К оглавлению

УДК 622.276.346

Исследование современных движений земной коры на разрабатываемых нефтегазовых месторождениях в условиях тектонической активности

В порядке обсуждения.

О.Д. ГУСЕЙН-ЗАДЕ (АзИННЕФТЕХИМ)

В последние десятилетия комплексными геолого-геофизическими, геодезическими и промысловыми исследованиями на отдельных участках нефтегазовых месторождений была установлена зависимость нефтеотдачи пластов от интенсивности и направленности современных движений земной коры (СДЗК), а также сейсмичности. При этом влияние СДЗК на состояние жидкостей в пластовой системе и их фильтрационные свойства в породах-коллекторах стало очевидным. Методологический подход к выяснению этой зависимости заключается главным образом в сопоставлении общего фона временно-пространственной дифференциации СДЗК с величинами суммарного отбора жидкостей из продуктивных горизонтов и динамикой разбуривания эксплуатационных скважин. Исследование направленности и интенсивности СДЗК на нефтегазовых месторождениях проводилось на основе анализа данных повторных нивелировок и их геологической интерпретации. С этой целью создавалась высотная сеть опорных пунктов, по которой через какое-то время выполнялись инструментально-геодезические измерения высокой точности. При этом определялись высотные смещения земной поверхности по опорным пунктам сети и устьев скважин в значениях среднегодовых скоростей СДЗК

где- превышение разностей абсолютных высотных отметок,- время повторных нивелировок.

На территории Сураханского месторождения высотная сеть впервые создавалась в 1910-1912 гг., по ней выполнялось высокоточное нивелирование I класса. В проводимых измерениях значение случайной средней квадратической погрешности на 1 км хода не превышало ±0,65 мм, а систематической погрешности составляло ±1,37 мм. Нивелирование I класса здесь повторялось неоднократно (1937, 1955, 1956, 1972, 1974, 1975 гг.) с постепенным сгущением высотной сети новыми опорными пунктами. Вся территория месторождения была покрыта трассами нивелирования, что позволило составить не только профили, но и карту площадной дифференциации СДЗК.

В 1974-1975 гг. на Сураханском месторождении с охватом главным образом северо-восточного крыла складки осуществлялись повторные нивелировки I класса. Данные их были использованы при разработке способа определения местоположения разрывных (или глубинных) разломов и выявления структурных форм при поисках нефтегазовых залежей.

Значения среднегодовых скоростей СДЗК и их направленность сопоставляли с отбором жидкостей и другими основными показателями разработки месторождения (рис. 1, рис. 2).

Интенсивность и направленность СДЗК, осложнение ритмичности проявления их частыми землетрясениями и периодическими извержениями грязевых вулканов, несомненно, сопровождаются не только изменением структурных форм, но и существенно влияют на параметры разрабатываемых залежей. Подсчетами суммарной добычи жидкостей (нефть+вода), приходящейся на одну скважину в год как по V горизонту, так и по всему Сураханскому месторождению было установлено, что в периоды интенсивного опускания земной поверхности происходит ее увеличение, а с наступлением «спокойной» тектонической обстановки, наоборот, резкое уменьшение (см. рис. 1). Кривая суммарного отбора жидкостей по V горизонту согласуется с характером проявления СДЗК. Так, в 1925-1928 гг., когда происходило интенсивное опускание поверхности месторождения, при эксплуатации 24 скважин суммарный отбор жидкостей по V горизонту составлял 100 тыс.т., а в 1929-1937 гг., характеризующихся наступлением спокойной тектонической обстановки, при увеличении числа эксплуатационных скважин до 100-135, он резко снижался - до 10-12 тыс. т. После землетрясения 1937 г. опять наблюдается интенсивное опускание поверхности месторождения и даже при нарастающем темпе выбывания эксплуатационных скважин из действующего фонда (к концу 1972 г. их число составило более 60) объем извлекаемых жидкостей растет до 35 тыс. т (см. рис. 2).

