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 |

Водонапорная гидрогеологическая система и её трансформация при разработке месторождений нефти и газа (на примере бузулукской впадины)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Глянцев Алексей Васильевич

ВОДОНАПОРНАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

И ЕЁ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

(на примере Бузулукской впадины)

Специальность 25.00.07 – Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Пермь – 2008

Работа выполнена в Оренбургском научном центре Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор географических наук

Нестеренко Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор

Гаев Аркадий Яковлевич

кандидат геолого-минералогических наук,

доцент

Бутолин Александр Панфилович

Ведущая организация: Оренбургский научно-исследовательский

и проектный институт нефти

(ОренбургНИПИнефть)

Защита диссертации состоится "13"ноября 2008 г. в 1515 час. на заседании диссертационного Совета Д 212.189.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования „Пермский государственный университет“ по адресу: 614990 Пермь, ул. Букирева, 15, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат разослан " 10 " октября 2008 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 614990 Пермь, ул. Букирева, 15, Пермский государственный университет. Ученому секретарю диссертационного Совета Д 212.189.01 доктору технических наук, профессору В.А. Гершаноку. Факс: (342)237-16-11.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

доктор технических наук В.А. Гершанок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из мало изученных вопросов современной гидрогеологии и геологии нефти и газа является движение подземных вод и углеводородов в естественных и техногенно-измененных нефтедобычей условиях, через слабопроницаемые породы покрышек, коэффициент фильтрации которых составляет 10-4–10-6 м/сут и менее. При разработке месторождений нефти и газа многократно возрастают межпластовые градиенты давлений подземных вод, что обусловливает техногенные изменения водонапорной системы. Ее экраны (породы покрышек) характеризуются хотя и очень малой, но отличной от нуля проницаемостью. Эта проницаемость с изменением физико-химических и термодинамических условий может увеличиваться или уменьшаться, но остается относительно невысокой и поэтому эти породы играют роль относительных водо- нефте-газоупоров (Гольдберг, Скворцов, 1986; Дюнин, 2000 и др).

Слабопроницаемые породы защищают горизонты подземных вод от проникновения в них загрязняющих веществ и ограничивают вертикальные движения подземных вод, играя роль геохимических барьеров. Пропуская через себя воду, они сдерживают вертикальную миграцию более вязких жидких углеводородов и ряда химических соединений, взаимодействуя с ними и изменяя качество фильтрующихся вод. При техногенном увеличении градиентов межпластовых давлений возникает необходимость исследования свойств покрышек и миграции воды через них. Свойства покрышек: 1) влияют на экологическое состояние недр и земной поверхности; 2) изменяют характер залежей углеводородов и нефтегазоносных этажей в пределах нефтегазоносных бассейнов и 3) определяют условия эксплуатации месторождений и строительства подземных газохранилищ. Поэтому постановка исследований по изучению движения подземных вод и углеводородов, в естественных и техногенно-нарушенных нефтедобычей условиях, через породы покрышек является актуальной гидрогеологической задачей.

Целью исследований является изучение движения подземных вод в природных и техногенно-измененных условиях через породы покрышек в районах западного Оренбуржья. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- изучить гидродинамические связи между водоносными горизонтами;

- выполнить анализ существующих методов и разработать адаптированную методику для определения коэффициента фильтрации пород покрышек;

- рассчитать величины перетоков подземных вод через породы покрышек в естественных и техногенно-измененных условиях

Объект исследований: Водонапорная система районов нефтегазоносного Оренбуржья.

Предмет исследований: Межпластовые перетоки в водонапорной системе в условиях техногенеза.

Использованные материалы. Основой диссертационной работы послужили данные полевых и лабораторных исследований, полученные автором в 2000-2007 гг. на месторождениях нефти и газа, литературные и фондовые материалы, Оренбургского филиала Горного Института УрО РАН, ОАО «ОренбургНИПИнефть», ТФИ по Приволжскому федеральному округу и др.

