Создание матрицы напряжений гдовского горизонта Невского подземного хранилища газа для уточнения мест заложения эксплуатационных скважин Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК: 552.1:53:622.691.2

А.Н. Давыдов1, Г.Н. Рубан1, Г.А. Шерстобитова1, С.А. Хан2, Д.С. Королев2

'ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва 2ОАО «Газпром», Москва G_Ruban@vniigaz.gazprom.ru, G_Sherstobitova@vniigaz.gazprom.ru

СОЗДАНИЕ МАТРИЦЫ НАПРЯЖЕНИЙ ГДОВСКОГО ГОРИЗОНТА НЕВСКОГО ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА ДЛЯ УТОЧНЕНИЯ МЕСТ ЗАЛОЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН

Эффективность эксплуатации газохранилища зависит от достоверности информации о его геологическом строении. Геодинамическая модель наряду с моделью седиментационной неоднородности позволяет прогнозировать зоны растяжения-уплотнения пород в пластовых условиях. Для обоснования мест оптимального заложения эксплуатационных скважин на примере Невского подземного хранилища газа рассмотрено применение методики уточнения строения ловушки на основе представления о геологической истории ее формирования (палеоструктурный анализ).

Ключевые слова: подземное хранение газа, палеоструктурный профиль, временное напряженно-деформационного состояния пород, кора выветривания фундамента, пласт-коллектор.

Невское подземное хранилище газа (ПХГ) находится на территории Новгородской области и является единственным крупным объектом хранения газа в Северо-Западном регионе, регулирующим неравномерность его газопотребления и покрывающим высокую суточную потребность в газе таких крупных потребителей, как Санкт-Петербург и Ленинградская область. Хранилище функционирует в газотранспортной системе ООО «Газпром ПХГ», эксплуатируется начиная с 1975 г. Объектом хранения газа является I песчаный пласт гдовского горизонта верхнего протерозоя толщиной 8 - 12 м, залегающий на глубине -1035 м.

Площадь Невского ПХГ в тектоническом плане приурочена к переходной зоне, которая является пограничной

структурой отделяющей южный ./ж /„ ЖШМ^.^

склон Балтийского щита от северного борта Московской синеклизы. л

<#> 1

км 0,5 0 0,51,01,5 км

Рис. 1. Структурная карта по кровле гдовского горизонта верхнего протерозоя (Геолого-технологическое обследование..., 2005).1 - изогипсы кровли гдовского горизонта, 2 - номер скважиныг/абсолютная отметка кровли гдовского горизонта, 3 -номер скважиныг/пересчетная отметка кровли гдовского горизонта, 4 - тектонические нарушения, 5 - линии геологических профилей.

Переходная зона представляет сложную горст-грабеновую структуру по фундаменту, осложненную продольными и поперечными нарушениями. Располагаясь на южном борту переходной зоны, Невское ПХГ в структурном отношении приурочено к валообразному поднятию протяженностью 50 км при ширине 3 - 3,5 км, оконтуренному изо-гипсой минус 975 м по кровле гдовского горизонта и осложненному пятью куполами амплитудой 3 - 8 м. Склон и борт переходной зоны контролируются разломами по фундаменту. В осадочном чехле осевая зона пограничной структуры прогнута; амплитуда прогибания ориентировочно не превышает 50 - 70 м при ширине 4 - 5 км. По аналогии с северным бортом, южный склон переходной зоны, вероятно, также осложнен куполовидными поднятиями в осадочном чехле и может представлять практический интерес в случае расширения хранилища.

Единого мнения о структуре фундамента переходной зоны не существует. Одни исследователи большое значение придают поперечным разломам по фундаменту. По их мнению, количество песчаных пластов в гдовском горизонте зависит от амплитуды превышения блоков фундамента относительно друг друга. Другие исследователи, рассматривая структуру гдовского горизонта, основное внимание уделяют нарушениям, затрагивающим гдовский горизонт.

