|
УДК 622.691.24:550.84 |
Е.В. СТАДНИК (ВНИИЯГГ), Ф.Г. ДАДАШЕВ, А.А. ФЕЙЗУЛЛАЕВ, И.С. ГУЛИЕВ (ИГ АН АзССР)
Для успешного создания и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) должна быть обеспечена надежная их герметизация. Чаще всего для ПХГ используются истощенные газовые месторождения, т. е. природные резервуары, герметичность которых доказана сохранностью в них в течение длительного геологического времени скоплений газа. Однако в пределах мобильных, сейсмоактивных геосинклинальных областей отмечаются случаи утечек газа из ПХГ. Причиной этого может быть неправильный расчет технологических параметров ПХГ, а также наличие на его территории большого числа скважин, пробуренных в разное время и часто служащих благоприятными путями для вертикальной миграции газов. Поэтому контроль герметичности ПХГ - одна из важных, хотя и сложных проблем.
Известны различные методы контроля герметичности ПХГ: гидрохимические, термодинамические, геофизические и др. Широко применяются геохимические методы контроля - газовая съемка по приповерхностным отложениям, приземной атмосфере и снежному покрову, гидрохимическая, микробиологическая и фитохимическая съемки [1-5]. Опытно-методические исследования по оценке эффективности геохимических методов в различных геологических условиях были проведены нами на трех ПХГ.
ПХГ I расположено в альпийской геосинклинальной области. Объектом хранения газа здесь являются истощенные, ранее промышленно газоносные горизонты продуктивной толщи (средний плиоцен) на глубине 1500- 1800 м (рис. 1).
ПХГ II находится в пределах докембрийской платформы. Газ здесь закачивается в песчаные нижнещигровские отложения мощностью 8-12 м на глубине примерно 900 м и в породы рижского горизонта на глубине 1150 м.
ПХГ III расположено в альпийской геосинклинальной области. Объектами хранения газа служат песчаные горизонты панона и сармата.
На ПХГ I опробованы газогеохимический (по приповерхностным отложениям и приземной атмосфере) и газобактериальный методы выявления утечек газа по известной методике [3]. Газометрические работы были проведены в 1976 г. по трем профилям (см. рис. 1). Пробы газа отбирали на глубине 1,5 м. Хроматографический анализ их показывает на неравномерное распределение углеводородных газов (УВГ) по площади. Наибольшие концентрации СН4 и ТУВ отмечаются на юге площади. Аналогично распределение УВ-окисляющей микрофлоры. Отдельные аномальные точки зафиксированы вблизи устья скважин, что указывает на наличие фильтрационных перетоков газа вдоль колонны эксплуатационных скважин.
В 1979 г. по тем же профилям были проведены опытные работы по лазерному зондированию приземной атмосферы. Исследования в непрерывном режиме при движении автомобиля со скоростью около 10-15 км/ч позволили установить, что содержание УВГ в приземном воздухе изменяется в пределах (2,2-24)*10-4%. При этом в юго-восточной присводовой части складки отмечаются относительно благоприятные условия для утечки газа, что согласуется с ранее выявленным характером УВ-газового поля приповерхностных отложений. Подтверждением достоверности сделанного вывода является мощный выброс газа в указанной части площади (см. рис. 1) после очередной закачки его в ПХГ.
Аналогичные работы выполнены и на ПХГ III. Здесь с помощью чувствительного портативного газоанализатора в приповерхностных отложениях установлены концентрации УВГ, достигающие 25 %, которые были зафиксированы в атмосфере на высоте более 1 м (рис. 2).
На ПХГ II проводили фитогеохимические исследования почвы, укоса травы, листьев березы по профилю протяженностью около 15 км. Пробы отбирали через 200-500 м с сокращением расстояний в центральной части структуры. Кроме спектрального анализа образцы почв исследовали на наличие индикаторной микрофлоры методом стандартного посева. В пунктах отбора проб проводили газобиохимическое изучение приземного воздуха. Часть из полученных результатов была нанесена на графики, которые обрабатывались методом экспоненциального сглаживания и рекурсивной фильтрации (рис. 3). Как показывают данные, область газового «пузыря» отчетливо проявляется по интенсивности развития бактерий, окисляющих УВ, в частности по величине общей биогенности, и согласуется с результатами фитогеохимических и газобиохимических (приземного воздуха) исследований. Полученные материалы позволили сделать вывод, что над сводом структуры ПХГ II по всем видам проб растений и почвы наблюдается рост концентрации фосфора и марганца.
На ПХГ II были исследованы особенности применения газобактериальной съемки по снежному покрову. Пробы снега отбирали в основном из нижнего слоя (контакт «снег - земля») в определенных пунктах равномерно по всей площади ПХГ, а также вблизи действующих скважин и на удалении от них, из верхнего слоя отбор выполнялся только при достаточной мощности снежного покрова. Как показали анализы, главные компоненты газовой смеси - азот и кислород, в нижнем слое снега отмечается довольно большое содержание водорода (0,1 см3/л) и углекислого газа (7,54 см3/л), в верхнем слое соответственно 0,07 см3 /л и 8,26 см3/л. Концентрация метана в нижнем слое составляет до 12*10-4см3/л, ТУВ - до 25*10-4см3/л. В большинстве проб снежного покрова обнаружены бактерии, окисляющие газообразные и жидкие УВ. Газобактериальные аномалии в снежном покрове над ПХГ в плане совпадают с гидрохимическими аномалиями, закартированными по водопунктам, что свидетельствует о преимущественном проникновении УВГ в снежный покров из нижележащих отложений. В нижних слоях снега насыщенность УВ и общая биогенность выше, чем в верхних.
Большая часть мигрирующих УВГ задерживается в снежном покрове благодаря его высокой сорбционной способности. Бактериальные аномалии возникают вследствие деятельности микроорганизмов, утилизирующих УВГ и пары, которая продолжается при низких положительных и отрицательных температурах. Съемкой по приземному воздуху на ПХГ II установлены концентрации УВГ (1,6-8,9)*10-4%, что гораздо ниже, чем на ПХГ I и ПХГ III, расположенных в тектонически более активных областях.
Преимуществом геохимических методов контроля герметичности ПХГ являются значительное сокращение стоимости полевых работ и возможность покрывать равномерной сетью наблюдений крупные территории в любое время года. Так, фитогеохимическую съемку можно проводить повсеместно, поскольку она не требует трудоемких работ и сложного оборудования. Для перемещения между точками опробования используются автомашины или лодки, а в зимнее время - вездеходы или снегоходы типа «Буран».
В районах с устойчивым снежным покровом съемка по снежному покрову в ряде случаев является единственным способом проведения таких работ.
Съемка по приземному воздуху будет наиболее эффективна при использовании лазерных анализаторов на передвижных платформах, с помощью которых можно в кратчайшие сроки осуществить контроль герметичности ПХГ.
На основании проведенных комплексных геохимических исследований на ПХГ, расположенных в различных геолого-климатических условиях, можно сделать следующие выводы.
1. Повышение за короткий срок концентраций УВГ в снежном покрове, образование аномалий УВ в приземной атмосфере, а также формирование в приповерхностных отложениях в течение 2-3 лет после закачки газа гидрохимических, бактериальных и фитогеохимических аномалий над ПХГ позволяют утверждать, что миграция УВ на искусственных залежах осуществляется в природных условиях интенсивнее, чем предполагалось.
2. На ПХГ в мобильных геосинклинальных областях с благоприятными условиями для субвертикального рассеяния газов наиболее эффективными достаточным геохимическим комплексом контроля их герметичности является микробиологическая и газовая съемки по приземному воздуху с использованием передвижных установок для непрерывного анализа.
В платформенных областях для ПХГ рекомендуется использовать более широкий комплекс геохимических методов (газовая, микробиологическая, фитогеохимическая и гидрогеохимическая съемки), а в областях с устойчивым снежным покровом перспективны газовая и бактериальная снежные съемки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Газобактериальная съемка по снежному покрову и приземному воздуху при поисках нефти и газа / Е.В. Стадник, Г.А. Могилевский, С.В. Барышева, Г.А. Юрин, М.,ВНИИЯГГ, 1981.
2. Газобиохимическое изучение верхних водоносных горизонтов на площади подземных газохранилищ / Г.А. Могилевский, В.Т. Гудзенко, Е.В. Стадник и др.- Реф. сб. ВНИИЭгазпрома. Сер. Геол. и разв. газ. и газоконд. м-ний, 1975, вып. 5, с. 13-21.
3. Геохимические методы поисков нефтяных и газовых месторождений. Под ред. Л.М. Зорькина, Н.В. Лопатина. М., Недра, 1980.
4. Методические рекомендации по применению фитогеохимической съемки при работах на нефть и газ / Е.В. Стадник, Л.Г. Комогорова, Л.В. Лапчинская, Н.Е. Журавель. М., ВНИИЯГГ, 1982.
5. Стадник Е.В. Новые прямые методы mгеохимических поисков нефти и газа. Обзор.Сер. нефтегаз. геол. и геофиз. М., ВНИИОЭНГ,1984.
Рис. 1. Структурная схема по I горизонту продуктивной толщи (а) и графики изменения концентраций УВГ в приповерхностных отложениях (б) и приземной атмосфере (в) на ПХГ I