что такое аномально высокое пластовое давление
Аномальные зоны: ликвидация осложнений. Вскрытие и бурение зон с высоким и низким пластовым давлением
Описаны специфика и сложности вскрытия и бурения зон с аномально высоким и низким пластовым давлением. Проведен анализ возможных осложнений при сооружении и экс-плуатации скважин в данных условиях. Даны рекомендации позволяющие снизить риски возникновения внештатных ситуаций при проведении буровых и эксплуатационных ра-бот в зонах с аномально высоким и низким пластовым давлением.
Как известно, при нормальных условиях пластовое давление в каждой точке залежи нефти и газа равно гидростатическому давлению, замеренному на уровне ВНК, плюс избыточное давление. В природных условиях существует много залежей, особенно на больших глубинах, имеющих пластовое давление, значительно превосходящее расчетное гидростатическое [1]. Возникновение аномально высокого пластового давления объясняется следующими причинами:
1. Передачей части горного давления на залежь. Если скелет породы слабый, то часть горного давления передается на жидкость или газ, находящиеся в ее порах. К таким породам со слабым скелетом, в частности, относятся глины. Поэтому в изолированных линзовидных, карманообразных резервуарах, находящихся внутри глинистых толщ, возникают аномальные давления, превышающие нормальное гидростатическое давление.
2. Кратковременное повышение пластового давления возникает при землетрясениях или сдвигах земной коры. Многочисленные наблюдения показывают, что в сейсмически активных областях перед землетрясением повышаются дебиты нефти в скважинах.
3. Тектонические движения по разломам. В приподнятом блоке залежи, разорванной разломами, в течении длительного времени, будет сохраняться прежнее высокое пластовое давление, характерное до ее вздымания.
4. Вторичное увеличение объема залежи в зонах высоких температур. В зонах больших глубин и высоких температур сложные углеводородные соединения с длинными цепями разрушаются с образованием большого количества простых молекул. Увеличение числа молекул приводит к увеличению объема. Увеличение объема залежи приводит к возрастанию давления внутри замкнутого резервуара. По этой причине в газоконденсатных залежах, образующихся за счет разрушения газонефтяной залежи, часто наблюдается аномально высокое пластовое давление.
5. Вторичное сокращение объема пор в коллекторах при кристаллизации цемента в законтурных частях резервуара. Залежь при этом приобретает замкнутый или полузамкнутый характер.
Таким образом, аномально высокое пластовое давление может возникать под действием разных причин, но главными из них являются замкнутая линзовидная форма резервуара и ее запечатанность со всех сторон непроницаемыми породами [2].
Все аномально высокие пластовые давления фиксируются только в непрочных коллекторах (глины, соль), в то время как в крепких телах, обладающих более жестким и прочным скелетом, аномально высокое пластовое давление практически нигде не зафиксированы [3].
В недрах Земли существуют также залежи, имеющие аномально низкое пластовое давление. Его появление может быть обусловлено вторичным увеличением объема резервуара ввиду возникновения вторичной трещиноватости. Пониженные давления возникают и при повторном опускании залежей. При этом восстановление нового пластового давления происходит не сразу, и в течении длительного геологического времени в залежи будет сохранятся низкое пластовое давление, существовавшее до ее опускания. Теоретическим обоснованием смены с глубиной нефтяных залежей газоконденсатными и газовыми явились по критериям определения границ существования жидких углеводородов. Согласно мнению отдельных исследователей, зона исчезновения нефтяных залежей располагается под изотермической поверхностью 200 0 С, залегающей в зависимости от градиентов на глубинах от 2,8 до 9,5 км.
На природу возникновения аномально высокого пластового давления существует две гипотезы: экзогенная и эндогенная. Экзогенная включает в себя явления уплотнения, катагенетических преобразований, пород, осмоса, теплового воздействия на залежь и др. Эндогенная гипотеза объединяет явления тектогинеза, внедрения флюидов из подкорковых глубин. Эндогенная гипотеза наиболее предпочтительна, так как рассматривает больше аспектов, которые могут являться причиной аномально высокого пластового давления.
Месторождения с аномально высокими пластовыми давлениями широко распространены во всем мире: Новая Гвинея, Ява, Бирма, Пакистан, Афганистан, Иран, Румыния, Алжир, Колумбия, Перу, США, Россия, Туркмения, Украина, Казахстан, Азербайджан.
