• Виктор
  • Статьи
  • 2 мин. чтения

Сейсмичность при разработке месторождений углеводородов

Проблема прогнозирования реакции месторождений углеводородов на воздействия в ходе разработки приобретает все большую значимость в связи с начавшимся во всем мире широким введением в эксплуатацию нетрадиционных месторождений нефти и газа. В статье рассматриваются примеры возникновения сейсмичности, связанной с воздействием на подземные флюидные системы, предлагается модель возникновения сейсмических событий при закачке, приводятся примеры результатов расчетов по предложенной модели. Предложенная модель может послужить основой при планировании операций по закачке/добычи флюида с целью минимизировать риски возникновения техногенной сейсмичности.






Проблема прогнозирования реакции подземных флюидных систем на техногенное воздействие приобретает все большую значимость в связи с начавшимся во всем мире широким введением в эксплуатацию нетрадиционных месторождений нефти и газа и реализацией проектов по использованию геотермальных источников энергии. И в одном и в другом случае предполагается проведение массовых гидравлических разрывов пластов (для повышения дебитов на месторождениях углеводородов, получения перегретой воды, для увеличения приемистости закачивающих скважин). Проведение многостадийных гидроразрывов является основным методом разработки сланцевых месторождений углеводородов, а также залежей в доманиковской и баженовской свитах в России.

В последние годы повысился интерес к возможностям использования микросейсмического мониторинга для получения дополнительной информации о механических свойствах коллекторов, о сейсмодеформационных и флюидодинамических процессах, происходящих в них. Наиболее широко сейсмический мониторинг используется для оперативного определения положения трещины гидроразрыва пласта. Появились и работы, показывающие возможность использования данных микросейсмического мониторинга для оценки проницаемости пласта. В статье рассматриваются примеры возникновения сейсмичности, связанной с воздействием на подземные флюидные системы, предлагается модель возникновения сейсмических событий при закачке, приводятся примеры результатов расчетов по предложенной модели.

Негативные последствия воздействия на флюидные системы недр

Сейсмичность, индуцированная воздействием на недра, проявляется как в тектонически активных районах, так и в районах, в которых естественная сейсмичность не наблюдается. В дополнение к опубликованной ранее монографии [24] ниже представлены сведения о ряде случаев возникновения техногенной сейсмичности за последнее десятилетие. На рис. 1 приведена карта с некоторыми триггерными и индуцированными сейсмическими событиями, связанными в основном с воздействием на флюидные системы в недрах.

В статьях [18, 13] производится обзор основных механизмов возникновения индуцированной сейсмичности в центральных районах США и выделяется главный «виновник» резко возросшей с 2009 г. сейсмичности (рис. 2) – закачка больших объемов жидкости в недра; показано, что гидроразрыв пласта сам по себе не является причиной повышенной сейсмичности. Авторы работы [18] связывают это с тем, что суммарный объем воды, размер области с повышенным давлением в случае длительной закачки воды будет значительно больше, чем в случае проведения ГРП. Индуцированная сейсмичность наблюдается на расстояниях до десятка километров от закачивающей скважины и на глубинах, отличных от глубины закачки (до 5 км). Крупнейшие землетрясения, индуцированные закачкой отработанной воды в США, имели магнитуды M = 5,3 (Тринидат, Колорадо, август 2011 года) и M = 5,6 (Праг, Оклахома, ноябрь 2011 года).

Большинство скважин, используемых для утилизации отработанной воды, производят закачку не в фундамент, а в осадочные породы с высокой проницаемостью и пористостью. Распространение флюида и области повышенного давления при этом могут достигать разломных зон в фундаменте. Магнитуды наиболее интенсивных сейсмических событий часто коррелирует с суммарным объемом закачанной воды. Однако вопрос о том, является ли объем закачанной воды фактором, контролирующим максимально возможную магнитуду землетрясения, остается открытым.

Усиление сейсмичности в Оклахоме вынудило власти ввести дополнительные регуляторные меры, основанные на эмпирически полученных знаниях об отклике сейсмичности на темп и суммарный объем закачки. С 2015 года, вслед за этими мерами, количество землетрясений с стало несколько меньшим , однако суммарный сейсмический момент, накопленный за месяц, изменился незначительно.

В статье [7] описывается самое крупное и разрушительное землетрясение в Южной Корее за последние 100 лет, произошедшее 15 ноября 2017 года и имевшее магнитуду 5,4 (рис. 3). Очаг был расположен недалеко от места, где происходила закачка воды для использования геотермальной энергии: через скважину на глубину 4 км с начала 2016 года по сентябрь 2017 года были закачаны тысячи кубических метров воды. Оказалось, что непосредственно под забоем скважины в пределах 1 км находится разлом. Согласно результатам работы [8] данное землетрясение является индуцированным и самым сильным из известных землетрясений, связанных с использованием геотермальной энергии. Данное событие может навсегда изменить индустрию геотермальной энергетики.

