Введение
В Западной Сибири при разработке залежей углеводородов юрско-меловых отложений длительный период (более 55 лет) используются минерализованные воды апт-альб-сеноманского водоносного комплекса (ААС ВК) Западно-Сибирского мегабассейна (ЗСМБ) для поддержания пластового давления (ППД). За этот период на месторождениях с организованной системой ППД накопленный объем добытой подземной воды превысил 7,4 млрд м3. На месторождениях, где объемы попутно добываемых с углеводородами вод превышают потребности систем заводнения, организованы участки размещения излишков этих вод в пласты-коллекторы ААС ВК. В настоящее время суммарный объем закачанной жидкости в апт-альб-сеноманский поглощающий комплекс составляет 671 млн м3 [1]. При этом техногенная нагрузка, оказываемая на апт-альб-сеноманский водоносный комплекс, характеризуется своими особенностями в зависимости от рассматриваемого нефтегазоносного района. К примеру, для северных районов Западной Сибири, при сохранении роли комплекса как объекта добычи технических вод для повышения нефтеотдачи пластов (накопленный объем превысил 480 млн м3), отмечается рост его целевого назначения как резервуара для размещения значительных объемов попутно добываемых вод и других флюидов (более 126,5 млн м3).
Очевидно, что такие внушительные объемы подземных вод, вовлеченные в технологические процессы на промыслах, имеют свои особенности при взаимодействии флюидов водоносных комплексов в разрезе мезозойских отложений ЗСМБ. Поэтому необходимость оценки геохимической совместимости пластовых и закачиваемых вод является актуальной задачей в промысловой гидрогеологии [2; 3]. Прогнозирование равновесия смешиваемых вод поможет предотвратить проблемы солеотложений на скважинном оборудовании, ухудшения коллекторских свойств продуктивных пластов и, как следствие, снижения нефтеотдачи [4, с. 97; 5, с. 39; 6, с. 10]. Решение вопросов осадкообразования в пластовых условиях нефтяных месторождений, моделирование процессов осаждения и пути их решения отражены в исследованиях многих ученых [7–9].
Солеотложения, образующиеся в результате смешивания закачиваемых и пластовых вод на месторождениях Западной Сибири, представлены главным образом в виде карбоната кальция. Пластовые воды месторождений Западно-Сибирского мегабассейна практически не содержат сульфатов, поэтому сульфатное равновесие чаще всего не рассматривается. Совместимость вод в основном оценивается по результатам состояния карбонатной системы их смесей.
Лабораторные методы моделирования совместимости смешиваемых минерализованных вод для месторождений углеводородов Западной Сибири используются крайне редко. В опубликованной литературе такие исследования в основном охватывают месторождения углеводородов Восточной Сибири, Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, Приуральской НГО [10–12]. По Западной Сибири имеются экспериментальные данные по совместимости пресных вод с водами продуктивных пластов Приобского месторождения, а также минерализованных вод апт-альб-сеноманского комплекса и нефтепродуктивного интервала (неокомский комплекс) Восточно-Янчинского месторождения [13]. Полученные результаты имеют условный характер, поскольку большая часть исследований проводилась без учета пластовых давлений и температур.
На практике более широко используются расчетные методы термодинамического моделирования смешения подземных вод разного состава по регламентированной методике отраслевого стандарта [14] с использованием различных программных продуктов.
Цель исследования – систематизировать данные прогнозных расчетов образования карбоната кальцита при моделировании смешивания пластовых и закачиваемых вод на месторождениях углеводородов Западной Сибири.
Материалы и методы исследования
В работе обобщены результаты многолетних исследований (2014–2024 гг.) совместимости пластовых и закачиваемых вод Западно-Сибирского мегабассейна по фондовым отчетам (всего 199 отчетов) оценки запасов подземных вод с целью их использования в системах поддержания пластового давления залежей нефтяных месторождений, а также гидрогеологического обоснования размещения излишков попутно добываемых вод в поглощающий горизонт. В указанных материалах расчеты совместимости подземных вод с целью оценки выпадения осадка карбоната кальция выполнялись согласно методике отраслевого стандарта [14]. В основе расчетного метода определения совместимости смешиваемых вод по кальциту лежит зависимость растворимости солей кальция в многокомпонентной смеси от температуры, давления и парциального давления углекислого газа. Относительная погрешность метода – 15 %. Полученные данные по оценке совместимости пластовых и закачиваемых флюидов признаны государственной комиссией по запасам достоверными.
