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:     | 1 | 2 ||

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

-- [ Страница 3 ] --

Поскольку отличия в результатах экспериментов при высоких («пластовых») давлениях порядка 10 МПа и последующих экспериментов при низких давлениях не превышали точности измерений (± 2 %), было принято решение в дальнейшем эксперименты выполнять при давлениях до 2 МПа.

Всего было выполнено три «программных» эксперимента. Первый и второй эксперименты воспроизводили процесс вытеснения пластовой воды промстоками, содержащими примесь жидких углеводородов С5+ сеноманского газа Заполярного НГКМ в количестве 10 % (объемных), и отличались размерами образцов пород пласта, а также рабочими давлениями. В третьем эксперименте в качестве примеси (10 % объемных) углеводородной жидкости (УВЖ) исследовали н-декан. Это давало возможность получить информацию о влиянии состава углеводородной примеси на фильтрацию смеси.

Эксперименты показали, что в зависимости от физико-химических свойств примеси углеводородов фильтрация происходит либо с относительным накоплением углеводородов в призабойной зоне нагнетательной скважины, либо без накопления. Отсюда очевидно, что при изучении процесса вытеснения пластовой воды промстоками с примесью углеводородов надежные результаты могли быть получены только в натурном эксперименте с использованием представительных образцов породы пласта-приемника, пластовой воды и промстоков, включая углеводородную примесь. Выполненные автором натурные эксперименты применительно к условиям конкретного полигона захоронения промстоков (Заполярного НГКМ) показали, что при наличии в породе пласта-приемника глинистых и аморфных мелкодисперсных составляющих область наименьших относительных проницаемостей смеси водного промстока и углеводородной жидкости (конденсата) смещается в сторону больших водонасыщенностей. Соответственно относительные водопроницаемости на графике располагаются ниже, а углеводородопроницаемости (конденсатопроницаемости) выше графиков, приведенных в опубликованных работах для водонефтяных систем.

Выполненная по результатам экспериментов оценка показывает, что области минимальных относительных проницаемостей смеси вода (~0,15)-конденсат (~0,15) в условиях водоносного пласта-приемника полигона Заполярного НГКМ соответствует водонасыщенность около 73 % (конденсатонасыщенность около 27 %) объема пор (рисунок 2).

Рисунок 2 – Графики относительных фазовых проницаемостей песчаников и песков для углеводородных жидкостей и воды: kн и kв – осреднение трёх диаграмм (песчаник; нефть, вода); kк(•) и kв() – результаты эксперимента (песок водоносного пласта-приёмника Заполярного полигона, углеводороды
С5+, вода)

Анализ физической природы эффекта накопления конденсата в пласте-приемнике с учетом явлений межмолекулярного взаимодействия флюидов и твердых тел показал, что в условиях установившейся фильтрации продвижение конденсата из сеноманских отложений происходит с переменным темпом; наблюдаются периоды более и менее интенсивного выхода его из модели пласта. В пористой среде наблюдаются периоды уменьшения и увеличения средней насыщенности конденсатом.

Из этого следует, что в любой момент процесса фильтрации смеси насыщенность пористой среды конденсатом должна иметь волнообразный характер как функция расстояния от входа в образец породы пласта.

В качестве метода проверки этой гипотезы был выбран вариант компьютерной томографии, достаточно широко применяемый при изучении распределения флюидов и их фильтрации в продуктивных нефтегазонасыщенных пластах.

Для изучения распределения конденсата по длине образца породы было осуществлено «просвечивание» образца длиной 0,306 м в моменты, когда после длительного нагнетания водоконденсатной смеси (около 9 объемов пор) через образец прокачали несколько более одного объема пор чистой пластовой воды (кривая 1) и когда затем вслед за пластовой водой прокачали более полутора объемов пор водной фазы промстоков Заполярного НГКМ (кривая 2).

Результаты «просвечивания» образца породы пласта представлены в виде графиков зависимости насыщенности конденсатом от расстояния точки измерения до входа в образец (рисунок 3).

