Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 [ 120 ] 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

3.2.1.1.3. Тектоника: структурная геология

Слои осадочных пород, которые отлагались за небольшим исключением горизонтально, были, вследствие колебательных движений земной коры преобразованы в структуры, которые, в слабо нарушенных зонах осадконакоплений, образовали складки; складка представляется волнообразной поверхностью, включающей антиклинали и синклинали (см. рисунок ниже).

Почти вся совокупность разведанных для подземного хранения структур представляет собой антиклинали.

Высота - вертикальное расстояние между кровлей резервуара в макушке* (вершине) антиклинали и первой точкой возможной утечки газа: синклиналь или негерметичное нарушение (см. рисунок ниже).

Нарушения - это разломы горных отложений, приводящие к относительному перемещению одной части поверхности излома относительно другой.

Несколько опроделений:

- абсолютная отметка и глубина: абсолютные отметки обычно определяются по отношению к уровню моря; глубины - по отношению к поверхности земли;

Схема складки

Виды встречающихся сбросов

Подземное хранилище Жермина-су-Куломб: изобаты по кровле вельдского яруса

- кровля пласта: граничная поверхность между продуктивным пластом и вышележащим пластом;

- подошва пласта: граничная поверхность между продуктивным пластом и нижележащим пластом;

- изобаты линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками (- м/уровень моря) кровли или подошвы пласта;

- изопахиты. линии одинаковой тол1цины пласта или газоносной его части.

3.2.1.2. Разведка структур, пригодных для хранения в водоносном пласте (методология)

- Изучение документов (поисков нефтяных месторождений и рудников, диссертаций, других работ).

- Подготовка профаммы изыскания и исследований, чтобы получить *картину* недр, каждый этап позволяет уточнить и пополнить предшествующие знания.

- Сейсморазведка методом отраженных волн.

- Разведочное бурение, чтобы сопоставить с сейсмикой и иметь первоначальные данные по резервуару:

• геофизические методы исследования скважин;

• исследования извлечением воды;

• отбор керна.

- Новое бурение.

На каждом этапе делается обобщение и анализ собранных данных, чтобы сделать оценки все более и более точных параметров хранилищ или прекращения его разведки.

Мощные математические методы позволяют автоматически осуществить обобщение данных и построить наиболее вероятные карты изобат, изо-пахит, одинаковых петрофизических характеристик и т.д. Их использование и особенно анализ приводят к углублению геологических знаний и непрерывному пересмотру необходимых данных по мере развития разведочных работ.

Геологическое изучение хранилища не заканчивается закачкой газа, а может быть продолжено дополнительными научными исследованиями при расширении газонасыщенной зоны в процессе эксплуатации. Анализ результатов исследований некоторых скважин, пробуренных для эксплуатации, может также привести к углублению или поставить под угрозу представление о геологической структуре.

3.2.2. Физические механизмы течения в пористых средах

Породы, которые образуют водоносный горизонт, состоят из твердых, более или менее сцементированных частиц, между которыми сущвствуют связанные между собой пространства, что позволяет циркулировать воде и газу: говорят, что порода пористая и проницаемая.

Эти два свойства недостаточны, чтобы характеризовать пласт, и необходимо также знать капиллярные свойства, которые зависят не только от породы, но и от свойств флюидов, которые на-

ходятся в пласте и от истории их взаимного перемещения в породе.

Чтобы предвидеть механизм вытеснения воды и газа в пористой среде, необходимо характеризовать породу с трех точек зрения:

- пористость;

- проницаемость (абсолютная и относительная для различных возможных насыщенностей);

- капиллярные давления.

Изучение свойств пород обеспечивается благодаря бурению, которое позволяет отбирать образцы (керны) и проводить некоторые замеры в скважине (каротаж).

Здесь речь идет об изучении, офаниченном скважиной (или непосредственно прискважинной зоны в случав каротажа). Специальные исследования, продолжительные испытания, исследования интерференции скважин позволяют получить обширную информацию о зоне вокруг скважины или в пространстве между двумя скважинами.

