1922 г. в статье "К вопросу об основах рациональной организации государст
венной нефтяной промышлснности" ("Нефтяная и сланцеваJI промышлен
ность", 1922, .N"Q 1-4, с.З-10).
В этой статье персчислялись ошибки и недостатки организации нефтяного дела в России (всего 24 параграфа), среди которых был и такой: "Отсуrствие рационального плана разработки, рассчитанного на долгий период вре мени и основанного на данных геологии, техники и гориого искусства".
Хочу обратить внимание на последнюю составляющую рационального пла на разработки - "горного искусства". В переводе на современный язык это
геотехнологии освоения месторождений (',.ехнологии" - греч. - наука о ис
кусстве, мастерстве), связанные с использованием научнообоснованных мето дов (способов) извлечения углеводородов (УВ) из недр.
Таким образом, мы видим практически точную формулировку струкrуры современного комплексного проекта разработки месторождений природ
ных газов (МПГ).
Из общего комплекса технологических проблем разработки особое внима ние И.Н. уделял геотехнологическим условиям работы эксплуатационных скважин, которые являются основным элементом систем разработки МПГ.
Рассмотрим в связи с этим некоторые наиболее актуальные сегодня про
блемы функционирования скважин в рамках сформулированных Стрижоным
концепций.
Проблема техногеиных последствий при сииженин пластового давления В.Н. Щелкачев пишет: "Автор считает, что при большом и быстром сниже
нии пластового давления, вызванного неумеренными темпами отбора газа
(nодчеркнуто мною Г.З.), продуктивный пласт сжимается под влиянием веса
горной породы, залегающей выше. Мощность пласта уменьшится, кровля его осядет, объем пор сократится, многие пороные каналы закупорятся, проницае
мость пласта резко уменьшится, особенно вблизи эксплуатационных скважин, где снижение пластового давления наиболее велико. Деформацию г.азоносного пласта и связанное с ней существенное уменьшение проницаемости проф. И.Н. Стрижов считал необратимыми и придавал этому очень большое значение".
Далее В.Н. Щелкачев анализирует фактические результаты зксплуатацион ньlх исследований сжимаемости керна и наблюдений за разработкой нефтево доносных пластов и приходит к выводу о том, что сформулированные И.Н. Стрнжовым факторы следует считать несущественными. Он пишет: «Вnлоть до настоящего времени промысловые исследования и лабораторные экспе рименты (проводившиеся в условиях, близких к пластовым) не позволяют установить существенного влияния необратимости деформации пласта при нормальных условиях его разработкИ>> (с. 399).
35
С этих же позиций в работе оцениваются и факты проседания земной по верхности на территории нефтяных промыслов и вблизи зоны водозабора из ар тезианских !Uiастов. Американские гидрогеологи Мейнцер (1928) и Толмэн (1937) указывали на значительные осадки земли (более 1 м) над артезианским пластом Клара Вэлли (Калифорния) и на месторождении Гуус-Крик (Техас). По мнению Кепентера и Спенсера (1940) эти оседания бьuш вызваны усадкой, мощной глинистой кровли пласта благодаря инфильтрации водь1 из кровли в !Uiacт и дегидрации глины. В.Н. Щелкачев ставит под сомнение и причину ката строфического оседания до 3,3 м и сдвига почвы над месторождением Лонг-Бич
вКалифорнии (1952, Спедлон).
Внастоящее время идеи И.Н. Стрижона о возможных техногеиных по
следствиях разработки иефтегазовых месторождений noлyчiUIH новое раз
витие. Произошло осознание того факта, что игнорирование естественного со стояния горного массива и его возмущений, связанных с разработкой месторож
дений, может привести к неприемлемым экологическим последствиям и, как
следствие, к значительным экономическим убьггкам. Поэтому ряд ведущих за рубежных фирм разрабатывает и продает !Uiасты проrрамм, позволяющих про водить численный анализ различных rеодинамических проблем нефтеrазовой горной механики.
В России эти исследования nроводится в Институте физики земли РАН, ИГиРГИ, ИПНГ РАН, РГУ нефти и газа имени акад. И.М. Губкина, ВНИИГАЗе
и др.
В"1995 г. в ИГиРГИ (В.А. Сидоров) и ВНИИГАЗе (Г.А. Зотов, В.И. Черных)
бьuш nодготовлены материалы по аналитическому обзору rеодинамических яв лений на разрабатываемых месторождениях углеводородов.
