К подземному захоронению промстоков во избежание загрязнения питьевых подземных вод и месторождений полезных ископаемых предъявляются жесткие санитарные требования. Сброс промстоков в поглощающие горизонты должен производиться на безопасном расстоянии от месторождений полезных ископаемых, приуроченных к этим горизонтам, и от участков нарушения сплошности водоупорных покрышек, на которых возможен переток захороняемых промстоков в вышележащие горизонты с пресной водой. В связи с этим при проектировании установок подземного захоронения необходим прогноз распространения промстоков в поглощающих горизонтах.

В расчетах прогнозного контура подземного хранилища промстоков используются данные о мощности поглощающих горизонтов и пористости слагающих их пород. Для горизонтов, сложенных терригенными породами (пески, песчаники), расчетные значения контура распространения промстоков характеризуются достаточно высокой достоверностью. Что касается мощных толщ карбонатных пород (известняки, доломиты), то для них подобные расчеты имеют в значительной степени ориентировочный характер из-за сложности выделения трещиноватых интервалов и определения трещинной пористости. В практике расчетов для карбонатных коллекторов обычно принимаются среднее значение пористости и суммарная эффективная мощность пористых пластов, определяемые по материалам промыслово-геофизических исследований скважин до закачки в них промстоков. Эти расчеты нуждаются в проверке и уточнении в процессе эксплуатации нагнетательных скважин.

В этой связи определенную ценность имеют результаты выделения поглощающих интервалов на действующих установках подземного захоронения промстоков в карбонатные коллекторы. Таких установок в нашей стране немного. Одна из них эксплуатируется с ноября 1974 г. на Оренбургском газоконденсатном месторождении. В октябре 1980 г. в нагнетательных скважинах этой установки были выполнены промыслово-геофизические исследования по определению поглощающих интервалов, результаты которых приведены в настоящей статье.

Промстоки представляют собой попутные воды, поступающие с добываемым газом, кубовую жидкость с установок регенерации метанола, техническую воду от промывок механизмов и оборудования. Перед закачкой в пласт стоки проходят подготовку на очистных сооружениях. Они пропускаются через нефтеловушки и пруды-отстойники, после чего поступают в емкости-накопители, из которых подаются к нагнетательным скважинам. Закачиваемые стоки имеют минерализацию от 30-40 до 100-150 г/л. Основными минеральными компонентами их состава являются ионы хлора и натрия. Содержание органических веществ высокое, до десятков граммов в литре. Количество взвешенных веществ обычно не превышает 1 г/л, но иногда достигает нескольких граммов в литре. Содержание сероводорода составляет 30- 40 мг/л.

На полигоне закачки пробурено семь глубоких скважин: две разведочные (скв. Г-7 и Г-8) глубиной 2731 и 2885 м и пять эксплуатационных нагнетательных (скв. 2-Г, 3-Г, 5-Г, 6-Г, 21-Г) глубиной 2705-2756 м. В 1974- 1975 гг. эксплуатировались разведочные скв. Г-7 и Г-8, в которые было закачано соответственно 100,15 тыс. и 80,61 тыс. м³ промстоков. Из пяти нагнетательных скважин эксплуатируются три: скв. 3-Г с сентября 1975 г., скв. 5-Г с апреля 1976 г. и скв. 2-Г с июля 1976 г. Эти скважины после бурения имели открытый ствол мощностью 242-281 м в известняках башкирского яруса среднего карбона и намюрского яруса нижнего карбона.

Оценка пористости разреза в интервале открытого ствола скважин выполнена по данным НГК после бурения. К пористым проницаемым пластам (коллекторам) отнесены разности известняков с пористостью 5 % и выше. Распределение эффективных мощностей коллекторов и средние значения их пористости приведены на рис. 1 . Пористые пласты и пачки пластов имеют мощность от 1,5-3 до 60 м и среднюю пористость 5-16%. Они чередуются с плотными разностями известняков мощностью от 2-5 до 25-42 м. Большинство пористых пластов сосредоточено в средней части пробуренного открытого ствола скважин в интервале башкирского яруса. Суммарная эффективная мощность коллекторов колеблется по скважинам от 61,5 до 103 м, что составляет от 24,2 до 42,6% мощности пробуренного открытого ствола. Средняя пористость коллекторов изменяется (по скважинам от 6,9 до 12,3 %. В среднем для всех трех скважин, как это принято при прогнозных расчетах радиуса распространения промстоков, эффективная мощность коллекторов равна 82 м, а пористость 10,5%. При таких параметрах пласта и общем объеме закачанных к концу 1980 г. промстоков 1898,02 тыс. м³ расчетный радиус их распространения от центра закачки, которым является скв. 2-Г, составляет 317 м.

