Виброгеодинамическая цикличность пластовых температур в простаивающих скважинах

УДК 622.279.5

В.Н. Чельцов, М.И. Микляев, Т.В. Чельцова, Л.А. Калякина

Виброгеодинамическая цикличность пластовых температур в простаивающих скважинах

Известно, что под воздействием на земную кору сил циклического виброгеодинамического генезиса происходит чередование во времени сжатий и разуплотнений геосреды, в том числе заключенных в ней флюидонасыщенных коллекторов на нефтегазовых месторождениях [1-8]. Эти процессы обусловливают циклический характер динамики параметров разработки месторождений углеводородов. Так, на примере простаивающих скважин Астраханского газоконденсатного месторождения (ГКМ) авторами настоящей статьи была показана цикличность изменения пластовых давлений и степени обводнения продукции скважин [9-11].

Геодинамическая активность Каспийского региона отмечается и в других публикациях, посвященных особенностям Астраханского ГКМ. Продолжение исследований по изучению динамики других параметров разработки этого месторождения имеет практическое значение для ее совершенствования, в том числе для построения адекватной геологической модели залежи и прогнозирования показателей разработки. Например, как было показано в работе [9], только на основе блоковой геологической модели залежи возможно прогнозировать параметры обводнения продукции скважин. Было установлено также, что по характеру изменения пластовых давлений и степени обводнения продукции скважин можно определять положение разрывных (безамплитудных) нарушений, трудно выявляемых стандартными методами [11]. Данные о цикличности изменения дополнительных параметров разработки позволят повысить точность таких определений. Отметим также, что циклические процессы хорошо прогнозируются при наличии соответствующей информации на каком-либо отрезке времени.

Цикличность изменения пластовых температур подтверждается данными, полученными при исследовании скважин KUN-1 (о. Кунашир) и Кольской сверхглубокой [12, 13]. В работе [13] утверждается, что «установлены короткопериодные вариации (0,75-1,75 сут), их корреляция с лунно-солнечными приливами».

В указанных работах описаны результаты кратковременных наблюдений: в 2002 г. -150 сут; в 2003 г. - 90 сут [13]; в 2007-2008 гг. - не более 9 мес. [12]. По этой причине цикличность с большим периодом изменения пластовых температур не была установлена (для сравнения: на Астраханском ГКМ наблюдения велись продолжительное время, поэтому была установлена цикличность с периодами 3^5 и 18 лет [9-11]).

В связи с сокращением добычи газа на Астраханском ГКМ с 1989 г. появилась возможность наблюдать за динамикой пластовых температур по большому количеству скважин, простаивающих длительное время. Для анализа были использованы данные по семи таким скважинам с периодом измерения температур не менее трех лет (период малой цикличности) и с количеством измерений температур не менее пяти. Сведения об измерении пластовых температур по выбранным скважинам приведены в табл. 1.

Проведенный анализ свидетельствует о циклическом изменении во времени значений пластовых температур. Колебания температур оказались менее выраженными, чем колебания пластовых давлений [11], а следовательно, может происходить некоторое искажение динамики температур от погрешности измерений. Для компенсации указанной погрешности осредненная зависимость изменения температур строилась не по отдельным скважинам, а по группам: 1 - скв. 1-3; 2 - скв. 4 (выделена в отдельную группу, так как является пьезометрической); 3 - скв. 5, 16, 17.

Ключевые слова:

виброгеодинамическая цикличность, пластовая температура, сжатие и разуплотнение геосреды, амплитуда колебаний.

Keywords:

vibrogeodinamic cyclicity, formation temperature, compression and decompression geomedium, oscillation amplitude.

№ 5 (16) / 2013

232

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

Таблица 1

Пластовые температуры в простаивающих скважинах

Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Среднее

скв. 1 скв. 2 скв. 3 скв. 4 скв. 5 скв.16 скв. 17 значение

Период измерения, годы 19,16 21,94 13,71 16,58 9,82 22,52 14,46 16,88

Количество циклов 4,5 3 4,5 4,28

Количество измерений 19 18 14 14 12 17 13 15,28

Плотность измерений, количество измерений в год 0,992 0,82 1,021 0,844 1,222 0,755 0,899 0,905

№ скв. здесь и далее по тексту условные.

