Структурна анізотропія нафтогазових родовищ та утилізація бурового шламу

А. В. Чепрасов, А. І. Трегуб, Воронезькийдержавний університет

ВНині при експлуатації нафтових і газових родовищ стикаютьсяз проблемою переробки та утилізації відходів буріння. У Росії практично всівідходи, пов'язані з бурінням, складуються на полігонах і в шламових коморах, що,однак, не звільняє компанії від необхідності їх утилізації. Вельми звичайноїє практика зливання рідких продуктів буріння в землю і похованнятвердих продуктів на орендованих землях [5]. Шламові комори і котлованипризначені для зберігання в них бурового і тампонажного розчинів, буровихстічних вод і шламу, продуктів випробування свердловин, матеріалів для приготуванняі хімічної обробки бурових і тампонажних розчинів, ПММ, господарсько-побутовихстічних вод та твердих побутових відходів, а також зливових стічних вод. Процентнеспіввідношення між цими складовими змінюється в залежності від геологічнихумов, технічного стану обладнання, культури виробництва. Середнійсклад відходів: 65% води, 30% шламу (вибуреного породи), 5, 5% нафти, 0, 5%бентоніту і 0, 5% різних присадок, які використовуються для забезпеченняоптимальної роботи бурових установок [6, 7]. Використання котлованів і комордля розміщення і зберігання шламу, бурового розчину і інших матеріалів єнебезпечним в екологічному відношенні способом зберігання.

Напрактиці звичайним є використання непідготовлених, відкритих котлованів, щоведе до просочування потенційно токсичних речовин в землю і забрудненнюнавколишнього середовища. Спеціально обладнані котловани можуть бути причиноюзабруднення середовища при пошкодженні і переповненні сховищ. Закриті комори, застосовуютьсядля зберігання бурових відходів, є більш надійними. Вони мають кришку, якаізолює шлам від навколишнього середовища, тварин і домашньої худоби. Однак данасистема не є герметичною, і газоподібні продукти можуть потрапляти ватмосферу. Крім того, система не має вторинного захисту, схильна до корозії, щоможе призводити до забруднення навколишнього середовища [4, 5]. За наявними прогнознимоцінками, в Росії видобуток нафти зросте до 2020 р. в нафтогазоносних провінціях Європейської частини до 120 млн т на рік, в Західно-Сибірськійпровінції - до 315 млн т на рік, у Східному Сибіру - до 60 млн т на рік, наДалекому Сході - до 20 млн т на рік [2]. Це зростання буде супроводжуватися івідповідним зростанням екологічних проблем. В даний час звичайнимиспособами утилізації нафтових шламів є: спалювання плаваючою в коморахнафти; біохімічне розкладання шляхом В«розкиданняВ» нафтового шламу наповерхню грунту або відкачування на поля зрошення; компостування (перемішуванняшламу з торфом, соломою і т. п.); поховання шламу в спеціально відведеномумісці (на промислових і побутових звалищах) [4]. Разом з тим з'явилися дані прозначною токсичності нафтошламів, про їх високої рухливості в підземнихводах і грунтах. Це змусило переглянути застосовувані способи утилізації.Одним з найбільш надійних способів признається закачування шламу в пласт. ВНині вона застосовується в країнах Північної та Південної Америки [4, 5]. Шламперетвориться в пульпу з певною в'язкістю, яка закачується в пласт здопомогою насоса високого тиску. Технологію можна адаптувати під ужеіснуючі шламові комори і полігони, витягувати шлам безпосередньо звідтидля закачування його в свердловину. Застосовують два способи закачування шламу в пласт:кільцева закачування (Annular injection) і використання спеціальних свердловин дляпромислових відходів (Disposal well injection). У процесі кільцевої закачуванняшлам потрапляє в певний пласт через простір між обсадними трубами внафтових або газових свердловинах. У нижній частині зовнішньої обсадної труби шлампроникає в пласт. При використанні свердловини для промислових відходів шламзакачується в пласт під тиском з використанням насосно-компресорних трубнижче обсадної колони або в перфоровану секцію, створену спеціально длязакачування шламу в інтервалах приймає пласта [4].

Застосуванняназваних методів вимагає комплексного підходу до проекту. Цей підхід включаєпервинний збір геологічних даних, даних каротажу, побудовагеологічних моделей, визначення потенційних горизонтів для закачування шламу впласт, визначення тиску закачування, прогнозування сполучених з цим ризиків[5, 7]. Найважливіше значення при визначенні ризиків має структура вибраногопласта в околоскважінном просторі, наявність в ньому можливих вікон перетоку, пов'язанихз розривами суцільності обмежень пласта, локальних плікатівних порушень, що обумовлюютьнерівномірний розподіл внутріпластового тиску, формуванняконцентраторів напружень, що збільшують ймовірність руйнування пласта інеконтрольованого переміщення закачуваних відходів. Досить ефективним дляструктурного прогнозу в умовах Західного Сибіру може бути визнанийморфоструктурних аналіз. Один з його методів - метод вивчення структурноїанізотропії. Метод заснований на використанні індикатриси анізотропії геологічнихоб'єктів [3] і може бути запропонований для аналізу неоднорідностей просторублизько свердловини, використовуваної для закачування. Повна характеристика анізотропіїописується чотирма параметрами: показником мінливості, орієнтуванням осейанізотропії, показником і індикатриси анізотропії. Показник мінливості поконкретної лінії всередині об'єкта - це відношення кількості перетинаютьсяелементів до довжини лінії, а показник мінливості поля - середній градієнтмінливості параметра по даному напрямку - це відношення суми показниківмінливості по конкретних лініях до кількості цих ліній.