С целью выявления фактических интервалов поглощения промстоков в скв. 2-Г, 3-Г, 5-Г проведены промыслово-геофизические исследования методами ГК, НГК, ННК-Т и термометрии. В результате исследований установлено следующее. На забоях скважин имеются шламовые пробки ( рис. 1 ), основной причиной образования которых является осаждение взвешенных частиц, содержащихся в закачиваемых промстоках. Очевидно, что чем больше объем закачанных промстоков, тем большее количество взвешенных частиц попадает в скважину и тем большей должна быть мощность забойной шламовой пробки. Это подтверждается наличием прямой зависимости между мощностью пробок и объемом промстоков, закачанных в скважины. Так, по состоянию на 1/1 1981 г. в скв. 2-Г закачано наименьшее количество промстоков (354,29 тыс. м³) и мощность забойной пробки в ней минимальная (17 м). В скв. 5-Г, в которую закачано 670,28 тыс. м³ промстоков, мощность пробки составляет 84 м. Скв. 3-Г с максимальным объемом закачанных промстоков (873,45 тыс. м³) характеризуется наибольшей мощностью забойной пробки (96 м). От общей мощности пробуренного открытого ствола мощности пробки составляют 6,7 % в скв. 2-Г, 34,7 и 34,2 % в скв. 3-Г и 5-Г. При этом пробками перекрыто 17 м эффективных мощностей коллекторов в скв. 3-Г и 9 м в скв. 5-Г, что составляет 11,1 и 19,4 % общей эффективной мощности коллекторов в пробуренном открытом стволе этих скважин. В скв. 2-Г в интервале забойной пробки эффективные мощности отсутствуют. Пробки препятствуют поступлению закачиваемых стоков к забоям скважин и в интервалах, перекрытых ими, поглощения промстоков не происходит.

Интервалы поглощения промстоков, выявленные в результате промыслово-геофизических исследований, распределяются в скважинах неодинаково ( рис. 1 ). В скв. 5-Г промстоки поглощает один интервал мощностью 36 м. В скв. 2-Г и 3-Г установлено соответственно 6 и 10 интервалов мощностью от 1 до 9 м, суммарная мощность которых равна 22 и 27,5 м. Общая мощность поглощающих интервалов составляет по отношению к фактическому (за вычетом шламовой пробки) открытому стволу 9,3 % в скв. 2-Г, 11,1 % в скв. 3-Г и 19,4 %. в скв. 5-Г. В скв. 3-Г и 5-Г поглощающие интервалы приурочены к нижней части фактического открытого ствола. В скв. 2-Г из шести поглощающих интервалов четыре находятся в средней части открытого ствола и два в нижней, у самого фактического забоя.

Как выяснилось, поглощающие интервалы приурочены не только к пористым, но и к плотным пластам известняков, не учитывающимся при расчетах прогнозного радиуса распространения промстоков. От общей мощности поглощающих интервалов на долю плотных разностей известняков приходится 5,4 % в скв. 3-Г, 44,4 % в скв. 5-Г и 68,2 % в скв. 2-Г. Вместе с тем во всех скважинах значительная часть пористых пластов не принимает промстоки. Причем коллекторы, принимающие промстоки, нередко имеют меньшую пористость, чем непринимающие. Это можно объяснить только различной степенью трещиноватости и кавернозности как пористых, так и плотных разностей известняков. По всей видимости, трещиноватость и кавернозность играют существенную роль в поглощении промстоков при закачке их в карбонатные отложения.

Полученные данные об интервалах поглощения промстоков позволяют более обоснованно прогнозировать их распространение путем дифференцированных расчетов радиусов для конкретных поглощающих пластов. Предлагается выполнять прогнозные расчеты в два этапа. На первом этапе рассчитываются радиусы распространения промстоков по каждому поглощающему пласту каждой отдельно взятой скважины, исходят из фактического объема жидкости, закачанной в эту скважину. Это необходимо для выяснения возможного взаимодействия нагнетательных скважин. В расчетах для пористых поглощающих пластов взяты величины их пористости, приведенные на рис. 1 . Для плотных пластов, которые, тем не менее, принимают промстоки, взята пористость 1,4% по аналогии с величиной трещинно-кавернозной пористости плотных разностей известняков, принятой при подсчете запасов газа основной залежи Оренбургского месторождения.

Отсутствие данных расходометрии в комплексе промыслово-геофизических исследований не позволяет количественно оценить интенсивность поглощения промстоков различными пластами. Поэтому исходим из допущения о равномерном поглощении промстоков как пластами с различной пористостью, так и плотными трещиновато-кавернозными пластами. Тогда для каждого поглощающего пласта объемы поглощения принимаются пропорционально его мощности от общего количества закачанных в скважину промстоков.

