Геология и развитие нефтяной и газовой промышленности

1. Значение геологии в развитии нефтяной и газовой промышленности страны Пожалуй, ни в одной отрасли горного дела успех открытия новых месторождений полезных ископаемых не зависит так от достижений геологической науки, как в поисках залежей нефти. С другой стороны, и развитие геологической науки в весьма большой мере обуславливается ее тесной связью с практикой нефтепромыслового дела. Давно миновало время, когда для заложения первых разведочных скважин можно было руководствоваться выходами нефти на дневную поверхность или другими, так называемыми прямыми признаками наличия ее в недрах. Но и при исследованиях старыми методами полевой геологической съемки уже очень мало можно почерпнуть данных о геологическом строении тех глубин, на которых сейчас ищут нефть.
Подмеченное в процессе практической работы распределение нефтяных залежей полосами, параллельными направлению горных кряжей, и объяснение этой закономерности антиклинальными линиями, данное геологами, укрепило в сознании практиков нефтяного дела мысль о том, что успех поисков нефтяных залежей в недрах осадочных толщ возможен лишь в том случае, если эти поиски будут вестись на основе данных геологии. Геологи же скоро убедились, что можно оградить практиков от лишних затрат на дорогостоящие буровые скважины, если основываться не на изучении небольших участков нефтяных месторождений, а на широких региональных геологических исследованиях, тесно увязанных с определением пород, -добываемых при бурении скважин. Геологическими вопросами при разработке месторождений нефти и газа занимается прикладная наука нефтегазопромысловая геология. Основные задачи, решаемые ею включают: - геолого-промысловое обоснование технологических решений проектирования разработки, - регулирование процесса разработки, - регулирование и учет фонда скважин, - принятие решений о переводе скважины из одного состояния в другое. - контроль добычи нефти, газа и воды и их динамики по скважине, - эксплуатационному объекту и месторождению в целом. НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОЛОГИЯ — отрасль науки геология нефти и газа, впервые оформившаяся в СССР, изучает обширный круг вопросов разведки и разработки нефтяных и газовых м-ний: геол. обслуживание процесса бурения скважин, распознавание геол. структуры м-ния, поиски более глубоко залегающих продуктивных горизонтов и выбор дальнейших направлений разведки, изучение строения нефтегазосодержащих коллекторов и их физ. свойств, исследования физико-хим. свойств нефти, газа и воды в пластовых условиях, изучение природы пластовой энергии (режимы залежей), подсчеты запасов нефти и газа и т. д. В комплексе с подземной гидравликой и отраслевой экономикой Г. н. составляет базу для проектирования рациональных систем разработки конкретных м-ний и залежей, для контроля за правильностью эксплуатации скважин и залежей в целом, а, следовательно, для планирования нефтегазодобычи. Геолог ищет глину и барит для приготовления бурового раствора. Геолог нужен, чтобы найти воду для работы буровой. Геологом начинается и завершается нефтегазовое производство. Геолого-промысловое обоснование технологических решений проектирования разработки При геолого-промысловом обосновании технологических решений проектирования разработки решаются следующие проблемы: А). Выделение эксплуатационных объектов на многопластовых залежах. Предварительно эксплуатационные объекты выделяются при решении вопроса об этажах разведки, и принципы решения этой проблемы были уже обсуждены. Б). Выбор альтернативы – вести разработку с использованием природной энергии добычи углеводородов, или необходимо искусственное воздействие на залежь. Если принято решение об искусственном воздействии, должно быть принято решение о методе этого воздействия. В) Выбор метода воздействия и взаимного размещения нагнетательных и добывающих скважин. В настоящее время существуют различные методы заводнения: законтурное, приконтурное и различные виды внутриконтурного. Регулирование процесса разработки В результате регулирования процесса разработки, во-первых, должна быть обеспечена предусмотренная проектным документом динамика добычи углеводородов по объекту разработки. Во-вторых, на ранней стадии разработки регулирование должно способствовать выводу объекта на максимальный проектный уровень добычи. На II и III стадиях решаются задачи сохранения максимального уровня добычи нефти и газа возможно более длительное время Достижение по залежи проектного коэффициента извлечения нефти На IV стадии - главной задачей является доизвлечение нефти. Наконец, в результате регулирования разработки должно быть достигнуто