В статье [9] авторы приводят результаты анализа сейсмичности, связанной с созданием газового хранилища в море в заливе Валенсия, Испания. Закачка газа происходила в резервуар, откуда ранее извлекали нефть, с морской платформы Кастор. Суммарный объем газа, который может храниться в резервуаре, оценивается в 1900 миллионов кубических метров. Закачка началась в сентябре 2013 года, через три дня в этом районе начали регистрироваться сейсмические события. 16 сентября закачка была остановлена, но в первую неделю октября произошли землетрясения и правительство Испании приняло решение о приостановке работы платформы. Авторы статьи [9] выделили 12 активных разломов на побережье в радиусе 120 км от платформы, скорость подвижки которых варьируется от 0,01 мм/год до 0,15 мм/год.

В статье [10] приводится детальный анализ сейсмичности, недавно наблюдавшейся в Сычуаньской впадине в Китае (2016 год). В данном районе был произведен ГРП для активизации добычи газа. Множество свидетельств, включая вид последовательности афтершоков, положение гипоцентров, фокальный механизм 13 сильнейших и численно полученные значения изменения Кулоновских напряжений, дают основания полагать, что серия землетрясений с магнитудой вплоть была индуцирована кратковременной (несколько месяцев на одной скважине) закачкой для проведения ГРП на глубине от 2,3 до 3 км.

В настоящее время для регулирования рисков возникновения заметной индуцированной сейсмичности используется «система светофора» (TLS – traffic light system) [6]. На основе предшествующей истории сейсмичности определяются пороговые уровени магнитуд событий (зеленый, желтый и красный уровни), при превышении которых должны быть приняты определенные меры. Однако данный подход не учитывает изменение параметров системы в результате закачки. В статьях предложена адаптивная «система светофора» (ATLS – adaptive traffic light system), которая позволяет более корректно учитывать текущую индуцированную сейсмичность при проведении операций закачки для коррекции пороговых значений.

Отметим, что вопрос моделирования индуцированной сейсмичности является открытым. Существует множество проблем, с которыми сталкиваются исследователи при прогнозировании возможной сейсмичности или описании произошедших событий. Тем не менее современные подходы позволяют оценивать риски возникновения сейсмичности при проведении закачки или добычи флюида и определять условия, способствующие снижению рисков.


Моделирование сейсмичности в результате закачки флюида

Упрощенно можно считать, что взаимодействие между бортами тектонических разломов определяется упругими силами и силами трения. Механистической моделью систем разломов [1] является набор блоков, соединенных упругими связями друг с другом и с некоторой плоскостью, движущейся с постоянной скоростью (рис. 4). Блоки испытывают трение со стороны неподвижной плоскости. В работах показано, что трение в тектонических разломах может быть описано при помощи уравнения типа rate-state, согласно которому величина силы трения зависит от скорости и параметра состояния контакта на разломе.

Ниже рассматривается влияние параметров закона трения на сейсмичность, индуцированную закачкой жидкости. Решается связная задача об изменении порового давления в зоне разлома и изменении состояния скольжения по разлому, находятся условия возникновения сейсмичности. Проводится моделирование сейсмичности, возникшей в результате реализации Базельского геотермального проекта.

Уравнения движения системы блоков, разделенных разломами, могут быть записаны следующим образом:

где mi, xi
– масса и смещения i-го блока соответственно; Ffr i – сила трения, действующая на i-ый блок; ki – жесткость соответствующих упругих связей. Для задания силы трения используется двухпараметрическое уравнение:

Здесь τ* – часть трения, зависящая от сцепления τ0, постоянного коэффициента трения и эффективного нормального напряжения; θ1,2, , L1,2 – параметры модели; A и B1,2, – константы, определяющие зависимость трения от скорости и времени. В работе [8] было показано, что в случае A-B1-B2<0 наблюдается уменьшение трения при увеличении скорости перемещения блока, что приводит к сейсмогенерирующему скольжению. Наряду с этим условием должно выполняться условие k<kcr, где

В численных расчетах использовались следующие величины параметров: B1 = 3,3·104 Pa, B2 = 2,772·104 Па, L1 = 2,5·10-7м, L2 = 5,2·10-6 м, vpl
= 10-9 м/с (3,2 см/год), Па/м (удельная жесткость),

Для расчета изменения давления при закачке жидкости использовалось уравнение пороупругости для цилиндрического случая:


Source: https://oaoo.ru/ptps/seismichnost-pri-razrabotke-mestorojdenii-yglevodorodov.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Блокирование техногенных трещин

Целью работы является моделирование блокирования техногенных трещин (трещин авто ГРП) с использованием водонабухающих гранулированных гелей. Целью работы является...

На Маломырском руднике в Амурской области запустили новую линию флотации

 © ampravda.ru Маломырский рудник группы «Атлас Майнинг» в Селемджинском районе произвёл технологический запуск третьей линии флотации на золоторудном месторождении. Такой шаг...