3.2.2.1. "Гидравлические" свойства пород: пористость, проницаемость и сжимаемость

3.2.2.1.1. Пористость

Полная пористость =

Полный объем пустот (или пор)

в ф

Полный объем породы Пористость "открытая", или "полезная" =

Полный объем пустот (или пор), связанных между собой

Полный объем породы

Пористость "закрытая", или "не полезная" =

Полный объем пустот (или пор) изолированных

Полный объем породы

= Ф„-Ф.

Эти макроскопические определения имеют значение только при рассмотрении достаточного объема породы (как минимум несколько кубических сантиметров).

Полезная пористость (Ф), соответствующая объему пустот, способных служить приемной средой для флюидов, является вместе с проницаемостью главной характеристикой пласта-резервуара, предназначенного для хранения газа Её величина должна быть достаточной (10 - 30%).

Примечание.

Даже с очень низкими пористостью и проницаемостью (см. § 3.2.2.1.2.) некоторые трещиноватые породы могут бьп-ь пригодны для хранилищ.

3.2.2.1.2. Проницаемость характерная или абсолютная

Проницаемость - это характерное свойство материалов и пород для подземных хранилищ допускать движение флкэидрв; схематично она характеризует, таким образом, ви материала, поры которого связаны между собой. Хотя проницаемость и полезная пористость есть два различных параметра, порода, обладающая хорошей полезной пористостью, имеет, как правило, и хорошую проницаемость.

Закон Дарси.

При небольших скоростях течения скорость фильтрации флюида в пористой среде пропорциональна приложенному градиенту давления

u.--(gradp-ps)

и - скорость фильтрации (м с");

ц - динамическая вязкость флюида (Па с);

р - плотность флюида (кг • м-з);

д - ускорение силы тяжести (м с";

grab р- фадиент давления (Па м-);

grad р-рд- фадиент потенциала (Па • м");

к - тензор абсолютной проницаемости (м. При этом:

- нет химической реакции между флюидом и породой;

- присутствует только один флкэид. Проницаемость относится к понятию, имеющему

статистический характер, который необходимо всегда рассматривать связанным с элементом поверхности, размеры которой значительно больше поперечного сечения каналов, связывающих поры между собой, и размеров пор.

В системе СИ единица проницаемости есть квадратный метр, но обычно используется единица Дарси (Д): проницаемость такой пористой среды, которая в секунду пропускает 1 см флюида, динамическая вязкость которого 1 сП, под дей-ст-вием градиента давления 1013 мбар на сан-ти-метр, через площадь 1 см

1 Д = 0,9869-10-«м2.

1 Дарси соответствует высокой проницаемости, поэтому чаще используют миллидарси (1 мД * = 10-4 = 0,9869-10-5 м.

Абсолютная проницаемость зависит от многочисленных факторов (природы, горной породы, глинистости, микротрещиноватости и т.д.); дадим для сведения порядок величин:

- глины и мергели: О -1 мД;

- соль (галит): 10" -10- мД;

- известняки: О - 2 ООО мД

(несколько мД в известняковых коллекторах на большой глубине - газовые месторождения у подножия Пиринеев - до нескольких тысяч мД в доломитовых коллекторах - Парантис - или меловых, Экофиск);

- алеврит, чистый очень мелкозернистый песчаник; песчаник чистый, не очень мелкозернистый: 5 -100 мД (рэтские отложения, бассейн Парижа);

- песчаник средний, достаточно чистый, конгломераты: 100 -1500 мД (Кейпер, бассейн Парижа);

- песок, крупнозернистый чистый песчаник: 500 -15000 мД (Люссанет-Изот).

Абсолютная проницаемость коллекторов, используемых для подземных хранилищ газа, порядка 300 - 5000 мД.

Если два флюида одновременно присутствуют в пористой среде (двухфазное течение), можно применять закон Дарси для каждого из двух флюидов при условии замены абсолютной проницаемости эффективной проницаемостью, которая зависит от распределения этих двух флюидов в пласте, и принятия градиента потенциала для рассматриваемой фазы флюида.

Относительная проницаемость (Ко) для одного флюида в присутствии другого, это отношение эффективной проницаемости (для данного флюида) к абсолютной проницаемости. 3.2.2.1.3. Сжимаемость

Р = -рэр-

р - ПЛОТНОСТЬ (кг • М-З); Р - давление (Па);

р -коэффициент сжимаемости при постоянной температуре (Па-).

