Введение к работе
Актуальность проблемы-.
Одной из важнейших задач современного этапа развития газодобывающей отрасли России и СНГ является повышение эйфектив- . ности поисков и разведки новых газовых и газоконденсатних месторождений, совершенствование методов их разработки и геолого-промыслового контроля.
К настоящему, времени накоплен огромный эмпирический материал по геологии газовых и газоконденсатних месторождений, режимам их разработки, фазовым переходам сложных по составу газо-^ вых смесей, геолого-промысловому контролю за эксплуатацией залежей. Газовые и газоконденсатные залежи являются своеобразными природными "установками РУТ", в которых за короткий период времени, измеряемый десятками лет, имеется возможность изучать комплекс геолого-физических и геохимических процессов, характерных для всех месторождений, а такие для различных геологических структур в земной коре. В частности, к таким процессам относятся фазовые переходы парогазоконденсатных смесей, находящихся в постоянном контакте с остаточными водами, вымыв жидких углеводородов (УВ) пластовыми водами, газофазный массоперенос химических элементов. Во всех этих и в других физико-химических процессах заметную или ведущую роль играет паровая фаза воды, являющаяся непременной составной частью любого свободного скопления углеводородных и кислых природных газов в земной коре. Роль газовой фазы воды в этих процессах либо изучалась фрагментарно, либо не изучалась совсем. Поэтому актуальным является научное обобщение эмпирического, экспериментального и теоретического материала по проблеме взаимоотношений природных газов и вода и создание на основе этого обобщения совокупности концепций, позволяющих моделировать геолого-физические и геохимические процессы в газовых залежах на сверхбольших глубинах, характеризующихся жесткими термобарическими условиями. Познание механизмов протекания этих процессов дает возможность разрабатывать новые методы эксплуатации высокотемпературных газовых залежей, повышающие газо- и коміонентоотдачу недр, развивать методы подсчета запасов газа, конденсата, остаточной нефти, рассеянных газообразных и
жидких УВ, нетрадиционных полезных ископаемых, включая рудные и редкие химические элементы, совершенствовать методы прогнозной оценки газовых ресурсов в различных геологических структурах земной коры, что представляет собой актуальную научную и практическую значимость. Актуальными также являются комплексная оценка влияния разработки газовых и газоконденсатних месторождений на недра и окружающую среду, изучение механизмов протека-, ния геолого-физических и геохимических процессов в земной коре за пределами месторождений.
Цель работы.
Исследование геолого-физических и геохимических процессов в газовых и газоконденсатних месторождениях и в различных геологических структурах земной коры, обусловленных глобальной связью природных газов и воды. Разработка рекомендаций по поискам, разведке, проектированию и эксплуатации глубокопогружешшх высокотемпературных газовых и газоконденсатних залежей.
Основные задачи исследований.
-
Усовершенствовать методы контроля за обводнением сложных по геологическому строению многопластовых газовых и газоконденсатних месторождений.
-
Создать унифицированную классификацию подземных вод газовых и газоконденсатних месторождений и оценить влияние всех типов вод на разработку залежей.
-
Усовершенствовать методику оценки прогнозных запасов газа на сверхбольших глубинах в условиях жестких термобарических параметров, определить максимальные глубины распространения промышленных скоплений таза в различных геологических структурах земной коры.
-
Разработать метод оценки запасов и ресурсов нетрадиционных полезных ископаемых в газоконденсатних месторождениях.
-
Изучить механизм вымыва конденсата из порового пространства внедряющейся пластовой водой, создать методы извлечения рассеянных жидких УВ из коллекторов и неколлекторов газоконденсатних месторождений.
-
Создать физическую модель разработки высокотемпературной газовой или газоконденсатной залежи.
7. Изучить некоторые аспекты влияния разработки месторождений газообразных и жидких полезных ископаемых на недра и окружающую среду.
6. Оценить масштабы конвективного газофазного массоперено-са опресненных вод с растворенными в них веществами эндогенными газовыми потоками через земную кору.
9. Изучить некоторые геолого-физические и геохимические процессы в земной коре, обусловленные взаиморастворимостыо природных газов и воды.
Научная новизна.
-
Создан метод гидрогеохимического контроля за обводнением многопласговых газовых и газоконденсатних месторождений, разрабатываемых при упруговодонапорном режиме. Коррективами процесса обводнения скважин и пластов служат резкие отличия в содержания отдельных ионов и химических элементов в пластовых и конденсационных водах. Создана унифицированная классификация подземных вод газоконденсатних месторождений и оценено влияние различных типов вод на разработку залежей. Уточнен механизм об-зоднения пластовых газовых залежей с упруговодонапорным режимом.
