Методические основы оценки промышленной значимости газонасыщенных пластовых вод

И. А. Лагунова, Н. М. Кругликов, В. П. Якуцени

В сб. «Ресурсы нетрадиционного газового сырья и проблемы его освоения». Ленинград, 1990. С. 123-130.

Широкое изучение водорастворенных газов (ВРГ) началось в СССР в связи с развитием геологоразведочных работ на нефть и газ. В процессе многолетних исследований были выявлены основные закономерности их распространения и сделаны первые оценки количества ВРГ в подземных водах нефтегазоносных бассейнов (НТБ). Вопрос о промышленной ценности ВРГ был поставлен у нас и за рубежом лишь последние десятилетия.

Фоновые значения газовых факторов (ГФ) обычно невелики даже подземных водах продуктивных нефтегазонасыценных комплексов: древних платформах они составляют около 0,5-1 м33, на молодых платформах - до 2-2,5 м33, в геосинклинальных областях 3-3,5 м33. Рентабельная эксплуатация ВРГ возможна лишь  в наиболее благоприятных геологических и экономических условиях.

В условиях больших глубин и высоких температур растворимость метана в водах растет и ГФ увеличивается до 7-10 и более м33. Еще выше он - на порядок и более - в присутствии газа в  диспергированном состоянии. Присутствие диспергированного газа (ДГ) значительно повышает экономическую ценность газонасыщенных подземных вод.

Различаются 2 категории ДГ. Первая непосредственно связана с газогенерационными возможностями органического вещества  вмещающих пород, его количеством, качеством и степенью катагенеза, вторая зависит от условий миграции газа в водорастворенном свободном состоянии, особенностей геологического строения и развития регионов, процессов формирования, переформирования и разрушения залежей. Максимальное количество ДГ первой категории следует ожидать в зонах НГБ с преимущественно глинистым разрезом осадочных пород при содержании более 2% ОВ гумусового типа градации МК4 и выше, т.е. примерно в зоне главной фазы газообразования. Породы с сапропелевым типом органического вещества  являются менее благоприятными для образования ДГ, т.к. основная масса образующихся при катагенезе углеводородных газов в условиях проявления ГФН растворяется в образующихся жидких углеводородах.

Время образования ДГ не может быть продолжительным из-за остаточно высокой скорости диффузионного перемещения газа, поэтому ДГ может сохраняться лишь в зонах, где за неоген-четвер­тичное время проявились факторы, усиливающие генерацию газа или его фазовые обособления, а также влиявшие на переформирование и разрушение залежей.

Для поиска ДГ благоприятны как глубокие, так и неглубокие горизонты. Важно, чтобы они были обогащены органическим веществом, и располагались в зонах интенсивного проявления как газогенерации, так и факторов, способствующих выделению газа в свободную фазу и его сохранению. Для неглубоких горизонтов первостепенное значение имеет интенсивность микробиальной деятельности в сочетании с восходящим движением подземных вод.

В качестве типовых источников ВРГ и ДГ следует рассматривать:

1. Подземные газонасыщенные воды малых глубин. Разработка этого типа скоплений водорастворенного метана уже давно ведется в Японии, Италии и других странах.

2. Высокогазонасыщенные подземные воды больших глубин, отличающиеся проявлением АВПД, гидрохимической инверсией и высокими температурами. Это направление развивается в США и находится на стадии исследования и опытных испытаний.

3. Газонасыщенные воды, контактирующие с традиционными газовыми залежами. Эти воды принудительно вступают в эксплуатацию в связи с разработкой залежей и образованием в пласте депрессии давления, обеспечивающей на первых стадиях снижения давления их дегазацию, а на конечных стадиях - и движение газа к скважинам.

 Наиболее благоприятны для освоения газонасыщенные воды малых глубин благодаря геологической и технической доступности, значительному площадному распространению и часто предельной их газонасыщенности. В СССР разработка этого вида  скоплений возможна в хадумском горизонте Ставрополья, в миоцен-плиоценовых отложениях Сахалина, в сеномане Западной Сибири, плиоцене Прикаспийской впадины и других районах.

Основным резервом промышленных ресурсов ВРГ и ДГ являются высокогазонасыщенные воды больших глубин. Высокие (5-10 и более м33) значения ГФ, АВПД, высокие температуры, часто пониженная минерализация, присутствие целого рада полезных компонентов, позволяющие осуществлять их комплексную утилизацию, являются благоприятными показателями их промышленного освоения.

В нашей стране регионами, перспективными для освоения ВРГ на больших глубинах, является Южно-Каспийская впадина, Предкавказье, Предкарпатье и другие регионы, ресурсы традиционных углеводородных газов которых в верхней и средней части осадочной толщи практически исчерпаны.

