logo1-color

Особенности создания гидродинамической модели полигона закачки сточных вод на Урицком месторождении углеводородов

Охарактеризованы основные особенности гидрогеологического строения Урицкого месторождения УВ. Обоснована геофильтрационная модель Урицкого полигона сброса, приведены данные о схематизации фильтрационной среды и гидрогеологических параметров. Описаны результаты по решению прогнозных задач, предложены рациональные схемы дальнейшей эксплуатации полигона.

Ключевые слова: полигон сброса, промыслово-сточные воды, геофильтрационная модель, поглощающая скважина, варианты эксплуатации.

На территории Саратовской области разработка месторождений углеводородов (УВ) осуществляется с 1950–1960-х годов. Продуктивные горизонты нефтегазовых месторождений приурочены к карбонатным породам каменноугольного и девонского возраста, залегая на глубинах 1,5–2 км. Поскольку большая часть крупных месторождений УВ Саратовской области к настоящему времени находится на завершающей стадии разработки, перед недропользователями остро стоит задача экологически безопасной утилизации промыслово-сточных вод (ПСВ), которые составляют до 95 % от общего объема добываемой продукции. Вследствие сильной обводненности старых месторождений использование подтоварных вод для целей поддержания пластового давления (ППД) на современном этапе нецелесообразно. В связи с этим наиболее безопасным и эффективным способом утилизации промысловых стоков является их сброс в глубокие водоносные горизонты.

Урицкое месторождение УВ, принадлежащее ОАО «Саратовнефтегаз», расположено в западной части Саратовской области, в 20 км юго-восточнее п. Лысые Горы. Месторождение открыто в 1957 г. и введено в промышленную разработку в 1959 г. В настоящее время добыча УВ сырья ведется из тульского горизонта нижнего карбона (глубина около 1470 м).

На территории Урицкого месторождения создан и эксплуатируется одноименный полигон захоронения ПСВ. Официальный статус Урицкий полигон получил в 2001 г. На протяжении последних 5 лет полигон эксплуатировался с согласованной производительностью — 3,2 тыс. м3/сут. Сброс ПСВ производится в надпродуктивную часть разреза в отложения мячковского и подольского горизонтов среднего карбона.

В условиях постоянно растущей обводненности добываемой нефти на месторождениях ОАО «Саратовнефтегаз» к 2013 г. возникла необходимость утилизации на Урицком полигоне промысловых стоков в количестве 8 тыс. м3/сут. В связи с этим в 2013 г. ЗАО «ГИДЭК» была выполнена работа по геолого-гидрогеологическому обоснованию возможности увеличения объемов размещения промышленных стоков в пределах Урицкого месторождения УВ в 2,5 раза.

В гидрогеологическом отношении участок Урицкого месторождения располагается в пределах восточной окраины Восточно-Русского артезианского бассейна I порядка. В соответствии с региональными геологическими построениями в его разрезе выделяются два гидрогеологических этажа. Каждый из них обладает четко выраженной вертикальной зональностью с выделением четырех гидродинамических зон. Последние различаются между собой по характеру режима подземных вод, их химическому и газовому составу, условиям залегания и формирования ресурсов. В вертикальном разрезе этажи разделены региональным водоупором мощностью до 200 м, приуроченным к глинистой толще юрских отложений. Эксплуатируемый на Урицком полигоне мячковско-подольский поглощающий резервуар располагается в пределах нижнего (палеозойского) гидрогеологического этажа (рис. 1), залегающего на значительных глубинах (550–600 м и более) и имеющего высокую степень гидрогеологической изоляции.

statia-16-ris-1

В связи со значительным (в 2,5 раза) увеличением проектного объема сброса ПСВ в пределах Урицкого полигона до 8 тыс. м3/сут на этапе гидрогеологического обоснования кроме основного поглощающего резервуара (мячковско-подольские отложения) был выбран альтернативный (дополнительный). По результатам переинтерпретации промысловой геофизики (стандартный каротаж), а также по данным опытно-промышленной закачки в пределах Урицкого месторождения был обоснован наиболее перспективный под сброс ПСВ резервуар — серпуховско-окские отложения нижнего карбона в составе алексинского горизонта. Данный поглощающий резервуар входит в состав палеозойского гидрогеологического этажа и отделен от эксплуатируемого мячковско-подольского резервуара региональным водоупором — верейско-мелекесскими терригенными отложениями.