На защиту выносятся следующие основные положения:

  1. Установление взаимосвязи между водоносными горизонтами палеозоя, состоящее в преобладании вертикальных движений пластовых вод над горизонтальными (главы 1, 3, 4).
  2. Разработка методических подходов к определению коэффициента фильтрации глинистых пород покрышек, основанных на исследовании керна глубоких скважин (глава 2).
  3. Определение величины и направления перетоков воды через породы покрышек на месторождениях нефти и газа, обусловленных трещиноватостью литифицированных глинистых водоупоров (главы 5, 6).

Научная новизна работы (п. 4 паспорта специальности 25.00.07):

- составлены карты установившихся приведенных уровней подземных вод водоносных комплексов водонапорной системы в Бузулукской впадине;

- изучена связь между пластовым и гидростатическим давлением вод, определяемым глубиной их залегания в водонапорной системе Бузулукской впадины;

- предложена методика определения коэффициента фильтрации глинистых пород покрышек по керну скважин на месторождениях нефти и газа;

- изучена взаимосвязь между водоносными комплексами водонапорной системы; рассчитаны величины перетоков рассолов через породы покрышек в природных и нарушенных нефтедобычей условиях на ряде месторождений нефти и газа, что позволяет оптимизировать технологию их разработки.

Практическая значимость работы определяется возможностью выявить гидрогеологические окна в глинистых породах и водоупорных толщах месторождений нефти и газа, что имеет большое технологическое и геоэкологическое значение в связи с интенсификацией добычи углеводородов и других полезных ископаемых на больших глубинах. Это также важно для охраны подземных вод от загрязнения и обоснования экологически безопасного подземного захоронения сточных вод в глубокие водоносные горизонты, а также выявления путей и скорости движения подземных вод через слабоводопроницаемые породы при уточнении характера взаимосвязи водоносных горизонтов и защищенности подземных вод от загрязнения.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований используются ООО «Оренбургская Проектная Компания» при изучении и моделировании гидрогеологической обстановки на месторождениях нефти и газа Западного Оренбуржья. Имеется акт внедрения.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на региональных конференциях молодых учёных и специалистов (Оренбург, 2003, 2005); на второй Всероссийской НПК: «Проблемы геоэкологии Южного Урала» (Оренбург, 2005); «Стратегия и процессы освоения георесурсов» (Пермь, 2005); на Всероссийской НПК с международным участием: «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (Оренбург-Пермь, 2008); на сессиях Горного института и его Оренбургского филиала УрО РАН (2004-2007). По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одна в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК России.

Личный вклад автора заключается в:

- непосредственном участии в 26 научно-производственных отчетах и проектах по объектам поисков и разведки месторождений нефти и газа на территории западного Оренбуржья;

- разработке методики определения коэффициента фильтрации глинистых покрышек на основе личных лабораторных и полевых исследований;

- том, что автор впервые поднял вопрос о наличии вертикальных перетоков подземных вод между глубокозалегающими водоносными горизонтами, разработал инструментарий и установил направления и величины этих перетоков через породы покрышек на месторождениях нефти и газа исследуемого региона.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 217 наименований. Общий объём диссертации 130 стр., в том числе 21 рисунок и 6 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, доктору географических наук Ю.М. Нестеренко за постоянную помощь и поддержку в процессе работы над диссертацией.

За консультации и полезные советы при написании диссертационной работы автор глубоко благодарит кандидата геолого-минералогических наук Е.Н. Сквалецкого, а также докторов геолого-минералогических наук Т.Я. Демину и П.В. Панкратьева.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первое защищаемое положение: «Установление взаимосвязи между водоносными горизонтами палеозоя, состоящее в преобладании вертикальных движений пластовых вод над горизонтальными» [1, 2, 4, 7-10]. Изучением гидрогеологии артезианских бассейнов занимались: А.И. Силин-Бекчурин (1949), Н.К. Игнатович (1944), М.А. Гатальский (1956), А.М. Овчинников (1956-1970), Г.А. Максимович (1955-1978), Н.И. Толстихин, И.К. Зайцев (1967, 1972), В.А. Всеволожский (1971–1991), Е.В. Пиннекер (1977), А.А. Карцев (1969–1992), В.А. Кротова (1956-1979), В.А. Кирюхин (1975-2005), В.И. Дюнин (2000), В.Н. Быков (1973–2004), М.И. Зайдельсон (1969), А.Я. Гаев (1978-2008) и другие. Тем не менее, в настоящее время не существует единых представлений об условиях формирования и движения подземных вод в техногенно имененных условиях.

