Комплекс геофизических и геохимических методов исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных пластах

Вид материала

Документы

Содержание Чугунов Андрей Владиленович. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета. Чёный секретарь Основное содержание работы Обоснование защищаемых положений. Тип исследования Наиболее значимые публикации по теме диссертации

Подобный материал:

• Правила создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах*1 пб 08-621-03, 484.04kb.
• Правила создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах I. Область, 575.4kb.
• Правила создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах Настоящим, 537.31kb.
• Разработка технологии и методов регулирования хранения попутного газа в пластах-коллекторах, 402.61kb.
• Научные основы регулирования и контроля количества газа в пористых пластах подземных, 607.99kb.
• Цифровые инженерно-геологические картографические модели планирования подземных хранилищ, 237.94kb.
• Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4437.54kb.
• Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4281.3kb.
• Название профиля, 52.42kb.
• В проектировании и строительстве, 4211.43kb.

На правах рукописи


ДАНИЛЬЕВА Наталья Андреевна




Комплекс геофизических и геохимических методов исследований при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных пластах


Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011


Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.


Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

Молчанов Анатолий Александрович.


Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Фоменко Владимир Григорьевич;


кандидат геолого-минералогических наук

Чугунов Андрей Владиленович.


Ведущая организация – ПФ «Мосгазгеофизика» ООО «Георесурс»


Защита диссертации состоится 22 июня 2011г.

в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 4312


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.


Автореферат разослан 20 мая 2011 г.


У ЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

к.г.-м.н. И. Г. КИРЬЯКОВА





Общая характеристика работы.

Актуальность работы. В связи со строительством «Северного потока» газопровода и выходом России на новые рынки экспорта газа, создание новых подземных хранилищ газа и мониторинг уже эксплуатирующихся ПХГ становится актуальной задачей.

Подземное хранение газа в нашей стране имеет уже более чем сорокалетнюю историю. Начало создания подземных хранилищ газа было положено в 1958 году, когда были введены в эксплуатацию в качестве газохранилищ мелкие выработанные залежи истощенных нефтяных месторождений Самарской области. Они использовались преимущественно для утилизации попутного газа, добываемого из нефтяных месторождений. Первым газохранилищем, созданным в водоносном пласте, стало Калужское.

Минимизация экологического ущерба от эксплуатации ПХГ и экономического ущерба от ликвидации последствий возможных аварийных ситуаций могут быть достигнуты только при постоянном мониторинге режима работы ПХГ на основе данных геофизических, геологических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических исследований; систематического анализа надежности работы наземного оборудования, включая газопроводы (шлейфы) и подземного скважинного, работы продуктивного пласта и прискважинной зоны продуктивного пласта, состояния вышележащих и нижележащих пластов горного массива каждого конкретного хранилища с его геолого-технологическими особенностями.

Значительный вклад в области геофизического и геохимического контроля за станциями подземного хранения газа внесли Р.Ш. Алиев, Л.И. Баранов, В.И. Борисов, С.А. Венско, В.Н. Даниленко, А.С. Дергач, В.В. Евтушенко, А.П. Зубарев, А.И. Лысенков, В.А. Марков, А.Н. Петров, А.П. Потапов, Ю.Р. Рыбин, В.А. Сидоров, А.В. Скобелев, В.В. Смирнов, А.П. Тимошенко, А.В. Чугунов.

Для дальнейшего развития направления подземного хранения газа в РФ необходимо внедрение инновационных технологий, которые могут быть использованы как при проектировании новых ПХГ, так и для продления срока безопасной эксплуатации действующих подземных хранилищ газа.

Недостаточная геологическая изученность выбранного пространства, нарушение технологического режима бурения скважин, недостатки эксплуатационного обустройства могут привести к разгерметизации хранилища и значительным утечкам газа, прорывающегося в вышележащие отложения, вплоть до выхода на дневную поверхность. Особенно этот фактор следует учитывать при расположении ПХГ вблизи тектонических нарушений.

