ЗАКАЧКА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ РАССОЛОВ В ПАЛЕОЗОЙСКИЕ ГОРИЗОНТЫ ПЕРМСКОГО КРАЯ

ЗАКАЧКА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ РАССОЛОВ В ПАЛЕОЗОЙСКИЕ ГОРИЗОНТЫ ПЕРМСКОГО КРАЯ Костарев С. М. Начальник отдела мониторинга и проектирования экологической безопасности ООО «Перм. НИПИнефть» 2010

ЗАКАЧКА СТОКОВ В ГЛУБОКИЕ ГОРИЗОНТЫ Подземное захоронение попутно-добываемых при нефтедобыче соленых вод и рассолов посредством закачки в глубокие горизонты (непродуктивные или полностью обводнившиеся) через специальные поглощающие скважины применялось в начале XX века в России, США. Позднее данный процесс был использован также в Германии, Канаде, Франции, Великобритании, Японии и др. странах на предприятиях нефтеперерабатывающей, газовой, калийной, химической промышленности. На территории Пермского края региональные исследования и создание специальных полигонов захоронения жидких стоков химических производств в палеозойские отложения начаты в 70 -х – 80 х годах XX века. В районах нефтедобычи края в начальный период освоения залежей углеводородного сырья практически вся “подтоварная вода” закачивалась обратно в нефтеносные пласты. В дальнейшем, по мере перехода нефтяных месторождений на более позднюю стадию разработки, начаты активные работы по закачке попутно добываемых рассолов (ЗПДР) в глубокие горизонты палеозойских отложений.

Широтный разрез палеозойских отложений Пермского края Для Пермского края характерны платформенные условия формирования подземных вод в верхнепермских палеозойских осадочных отложениях, погружающихся на запад, а с нижнепермских – на восток – в сторону Предуральского прогиба. Нефтегазопроявления распространены по всему разрезу осадочного чехла. Открыто 224 месторождений нефти и газа, в разработке более 170. Большинство месторождений многопластовые, нередко с газовыми шапками.

Выбор эксплуатационного объекта (целевого горизонта) Критерии выбора эксплуатационного объекта (ЭО) под закачку производится с учетом следующих основных факторов: • наличие пригодных для закачки интервалов разреза (например высокопроницаемых палеокарстовых коллекторов ); • совместимость закачиваемых вод с пластовыми рассолами; • расположение ЭО закачки в пределах горного отвода нефтяного месторождения; • залегание ЭО под нижним нефтеносным пластом для обеспечения высокой степенью изоляции его от горизонта пресных подземных вод и эксплуатационных объектов на другие минеральные ресурсы.

ОБЪЕКТЫ ЗАКАЧКИ ИЗЛИШНИХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОКОВ

Виды проектов и отчетов при закачке стоков Стадийность Виды проектов и отчетов Регламентирующий документ Предпрое ктная стадия Подготовка “Геолого-гидрогеологического обоснования для получения лицензии на право пользования недрами” Методические указания по лицензированию пользования недрами для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых, 1998 Поисково -оценочная стадия Разработка “Проекта геологического изучения недр для захоронения рассолов” Методические рекомендации по обоснованию выбора участков недр, не связанных с добычей полезных ископаемых, 2007 Разработка проектно-сметной документации на строительство поглощающих и наблюдательных (резервных) скважин на полигоне подземного захоронения рассолов Проведение “Гидрогеологических работ и подготовка отчета о результатах геологического изучения недр для организации полигона захоронения рассолов” Разведочная стадия Разработка “Проекта на опытно-промышленную закачку рассолов” Подготовка отчета о результатах опытно-промышленной закачки рассолов” Стадия эксплуатац ионной разведки Разработка “Проекта на промышленную закачку рассолов” Проведение «Авторского надзора за промышленной закачкой рассолов» Разработка “Проекта на ликвидацию полигона подземного захоронения рассолов” Методические рекомендации по составу … материалов на госэкспертизу… об участках недр для… сброса сточных вод…, не связанных с добычей полезных ископаемых, 2007