3.2.2.1.3.1. Сжимаемость пород

Различают сжимаемость образца (), полученную с помощью экспериментальных исследований, в котором в зависимости от эквивалентного давления определяется изменение среднего напряжения, и сжимаемость матрицы {fijj, соответствующую материалу породы без учета пустот и пор.

Порядок величин:

Po-10-s-4-10-»6ap-; Ри-10-5-10-ббар-

3.2.2.1.3.2. Сжимаемость флюидов (рф) Вода пресная: 4,5-10-* бар-.

Рассол насыщенный NaCI: 2,8 10-* бар-Ч Природный газ: для идеального газа = Р-\ для Р - 100 бар: р,-10-2 бар-.

3.2.2.1.3.3. Кажущаяся сжимаемость

Изучение фильтрации флюида в пористой среде приводит к рассмотрению фильтрации флюида с кажущейся фиктивной сжимаемостью (р.) в не-деформируемой среде

ft R хО ft *-

3.2.2.2. Влияние одновременного присутствия двух флюидов вода и газ) в пористой среде

насыщенность, капиллярное давление, гистерезис)

3.2.2.2.1. Нвсыщенность

Насыщенность пористой среды флю1шрм - это отношение объема этого флкмвда к объему содержащих их пор.

Насыщенность газом: Sr.

Насыщенность водой: S..

Sr + S, = 1.

3.2.2.2.2. Капиллярное давление

Вследствие малости размеров пор и каналов, которые их соединяют, капиллярные явления и свя-

занные с ними понятия поверхностного натяжеция и смачиваемости играют большую роль в распределении флюидов внутри норового массива. В самом деле, при внедрении газа в поровый канал для преодоления действия поверхностного натяжения на поверхности раздела газ-вода необходимо, чтобы газ имел давление выше, чем вода. Избыточное давление, соответствующее величине, названной капиллярным давлением, зависит от радиуса рассматриваемого перового канала и обратно пропорционально ему. Капиллярное давление достигает нескольких десятков миллибар для пор, имеющих радиус порядка десятой доли миллиметра; оно превышает 100 бар для капилляров незначительных размеров (порядка 0,01 мкм , в глинистых покрышках перовых резервуаров. Необходимо отметить, что это действие капиллярных сил обеспечивает герметичность покрышек, которые в строгом смысле никогда не могут быть полностью непроницаемыми. Однако при больших площадях (несколько десятков квадратных километров) покрышек и значительном избыточном давлвнии заметная фильтрация флюида возможна.

Принимают, что капиллярное давление Рк для системы вода-воздух (очень близкое к сочетанию вода-природный газ) определяется по мнемо-техническому соотношению:

Рк(вбар).

1,46

радиус канала (выражвнный в мкм)

На практике капиллярное давление для условий создания хранилища - это перепад давления между газовой фазой и водяной фазой; это понятие локальное, макроскопическое и статистическое, так как оно включает всю сложность распределения пор и перовых каналов пористой среды.

3.2.2.2.3. Гистерезис гидравлических свойств

Капиллярное давление и врдо- (или газо-) насыщенность связаны соотношением, которое не однозначно, так как элементарный объем пористой среды может для одной и той же насыщенности быть пропитгш по-разно1иу: это явление гистерезиса капиллярых давлений (см. рисунок на стр. 388).

Несколько определений:

- первое дренирование: процесс, во время которого несмачиваю1ций флюид (газ) заполняет пористую среду, насыщенную первоначально смачивающим флюидом (водой);

- дренирование: процесс, во время которого насыщенность несмачиваемым флюидом увеличивается;

- пропитывание (впитывание): процесс, во время которого насыщенность смачивающим флюидом увеличивается (обратный дренированию);

- давление вытеснения: самое низкое избыточное давление, выше которого возможно внедрение газа в образец пористой среды, первоначально насыщенного водой (лабораторное);

- пороговое давление: самое низкое избыточное давление (выше давления вытеснения), позволяющее газу пройти через образец (лабораторное);

- остаточная вода: вода не может быть полностью вытеснена газом, она соответствует от-