Прогнозирование и количественное определение зон аномально высокого пластового давления в процессе бурения необходимо для безаварийной проводки скважин в глубокозалегающих мощных глинистых толщах [3]. Решение этой задачи входит в обязательный комплекс геолого-технологических исследований. Для выделения зон с аномально высоким пластовым давлением используются как технологические параметры, так и данные геолого-геофизических исследований разрезов скважин.
Существуют три группы метода прогноза аномально высокого пластового давления:
Оперативным методом прогноза пластовых давлений без остановки бурения является метод d-экспоненты и метод σ-каротажа [4]. Эти методы основаны на математической зависимости геометрии долота [7], показателей работы долота и режима бурения [8].
Обеспечить исправное состояние бурильных труб, противовыбросового и бурового оборудования. При возникновении проявления, принять меры к герметизации устья. После закрытия превенторов при газонефтеводопроявлениях необходимо установить наблюдение за возможным возникновением грифонов вокруг скважины и пропусков (жидкости, газа) в соединениях и узлах противовыбросового оборудования.
Для предупреждения газонефтеводопроявлений и обвалов стенок скважины в процессе подъема колонны бурильных труб следует производить контролируемый долив и контролировать объем вытесненного бурового раствора. Режим долива должен обеспечивать поддержание уровня раствора в скважине близким к ее устью. Предельно допустимое понижение уровня раствора устанавливается проектом с учетом допусков установленных правилами. Свойства бурового раствора, доливаемого в скважину, не должны отличаться от находящегося в ней.
Объемы вытесняемого из скважины при спуске бурильных труб и доливаемого раствора при их подъеме должны контролироваться и сопоставляться с объемом поднятого или спущенного металла труб бурильной колонны. При разнице между объемом доливаемого бурового раствора и объемом металла поднятых труб более 0,5 м 3 подъем должен быть прекращен и приняты меры, предусмотренные документацией по действию вахты при прямых и косвенных признаках начала и развития газонефтеводопроявлений.
Перед и после вскрытия пластов с аномально высоким давлением, при возобновлении промывки скважины после спускоподъемных операций, геофизических исследований, ремонтных работ и простоев начинать контроль плотности, вязкости, газосодержания бурового раствора следует сразу после восстановления циркуляции.
При вскрытии газоносных горизонтов и дальнейшем углублении скважины (до спуска очередной обсадной колонны) должен проводиться контроль бурового раствора на газонасыщенность.
Запрещается производить подъем бурильной колонны до выравнивания свойств бурового раствора по всему циклу циркуляции.
При бурении в продуктивном газовом пласте механическая скорость должна ограничиваться до значений, при которых обеспечивается дегазация бурового раствора [4].
Если объемное содержание газа в буровом растворе превышает фоновое на 5%, то должны приниматься меры по его дегазации, выявлению причин насыщения раствора газом (работа пласта, поступление газа с выбуренной породой, вспенивание и т.д.) и их устранению.
Таким образом, вскрытие и бурение зон с аномально высоким и низким пластовым давлением обладают своей спецификой и связано с определенными сложностями. Однако, соблюдение описанных выше рекомендаций позволит существенно снизить риски возникновения внештатных ситуаций при проведении буровых и эксплуатационных работ в зонах с аномально высоким и низким пластовым давлением [9], и как следствие повысить безопасность персонала, а также снизить сроки и стоимость строительства скважин.
Мищевич В.И., Сидоров Н.А. Справочник инженера по бурению. В 2-х томах. Изд.: Недра. 1973.
Новиков А.С., Сериков Д.Ю., Гаффанов Р.Ф. Бурение нефтяных и газовых скважин.- М.: Нефть и газ, 2017. – 307 с.
Сериков Д.Ю. Повышение эффективности шарошечного бурового инструмента с косозубым вооружением: Автореф. дис. …докт. техн. наук. – Ухта, 2018.
Егоров Н.Г. Бурение скважин в сложных геологических условиях. – Тула: ИПП «Гриф и К», 2006. – 301 с.
Keywords: abnormally high and low formation pressure, excavation of wells, the depth of rocks, the column is operational
Курсовая работа на тему «Природа аномально-высоких пластовых давлений»
В предлагаемой работе рассмотрены вопросы, связанные с аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД). Приведены понятия горного, гидростатического, пластового давлений. Рассмотрены вопросы изменения температуры и давления в зонах нефтяных и газовых скоплений. Особое внимание уделено механизму возникновения АВПД.
В предлагаемой работе рассмотрены вопросы, связанные с аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД). Приведены понятия горного, гидростатического, пластового давлений. Рассмотрены вопросы изменения температуры и давления в зонах нефтяных и газовых скоплений. Особое внимание уделено механизму возникновения АВПД.