Расчеты показали, что радиусы распространения промстоков в поглощающих пластах каждой отдельно взятой скважины колеблются от 265 до 780 м ( рис. 1 ). Поскольку расстояние от центральной скв. 2-Г до скв. 5-Г и 3-Г составляет 184 и 186 м, по некоторым пластам имеет место взаимодействие скважин. В связи с этим на втором этапе выделяются пласты и пачки пластов, по которым взаимодействуют две или три скважины, и пласты, работающие только в одной скважине. В расчетах радиусов для пачек, поглощающих промстоки одновременно в двух или трех скважинах, принимаются средние значения их мощности и пористости по этим скважинам и суммарные объемы поглощения жидкости. Для пластов, работающих только в одной скважине, расчеты ведутся как и на первом этапе, т.е. исходя из объемов закачки и параметров пластов данной скважины.

В соответствии с вышеизложенным принципом и на основании гипсометрического положения поглощающих пластов в разных скважинах ( рис. 1 ) выделено шесть расчетных интервалов, для которых найдены радиусы распространения промстоков (см. таблицу ). Для сравнения в той же таблице приведены результаты прогнозных расчетов среднего радиуса распространения промстоков по всем пористым пластам пробуренного открытого ствола и среднего радиуса для фактически поглощающих пластов, выявленных промыслово-геофизическими методами. Из таблицы видно, что при традиционном способе прогнозирования среднего радиуса распространения промстоков величина его получается минимальной (317 м). Определение среднего радиуса с учетом фактических интервалов поглощения дает уже более значительную величину (632 м). Дифференцированные расчеты показывают, что промстоки распространяются по отдельным пластам на еще большие расстояния (до 1075 м).

На рис. 2 приведены расчетные радиусы распространения промстоков, найденные различными способами. В качестве центров окружностей взяты либо скв. 2-Г и 3-Г (для пластов, поглощающих промстоки только в одной из этих скважин), либо середина расстояния между скв. 2-Г и 5-Г (для пластов, поглощающих промстоки одновременно в двух этих скважинах), либо скв. 2-Г, являющаяся центром полигона закачки (для пластов, работающих одновременно в трех скважинах и для усредненных расчетов по всему полигону). Отдельные расчетные интервалы таблицы объединены, и на рис. 2 показаны величины их максимальных радиусов. Это касается двух нижних интервалов скв. 2-Г (2726-2730 и 2735- 2737 м) и интервалов 2620-2637 и 2637-2643 м, из которых первый работает в скв. 2-Г и 5-Г, а второй - только в скв. 2-Г.

Данные рис. 2 подтверждают необходимость дифференцированного прогнозирования распространения промстоков в толщах карбонатных пород. Вышеизложенный опыт такого прогнозирования по результатам выделения фактических поглощающих интервалов позволяет в процессе эксплуатации существенно корректировать проектные величины контура подземного хранилища промстоков и проводить целенаправленные технические мероприятия по регулированию фронта распространения промстоков.

Таблица

Прогноз распространения промстоков в поглощающем горизонте на установке объединения Оренбурггаздобыча на 1/1 1981 г.

Рис 1. Распределение эффективных мощностей коллекторов, поглощающих интервалов и расчетных радиусов распространения промстоков по скважинам установки объединения Оренбурггаздобыча.

1 - эффективные мощности пористых пластов-коллекторов, %; 2 - интервалы поглощения промстоков, выявленные промыслово-геофизическими методами; 3 - расчетный радиус распространения промстоков (м) в поглощающих пластах по каждой отдельно взятой скважине; 4 - открытый ствол; 5 - забойная шламовая пробка; R - расчетный радиус распространения промстоков, м

Рис. 2. Прогноз распространения промстоков в поглощающем горизонте на установке подземного захоронения в объединении Оренбурггаздобыча.

Скважины: 1 - нагнетательные эксплуатируемые, 2 - нагнетательные резервные, 3 - разведочные; расчетные радиусы распространения промстоков (м) на 1/1 1981 г. в интервалах: 4 - 2563-2598 м (скв. 3-Г), 5 - 2600-2620 м (скв. 2-Г, 3-Г, 5-Г), 6 - 2620- 2643 м (скв. 2-Г, 5-Г), 7 - 2726-2737 м (скв. 2-Г), 8 - в среднем для всех пористых пластов пробуренного открытого ствола всех трех скважин, 9 - в среднем для всех фактических поглощающих интервалов всех трех скважин