Результаты исследования и их обсуждение
Месторождения углеводородов, по которым обобщены расчеты выпадения кальцита, нанесены на картографическую основу гидрогеологического районирования территории Тюменской области по условиям размещения излишков образующихся на промыслах вод (рис. 1) [15].
Рис. 1. Карта фактического материала Источник: составлено автором на основе [15]
Условные обозначения к рис. 1
Окончание условных обозначений к рис. 1
Автором по каждому месторождению выполнена выборка максимального значения прогнозируемого выпадения карбоната кальция и соответствующего ему соотношения пластовой и закачиваемой воды в смеси. Количество проведенных моделирований по месторождению зависело от количества продуктивных горизонтов (неокомский, юрский).
Систематизация результатов моделирования производилась по нефтегазоносным областям (НГО) согласно нефтегеологическому районированию территории Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции [16].
Сводные данные по результатам моделирования физико-химических процессов при смешивании вод ААС ВК с пластовыми водами продуктивных отложений (неокомские, юрские) для целей ППД на месторождениях Западно-Сибирского мегабассейна (более 200 определений) при оценке максимального осадкообразования (в знаменателе) и доля полученного максимального осадка при соответствующем соотношении смесей (в числителе) представлены в табл. 1.
Согласно проанализированным данным, в 68 % от всех проведенных определений вероятные максимальные значения выпадения кальцита в осадок (до 558 мг/дм3) прогнозируются для условий, когда доля закачиваемой воды в пласт-коллектор составляет 9:1. Отсутствие осадка при любом соотношении смешиваемых вод получено в 15 % случаев моделирования, что наглядно представлено на рис. 2.
Приведенные средние данные по осадкообразованию в целом характерны для Среднеобской нефтегазоносной области, по которой выполнена преобладающая доля (127 определений) от общего количества исследований.
Для Надым-Пурской и Пур-Тазовской нефтегазоносных областей наблюдается значимое отличие в результатах. В преобладающей массе проведенных расчетов (90 %) максимальные, до 151 мг/дм3, значения кальцита были получены при соотношении закачиваемой и пластовой воды 9:1 для Надым-Пурской НГО, до 320 мг/дм3 ‒ Пур-Тазовской НГО. Для Надым-Пурской нефтегазоносной области единичный случай максимального значения осадка карбоната кальция по расчетному моделированию (226 мг/дм3) зафиксирован при соотношении 7:3.
Таблица 1
Максимальное количество осадка при смешении вод ААС ВК с водами продуктивных горизонтов
|
НГО |
Продуктивные горизонты |
Соотношение агента нагнетания в смеси с пластовой водой |
Количество определений |
||||
|
9:1 |
7:3 |
5:5 |
4:6 |
2:8 |
|||
|
Надым-Пурская |
неоком, юра |
90 % 12–151 |
10 % 226 |
– |
– |
– |
10 |
|
Пур-Тазовская |
ААС, неоком |
100 % 47–320 |
– |
– |
– |
– |
7 |
|
Васюганская |
неоком, юра-Pz |
96 % 7–231 |
– |
– |
2 % 332 |
2 % 170 |
26 |
|
Каймысовская |
неоком, юра |
33 % 39 |
33 % 358 |
– |
33 % 398 |
– |
3 |
|
Красноленинская |
ААС, неоком, юра |
23 % 6–314 |
39 % 225–318 |
15 % 250–284 |
8 % 305 |
15 % 290–363 |
13 |
|
Среднеобская |
неоком, юра |
70 % 3–558 |
11 % 301–322 |
5 % 259–333 |
11 % 118–423 |
3 % 367–526 |
127 |
|
Фроловская |
неоком, юра |
48 % 112–408 |
26 % 117–344 |
18 % 315–555 |
4 % 68 |
4 % 442 |
23 |
|
всего |
68 % 3–558 |
13 % 301–358 |
6 % 205–555 |
9 % 118–423 |
4 % 441–526 |
209 |
|
Примечание: при соотношениях 8:2, 6:4, 3:7 и 1:9 максимальных значений осадка не прогнозируется.