Для реализации мониторинговых исследований необходимо разработать и внедрить оптимальный комплекс геологических, геофизических, геохимических и других методов исследований, обеспечивающий контроль режима работы ПХГ, прогнозирование и исключение аварийных ситуаций.

Цель работы. Разработка комплекса геофизических и геохимических методов исследований для повышения эффективности эксплуатации ПХГ.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- анализ возможностей космических, аэрогеофизических, наземных, скважинных и межскважинных методов и комплекса методов для решения геологических, геофизических, технических и экологических задач;

- исследование разрешающей возможности методов и аппаратуры контроля режима работы объектов, возможных отклонений от штатных ситуаций с целью их прогнозирования и при необходимости ликвидации;

- теоретические и экспериментальные исследования и математическое моделирование для решения геологических задач по разработке критериев оценки состояния объектов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ПХГ;

- разработка алгоритмов и выбор обрабатывающих программ интерпретации данных измерений с учетом влияния искажающих факторов и внесения соответствующих поправок.

Основные методы исследований:

- сбор, изучение, систематизация, обобщение и анализ различных методов исследований (геофизических, гидрогеологических, атмо-лито-геохимических, петрофизических и др.) для задач обеспечения мониторинга эксплуатации ПХГ;

- использование разработанных методов сейсмоакустической межскважинной томографии, электроразведки МПП ЗСБ, комплекса геофизических исследований скважин для проведения исследований;

- использование новейшего программного обеспечение для обработки и интерпретации полученных результатов (CorelDraw, LESSA, XTomo LM2.0, Горизонт, Prime и др.).

Научная новизна работы:

1. На основе линеаментного анализа данных космической съемки, аэрогеофизических исследований (магнитная и гамма-съемка, гравитационные измерения) наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка, высокоточная гравиразведка), скважинных методов (ВСП, комплекс ГИС) предложена физико-геологическая модель подземного пространства, позволяющая выбрать перспективные участки под создание ПХГ, свободные от тектонических нарушений.
   
2. Разработан комплекс ядерно-физических, акустических и электромагнитных методов исследований скважин ПХГ в водоносных пластах с целью определения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта (дебит скважин, состав флюидов, рабочие интервалы отбора закачанного и отобранного газа) и режима работы технологических, контрольных, геофизических и других скважин (заколонные перетоки, дефекты эксплуатационных колонн, НКТ) и износа скважинного оборудования при циклических закачках и отборах газа.
   

Защищаемые положения:

1. Для выбора участка, перспективного под создание ПХГ, свободного от тектонических нарушений и определения основных параметров исследуемой структуры (глубина залегания, мощность водоносного пласта и др.) предложен комплекс исследований, состоящий из космических (дешифрирование космических снимков), аэрогеофизических (линеаментный анализ магнитной, гамма-съемки и гравиразведки) и наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка и высокоточная гравиразведка).
   
2. Разработан комплекс для установления путей миграции газа из продуктивного пласта ПХГ и выявления зон его возможного накопления в вышележащих горизонтах, состоящий из методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии.
   
3. Предложена методика мониторинга ПХГ с использованием геофизических методов исследования скважин (радиоактивные, акустические, гидродинамические, электромагнитные методы каротажа, термометрия и др.) и геохимических методов (подповерхностная и атмосферная съемки, опробование флюидов и геоэлектрохимия) для контроля режима эксплуатации ПХГ и прогнозирование аварийных ситуаций.
   

Достоверность. Достоверность определяется достаточным объемом экспериментальных и модельных исследований, а также высоким техническим уровнем применяемой аппаратуры, программных пакетов обработки и интерпретации данных, высокой сходимостью результатов моделирования с наземными и скважинными исследованиями.

Практическая значимость работы.

Комплекс методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии позволил выявить ослабленные трещиноватые зоны в горном массиве, обусловленные циклической работой ПХГ и уточнить геологический разрез по электрическим свойствам, выделить газонасыщенные и водонасыщенные зоны.

Разработан комплекс геофизических и геохимических исследований, позволяющий обеспечить оптимальный выбор мест заложения хранилищ газа, полный контроль за эксплуатацией подземного хранилища газа в режиме мониторинга, обеспечивая безопасность экологической обстановки района работ.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в настоящей работе, использованы для осуществления мониторинга ПХГ Северо-Западного региона.

Апробация работы. Результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на международной молодежной научно-практической конференции «Геофизика -2009» и на II – ой международной научно – практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского, конференции «СЕВЕРОГЕОТЕХ-2011».

Публикации. По теме диссертации автором в период 2008-2011 гг. были опубликованы 8 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из четырех глав, введения и заключения. Общий объем 181 страница, 48 рисунков, 10 таблиц. Библиографический список включает 112 наименований.

Работа выполнена на кафедре геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых в период 2008-2011 гг. в Санкт-Петербургском Государственном Горном Университете.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. А.А. Молчанову за возможность написания работы и помощь в ее создании, благодарность, к.г.-м.н. А.И. Лысенкову, к.т.н. О. Рыскаль, А.Г. Болгарову, к.т.н., доценту Д.Н. Дмитриеву, к.т.н. В.Н, Даниленко, к.т.н. А.П. Зубареву и сотрудникам кафедры ГФХМР: заведующему кафедрой профессору А.С. Егорову, профессорам О.Ф. Путикову, А.Н. Телегину за помощь и поддержку при подготовке диссертационной работы.

Основное содержание работы

Введение. Во введении приводится общая характеристика работы, обоснованы актуальность работы, цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе приведены основные типы ПХГ, эксплуатирующиеся в России и за рубежом. К ним относятся ПХГ, созданные в истощенных месторождениях углеводородов, в водоносных пластах, в солевых кавернах, горных выработках, шахтах и прочие. Оценены основные проблемы и сложности, возникающие при их проектировании, строительстве и эксплуатации ПХГ, заключающиеся в различных способах разгерметизации газохранилища и возможного выхода газа за пределы ловушки в вышележащие отложения. Обоснована необходимость постоянного контроля режима работы газохранилищ. Во второй главе рассмотрен комплекс методов геофизических исследований, позволяющий оценить перспективность территории под создание хранилищ газа и выбрать оптимальный участок для будущего ПХГ. Обоснованы перспективность и целесообразность применения дешифрирования космических снимков и аэрогеофизических данных (магнитная и гамма-съемки, гравиразведка), метода высокоразрешающей сейсморазведки, высокоточной гравиразведки и электроразведки (МПП ЗСБ и ЗСД) с целью исследования горного массива на отсутствие на участке горного отвода тектонических нарушений на основе линеаментного анализа. В третьей главе рассмотрены геологические и технические задачи исследований, которые необходимо решать при строительстве и эксплуатации ПХГ, намечены и обоснованы методика и аппаратура для их решения. Выбран и научно обоснован комплекс методов геофизических и геохимических исследований. Важнейшей задачей при мониторинге ПХГ является изучение герметичности кровли продуктивного пласта и околоскважинного пространства. Решение этой задачи осуществляется методами межскважинной сейсмоакустической томографией, электроразведкой, геохимическими исследованиями и комплексом ГИС. В четвертой главе приведена практическая реализация разработанного комплекса исследований на ПХГ в водоносных пластах России Северо-Западного региона. Заключение содержит основные выводы по результатам исследований.

Обоснование защищаемых положений.

1. Для выбора участка, перспективного под создание ПХГ, свободного от тектонических нарушений и определения основных параметров исследуемой структуры (глубина залегания, мощность водоносного пласта и др.) предложен комплекс исследований, состоящий из космических (дешифрирование космических снимков), аэрогеофизических (линеаментный анализ магнитной, гамма-съемки и гравиразведки) и наземных методов (высокоразрешающая сейсморазведка и высокоточная гравиразведка).
   