Влияние структуры фундамента на распространение количества песчаных пластов в гдовском горизонте не рас-

4 (36) 2010

^научно-техническим журнал

Георесурсы

Абс. отм., м Абс. отм., м

2919 10 9550 57 102 27 168 37

1:250 000

сматривалось. Также не рассматривалось участие коры выветривания фундамента как потенциально газовмеща-ющего горизонта.

По нашему мнению, там, где мощность коры выветривания «максимальная», возможно предположить распространение лишь верхнего (III) песчаного пласта гдовского горизонта. При «средней» мощности коры выветривания вероятно присутствие двух пластов (III и II), а при «минимальной» - трех (I, II и III).

Зависимость количества песчаных пластов от мощности коры выветривания подчеркивает связь их накопления с палеорельефом и вертикальными подвижками блоков фундамента. Изучение мощности коры выветривания и ее коллекторских свойств имеет принципиальное значение для выяснения блокового строения фундамента, его влияния на распространение песчаных пластов в гдовс-ком горизонте, а также на увеличение диапазона газонасыщения за счет самой коры выветривания.

Завершая краткий обзор представлений о геологическом строении Невского ПХГ необходимо отметить, что разрешающая способность геофизических методов исследования не способна выявить погребенные структурные осложнения амплитудой 3 - 8 м. Можно предположить, что они были установлены буровыми работами при изучении предполагаемой тектонически экранированной ловушки, связанной с глубоким разломом, осложняющим моноклиналь Московской синеклизы. В дальнейшем выявленные структурные осложнения явились основными объектами изучения для целей хранения искусственной газовой залежи при создании Невского ПХГ.

При анализе истории развития Невского валообразно-го поднятия были использованы следующие материалы:

- структурная карта кровли пласта I гдовского горизонта, составленная А.Д. Поликарповой в 2005 г. (Рис. 1).

- стратиграфические разбивки скважин Невского ПХГ из отчета (ЗАО «Нефтегазконсалтинг», 2005).

В осадочном чехле нами выделены 9 реперных горизонтов и на время их накопления построены палеострук-турные профили гдовского горизонта по длинной и короткой оси поднятия. Анализ профилей позволил сделать вывод, что геологическое развитие Невского валообразного поднятия по основным структурообразующим этапам происходило унаследованно. Основной структурообразующий этап относится ко времени накопления воронежского горизонта (репер 8) и полностью совпадает с современным структурным планом по кровле гдовского горизонта (репер 9). Изменения структурных планов происходили при накоплении реперов 5, 6, 7 и выражались в общем подъеме гдовского горизонта в северо-восточном направлении, что привело к расформированию ранее образованных малоамплитудных осложнений. На палеострук-

Рис. 2. Палеоструктурный профиль кровли гдовского горизонта и его толщиныг по линии скважин №№ 29-19-10-95-50-57102-27-168-37. Репер 1 - кровля ломоносовского горизонта, Репер 2 - кровля ижорского горизонта, Репер 3 - кровля волховского горизонта, Репер 4 - кровля пярнусско-наровского горизонта, Репер 5 - кровля псковских слоев, Репер 6 - кровля ильменских слоев, Репер 7 - кровля бурегского горизонта, Репер 8 - кровля воронежского горизонта, Репер 9 - кровля гдовского горизонта (современный этап).1 - зоны сжатия, 2 - зоны растяжения, 3 -палеоструктурная поверхность гдовского горизонта по реперам, 4 - толщины гдовского горизонта и 1 гдовского пласта, 5 - абсолютные отметки кровли реперов по скважинам.

научно-технический журнал

ШЛ Георесурсы 4 (36)

№№ СКВ. №№ реперов Палеоотметки ПО СКВ., м Разница палео-отметок, м Разница палеоотметок между реперами*, м Возраст, млн. лет Продолжительность между реперами, млн. лег.

25-2 PI 177-153 24 24 (-) ломоносовская свита 580 70

25-2 Р2 294-263 31 7(-) ижорские слои 530 50

25-2 РЗ 350.5-321.5 29 2(+) волховский горизонт 480 50

25-2 Р4 588-550 38 пярнусско-наровский горизонт 385 95

25-2 Р5 807-769 38 0 псковские слои 370 15

25-2 Р6 861-822 39 1(-) ильменские слои

25-2 Р7 870-832.5 37.5 1.5 (+) бурегский горизонт

22-2 Р8 924-873 51 13.5 (-) воронежский горизонт 15

22-2 Р9 939-890 49 2(+) гдовский горизонт 650680 -

Итого 49

Табл. 1. Палеоотметки кровли гдовекого горизонта и амплитуды прогибания в зоне еочленения ееверо-западного борта Моековекой еинеклизыы и Балтийекого щита по екважинам №№ 25, 2, 22. (* амплитуда прогибания (-) и воздытания (+)).

турных профилях «качественно» выделены участки напряженно-деформационного состояния пород гдовекого горизонта. Участкам сжатия соответствуют локальные поднятия, участкам растяжения межкупольные зоны прогибания (Рис. 2). Построена карта толщин гдовского горизонта, где выделяются палеоподнятия ограниченные поперечными зонами сжатия. Границы поперечных зон сжатия могут интерпретироваться как разломы, ограничивающие блоки фундамента.

Анализ истории развития гдовского горизонта показал, что в пределах Невского валообразного поднятия его па-леоструктура не совпадает с современным структурным планом (Рис. 2). Своды палеоструктуры гдовского горизон-

Рие. 3. Карта еоотношения кровли еовременной етруктурыг и палеоетруктурыг гдовекого горизонта верхнего протерозоя. 1 - Изогипсы кровли гдовского горизонта, 2 - Изопахитыг гдовского горизонта, 3 - Региональное тектоническое нарушение, 4 - Тектонические нарушения, ограничивающие блоки фундамента, 5 - Эксплуатационныге скважиныг, 6 - Эксплуатацион-ныге скважиныг со средним дебитом >500 тыгс. м3, 7 - N скважиныг / Нобщ гдовского горизонта, 8 - Зоныг сжатия, 9 - Зоныг растяжения.

14

о

70.7:

67 74.55 е

72.9 '

У (Я М IU%, .«аюб.кг ■J Д1 Q 56 Р70.4

7?.01i

11 70.0/

.12 »4

29

V

70.7

о 29 72.6

С? <0

4

5

6

7

8 9

та располагаются в межкупольных зонах сжатия, т.е. в зонах растяжения или смещены относительно современного структурного плана. Современный структурный план охватывает лишь краевые части палеоструктуры и не освещает палеосводы, где кол-лекторские свойства горизонта должны быть выше, чем на крыльях или периклиналях. Это подтверждается положением эксплуатационных скважин с максимальными дебитами отбора газа (500 - 700 тыс.м3), расположенными на крыле современной структуры, а по отношению к палеоструктуре в сводовой части (Рис.3).

Основные запасы в пределах единого контура нефтегазоносности месторождений сосредоточены, как правило, в зонах растяжения. С этих позиций палеоструктура гдовского горизонта на Невском ва-лообазном поднятии, располагаясь в зонах относительного растяжения, является наиболее благоприятным объектом для заложения эксплуатационных скважин, чем современные гипсометрические отметки горизонта, амплитуда которых не превышает 5 - 8 м.

I пласт гдовского горизонта, являющийся объектом закачки газа, представлен продуктами разрушения и переотложения коры выветривания фундамента, характер на-

Масштаб 1:50 000 0 1000 2000 т

° 7 )

о 33 61.65

35

0 63.37

34 °80.2

копления которого определяется степенью эрозионной расчлененности коры выветривания, которая в свою очередь связана с подвижками блоков кристаллического фундамента. Для песчаников и гравелитов I пласта характерна средняя и плохая отсортиро-ванность, различное содержание глинистого и карбонатного цемента, невыдержанность глинистых прослоев, изменение мощностей в пределах площади структуры.

Особенности литологического состава I пласта позволяют говорить о его аллювиально-пролювиальном осадко-накоплении на эродированной поверхности коры выветривания и о сложном распределении коллекторов по разрезу.