. АВПД — аномально-высокое пластовое давление;
. АНПД — аномально-низкое пластовое давление;
Нужна помощь в написании курсовой?
. ВНК — водонефтяной контакт.
. ГВК — газо-водяной контакт;
. ГНК — газо-нефтяной контакт;
ВВЕДЕНИЕ
О природе и механизме образования АВПД высказано около 30 гипотез и предположений, нашедших отражение в многочисленных публикациях советских и зарубежных исследователей.
Проявление аномально высоких давлений сразу же привлекло к себе внимание в связи с проблемой бурения скважин.
Нужна помощь в написании курсовой?
Различные факторы могут привести к возникновению аномальных пластовых давленийт. е. давлений, которые отличаются от нормальных. Чтобы судить о причинах генезиса этих давлений, нужно понять необходимую роль петрофизических и геохимических параметров и их связь со стратиграфической, структурной и тектонической историей геологического развития изучаемых бассейнов и площадей.Так как условия образования аномальных давлений могут быть вызваны некоторыми факторами, следует с осторожностью подходить к выяснению их генезиса в новом районе. Нельзя механически переносить выявленные причины возникновения аномальных пластовых давлений в хорошо изученном районе на аналогичные условия в близлежащем районе, похожем по своему геологическому строению, который еще недостаточно изучен бурением[6].
Имеется множество объяснений возникновения повышенного давления в поровом пространстве, заполненном подземными флюидами: например, локальный прогрев некоторого объема подземной гидросферы, образование газовых залежей и т. п. Каждое объяснение характеризует лишь частные проявления аномалий и не может претендовать на обоснование факта существовании феномена на достаточно обширных территориях Западной Сибири, Северного Предкавказья, Волго-Уральского региона, Туркмении, Азербайджана и др [4].
Актуальность проблемы. Большие глубины обладают значимыми резервами для поисков залежей углеводородов, напротив, освоение недр в условиях таких глубин сталкивается с серьезными техническими проблемами в первую очередь, вызванными аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД). Аномальные пластовые давления в недрах замечались еще на заре развития нефтяной промышленности, но достаточно редко. Сейчас АВПД известны практически во всех типах нефтегазоносных бассейнов. И чем более поисковые работы уходят на большие глубины, тем очевиднее вывод: дальнейший прирост запасов углеводородов немыслим без умения осваивать залежи в зонах АВПД [1].
1. АНОМАЛЬНО-ВЫСОКОЕ ПЛАСТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
АВПД — давление, действующее на флюиды (воду, нефть, газ), содержащиеся в поровом пространстве породы, величина которого отличается отнормального (гидростатического) [4].
Пластовые давления, превышающие гидростатическое, т.е. давление столба пресной воды (плотностью 103 кг/м3), по высоте равного глубине пласта в точке замера, называют аномально высокими (АВПД), меньше гидростатического — аномально низкими (АНПД).
Аномально пластовое давление существует в изолированных системах. Природу возникновения и связь аномальных давлений не могут объяснить до сих пор.Основными причинами образования аномально пластового давления считают уплотнение глинистых пород, катагенетического преобразования пород и содержащегося в них органического вещества, процессы тектогенеза и геотермические условия земных недр. Каждый из этих факторов может преобладать в зависимости от геологического строения и истории развития региона. Однако, по мнению некоторых исследователей, важнейшим, по-видимому, является температурный фактор, т.к. коэффициент теплового расширения различных флюидов, заключённых в изолированном объёме пород, значительно больше, чем у минеральных компонентов горных породах.
Нужна помощь в написании курсовой?
Возникновение аномально-высокого пластового давления объясняется следующими причинами:
. Передачей части горного давления на залежь. Если скелет породы слабый, то часть горного давления передается на жидкость или газ, находящиеся в ее порах. К таким породам со слабым скелетом, в частности, относятся глины. Поэтому в изолированных линзовидных, карманообразных резервуарах, находящихся внутри глинистых толщ, возникают аномальные давления, превышающие нормальное гидростатическое давление.
. Вторичное увеличение объема залежи в зонах высоких температур. В зоне больших глубин и высоких температур сложные углеводородные соединения с длинными цепями разрушаются с образованием большого количества простых молекул. Увеличение числа молекул приводит к увеличению объема. Увеличение объема залежи приводит к возрастанию давления внутри замкнутого резервуара. По этой причине в газоконденсатных залежах, образующихся за счет разрушения газонефтяной залежи, часто наблюдается АВПД.