Скв. 1-5 соответствуют скв. 1-5 в работе [11]. Скв. 4 - пьезометрическая скважина.

При построении указанных зависимостей по скв. 1, 3, 5, 17 использовались приведенные значения температур: на измеренные значения температур вводилась поправка, постоянная для каждой скважины, чтобы среднеарифметическое значение (tcp) этих температур по скважинам одной группы было одинаковым (рис. 1). Значения измеренных температур по скв. 2, 4, 16 и приведенных по скв. 1, 3, 5, 17 представлены в табл. 2. Введение постоянной поправки на значения температуры не искажает характер ее динамики.

Зависимости температур от времени и их средние тренды по группам скважин, представленные на рис. 1, показывают, что в скв. 1, 2 и 3 за период 1990-2010 гг. прошло 4,5 цикла изменения пластовых температур, в скв. 4 за период 1994-2010 гг. - 3 цикла, в скв. 5, 16, 17 за период 1998-2010 гг. - 4,5 цикла.

Среднерасчетные периоды циклического изменения пластовых температур, временной диапазон этих изменений, амплитуды и привязка по времени экстремальных значений температур по рассматриваемым скважинам приведены в табл. 3.

В ходе анализа данных табл. 3 и рис. 1 выявлены следующие особенности.

В среднем период цикла изменения пластовых температур простаивающих скважин составил 4,21 года (в том числе по 1-й группе -4,20; по 2-й - 4,23 и по 3-й - 4,22), что практически совпало с известным периодом цикла сейсмических событий ~ 4 года. Расчетные периоды увеличились с 4,16 года в 1990-1995 гг. до 4,46 года в 2001-2006 гг. и затем снизились до 4,28 года в 2005-2010 гг., что практически совпало с соответствующими данными по пластовым давлениям [11]. Эти колебания кроме возможных естественных причин могут быть обусловлены тем, что измерения температур проводились произвольно, не целенаправлен-

но для установления их экстремальных (максимальных и минимальных) значений, а также погрешностью измерений. Однако, как было показано в работе [11], с 2000 г. измерения давлений проводились приборами очень высокой точности, но диапазон изменения периодов при этом не сократился.

Амплитуды колебаний значений пластовых температур относительно их среднего тренда составили в среднем +1,95 °С (в том числе по 1-й группе - +2,04; по 2-й - +1,93; по 3-й -+1,87 °С).

Анализ распределения экстремальных (максимальных и минимальных) значений температур во времени показал, что семь рассматриваемых скважин делятся на две группы: к первой группе относятся скв. 1-4, ко второй - скв. 5, 16 и 17. Циклическое изменение температур в этих группах находится в противофазе, т.е. когда в одной группе наблюдаются максимальные температуры, в другой они минимальные.

Есть предположение [11], что указанные группы скважин располагаются в разных (соседних) блоках залежи, которые испытывают динамическое воздействие кряжа Карпинского с юго-запада. Однако это предположение не совсем подтверждается вышеприведенными данными по изменению температур, так как скв. 3 и 5, в отличие от их группировки по давлению, попали в разные группы.

Анализ распределения скважин по площади залежи показал, что продолжительность периодов изменения пластовых температур не зависит от местоположения скважин относительно разломов, в отличие от продолжительности периодов изменения пластовых давлений (рис. 2).

По шести скважинам, находящимся в осевых (центральных) частях блоков, средний период изменения пластовых давлений составляет 4,21 года, так же, как и средний период

№ 5 (16) / 2013

Количество землетрясений в год, N t, °C t, °C t, °C

Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.