-
Усовершенствован метод оценки прогнозных запасов газа в различных геологических структурах земной коры. Показано, что отметка в земной коре о температурой 360 С является предельной глубиной распространения прошшленных скоплений газа. Разработан метод оценки запасов и ресурсов всех улюидов в пределах газоконденсатного месторождения с нефтяной оторочкой.
-
На основе эмпирических данных, полученных на газоконденсатних местороадениях, теоретически обоснован процесс вымыва конденсата из пласта внедряющейся в залежь пластовой водой. Раскрыт механизм формирования оторочки жидких УВ перед фронтом вытеснения. Разработаны метода извлечения остаточной нефти и рассеянных газообразных и жидких УВ на газоконденсатних месторождениях.
-
Теоретически обоснован новый метод разработки высокотемпературных газовых и газоконденсатних залежей. Впервые показана возможность 100-процентного извлечения газа из залежи при конечном давлении, равном давлению насыщенного пара, после чего возможна продолжительная эксплуатация залежи с извлечением высо-
котемпературного пара низкого давления с растворенными в нем веществами.
-
Раскрыт механизм формирования оторочек опресненных вод под газоконденсатнонефтяными заделами и ореолов опресненных вод вокруг газовых, газоконденсатних и газоконденсатнонефтяных месторождений.
-
Изучен механизм влияния паров воды парогазовых смесей на давление насыщения жидкостей газами. Изучен процесс сопряженной ретроградной конденсации высококипящих УВ и паров воды при изотермическом снижении пластового давления в газоконденсатной залежи.
-
Впервые определены объемы подземных вод, "законсервированных" во всех газовых, газоконденсатних, гдзогидрагных и нефтяных месторождениях мира, оценена потенциальная влагоемкость природных газов, находящихся в земной коре в связанном состоянии. Изучены некоторые вопросы воздействия на недра и окружающую среду процессов разработки месторождений.
-
Впервые оценена роль природных газов и паров воды в эволюции углей, определены масштабы конвективного массопереноса паров воды с растворенными в них вещесгваїли эндогенными газовыми потоками снизу вверх через земную кору. Установлены некоторые закономерности в протекании геолого-физических и геохимических процессов в земной коре, обусловленные взаиморастворимостью природных газов и воды.
Практическая ценность работы и реализация в промышленности
Диссертационная работа представляет собой научное обобщение результатов эмпирических, экспериментальных и теоретических исследований в области промысловой геологии и гидрогеологии многопластовых газовых и газоконденсатних месторождений, направленное прежде всего на решение практических задач народнохозяйственного значения, в частности на повышение эффективности поисков, разведки, проектирования и разработки месторождений углеводородных и кислых газов, в том числе залежей на сверхбольших глубинах с жесткими термобарическими условиями.
Основные положения диссертации нашли отражение более чем в 100 научных отчетах, переданных для внедрения в Ш "Кубаньгаз-
пром", "Кавказтрансгаз", "Астраханьгазпром", фирме СОНАТРАК в
Алжире (19 работ). j
Ряд разработок, получивших теоретическое обоснование в докторской диссертации, использовался в проектных и инструктивных документах, утвержденных в Газпроме СССР, в соответствии с которыми с 1964 по 1990 гг. осуществлялся геолого-промысловый контроль за эксплуатацией группы газоконденсатних месторождений Предкавказья, характеризующихся упруговодонапорным'режимом. Метод комплексного гидрогеохимического контроля за обводнением многопластовых газовых и газоконденсатних месторождений позволил осуществить частичное регулирование продвижения контурных пластовых вод в залежи и получить более высокие, чем предполагалось ранее, конечные коэффициенты газоотдачи. Экономический эффект от внедрения гидрогеохимического метода контроля и регулирования разработки по 12 газоконденсатним месторождениям Краснодарского края составил 2,03 млн. руб.в год (в ценах 70-х годов). Данный метод контроля внедрен практически'во всех газодобывающих регионах СНГ. По рекомендации автора Диссертации гидрогеохимический метод контроля за обводнением скважин и залежей внедрен на одном из крупнейших в мире газоконденсатном месторождении Хасси Р'Мель в Алжире ( 1. Petrenko V.I. Programme d'echantillonage et essais sur le champ de Hassi R'Mel. - SOHATRACH, Departement PED, Ser-. vice Gisement Hassi н'Меї. - Alger, Mars 1982. 2. Mokri V., Chaouche A. Suivi geochimique de variation de la composition d'eau gisement de Hassi R'Mel. - Rapport n 561/3.1001. - SONA-TRACH; Direction Laboratoire Central des Hydrocarbures. - Boume-rdea, Decembre 1984. 3. Mocri V., Barsa A. Suivi geochimique des variations de la composition d'eau du gisement de Hassi R'Mel. -- Rapport n 27/3.1001. - SONATHACH, Direction laboratoire Central des Hydrocarbures. - Boumerdes, Juin 1988.). По Астраханскому газоконденсатному месторождению впервые оценены ресурсы воех флюидов и растворенных в них химических элементов (1989 г.), что позволяет разрабатывать метода их извлечения. Аналогичные работы выполнены автором по месторождению Хасси Р'Мель в Алжира (Petrenko V.I. Estimation des matieres utiles dans le cadre du gisement Hassi R'Mel. - SONATRACH, Departement PED, Service Gisement Hassi R'Mel. - Alger, Mai 1981).
