|
УДК 622.279 (470.76) |
Геолого-гидрогеологические условия подземного сброса промстоков Астраханского газового комплекса
О.М. СЕВАСТЬЯНОВ (ВУНИПИгаз)
При эксплуатации газовых комплексов образуются значительные объемы не поддающихся очистке промстоков, которые целесообразно сбрасывать в глубокие водоносные горизонты. Воды последних не должны использоваться в народном хозяйстве, их следует надежно изолировать от горизонтов с пресной водой и поверхностных водоемов; эти горизонты должны обладать необходимой приемистостью, залегать на доступных с точки зрения технико-экономических показателей глубинах и располагаться как можно ближе к источникам промстоков.
Разрез Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) состоит из трех структурных этажей, имеющих различную гидрогеологическую характеристику. Нижний этаж (3760- 4104 м) представлен кремнисто-карбонатными каменноугольно-артинскими отложениями, содержит газоконденсатную залежь мощностью до 220 м, которая контактирует с подстилающим ее водоносным бассейном на глубине 4045-4100 м. Пластовые воды вскрыты скважинами до глубины 4837 м. Они имеют хлоридно-натриевый состав, общую минерализацию 15-121 г/л, плотность 1,015-1,068 г/см3. Водовмещающие породы с низкими фильтрационными свойствами, водопритоки составляют 2,2-6,4 м3/сут. По этой причине, а также из-за очень большой глубины залегания водоносный комплекс каменноугольно-артинских отложений непригоден для подземного сброса промстоков.
Средний этаж представлен соленосными отложениями кунгурского яруса нижней перми, образующими куполовидные поднятия и межкупольные впадины (мульды). В ядрах первых кунгурские отложения залегают на глубине 323-590 м и имеют мощность до 3527 м, в межкупольных впадинах - на глубине до 4077 м, а мощность их уменьшается до 25-48 м. Кунгурские породы - региональный водоупор, в котором спорадически развиты линзы рассолов (рапа), приуроченные к карбонатным, сульфатным и терригенным пластам, залегающим на глубине 3302-3987 м. Дебит при самоизливе составил 4-200 м3/сут, устьевое статическое давление 10-12 МПа, пластовое давление 58-80 МПа, пластовая температура 98-101 °С, плотность рапы 1,203-1,28 г/см3, общая минерализация 312-378 г/л, состав хлоридно-натриевый и хлоридно-магниевый. Линзы рапы непригодны для подземного сброса промстоков из-за спорадического распространения, малых размеров, низких фильтрационных свойств пород, большой глубины залегания и высокого пластового давления.
Верхний этаж охватывает надсолевые терригенные и карбонатные отложения от верхнепермских до четвертичных. Четвертичные и неогеновые образования (в составе акчагыльского и апшеронского ярусов) распространены повсеместно как в межкупольных мульдах, так и над соляными куполами, а палеогеновые, меловые, юрские, триасовые и верхнепермские - только в межкупольных мульдах. Из них наиболее развиты меловые и юрские, палеогеновые, триасовые и верхнепермские на некоторых участках выпадают из разреза. Межкупольные мульды представляют собой чашеобразные резервуары, в разрезе которых чередуются песчано-карбонатные водонасыщенные пласты и разделяющие их глинистые водоупоры. Сверху мульды и соляные купола перекрыты региональным водоупором акчагыльских глин мощностью 60- 300 м, которые играют важную роль в формировании гидрогеологических условий. Они разделяют надсолевой разрез на две вертикальные зоны, имеющие разные динамическую и гидрогеохимическую характеристики.
Песчано-глинистые отложения Волго-Ахтубинской поймы хвалынского, хазарского, бакинского и апшеронского ярусов неогена общей мощностью 240-690 м, развитые выше акчагыльских глин, находятся в зоне относительно активного водообмена. Они содержат преимущественно соленые воды с минерализацией 15-35 г/л, которые в настоящее время используются для технического водоснабжения бурящихся глубоких газовых скважин. В первом (от поверхности земли) водоносном горизонте на глубине 1,5-5 м встречаются линзы пресных и солоноватых вод с минерализацией до 3 г/л. Под акчагыльскими глинами находится зона затрудненного водообмена, пластовые воды которой имеют минерализацию 120-340 г/л и в народном хозяйстве не используются.