всестороннее улучшение экономических показателей, которое достигается максимальным использованием фонда пробуренных скважин, и закачкой вытесняющих реагентов. Регулирование разработки проводят двумя путями - через уже пробуренные скважины, или с изменением (уплотнением) системы разработки. Геолог на промысле также ведет регулирование и учет фонда скважин. Он принимает решение о переводе скважины из одного состояния в другое. В задачу нефтегазопромысловой геологии входит также контроль добычи нефти, газа и воды и их динамики по скважине, эксплуатационному объекту и месторождению в целом. Для этого составляются следующие документы: - геологический отчет по эксплуатации скважин; - карта текущего состояния разработки; - карта суммарных отборов и закачки по скважинам; - технологический режим работы скважин. Ведется контроль пластовых давления и температуры; охвата эксплуатационного объекта процессом вытеснения; внедрения нагнетаемой воды в продуктивные пласты и заводнения продуктивных пластов. 2. Геологическая деятельность подземных вод, в чем она заключается, каковы результаты Виды вод нефтяных и газовых месторождений: С позиций промысловой геологии воды нефтяных и газовых месторождений делятся, на собственные, чуждые и техногенные(искусственно введенные в пласт). К собственным относятся остаточные и пластовые напорные воды, залегающие в нефтегазоносном пласте (горизонте). Собственные пластовые воды- один из основных природных видов вод местрождений углеводородов. К чужим относятся воды верхние и нижние, грунтовые и, тектонические. Техногенные – воды закачанные в пласт для поддержки пластового давления, а также попавшие при бурении скважин или при ремонтных работах. Состав и свойства пластовых вод имеют большое значение для разработки залежей нефти и газа и их добычи, так как от них зависит течение многих процессов в дренируемом пласте. Для нефтегазопромысловой геологии существенно то, что минерализованные воды имеют повышенную отмывающую способность нефтяных пластов-коллекторов. Их использование при заводнении залежей способствует повышению коэффициента вытеснения нефти, а следовательно и конечного коэффициента извлечения нефти. Вода имеет ведущее значение в жизни нефти. В воде, из органических остатков она образуется, среди подземных вод преобразуется и созревает. С водой она перемещается. Вода – это гигант, который несет на своих плечах карлика – нефть.
При бурении и эксплуатации нефтяных скважин расходуются гигантские количества воды, которые необратимо загрязняются.

3. Хемогенные породы ХЕМОГЕННЫЕ ПОРОДЫ (от хемо . и .ген), осадочные горные породы, образовавшиеся в результате химического осаждения разнообразных веществ из раствора и накопления на дне водоемов. Представлены железными и марганцевыми рудами, фосфоритами, доломитами, солями и др.
Хемогенные породы образуются в результате выпадения солей в осадок. К ним относятся хемогенные известняки, доломиты, каменная соль, гипс и ряд других. Каменную соль, гипс – породы, которые выпадают в осадок при испарении водоемов, называют также эвапоритами(в переводе эвапор-испарение). В настоящее время условия образования эвапоритов возникают, например, в Аральском море, в заливе Кара-Богаз-Гол. Каменная соль состоит из минерала галита, поэтому толщи каменной слои иногда называют галитовыми. Другой, широко распространенный вид хемогенных легких пористых пород – известковый туф. Сульфаты и другие соли образуются путей выпадения из растворов. Минералы групп сульфатов, хлоридов, боратов, нитратов и фторидов выделяются в разнообразных морфологических формах, размеры которых достигают 10 мм в диаметре. Фосфатные породы образованы скоплениями скелетных остатков фосфорсодержащих организмов, продуктов их жизнедеятельности и (или) хемогенными выделениями различной формы - зернами, кристаллами, оолитами, конкрециями и др. Алюминиевые породы (аллиты) содержат определенное количество минералов, глинозема и возникают в результате химического выветривания пород источников сноса и либо остаются на месте своего образовання, либо переотлагаются под влиянием гравитационных факторов. Железистые породы (ферриты) в качестве породообразующих компонентов содержат оксиды, силикаты, карбонаты и сульфиды железа. Накапливаются ферриты в элювии, либо могут быть смещены из зоны выветривания и переотложены в путях переноса и в конечных водоемах стока. Характерна также аутигенная железистая минерализация. Марганцевые породы (манганиты) сложены марганецсодержащими минералами оксидов, гидроксидов и карбонатов, которые образуются в результате химических процессов при выветривании. Марганцевые накопления могут залегать в виде руд в элювии, либо