Разрасотан простой, но достаточно информативный метод про-
гнозного определения величины оседания земной поверхности над разрабатываемыми залеками, апробированный на Северо-Ставрополь-ском газовом месторождении. Предложен ыетод определения предельное глубины распространения промышленных скоплений углеводородных п кислых газов в различных геологических структурах земной коры, обеспечивающий большую достоверность перспективной оценки газбЬосности недр.
Результаты исследований автора, изложенные в коллективных монографиях "Влияние обводнения многопластовых газовых и газоконденсатних месторождений на их разработку" (1973 г.) и "Контроль за разработкой газовых и газоконденсатних мёстороаде-ши" (IS7S г.), используются в учебных программах некоторых
вузов:
Апробация работы.
диссертация апробирована в СевлавНИкгазе, Физико-химическом институте АН Украины, Ухтинском индустриальном институте. Основные положения диссертации доложены на Всесоюзных совещаниях и семинарах: "Первая ыезвузовская конференция по вопросам теории и практики разработки газоконденсатних месторождений" (Баку, IS66 г.), "Латеральная изменчивость состава и физических свойств отложений и ее отражение в гефизических полях при поисках нефти и газа" (Пермь, 1976 г.), "Органическая гидрогеохимия нефтегазоносных бассейнов" Ыосква, 1»73 г.), "Методы оценки нефте- и газоматеринского потенциала седиментов" Шосква, 1979 г.), "Формация осадочных бассейнов" (;Лосква,*1985 г.), "По-дземные воды и эволюция литосферы" (ііосква, 1985 г.), "Состояние и перспективы повышения конденсатоотдачи при разработке газовых, газоконденсатных и газоконденсатнонефтяных местороадений" (Тре-бинские чтения, Ыосква, 1987 г.;, "Терыогазодинамические процессы и системы их контроля при разведке, тхзанспоргировке и добыче нефти и газа" ("Тер.иогаз-89", Харьков, 1989 г.), "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа" (Москва, 1990 г.), "Третье ізсеооюзное совещание по геохимии углерода" Ыосква, І99Ї г.;. Отдельные положения диссертации доложены на международном симпозиуме по повышению газокояденсатоотдачи пластов (Краснодар, 1977 г.), на 4-ом Национальном семинаре наук о Земле'(Алжир, 1982 r.J, на международной конференции по геохимии нефти (Томск, 1991 г.), на международном симпозиуме "Нетрадици-8
онные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения (Санкт-Петербург, 1992 г.), на республиканской конференции "Геология местороадений горючих ископаемых Европейского северо-востока СССР" (Сыктывкар, 1981 г.), на 3-ей научно-технической конференции БНЙИГАЗа "Разработка и эксплуатация местороадений природных газов и подземного хранения газа" шос. Развилка, 1976 г.), на II Ухтинской научно-технической конференции по проблемам развития геологии, нефтяной и газовой промышленности Тимано-Печор-ского территориального производственного комплекса (Ухта, 1980г.), на ІУ республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности научно-исследовательских работ в газодобывающей отрасли ТССР" (Ашхабад, 1984 г.), на научно-техническом совещании Мингазпрома СССР по проблеме "Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования влияния разработки газовых местороадений на окружающую среду" (Червоний Донец, IS85 г.), на региональной научно-практической конференции "Проблемы комплексного освоения Астраханского газоконденсатного месторождения" (Астрахань, 1987 г.), на межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы разработки нефтяных и газовых месторождений и интенсификации добычи углеводородного сырья" (Астрахань, 1989 г.).
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 132 печатных работах, в том числе в 2 монографиях и 8 научных обзорах.
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из двух частей, введения, 7 глав и заключения. Текст - 326 страниц, 120 таблиц, 119 рисунков, общий объем 733 страницы. Список литературы - 552 наименования.