С точки зрения санитарной безопасности верхних водоносных горизонтов апшеронского и четвертичного возраста и поверхностных вод Волго-Ахтубы подземный сброс промстоков может осуществляться в любые водоносные горизонты, залегающие между двумя региональными водоупорами - акчагыльскими глинами и кунгурскими солями. В соответствии с этим на основе анализа геолого-геофизических материалов произведено предварительное районирование территории АГКМ по условиям подземного сброса промстоков (рисунок). К перспективным отнесены площади с мощностью надсолевых отложений более 1000 м, для которых характерно наличие достаточно полного мезозойского разреза с присущими ему выдержанными пачками песчаных пород. Бесперспективные площади приурочены к ядрам солянокупольных поднятий и крыльевым участкам мульд, где мезозойские отложения имеют сокращенную мощность либо выклиниваются. Для выявления поглощающих горизонтов и всестороннего их изучения пробурены и опробованы гидрогеологические скв. 110 и 111 глубиной 2377 и 2370 м в центре АГКМ, в пределах мульды, ограниченной с запада и востока кунгурскими солянокупольными поднятиями (см. рисунок). По этим скважинам впервые на Астраханском месторождении детально изучены вещественный состав, гидрогеология и гидрогеохимия разреза надсолевых отложений.
Сульфатно-галогенное кунгурское ложе мульды вскрыто на глубинах от 1287-1312 м вблизи куполов (скв. 84 и 8) до 2263-2274 м на удалении от них (скв. 111 и 110). Мульда сложена триасовыми, средне-верхнеюрскими, нижне-верхнемеловыми, палеогеновыми, акчагыльскими, апшеронскими и четвертичными образованиями, характеристика которых получена по результатам промыслово-геофизических исследований и анализа керна скв. 110 и 111. Триасовые отложения развиты в интервале 1832-2274 м и содержат семь-восемь пластов песчаника и алевролита мощностью 2-17 м, чередующихся с пластами глин мощностью 4-66 м. Эффективная мощность коллекторов 53 м. В кровле триасовых и подошве среднеюрских пород залегает глина общей мощностью 12-42 м. Среднеюрская толща развита в интервале 1588- 1832 м и представлена 10-12 пластами песчаника и алевролита мощностью 2-29 м, переслаивающимися с пластами глин мощностью 2-21 м. Эффективная мощность коллекторов 102 м. В интервале 1492-1588 м выделяются келловейский и оксфордский ярусы. Первый состоит из двух пластов песчаника мощностью соответственно 13-14 и 15-22 м, разделенных пластом глины мощностью 8 м. Второй представляет собой толщу глин мощностью 40 м, включающую пласт песчаника мощностью 5 м. Эффективная мощность коллекторов верхней юры 37 м. Отложения неокома в интервале 1401 -1492 м состоят из четырех-пяти пластов песчаника и алевролита мощностью 1-26 м, между которыми залегают пласты глин мощностью 2-23 м. Эффективная мощность коллекторов неокома 60 м. Отложения альбского яруса развиты в интервале 1105-1401 м и начинаются толщей глин мощностью 24-33 м. Выше располагаются 13 пластов песчаника и алевролита мощностью от 2,5-3,5 до 24- 43 м, между которыми залегают пласты глин мощностью 1-10 м. Коллекторы имеют эффективную мощность 121 м. Верхнемеловые породы развиты в интервале 785-1105 м. В кровле альбского яруса и подошве верхнего мела залегает глинистая толща общей мощностью 134 м, над ней располагаются два глинистых пласта мощностью 17 и 171 м, разделенных двумя пластами известняка мощностью 5 и 8 м. Выше лежит пласт песчаника мощностью 65 м. Эффективная мощность коллекторов 78 м. В кровле верхнемеловых и подошве палеогеновых пород залегают глины общей мощностью 41 м. Палеогеновые отложения развиты в интервале 555-785 м и в средней части состоят из 13 песчаных пластов мощностью 1,5-15 м, разобщенных пластами глин мощностью 2-20 м. Эффективная мощность коллекторов составляет 84 м. В кровле палеогеновых отложений залегают глины мощностью 30 м, выше которых в интервале 323-555 м развиты глины акчагыльского яруса. Образования апшеронского яруса располагаются в интервале 103-323 м. Непосредственно на акчагыльских глинах лежит пласт песка мощностью 22 м, еще выше три песчаных пласта мощностью по 6-9 м, разделенных глинами мощностью по 33-59 м. Общая мощность песчаных пластов 45 м. В кровле апшеронского яруса развиты глины мощностью 47 м, над ними песчаный пласт бакинского яруса мощностью 8-15 м, который перекрыт глиной мощностью 47-68 м. Бакинские отложения залегают в интервале 34-103 м, выше их находятся хазарско-хвалынские пески мощностью 7-28 м, перекрытые суглинками мощностью 3-7 м непосредственно на поверхности земли.