. Кратковременное повышение пластового давления возникает при землетрясениях. Наблюдения показывают, что в сейсмически активных областях перед землетрясением повышаются дебиты нефти в скважинах.
. Тектонические движения по разломам. В приподнятом блоке залежи, разорванной разломами, в течении длительного времени будет сохраняться прежнее высокое пластовое давление, характерное до ее воздымания.
. Вторичное сокращение объема пор в коллекторах при кристаллизации цемента в законтурных частях резервуара. Залежь при этом приобретает замкнутый и полузамкнутый характер.
Нужна помощь в написании курсовой?
Таким образом, аномально — высокое пластовое давление возникает под действием разных причин, но главными из них являются замкнутая линзовидная форма резервуара, ее запечатанность со всех сторон непроницаемыми породами.
В недрах Земли существуют также залежи, имеющие аномально низкое пластовое давление. Появление его может быть обусловлено вторичным увеличением объема резервуара ввиду возникновения вторичной трещиноватости. Пониженные давления возникают и при повторном опускании залежей. При этом восстановление нового пластового давления происходит не сразу, и в течении длительного геологического времени в залежи будет сохранятся низкое пластовое давление, существовавшее до ее опускания.
Аномально пластовые давления установлены бурением многочисленных скважин на суше и в акваториях при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых залежей в отложениях от плейстоцена до докембрия в широком интервале глубин. Более часто встречается АВПД, особенно они широко развиты на больших глубинах (более 4 км). Обычно АВПД превышают гидростатическое давление в 1,3-1,8 раза, значительно реже в 2,0 — 2,2; при этом они обычно не достигают значений геостатического давления, оказываемого весом вышележащих пород. Однако в единичных случаях на больших глубинах были зафиксированы АВПД, равные или превышающие значения геостатического давления, что по-видимому, обусловлено действием дополнительных факторов (например, в результате проявления землетрясений, грязевого вулканизма, роста солянокупольных структур). АВПД встречаются в Волго-Уральском, Южно-Каспийском, Днепровско-Донецком, Западно-Сибирском, Афгано-Таджикском, Северо-Предкарпатском и других нефтегазоносных бассейнах; за рубежом — в бассейнах Персидского и Мексиканского заливов, Caxapo-Восточно-Средиземноморском, Центрально-Европейском и др.
Неожиданное вскрытие зон АВПД — причина многих осложнений, ликвидация которых приводит к большим материальным затратам. При бурении в зонах АВПД буровой раствор для предупреждения выбросов из скважин утяжеляют. Но такой раствор могут поглощать пласты с гидростатическим давлением и АНПД. Аномально низкие пластовые давления возникают как правило на стадии продолжительной разработки месторождения, когда энергия пласта почти истощена и пластовое давление ниже гидростатического давления. Поэтому перед вскрытием пород с АВПД вышезалегающие поглощающие пласты перекрывают колонной. Если распределение давления в породах по глубине известно, то можно выбрать оптимальную конструкцию скважины, технологию бурения и цементирования и предупредить возможные осложнения и аварии. Наличие зон АВПД значительно увеличивает стоимость скважин. Для прогнозирования АВПД используются в основном сейсморазведка, данные бурения и различные виды каротажа (электрический, акустический, гамма-каротаж, нейтронный и др.).
Как отмечалось выше, при нормальных условиях пластовое давление в каждой точке залежи нефти и газа равно гидростатическому давлению, замеренному на уровне ВНК, плюс избыточное давление. В природных условиях существует много залежей, особенно на больших глубинах, имеющих пластовое давление, значительно превосходящее расчетное гидростатическое[2].
2. ГОРНОЕ, ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ, ПЛАСТОВОЕ ПРИВЕДЕННОЕ ПЛАСТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
Нужна помощь в написании курсовой?
Геотектоническое давление — явление (напряжение), возникающее в пластах в результате непрерывно-прерывистых тектонических процессов. Особенно характерно для тектонически активных областей.
Пластовое давление — это давление, под которым находятся жидкость (нефть, вода) и газ, насыщающие поровое пространство и (или) трещины коллекторов нефтяных и газовых месторождений. [4].
Аномальные пластовые давления обнаружены в различных районах мира. На рис. 1 показан типичный диапазон аномально высоких пластовых давлений в районах добычи нефти и газа в Европе и Таджикистане. Особый интерес представляет палеогеновая толща Таджикской впадины, СССР, где на глубине 480 м отмечено давление 11 МПа (110 кг/см2), примерно вдвое превышающее условное гидростатическое давление. Нефть в этих песчаниках легче, чем в тех частях Афгано-Таджикского нефтегазоносного бассейна, где пластовые давления нормальные. В палеогеновых глинах месторождения Бештеняк (Республики Таджикистан) на глубине от 480 до 850 м среднее пластовое давление в 1,8 раза выше гидростатического, т. е. близко к литостатическому давлению.