Было отмечено, что явление проседании земной nоверхности наблюдалось на многих месторождениях нефти и газа. По зарубежным источникам, эти явления отмечались на более чем 30-ти известных месторождениях. В США в 1975 г. было создано сnециальное Управление по контролю за проседаннем земной по
верхности.
В странах СНГ проседанис земной поверхности зафиксировано на многих месторождениях: Сураханское (Азербайджан) - до 3 м (5-10 см/год); Шебелин ское (Украина)- до 1,8 м (горизонтальные смещениядо 0,4-0,5 м); Газли (Уз бекистан)- за 4 года на 4-6 см; Северо-Ставропольское (Россия)- 5 лет до 14 см.
С просадками земной поверхности над разрабатываемыми газовыми место рождениями В.В. Савченко и Г.Г. Жиденко связывают деформации обсадных
колонн скважин, которые, по их утверждению, имеют место практически на всех
месторождениях.
По оценкам ВНИИГАЗа (Г.А. Зотов, В.И. Черных) предельно возможные
просадки земной поверхности могут составить для Астраханского месторожде-
36
ш1я до 0,5 м; Карачаганакского- 1-2 м; Уренгойекого- 1-2 м; Бованенковского
до2м.
Необходимо отметить, что точность современного прогноза во многом опре деляется тем, что практически отсутствует информация о состоянии напряжен
IIОСТИ и свойствах горных пород.
На месторождениях отсутствует комплексный геодинамический мониторинг. В 1995 г. Правительство РФ приняла постановление об организации геодина
мических служб в организациях, занимающихся разработкой нефтяных и газо
вых месторождений. В РАО 'Тазпром" таюке бьuю принято соответствующее 11остановление (25.09.1995 г.) об организации rсодинамического контроля на 7
месторождениях.
Однако комплексный мониторинг бьm организован только 11а Астраханском и Оренбургском месторождениях.
Организация таких комплексов необходима еще и потому, что геодинамиче ские явления на месторождениях проявляются и в форме техногеиных землетря
сений.
Широко известны факты о сейсмической активности в районе газового ме сторождения Лак (Франция) после отбора 45 %от начальных запасов газа (через 10 лет). Отмечены (после 1968) ежегодные толчки с магнитудой около 5.
Известны два катастрофических землетрясения на месторождении Газли (Уз бекистан, 1976 и 1978), разрушивших поселок газовиков. Повышение сейемич
•юсти отмечалось и в старых нефтедобывающих районах (Старо-Грозненское, Ромашкинское, Долинекое и др. месторождения), и на Медвежьем месторожде
нии, и в г. Нефтюганске.
В настоящее время практически отсутствуют фундаментальные и прикладные исследования по лрогнозу техногеиной сейсмичности. В то же время в северных районах Тюменекой области и на Ямале сосредоточено большое количество га зовых и rазоконденсатных месторождений в осадочных лородах в этаже более 4 км (от 1 до 5 км). При этом нижние этажи газоносности (ачимовские и юрские
залежи) имеют АВ[Щ.
Проблема деформаций продуктивных газонасыщенных пЛастов
Эта nроблема, качественно сформулированная в работах И.Н. Стрижова, так
же получила развитие, обоснование и теоретическое оnисание.
Внастоящее время она рассматривается в четырех главных направлениях:
•деформации в объеме продуктивного пласта, влияющие на внутрипла стовые (геотехнолоrические) лроцессы массолереноса;
•внутрипластовые nроцессы обводнении за счет выжимания (дегндрации)
воды из лород-неколлекторов в пласты-коллектора;
• деформации в nризабойной зоне газовых скважин, nриводящих к измене
нию их nродуктивности;
37
• нарушение устойчивости призабойной зоны газовых скважин при их
эксплуатации.
Каждое из этих направлений имеет самостоятельное значение, но изуча
ются и прогнозируются эти геотехнологические nроцессы в рамках единой
теориигеомеханики.
Первому наnравлению посвящено достаточно много работ, которые мож но разделить на две самостоятельные группы. В nервой группе работ изучаются
влияния изменения пористости при снижении пластового давления на подсчет
запасов газа газодинамическими методами, т.е. влияния фактора деформации
на зависимость "приведенное средневзвешенное пластовое давление - сум
марная добыча газа". На целом ряде примеров показано существенное влияние деформаций на темпы снижения пластового давления.
В настоящее время все программные продукты по моделированию процес сов разработки газовых месторождений учитывают зависимость фильтраци онно-емкостных свойств (ФЕС) от давления.
