CC BY
48
УДК 550.46
ВЛИЯНИЕ ЗАКАЧИВАЕМЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ НА ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
Николай Сергеевич Трифонов
Томский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических исследований керна и пластовых флюидов; Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, Россия, Томск, пр. Ленина, 30, инженер научно-образовательного центра «ВОДА», e-mail: [email protected]
Рассматриваются результаты моделирования гидрогеохимических процессов, протекающих между нагнетаемыми водами и пластом-коллектором. Для примера приводятся исследования совместимости: 1) подлежащих утилизации промстоков Юрубчено-Тохомского месторождения в отложения осинского горизонта (Восточная Сибирь); 2) используемых для поддержания пластового давления подземных вод апт-сеноманских отложений с пластовыми водами и породой продуктивных отложений Первомайского месторождения (Западная Сибирь).
Ключевые слова: гидрогеохимия, подземные воды и рассолы, осадочные процессы, вода-порода.
THE INFLUENCE OF INJECTED INDUSTRIAL WASTES ON GROUNDWATERS OF PETROLEUM FIELDS
Nikolai S. Trifonov
Tomsk Affiliate of the Trofimuk Institute of Petroleum Geology and geophysics SB RAS, Russia, 634055, Tomsk, Academic PR. 3, Ph. D., Senior Researcher of the Laboratory of physico-chemical studies of core samples and formation fluids; Tomsk Polytechnic University, 634050, Russia, Tomsk, Lenin Ave 30, Engineer of the academic center «VODA», e-mail: [email protected]
We consider results of modeling of the hydrogeochemistry between injected waters and reservoir. The compatibility studies are described of: 1) The Yurubcheno-Tokhomo field industrial effluents subjected to disposal in the Osa aquifer sediments (East Siberia); 2) Aptian-Cenomanian groundwaters used to maintain formation pressure with formation waters and rock of the Pervo-mayskoe field pay zone (West Siberia).
Key words: hydrogeochemistry, groundwaters and brines, sedimentary processes, water-rock.
Закачка вод в глубокие водоносные комплексы (при утилизации стоков либо при организации системы поддержания пластового давления) вызывает изменение естественных гидрогеологических условий. Для прогнозирования этих изменений нужно иметь представление о физико-химических процессах, возникающих при смешении закачиваемых вод с пластовой водой и при взаимодействии этой смеси с вмещающей породой пласта-коллектора.
В последнее время у специалистов гидрогеологов/гидрогеохимиков появился мощный и удобный инструмент - компьютерные программы для моделирования химических взаимодействий в системе вода-порода [2].
Как в России, так и за рубежом в настоящее время имеется большое число программных продуктов гидрогеохимического направления, многие из которых последовательно развиваются и совершенствуются уже в течение нескольких десятилетий. Такие программы все чаще применяются на практике, что уже более 15 лет назад позволило В.Н. Озябкину говорить о зарождении нового «вычислительного» направления в гидрогеохимии [4]. К собственно гидрогеохимическому программному обеспечению среди отечественных программ могут быть отнесены геохимические моделирующие системы: HCh ("GIBBS") Ю.В. Шва-рова, "СЕЛЕКТОР" И.К. Карпова и К.В. Чудненко, SOXXXX В.Н. Озябкина. Среди зарубежных программ гидрогеохимического направления преобладают WATERQ4F, PHREEQE, SOLMINEQ, MINTEQ4.00, EQL_EVP и др. [2].
В эту группу входит и применяемый автором программный комплекс HydroGeo [1], объединяющий одновременно набор гидродинамических и гидрогеохимических модулей и не имеющий, в отличие от большинства других, ограничений по минерализации вод.
Для качественной и количественной характеристики процессов, протекающих в пласте при закачке в него воды, в программном комплексе HydroGeo применяется условная упрощенная BD-модель фильтрации, протекающей между нагнетательной скважиной и пластом-коллектором.
Общий сценарий моделирования при этом состоит из следующих этапов:
• пересчет анализов всех используемых вод при стандартных (лабораторных) условиях для восстановления баланса электронейтральности;
• определение необходимого состава ионных ассоциатов, которое проводится серией предварительных вычислений с учетом максимально возможного их числа, после чего ассоциаты, не образующие в рассматриваемой системе сколько-нибудь значимых концентраций, из нее исключаются;
• изменение термодинамических условий раствора на пластовые;
• ввод минерального состава и фильтрационно-емкостных свойств пласта-коллектора;
восстановление равновесия пластовой воды с породой при начальных РТ-условиях пласта;
• собственно BD-моделирование геомиграции, включающее одновременный расчет гидродинамики, геотермии и гидрогеохимических процессов в движущемся потоке с учетом их кинетики [5].
Поступающие в пласт воды образуют смесь с подземной пластовой водой и нарушают существовавшее до этого равновесие между подземной водой и породой, и вызывают новые процессы физико-химического взаимодействия разного характера и направленности. Переход веществ в закачиваемые воды и в смесь закачиваемых и пластовых вод происходит в результате выщелачивания и растворения породы. Вынос из закачиваемых вод и их смеси с пластовыми осуществляется за счет сорбции, а также осадкообразования [3].