Вещественный состав триасовых, средне-верхнеюрских, нижнемеловых отложений изучен по результатам литолого-минералогического, гранулометрического, термического анализов керна и определений растворимости пород в соляной кислоте. Проницаемость исследовали в лаборатории по керну, пористость - по керну и материалам ГИС. Триасовые песчаники преимущественно мелкозернистые с содержанием алевритового материала от 5 до 35 % и глинисто-опалового, участками кальцитового цемента 5-30 %. Песчаники полимиктово-кварцевые с содержанием (%) кремнистого материала до 26, полевых шпатов до 8, слюды 1-7, глауконита до 6-8. Алевролиты песчанистые (песчаных фракций 7-12%), полевошпатово-кварцевые (кварца 70-80 %, полевых шпатов до 14 %) преимущественно с глинистым цементом. Песчаники и алевролиты с примесью ОВ, гидроокислов железа, окисленного и свежего пирита (1 - 8 %). В соляной кислоте растворяется 24,3-26,5 % массы образцов песчаников и алевролитов. Пористость коллекторов по керну 14-23 %, по ГИС 5-27 %. Проницаемость песчаников (0,01-23,4)*10-15 м2 перпендикулярно к слоистости и (0,02-60,6)*10-15 м2 параллельно слоистости.
Среднеюрские песчаники в основном мелкозернистые с содержанием алевритового материала от 3-10 до 25-35 %, сцементированы глинисто-кальцитовым и глинисто-опаловым цементом. Песчаники и алевролиты полимиктовые, содержат (в среднем) кварца 67 %, полевых шпатов 8-9 %, кремнистых и кварцитовых обломков 10 %, слюды 1 -10 %, примеси глауконита, ОВ, гидроокислов железа и пирита до 3-4 %. Растворимая в соляной кислоте часть песчаниково-алевролитовых пород составляет 8,3-21,6 %. Пористость песчаников и алевролитов по керну и промысловой геофизике колеблется от 8 до 28 %, проницаемость составляет (0,01-27,9)* 10-15 м2.
Верхнеюрские и нижнемеловые отложения имеют сходный вещественный состав и коллекторские свойства. Песчаники и алевролиты кварцевые, кварцево-полевошпатовые и кварцево-глауконитовые, содержат глинистый материал в количестве до 25 % и в виде примеси - слюду, пирит, сидерит. Обломки сцементированы глинисто-кальцитовым цементом. Растворимая в соляной кислоте часть пород составляет 2-22 % массы. Пористость верхнеюрских песчаников и алевролитов по лабораторным определениям 16,4-30,3 %, а по геофизическим данным 16-22 %. Нижнемеловые песчаники и алевролиты по результатам анализа керна имеют пористость 4,5-29,5 %, а по геофизическим материалам среднюю пористость 23 %. Проницаемость песчаников и алевролитов составляет (0,02-2119,5)* 10-15 м2.
Пористость верхнемеловых и палеогеновых отложений изучена по результатам ГИС. Известняки верхнего мела имеют пористость 13-22 %, песчаные породы палеогена - 20-35 %.