Принципиальная схема организации и проведения работ по закачке стоков 10. Согласование “Проекта…” со службами Ростехнадзора и территориальными управлениями по недропользованию МПР. 11. Проведение комплекса работ на объекте и подготовка отчета о результатах опытно-промышленных работ по подземному захоронению рассолов. 12. Утверждение “Отчета о результатах опытнопромышленной закачки рассолов ” в ТФ ФГУ “ГКЗ”. 13. Разработка рассолов” “Проекта промышленной закачки 14. Согласование “Проекта…” со службами Ростехнадзора. 15. Проведение закачки и «Авторский надзор за промышленной закачкой рассолов» 16. Разработка “Проекта ликвидации полигона подземного захоронения рассолов” 17. Согласование ПСД в центрах Главгосэкспертизы Минрегионразвития РФ

Принципиальная схема организации и проведения работ по закачке стоков Алгоритм Действие 1. Геолого-гидрогеологического обоснование для получения лицензии на право пользования недрами: с целью геологического изучения; опытно-промышленной (промышленной) закачки рассолов 2. Получение лицензии на вид деятельности в зависимости от оценки изученности участка недр. 3. Разработка “Проекта геологического изучения недр для захоронения рассолов” 4. Согласование “Проекта…” со службами Ростехнадзора и территориальными управлениями по недропользованию МПР. 5. Разработка проектно-сметной документации на строительство поглощающих и наблюдательных (резервных) скважин на полигоне подземного захоронения рассолов 6. Согласование ПСД в центрах Главгосэкспертизы Минрегионразвития РФ 7. Проведение “Гидрогеологических работ и подготовка отчета о результатах геологического изучения недр для организации полигона захоронения рассолов” 8. Утверждение “Отчета о результатах геологического изучения недр” в ТФ ФГУ “ГКЗ”. 9. Разработка “Проекта опытно-промышленной закачки рассолов”

Участки недр для закачки нефтепромысловых стоков в пределах горных отводов нефтяных месторождений Пермского края Объём закачки, Погл. Скв. / Эксплуатационный горизонт Месторождение Стадия работ Павловское ОПЭ* Красноярско-Куединское в 2009 год (тыс. т / м 3/сут) действующие верхнедевонский 711, 8/1950 9/4 ОПЭ верхнедевонский 438/1200 2/2 Гондыревское ОПЭ верхнедевонский 182/500 1/1 Шагиртско-Гожанское ОПЭ верхнедевонский 2373/6500 9/9 Быркинское ОПЭ верхнедевонский 183/500 1/1 Ярино-Каменоложское ОПЭ верхнедевонский 2738/7500 6/5 Осинское ОПЭ верхнедевонский 730/2000 1/1 Батырбайское ПО** серпуховско-окский 1095/3000 2/2 Таныпское ОПЭ верхнедевонский 548/1500 5/4 Падунское ОПЭ верхнедевонский 438/1200 2/2 Баклановское ПО верхнедевонский 548/1500 3/3 Шумовское ОПЭ верхнедевонский 274/750 1/1 Кокуйское ПО верхнедевонский 365/1000 2/2 Уньвинское ПО верхнедевонский 549/1500 2 Логовское ПО башкирско-серпуховский 1, 1/3 1/1 Озёрное ПО башкирско-серпуховский 3, 7/10 1/1 Чашкинское ПО верхнедевонский 549/1500 2 *ОПЭ – опытно-промышленная эксплуатация, разведочная стадия. **ПО – поисково-оценочная стадия, геологическое изучение пласта