Источник: составлено автором.
Рис. 2. Максимальное количество кальцита, прогнозируемое при смешении пластовых вод продуктивных отложений с закачиваемыми водами Источник: составлено автором
Таблица 2
Максимальное количество осадка при смешении попутных и хозяйственно-бытовых вод с водами ААС ВК
|
НГО |
Размещаемые воды в ААС ВК |
Соотношение агента нагнетания в смеси с пластовой водой |
Количество определений |
||||
|
9:1 |
7:3 |
5:5 |
4:6 |
2:8 |
|||
|
Пур-Тазовская |
хоз-быт. стоки |
67 % 0 |
33 % 23 |
3 |
|||
|
Надым-Пурская |
хоз–быт. стоки |
100 % 0–66 |
2 |
||||
|
Васюганская |
неоком/юра |
100 % 53–411 |
13 |
||||
|
Каймысовская |
неоком/юра |
100 % 54–243 |
3 |
||||
|
Красноленинская |
ААС/юра |
17 % 70 |
17 % 89 |
49 % 145–255 |
17 % 173 |
6 |
|
|
Среднеобская |
неоком/ юра |
87 % 22–627 |
9 % 265–484 |
4 % 369–486 |
46 |
||
|
Фроловская |
неоком/юра |
38 % 181–456 |
50 % 163–590 |
12 % 157–208 |
16 |
||
|
всего |
74 % 0–627 |
16 % 23–590 |
6 % 145–486 |
2 % 173 |
2 % 157–208 |
89 |
|
Примечание: при соотношениях 8:2, 6:4, 3:7 и 1:9 максимальных значений осадка не прогнозируется.
Источник: составлено автором.
Рис. 3. Максимальное количество кальцита, прогнозируемое при смешении попутных вод продуктивных отложений с пластовыми водами ААС ВК Источник: составлено автором
Сводные данные по результатам моделирования физико-химических процессов при смешивании попутных вод продуктивных отложений (неокомского и юрского комплексов) и очищенных хозяйственно-бытовых стоков с пластовыми водами ААС ВК на месторождениях Западно-Сибирского мегабассейна представлены в табл. 2. Для данного вида недропользования проанализировано около 90 определений совместимости вод (рис. 3).
Наиболее часто встречаемый вариант максимально возможного осадка карбоната кальция – до 265 мг/дм3. В единичных случаях прогнозировался максимальный осадок от 411 до 627 мг/дм3.
В целом по Западной Сибири получены схожие прогнозные данные карбонатного осадкообразования – в 74 % определений совместимости вод максимальный осадок достигает 627 мг/дм3 (Среднеобская НГО) при соотношении закачиваемой и пластовой воды 9:1. Но отмечается ряд особенностей.
По Надым-Пурской и Пур-Тазовской нефтегазоносным областям максимальный осадок также прогнозируется при соотношении 9:1 закачиваемых и пластовых вод. Но количественные значения расчетного осадка кальцита существенно меньше ‒ до 66 мг/дм3.
Для Красноленинской НГО преобладающее количество определений (49 %) получены максимальные значения кальцита при соотношении смешиваемых вод 5:5.
Заключение
По результатам физико-химического моделирования установлено, что в подавляющем большинстве случаев наибольшие значения прогнозируемого образования карбоната кальция фиксируются при доле закачиваемой воды в пласте 9:1, как при взаимодействии пластовых и закачиваемых вод как в системах поддержания пластового давления (68 % случаев), так и в пунктах размещения излишков попутно добываемых и хозяйственно-бытовых вод в поглощающий горизонт (74 % случаев). Такое соотношение смешиваемых вод характерно в основном для прифильтровой зоны скважин, при продвижении нагнетаемых вод по пласту доля пластовых вод будет увеличиваться.
Максимальные значения прогнозируемого осадка кальцита (при соотношении закачиваемой и пластовой воды 9:1) получены для центральных районов Западно-Сибирского мегабассейна (Среднеобская нефтегазоносная область) при заводнении неокомских и юрских горизонтов. Наименьшие его значения при таком же соотношении смешиваемых вод установлены для северных районов (Надым-Пурская и Пур-Тазовская нефтегазоносные области) при заводнении неокомских горизонтов.