Вышеизложенные особенности гидрогеологического строения Урицкого месторождения легли в основу построения гидродинамической модели Урицкого полигона. Принятая вертикальная схематизация обусловлена необходимостью выделения на модели поглощающих резервуаров каменноугольных отложений: эксплуатируемого (мячковско-подольский горизонт) и альтернативного (серпуховско-окский комплекс), ограничивающих их в разрезе разделяющих слоев, а также перекрывающих и подстилающих буферные водоносные горизонты. При этом дискретизация поглощающих водоносных комплексов определялась изменчивостью их фильтрационных характеристик.

statia-16-ris-2

На модели выделены основные пласты: пять водоносных, включая поглощающие, и один — разделяющий (рис. 2). Таким образом, на модели принята следующая вертикальная дискретизация каменноугольных отложений (сверху вниз):

1-й пласт — верхнекаменноугольные отложения в составе касимовского яруса (С3k), сложенные мелко-кристаллическими, доломитизированными известняками различной плотности, местами трещиноватыми и кавернозными с тонкими прослойками глин, средней мощностью 38 м. Отложения касимовского яруса являются верхним буферным горизонтом для эксплуатируемого поглощающего мячковско-подольского горизонта;

2-й — 4-й пласты — поглощающий мячковско-подольский водоносный горизонт. Водовмещающими являются отложения среднего отдела каменноугольной системы — мячковского и подольского подъярусов. Породы представлены толщей мелкокристаллических, частью органогенно-обломочных известняков с прослоями доломитов и тонкими пропластками глин. Общая мощность 250 м;

5-й пласт — отложения каширского подъяруса, представленные в основном карбонатными породами — известняками и доломитами с небольшими прослоями глин, мощностью 100 м. Отложения являются подстилающим буферным горизонтом для поглощающего мячковско-подольского горизонта;

6-й пласт — разделяющий (водоупорный), объединяет терригенные отложения мелекесского подъяруса и верейского горизонта. Породы представлены глинами с прослоями песчаников и известняков, мощностью около 130 м;

7-й пласт — карбонатные отложения (известняки) объединенного черемшано-прикамского горизонта башкирского подъяруса среднего карбона. Общая мощность — 25 м. Отложения являются верхним буферным горизонтом для альтернативного (серпуховско-окского) поглощающего комплекса;

8-й — 10-й пласты — поглощающий серпуховско-окский водоносный комплекс. Комплекс приурочен к отложениям протвинского горизонта серпуховского яруса и алексинского горизонта визейского яруса нижнего карбона. Мощность отложений — 255 м.

Водовмещающие отложения мячковско-подольского и серпуховско-окского поглощающих резервуаров при построении модели схематизированы более детально.

Поскольку отложения внутри поглощающего резервуара представляют собой единый водоносный комплекс, образованный переслаиванием хорошо проницаемых гидравлически связанных между собой пластов-коллекторов и плотных менее проницаемых разделяющих прослоев, на модели в толще мячковско-подольского горизонта и серпуховско-окского водоносного комплекса были выделены условные слои (3-й и 9-й пласты), суммарная мощность которых соответствует средневзвешенной эффективной мощности коллекторов, выделенных по ГИС. Мощность 3-го пласта — 46,7 м, 9-го — 36,8 м соответственно. Именно в эти слои задавался расход нагнетательных, как действующих, так и проектных скважин при моделировании. Таким образом, оба поглощающих резервуара были дополнительно разделены на три слоя — один пласт-коллектор и два разделяющих.

На разработанной и откалиброванной по результатам решения обратной задачи (воспроизведение опытно-промышленной эксплуатации Урицкого полигона) модели были воспроизведены два варианта проектной эксплуатации полигона:

1-й вариант — проектный расход 9 поглощающих скважин задавался в верхний мячковско-подольский поглощающий коллектор (3-й расчетный пласт модели) суммарной мощностью 46,7 м (по ГИС);

2-й вариант — проектный расход 10 поглощающих скважин задавался в оба поглощающих пласта-коллектора (3-й и 9-й расчетные пласты модели) — мячковско-подольский (6 поглощающих скважин) и серпуховско-окский (4 поглощающие скважины) в соотношении 5870 м3/сут и 2130 м3/сут соответственно.

Проектные расходы поглощающих скважин на модели задавались в соответствии с фактически достигнутыми в процессе опытной закачки (2013 г.) при суммарном расходе 8000 м3/сут.

Выполненные прогнозные расчеты показали, что в обоих рассмотренных вариантах промышленной эксплуатации Урицкого полигона с суммарной производительностью 8 тыс. м3/сут повышение давления в поглощающих скважинах не превысит предельно допустимого — 90 атм (9 МПа). В то же время, второй вариант (совместная эксплуатация двух поглощающих резервуаров) является более рациональным, поскольку позволяет снизить нагрузку на эксплуатируемый мячковско-подольский поглощающий резервуар.