ПОИСКОВО-ОЦЕНОЧНАЯ СТАДИЯ. Типизация геофильтрационных элементов разреза по результатам интерпретации ГИС Водоупор Буферная водопроводящая толща Верхняя буферная толща Эксплуатационная толща Условные обозначения: границы геофильтрационных элементов выделенные по ГИС проницаемые слои и толщины выделенные по ГИС водоупорные слои Нижняя буферная толща Водоупор 9

ПОИСКОВО-ОЦЕНОЧНАЯ СТАДИЯ. Схематизация геофильтрационных зон в разрезе полигона (меридиональный профиль) 1 слой. Буферная водопроводящая толща (БВТ) охватывает турнейские нефтеводоносные отложения. Ее 10 общая мощность по данным ГИС изменяется от 53, 4 до 62, 6 м. 2 слой. Буферная разделяющая толща (БРТ) включает верхнефаменские отложения. Общая мощность толщи составляет 150 м. 3, 4, 5 слои. Эксплуатационная толща (ЭТ) представлена нижнефаменскими и верхнефранскими отложениями, характеризующиеся развитием порово-трещинных и палеокарстовых геофильтрационных сред. Общая мощность составляет от 314 м до 366 м. 6 слой. Нижняя буферная толща (НБТ) Вскрытая эффективная мощность по данным ГИС не превышает 4 -5 м.

ПОИСКОВО-ОЦЕНОЧНАЯ СТАДИЯ. Фильтрационно-емкостные параметры, принятые для гидродинамического моделирования Геофильтрационные элементы Буферная водопроводящая толща Разделяющая толща Типы разрезов Депрессионный Зона I n=0. 05 Кx. y=10 -4 Kz=10 -5 m=450 η*=5 х10 -6 Рифогенный Зона II n=0. 10 Kz=1. 4*10 -4 T=0, 056 Зона III n=0. 08 Kz=2, 6 х10 -5 η*=5 х10 -6 Эксплуатационная толща Нижняя буферная защитная толща 11 Зона IV n=0. 11 Кx. y=1, 4 х10 -2 Kz=1, 4 х10 -3 m=314 -340 T=4, 8 η*=1, 9 х10 -6 Зона VI n=0. 08 Kz=2, 6 х10 -5 η*=5 х10 -6 Кx. y=1. 4*10 -3 m=58, 7 η*=1, 2 х10 -6 Кx. y=2, 6 х10 -4 m=150 Зона V n=0. 10 Кx. y=1 х10 -2 Kz=1 х10 -3 m=314 -340 T=3, 4 η*=1, 2 х10 -6 Кx. y=2, 6 х10 -4 m=46 -51

ПОИСКОВО-ОЦЕНОЧНАЯ СТАДИЯ В процессе геологического изучения недр на основе анализа ежемесячных объемов закачиваемых стоков и устьевого давления, промыслово-геофизических исследований скважин и гидродинамического моделирования геосистемы рассчитываются фильтрационные параметры и эксплуатационная емкость пласта-коллектора. Моделирование процесса ЗПДР на 25 -летний срок производится с применением общепризнанного базового программного гидрогеологического комплекса, каким является пакет MODFLOW с оболочкой VISUAL MODFLOW 4. 2, который позволяет решать 3 -D задачи геофильтрации и массопереноса на достаточно больших сетках. 11

Модель распределения приращений напоров в эксплуатационной толще на 12. 2006 г. Расчетная (модельная) величина приращений напоров в скважинах достигают 717 -1943 м (до 19, 5 МПа)

Модель распределения приращений напоров в буферной водопроводящей толще на 12. 2006 гг. Расчетная (модельная) величина приращений напоров в скважинах достигают 26 м (около 0, 3 МПа)

Прогноз распределения приращений напоров в эксплуатационной толще на 12. 2025 г. Максимальное приращение напоров 333835 м (вблизи скв. ) 12

Прогноз распределения приращений напоров в буферной водопроводящей толще на 12. 2025 г. Максимальное приращение напоров 52 -78 м 13

Меридиональный прогнозный пьезометрический профиль (приращения напоров) через скважину 1428 на 12. 2025 г. 15