На основе анализа имеющихся в литературе работ по исследованию динамики движения подземных вод в земной коре, в условиях Южного Приуралья можно выделить четыре фактора обусловливающих их движение:

  1. Питание подземных вод атмосферными осадками, которые поддерживают градиент напора в областях питания.
  2. Плотностная конвенция.
  3. Пополнение артезианских бассейнов элизионными водами.
  4. Естественно и техногенно образованные градиенты напора.

Формирование водонапорной системы и гидродинамического режима верхнего и нижнего гидродинамических этажей тесно связаны с литологическим составом пород и структурно-геологическим строением. Поэтому в диссертации приведена геологическая характеристика разреза и по материалам бурения поисковых и разведочных скважин составлен сводный литолого-стратиграфический разрез (глава 3) исследуемого района.

В геологическом строении впадины участвуют верхнепротерозойские, палеозойские, мезозойские и кайнозойские образования осадочного чехла, залегающего на метаморфических и магматических породах кристаллического фундамента. В разрезе осадочного чехла участвуют терригенно-карбонатные и карбонатные отложения девона и карбона, сменяющиеся терригенно-карбонатными, терригенными, соленосно-гипсоносными толщами перми и выше по разрезу терригенными осадками мезокайнозоя. Чередование терригенных и карбонатных разностей в разрезе является благоприятным фактором с точки зрения создания разности приведённых напоров в водоносных горизонтах, благодаря чему осуществляется движение подземных вод.

При рассмотрении вопроса о взаимодействии водоносных горизонтов и комплексов большое значение отводится водоупорам и их проницаемости. Основными водоупорными слоями в осадочных толщах в соответствии с традиционными взглядами, принято считать галогенные и глинистые породы. Экспериментальные исследования М. Маскет, В.М. Барышева, С.Г. Мовсесян, В.В. Давликамова, Г.Ф. Требина и др. выявили в зоне весьма замедленного водообмена области с относительно интенсивным вертикальным водобменом и перетоком подземных вод через глинистые разделяющие слои.

За геологическое время в глинистых породах формируются макро- и микронеоднородности и разнообразная трещиноватость. На стадиях седиментации, диагенеза, катагенеза глинистые породы преобразуются из высокопористых илов в породы с жесткими структурными связями, способными к трещинообразованию. Трещиноватость глинистых отложений имеет большое значение, и её необходимо учитывать при изучении их проницаемости.

Нами исследовалась проницаемость блоков глинистых пород с микротрещиноватостью. Для этого были поставлены опыты по определению коэффициента фильтрации образцов керна. По завершению опытов образцы были разбиты и сфотографированы для выявления направления и глубины проникновения воды в них (рис. 1, 2). Анализируя полученные фотографии, можно сделать вывод, что основной расход фильтрующейся воды приходится на различно ориентированные трещины в керне. Подобная картина распространения

Рис. 1. Известняк глинистый, афонинский горизонт Рис. 2. Известняк глинистый франского возраста

1 – зона увлажнения керна фильтрующейся водой

фильтрующейся жидкости по трещинам получена В.И. Дюниным (2000) в глинах и аргиллитах юрского возраста в Западной Сибири.

Наличие трещиной проницаемости объясняет, во-первых, большое расхождение в определении их проницаемости гидродинамическими, аэродинамическими методами и на образцах в лабораторных условиях. Во-вторых, объясняет движение жидкости в естественных (ненарушенных) условиях через мощные толщи глинистых пород, когда градиенты не достигают начальных значений, наблюдаемых в лабораторных условиях.

Таким образом, в результате многообразных процессов глинистые породы на больших глубинах из тонкодисперсных с преимущественно поровой проницаемостью превращаются в непластичные, монолитные породы, характеризующиеся высокой способностью к трещинообразованию. И их следует рассматривать как породы с жесткими структурно-кристаллическими связями, точно так же, как и породы другого литологического состава: алевролиты, песчаники, доломиты и известняки.