быть переотложенными химическим и биохимическим путем. Вулканогенно-осадочные породы состоят на продуктов синхронного (в геологическом смысле) вулканизма, смешанных в различных количествах с вышеописанными компонентами обломочных, карбонатных, кремнистых и других отложений 4. Особенности поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений Поисково-разведочный (геологоразведочный) процесс – это совокупность взаимосвязанных последовательных работ (поисково-разведочных, или геологоразведочных, ГРР), научных и технологических исследований, должных обеспечить открытие, оценку и подготовку к разработке полезного ископаемого. Для него характерны следующие особенности. - Многоступенчатость, которая предполагает последовательное проведение взаимообусловленных разномасштабных работ и использование разнообразных методов - от аэрокосмических до геофизических (ГИС) и технологических исследований в скважинах. - Длительность. Геологоразведочный процесс занимает годы и десятки лет. Например, поиски углеводородов в Западной Сибири начались в конце 30-х годов, первый промышленный приток газа был получен в 1953 году, а нефти 1959 г. - Все увеличивающаяся дороговизна. Это вызвано тем, что объектами поисков становятся все более глубокозалегающие толщи, площади на шельфе, работы ведутся во все более сложных геологических и климатических условиях. Геологоразведочный процесс - характерный пример природно-деятельностной системы. Он планируется и должен осуществляться в соответствии со следующими принципами: 1. Рациональная полнота исследования объекта 2. Последовательность приближений в геологической изученности объекта 3. Относительная равномерность (равная достоверность) изучения объекта. 4. Наименьшие трудовые и материальные затраты при подготовке месторождения к освоению. 5. Наименьшие затраты времени при подготовке месторождения к освоению. 5. Характеристика водонапорного режима работы залежей Водонапорный режим - режим работы нефтяных залежей, при которых нефть вытесняется из пласта под действием напора контурных вод. Различают два режима упруго-водонапорный и водонапорный. При водонапорном режиме основным видом энергии является напор краевой воды, которая внедряется в залежь и относительно быстро полностью компенсирует в объеме залежи отбираемое количество нефти и попутной воды. В процессе эксплуатации залежи в ее пределах происходит движение всей массы нефти. Объем залежи постепенно сокращается за счет подъема ВНК (водоносный пласт-коллектор). При этом режиме с целью уменьшения отборов попутной воды из пласта в скважинах, пробуренных вблизи ВНК или в его пределах, нижнюю часть нефтенасыщенного пласта обычно не перфорируют. Режим свойственен залежам, приуроченным к инфильтрационным водонапорным системам, при хорошей гидродинамической связи залежи с законтурной зоной пласта и с областью питания. Водонапорный режим отличают следующие особенности динамики показателей разработки: - тесная связь поведения динамического пластового давления с величиной текущего отбора жидкости из пласта- относительно небольшое снижение его при увеличении отбора, неизменная величина при постоянном отборе, увеличение приуменьшении отбора, восстановление почти до начального пластового давления при полном прекращении отбора жидкости из залежи; область снижения давления обычно ограничивается площадью залежи; - практически неизменные на протяжении всего периода разработки средние значения промыслового газового фактора; - достигаемый высокий темп добычи нефти в период высокой стабильной добычи нефти, называемый 2 стадией разработки-до 8-10% в год и более от начальных извлекаемых запасов; отбор за основной период разработки(за первые три стадии) около 85-90% извлекаемых запасов нефти; - извлечение вместе с нефтью в период падения добычи нефти попутной воды, в результате чего к концу разработки отношение накопленных отборов воды и нефти (водонефтяной фактор- ВНФ) может достигать 0,5-1. При водонапорном режиме достигается наиболее высокий коэффициент извлечения нефти – до 0,6-0,7%. Это обусловлено способностью воды, особенно пластовой минерализованной, хорошо отмывать нефть и вытеснять ее из пустот породы –коллектора, а также сочетанием исключительно благоприятных геолого-физических условий, в которых действует рассматриваемый режим. Водонапорным режимом характеризуют отдельные залежи в терригенных отложениях Грозненского района, Самарской, Волгоградской и Саратовской областей и других районов. Упруговодонапорный режим - Проявление упругого расширения нефти, связанной воды, воды в водоносной области, пород пласта в нефтяной залежи и в водоносной области и энергии напора краевых вод в водоносной области.