Нужна помощь в написании курсовой?
Рис. 1. Аномальные пластовые давления в нефтегазоносных бассейнах Европы и Таджикистана (по Фертлу, Каломазову и Вахитову)
Аномальные давления, вызываемые перечисленными выше факторами, могут приближаться к литостатическому давлению, но обычно не превышают его. Когда давление флюидов становится равным литостатическому, нагрузка, создаваемая перекрывающими отложениями, передается на воду. Так как вода образует непрерывную фазу в пределах осадочного бассейна, она будет перераспределяться путем перетекания даже из так называемых изолированных резервуаров или резервуаров с постоянным объемом. В осадочных отложениях нет истинных резервуаров с постоянным объемом, за исключением, пожалуй, известняков, прочно сцементированных со всех сторон, но и в этом случае возможно образование трещин вследствие давления перекрывающих отложений. Даже плотно закрытые непроводящие трещины были бы раскрыты, если бы давление флюидов в соседних резервуарах приблизилось к литостатическому.
В нефтяных скважинах аномально высокие пластовые давления обычно наблюдаются на глубинах более 1200 м, однако они были встречены и на глубине всего 460 м. Чаще всего аномальные давления отмечаются в молодых быстро отложившихся осадочных толщах, но могут быть обнаружены в породах практически любого возраста.
Аномально высокие давления почти всегда сопровождаются повышением пористости глин, понижением солености поровых вод, а также повышением температуры. Наряду с этим отмечается уменьшение электрического сопротивления, увеличение электропроводности и времени пробега звуковой волны, уменьшение объемного веса пород и ослабление сигналов импульсного нейтронного каротажа.
Химические изменения заключаются в повышении содержания растворимого органического вещества у верхней границы зоны аномально высокого давления и увеличении концентрации сульфатных и бикарбонатных ионов в поровых водах. В зоне высокого давления концентрация сульфатных ионов в поровых подах глинистых отложений может повыситься в 2-3 раза. Концентрация сульфатных и бикарбонатных ионов в поровых водах зон аномально высокого давления выше концентрации хлоридов.
Нужна помощь в написании курсовой?
В большинстве нефтяных месторождений пластовое давление находится в прямой зависимости от глубины залегания пластов и ориентировочно его можно подсчитать, разделив глубину залегания пласта в метрах на 100, получив, таким образом, величину давления в МПа. В таких случаях пластовое давление равно или близко к гидростатическому.
Если пластовое давление незначительно отличается от гидростатического, то термины АВПД или АНПД обычно не применяют, а говорят о повышенных или пониженных пластовых давлениях. Для устранения неопределённости в различии понятий и уточнения терминологий Александров Б.Л. [1] считает целесообразным использовать следующую классификацию пластовых давлений по коэффициенту их аномальностиКА:
КА 2,0 — сверхвысокое пластовое давление.
Высокое и сверхвысокое давления объединяются общим термином «аномально-высокое пластовое давление» (АВПД).
При разработки месторождения необходимо контролировать изменение пластового давления, по которому судят об энергетических ресурсах пластов.
До начала разработки залежи обычно давление в пласте на одной гипсометрической высоте одинаковое. Есть и исключения: на некоторых месторождениях наблюдаются значительные отклонения от этого правила, что обусловливается различным напором краевых вод на разных крыльях структуры, наличием тектонических трещин и т. п. На рис. 2 можно видеть, что пластовые давления в скважинах 1 и 2 будут отличаться в связи с разностью гипсометрических отметок кровли пласта. Для газовой залежи аномально высокое давление в кровле при значительной ее высоте обусловлено тем, что давление во всей залежи определяется в основном величиной пластового давления на уровне газоводяного контакта. То есть замеренное давление в скв. 2 и 3 будет приблизительно равным.
Характер распределения пластового давления по пласту лучше всего исследовать по картам давлений, или изобар. Карты изобар, построенные по данным замеров пластовых давлений в скважине на уровне пласта или по данным о давлениях, пересчитанных на уровень пласта, называются картами истинных изобар.
Нужна помощь в написании курсовой?
Рис. 2. Схема распределения пластового давления
Высота: z- газовой шапки; Н — нефтяной части залежи
Если извлечение флюидов ещё не началось, то в пласте, как правило, существует равновесная система. Но на карте истинных изобар между точками 1 и 2 будет значительная разница. Эти карты наряду с изменением давления в пласте при разработке залежей отражают и разницу в пластовых давлениях, зависящую от гипсометрических отметок пласта и плотности насыщающих их флюидов. Но движения флюидов между точками 1 и 2 не происходит, несмотря на перепад давлений.
В связи с этим использование таких карт в значительной степени затрудняет контроль за пластовым давлением при разработке. Поэтому на практике принято строить карты изобар по давлениям, пересчитанным на плоскость ВНК. Такие карты получили название карт приведенных изобар, а давления — приведёнными пластовыми давлениями. На такой карте давления в скв. 1 и 2 будут одинаковыми, т. е. приведены к одной плоскости. В процессы извлечения флюидов давления будут изменяться, появится перепад, который и будет характеризовать движение флюидов.
Приведённое пластовое давление в свою очередь можно разделить на пластовое давление, приведённое по глубине, о чем было сказано выше, и пластовое давление, приведенное по времени.
Пластовое давление, приведенное по глубине — пластовое давление, замеренное и пересчитанное на единую условно принятую горизонтальную плоскость, обычно соответствующую средней абсолютной отметке ВНК или ГВК [4].
Нужна помощь в написании курсовой?
Расчет приведенного к плоскости ВНК давления рприв по известному значению истинного давления производится по формуле
,
где Рист — истинное пластовое давление на глубине замера Нзам;Набс — абсолютная глубина плоскости приведения давлений; А — альтитуда стола ротора скважины; Δl- удлинение скважины на глубине плоскости приведения; ρж — плотность жидкости.
Если водонефтяной контакт негоризонтальный, то для расчетов принимается горизонтальная плоскость, проходящая через отметку среднего значения ВНК.
Для газовых залежей карта истинных изобар и приведенных к плоскости ГВК практически будет совпадать, так как давление в различных частях газовой залежи, расположенных на разных гипсометрических уровнях, изменяется незначительно.
Пластовое давление, приведенное по времени — пластовое давление, замеренное в скважинах на различные относительно близкие даты и пересчитанное на дату построения карты изобар с учетом тенденции в его изменении во времени [4].
Необходимость приведения давления к одному времени вызвана тем, что в процессе построения карт изобар используются замеры, произведённые в разное время. А для качественного анализа процесса разработки необходимо знать давления на конкретную дату для всей залежи одновременно. Замерить пластовые давления во всех скважинах одновременно практически невозможно. Поэтому в замеры, произведенные задолго до построения карт изобар, вносят поправку, используя экстраполяцию для каждой скважины или общую тенденцию изменения давления на отдельных участках пласта. 3. ГЕОТЕРМИЧЕСКИЙГРАДИЕНТ
Нужна помощь в написании курсовой?
Геотермический градиент — физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определенном участке земной толщи. Математически выражается изменением температуры, приходящимся на единицу глубины. При расчете геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 метров. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью к интрузиям и другими факторами. Обычно геотермический градиент колеблется от 0,5 — 1 до 20 °С и в среднем составляет около 3 °С на 100 метров [3].
Широкий диапазон геотермических градиентов на различных площадях континентальных регионов делает выбор универсального «нормального» градиента нецелесообразным.
Графики рис.3 показывают зависимость распределения нефти и газа от глубины и температуры.
Рис. 3. Графики фазового состояния углеводородов как функции глубины и геотермического градиента
— нефть и газ; 2 — легкая нефть и газ; 3 — преимущественно газ; 4 — зона исчезновения нефтяной фазы; 5 — только газ. Шифр кривых — температура в °С[7].
При применении таких графиков в районах с известными или предполагаемыми аномально-высокими пластовыми давлениями следует соблюдать определенную осторожность, так как опыт показал, что для них иногда характерны более резкие по сравнению с нормальными температурные градиенты
Нужна помощь в написании курсовой?
На следующем рис. 3 показан такой случай на примере глубокой скважины месторождения Мидконтинент.
Рис. 3. Изменение геотермического градиента в глубокой скважине Мидконтинента (США).
