегающих водоносных горизонтах посвящены труды ученых:
Б.П. Акулинчева, А.С. Белицкого, С.Н. Бузинова, Э.Б. Бухгалтера, А.Н. Гаева, В.М. Гольдберга, В.С. Гончарова, В.А. Грабовникова, Е.Е. Захаровой, В.П. Ильченко, А.П. Каменева, В.М. Кирьяшкина, В.Н. Корценштейна, А.Н. Кулькова,
Т.В. Левшенко, Л.Г. Лукьянчиковой, В.Н. Пашковского, Н.Б. Пыстиной,
О.М. Севастьянова, О.Г. Семенова, О.И. Серебрякова, Н.П. Скворцова,
Р.С. Сулейманова, А.С. Тердовидова, В.Т. Цацульникова, В.М. Шестакова и др.

Подземное захоронение сточных вод является обязательным и осуществляется предприятиями в индустриально развитых странах, в том числе в различных регионах нашей страны. Выбор подземного захоронения промстоков как способа их утилизации основан на анализе недостатков и степени негативного воздействия на природную среду применяемых физико-химических методов очистки и утилизации промстоков. В газовой промышленности по мере открытия крупных месторождений, а также месторождений с высокими концентрациями кислых (агрессивных) компонентов в составе газов и вод, создания газохимических комплексов, увеличения объемов и ужесточения экологических требований к составу промышленных сточных вод неизбежно возник вопрос об их «обезвреживании» путем подземного захоронения без нанесения ущерба геоэкологической среде. Для решения этого вопроса имелись необходимые данные по детальной геологической изученности недр на больших глубинах, были пробурены глубокие разведочные скважины, выполнившие свою задачу по разведке месторождений, а предприятия оснащены буровой техникой и материалами, необходимыми для строительства нагнетательных скважин. Поэтому подземное захоронение отходов газодобывающих производств как способ защиты окружающей среды от загрязнения стало наиболее приемлемым при добыче и подземном хранении газа.

В системе ОАО «ГАЗПРОМ» существует несколько функционирующих полигонов закачки промышленных сточных вод на Оренбургском, Уренгойском, Ямбургском, Астраханском месторождениях, Касимовском ПХГ.

Проведенный анализ показал, что подземное захоронение промстоков на этих полигонах позволяет успешно проводить утилизацию сточных вод газодобывающей отрасли на высоком экологическом уровне в соответствии с современными требованиями законодательства о природопользовании.

В то же время при проектировании и эксплуатации этих и других полигонов возникают проблемы с выбором пластов-приемников промстоков. Многие проектные решения предлагаются без необходимого научного обоснования выбора водоносных пластов, не являющихся источниками промышленного и бытового использования. Возникает опасность неконтролируемого затухания приемистости нагнетательных скважин и возникновения непредвиденных условий для загрязнения окружающей среды вследствие невозможности в течение какого-то периода времени утилизировать отходы основного производства в соответствии с требованиями экологической безопасности.

Проведенный анализ по практическому подземному захоронению промстоков дал основания сделать вывод о необходимости постановки и проведения дополнительных исследований по проблемам гидродинамического характера, возникающим при закачке в водоносные пласты промстоков переменного состава и различного генезиса.

Исходя из изложенного были определены основные задачи исследований, приведенные в «общей характеристике работы».

Во второй главе дается описание пластов-приемников действующих полигонов на Касимовском подземном хранилище газа (ПХГ) и Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ), в качестве объектов исследования. Здесь же приведена гидрохимическая характеристика пластовых вод и промстоков, указан диапазон изменения минерализации и содержания углеводородных примесей, а также изложены результаты анализа петрографических, минералогических, геохимических исследований пород пластов-приемников.

Используемые в качестве пластов-приемников промстоков водоносные пласты представлены терригенными породами.

На Касимовском ПХГ это слабосцементированные песчаники с глинистым цементом (гидрослюда и примесь монтмориллонита 3,6 %, каолинита 0,73 %) и алевролиты нижнещигровских горизонтов верхнего девона, залегающие на глубине 800 – 875 м; проницаемость пластов в зоне нагнетания от 11 мД до 1,1 Д
(1 мД=10-15 м2; 1 Д=10-12 м2).