Баланс перераспределения закачиваемых стоков Направление оттока (из зоны нагнетания – геофильтрационная зона IV) Отток суммарного нагнетания м 3/сут % - - В эксплуатационный горизонт «склонового» типа разреза (геофильтрационная зона V) 1093 49, 7 В разделяющую толщу (геофильтрационная зона III) (в том числе транзитом в буферную водопроводящую толщу (геофильтрационная зона II) 825 37, 5 В нижнюю буферную толщу (геофильтрационная зона VI) 118 5, 3 Емкостное регулирование системы ( «упругие запасы» ) 164 7, 5 В депрессионный разрез (геофильтрационная зона I) 17 693

Предварительные расчеты предельно допустимых давлений нагнетания Давление, МПа Глубина залегания (Н) подошвы водоупора, м Пористость (n) пород водоупора, % Коэффициент Пуассона V= 0. 35 -0. 006 n 1410 4 0. 326 Pгор Pбок= V/ (1 -V)*Pгор Pпл= 0, 0106*Н 0, 489 ΔP= Pбок Pпл 35 17 14, 5 2. 5 Анализ данных таблицы показывает, что разность между боковым горным и пластовым давлением составляет 2. 5 МПа, что при пересчете на напор пресной воды составит 250 м. Данная величина принимается в качестве предельного приращения напора на подошве кожимского регионального флюидоупора.

Стадия опытно-промышленной закачки Цель стадии ОПЭ подтверждение возможности продолжительной работы (3 года) эксплуатационного объекта в режиме текущих, а главное перспективных (через 510 лет) объемов закачиваемых стоков. Обычно нефтепромысел при проведении стадии ОПЭ объективно не может обеспечить перспективные объемы стоков, ввиду их отсутствия. В ТКЗ принимаются объемы закачки на уровне фактических. Другим отрицательным моментом ОПЭ является невозможность получить данные по замерам пластовых давлений в пьезометрах на целевой и буферный горизонт (ввиду ограниченного количества скважин ниже последнего разрабатываемого пласта), которые необходимы для калибровки модели на стадии ОПЭ. Большая глубина расположения объектов ЗПДР (2 -2, 5 км) делает экономически невозможным дальнейшее геологическое доизучение целевого пласта посредством бурения новых глубоких наблюдательных скважин. Проблематичным является также проведение специальных опытных работ (кустовые закачки), как это широко применяется при оценке эксплуатационных запасов пресных подземных вод, но не получило распространения в нефтепромысловой гидрогеологии (”гидропрослушивание”), ввиду низкой вероятности выполнения его целевого назначения – получение качественной информации о фильтрационных и энергетических параметрах целевого горизонта в процессе закачки (тем более буферных горизонтов).

Стадия опытно-промышленной закачки Анализируя ситуацию с проведением ЗПДР в Пермском крае и соседних нефтедобывающих регионах Волго-Уральской провинции в районах нефтедобычи наиболее реальным можно считать следующий методический подход: • распространение закачиваемых рассолов по целевому горизонту строго не ограничивать (в пределах горного отвода нефтяного месторождения); • результаты моделирования ЗПДР на основе геологической модели, полученной по данным геофизических и гидродинамических исследований скважин на начальном периоде захоронения (ПО) и одобренных государственной экспертизой в “ГКЗ”, считаются достаточными для формирования представлений о масштабах изменения гидродинамической обстановки и оценок последствий закачки; • основным объектом контроля проявления вертикальных восходящих перетоков являются расположенные выше объекта закачки продуктивные на нефть комплексы, а также горизонты пресных подземных вод; • контроль на участках ЗПДР осуществляется территориальным агентством по недропользованию в соответствии с проектом, утвержденным недропользователем и согласованным с контролирующими органами (оперативный контроль – посредством проверки реализации ежегодных программ ЗПДР на нефтяных месторождениях).

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!