Важнейшим условием реалистической оценки ресурсов ВРГ и ДГ как нетрадиционного вида УВ сырья является выбор оценочных критериев и параметров газонасыщенных подземных вод. Основными параметрами, определяющими промышленную значимость подземных вод, являются технико-экономические показатели их разработки, а именно объемы стабильной добычи ВРГ и ДГ и ее стоимость, зависящая в свою очередь от множества факторов. В частности, большое качение имеет наличие в районе выработанных газовых месторождений со сформировавшейся промысловой инфраструктурой и фондом сохранившихся глубоких скважин, а также наличие отдельных неиспользуемых скважин различных категорий при их благоприятном расположении и техническом состоянии. Необходимо также учитывать конкурентноспособность использования ВРГ и ДГ в качестве энергетического и комплексно-химического и энергетического сырья при одновременной утилизации полезных компонентов и свойств подземных вод. Основными геологическими параметрами, определяющими промышленную ценность газонасыщенных подземных вод, являются:

1. Газосодержание подземных вод, упругость и состав  ВРГ.

2. Емкостно-фильтрационные и геоструктурные свойства продуктивного горизонта и его размеры, определяющие дебиты воды и газа и их стабильность при эксплуатации.

3. Глубина залегания продуктивного горизонта как основной технико-экономический показатель его освоения.

4. Гидродинамические параметры газонасыщенных подземных вод: пластовые давления, наличие АВПД и их градиент, положение гидростатического уровня воды относительно устья скважины.

5. Минерализация подземных вод, наличие в их составе полезных или вредных в экологическом отношении компонентов, температура. Эти параметры могут быть решающими при обосновании вопроса освоения подземных вод.  Высокая минерализация вод при отсутствии естественных зон их безопасного сброса резко  повышает себестоимость эксплуатации таких горизонтов за счет необходимости технического обеспечения защиты среды. Высокая  температура вод и наличие каких-либо ценных компонентов в их минеральном составе (соли Na, К, Са, Mg, J , Вг, В, редкие  металлы) существенно повышают рентабельность их комплексного ос­воения.

Комплексный учет перечисленных параметров и является ос­новой для геолого-экономической оценки рентабельности извлече­ния газов из подземных вод.

Следует подчеркнуть, что рентабельность определяется не только себестоимостью извлечения горючего газа из пластовых вод, но также и степенью обеспеченности потребителя в изучае­мом регионе энергией, стоимостью ее транспорта и т.д. Во мно­гих случаях подземные воды могут быть использованы в бальнео­логических целях, в технологии промышленного и сельскохозяй­ственного производства и т.п. Рентабельность должна определяй­ся также с учетом воздействия эксплуатации подземных вод на ок­ружающую среду и расположенные поблизости месторождения нефти, газа, минеральных вод и других полезных ископаемых.

Генетическая общность свободных и ВРГ в недрах предопре­деляет единство основных принципов их количественного прогно­за. Поэтому мы остановимся на характеристике только специфиче­ских для изучаемого объекта рекомендациях и методах.

- Под ресурсами углеводородных ВРГ, учитываемых в качестве нетрадиционного газового сырья, следует понимать их объем в млн.м3 в нормальных условиях, содержащийся в подземных во­дах водоносных комплексов нефтегазоносных, реже угленосных,бассейнов в водорастворенном и диспергированном состоянии в количествах, отвечающих требованиям кондиций.

- На современной начальной стадии изучения  промышленной значимости ВРГ и ДГ ввиду отсутствия отечественного опыта  их освоения и, основываясь на зарубежных данных, за нижние пределы предлагаются величины ГФ (в м3 УВГ на 1 м3 пластовой воды), диффренцированные для разных глубин залегания продуктивных  комплексов, а именно: - до 2 км - 1 нм3 УВГ на 1 м3 пластовой воды, 2-5 км - 2 нм33, более 5 км - 3 нм33.

При этом не исключается, что при особо благоприятных условиях рентабельным может оказаться и промышленное извлечение водорастворенного метана с меньшим ГФ - например, - 0,5 м33 для глубины до 1 км.

- Для оценки ресурсов необходимо иметь сведения о площади распространения вод с ГФ, отвечающим кондициям (при содержании в газе метана не менее 80%), и общей мощности каждого перспективного водоносного комплекса. Необходима также региональная характеристика фильтрационно-емкостнъх свойств коллекторов и их фациальная характеристика с целью оценки общего объема резервуара и объема отдельных горизонтов.

- Количественные оценки ресурсов ВРГ и ДГ рекомендуется производить объемно-статистическим методом с учетом всех  имеющихся сведений о геологии, нефтегазоносности и гидрогеологии объекта исследования.

Подсчет ресурсов ВРГ производится на основе данных о ресурсах пластовых вод и количестве растворенного и ДГ. При отсутствии этих данных - по методу аналогии путем сравнительного анализа с эталонным полигоном. В основе должны лежать оценки ресурсов по отдельным водоносным комплексам (горизонтам) с  последующим по необходимости их суммированием. Раздельный расчет необходим для обоснования выбора наиболее перспективных для освоения комплексов. Также раздельно подсчитываются ресурсы ВРГ и ДГ, поскольку технология и экономика их эксплуатации различны.