Анализ геолого-промысловых данных по водному воздействию на залежи горизонта II-IIа Сураханского месторождения в 1973-1975 гг. свидетельствует о неэффективности применения этого метода в условиях интенсивного опускания территории. В результате водного воздействия на залежь произошло резкое удорожание отпускной стоимости каждой тонны добываемой нефти. Таким образом, от реализации нефти, извлекаемой из объектов с водным воздействием, общий убыток производству составил 95,6 тыс. руб.

Поверхность Бинагадинского месторождения на участке площади Бинагады-Север за 1912-1935 гг. испытала общее воздымание около 11 мм. Если сопоставить это с основными показателями разработки месторождения, в частности горизонтов KC₁- КС₄, то можно заметить весьма низкие показатели нефтеводоизвлечения Q_Н+В, которые в целом не превышают 20-30 тыс. т. Период 1936-1970 гг. характеризуется опусканием участка и сопровождается резким ростом отбора жидкостей из нефтеносных пластов, доходящим до 80-90 тыс. т.

Сопоставление данных СДЗК с суммарным отбором жидкостей из свит с, d, b XV пласта в различные периоды разработки залежей Бибиэйбатского месторождения также показало зависимость отдачи нефтеносных горизонтов от интенсивности и направленности СДЗК. Однако в 1964-1968 гг., когда устанавливается «спокойная» тектоническая обстановка, наблюдается резкий спад в отборе извлекаемых жидкостей.

На территории Балаханы-Сабунчи-Раманинского месторождения, начиная с 1937 г. и по настоящее время, в целом фиксируется опускание. Дифференциация СДЗК во времени и пространстве подобна отмеченной на Сураханском. Установлена также общность и геолого-эксплуатационных характеристик этих месторождений. Такая аналогия исключает необходимость приведения подробных данных по отдельным нефтегазоносным объектам месторождения.

Карачухурское нефтяное месторождение, хотя и входит в единую антиклинальную зону с Сураханским и Балаханы-Сабунчи-Раманинским, тем не менее, отличается направленностью современных движений. Установлено, что увеличение числа разбуриваемых и вводимых в эксплуатацию скважин приводит к росту суммарного отбора жидкостей. С другой стороны, следует учесть, что при малых скоростях СДЗК, не превышающих 0,4 мм/год, обычно уменьшается объем извлекаемых жидкостей на одну скважину в год (1933-1943 гг.).

В начальный период разработки, когда происходило интенсивное поднятие в районе месторождения, следовало бы продолжить разбуривание эксплуатационных скважин для увеличения суммарного отбора жидкости из нефтеносных пластов. В следующий период разработки при продолжающемся поднятии земной поверхности сгущение плотности сетки эксплуатационных скважин не дает желаемого эффекта. Интенсификации отбора жидкостей в этих условиях можно достичь лишь за счет водного воздействия на залежь. Тем более, что увеличение значений высотных отметок создает благоприятные условия для повышения приемистости скважин.

С наступлением «спокойной» тектонической обстановки, когда скорость СДЗК практически равна нулю, дальнейшее разбуривание эксплуатационных скважин и водное воздействие на залежь не дают должного экономического эффекта. При увеличении числа эксплуатационных скважин по сравнению с предыдущим периодом почти в 5 раз, суммарный отбор жидкости уменьшается в 10 раз.

Весьма интересные данные получены при исследовании влияния тектоно-сейсмических процессов на образование и накопление УВ [4]. Авторы подчеркивают, что медленные тектонические движения создают дополнительные касательные напряжения, возникающие при действии сил, сжимающих горную породу. Приведенные ими расчеты показывают, что при действии тектонических напряжений за один цикл может отжаться от 0,3 до 0,7 % жидких флюидов из пород, залегающих на глубине 4500 м в пределах платформ и до 10-30 % - в орогенных областях на глубине до 1000 м. При расчетах принималось, что геостатическое давление полностью передается жидкой фазе пород и на отжатие флюидов расходуется 0,96 упругого запаса, создаваемого касательными напряжениями. Деформация горных пород под действием тектонических процессов приводит к образованию внутриобъемных напряжений, релаксация которых вызывает упругую и пластичную деформацию зерен, их смещение относительно друг друга.