Характер распределения насыщенности пористой среды конденсатом по данным томографии подтверждает предположение о неравномерном движении конденсата при фильтрации водоконденсатной смеси. На рисунке 3 можно видеть два «вала» конденсата, с максимумами для кривой 1 в «срезах» №№ 6 и 17 и с минимумом насыщенности между ними в «срезе» № 13. Из сравнения кривых 1 и 2 видно, что прокачка водной фазы промстоков привела к «нивелированию» первого максимума (кривая 1, «срез» 6) и к смещению второго максимума (кривая 1, «срез» 17) к выходу модели – см. кривую 2, «срез» 23. В то же время положение минимума насыщенности («срез» 13) не изменилось. Это последнее обстоятельство свидетельствует о том, что извлечение из образца породы пласта небольшого количества конденсата при прокачке водной фазы промстоков происходило не за счет движения конденсата как связной фазы, а, по-видимому, за счет фильтрации определенного объема конденсата как эмульгированной в воде фазы.

  Изменение пористости и конденсатонасыщенности по длине образца породы-4

Рисунок 3 – Изменение пористости и конденсатонасыщенности по длине образца породы пласта по данным томографии (срезы через 10 мм по длине):

кривая 1 – установившаяся конденсатонасыщенность при фильтрации смеси 90 % пластовой воды + 10 % конденсата, % объёма пор (средняя конденсатонасыщенность по балансу 21,3 %),

кривая 2 – остаточная конденсатонасыщенность при вытеснении смеси промстоками, % объёма пор (средняя конденсатонасыщенность по балансу 19,7 %),

кривая 3 – пористость в %.

Образец породы пласта длиной 306 мм, диаметром 25,8 мм; уплотненный песок водонасыщенного пласта-приёмника из скв.116,0 Заполярного НГКМ, интервал отбора 1360 – 1373 м

Это предположение основано на том, что в водной фазе промстоков присутствует в качестве примеси метанол, облегчающий, как известно, эмульгирование углеводородного конденсата в воде.

Принимая во внимание неравномерность распределения удерживаемого породой конденсата и фильтрационное смещение зон максимальной конденсатонасыщенности при переходе в процессе нагнетания от водоконденсатной смеси к воде, можно рекомендовать при эксплуатации полигонов чередование закачки промстоков с примесями углеводородов и «чистой» пластовой воды или промстоков, максимально очищенных от углеводородов и обладающих достаточно высокой минерализацией.

Обобщая результаты выполненных экспериментов, можно утверждать, что при эксплуатации полигонов захоронения промстоков возможно проявление рисков неконтролируемого затухания приемистости нагнетательных скважин. Причинами затухания могут быть наличие в породах пласта глинистых минералов, подверженных сильному набуханию при закачке опресненных промстоков, а также наличие в стоках примесей углеводородов, снижающих фазовую проницаемость для воды.

В то же время замещение опресненного флюида или водоконденсатной смеси на свежие порции минерализованной пластовой воды может быть способом восстановления приемистости нагнетательной скважины.

В главе четвертой наряду с анализом результатов выполненных экспериментов автором дается обоснование необходимости дополнительной формулы к формуле Б.П. Акулинчева (1997 г.), по которой рассчитывают радиус зоны распространения в пласте закачанных промстоков.

Неравномерность продвижения фронта промстоков по формуле
Б.П. Акулинчева учитывают, вводя соотношения величин проницаемости и пористости наиболее и наименее проницаемых пропластков пласта. Объем закачанных промстоков учитывают как произведение средней объемной скорости их нагнетания и времени нагнетания.

Как известно, не всегда имеется такая информация о ФЭС пласта. В таких случаях размер зоны распространения промстоков можно оценить, используя такой параметр, как коэффициент охвата. К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт разработки газоконденсатных и нефтяных месторождений с нагнетанием в продуктивные пласты газообразного или жидкого агента. Согласно опубликованным данным коэффициенты охвата песчаного пласта-коллектора при этом составляют в большинстве случаев от 0,40 до 0,70. По геолого-промысловым данным величина ожидаемого коэффициента охвата для пласта-приемника промстоков может оценена с погрешностью ± (1015) %. Для оценки объема закачанных промстоков целесообразнее использовать данные о накопленном объеме Vн закачанных в пласт жидкостей. Такой прием позволит рассчитывать радиус растекания промстоков с большей точностью.

Исходя из изложенного, автор предлагает для расчета радиуса R3 зоны распространения промстоков в пласте-приемнике формулу, учитывающую коэффициент охвата пласта Кохв:

,

где – объемный пластовый коэффициент стоков, безразмерная величина;

– эффективная толщина пласта, м;

– средняя пористость пласта, доли единицы;

– коэффициент вытеснения пластовой воды промстоками, доли единицы.