- В связи с тем, что при эксплуатации подземных вод следует ориентироваться на интенсивные (насосные) методы их извле­чения, оцениваются ресурсы ВРГ и ДГ в водоносных комплексах или отдельных резервуарах, пьезометрическая поверхность которых расположена как выше поверхности земли, так и ниже ее. При этом учитываются положительные характеристики отдельных резервуаров (высокие притоки воды с высоким газосодержанием, близкое к поверхности земли положение статистического уровня, большая мощность и объем резервуаров и др.).

В ресурсы метана включаются все УВГ. Отдельный подсчет, количества тяжелых углеводородов производится лишь для ДГ при их содержании в газе более 5%. Оценка качества газа проводится в соответствии с требованиями государственных отраслевых стандартов и технических условий с учетом технологии извлечения и утилизации, обеспечивающей его комплексное, экономичное и безопасное использование. Следует иметь в виду, что степень извлечения из недр ВРГ как полезного ископаемого в значительной мере зависит от технологии его добычи. Без обратной закачки отработанной воды, т.е. за счет сработки только упругого запаса пласта при фонтанировании скважин могут быть добыты в лучшем случае   лишь несколько процентов и даже доли % от ресурсов ВРГ. С обратной закачкой объемы извлекаемых запасов ВРГ возрастают на порядок.

- В зависимости от целей и задач оценки ресурсов нетрадиционного водногазового сырья, степени ее детальности  расчеты производятся как в планетарном масштабе, так и по  отдельным районам и странам, а таким нефтегазоносным провинциям, бассейнам, областям, районам и т.п. на глобальном, региональном и зо­нальном (локальном) уровнях.

- По степени обоснованности ресурсы ВРГ и ДГ могут оцени­ваться по тем же категориям изученности, что и традиционные УВ ресурсы с той лишь разницей, что почти все они относятся к ка­тегориям Д1 и Д2. К перспективным и промышленным категориям мо­жно отнести лишь запасы ВРГ единичных участков, как например в Японии, США, Италии и ряде других стран. При этом следует учесть, что по многим НГБ СССР накоплен достаточный фактический мате­риал для обоснования оценки запасов ВРГ вплоть до категории С1.

- Как и при определении ресурсов нефти и газа изучение ВРГ сопровождается оценкой качества ресурсов. Качество их слагает­ся из количества и качества самих ВРГ и качества вмещающих их резервуаров. Последнее оценивается с учетом общей геологической ситуации в регионе - фациальной катагенной обстановки   формирования коллекторов, структурных условий, тектонической   раздробленности и пр.

Качество ВРГ определяется абсолютным содержанием полезного компонента (УВГ) в долях единицы на величину ГФ. Здесь можно выделить  4 градации качества ВРГ:

высшее с величиной показателя качества            > 5 м33

хорошее                                                                                2-5

умеренное                                                                            1-2

плохое                                                                                  < 1

В основу оценки качества резервуаров должна быть положена максимально возможная производительность скважин по воде (дебит) и возможная продолжительность их работы с этим дебитом без существенного его изменения в процессе фонтанирования. Существует целый комплекс параметров, определяющих качество резервуаров как в отношении количества получаемой воды, так и его стабильности во времени. Многие параметры взаимосвязаны, и поэтому совместный их учет при характеристике резервуаров представляет сложную задачу и предполагает хорошую изученность. На данной ста­дии решения проблемы всеобъемлющий учет их невозможен, и поэтому мы предполагаем упрощенную характеристику качества резервуа­ров и приуроченных к ним ресурсов ВРГ. Здесь также выделяем 4 градации показателя качества резервуара: высшее, хорошее, уме­ренное, плохое. Качество резервуаров считается высшим, если дебит одной скважины составляет от 5 до 10 тысяч м3/сутки, период устойчивости дебита более 20 лет, мощность продуктивного горизонта более 100 м, объем более 100 км3, проницаемость более 1 мкм2. Плохим считается качество резервуара с дебитом одной скважины менее 0,5 тыс.м3/сут с периодом устойчивости более 5 лет, при мощности водоносного горизонта менее 10 м, объеме менее 1 км3, проницаемости менее 10 м. Возможны и промежуточные оценки качества резервуаров. Предложенные оценки качества ре­сурсов носят общий и предварительный характер. Основаны они, главным образом, на данных зарубежных исследователей. При даль­нейшем изучении вопроса они могут быть уточнены на материале конкретных районов. При наличии в воде полезных компонентов и ее высоком термо- и гидромеханическом потенциале рентабельной, с учетом методов воздействия на пласты (гидроразрыв, кислотная разработка), может оказаться эксплуатация резервуаров, обладающих умеренным или даже плохим качеством.

Таким образом, выше были изложены основные методические рекомендации по оценке ресурсов ВРГ и ДГ углеводородного состава - горючих газов как источника энергетического и химического сырья. Однако основные принципы, положенные в основу такой оценки, могут быть использованы  для разработки методики оценки ресурсов других полезных газовых компонентов (H2S, CO2, He), извлечение которых из подземных вод возможно в будущем.

Авторы: 

Тематические разделы: