Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа

• Автор: Калиниченко, Ирина Владиславовна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1 ПХГ, ИСТОРИЯ ИХ С03ДА11ИЯ 11 МИРОВАЯ ПРАКТИКА

1.2 Коллектора газа и их свойства

1.3 Условия создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых породах

1.4 Теоретические исследования деформирования и разрушения пород-коллекторов

1.5 ЭКСПЕРИМЕ1ГГАЛЬНЫЕ ИССЛЕД0ВА11ИЯ ПОВЕДЕ1II1Я КОЛЛЕКТОРОВ

2. ИЗМЕНЕНИЯ В ПОРОДАХ-КОЛЛЕКТОРАХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДАННЫХ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОХРАНИЛИЩ
2.1 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ. ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАСНОДАРСКОГО И КУЩЕВСКОГО ПХГ

2.2 РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ-КОЛЛЕКТОРОВ

2.3 Расчет изменения режимов эксплуатации
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ПОРИСТОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ МОДЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ПЕСЧАНИКОВ
3.1 Изготовление модельных образцов и их характеристика
3.2 Описание установки УКС
3.3 схема проведения экспериментов
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОРИСТЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ИЗМЕНЕНИИ ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПОСТОЯННОГО ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ
4.1 Принятая методика обобщения и анализа результатов
4.2 Результаты экспериме! itob на песчаниках с 10 % содержанием цемента в составе
4.3 Результаты экспериментов на песчаниках с 20% содержанием цемента в составе
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА
5.1 Исследование микроструктуры образцов с 10% содержанием цемента
5.2 Исследование микроструктуры образцов с 20% содержанием цемента
6. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ И ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ИЗМЕНЕНИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
7. ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЬНЫХ ПЕСЧАНИКОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ ДЕВИАТОРА НАПРЯЖЕНИЙ
7.1 Методика проведения экспериментов
7.2 Результаты испытаний образцов и их анализ
8. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ
8.1 Теоретические модели поведения массива, используемые при создании геомеханической модели
8.2 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГ! 1ЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
8.3 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
8.4 Изменения емкостных свойсго пласта-коллектора по результатам численного моделирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Опубликованная литература:
Фондовые ма териалы и ведомственные инструкции:
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 1 .ДА! шые по эксплуатации Краснодарского ПХГ с 1994 по 2003 гг. ;
Приложение 2. Данные по эксплуатации Кущевского ПХГ с 1994 по 2003 гг Ц
Приложение 3 Результаты экспериментальных испытаний модельных песчаников на установке УКС

Введение
Подземное хранение газа в России имеет более чем 50-летнюю историю и подземные хранилища газа (ПХГ) являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения страны и важнейшим объектом энергетической безопасности России. К настоящему времени на территории Российской Федерации в ОАО «Газпром» создано и эксплуатируется 25 объектов подземного хранения газа, с общей активной емкостью около 100,8 млрд. м3. Все газохранилища созданы в пористых средах (преимущественно песчаниках) и расположены в различных регионах России, они обеспечивают около 7 % объема экспортных поставок газа.
Основной чертой процессов, протекающих в подземных хранилищах газа, является цикличность воздействия на вмещающие пласты-коллектора, а скорость их протекания во много раз превышает величины, характерные для естественных месторождений. Прямое изучение явлений в подземных хранилищах газа, влияющих на изменение их эксплуатационных параметров, невозможно, поэтому приходится широко использовать косвенные методы исследования и оценки. К ним относятся различные расчеты по данным наблюдений за многолетней эксплуатацией хранилищ; лабораторные исследования на природных породах-коллекторах и их аналогах в условиях, максимально близких к реальным в ПХГ; численное моделирование подземных объектов на основе современных теоретических разработок и специальных программных комплексов. Одной из наиболее важных проблем, возникающих в ходе эксплуатации ПХГ, является уменьшение активного объема газохранилищ, обусловленное изменением напряженного состояния массива пластов-коллекторов, появляющихся в них деформаций, ухудшением коллекторских свойств.
Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам
создания и эксплуатации ПХГ, показывает, что именно вопросы деформационного
изменения структуры порового пространства пород-коллекторов, вмещающих
подземные хранилища газа, изучены недостаточно. В связи с этим, целью работы
является экспериментальное моделирование изменения деформационных и

емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа.
Для достижения поставленной цели в рамках настоящего исследования решались следующие задачи:
1. Изучить состояние проблемы, обобщить и проанализировать имеющиеся литературные данные, в которых рассматриваются вопросы подземного хранения газа, особенности создания и эксплуатации ПХГ, деформационные и емкостные свойства вмещающих подземные хранилища пород для обоснования цели и задач исследования.
2. На основании наблюдений за многолетней работой реальных подземных хранилищ газа провести анализ режимов эксплуатации, являющихся реакцией поровой среды пласта-коллектора на циклическое изменение пластового давления.
3. Провести испытания, имитирующие условия эксплуатации реальных ПХГ, при многократном циклическом изменении порового давления, как при равномерном всестороннем сжатии, так и при изменении девиатора напряжений на модельных образцах песчаников.
4. Исследовать изменение микроструктуры порового пространства, пористости и проницаемости модельных песчаников при циклическом изменении порового давления.
5. В результате анализа выполненных экспериментальных исследований выявить основные факторы, влияющие на изменение емкостных параметров в процессе циклической эксплуатации подземных газохранилищ.
Диссертационная работа является результатом исследований, проведенных за время обучения в очной аспирантуре на кафедре инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова с 2006 по 2009 гг. Фактический материал, использованный в работе,, получен на- основании лабораторных испытаний, проведенных на кафедре; а так же в лаборатории ООО «Подземгазпром»,- на основании собранных фондовых материалов в ООО «Подземгазпром» и изучении опубликованных источников, посвященных теме исследования.
2. Изменения в породах-коллекторах по результатам данных эксплуатации реальных газохранилищ
Подземное хранилище в пористом резервуаре, представляет собой искусственную газовую залежь, созданную в пласте, в естественных условиях заполненном водой, газом или нефтью (в случае хранилища в истощенном месторождении). Пласт, в котором создается хранилище, должен достаточно легко и в необходимых объемах принимать газ, длительное время его сохранять и отдавать, когда это потребуется [44].
Изменение и анализ параметров циклической работы ПХГ является крайне важным аспектом с точки зрения безопасной и экономически выгодной эксплуатации подземных резервуаров. Поскольку прямое наблюдение за размещением и циклическим передвижением газа в продуктивных коллекторах хранилищ, находящихся глубоко под землей, невозможно, необходима диагностика этих процессов по данным косвенных измерений [47]. Одним из возможных подходов к выявлению процессов, происходящих в поровом пространстве пород-коллекторов, является анализ динамики изменения объемов хранимого газа и пластовых давлений на реально существующих хранилищах [93]. Это сделано на основании данных по десятилетней эксплуатации Краснодарского и Кущевского ПХГ, пласты-коллектора которых являются типичными примерами для подземных хранилищ газа.
2.1 Геологическое строение и технологические характеристики Краснодарского и Кущевского ПХГ.
Краснодарское ПХГ создано на базе истощенного Александровского газоконденсатного месторождения, оно разрабатывалось вплоть до 1972 г., после чего его эксплуатация прекратилась. Работы по проектированию газохранилища были начаты ВНИИГАЗом в 1981 г [90]. Проектирование и эксплуатация этого ПХГ были связаны с некоторыми особенностями. Месторождение находилось в состоянии консервации почти 10 лет, в результате которых произошло