Принимая во внимание особую экологическую опасность распространения по пласту закачиваемых в составе промстоков примесей углеводородов, автор предлагает радиус зоны распространения углеводородов рассчитывать отдельно по формуле, аналогичной приведенной.

Пятая глава посвящена практическому применению результатов диссертационной работы на полигоне захоронения промстоков Касимовского ПХГ.

Создание специализированных полигонов на действующих газовых месторождениях с учетом комплекса природоохранных мероприятий, благодаря совокупности получаемых при этом преимуществ, позволяет выйти на совершенно новую форму экономических рычагов влияния на культуру природопользования.

Касимовское подземное хранилище газа является первым полигоном, где утилизация промстоков в пласт-приемник производится на объекте хранения, а не добычи. Естественно, что процесс утилизации здесь имеет ряд особенностей.

В существующей технологической схеме утилизации сточных вод не был учтен комплекс природоохранных мероприятий, поэтому для этой схемы была характерна повышенная техногенная нагрузка на окружающую среду.

При утилизации сточных вод различного генезиса на Касимовском ПХГ возможен вариант совместной закачки их в пласт-приемник.

Экспериментальные исследования автора с использованием натурных материалов показали, что в условиях Касимовского газохранилища на полигоне захоронения промстоков при опреснении последних можно ожидать значительного снижения приемистости нагнетательных скважин вследствие набухаемости глинистых минералов породы пласта-приемника (в 5 раз).

Автор в качестве практического примера научно обоснованных технико-технологических решений проблем подземного захоронения промышленных стоков на предприятиях газодобывающей промышленности приводит технологическую схему утилизации сточных вод, разработанную для Касимовского ПХГ (в связи с пуском в эксплуатацию IV очереди) лабораторией гидрогеологии, геохимии и геоэкологии
ООО «ВНИИГАЗ» при прямом участии диссертанта с использованием результатов предварительных промысловых и лабораторных исследований диссертационной работы.

На рисунке 4 пунктиром показаны разработанные новые элементы технологической схемы утилизации сточных вод I-III и IV очередей Касимовского ПХГ, прошедшей экологическую экспертизу в ГУПР и ООС МПР России по Рязанской области и утвержденной ООО «Мострансгаз» для реализации на Касимовском ПХГ.

Разработанная на основании промысловых и экспериментальных исследований цикличности работы Касимовского ПХГ научно обоснованная технологическая схема утилизации сточных вод с учетом комплекса природоохранных мероприятий и соблюдением экологических требований позволит при закачке промстоков в пласт-приемник в существующих границах горного отвода сократить эксплуатационные затраты на капитальный ремонт нагнетательных скважин, снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.

В шестой главе дается прогноз реализации результатов работы в газовой отрасли.

Полигон захоронения промстоков представляет собой достаточно сложный и дорогостоящий объект, тем более на месторождениях или ПХГ с большими объемами годовой добычи (отбора) газа. Особенно это относится к системе нагнетательных (и, возможно, контрольно-наблюдательных) скважин.

  Касимовское ПХГ. Принципиальная технологическая схема утилизации-10

Рисунок 4 – Касимовское ПХГ. Принципиальная технологическая схема утилизации сточных вод по плану модернизации производства

Создание полигона без должного научного обоснования чревато многими рисками, в первую очередь связанными с возможным выходом из строя нагнетательных скважин.

Выполненные и описанные выше исследования показали, что указанные опасения достаточно обоснованы, нагнетательные скважины могут потерять приемистость вследствие поступления в пласт-приемник опресненных или содержащих углеводородные примеси промстоков. В то же время в некоторых случаях возможно хотя бы частичное восстановление приемистости – это также следует из результатов диссертационной работы.

При проектировании нового полигона возможна ситуация, когда выбор потенциальных пластов-приемников промстоков ограничен. В этом случае целесообразно располагать результатами предварительных исследований о соответствии объема пласта ожидаемому накопленному объему промстоков за весь период функционирования полигона. Предложенные автором расчетные формулы дают возможность и в отсутствие информации о распределении ФЭС пласта делать предварительные оценки размеров зоны в пластовых условиях, которая может быть занята промстоками.