Так, например, при исследовании совместимости закачиваемых производственных стоков (имеющих минерализацию до 6 г/дм3 и характеризующихся щелочной реакцией с дебитом 2200 м3/сут) Юрубчено-Тохомского нефтегазокон-
денсатного месторождения с пластовыми водами осинского водоносного горизонта Восточной Сибири (имеющих минерализацию порядка 350 г/дм3, слабокислую реакцию и насыщенных карбонатами кальция и магния) происходит растворение галита и ангидрита и выпадение в осадок кальцита, доломита и магнезита.
Результаты моделирования указывают на то, что закачка слабоминерализованных вод в отложения осинского горизонта может привести к растворению больших объемов галита (рис. 1, а). Менее интенсивно (ввиду меньшей растворимости), но тем не менее в значительных количествах происходит растворение ангидрита (рис. 1, б).
Рис. 1. Результаты 3Э-моделирования изменения минерального состава (а - галита, б - ангидрита, в - кальцита, г - доломита) коллектора осинского горизонта при закачке в него производственных стоков
Что касается процессов вторичного минералообразования, то они могут развиваться при высоких значениях рН, поэтому сосредоточены вблизи ствола нагнетательной скважины. Результаты моделирования свидетельствуют о возможности образования вторичного (техногенного) кальцита вблизи от ствола
нагнетательной скважины (рис. 1, в). Масштабы образования доломита значительно меньше (рис. 1, г). Избежать данного негативного процесса можно путем выравнивания рН закачиваемой и пластовой вод. Это подтверждается результатами моделирования закачки в тот же горизонт попутно извлеченных нефтяных вод, согласно которым количество вторичных карбонатных минералов уменьшается на порядок [5].
Для Западной Сибири минеральный состав пластов-коллекторов кардинально отличается от восточносибирских. Породы представлены песчаниками, алевролитами и глинами, поэтому гидрогеохимические процессы, протекающие в пласте при техногенном воздействии на него закачиваемыми водами, связаны в основном с растворением алюмосиликатов и одновременным образованием вторичных карбонатов (кальцита, доломита и сидерита), глин (монтмориллони-товых) и сульфатов.
В качестве примера можно привести моделирование закачки в пластовые воды отложений васюганской свиты Первомайского месторождения подземных вод апт-сеноманских отложений, используемых для поддержания пластового давления. Ввиду отсутствия информации по расходам закачиваемых вод расчеты осуществлялись без учета времени взаимодействия для разных пропорций смешения пластовых вод продуктивных отложений (А) и подземных вод апт-сеноманских отложений (В), а результаты этих расчетов характеризуют не действительное, а максимально возможное в данных условиях выпадение солей (рис. 2).
А:В=0.8:0.2
350 -300 250 200 150 100 31 959 50 0
Высажено из раствора (мг/л)
400 300
Высажено из раствора (мг/л)
Высажено из раствора (мг/л)
Рис. 2. Выпадение (положительные значения) и растворение (отрицательные значения) минералов в продуктивном пласте для разных пропорций смешения пластовых вод продуктивных отложений (А) и подземных вод апт-сеноманских отложений (В), используемых для поддержания пластового давления
Техногенные геохимические изменения состава вод и породы пласта, полученные по данным моделирования, свидетельствуют о преобладании процессов вторичного минералообразования над процессами растворения породы коллектора (из каждого литра раствора количество новообразованных минералов на 120-380 мг превышает количество растворенных), что указывает на возможность постепенного снижения фильтрационно-емкостных свойств пласта и приемистости нагнетательной скважины (рис. 2).
Каждый цикл промыва приводит к сравнительно небольшому изменению состава породы, но многократные его повторения могут привести к довольно существенному преобразованию минерального состава породы пласта коллектора и ее пористости. Последняя постепенно уменьшается, приводя к соответствующему изменению фильтрационно-емкостных свойств. Но для уверенной и точной оценки возможности растворения или осаждения минералов в коллекторе необходимы более детальные исследования взаимодействия закачиваемых подземных вод апт-сеноманских отложений, используемых для поддержания пластового давления, с пластовыми водами и породой коллектора на основе создания 3D-модели, учитывающей объем и расход закачиваемых вод.
В каждом конкретном случае гидрогеохимические процессы, протекающие в пласте при техногенном воздействии на него закачиваемыми водами, будут иметь свои особенности и отличительные черты. Если качественную характеристику этих процессов можно дать путем анализа состава закачиваемых и пластовых вод, а также состава вмещающих горных пород, то количественную -только посредством компьютерного физико-химического моделирования на специализированном программном обеспечении.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия ТПУ. Геология поиски и разведка полезных ископаемых Сибири. -2002. - Т. 305. - Вып. 6. - С. 348-365.
2. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода: в 5 томах. Т. 1: Система вода-порода в земной коре: взаимодействие, кинетика, равновесие, моделирование / В.А. Алексеев [и др.]; отв. редактор тома С.Л. Шварцев; ОИГГМ СО РАН [и др.]. - Издательство СО РАН, 2005. - С. 171-175.
3. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков / Под ред. В.А. Грабовникова. - М.: Недра, 1993. - 335 с.
4. Озябкин В.Н., Озябкин С.В. Программные имитаторы для моделирования геохимической миграции неорганических загрязнений // Геоэкология. - 1996. - № 1. - С. 104-120.
5. Трифонов Н.С., Новиков Д.А., Ямских А.А. Гидрогеологические предпосылки закачки промышленных стоков при освоении первоочередного участка Юрубчено-Тохомского месторождения // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2014. -№ 2.- С. 131-145.
© Н. С. Трифонов, 2016