233

118

116

114

112

110

108

106

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Группа 3

1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Год

Ш средняя приведенная температура по 4 измерениям

(•) прогнозные точки

— — — средний тренд

2700

2400

2100

1800

1500

1200

900

600

300

0

2004

2006

2008

2010

2012

tcp

количество землетрясений в год суммарная энергия землетрясений в год

Рис. 1. Сопоставление циклического характера динамики пластовых температур в группах скважин Астраханского ГКМ

№ 5 (16) / 2013

Суммарная энергия землетрясений в год, Е • 107 Дж

№5(16)/2013

Значения пластовых температур в скв. 1-5,16,17

Таблица 2

ГО

СО

Скв. 1 Скв. 2 Скв. 3 Скв. 4 Скв. 5 Скв. 16 Скв. 17

время, годы Г, °С время, годы Г,°С время, годы Г, °С время, годы Г, °С время, годы Г,°С время, годы Г, °С время, годы Г, °С

11,90 114,61 9,10 114,08 17,41 108,97 13,90 109,17 20,25 111,77 8,14 110,99 14,81 112,43

12,15 108,71 11,30 115,08 18,99 114,97 18,88 107,32 20,85 112,75 9,02 111,05 15,14 112,31

12,25 107,10 12,15 113,34 19,69 107,78 19,24 111,61 22,19 109,48 10,78 108,62 17,52 110,64

13,18 112,81 19,55 114,83 19,88 116,09 19,72 113,16 22,74 112,48 10,86 111,16 18,07 112,44

19,54 110,83 20,08 112,63 22,68 116,38 20,18 111,95 23,79 112,99 11,03 113,65 19,42 112,54

20,04 111,49 21,57 109,88 24,56 114,87 22,13 112,64 25,48 112,02 11,19 110,74 21,36 112,68

20,70 112,49 23,17 115,83 26,09 114,43 23,31 114,09 26,40 112,06 11,61 110,24 22,25 105,67

22,55 116,85 24,10 114,40 27,01 116,31 24,93 112,83 26,85 111,89 22,72 112,46 23,31 114,68

23,33 117,01 26,23 114,32 27,27 116,55 25,15 112,32 27,66 110,38 24,18 112,35 24,23 115,07

23,69 116,59 26,55 115,95 28,13 115,57 26,07 112,35 28,55 112,36 24,60 113,65 26,40 111,13

25,90 114,46 26,94 112,96 28,45 115,36 27,33 113,18 28,86 111,82 25,93 112,82 27,48 109,49

25,96 114,5 27,09 114,76 29,23 114,27 28,62 111,65 30,07 110,72 26,55 112,78 28,12 111,91

26,23 116,29 27,27 116,14 31,12 114,84 29,37 111,65 27,47 110,72 29,27 111,53

27,29 120,74 27,75 115,31 30,48 111,12 27,76 112,14

27,77 115,37 28,73 113,78 28,90 111,39

28,09 115,73 29,34 114,42 29,90 112,22

29,34 115,7 30,29 115,30 31,13 112,33

30,36 115,57 31,04 115,25

31,06 115,67

*-=114,34 *-=114,34 *-=114,34 *-=111,79 *-=111,73 *-=111,73 *-=111,73

Отсчет времени ведется с конца 1980 г.

По скв. 1, 3, 5, 17 даны приведенные значения температуры.

Научно-технический сборник - ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.

235

Таблица 3

Параметры цикличности динамики пластовых температур по простаивающим скважинам Астраханского ГКМ

Показатель Группа 1 Группа 2 Группа 3 Среднее

скв. 1-3 скв. 4 скв. 5, 16, 17 значение

Амплитуда изменения температуры, °С ±2,04 ±1,93 ±1,87 ±1,95

Среднерасчетный период цикла, годы 4,201 4,225 4,222 4,213

Минимальные и максимальные периоды циклов, годы 4,00-4,38 4,04-4,40 4,00-4,74 4,00-4,54

Время проявления максимальных значений температур, годы 10,55; 14,74; 18,87; 23,12; 27,32 23,70; 27,92 16,45; 20,55; 25,02; 29,24

Время проявления минимальных значений температур, годы 12,74; 16,87; 20,97; 25,22; 29,46 21,50; 25,72; 29,95 18,50; 22,65; 27,22

Отсчет времени ведется с конца 1980 г.

4,22

номер группы скважин

средняя продолжительность периода по температуре, год

Рис. 2. Схема продолжительности периодов изменения пластовых температур и давлений

по площади залежи Астраханского ГКМ

изменения пластовых температур (по предварительным данным в работе [11] этот период был оценен в 4,23 года). По скв. 1-3, находящимся вблизи разлома, период изменения пластовых давлений в среднем составляет

3,47 года, а температур - 4,20 года. Можно предположить, что из-за относительно малых (по сравнению с амплитудами колебаний давлений) амплитуд колебаний температур их вариации с периодами изменения 1 и 2,5 года

№ 5 (16) / 2013

236

Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

остались незамеченными. Все вышеизложенное хорошо согласуется с действием так называемой главной деформационной волны в земной коре с периодом около 4 лет [11]. Н.А. Касьянова [14] также указывает на близкий к этому периодический интервал, равный 3^5 годам, который наблюдается в изученных ею разномасштабных явлениях в геосреде.

Проявления экстремальных значений пластовых давлений и температур несколько не совпадают по времени. Так, в скв. 4 экстремальные значения температур достигаются на 0,93 года раньше, чем экстремальные значения давлений.

Анализируя динамику средних трендов температуры (см. рис. 1), можно отметить, что наблюдается еще один цикл с периодом, превышающим 4 года. По 1-й группе скважин минимум температуры отмечается в конце 1996 г. (1995,81), а максимум - в конце 2005 г. (не ранее 2004,75). Разница во времени равна 8,94 года, что соответствует циклу с периодом 17,88 года. Разница в температуре - 3,87 °С.

По скв. 4 минимальная температура соответствует 1995 г. (1994,65), а максимальная -2004 г. (2003,5). Разница во времени равна 8,85 года, что соответствует периоду цикличности 17,7 года. Разница в температуре - 3,85 °С.

По 3-й группе скважин максимальное значение температуры (113,5 °С) соответствует 1994 г. (1994,15), а время с минимальным значением не установлено, так как находится за пределами периода измерений температур -ранее 1989 г. Зафиксированная минимальная температура (110,2 °С) соответствует времени 1989 г. (1989,18). Разница в температуре равна

3,3 °С, т. е. за половину периода она будет соответствовать разнице температур по скв. 1-4.

Таким образом, период второго выявленного цикла изменения температур составляет около 18 лет, что совпадает с результатами наблюдения за динамикой пластовых давлений, отраженными в работе [9].

На рис. 1 представлена согласованность изменений параметров отдаленных друг от друга геологических образований: пластовой системы Астраханского ГКМ и Воронежского кристаллического массива. Так, на протяжении 1998-2005 гг. суммарная годовая энергия

сейсмособытий Воронежского кристаллического массива имеет два максимума - в 2000 и 2004 гг., которые синхронно отразились в геосреде пластовой системы Астраханского ГКМ в виде двух максимумов пластового давления, зафиксированных в скв. 4 [11], а также двух максимумов температуры по скв. 1-4 со смещением по времени на 0,86 года ранее и в скв. 5, 16 и 17 со смещением на 0,79 года позднее.

Близкие изменения в текущем сейсмологическом состоянии породных массивов удалось установить как западнее Астраханского ГКМ -в Карпатах, так и намного восточнее - на территории Казахстана и Дальнего Востока.

Эти, как и полученные ранее [9, 11], факты свидетельствуют о том, что впервые выделенные в пределах Астраханского ГКМ особенности виброгеодинамики могут иметь универсальный характер и проявляться повсеместно. Следует подчеркнуть, что изученные колебания пластовых давлений связаны с внешними, гораздо более крупными событиями, вероятно, планетарного характера. Не исключено, что они сопровождались мощной активизацией глубинного энерго-, массо- и газообмена в осадочной толще, что позволяет на новых основаниях допустить наличие вертикальной флюидоподпитки на ряде месторождений (в том числе на Астраханском ГКМ), необходимыми условиями для которой являются наличие глубинных разломов и цикличности сжатий и разуплотнений геосреды.

О наличии флюидоподпитки и, следовательно, глубинных разломов на Астраханском ГКМ свидетельствуют «горячая зона» в его термополе (которая не может быть объяснена отсутствием солей над продуктивной толщей) и то, что эта зона на протяжении более двадцати лет относительно стабильна.

Таким образом, виброгеодинамическая цикличность геосреды представляет собой природную реальность, которая присуща любому объекту недропользования. Это определяет практическую значимость полученных результатов, в том числе для дополнительного обоснования расширения комплексных геологогеофизических исследований и необходимости ее учета при прогнозировании показателей разработки месторождений [15].