Во второй групnе работ исследуются процессы дренирования различных по ФЕС отдельных частей продуктивной толщи. Имеется достаточно большое
количество мелких, средних, крупных, гигантских сложнопостроенных ме
сторождений природного газа, представленных сочетанием блоков с хорошими ФЕС (содержащих активные запасы газа) и малопроницаемыми блоками (пассив ные запасы газа). В эксплуатационные скважины поступает в основном газ из блоков с активными запасами. Пассивные запасы отрабатываются через блоки с активными запасами. В таких условиях технологические показатели разработки во многом будут определяться интенсивностью перетоков газа ме жду двумя категориями блоков.
Теоретическими моделями, промыслово-экспериментальными и лаборатор но-экспериментальными исследованиями показано, что для таких объектов:
-существенное влияние на внутрипластовые процессы массопереноса ока зывают предельные градиенты в газоводонасыщенных пластах, которые сильно зависят от величины пластового давления; при снижении пластового давле
ния они увеличиваются, в результате чего могут происходить процессы под
ключения к дренажу и отключения от него блоков с пассивными запасами газа; -изменение пластового давления и соответственно дебитов скважин сущесг
венно зависит оттемпов разрабапси объекта и норм сл6ора rаза из скважин.
В связи с этим для сложнопостроенных объектов существуют предельные ве личины темпов разработки или годовых отборов газа. При высоких темпах разработки газовых месторождений (по выражению И.Н. Стрижова - "неуме ренных темпах разработки") пассивные запасы газа не успевают пополнить ин тенсивно отбираемые скважинами активные запасы. В результате этого происходит быстрое падение пластового давления в эксплуатационных
38
скважинах, не соответствующее общим заnасам газа на месторождении. Это
приводит к низким (20-30%) коэффициентам nромышленной газоотдачи. Очень ярко мы наблюдwш эти процессы на месторождении Зальцведель
Пскензен в Германии.
Как nоказали расчеты, баланс между отбором газа и дренированием всех запасов газа наступает при темпах разработки в 1,5-2 % в год от начальных суммарных запасов газа. По-видимому, аналогичная картина будет наблюдать
ся и для таких объектов, как Карачаганакское и Астраханское месторождения,
ачимовские залежи Уренгоя и др.
То же самое nроисходит и при реализации неразумно больших начальных деби тах скважин и при нормах (nроцекrах) m6opa газа из скважин (по И.Н. Сlрижову).
Опыт Астраханского и Карачаганакского месторождений показал, что ус
тановление больших начальных дебитов газа 1000 тыс. мJ/сут и выше при де
прессиях свыше 10 МПа приводит к их падению (стабилизации) до некоторых стабильных величин в течение нескольких месяцев.
Эта "стабилизация" дебитов происходит за счет естественного процесса восстановления "равновесия" между отбором газа из скважины и притоком к ней газа из отдаленных блоков с nассивными запасами. В лом случае также
объективно существует сбалансированная норма mбора газа из скважинъL Ее величи
ну необходимо устанавливать экспериментально или оценивать на специальных
гсотехнологических моделях (математический эксперимент). Таким путем для
ачимовских газоконденсатных залежей Уренгоя (000 "ТюменьНИИги прогаз") было показано, что начальная норма отбора газа (отношение на чального рабочего дебита к абсолютному-свободному дебиту) не должна пре вышать 25-30 %. В связи с этим при nроектировании разработки сложно по строенных месторождений природного газа необходимо учитывать деформаци онные процессы и оценивать предельные темпы разработки и нормы m6opa газа
из скважины.
Следует также отметить, что теоретически и экспериментально установ
лена возможность проявления дилатансии (разуnлотнения) деформируемых коллекторов при их разноосном нагружении (внутри пласта). Эффекты дила тансии еще более усложняют картину деформации пласта. С другой стороны, они могут быть использованы для увеличения коэффициентов газоотдачи:
Второе направление связано с уменьшением объемной газонасыщенности
продуктивного пласта за счет поступления в него инфильтрационной воды, от жатой из деформируемых пропластков-неколлекторов. По-видимому, в нашей литературе впервые об этом явлении было сказано в монографии В.Н. Щелка
чева. Он приводит мнение американского гидрогеолога Толмэна (из его капи
тальной монографии по грунтовым водам, опубликованной в 1937г.) о том,
что <<если пласт перскрывается непроницаемыми глинами или иловатыми
породами (силтом}, то вода может из них выжиматься в водоносный
39