Режим при котором нефть вытесняется из пласта под действием напора краевой воды, но в отличие от водонапорного режима основным источником энергии при этом служит упругость пород-коллекторов и насыщающей их жидкости. 6. Характеристика Восточно-Сибирской нефтегазоносной провинции.
Восточно-Сибирская нефтегазоносная провинция, до настоящего времени не разрабатывавшаяся в должном объеме, является основным резервом для будущего прироста запасов и обеспечения добычи нефти и газа России. Отдаленность, незаселенность, отсутствие необходимой инфраструктуры и суровые погодно-климатические условия, характерные для этих краев затрудняют разведку и добычу нефти. Тем не менее, по мере истощения месторождений в традиционных районах добычи, развитие нефтедобывающей отрасли в Восточной Сибири становится приоритетной задачей для нефтяников. Огромная роль в ее решении отводится строительству нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан», который позволит транспортировать добытую здесь нефть в порты Дальнего Востока. Восточно-Сибирскую НГП образуют Красноярский край, Республика Саха (Якутия) и Иркутская область. Крупнейшим месторождением является Верхнечонское, открытое в 1978 году. Самая древняя Восточно-Сибирская платформа имеет площадь около 4млн.кв.км. Абсолютный возраст Архейского –протерозойского фундамента почтии 400млрд.лет. Границами платформы являются разновозрастные складчатые сооружения. На юге и юго-западе архейские сооружения Восточных саян, на юго-востоке Байкальская складчатая страна, на северо-востоке –Верхоянское мезозойское складчатое сооружение. Западная граница платформы по кембрийским складчатым сооружениям(Енисейский кряж и Туруханское поднятие). В настоящее время многие ученые считают, что западная граница проходит к западу от Енисея на 300км. По глубинному разлому. На севере по Таймырской депрессии. Разрез осадочных отложений, выполняющий рассматриваемый бассейн, включает два основных структурных этажа. Нижний слагается нижне-среднепротерозойскими терригенными породами большой мощности. Второй этаж начинается с карбонатно-терригенных отложений вендского возраста, далее следует кембрийско-нижнекаменноугольные карбонатоно-терригенные породы, а выше- каменноугольные, пермские и нижнетриасовые отложения, выделяемые в тунгусскую серию. Последняя слагает с поверхности Тунгусскую синеклизу и представлена туфо-лавовыми породами(туфы, туффиты, базальты) нижнего триаса мощностью –до 1500м и промышленно угленосными свитами. Мощность второго этажа меняется от 4-6км. во впадинах, до 3-4км. на поднятиях. Разрез отложений сильно насыщен трапповыми (габбро-диабазы) пластовыми интрузиями большой мощности, значительно развитыми по площади и многочисленными дайками. Зона сгущения траппового магматизма, связанная с глубинными разломами, образует крупное кольцо, обрамляющее собственно Тунгусскую синеклизу. Насыщенность траппами весьма неравномерна. Структурный основной план Восточно-Сибирского бассейна определяется крупными впадинами, кристаллический фундамент которых погружен на глубину более 6км. Региональные нефтегазоносные комплексы и горизонты имеют нижекембрийский и вендский возраст. В пределах Восточно-Сибирской платформы выделено три нефтегазоносных провинции см. табл. Сибирская (Восточно-Сибирская) платформа Ангаро-Ленская (Лено-Тунгусская) Лено-Тунгусская плита Марковское, Среднеботуобинское Лено-Вилюйская Вилюйская синеклиза Средневилюйское Енисейско-Хатангская (Енисейско-Анабарская) Енисей-Хатангский, Лено-Анабарский прогибы Пеляткинское Восточная