Космическая съемка является одним из экспресс - методов исследования подземного пространства территорий Земли, связанного с изучением геологического и тектонического строения. Для территории РФ следует использовать равноугольную поперечно-цилиндрическую проекцию Гаусса-Крюгера, обеспечивающую на плоскости карт минимальное искажение.

Важным этапом для обнаружения зон тектонических нарушений значительных территорий является дешифрирование данных космических съемок масштаба 1:200 000 и крупнее. Для проведения работ данного масштаба использовались съемки среднего разрешения со спутников Landsat (США) и КАТЭ-200, имеющие разрешение 15-30 м. При проведении дешифрирования наряду с космическими снимками используются: геологическая карта масштаба 1:200 000, топографическая основа масштабов 1:200 000 и 1:50 000.

Работа с материалами дистанционного зондирования включает два основных этапа: собственно дешифрирование и интерпретацию результатов дешифрирования. При первоначальной (предварительной) обработке материалов космосъемки необходимо получить максимально четкое изображение и определить какой или какие показатели станут определяющими при распознавании объектов.

Обработка многозональных космических изображений исследуемой территории включает в себя контрастирование, фильтрацию, геометрическую и яркостную коррекцию, пространственно-временную привязку многозональных космических изображений.

Дешифрирование космических снимков выполнялось с помощью программных пакетов Adobe Photoshop CS3, CorelDRAW Х3, ERDAS Imagine, ArcGis, LESSA.

Структурно-геоморфологический анализ позволяет произвести оконтуривание более крупных участков земной поверхности, различающихся характером тектонической жизни в геоморфологический этап развития изучаемой территории. Оконтуривание больших морфологических структур, выявление закономерностей их размещения и определение их вида выполнялись при сопоставлении схемы геоморфологического дешифрирования с геологическими картами соответствующих масштабов (прил.1-а).

Использование данных аэрогеофизических методов (магнитная, гамма-съемки, гравитационные измерения) масштабов 1:100 000 и 1:200 000 и наземных методов (высокоразрешающей сейсморазведки МОВ ОГТ и высокоточной гравиразведки) масштабов 1:100 000 и 1:50 000 совместно с результатами дешифрирования космических снимков позволяют получить наиболее полную картину развития региона в тектоническом и геологическом отношении, что в свою очередь помогает выявлять основные структуры, перспективные для хранения углеводородов.

Обработка вышеперечисленных методов основывается на линеаментном анализе волновых полей геофизических методов. В качестве линеаментов на аномальных геофизических полях выделялись зоны линий сгущения изолиний в пределах одноразрядной аномалии, изменение простирания аномалий (рис.1-б, в).

Основным результатом дешифрирования стала карта линеаментной тектоники масштаба 1:200 000, с указанием на ней линеаментов 1-го и 2-го порядков, выявленные по космическим снимкам, линеаментов, выделенных по аэрогеофизическим методам, региональных глубинных разломов и разрывных нарушений (рис.2).

При проведении комплексного анализа всех методов вначале анализировались данные каждого конкретного метода в отдельности, а затем полученные результаты обобщались, и по ним была построена карта районирования основных тектонических нарушений и участков, перспективных под строительство ПХГ.

Техногенная активизация разломов характеризуется возрастанием напряжения горных пород до определенного значения с последующей резкой разрядкой, что требует постоянного космического зондирования в видимом, инфракрасном, тепловом и радиолокационном диапазонах.

Геодинамически активные разломы представляют собой вертикальные зоны деструкции с ухудшением в них физико-механических параметров.

На рис.2 по результатам линеаментного анализа по комплексу космических, аэрогеофизических (магнитная и гамма-съемка, гравитационные измерения), наземных методов исследований (высокоразрешающая сейсморазведка, высокоточная гравиразведка и др.) выделились зоны тектонических нарушений и отображены перспективные участки для создания новых герметичных ПХГ. Прямоугольниками выделены перспективные зоны для выбора участков горных отводов под создание ПХГ в Северо-Западном регионе России, кружком обозначено Гатчинское ПХГ.

2. Разработан комплекс для установления путей миграции газа из продуктивного пласта ПХГ и выявления зон его возможного накопления в вышележащих горизонтах, состоящий из методов электроразведки МПП ЗСБ и межскважинной сейсмоакустической томографии.

Определение местоположения и мощности водоносного продуктивного пласта было предложено проводить методами электроразведки по способу МПП ЗСБ, сейсморазведкой МОВ ОГТ. Метод электроразведки позволил расчленить геологический разрез по кажущемуся удельному электрическому сопротивлению, выявить высокоомные и низкоомные горизонты и соответственно выделить водоносные и газонасыщенные горизонты и участки в исследуемом разрезе, а метод сейсморазведки дал точные глубины границ пластов, их мощность, зоны тектонических нарушений и трещиноватости. Глубины кровли и подошвы водонасыщенного пласта надежно определялись по электрическому или акустическому каротажу, выполненному в скважинах ранее.

Выявление нарушения герметичности подземных хранилищ газа (ПХГ) необходимо для проектирования работ по предотвращению и ликвидации его утечек. Методом, способным зафиксировать участки вторичного газонакопления как прямого свидетельства нарушения герметичности кровли продуктивного водоносного пласта ПХГ в условиях наличия многочисленных искусственных проводников (оборудование скважин, трубы, кабели и др.), является геофизический метод наземной импульсной индуктивной электроразведки зондированием становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ), успешно опробованный на трех ПХГ. Высокая производительность и относительная малозатратность метода МПП ЗСБ делает возможным применение этого метода в мониторинговом режиме. Комплексирование электроразведки методом МПП ЗСБ с другими методами геофизических исследований позволяет уточнять геологический разрез надпродуктивной толщи, что важно для прогнозирования возможности формирования зон вторичного газонакопления (ЗВГ), детализировать полученные результаты и, при благоприятных обстоятельствах, оконтуривать ЗВГ в геологическом разрезе. В ходе работы были опробованы два комплекта электроразведочной аппаратуры – «Импульс – Д» и «Каскад – 2 М». При проведении полевых работ выяснилось, что аппаратура «Каскад – 2 М» обладает рядом преимуществ и ее использование при исследованиях является предпочтительным. По полученным данным был построен геоэлектрический разрез, на котором четко выделился высокоомный горизонт в интервалах глубин 50-100 м, приуроченный к зоне возможного вторичного газонакопления (рис.3).


Дистанция, м


Рис. 3. Определение зон возможного вторичного газонакопления по результатам электроразведки МПП ЗСБ.

Методика и технология проведения перекрестных сейсмотомографических исследований заключается в возбуждении упругих колебаний в одной скважине и приеме их в другой, а затем смене возбуждающей и приемной скважин, отраженный в следующей зависимости:

Р₁ = f² R²h .

В качестве излучателя упругих колебаний при перекрестном методе скважинных измерений используется электрогидравлический источник с взрывающей проволокой (плазменно-импульсная технология), с энергией 1-2 кДж и частотным спектром 0,1 Гц - 10 кГц (аппаратура ИСС2/3.2) с многозондовой (до 20 приборов) высокочувствительной (0,1-1 мкВ) трехкомпонентной (X-Y-Z) приемной цифровой регистрацией до 2-4 кГц с прижимными устройствами с силой прижима в 5-7 раз превышающей вес прибора. Дальность просвечивания - до 300-400 м, разрешающая способность – 0,4-0,5 м. Для выбора шага съемки использовалось соотношение:

0.2  h/_р  1.5,

где h – мощность слоя, λ_р – длина волны.

Как показывают многочисленные исследования, скорость распространения упругих колебаний в горных породах существенно зависит от их минерального состава, пористости, трещиноватости и от свойств флюида, заполняющего поры и трещины. Относительно резкое отличие значений скорости продольной волны V_p наблюдается в породах, поры которых заполнены газонасыщенным флюидом. Даже при небольшом количестве (около 5%) газа в порах породы упругие свойства флюида определяются высокой сжимаемостью газа, что приводит к уменьшению значений V_p в газонасыщенных участках пород.

Наибольшее различие V_p (15-30%) достигает в терригенных и крупнообломочных породах, залегающих на небольших глубинах. В трещиноватых и кавернозных карбонатных породах зависимость значений V_p от газонасыщенности несколько ниже.

Таким образом, газонасыщенность пород в изучаемом массиве пород проявляется как по кинематическим признакам (уменьшению значений V_p) на томографических разрезах, так и по динамическим свойствам (поглощении энергии и высокочастотных составляющих сейсмического сигнала) волновых полей сейсмоакустического просвечивания (рис.4).

Эти зоны отличаются пониженными скоростями распространения Vp, меньшими амплитудами принимаемых сигналов, что свидетельствует о появившихся нарушениях сплошности кровли продуктивного пласта.

По результатам интерпретации данных можно судить не только о герметичности кровли продуктивного пласта ПХГ, но и оценить степень и направление газопроявлений по разрезу.

Внедрение метода межскважинной сейсмоакустической томографии в режиме мониторинга на ПХГ позволяет оценить состояние кровли пласта-коллектора и определить участки газонакоплений, образовавшиеся в результате миграции газа из продуктивного пласта в вышележащие горизонты. Высокая разрешающая способность данного метода позволяет решать задачу, связанную с определением газонасыщенных зон. На томографическом разрезе четко выделяются области пониженных скоростей, приуроченные к ослабленным зонам горных пород, представляющие собой породы, поровое пространство которых заполнено газом.


Дистанция, м


Рис. 4. Результаты применения сейсмоакустической томографии для выявления зон повышенного газонасыщения.

3. Предложена методика мониторинга ПХГ с использованием геофизических методов исследования скважин (радиоактивные, акустические, гидродинамические, электромагнитные методы каротажа, термометрия и др.) и геохимических методов (подповерхностная и атмосферная съемки, опробование флюидов и геоэлектрохимия) для контроля режима эксплуатации ПХГ и прогнозирование аварийных ситуаций.

Контроль за строительством, проводкой скважин, ввода ПХГ в эксплуатацию, длительной работой при циклических закачках и отборе газа (когда давление закачиваемого газа в 1,05 – 1,5 раза больше пластового) при сохранении герметичности самого хранилища необходим на любой стадии эксплуатации. Контроль осуществляется с помощью комплекса геофизических, геохимических и гидродинамических исследований скважин, включающих методы инклинометрии, термометрии и методы изучения околоскважинного пространства (акустические методы, радиоактивные методы).

Особенностью выполнения геофизических исследований скважин на действующих ПХГ по определению газонасыщенности продуктивного пласта и положения газо-водяного контакта при закачках и отборах газа проводятся без остановки режимов работы и без извлечения насосно-компрессорных труб (НКТ).

Эти условия требуют применения малогабаритной аппаратуры диаметром 42 мм для спуска ее через НКТ.

Разработанный комплекс совместного использования радиоактивных методов, плотностного сканирующего каротажа и широкополосного акустического каротажа с регистрацией полной волновой картины, включая регистрацию продольных, поперечных волн, волн Стоунли и Лэмба обеспечил повышение требований к контролю качества цементирования обсадных колонн.

Обнаружение перетоков газа из-за некачественного цементирования многоколонных конструкций во внутритрубном и затрубном пространстве предложено решать комплексом методов ГГК+АКШ, а образование газонаполненных каверн методом временных замеров естественной радиоактивности цементирующих составов до и после обсадки колонн, высокочувствительной термометрией (разрешение по температуре 0,001 ⁰С) и спектрального акустического шумомера.

Непременным условием надежной работы скважинного оборудования является контроль состояния колонн (выдержанность толщины труб, их целостность, отсутствие вмятин, определение мест коррозии, дефектов от воздействия агрессивных составов, абразивного износа песчаными частицами при откачке газа).

По результатам теоретических и модельных исследований, выполненных с участием автора, установлено, что метод магнитоимпульсной дефектоскопии позволяет исследовать всю колонну труб одновременно, выявлять участки их коррозийного износа площадью более 120 мм², трещины и локальные дефекты, определять толщину каждой колонны с точностью до 0,5 мм.

Разработанные магнитоимпульсные дефектоскопы МИД-К позволили обнаруживать, образовавшиеся в результате коррозии поперечные и продольные дефекты, отверстия в трубах протяженностью 10 мм и диаметром более 12 мм.

Исследование околоскважинного пространства с целью выявления зон повышенной кавернозности и определения заполнителя этих каверн играет огромную роль при контроле за герметичностью хранилища и недопущению миграции газа вверх по разрезу. Использование нейтронных методов каротажа (ННК, ИННК, СНГК) позволяет оценить состояние околоскважинного пространства через колонну обсадных колонн и НКТ, выявить газонаполненные и водонаполненные зоны в околоскважинном и межтрубном пространстве, определить возможности миграции газа вверх по разрезу из продуктивного пласта-коллектора по затрубному пространству скважин различного назначения (рис.5).

Важным условием оценки экологической обстановки участка горного отвода является охрана окружающей среды: источников питьевого водоснабжения, прилегающих к ПХГ населенных пунктов, отсутствие в почвах и атмосфере углеводородных газов, их вредных продуктов, радона, углекислого газа, метанола и др. Постоянный контроль в мониторинговом режиме предусматривает подпочвенную газовую съемку и газовую съемку приповерхностного воздуха.

Геохимическая съемка, проводимая на ПХГ, позволяет определить участки загазованности верхних слоев почвы и сделать предположения о нарушении герметичности хранилища и локализовать зону газонасыщения с целью последующей ее ликвидации специальными герметизирующими растворами или путем отбора газа из специально пробуренных наклонно-направленных скважин в систему общего сбора.



Рис. 5. Выделение каверн и оценка заполнения заколонного пространства цементом по комплексу нейтронных методов

Наземное оборудование любой станции подземного хранения газа также как и само хранилище требует особого внимания к его состоянию. Поэтому контроль технического состояния шлейфов, осуществляемый методами электроразведки и геоэлектрохимии, также необходим при общей оценке состояния хранилища. На основе данных измерений можно сделать выводы об предполагаемых участках повышенной коррозии трубопровода и при необходимости принять меры по их ремонту.

В таблице представлена общая система проведения геофизических и геохимических методов исследований, разработанная в процессе выполнения работ.


Таблица

Комплекс методов мониторинга ПХГ в водоносных пластах на основе геофизических и геохимических методов

Тип исследования	Методы исследования
Космическая съемка	Дешифрирование космических снимков, фильтрация снимков, линеаментный анализ, лидарная съемка
Аэрогеофизические методы	Магнитная съемка, гамма-съемка, гравиразведка, электроразведка, линеаментный анализ
Наземные методы	Сейсморазведка, электроразведка, гравиразведка, геохимическая съемка, геоэлектрохимия, георадарная съемка
Скважинные методы	Электрический каротаж, акустический каротаж, радиоактивный каротаж (ГК, ГГК, ННК, ИННК, СНГК), гидродинамические исследования, геохимические методы, дефектоскопия, бурение наклонно-направленных скважин, отбор проб горных пород (СКО) и пластовых флюидов (ОПК), термометрия, шумометрия
Межскважинные методы	Сейсмоакустическое межскважинное просвечивание

Таким образом, разработанная технология обеспечивает контроль износа скважинного оборудования, режим работы пласта и при обнаружении нештатных ситуаций могут быть приняты меры по ремонту и восстановлению нормальных режимов эксплуатации скважин или остановки их на капитальный ремонт. При невозможности ремонта – их ликвидации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследований представляют законченную научно-квалификационную работу, в которой решена крупная научная проблема – обоснован и разработан комплекс геофизических и геохимических методов при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в водоносных пластах, что имеет важное практическое значение для обеспечения безопасной промышленной и экологической эксплуатации подземных хранилищ газа и прогнозирования аварийных (нештатных) ситуаций.

