ПРОГНОЗ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БИТУМОНОСНЫХ ПЕСЧАНИКОВ АШАЛЬЧИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ ПАРОГРАВИТАЦИОННОГО ДРЕНАЖА

Королёв Э.А.¹, Ханипова Р.Р.², Бариева Э.Р.³

¹ Кандидат геолого-минералогических наук, Казанский (Приволжский) федеральный университет; ² Магистрант, Казанский (Приволжский) федеральный университет; ³ Кандидат биологических наук, Казанский государственный энергетический университет

Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

ПРОГНОЗ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БИТУМОНОСНЫХ ПЕСЧАНИКОВ АШАЛЬЧИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ ПАРОГРАВИТАЦИОННОГО ДРЕНАЖА

Аннотация

Проведено моделирование процессов преобразования битумоносных песчаных коллекторов Ашальчинского месторождения при их разработке с применением технологии парогравитационного дренажа. Установлено, что закачка водяного пара будет активизировать процессы растворения кальцитового цемента и трансформацию глинистых минералов. Уменьшение сил сцепления в песчаниках приведет к интенсификации техногенной суффозии.

Ключевые слова:песчаники, коллекторы, битум, разработка.

Korolev E.A.¹, Hanipova R.R.², Barieva E.R.³

¹ PhD in Geology and Mineralogy, Kazan (Volga region), Kazan Federal University; ² Master student, Kazan (Volga region), Kazan Federal University; ³ PhD in Biology, Kazan state power engineering University

FORECAST CONVERSION BITUMINOZNYKH SANDSTONE ASHALCHINSKOYE FIELD FOR STEAM ASSISTED GRAVITY DRAINAGE

Abstract

Made modeling of conversion processes bituminoznykh sand reservoirs Ashalchinskoye field at their development using the technology of steam-assisted gravity drainage. It is established that the injection of water vapor will activate the processes of dissolution of calcite cement and the transformation of clay minerals. The reduction of the adhesion forces in the sandstones will lead to the intensification of anthropogenic suffusion.

Keywords: sandstone, reservoirs, the bitumen, development.

Ашальчинское битумное месторождение, приуроченное к песчаникамшешминского горизонта уфимского яруса на юго-востоке Республики Татарстан, является одним из модельных объектов, на котором отрабатываются инновационные технологии извлечения высоковязких нефтей [1,3]. В настоящее время предпочтение отдается технологии парогравитационного дренажа (SAGD). Бурятся две горизонтальные скважины, в одну из которых подается перегретый водяной пар с температурой 180-200^оС. В процессе теплообмена с пластовыми флюидами пар конденсируется в воду и вместе с разогретой нефтью поступает в нижераспложенную добывающую скважину. При этом малоизвестно, что происходит со структурными компонентами битумоносных пород.

В данной работе предпринята попытка смоделировать на качественном уровне, какие процессы будут протекать в коллекторах при воздействии на них перегретым паром. Для этого из наиболее проницаемого и битумонасыщенного участка песчаного пласта-коллектора были отобраны образцы, которые в дальнейшем изучались с помощью оптико-микроскопических,рентгенографических и термических методов исследования.

Изучениебитумоносных песчаников показало, что все они по составу полиминеральные, известковистые, равномерно пропитаны углеводородами, по структуре мелко-среднезернистые, участками алевритистые. Визуально породы характеризуются однородной темно-коричневой окраской.

Песчаники на 85-90% сложены обломками минералов и горных пород, на 10-15% – цементирующим материалом. Аллотигенная компонента размером от 0,1 до 0,5 мм представлена полуокатанными удлиненными зернами кварца, окатанными изометричными обломками кремнистых пород, в меньшей степени угловатыми зернами полевых шпатов и редкими чешуйками хлорита и мусковита. Обломочный материал образует плотную структурную упаковку в объеме песчаных пластов. Обломки минералов и горных пород соприкасаются границами поверхностей, образуя контакты точечного типа. Обломочный материал сцементирован карбонатно-глинистым, участками цеолитовым цементом. Цемент порового типа, по структуре микро-тонкозернистый, по отношению к аллотигенной компоненте – независимая цементация, на контакте с кварцевыми зернами – коррозионный. Большая часть карбонатного цемента выщелочена, оставшиеся фрагменты фиксируются в виде оторочек по краям обломочных компонентов. Из аутигенных минералов широко развит пирит, образующий кристаллы и агрегаты (до 2,0 мм), метасоматически замещающие кальцитовый цемент породы. Пористость песчаников составляет 10-20%. Поры межзерновые, сообщающиеся, образуют извилистые каналы размером 0,05-0,1 мм, содержат остаточные фракции нефти.

По классификации А.И. Конюховабитумоносные песчаники шешминского горизонта можно отнести к поровым коллекторам средней и высшей емкости.Высокая пористость и сообщаемость порового пространства пород-коллекторовкак нельзя лучше способствует свободному проникновению перегретого водяного пара в продуктивные пласты и активизации процессов извлечения вязких углеводородов.