В течение длительного времени эксплуатации Невского ПХГ выяснилось, что газ мигрирует из объекта его хранения - I гдовского пласта - в вышележащие II и III песчаные пласты. Одной из главных причин этого считается некачественная цементация скважин.

Поскольку Невское ПХГ располагается в осложненном тектоническими нарушениями районе - в зоне сочленения воздымающегося Балтийского щита и прогибающейся Московской синеклизы, то не исключены вертикальные перетоки по зонам трещиноватости и разуплотнения осадочного чехла над разломами фундамента. Однозначных доказательств, что разломы затрагивают отложения гдовского горизонта со смещением по разрезу (типа сброса) не име-

4 (36) 2010

^научно-техническим журнал

Георесурсы

Абс. отм., м 14 22 25 2

Абс. ОТМ., M Абс. ОТМ., M

\

840

V

\

Репер 6 Репер 7

Нобщ t|d-1

- -150 -150-

- -160 -160-

- -170 -170-

- -180 -260-

- -260 -270-

- -270 -280-

- -280 -290-

- -290 -320-

- -320 -330-

- -330 -340-

- -340 -350-

- -350 -550-

- -550 -560-

- -560 -570-

- -570 -580-

- -580 -590-

- -590 -760-

- -770 -770-

- -780 -780-

- -790 -790-

- -800 -820-

- -810 -830-

- -820 -840-

- -830 -850-

- -840 -880-

- -850 -890-

- -860 -900-

- -870 - -880 - -890 -910-920-930-

- -900 -940-

- -910 -950-

- -920 Топщины, м 6 -

- -930 8

- -940 10 .

- -950 Толщины, м - 0 12 -

- 2 68 -70 -72 -

- 4 74 -76

- 6 68 78 -80 82 -

70 84

72 86 -

- папеоструктурная поверхность гдовского горизонта по реперам

- толщины гдовского горизонта и 1 гдовского пласта

- абсолютные отметки кровли реперов по скважинам

74 . 76 78

Рис. 4. Палеоструктурныге профили кровли гдовского горизонта и его толщиныг по линии скважин №№ 14-22-25-2-31-5, №№ 88-104-53-8 и №№ 16-17-27-9-18 . Репер 1 - кровля ломоносовского горизонта, Репер 2 - кровля ижорского горизонта, Репер 3 - кровля волховского горизонта, Репер 4 - кровля пярнусско-наровского горизонта, Репер 5 - кровля псковских слоев, Репер 6 - кровля ильменских слоев, Репер 7 - кровля бурегского горизонта, Репер 8 - кровля воронежского горизонта, Репер 9 - кровля гдовского горизонта (современный этап).

82 . 84

ется. В работе (Кастрюлина и др., 1973) указывается, что впервые смещения по разлому затрагивающие отложения гдовского горизонта были зафиксированы в скважинах №№ 17 и 32 на основании увеличения толщины нижних частей разреза гдовского горизонта примерно вдвое.

Нами были проанализированы амплитуды движения гдовского горизонта в зоне влияния разлома в наиболее прогнутых частях на северо-западном крыле Невского поднятия. На палеоструктурных профилях (Рис. 2, 4) и в табл. 1 приведены амплитуды прогибания гдовского горизонта

по скважинам в промежутках между реперами. Наибольшие амплитуды прогибания были достигнуты за время накопления кровли ломоносовского горизонта - 24 м и в промежутке накопления бурегского (репер 7) и воронежского (репер 8) горизонтов - 13 м (Табл. 1).

Общая амплитуда прогибания гдовского горизонта за всю историю вплоть до современного этапа не превышает 49 м за 70 млн. лет. Учитывая, что катастрофических катаклизмов в данном регионе не зафиксировано, можно полагать, что скорость прогибания не превышала 0,007 см

i— научно-технический журнал

I еоресурсы 4 (зб) 2010

УДК: 622.691.2 (571.5+571.6)

Г.Н. Рубан, С.Н. Сорокин

ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва G_Ruban@vniigaz.gazprom.ru, S_Sorokin@vniigaz.gazprom.ru

РАЗВИТИЕ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА В ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ И НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ КАК ФАКТОР ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ГОСУДАРСТВА

Энергетическая безопасность - одна из важнейших составляющих национальной безопасности государства. Обеспечение бесперебойности поставок энергоресурсов является необходимым условием нормального функционирования и устойчивого развития государства. Для подачи газа потребителям в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке и обеспечения его экспорта в страны АТР потребуются существенное развитие в регионе газотранспортных систем. Развитие любой транспортной системы сопровождается определенными рисками. В этой связи, предлагается развивать и подземные хранилища газа, как дополнительный и надежный источник подачи газа потребителям.