В промысловой практике нередки случаи искривления и слома обсадных колонн. Только на Балаханы-Сабунчи-Раманинском месторождении повреждено 3200 эксплуатационных колонн за период с 1937 по 1982 г. В отдельные годы (1961-1963) их количество резко возрастает - до 200 и более.

Отметим, что в результате преждевременного выхода из строя эксплуатационных колонн происходит сокращение действующего фонда скважин, нарушается технологическая схема разработки залежей и возникают серьезные технические трудности по извлечению остаточных запасов нефти и газа. Установлено, что аварийная ситуация главным образом отмечается в зонах прохождения разрывных нарушений и крутого залегания пластов (45° и более).

Для установления причин таких явлений нами была составлена прогностическая карта определения сроков слома обсадных колонн для Балаханы-Сабунчи-Раманинского месторождения.

Важное значение приобретает математическое определение степени влияния СДЗК на долговечность обсадных колонн и прогноз их с установлением зависимостей между различными параметрами. Такая постановка задачи, на наш взгляд, позволит правильно понять физическую сущность происходящего процесса в недрах и разработать научно-теоретическую основу методики прогнозирования.

Установление влияния геодинамических процессов на темпы нефтегазоводоизвлечения позволило использовать эту зависимость при районировании нефтегазоносных площадей по темпам разработки. Построенные на этой основе карты становятся прогностическими для оценки энергетических ресурсов продуктивных горизонтов и осуществления эффективной системы геолого-промысловых мероприятий.

В результате анализа влияния СДЗК как на отдельный нефтегазоносный горизонт, так и на множество их в пределах одного месторождения были получены идентичные показатели нефтеводоизвлечения. Это дает основание считать геодинамические процессы наиболее активными по сравнению с другими факторами, влияющими на отдачу продуктивного горизонта. Все это в совокупности позволяет по-иному воспринять темп разработки и осуществить районирование нефтегазоносных площадей в принципе по единому геодинамическому критерию.

Выводы

1. Установлена закономерность влияния СДЗК и сейсмичности на отдачу нефтеносных пластов, научно обоснована последовательность разбуривания эксплуатационных скважин и предложены рекомендации по выбору времени воздействия на залежь при разработке нефтегазовых месторождений.

2. Повреждение эксплуатационных колонн в процессе разработки нефтегазовых месторождений в сейсмоактивных зонах происходит под воздействием интенсивного проявления СДЗК, особенно на участках вблизи разрывных нарушений и крутого залегания пластов.

3. Обоснована необходимость составления карт геодинамического районирования нефтегазоносных залежей по темпам разработки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. С. 67091 [СССР]. Способ определения месторасположения разрывных нарушений пластов земной коры / О.Д. Гусейн-заде.- Опубл. в Б. И.- 1979.- № 29.

2. А. С. 913312 [СССР]. Способ разработки нефтегазовых месторождений / О.Д. Гусейн-заде.- Опубл. в Б. И.- 1982.- № 10.

3. Кучай В.К., Певнев А.К., Гусева Т.В. О характере современных тектонических движений в зоне Вахшского надвига // ДАН СССР.- 1978.- Т. 240,- № 3.- С. 673-676.

Рис. 1. График зависимости динамики нефтеводоизвлечения от темпа опусканий поверхности Сураханского месторождения:

1 - опускание поверхности; извлечение жидкостей: 2 - по месторождению, 3 - по V горизонту; - до предвестия землетрясения; - предвестник; - после землетрясения

Рис. 2. Динамика разбуривания эксплуатационных скважин и извлечения жидкостей из V горизонта Сураханского месторождения:

1 - суммарный отбор жидкостей; 2 - число скважин