К оглавлению

УДК 502.4(470.13)

Геолого-гидрогеологические условия подземного захоронения промстоков на Вуктыльском ГКМ

О.М. СЕВАСТЬЯНОВ (ВУНИПИгаз)

При разработке Вуктыльского ГКМ, расположенного в Коми АССР, в бассейне р. Печоры, образуются неподдающиеся очистке промстоки в количестве около 600 м3/сут на головных сооружениях за контуром месторождения, куда поступает добываемая продукция со всех установок комплексной подготовки газа (УКПГ). В настоящее время они сжигаются на газофакельной установке, что не удовлетворяет требованиям охраны воздушного бассейна, поверхностных и грунтовых вод, почвенно-растительного покрова. Неподдающиеся очистке промстоки наиболее целесообразно обезвреживать путем подземного захоронения в глубокие поглощающие горизонты, для чего имеются благоприятные геолого-гидрогеологические условия.

В пределах Вуктыльского ГКМ сверху вниз развиты три комплекса пород: 1) терригенные четвертичные и верхнепермские мощностью 1700-3000 м; 2) сульфатно-терригенные кунгурские мощностью 140- 630 м; 3) терригенно-карбонатные нижнепермские, каменноугольные, девонские и силурийские. Газоконденсатная залежь приурочена к карбонатным отложениям нижней перми и карбона и является водоплавающей. ГВК имеет отметку - 3315 м, т. е. находится на глубине около 3450 м. Газоконденсатная залежь подстилается и оконтуривается мощной водонапорной системой. Между ними существует гидродинамическая связь, обусловливающая обводнение эксплуатационных скважин. Над газоконденсатной залежью и сульфатно-терригенной кунгурской покрышкой развит водоносный комплекс терригенных верхнепермских отложений.

В процессе поисков и разведки поглощающих горизонтов в верхнепермских отложениях пробурено 12 разведочно-нагнетательных скважин глубиной 2000-2250 м и одна глубокая газовая скважина переоборудована в разведочно-нагнетательную с глубиной искусственного забоя 2180 м. Все они расположены на УКПГ и головных сооружениях. Под четвертичными отложениями мощностью 50-70 м вскрыты образования верхней перми, которые в четырех скважинах пройдены полностью и под ними на глубине 2020-2175 м встречены сульфатные породы кунгурского яруса. Выборочный отбор керна проведен в пяти скважинах. В них выполнен комплекс промыслово-геофизических исследований и гидрогеологическое опробование, заключавшееся в кратковременных пробных нагнетаниях технической воды для определения приемистости.

По результатам промыслово-геофизических исследований и лабораторного изучения керна установлено, что в разрезе преобладают глины, а коллекторы представлены маломощными пропластками алевролитов и песчаников сильно глинистых либо очень крепких низкопористых. Пористость алевролитов и песчаников 3,1- 11,2% (в среднем 6,6%); проницаемость (0,02-0,197)*10-15 м2 (в среднем 0,025*10-15 м2). Столь низкие коллекторские свойства алевролитов и песчаников и их линзообразное залегание обусловливают крайне слабую поглощающую способность.

При пробной закачке технической воды скважины начинали принимать воду при очень высоких устьевых давлениях - более 6 МПа, а чаще выше 8-9 МПа. Даже после закачки небольших объемов воды (от нескольких кубических метров до 40-50 м3 устьевые рабочие давления возрастали до 10-15 МПа и более. После прекращения закачки скважины изливали часть закачанной воды.

Опытно-промышленное захоронение промстоков производилось в две скважины. В одну из них за три месяца было закачано около 3,5 тыс. м3 промстоков. Устьевое давление возросло от 4,5 до 9 МПа в конце закачки, расход снизился от 150 до 20 м3/сут, коэффициент приемистости уменьшился от 21 до 2,3 м3/сут*МПа. В конечном итоге давление на устье возросло до 20 МПа, и скважина прекратила принимать промстоки. Вторая скважина проработала чуть больше трех месяцев, за которые в нее закачали 11,5 тыс. м3 промстоков. Закачка все время велась при устьевых давлениях 10-15 МПа с расходом около 100 м3/сут. Коэффициент приемистости составлял 7-11 м3/сут*МПа. В конце третьего месяца работы устьевое давление возросло до 19 МПа, коэффициент приемистости снизился до 5 м3/сут*МПа и через неделю после этого скважина прекратила принимать промстоки.

