WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

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.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.