Для моделирования процессов, протекающих в вышеописанных породах-коллекторах под воздействием водяного пара, были проведены следующие эксперименты. Из битумоносных песчаников выпиливались кубики с размером сторон по 3,0 см. Кубики помещались в водяной бане над кипящей водой, где они подвергались воздействию пара. Через 7 суток образцы изучались с помощью термического анализана предмет преобразования находящихся в них битумов. По изменениям термогравиметрических (ТГ) кривых и кривых дифференциального термического анализа (ДТА) было установлено, что в процессе воздействия водяного пара из битумоносных песчаников вымываются средние фракции углеводородов с температурой кипения 200-380^оС, содержание тяжелых углеводородов с температурой кипения 400-550^оС практически не меняется. То есть водяной пар способствует извлечению из пород-коллекторов в основном смол и масел, практически не затрагивая асфальтены.

Поскольку акватермолиз битуминозного вещества сопровождается выделением H₂S и CO₂ [2], в поровой среде пород можно ожидать активизацию процессов преобразования минерального скелета. Сравнение результатов химического анализа водных вытяжек исходных плотных и битумоносных песчаников с их аналогами после водопаровой обработки показало, что в составе последних произошли определенные изменения. В частности, понизился рН поровых растворовсо слабощелочной до слабокислой, увеличилось содержание в них сульфат-ионов, гидрокарбонат-ионов и катионов Са²⁺. Это указывает на то, что водяной пар, окисляя углеводороды, активизирует тем самым процессы растворения кальцитового цемента песчаников и окисления находящихся в них пиритовых включений. Подтверждением этого является снижение сил сцепления между структурными элементами пород, что выражается в рассыпании песчаников, и появлении на поверхности пиритовых агрегатов окислов-гидроокислов железа.

Рентгенографическое изучение аллотигенной компоненты пород показало, что при воздействии на битумоносные песчаники водяного пара происходит трансформация глинистых минералов. В первую очередь изменениям подвергается смешанослойнаяиллит-монтмориллонитовая фаза. На дифрактограммах видно, как по мере длительности водопаровой обработки образцов, меняется профиль базального диагностического отражения от плоских сеток [001]d₀₀₁ = 14,32 Å. Это проявляется в уменьшении пиковой интенсивности отражения, его уширении и асимметрии в сторону малых углов. Ослабление интенсивности дифракционной линии и ее уширение является следствием уменьшения размеров кристаллитов в поликристаллической структуре смешанослойной фазы. То есть, в данном случае мы фиксируем начальные этапы разрушения поликристаллических частиц смешанослойного минерала. Уменьшение размеров глинистых частиц по нормали к слоям (L₀₀₁) объясняется меньшими энергетическими затратами деламинирования, расслаивания, кристаллитов в этом направлении, по сравнению с другими.

Сложно предположить, что перегретая до состояния пара вода сама по себе способна так относительно быстро разрушать глинистые минералы. Вероятно, здесь добавляется воздействие органических кислот, образованных при акватермолизе вязкой нети (битумов). Известно, что низкомолекулярные органические кислоты за счет высокой комплексообразующей способности могут в разы ускорять процессы преобразования глинистых минералов. По-видимому, это и происходит с глинистой компонентой битумоносных песчаников при воздействии на них водяного пара.

Учитывая полученные результаты можно ожидать, что использование технологии парогравитационного дренажа при разработке Ашальчинского битумного месторождение будет сопровождаться закислением поровых растворов, активизацией процессов растворения кальцитового цемента и трансформацией смешанослойных глинистых минералов. Разрушение цемента, связующего обломки минералов и горных пород, будет способствовать снижению сил сцепления между твердыми частичками минерального скелета песчаников. Создание между скважинами нагнетающими водяной пар и добывающими нефть направленного фильтрационного потока в этом случае будет приводить к выносу части минеральных частиц из кровли разрабатываемых песчаных пластов. Поскольку продуктивные песчаные пласты Ашальчинского месторождения залегают на глубине 80-200 м, то техногенная суффозия может способствовать возникновениюна поверхности Земли провалов.

Литература

1. Балденко Д.Ф., Рогачев О.К., Студенский М.Н. Новые технологии добычи тяжелых нефтей и битумов при депрессии техногравитационными способами // Нефтяное хозяйство –2007. – № 6. – С. 82–84.
2. Рузин Л.М., Плешкова О.Е., Коновалова Л.В. Генерация углекислого газа при паротепловой обработке карбонатных коллекторов, содержащих высоковязкую нефть // Нефтяное хозяйство. – 1990. – №11. – С. 59-62.
3. Файзуллина Н.В. Освоение битумных месторождений Республики Татарстан путем бурения специальных скважин // Записки горного института, СПб.– 2005. – Т.167. – С. 48-50.

References

1. Baldenko D.F., Rogachev O.K., Studenskij M.N. Novyetehnologiidobychitjazhelyhneftej i bitumovpridepressiitehnogravitacionnymisposobami // Neftjanoehozjajstvo – 2007. – № 6. – S. 82–84.
2. Ruzin L.M., Pleshkova O.E., Konovalova L.V. Generacijauglekislogogazapriparoteplovojobrabotkekarbonatnyhkollektorov, soderzhashhihvysokovjazkujuneft' // Neftjanoehozjajstvo. – 1990. – №11. – S. 59-62.
3. Fajzullina N.V. OsvoeniebitumnyhmestorozhdenijRespublikiTatarstanputemburenijaspecial'nyhskvazhin // Zapiskigornogoinstituta, SPb. – 2005. – T.167. – S. 48-50.