Следует отметить, что на ряде полигонов отечественной газодобывающей отрасли промышленности некоторые из результатов диссертации уже нашли применение. При обосновании технических решений на вновь проектируемых полигонах целесообразно учитывать весь комплекс полученных в диссертации результатов.

Основные выводы диссертационной работы могут быть сведены к следующим положениям:

1. Разработана методика экспериментальных исследований гидродинамических условий захоронения в водоносном пласте-приемнике жидких отходов при добыче и подземном хранении газа.

2. Обоснован выбор физических параметров, характеризующих качественно и количественно водоносный пласт как приемник различных по составу жидких отходов (промстоков) производства предприятий газодобывающей отрасли, а также алгоритм определения величин этих параметров.

3. Сделана оценка масштабов снижения приемистости пластов-приемников полигонов Касимовского ПХГ и Заполярного месторождения, содержащих глинистые и аморфные включения (в 5 – 21 раз) при закачке опресненных жидкостей и (в 3 – 4 раза) жидкостей с примесями углеводородов.

4. Обоснованы рекомендации по поддержанию приемистости нагнетательных скважин путем нагнетания высокоминерализованной пластовой воды.

5. Предложена формула расчета размеров зоны распространения в пласте закачиваемых промстоков, в том числе углеводородной их составляющей по охвату объекта.

6. Предложена и внедрена на полигоне Касимовского ПХГ усовершенствованная технологическая схема утилизации промышленных стоков.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих печатных работах, опубликованных автором лично или в соавторстве.

  1. Кирьяшкин В.М., Соколов А.Ф., Ильченко В.П., Коган А.И. Геоэкологический контроль подземных вод на хранилищах газа. ОАО «Газпром» «Прогноз газоносности России и сопредельных стран», М., 2000 г. – с. 221 – 227.
  2. Кирьяшкин В.М., Соколов А.Ф., Ильченко П. В. Особенности гидрогеологического обоснования полигона для закачки промышленных стоков на Касимовском подземном хранилище газа. ОАО «Газпром», Проблемы оценки риска загрязненных поверхностных и подземных вод в структуре ТЭК, М., 2001 г. – с. 115 – 128.
  3. Соколов А.Ф., Кирьяшкин В.М., Арутюнов С.В., Ильченко П.В. Устройство для индикации уровня жидкости в скважине. Патент на изобретение № 2175387. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации. М., 27 октября 2001 г.
  4. Соколов А.Ф. Закачка промстоков в водоносный пласт: обоснование методики экспериментальных исследований. Сб. научных трудов. «Экология и промышленная безопасность». М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2003, – с.203 – 220.
  5. Кирьяшкин В.М., Соколов А.Ф. Некоторые вопросы природной и техногенной защищенности питьевых вод на Увязовском подземном хранилище газа. Сб. научных трудов «Экология и промышленная безопасность». М.:
    ООО «ВНИИГАЗ», 2003, – с. 260 – 273.
  6. Соколов А.Ф., Левшенко Т.В. Исследование влияния захоронения сточных вод на подземную геологическую среду. Доклад на 3-ий международный конгресс по управлению отходами ВэйстТэк. Материалы конгресса. М, 3 – 6 июня 2003 г. – с. 156 – 157.
  7. Соколов А.Ф. Методы экспериментальных исследований при контроле ареала захоронения промстоков на подземных хранилищах газа. Научно-технический журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе». М., № 6, 2003, –
    с. 25 – 33.
  8. Николаев В.А., Соколов А.Ф. Особенности распространения в водоносном пласте-приемнике закачиваемых промышленных стоков. Сборник научных трудов СеверНИПИгаза. Ухта, 2005, – с. 153 – 168.
  9. Ваньков В.П., Мизин А.В., Николаев В.А., Рассохин С.Г., Соколов А.Ф., Троицкий В.М. Томографические исследования распределения флюидов в пласте при разработке месторождений углеводородов и захоронении промышленных стоков. Сборник научных трудов СеверНИПИгаза. Ухта, 2005, – с.169 – 178.

Подписано печати «_25_» _мая_ 2006г.

Заказ № _25053632N_

Тираж 130 экз.

1 уч. – изд. л. ф-т 60х84/16

Отпечатано в ООО «ВНИИГАЗ»

по адресу: 142717, Московская область,

Ленинский р-н, п. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ»



Pages:     | 1 | 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.