Осіанізотропії - це напрямки всередині досліджуваного об'єкта з максимальнимивідмінностями мінливості, а показник анізотропії - це відношення максимальноїмінливості до мінімальної. Індикатриси анізотропії називається еліпсовоюповерхню, величина радіуса-вектора якої в масштабі відображаємінливість параметра усередині об'єкта в напрямку радіуса-вектора. Привикористанні двовимірної моделі індикатриса може бути представлена ​​еліпсом[3].

Індикатрисаанізотропії - графічне зображення координованої мінливості того чиіншого параметра досліджуваного об'єкта. При вивченні структурної анізотропії вЯк таких параметрів можуть бути використані гіпсометричне положенняповерхонь нашарування або потужність пласта. Вимірювання цих параметрівпроводяться за серіями паралельних профілів, орієнтування якихпослідовно змінюється в певних інтервалах значень. Характеріндикатриси анізотропії відображає деформаційне поле пласта, оскількиособливості його залягання підпорядковані в першу чергу інтегральному полютектонічних напруг, що діяли як під час утворення пласта, так іпісля переходу його в копалина стан. Можна вважати, що індикатрисаанізотропії в значній мірі є відображенням еліпсоїда деформації, осіякого коррелятни осях індикатриси анізотропії. При деформації пластанеминуче змінюються його внутрішні властивості і, перш за все, ступінь йогопроникності в напрямках максимальною і мінімальною мінливості. Це можевпливати на характер руху всередині пласта закачуваних відходів.Визначення передбачуваного напряму руху закачуваних в свердловинупромислових відходів, а також швидкості їхнього переміщення має велике значення приоцінки екологічних ризиків, пов'язаних з буровими і промисловими роботами нанафтогазових родовищах.

ВЯк приклад (мал.) може бути приведений розрахунок параметрів анізотропіїпласта закачування навколо однієї зі свердловин родовища Ванкор (Зап. Сибір).Вихідними даними для розрахунку були дані про зміну гіпсометричногоположення пласта. Аналіз проведено за серіями паралельних профілів з10-градусним інтервалом.

Розрахункипоказують значну анізотропію пласта закачування з віссю максимальноїмінливості, орієнтованої в напрямку СЗ 322 В° - ЮВ 142 В° і мінімальної -СВ 50 В° - ЮЗ 230 В°. Показник анізотропії становить 3, 2. Виходячи із загальноїситуації пологого занурення пласта в північно-західному напрямку, можназробити висновок про те, що в процесі такого занурення пласт випробував деформаціюподовження-укорочення. А ...осі подовження і укорочення по напрямку збігаються, відповідно,з максимальною і мінімальною осями індикатриси анізотропії пласта. За величиноюкоефіцієнта анізотропії можна оцінити величину деформації подовження-укороченняпласта, рівну + 2, 31% (в напрямку подовження). При такій характеристицідеформаційного поля слід очікувати загального розущільнення пласта уздовж осімаксимальної анізотропії. Це розущільнення в цілому корелюється з величиноюдеформації. Воно здійснюється через збільшення пористості пласта і шпаруватостінаявних у ньому тріщин, що в сукупності призводить до збільшення коефіцієнтафільтрації, а це суттєво впливає на швидкість і напрям переміщеннязакачуваних відходів. Рух закачуваної рідини, крім того, залежить і відухилу пласта, величина якого в даному випадку складає 1, 7 м на 1 км в напрямку СЗ 320 В°. У сукупності все це визначає переважний напрямокруху потоку закачуваних промислових відходів від свердловини в північно-західномунапрямку по азимуту 322 В°. При необхідності, знаючи в'язкість закачиваемойпульпи, вихідне тиск при закачуванні, можна визначити і можливу швидкістьпереміщення відходів у межах пласта.

Отриманідані необхідно враховувати при складанні динамічної моделі рухузакачуваних відходів буріння і при визначенні можливих екологічних ризиків, пов'язанихз цим процесом, оскільки напрям руху відходів в межах пластастає передбачуваним за основними параметрами. При визначенні місця розташуваннянових свердловин облік характеристики потоку відходів дозволяє намітити заходи понедопущенню в процесі буріння виходу цих відходів за межі пласта закачування, забрудненняводоносних горизонтів або земної поверхні.

Рис.Анізотропія околоскважінном простору в межах родовища Ванкор (Зап.Сибір):

1- Ізогіпс пласта закачування, 2 - індикатриса анізотропії пласта, 3 - свердловиназакачування

Список літератури

1.Куценко В. В. Про стан екологічної безпеки в РФ і діяльності Держкомекології Росії щодо її забезпечення/В. В. Куценко, А. Є. Данилов// ИзвестияАкадемії промислової екології - 1999. - № 3. - С 99-100.

2.Стефаненко С. Чи далеко світле майбутнє геологорозвідки?/С. Стефаненко//Нафта Росії, № 9. - 2009. - С. 34-39.

3.Четвериков Л. І. Оцінка анізотропії геологічних об'єктів// Вестн. Воронеж. ун-ту.

Сер.: Геол. - 2000. - Вип. 9. - С. 26-31.

4. An Introduction to Slurry Injection Technology for Disposal ofDrilling Wastes/Brochure prepared by Argonne National Laboratory for the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National Petroleum TechnologyOffi ce. - September, 2003.

5. Veil J. A. Evolution of Slurry Injection Technology forManagement of Drilling Wastes/J. A Veil, M. B. Dusseault. - Prepared byArgonne National Laboratory for the US Department of Energy, Offi ce ofFossil Energy, National Petroleum Technology Offi ce, September, 2003. - 20 p.

6. .ngv.ru/default.aspx 7. neftegaz.ru 8..earthworksaction.org

Дляпідготовки даної роботи були використані матеріали з сайту .vestnik.vsu.ru/