Сверхгидростатические давления в Недрах как глубинный ограничитель поисков  поглощающих горизонтов

Е.Ф. Карпюк, Г.П. Лысенин (Филиал ООО "ВНИИГАЗ" - "Севернипигаз")

В сб.: «Гидрогеология и карстоведение», вып. 14. – Пермь: Перм. гос. ун-т, 2002. С. 73-76.

Superhydrostatic pressures in bowels  as deep limiter in search of drainage orizons E.F. Karpyuk, G.P. Lysenin

On the example of oil and gas bearing Timano-Pechorskaya province it is shown that superhigh pressure in reservoir is negative factor at their’s evaluation as dranage horizons for burying the industrial effluents. The search depth of such horizons must be limitel by the depth of regional emergence of superhydrostatic pressures.

Метод подземного захоронения жидких промышленных отходов, в том числе промысловых стоков разрабатываемых месторождений углеводородного сырья, является наиболее распространенным способом их безопасного удаления и широко используется, как в России, так и за рубежом.[1, 2, 3, 8].

Обычно к поглощающим горизонтам предъявляются следующие основные требования:

- они не должны содержать подземных вод, пригодных для водоснабжения и других практических целей;

- фильтрационно-емкостные свойства пластов-коллекторов должны обеспечивать поглощение всего заданного объема стоков при минимальном числе скважин и ограниченных устьевых давлениях (для наиболее токсичных отходов не более 5 МПа [2, 3]);

- поглощающие пласты должны быть надежно изолированы от вышележащих водоносных горизонтов на всей площади растекания захороняемых стоков;

- закачиваемые стоки должны быть совместимы с водовмещающими породами и пластовыми водами;

- глубина залегания поглощающего горизонта при выполнении всех вышеуказанных требований должна быть минимальной.

В этих требованиях нет прямого указания на необходимость учета барической обстановки в поглощающих горизонтах. По-видимому, предполагается, что в них всегда существуют гидростатические пластовые давления в начальных условиях. Допустимая же глубина залегания поглощающих горизонтов определяется в основном экономическими и технологическими факторами, либо наличием глубоких скважин другого назначения, пригодных для сброса промстоков.

Между тем в земной коре повсеместно развиты сверхгидростатические давления. Глубины их проявления различны для разных регионов и определяются главным образом физическими свойствами горных пород, слагающих разрез [4, 5, 6 и др.]. Нередко вскрытие зоны сверхгидростатических давлений сопровождается сомоизливом пластовых вод, а избыточное устьевое давление достигает значтительных величин. Наличие таких давлений в пластах-коллекторах, как правило, делает невозможным их использование в качестве поглощающих горизонтов даже при относительно небольшой глубине залегания и остальных благоприятных условиях, поскольку в такой ситуации не может быть создано оптимальное давление закачки.

Высказанное положение хорошо иллюстрируется материалами по Тимано-Печорской провинции. Здесь на разведочных площадях и месторождениях, где достигнуты достаточные глубины бурения, встречены сверхгидростатические давления. Глубина залегания зоны сверхгидростатических давлений изменяется от 3,1-4,5 км на севере региона, в его платформенной части, в области распространения мощной толщи мезозойских отложений, до 5-6 км на его юге, в Верхнепечорской впадине Предуральского краевого прогиба [7]. Общий градиент давления (отношение пластового давления к глубине замера) в этой зоне обычно достигает 1,4-1,6 МПа/100 м.

Например, на Лаявожской площади из интервала глубин 4480-4500 м (среднедевонские песчаники) был получен  фонтан газонасыщенных пластовых вод дебитом 700 м3/сут. Статическое устьевое давление составило около 15 МПа, давление на глубине 4490 м - 64,14 МПа, а общий градиент давления равен 1,43 МПа/100 м.

В живетских водонасыщенных песчаниках пластовые давления на Харьягинской площади составили 46,7 МПа на глубине 3750 м (градиент 1,24), 56,3 МПа на глубине 4000 м (градиент 1,41), а на Возейской площади 44,6 МПа на глубине 3350 м (градиент 1,33). Максимальный общий градиент давления (1,9) на Кочмесской площади расчитан по плотности бурового раствора. Здесь на глубине 6262 м в ордовикских отложениях давление оценивается в 120 МПа.

Из приведенных материалов следует, что коллекторы со сверхгидростатическими давлениями представляют собой особую категорию объектов при оценке возможности захоронения промстоков. Для их закачки в такие коллекторы потребовалось бы создание чрезвычайно высокого давления нагнетания с учетом необходимости преодоления уже существующего большого устьевого давления. При этом возникнут не только технические сложности (потребность в особо мощных насосах, опасность аварийных ситуаций на скважинах), но и резко возрастет барическая напряженность в поглощающем горизонте, что может спровоцировать прорыв закачанных стоков в вышележащие водоносные горизонты, а по затрубному пространству - и на поверхность.

В настоящее время в провинции функционирует несколько полигонов захоронения промысловых стоков (на Усинском, Верхневозейском, Западно-Тэбукском, Вуктыльском и других месторождениях). На них даже при гидростатических начальных давлениях в поглощающих горизонтах (с общим градиентом давления 1,0-1,1 МПа/100 м и глубиной статического уровня воды до 120-200 м) устьевые давления при закачке стоков в некоторых случаях достигают 10-15 МПа, а давление в пласте в центре одного из них вскоре может приблизиться к давлению гидроразрыва, что требует расширения площади полигона и рассредоточения нагнетательных скважин. Если бы в эксплуатируемых поглощающих горизонтах на этих полигонах существовали сверхвысокие пластовые давления, захоронение стоков здесь изначально становилось бы практически невозможным.

Таким образом, сверхгидростатические давления в пластах-коллекторах должны рассматриваться как безусловно отрицательный фактор при их оценке как поглощающих горизонтов, сводящий на нет самые благоприятные прочие показатели. Глубина регионального проявления сверхгидростатических давлений является естественным ограничителем поисков поглощающих горизонтов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Гаев А.Я. Подземное захоронение сточных вод на предприятиях газовой промышленности. - Л., 1981.
  2. Гидрогеологические исследования для захоронения промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты (методические указания) /В.А. Боревская, И.Т. Гаврилов, В.М. Гольдберг и др. - М., 1976.
  3. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков/Под ред. В.А. Грабовникова. - М., Недра, 1993.
  4. Ежов Ю.А., Лысенин Г.П. Вертикальная гидродинамическая зональность земной коры//Советская геология, 1986, №8. - С. 111-120.
  5. Иванов С.Н. Предельная глубина открытых трещин и гидродинамическая зональность земной коры//Ежегодник Ин-та геол. и геохим. УФ АН СССР, 1969. - Свердловск, 1970. - С. 212-233.
  6. Кропоткин П.Н., Валяев Б.М. Аномально высокие пластовые давления, их природа и значение//Аномально высокие пластовые давления и методы прогноза АВПД в процессе бурения. Л., 1977. - С. 70-77.
  7. Лысенин Г.П., Карпюк Е.Ф., Ежов Ю.А. Прогноз нефтегазоносности на основе вертикальной гидродинамической зональности//Актуальные проблемы нефтяной гидрогеологии. - М., 1993. - С. 13-17.
  8. Технология газопромысловых гидрогеологических исследований /В.П. Ильченко, Б.П. Акулинчев, Ю.Г. Гирин и др. - М., 1997.