Анализ результатов позволяет заключить следующее:

- использование материалов космической съемки, аэрогеофизических методов (магнитная и гамма-съемки, гравиметрические измерения), высокоразрешающей сейсморазведки и высокоточной гравиразведки, анализа геологической, геофизической, атмо-лито-геохимической и данных тектонической обстановки горного массива позволил выделить перспективные под создание ПХГ в водоносных пластах территорий;

- разработан комплекс ядерно-физических, акустических и электромагнитных и других методов исследований скважин ПХГ в водоносных пластах для контроля режимов работы эксплуатационных, наблюдательных, пьезометрических, геофизических, нагнетательных, поглотительных и разгрузочных скважин и их технического состояния при циклических закачках и отборах газа;

- предложен комплекс методов выявления зон повышенного газосодержания в контрольных пластах и причины возможной миграции газа в вышележащие отложения;

- контроль состава газа, пластового флюида, геохимические поверхностные измерения и контроль концентрации углеводородов и других газов в атмосфере в зоне действия хранилища обеспечивают экологическую чистоту окружающей среды.

Разработанная технология рекомендуется для выбора участков горного отвода при строительстве ПХГ в различных геолого-технических условиях, в т.ч. вдоль трасс магистрального газопровода «Северный поток» и др., выбора мест перехода газопроводов и нефтепроводов через тектонические нарушения, строительства технически сложных подземных и наземных сооружений.

Наиболее значимые публикации по теме диссертации:

1. Познякова (Данильева) Н.А. Межскважинная сейсмическая томография при инженерно-геофизических изысканиях. //Материалы VII международной научно-практической молодежной конференции «Геофизика-2009». СПб, 2009 г. Электронное издание. Объем статьи – 5 страниц.
   
2. Познякова (Данильева) Н.А. Определение зон возможного вторичного газо-и водопроявления методом переходных процессов становлением поля в ближней зоне на подземных хранилищах газа Северо-Западного региона. //Материалы II-ой международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского. СПб, 2011 г. с. – 84-87.
   
3. Познякова (Данильева) Н.А. Выявление зон возможной утечки газа из пласта-коллектора методом межскважинной сейсмической томографии. // Записки Горного Института, том 189, СПб. 2011 г. с. – 62-65.
   
4. Познякова (Данильева) Н.А. Изучение каверн прискважинной зоны газоносных пластов. // Записки Горного Института, том 189, СПб. 2011 г. с. – 65-68.
   
5. Данильева Н.А., Применение спектрометрического нейтронного гамма-каротажа для контроля технического состояния скважин подземного хранилища газа /В.Н. Даниленко, А.И. Лысенков, А.В. Кондрашов, Л.К. Борисова, В.И. Борисов, Я.С. Гайфуллин, Р.А. Шайхутдинова, Н.А. Данильева // Каротажник, вып. 4 (202). Тверь. 2011 г. с. – 4-12.
   
6. Данильева Н.А. Опыт промышленного опробования аппаратуры спектрометрического каротажа в Китае. /В.Н. Даниленко, А.И. Лысенков, А.В. Кондрашов, Л.К. Борисова, В.И. Борисов, Я.С. Гайфуллин, Р.А. Шайхутдинова, Н.А. Данильева // Каротажник, вып. 5 (203). Тверь. 2011 г. с. – 5-13.
   
7. Данильева Н.А. Выбор подземного пространства для создания экологически безопасных в эксплуатации хранилищ газ по комплексу аэрокосмических, геофизических и геохимических методов. // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. Москва, вып. 5, 2011 г. c. – 24-27.