Введение к работе
Актуальность работы. В связи со строительством «Северного потока» газопровода и выходом России на новые рынки экспорта газа, создание новых подземных хранилищ газа и мониторинг уже эксплуатирующихся ПХГ становится актуальной задачей.
Подземное хранение газа в нашей стране имеет уже более чем сорокалетнюю историю. Начало создания подземных хранилищ газа было положено в 1958 году, когда были введены в эксплуатацию в качестве газохранилищ мелкие выработанные залежи истощенных нефтяных месторождений Самарской области. Они использовались преимущественно для утилизации попутного газа, добываемого из нефтяных месторождений. Первым газохранилищем, созданным в водоносном пласте, стало Калужское.
Минимизация экологического ущерба от эксплуатации ПХГ и экономического ущерба от ликвидации последствий возможных аварийных ситуаций могут быть достигнуты только при постоянном мониторинге режима работы ПХГ на основе данных геофизических, геологических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических исследований; систематического анализа надежности работы наземного оборудования, включая газопроводы (шлейфы) и подземного скважинного, работы продуктивного пласта и прискважинной зоны продуктивного пласта, состояния вышележащих и нижележащих пластов горного массива каждого конкретного хранилища с его геолого-технологическими особенностями.
Значительный вклад в области геофизического и геохимического контроля за станциями подземного хранения газа внесли Р.Ш. Алиев, Л.И. Баранов, В.И. Борисов, С.А. Венско, В.Н. Даниленко, А.С. Дергач, В.В. Евтушенко, А.П. Зубарев, А.И. Лысенков, В.А. Марков, А.Н. Петров, А.П. Потапов, Ю.Р. Рыбин, В.А. Сидоров, А.В. Скобелев, В.В. Смирнов, А.П. Тимошенко, А.В. Чугунов.
Для дальнейшего развития направления подземного хранения газа в РФ необходимо внедрение инновационных технологий, которые могут быть использованы как при проектировании новых ПХГ, так и для продления срока безопасной эксплуатации действующих подземных хранилищ газа.
Недостаточная геологическая изученность выбранного пространства, нарушение технологического режима бурения скважин, недостатки эксплуатационного обустройства могут привести к разгерметизации хранилища и значительным утечкам газа, прорывающегося в вышележащие отложения, вплоть до выхода на дневную поверхность. Особенно этот фактор следует учитывать при расположении ПХГ вблизи тектонических нарушений.
Для реализации мониторинговых исследований необходимо разработать и внедрить оптимальный комплекс геологических, геофизических, геохимических и других методов исследований, обеспечивающий контроль режима работы ПХГ, прогнозирование и исключение аварийных ситуаций.
Цель работы. Разработка комплекса геофизических и геохимических методов исследований для повышения эффективности эксплуатации ПХГ.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- анализ возможностей космических, аэрогеофизических, наземных, скважинных и межскважинных методов и комплекса методов для решения геологических, геофизических, технических и экологических задач;
- исследование разрешающей возможности методов и аппаратуры контроля режима работы объектов, возможных отклонений от штатных ситуаций с целью их прогнозирования и при необходимости ликвидации;
- теоретические и экспериментальные исследования и математическое моделирование для решения геологических задач по разработке критериев оценки состояния объектов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ПХГ;
- разработка алгоритмов и выбор обрабатывающих программ интерпретации данных измерений с учетом влияния искажающих факторов и внесения соответствующих поправок.
Основные методы исследований:
- сбор, изучение, систематизация, обобщение и анализ различных методов исследований (геофизических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических, петрофизических и др.) для задач обеспечения мониторинга эксплуатации ПХГ;
- использование разработанных методов сейсмоакустической межскважинной томографии, электроразведки МПП ЗСБ, комплекса геофизических исследований скважин для проведения исследований;
- использование новейшего программного обеспечение для обработки и интерпретации полученных результатов (CorelDraw, LESSA, XTomo LM2.0, Горизонт, Prime и др.).
Научная новизна работы:
-
На основе линеаментного анализа данных космической съемки, аэрогеофизических исследований (магнитная и гамма-съемка, гравитационные измерения) наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка, высокоточная гравиразведка), скважинных методов (ВСП, комплекс ГИС) предложена физико-геологическая модель подземного пространства, позволяющая выбрать перспективные участки под создание ПХГ, свободные от тектонических нарушений.
-
Разработан комплекс ядерно-физических, акустических и электромагнитных методов исследований скважин ПХГ в водоносных пластах с целью определения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта (дебит скважин, состав флюидов, рабочие интервалы отбора закачанного и отобранного газа) и режима работы технологических, контрольных, геофизических и других скважин (заколонные перетоки, дефекты эксплуатационных колонн, НКТ) и износа скважинного оборудования при циклических закачках и отборах газа.
Защищаемые положения:
-
Для выбора участка, перспективного под создание ПХГ, свободного от тектонических нарушений и определения основных параметров исследуемой структуры (глубина залегания, мощность водоносного пласта и др.) предложен комплекс исследований, состоящий из космических (дешифрирование космических снимков), аэрогеофизических (линеаментный анализ магнитной, гамма-съемки и гравиразведки) и наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка и высокоточная гравиразведка).
-
Разработан комплекс для установления путей миграции газа из продуктивного пласта ПХГ и выявления зон его возможного накопления в вышележащих горизонтах, состоящий из методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии.
-
Предложена методика мониторинга ПХГ с использованием геофизических методов исследования скважин (радиоактивные, акустические, гидродинамические, электромагнитные методы каротажа, термометрия и др.) и геохимических методов (подповерхностная и атмосферная съемки, опробование флюидов и геоэлектрохимия) для контроля режима эксплуатации ПХГ и прогнозирование аварийных ситуаций.
Достоверность. Достоверность определяется достаточным объемом экспериментальных и модельных исследований, а также высоким техническим уровнем применяемой аппаратуры, программных пакетов обработки и интерпретации данных, высокой сходимостью результатов моделирования с наземными и скважинными исследованиями.
Практическая значимость работы.
Комплекс методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии позволил выявить ослабленные трещиноватые зоны в горном массиве, обусловленные циклической работой ПХГ и уточнить геологический разрез по электрическим свойствам, выделить газонасыщенные и водонасыщенные зоны.
Разработан комплекс геофизических и геохимических исследований, позволяющий обеспечить оптимальный выбор мест заложения хранилищ газа, полный контроль за эксплуатацией подземного хранилища газа в режиме мониторинга, обеспечивая безопасность экологической обстановки района работ.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в настоящей работе, использованы для осуществления мониторинга ПХГ Северо-Западного региона.
Апробация работы. Результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на международной молодежной научно-практической конференции «Геофизика -2009» и на II – ой международной научно – практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского, конференции «СЕВЕРОГЕОТЕХ-2011».
Публикации. По теме диссертации автором в период 2008-2011 гг. были опубликованы 8 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из четырех глав, введения и заключения. Общий объем 181 страница, 48 рисунков, 10 таблиц. Библиографический список включает 112 наименований.