Работы по интенсификации приемистости, проведенные на нескольких скважинах, положительных результатов не дали. Применялись солянокислотные (СКО) и глинокислотные (ГКО) обработки, гидроразрыв пласта, разрыв пласта давлением пороховых газов. Все это вместе с высокими давлениями закачки приводило только к осложнениям в скважинах, обрыву НКТ, появлению негерметичности эксплуатационных колонн выше зоны перфорации.

Результаты разведочных работ показали непригодность верхнепермских отложений для захоронения промстоков. Это потребовало поиска поглощающих горизонтов в более древних подкунгурских отложениях. Из-за большой глубины залегания (более 4000 м) к бесперспективным отнесены отложения силура, девона и турнейского яруса. Выявление поглощающих горизонтов сосредоточилось на карбонатных отложениях от визейского до артинского яруса. Для гидрогеологического опробования была выбрана скв. 221, пробуренная в зоне контура месторождения для разведки нефтегазоносности глубоких горизонтов и расположенная ближе других к головным сооружениям, где накапливаются подлежащие захоронению промстоки (рисунок). Обобщенные сведения по геологическому строению месторождения увязаны с разрезом, вскрытым скв. 221.

На турнейских известняках залегает терригенная толща бобриковского (интервал 4100-4326 м) и тульского (интервал 4029-4100 м) горизонтов. Выше находятся известняки с прослоями доломитов окского надгоризонта (интервал 3867- 4029 м) и серпуховского яруса (интервал 3697-3867 м). Башкирский и московский ярусы (интервал 3520-3697 м) сложены светло-серыми известняками и доломитами. Верхний карбон (интервал 3465- 3520 м) представлен темно-серыми доломитизированными известняками. Карбонатная толща ассельского, сакмарского и нижней части артинского ярусов (интервал 3230-3465 м) содержит темные, зачастую доломитизированные известняки.

Толща карбонатных пород от верхневизейского подъяруса до нижней части артинского яруса включительно под ГВК и в законтурной зоне насыщена водой хлоридно-натриевого состава с минерализацией 230-270 г/л, плотностью 1,16-1,18 г/см3, совершенно не пригодной для использования в народном хозяйстве. Поэтому сюда можно сбрасывать промстоки, которые сами в значительной части являются этой же пластовой водой, добываемой вместе с газом. Водонасыщенные карбонатные породы в разной степени трещиноваты и во многих интервалах закарстованы. Зоны палеокарста на месторождении развиты в породах московского и серпуховского ярусов, верхневизейского подъяруса, локальные зоны кавернозности - в башкирских образованиях. Закарстованные интервалы имеют открытую пористость до 20-27 % и проницаемость до (0,68-1,7) *10-12 м2.

Водоносный комплекс верхневизейско-артинских отложений надежно запечатан сверху регионально выдержанной экранирующей толщей нижне- и верхнепермских отложений. Она включает верхнюю мергелисто-глинистую пачку артинского яруса, глинисто-сульфатные породы кунгурского яруса, нижнюю преимущественно глинистую пачку уфимского яруса. Мощность экранирующей толщи в скв. 221 составляет 273 м. Отложения верхней перми на глубинах более 1000 м, как следует из результатов разведки, слабо проницаемы и обладают экранирующими свойствами.

С учетом ФЕС для захоронения стоков наиболее перспективны отложения от верхневизейских (начиная с Михайловского горизонта) до московских включительно.

В результате лабораторных исследований образцов карбонатных пород окского надгоризонта, серпуховского и московского ярусов установлено, что растворению в соляной кислоте подвергается значительная часть породы. Нерастворимый в соляной кислоте остаток составляет от 1,75 до 23,9 % массы породы. Растворимая в соляной кислоте часть породы представлена на 55-99 % карбонатом кальция и на 6,6-40 % карбонатом магния. Содержание других солей менее 1 % массы породы. Поскольку основная масса пород включает растворимый в соляной кислоте карбонатный материал, коллекторские свойства их в нагнетательных скважинах могут быть улучшены путем солянокислотных обработок (СКО).