Таким образом, коллекторские свойства пород улучшаются снизу вверх по разрезу от триасовых и среднеюрских к верхнеюрским и нижнемеловым. Следует отметить, что при определении проницаемости многие образцы разрушались или разламывались по трещинам. Это позволяет предполагать, что проницаемость коллекторов в пластовых условиях за счет трещиноватости значительно выше, чем определена в лаборатории. Верхнемеловые коллекторы имеют пониженную пористость, близкую к величинам, характерным для пород триаса. Самой высокой пористостью обладают коллекторы палеогена. Поскольку породы всех стратиграфических подразделений содержат значительное количество растворимого в соляной кислоте карбонатного материала, коллекторские свойства их в призабойных зонах нагнетательных скважин могут быть улучшены благодаря СКО.
Скв. 110 и 111 обсажены эксплуатационными колоннами диаметром 177,8 мм, затрубное пространство зацементировано. В скв. 110 триасовые и среднеюрские отложения перфорированы (20 отверстий на 1 м). Вышележащие интервалы в скв. 110 и все интервалы в скв. 111 также перфорированы (40 отверстий на 1 м). Большинство интервалов после освоения было опробовано непрерывной откачкой в течение 3 сут, затем в течение 3-7 сут нагнетали воду с минерализацией 28,5-34,4 г/л, для добычи которой были пробурены скважины глубиной 300 м на апшеронский водоносный горизонт.
Триасовый, среднеюрские и верхнемеловой водоносные горизонты непригодны для подземного сброса промстоков из-за низких коэффициентов приемистости (7,4-54,4 м3/сут-МПа) или полного ее отсутствия при высоких устьевых давлениях (5,6-16 МПа). Верхнеюрский, неокомский и альбский водоносные горизонты можно использовать для подземного сброса промстоков (коэффициенты приемистости 251,7-545,4 м3/сут*МПа, устьевые давления закачки 1,1-1,9 МПа). Палеогеновый водоносный горизонт нагнетанием не опробован, но, судя по результатам откачки, он должен обладать значительной приемистостью.
Воды всех горизонтов имеют хлоридно-натриевый состав, относятся к хлоркальциевому типу, характеризуются плотностью 1,078-1,198 г/см3 и общей минерализацией 120,8-323 г/л, поэтому непригодны для питьевого и технического водоснабжения. Они не могут быть сырьем для извлечения ценных микроэлементов из-за низкой их концентрации. Следовательно, и качество пластовых вод позволяет использовать верхнеюрский, неокомский и альбский горизонты для подземного сброса промстоков.
Разведанный участок удален от зон выклинивания поглощающих горизонтов, которыми являются соляные купола, поэтому для прогноза распространения промстоков в недрах принята расчетная схема для неограниченного в плане однородного пласта. В качестве расчетных величин взята одна треть эффективных мощностей поглощающих горизонтов, составляющая 10 м для верхнеюрского, 18 м для неокомского и 21 м для альбского. Пористость для всех горизонтов принята 10 %, что в 2 раза ниже средних ее значений. Продолжительность закачки 25 лет, расход закачиваемых промстоков 2100 м3/сут.
Из расчетов следует, что радиус зоны распространения промстоков при сбросе в верхнеюрский горизонт составляет 2470 м, в неокомский 1840 м, в альбский 1700 м. Поскольку расстояние от разведанного участка до ближайших соляных куполов 2,5-3 км, а объем промстоков в процессе эксплуатации газового комплекса может возрасти, предлагается следующая система их захоронения. Первоначально в течение 10-12 лет промстоки следует сбрасывать в верхнеюрский горизонт через скважины глубиной 1650 м. В дальнейшем по мере подхода промстоков к соляным куполам или при резком сокращении приемистости скважин и невозможности ее восстановления те же скважины будут переведены на закачку в неокомский, а потом, возможно, и в альбский горизонты.
Рисунок Схема районирования Астраханского газоконденсатного месторождения по условиям подземного сброса промстоков.
1 - солянокупольные поднятия с мощностью надсолевых отложений менее 1000 м, непригодные для подземного сброса промстоков; 2 - скважины