«РН-Уватнефтегаз» запустил в промышленную эксплуатацию Северо-Немчиновское месторождение

 © www.rosneft.ru Компания «РН-Уватнефтегаз» (входит в нефтедобывающий комплекс НК «Роснефть») запустила в промышленную эксплуатацию Северо-Немчиновское месторождение Уватского проекта. Дебит первой эксплуатационной скважины...

Новый подход для определения тампонирующей способности формирующегося цементного камня

УДК: 622.245.422 Статья посвящена разработке методики оценки тампонирующей способности формирующегося цементного камня. На основании анализа научно-литературных материалов перечислены...

На золоторудном месторождении «Сухой Лог» запущено новое оборудование

 © www.ogirk.ru О старте опытно-промышленной эксплуатации «Сухого Лога» я рассказывал в седьмой части обзора о «Развитии Сибири», разработка набирает обороты и начинают...

«Верхнечонскнефтегаз»: уникальные технологии для освоения запасов Преображенского горизонта

Компания «Верхнечонскнефтегаз» (входит в «Роснефть») приступила к полномасштабной разработке Преображенского горизонта на Верхнечонском нефтегазоконденсатном месторождении.  © www.rosneft.ru Дополнительная добыча на месторождении составит...

10 технологий в нефтесервисе

Россия богата углеводородными запасами, но их качество в последние годы неуклонно снижается. Вновь открываемые месторождения становятся все менее...

Тиксотропия. Изучение явления на примере нефти восточно-бирлинского месторождения

В статье приведен анализ тиксотропных систем, их классификации. Представлены результаты проведенных авторами экспериментальных исследований по изучению тиксотропных свойств...

«Новатэк» запустил Северо-Часельское месторождение

 © mashnews.ru Компания «Новатэк-Юрхаровнефтегаз» («дочка» «Новатэка») начала опытно-промышленную эксплуатацию Северо-Часельского газоконденсатного месторождения. Об этом «Новатэк» сообщил 24 апреля. Пока работы...

Перколяционный анализ устойчивости водогазовых смесей в пористой среде

УДК: 004.94; 622.276 Одним из направлений повышения эффективности традиционного метода заводнения при разработке нефтяных месторождений является закачка в...

Главное – профессионализм

«Мы являемся одной из лидирующих компаний на рынке нефтесервисных услуг. Два года подряд ССК сохраняет лидерские позиции в...

Активная термометрия Оценка технического состояния и работающих интервалов в действующих скважинах

УДК: 550.832 Метод активной термометрии основан на исследовании в стволе скважины искусственного температурного поля, созданного локальным нагревом (например,...

На Удокане новый экскаватор, в Еркавце новый железнодорожный кран

 © metalinfo.ru ЭКГ-15, самый крупный экскаватор в автопарке горной техники «Удоканской меди», приступил к работе на карьере Западный 2 на высоте почти 2...

На крупнейшей шахте ДНР введена в эксплуатацию новая лава

 © dan-news.ru Новая лава введена в эксплуатацию на шахте «Комсомолец Донбасса» в городе Кировское. «Восемь месяцев на шахте „Комсомолец Донбасса“ строили новую лаву...

Нефтеюганский филиал АО «ССК» достиг высоких показателей на проекте ООО «Газпромнефть-Хантос»

УДК: 622.24 «Оценка эффективности деятельности контрагента» ООО «Газпромнефть-Хантос» по итогам второго квартала 2021 года показала для коллектива Нефтеюганского...

Методы ВПГ на керогеносодержащих пластах

УДК: 532.546 В данной работе описана математическая модель, позволяющая моделировать процесс ВПГ, применяемый на пластах, содержащих кероген. Путем...

Диверсификация научно-технического развития и управления эффективностью предприятий ТЭК в нестабильной макроэкономической среде: особенности и проблемы

УДК: 622.24: 624 В современных условиях предприятия топливно-энергетического комплекса столкнулись с серьезными сложностями как в области обеспечения важнейшими...

Российские покрытия MODENGY заменяют импортные материалы Xylan в узлах нефтедобывающего оборудования

Нефтедобывающие компании по всему миру для повышения долговечности работы широкого спектра оборудования традиционно используют антифрикционные покрытия. Они обеспечивают деталям...

Шахта на востоке ДНР ввела в эксплуатацию лаву с двухлетним запасом угля

 © dan-news.ru Торезская шахта им. Лутугина приступила к разработке новой угольной лавы. Об этом 31 мая сообщили в пресс-службе Министерства угля и энергетики ДНР....

ПАВ для заводнения пластов нефтяных месторождений на поздней стадии разработки

УДК: 665.7.038 На сегодняшний день в нефтедобывающей отрасли Российской Федерации увеличивается количество месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти, вступлением...