При закачке промстоков в зоне контура газоносности в скв. 221 необходимо иметь «буфер» между ГВК и поглощающим горизонтом. Поэтому здесь наиболее рациональна закачка промстоков в отложения серпуховского яруса. В соответствии с этим в скв. 221 перфорированы интервалы 3727-3764 и 3787-3844 м против коллекторов серпуховских отложений с целью определения их пригодности для захоронения промстоков. Верхние дыры перфорации находятся на 290 м ниже ГВК, т. е. имеется достаточный «буфер», препятствующий непосредственному внедрению закачиваемых стоков в газоконденсатную залежь по вертикали.

В скв. 221 приток пластовой воды составил 34,6 м3/сут по восстановлению уровня от 1211 до 975 м после компрессирования. Испытания на приемистость закачкой промстоков показали, что посредством СКО достигаются высокие расходы при приемлемых устьевых давлениях (таблица).

Дальнейшее увеличение приемистости и снижение устьевого давления закачки может быть осуществлено путем дострела резервного интервала 3545-3618 м против московско-башкирских образований. Это на 108 м ниже ГВК, что обеспечит изоляцию газоконденсатной залежи от вертикального внедрения промстоков.

Таким образом, установлено, что весь объем промстоков, образующихся в настоящее время на головных сооружениях Вуктыльского ГКМ, можно захоронить уже сейчас в верхневизейско-московский поглощающий карбонатный комплекс через существующую скв. 221. Для этого потребуется прокладка трубопровода от головных сооружений до скв. 221 протяженностью 7 км. Целесообразнее пробурить нагнетательную скважину непосредственно на головных сооружениях. Здесь верхневизейско-московские отложения развиты в интервале 3600-4000 м, который в нагнетательной скважине должен быть оставлен в виде открытой части ствола в целях обеспечения наиболее благоприятных условий поглощения промстоков (см. рисунок).

Важным условием подземного захоронения промстоков является недопустимость их поступления в газоконденсатную залежь. От верхнего интервала перфорации в скв. 221 до ГВК расстояние по пласту составляет 1000 м. От рекомендуемого интервала открытого ствола в проектной нагнетательной скв. 13 на головных сооружениях расстояние до ГВК равно 2000 м. Расчеты показали, что при закачке промстоков в объеме 600 м3/сут они за 20 лет распространятся по пласту на 680 м и поднимутся по вертикали на 11 м. Таким образом, даже в случае закачки в скв. 221 промстоки не достигнут газоконденсатной залежи. Тем более это не произойдет при их захоронении в проектируемую скв. 13.

Первостепенное значение для подземного захоронения промстоков имеет контроль за их распространением в недрах. С этой целью в нагнетательных скважинах промыслово-геофизическими методами должны определяться интервалы и интенсивность поглощения промстоков. Влияние закачки на водоносный комплекс карбонатных каменноугольных отложений будет контролироваться посредством наблюдений за динамикой уровней воды и пластового давления в имеющихся на месторождении глубоких пьезометрических скважинах. Для установления возможных вертикальных перетоков промстоков следует использовать существующие на головных сооружениях разведочно-нагнетательные скважины глубиной 2000 м, пробуренные на верхнепермские отложения. В этих скважинах необходимо проводить наблюдения за уровнем, пластовым давлением и химическим составом пластовой воды. Для контроля санитарного состояния самого верхнего водоносного горизонта четвертичных отложений на головных сооружениях необходимо пробурить наблюдательные скважины глубиной 70 м. В них должны систематически проверяться уровень и химический состав подземных вод.

 

Таблица

Результаты испытаний скв. 221 на приемистость

Дата

Объем СКО, м3

Объем закачанных промстоков, м3

Расход закачки, м3/сут

Устьевое давление, МПа

Коэффициент приемистости, м3/сут*МПа

15.04.1987

-

48

288

25

11,52

21.04.1987

12

120

366

25

14,60

15.05.1987

-

75

294

14

21,00

29.05.1987

60

120

596

10

59,60

08.06.1987

-

95

500

5

100,00

 

Рисунок

Геологический профиль через Вуктыльское ГКМ:

1 - перспективный для подземного захоронения промстоков поглощающий горизонт карбонатных отложений каменноугольного возраста; 2 - интервал опробования поглощающего горизонта в скв. 221; 3 - открытый ствол в скв. 13, проектируемой для подземного захоронения промстоков на головных сооружениях; 4 - ГВК; 5 - перерывы в осадконакоплении