На Заполярном НГКМ это слабосцементированные песчаники также с глинистым цементом (гидрослюда, монтмориллонит, хлорит, каолинит – всего около 4 %) и алевролиты сеноманских горизонтов верхнего мела, залегающие на глубине 1360 – 1400 м; проницаемость пластов в зоне нагнетания от ~ 40 мД до ~ 1,3 Д. Несмотря на достаточно высокую проницаемость пластов-приемников, присутствие значительного количества глинистых минералов в составе пород и большая доля их в мелкой фракции (< 0,045 мм) – в среднем не менее 60 – 65 % по массе – дают основания рассматривать принимающие пласты как объекты, поступление пресных вод в которые может вызывать снижение приемистости скважин вследствие эффекта набухания пород.

Пластовые воды щигровского горизонта – высокоминерализованные (150 г/дм3) метаморфизованные воды хлоридно-кальциевого типа.

Пластовые воды сеномана – относительно слабоминерализованные
(16–18 г/дм3) метаморфизованные воды также хлоридно-кальциевого типа.

Несмотря на некоторые технологические различия газодобывающих производств на подземном хранилище газа (Касимовское ПХГ) и на газовом промысле (Заполярное НГКМ), структура жидких отходов в обоих случаях является практически одинаковой – это смеси попутно с газом добываемых пластовых и конденсационных вод, мехпримесей и техногенных сточных жидкостей (метанол, диэтиленгликоль, буровой раствор, компрессорное масло, углеводородный газовый конденсат), дождевой (талой) воды.

На полигоне Касимовского ПХГ общая минерализация стоков в среднем составляет около 145 г/дм3 при диапазоне изменения от 130 до 167 г/дм3. Содержание мехпримесей (взвешенные частицы породы после 3-дневного отстоя) – до 100 мг/дм3, метанола в среднем ~ 20 мг/дм3 (колебания от 15 до 27 мг/дм3), нефтепродуктов в среднем ~ 64 мг/дм3 (колебания от ~ 7 до ~ 171 мг/дм3).

На полигоне Заполярного НГКМ общая минерализация стоков в среднем
до ~ 5 г/дм3. Содержание мехпримесей – до 300 мг/дм3, метанола до 40 г/дм3, диэтиленгликоля до 1 г/дм3, нефтепродуктов (по проекту обустройства объектов газового комплекса Заполярного НГКМ) – до 15 мг/дм3. Однако, на практике имели место случаи значительного превышения этой величины.

В диссертации приведены ионные и солевые составы пластовых вод пластов-приемников обоих полигонов и промстоков.

Для натурных экспериментов и для моделирования фильтрации необходимо использовать образцы натурных пород и флюидов. Только в этом случае возможно адэкватно оценить влияние таких особенностей исследуемых полигонов на гидродинамику процессов, как наличие в породах принимающих пластов глинистых минералов и аморфной тонкодисперсной фазы, а также получать достоверные результаты при исследовании гидродинамики захоронения промстоков переменного состава.

Третья глава посвящена принципам моделирования гидродинамических процессов в пласте-приемнике промстоков.

При закачке промстоков в пласте протекает множество процессов гидродинамической и физико-химической природы. Основными из них являются:

  • вытеснение пластовой воды промстоками, в том числе содержащими примеси углеводородных жидкостей;
  • набухание глинистых компонентов породы пласта;
  • двухфазная фильтрация водоуглеводородной смеси;
  • удерживание углеводородной жидкости породой в призабойной зоне нагнетательной скважины;
  • катионный обмен в системе «порода – пластовая вода – промстоки».

В главе 3 приведено описание разработанной автором малогабаритной экспериментальной установки (рисунок 1) и методик исследования, использовавшихся при выполнении работы.

Рисунок 1 – Схема установки для проведения экспериментов по гидродинамическому моделированию закачки жидких отходов производства в пласт-приемник

Данная установка позволяет проводить эксперименты по моделированию вытеснения равновесной с породой пластовой воды реальными жидкими отходами производства, каковые предполагается закачивать в пласт-приемник, а также эксперименты по двухфазной фильтрации водоуглеводородной смеси.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.