№ 5 (16) / 2013

Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.

237

Список литературы

1. Верба М. Л. Проявление свойств тиксотропности пород в структуре земной коры / М. Л. Верба. - Тверь: Каротажник,

2010. - Вып. 9 (198). - С. 85-113.

2. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика

и вариации физических свойств горных пород / Ю.О. Кузьмин, В.С. Жуков. - М.: Изд. Моск. гос. горного унив-та, 2004. - 262 с.

3. Молоденский С. М. О локальных аномалиях амплитуд и фаз приливных наклонов

и деформаций / С. М. Молоденский //

Известия АН СССР. - 1983. - № 7. - С. 3-9. -(Серия «Физика Земли»).

4. Огнев А. Ф. Импульсные волновые процессы в самоорганизующихся и развивающихся геологических системах / А.Ф. Огнев // Газовая промышленность. - 2011. - № 5. - С. 18-23.

5. Рябецкий Ю. Л. Законы квазипластического течения трещинноватых сред / Ю. Л. Рябецкий // Напряженно-деформированное состояние

и сейсмичность литосферы. - Новосибирск: Изд-во СО РАН (Филиал ГЕО), 2003. -С. 209-211.

6. Царёв В.П. Особенности нефтегазообразования в зонах тектоносейсмической активации /

В.П. Царёв. - Новосибирск: Наука (СО РАН), 1988. - 192 с.

7. Чиков Б.М. Режимы колебаний и волн

в литосфере / Б.М. Чиков // Напряженнодеформированное состояние и сейсмичность литосферы. - Новосибирск: Изд-во СО РАН (Филиал ГЕО), 2003. - С. 209-211.

8. Соловьёв Н.Н. Тектонодинамические условия нефтегазонакопления: автореф. дис. ...

докт. геол.-минерал. наук / Соловьёв Николай Николаевич. - М.: ВНИИГАЗ, 1992. - 40 с. 9

9. Чельцов В.Н. Модель обводнения залежи и продукции скважин в карбонатных низкопроницаемых коллекторах / В.Н. Чельцов, М. И. Микляев, Т. В. Чельцова // Геология нефти и газа. - 2009. - № 3. - С. 37-64.

10. Чельцов В.Н. Особенности динамики обводнения продукции скважин в карбонатных низкопроницаемых коллекторах / В.Н. Чельцов, Т.В. Чельцова // Геология нефти и газа. -

2009. - № 5. - С. 38-43.

11. Чельцов В.Н. Виброгеодинамическая причина цикличности динамики пластовых давлений

в простаивающих скважинах / В.Н. Чельцов,

М. И. Микляев, Т. В. Чельцова и др. // Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.: сб. науч. статей. -М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2011. - С. 145-150.

12. Демежко Д.Ю. Исследование температурных вариаций в скважине KUN-1 (остров Кунашир) / Д.Ю. Демежко, А.К. Юрков,

B. И. Уткин и др. // Доклады Академии наук. -

2010. - Т 434. - № 6. - С. 811-816.

13. Губерман Д.М. Мониторинг геополей

в Кольской сверхглубокой геолаборатории: история, опыт, основные проблемы и результаты / Д.М. Губерман, О.Г. Бадалов,

C. Л. Певзнер и др. // Вестник МГТУ - 2007. -Т 10. - № 2. - С. 236-243.

14. Касьянова Н. А. Современная аномальная геодинамика недр и ее влияние на объекты нефтегазового комплекса / Н. А. Касьянова, Ю.О. Кузьмин; предисловие акад.

A. Л. Яншина. - М.: Геоинформмарк, 1996. -С. 56.

15. Чельцов В.Н. Обоснование учета виброгеодинамики при формировании представлений об особенностях разработки месторождений углеводородов /

B. Н. Чельцов, М.И. Микляев, В.С. Жуков и др. // Эффективность освоения запасов углеводородов. Геология и геофизика: науч.-техн. сб. - Ухта: Газпром ВНИИГАЗ (Филиал в г. Ухта), 2010. - Ч. 1. - С. 218-231.

№ 5 (16) / 2013