Ключевые слова: подземное хранение газа, Восточная Сибирь, Дальний Восток. млря' м

Энергетическая безопасность - одна из важнейших составляющих национальной безопасности государства. Обеспечение бесперебойности поставок энергоресурсов является необходимым условием нормального функционирования и устойчивого развития государства. Надежность обеспечения страны энергоресурсами, необходимого качества, - одна из основных задач любого государства. Для России эта задача является основным стратеги-

Рис. Необходимый объем резерва газа в ПХГ. 1 -Амурская область, 2 -Приморский край, 3 - Хабаровский край, 4 - Иркутская область, 5 -Красноярский край (юг).

Окончание статьи А.Н. Давыдова, Г.Н. Рубана, Г. А. Шерстобитоеой, С.А. Хана, Д.С. Королева «Создание матрицы напряжений гдоеского горизонта...»

в год. Толщина гдовского горизонта на северо-западе Невского поднятия составляет порядка 70 - 75 м и при скорости прогибания 0,007 см в год вряд ли могли образоваться разрывы со смещением в отложениях гдовского горизонта. Логично предположить образование флексур и связанных с ней зон разуплотнения и развитие микротрещи-новатости по разрезу.

Из проведенных исследований вытекают следующие рекомендации:

1. Поиск благоприятных структур для хранения газа необходимо осуществлять в первую очередь на северо-западном борту переходной зоны. Для этих целей рекомендуется проведение высокоточной гравиразведки и сейс-моразведочных работ 2Д, что также поможет установить блоковое строение фундамента и его отражения в осадочном чехле.

2. Необходимо уточнение палеоструктуры гдовского горизонта и I газовмещающего пласта, коры выветривания фундамента (мощность, состав, коллекторские свойства). С этой целью рекомендуется проведение сейсморазведки 3Д в полосе 50x3,5 км, комплексная геолого-геофизическая интерпретация материалов бурения и сейс-моразведочных работ.

3. Местозаложение эксплуатационных скважин целесообразно рассмотреть после получения результатов рекомендуемых геолого-геофизических работ.

Литература

Геолого-технологическое обследование скважин Невской СПХГ, пробуренных в период с 1978 - 2005 гг. Москва: ЗАО

«Нефтегазконсалтинг». 2005.

Кастрюлина Е.А. и др. Геологический отчет по результатам разведочного бурения на Невской площади (Новгородская обл.) с целью проведения опытной закачки и создания ПХГ. Москва. 1973.

A.N. Davydov, G.N. Ruban, G.A. Sherstobitova, S.A. Khan, D.S. Korolev. Creation of the Gdov horizon stress-tension model of Nevskoye UGS for producing well spud-in place optimization.

The UGS operational efficiency depends on consistency of geological data. The geodinamyc model along with sedimentation heterogeneity makes it possible to forecast zones of tensioncompression in reservoir conditions. The application of geological structure detalization technique based on paleostructural analysis for producing well spud-in place optimization is illustrated by example of UGS Nevskoye.

Keywords: underground gas storage, paleostructural section, rock tension-compression zones, residual soil, reservoir bed.

Сергеи Александрович Хан к.т.н., ОАО «Газпром», заместитель начальника Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа; начальник Управления по подземному хранению газа. Научные интересы: новые технологии проектирования и эксплуатации ПХГ, развитие системы подземного хранения газа.

117997, РФ, Москва, ул. Новочеремушкинская, д. 65. Тел.: (495)719-29-54.

научно-технический журнал