Сибирь и Республика Саха (Якутия) - одни из наиболее перспективных нефтегазоносных территорий России. Здесь выявлены и разведаны крупные запасы нефти и природного газа, имеется значительный ресурсный потенциал. Среди открытых (более 60) месторождений, у 16 извлекаемые запасы превышают 100 млн. т, а у 3 - 1 млрд. т УУВ. Наиболее крупные месторождения - Талаканское, Верхнечонское, Юрубчено-Тохомское, Ковыктинское, Чаяндинское. Нефтегазовый потенциал южных районов Восточной Сибири и Республики Саха (Якутия) оценивается в размере 6,0 млрд. тонн нефти (1,2 млрд. т - запасы категорий С1 и С2, 4,8 млрд. т - ресурсы категорий С3 и Д1) и около 20 трлн. м3 газа (7,7 трлн. м3- запасы категорий С1 и С2). 7. Инженерно-геологические факторы, осложняющие ведение горных работ Природные факторы включают: а) климатические (количество выпадающих атмосферных осадков, температура, испарение, степень влажности и др.). Установлено, что в период паводков притоки воды в горные выработки увеличиваются на 30-40% по сравнению со среднегодовыми при горизонтальном залегании и иногда на 200-300% при развитии карста или наличии дизъюнктивных нарушений. Для гидрогеологических условий ведения горных работ поверхностные воды оказывают существенное влияние до глубины 100-250 метров. б) геоморфологические (рельеф местности, степень обнаженности коренных пород, наличие многолетней мерзлоты, поверхностных текущих вод и др.). Как правило, наиболее обводненными горными выработками являются те, которые расположены под долинами рек и оврагов. в) геологические (литологический состав вмещающих пород, структурные особенности, тектоническая нарушенность). Замечено, что наиболее сложные гидрогеологические условия наблюдаются на месторождениях, где пласт полезного ископаемого залегает между рыхлыми водопроницаемыми породами. Крепь горных выработок испытывает при этом горное давление во много раз большее, чем если бы в кровле выработки залегали скальные породы. г) Пески-плывуны также создают весьма неблагоприятные условия при ведении горных работ, даже при малой общей обводненности месторождения. Притоки здесь зависят от степени вскрытия пород горными выработками, мощности и состава покровных отложений. В скальных породах при равномерной их трещиноватости даже значительная обводненность не осложняет ведение горных работ, тогда как зоны тектонических нарушений (отдельные крупные тектонические трещины) или закарственность пород могут неожиданно весьма осложнить ведение горных работ и при малых общин ресурсах подземных вод. В таких случаях характерны большие водопритоки в горные выработки, внезапные прорывы, обрушение кровли, образование провалов на поверхности и пр. д) гидрогеологические (количество водоносных горизонтов, их мощность, напоры, гидравлическая связь с поверхностными водами, изменение водопроницаемости пород с глубиной и др., т.е. необходима количественная оценка гидрогеологических условий).
Инженерно-геологические факторы: 1)Сдвижение горных пород в массиве При освоении месторождений полезных ископаемых основным объектом инженерно-геологического изучения являются массивы горных пород. Процесс оседания и сдвижения горных пород, достигая поверхности Земли, вызывает ее деформации и формирование мульды сдвижения. Причем оседание участков поверхности в зоне сдвижения неравномерно и увеличивается от ее границ к центру. Высота зоны обрушения составляет от 2-х до 6-ти кратной мощности вынимаемого пласта. Выше последовательно располагается зона трещинообразования, высотой 20-40 кратной мощности пласта.