Вопрос о возможности вертикальной гидродинамической связи между водоносными горизонтами осадочного чехла региона до настоящего времени не имеет однозначного решения. Исследования в других регионах с наличием галогенных водоупоров показывают наличие вертикальных перетоков. Так, Л.Г. Каретников и В.И. Дюнин (2000) связывают распределение гидрохимических, газовых и геотермических аномалий в Днепровско-Донецкой впадине с восходящей разгрузкой глубинных флюидов. Максимальные значения вертикальных перетоков через галогенно-карбонатные отложения приурочены к зоне развития тектонических нарушений в присводовых частях положительных структур.

Вертикальная разгрузка минерализованных, металлоносных вод отмечается в горноскладчатых областях. На Памире воды верховых озер, расположенных на высоте 3,84,2 км, имеют минерализацию до 140 г/дм3 и более, обогащены хлором, натрием, карбонатами, сульфатами и рудными компонентами глубинного происхождения (В.А. Кротова, 1978). На Южном Урале воды восходящих источников из рифейских отложений содержат гамму элементов, включая углеводороды, характерные для гидротермальных месторождений (Кротова, 1978).

В Башкирском Предуралье Попов В.Г. (1985) установил связь величин пластовых давлений и конфигурации пьезометрических поверхностей вод замедленного водообмена с характером современного рельефа, подтверждая тем самым их связь с горизонтами зоны интенсивного водообмена через сульфатно-галогенные отложения. Местные области разгрузки соответствуют тектоническим депрессиям, долинам рек и часто связаны с техногенными факторами (добычей нефти, газа, конденсата, попутных пластовых вод, закачкой промстоков, перетоками по стволам глубоких скважин и др.).

Сделанные В.Г. Поповым и другими исследователями выводы учтены при исследовании формирования и движения подземных вод в осадочном чехле Бузулукской впадины на глубину до 3500 м. В этой части осадочного чехла нами изучены четыре водоносных комплекса: уфимско-нижнеказанский (надсолевой); ассельско-артинский (подсолевой); визейско-нижнемосковский (подсолевой); среднефранско-турнейский (подсолевой) [1]. Для выявления наличия взаимосвязи этих водоносных комплексов по вертикали рассмотрены значения пластовых давлений водоносных горизонтов, расположенных на разных глубинах и определены установившиеся приведённые уровни подземных вод. Расчёт произведён по предлагаемой нами формуле:

hст.в. и

Нуст = hабс + ——————, (1)

ср.взв.

где hст.в.- высота столба жидкости, м; и- объёмный вес жидкости поднимающейся в скважине из исследуемого водоносного горизонта, г/см3; hабс – абсолютная отметка опробованного интервала, м; ср.взв – средневзвешенный объёмный вес воды вышерасположенных водоносных горизонтов, он вычисляется по общеизвестной формуле определения средневзвешенных величин, который применительно к приведённому напору имеет вид:

, (2)

где h1…hn– высота слоёв грунта; 1-n– объёмный вес воды в слое грунта h1-n.

Используя установленные приведенные напоры водоносных горизонтов, данные о геологическом строении и гидрогеологических условиях, построены четыре карты установившихся приведенных уровней вод и один гидрогеологический профиль по линии I – I Ливкинская-Новоселовская (рис. 3-7).

Карта установившихся приведенных уровней вод уфимско-нижнеказанского комплекса представлена на рис. 3. Анализ карты выявляет довольно четкую приуроченность повышенных напоров к поднятиям и водоразделам и постепенное снижение напоров к долинам рек. Так в долинах наиболее крупных рек Самары и Бузулука на рассматриваемой территории наблюдаются пониженные напоры (абс. отм. +(57133 м)). Понижение напоров прослеживается и в долинах притоков реки Самары – рек Ток, Мал. Уран, Бол. Уран. Купола повышенных напоров (абс. отм. +(203249 м)) приурочены к поднятиям в рельефе между реками Ток, Мал. Уран, Бол. Уран и верховье реки Бузулук. Значительная часть разломов на карте приурочена к долинам основных рек Самары и Бузулук.



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.