— 1,4 °С /100 м; 2 — 4,7 °С /100 м; 3 — 1,8°С /100 м
Глубина залегания углеводородов в бассейне и его термическая история тесно взаимосвязаны. Бассейны некоторых типов, приуроченные к зонам существенно высоких тепловых потоков, располагаются вдоль континентальных плит и зон, где, возможно, зарождаются процессы, вызывающие расширение морского дна и вдоль которых наблюдается восходящий поток материала основного состава. Эти бассейны, как правило, дают больше углеводородов на единицу объема осадков, чем бассейны в районах с низким тепловым потоком, при условии наличия всех необходимых геологических условий для аккумуляции углеводородов. 4.ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ АВПД
Температура влияет на большинство физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Она является важнейшим фактором катагенетического преобразования осадков, а также рассеянного органического вещества, изменяет коллекторские свойства пород, ускоряет процессы перехода тяжелых нефтей в легкие, выделение газов при преобразовании углеводородов и т. д.
Некоторые исследователи придают температурному фактору первостепенное значение, считая прогрев недр самостоятельным механизмом, создающим АВПД. Поскольку глубина и давление взаимосвязаны, а температура и давление пластовых флюидов с нормальным гидростатическим градиентом связаны с геотермическим градиентом, то для любой данной температурой давление является фиксированным. А так как определенная масса флюида заключена в постоянный объем, то в изолированном пласте сохраняется постоянная плотность. Отсюда следует, что для одного и того же повышения температуры в изолированной системе объем в ней будет увеличиваться больше, чем в системе открытой. Поэтому, если изолированный пласт погружается на какую-либо глубину, то при повышении температуры в соответствии с геотермическим градиентом данного режима, в нем возникает АВПД.
Нужна помощь в написании курсовой?
Связь зон АВПД с зонами высоких геотермических градиентов можно объяснить и иначе. То есть, не АВПД является следствием повышения температуры, а высокие температуры являются следствием существования АВПД. В тех случаях, когда зоны АВПД сложены неуплотненными глинистыми породами с высокой пористостью, они представляют собой температурный барьер, который фиксирует в себе тепловую энергию, поступающую из недр земли. Это приводит к перегреву зоны АВПД на фоне соседних участков разреза. Необходимым условием такого процесса является всестороння изолированность пласта.
Авторы почти всех гипотез признают, что в условиях затрудненного водообмена и относительной гидрогеологической изоляции тепловая энергия недр может явиться одной из существенных причин развития зон АПВД. 5.
СОЛЯНОЙ ДИАПИРИЗМ
Явление прорыва слоев твердых горных пород лежащими ниже пластически деформирующимися породами. Возникновение диапиризма связано с гетерогенностью реологических свойств пород разреза: твердое нижнее основание, выше — размокающие глины, пески, плывуны, соли, магма, льды или др. породы, способные к пластической, жидкоподобной деформации, над которыми — твердый «пресс» всей вышележащей толщи. Пластичная средняя прослойка под нагрузкой вышележащей толщи ведет себя подобно вязкой жидкости и благодаря этому перераспределяется, вызывая деформацию верхних слоев. Возникающие в этих слоях изгибающие и растягивающие усилия ведут к их разрыву в ослабленных местах и к внедрению в разрыв пластически деформирующихся пород. Аномалии пластового давления, ассоциирующиеся с соляными куполами, показаны на следующем рисунке. Здесь показано изменение границы аномального давления (рис.4).
Рис. 4. Соляной купол протыкания.
— песок, 2 — соль, 3 — скважина
Отложение каменной соли, влияет на образование АВПД, которое встречается на больших площадях. Соль является полностью непроницаемой для флюидов и в отличие от других пород преобразуется под действием псевдопластического движения (эффект перекристаллизации), развивая давление, равное весу вышележащих слоев, во всех направлениях. Подстилающие отложения не имеют возможностей для удаления флюидов и, таким образом, остаются неконсолидированными, в них развиваются аномально-высокие давления.Диапиризм соляной является одним из механизмов соляной тектоники. Он часто приводит к образованию ловушек нефти и газа.
6. Аномально высокие пластовые давления в породах, богатых органическим веществом
Нужна помощь в написании курсовой?
То, что говорится о давлении флюидов водонасыщенных осадочных пород, не обязательно относится к богатым органическим веществом породам, которые чаще всего могут быть пропитаны нефтью. Осадочная порода, заключающая в себе 8 вес. % органического углерода (Сорг). На глубинах более 1200 м органическое вещество будет занимать большую часть межзернового порового пространства и порода будет пропитана нефтью. Проницаемость очень тонкозернистых пород настолько низка, что при образовании из керогена жидких и газовых углеводородов давление поровых флюидов может очень сильно повыситься.
Рис. 5. Связь между давлением флюидов и образованием УВ в материнских породах на примере месторождения Антилоп (Северная Дакота) [5].