2)Горное давление В результате действия главным образом гравитационных и тектонических сил, а также изменения температуры верхних слоев земной коры в массиве горных пород, возникают напряжения на поверхностях контакта порода-крепь. Давление, передаваемое горными породами при их перемещении (сдвижении), деформациях и разрушении на крепь, целики, предохранительные слои, стенки горных выработок и другие конструктивные элементы, называется горным давлением. Таким образом, горное давление может возникать только при наличии горных выработок. Чтобы не допустить массового обрушения пород в призабойное пространство с разрушением крепи, применяют различные способы управления горным давлением. Например, полное обрушение и закладку выработанного пространства, которая препятствует прогибу слоев кровли, ликвидируя чрезмерные изгибающие моменты и возможность обрушения. 3)Горные удары Горный удар – это мгновенное освобождение упругого сжатия горных пород, сопровождающееся быстрым разрушением предельно напряженных участков полезного ископаемого и горных пород, прилегающих к подземной горной выработке. Сопровождаются выбросом пород в горную выработку, сильным звуковым эффектом, возникновением мощной воздушной волны и сотрясением пород. Разрушение происходит лавинообразно и совершается образованием устойчивой по форме полости при подпоре со стороны выброшенных пород. 4)Газодинамические явления Газодинамические явления – это быстропротекающие геологические явления в виде разрушения газоносных пластов углей (руд) и горных пород в призабойных частях подготовительных и очистных выработок, сопровождающиеся повышенным выделением газа и перемещением или выбросом разрушенных масс в выработку. 5)Вывалы горных пород Вывалы горных пород – местное выпадение отделившейся от массива части горных пород или угля, преимущественно из кровли горных выработок при наличии в массиве зон дробления, слоистости, трещиноватости и пр. 6)Разуплотнение и расслаивание горных пород При вскрытии горных пород горными выработками и карьерами происходит их разуплотнение, т.е. образование по контуру горных выработок зоны повышенной трещиноватости в результате раскрытия скрытых и закрытых трещин и образование новых. 7)Выдавливание (пучение) пород В отличие от опускания и обрушения, выдавливание проявляется в смещении пород не только в направлении действия силы тяжести, т.е. сверху вниз, но и по другим направлениям, от периферии к центральной части выработанного пространства. Пучение почвы пласта полезного ископаемого обусловлено в основном действием горного давления. Вызывает деформации горных выработок, деформации и разрушение крепей и иногда приводят к полному их разрушению. Данные наблюдений свидетельствуют, что явление выдавливания (пучения) связано в основном с разнообразными глинистыми породами – глинами, аргиллитами, алевролитами, редко с глинистыми песчаниками, особенно при их увлажнении, размокании и размягчении, в зонах тектонических нарушений. Искусственные факторы: К числу искусственных факторов обводненности горных объектов относятся: а) вскрытие горными выработками незатампонированных скважин или старых заброшенных выработок. Обычно после окончания буровых работ, из скважин извлекаются обсадные трубы и производится их тампонаж вязким глинистым раствором или цементом. При плохом тампонаже скважин вода может прорваться в горные выработки, сопровождаясь выносом обломочного материала, разрушением кровли и оборудования. В целях безопасности ведения горных работ бурение технических скважин прекращают за 2-3 метра до встречи с горной выработкой. В старых заброшенных выработках может скапливаться большое количество воды. Как правило, такие воды кислые и агрессивны по отношению к оборудованию. Прорывы воды в действующие горные выработки весьма опасны и носят катастрофический характер. б) способ и системы разработки. При проведении горных работ с обрушением кровли на поверхности образуются локальные понижения в рельефе (воронки, трещины), которые способствуют скоплению застойных вод и проникновению их в более глубокие горизонты и непосредственно в горные выработки. При таких условиях посадку лавы можно производить только при мощной толще пластичных пород (глин, аргиллитов, пластичных глинистых сланцев), в которых в зоне обрушения не возникают открытые трещины. Особую роль этот фактор приобретает, если горные выработки расположены в долинах рек и балок. в) не рекомендуется отводить шахтные воды по поверхности шахтного поля канавами и по балкам, производить орошение сельскохозяйственных угодий, строить плотины, если породы водопроницаемы. Все это в совокупности обязывает при оценке условий обводненности месторождения учитывать характер взаимодействия каждого из природных и искусственных факторов в формировании режима шахтных вод и необходимость проведения современного осушения шахтного поля.