74°С), пластовые давления в них нормальные. Мейсснер отмечает, что в зоне образования нефти электрическое сопротивление пород почти бесконечно, потому что поры в них заполнены нефтью и органическим веществом. Он предложил использовать кривые электрического сопротивления для выявления в разрезе зоны зрелой нефти[5].
7. Грязевые вулканы
Когда высокопористая недостаточно уплотненная глина с низкой плотностью (2 г/см3) оказывается погребенной под нормально уплотненными породами, имеющими большую плотность, возникает механически неустойчивая система. Недостаточно уплотненная глина может содержать большое количество газа, что усиливает неустойчивость системы. В конце концов под действием сил плавучести глина начинает течь вверх через вертикальную зону ослабленного давления. Этот процесс продолжается до тех пор, пока система не стабилизируется.
Соколов и др. описали мощные извержения грязевых вулканов в Южно-Каспийской впадине, во время которых в атмосферу выделялись сотни миллионов кубических метров газа. За последние 155 лет извержения происходили более или менее регулярно, что свидетельствует о периодическом повышении давления и выделении газа из раствора в глинистых осадках. В Азербайджане насчитывается более 200 грязевых вулканов. По подсчетам за последний миллион лет из них выделилось 1011 т газа. Газ, выделяющийся из грязевых вулканов, почти всегда представлен метаном.
Хедберг отмечает, что большинство грязевых вулканов приурочено к зонам трещин и разломов или крутым складкам. Грязевые вулканы могут быть связаны с мощными слоями пластичных недоуплотненных глин с аномально высоким давлением флюидов или с образованными ими диапировыми складками. Хедберг перечисляет много районов распространения грязевых вулканов на земном шаре, особенно в местах распространения кайнозойских или позднемезозойских отложений. Источник или корни грязевого вулкана могут находиться на очень большой глубине (более 6000 м).
Нужна помощь в написании курсовой?
Грязевые вулканы выделяют не только углеводороды, но и тепло. Сухарев и др. измеряли тепловой поток в скважинах, пройденных вблизи древнего грязевого вулкана на Апше-ронском полуострове. Наибольшее значение теплового потока обнаружено в своде структуры. Жерло грязевого вулкана служило каналом для передачи подземного тепла.
Не все грязевые вулканы связаны с глубоко залегающими глинистыми отложениями. В результате насыщения биогенным метаном пластичных глин могут возникнуть газоносные конусы, зарождающиеся на глубинах от нескольких сотен до тысяч метров. Эти газоносные конусы широко распространены в районе побережья Мексиканского. Сейсмические данные говорят о том, что такие же конусы встречаются и в других районах мира: на Аляске, в Южной Америке, Африке и в отложениях Северного моря.
Изучение природы АВПД и генерирующих его механизмов имеет очень важное теоретическое и практическое значение. Оно обусловлено необходимостью прогноза и оценки АВПД, особенно в регионах, в которых из-за АВПД существуют особо тяжелые условия проходки поисковых и разведочных скважин.
Аномально-высокие пластовые давления могут быть вызваны рядом факторов. Однако все эти факторы можно объединить в две основные группы: первая группа связана с процессами, обусловленными конседиментационными, а вторая — с постседиментационными механизмами формирования АВПД. Такое разделение обусловлено результатами воздействия аномальных пластовых давлений на пористость горных пород при одной и той же величине АВПД. То есть при конседиментационном механизме — аномалия пористости вызванная АВПД максимальна (недоуплотнение породы), а при постседиментационном механизме формирования АВПД — аномалия пористости минимальна (разуплотнение породы).
Нужна помощь в написании курсовой?
. Аникиев К.А. Прогноз сверхвысоких пластовых давлений и совершенствование глубокого бурения на нефть и газ. Л., Недра, 1971. 168 с.
. Геологический словарь. В двух томах — М.: Недра, 1978.
. Нефтепромысловая геология. Терминологический справочник. Под ред. 5. М.М. Ивановой. М., Недра, 1983. 262 с.
. Славин В.И., Брук Л.М. Основные гипотезы происхождения АВПД и их классификация.//Сб. науч. трудов «Изучение геологического разреза и прогнозирование АВПД»/Л., ВНИГРИ, 1987, 145с.
.Словарь по геологии нефти и газа. — Л.: Недра, 1988. — 679 с.: ил.
Нужна помощь в написании курсовой?
. Фертль У.Х. Аномальные пластовые давления: Пер. с англ. — М., Недра, 1980, 398 с.