СТО РД Газпром 39-1.13-087-2003

 

  Главная       Учебники - Газпром      СТО РД Газпром 39-1.13-087-2003

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТО РД Газпром 39-1.13-087-2003

 

 

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОБОСНОВАНИЮ ВЫБОРА ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ

И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАКАЧКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ОБЪЕКТАХ

ОАО «ГАЗПРОМ» В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

 

 

СТО РД Газпром 39-1.13-087-2003

 

 

 

 

Открытое акционерное общество «Газпром»

Общество с ограниченной ответственностью «ТюменНИИгипрогаз»

Общество с ограниченной ответственностью

«Информационно-рекламный центр газовой промышленности»

(ООО «ИРЦ Газпром»)

 

Москва 2003

 

 

РАЗРАБОТАН

Обществом с ограниченной ответственностью «ТюменНИИгипрогаз»

 

СОГЛАСОВАН

 

Управлением Тюменского округа Госгортехнадзора России (Заключение от 10.12.2001 г. № 283)

 

Комитетом природных ресурсов по ЯНАО (Протокол заседания гидрогеологической секции № от 11 марта 2001 г. № 2/01, Заключение экспертной комиссии от 8 ноября 2001 г. № 777)

 

Центром Госсанэпиднадзора в ЯНАО (Заключение от 26 апреля 2001 г. № 21)

 

Комитетом природных ресурсов по ХМАО (Заключение экспертной комиссии от 17.05.2001г.№624)

 

Центром Госсанэпиднадзора в ХМАО (Письмо от 11.05.2001 г. №01/1259)

 

ВНЕСЕН

Управлением энергосбережения и экологии ОАО «Газпром»

 

УТВЕРЖДЕН

 

Заместителем Председателя Правления ОАО «Газпром» А.Г. Ананенковым «15» декабря 2003 г.

 

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ

Распоряжением ОАО «Газпром» от 09.12.2003 г. № 309

 

ИЗДАН

 

Обществом с ограниченной ответственностью «Информационно-рекламный центр газовой промышленности (ООО «ИРЦ Газпром»)

 

Настоящий нормативный документ не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражи­рован и распространен в качестве официального издания без разрешения ОАО «Газпром»

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1.Правовые аспекты пользования недрами с целью захоронения сточных вод

1.1.Законодательная и нормативно-методическая база

1.2.Порядок пользования недрами

1.2.1.Общие положения

1.2.2.Границы горного отвода

1.2.3.Условия недропользования

2.Обоснование выбора поглощающего горизонта

2.1.Критерии выбора поглощающего горизонта

2.2.Выбор поглощающего горизонта

2.3.Геолого-гидрогеологические исследования

2.3.1.Общие положения

2.3.2.Задачи исследований

2.3.3.Проведение исследований

3.Проектирование системы захоронения сточных вод

3.1.Общие положения

3.2.Подготовка сточных вод к закачке

3.3.Транспортировка и закачка сточных вод

3.4.Поглощающие скважины

3.4.1.Общие положения

3.4.2.Конструкция скважин

3.4.3.Цементирование обсадных колонн

3.4.4.Вскрытие и освоение поглощающего горизонта

3.4.5.Наземное и подземное оборудование скважин

3.5.Санитарно-защитные зоны

3.6.Мониторинг подземных вод

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Методика гидрогеологических расчетов

П. 1.1. Расчет гидрогеологических параметров поглощающего горизонта

П. 1.1.1. Расчет показателей физических свойств воды

П. 1.1.2. Расчет предельной газонасыщенности воды

П. 1.1.3. Расчет пластового давления воды в скважине

П.1.1.4.Оценка влияния разработки газовой залежи на динамику подземных вод альб-сеноманского поглощающего горизонта

П. 1.1.5. Расчет гидродинамических параметров поглощающего горизонта по промыслово-геологическим данным

П. 1.1.6. Обработка результатов опытно-фильтрационных работ

П. 1.2. Оценка совместимости сточных вод с подземными водами поглощающего горизонта

П.1.3. Расчет параметров закачки сточных вод

П. 1.3.1. Прогноз распространения сточных вод в поглощающем горизонте

П.1.3.2. Расчет давления нагнетания на устье поглощающей скважины и репрессий на пласт

Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Заключение Управления Тюменского округа Госгортехнадзора России от 10.12.2001 г. № 283

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Протокол № 2/01 заседания гидрогеологической секции Научно-технического совета Комитета

природных ресурсов ЯНАО

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Заключение экспертной комиссии КПР по ЯНАО от 08.11.2001 г. № 777

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Заключение Центра Госсанэпиднадзора в Ямало-Ненецком автономном округе от 26 апреля 2001 г. № 21

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Заключение экспертной комиссии КПР по ХМАО от 17.05.2001 г. № 624

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Письмо Центра Госсанэпиднадзора в Ханты-Мансийском  автономном округе от 11.05.2001 г. № 01/1259

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящие методические рекомендации подготовлены как руководящий документ по обоснованию и проектированию подземного захоронения сточных вод на газовых объ­ектах Западной Сибири с учетом современных требований природоохранного законода­тельства и накопленного в последние годы опыта.

Рекомендации предназначены для объектов ОАО «Газпром», расположенных на территории основных газоносных районов Западной Сибири, сточные воды которых не могут быть утилизированы или обезврежены другими способами, кроме подземного захо­ронения, приемлемыми с технико-экономической точки зрения.

Указанная территория включает Березовский и Казымский нефтегазоносные рай­оны, Ямальскую, Гыданскую, Усть-Енисейскую, Надым-Пурскую (за исключением само­го южного, преимущественно нефтеносного, Варьеганского района) и Пур-Тазовскую нефтегазоносные области. Административно она относится в основном к Ямало-Ненецкому автономному округу, Тюменской области, а также к Ханты-Мансийскому ок­ругу и Красноярскому краю. Граница территории, проведенная в соответствии с «Обзор­ной картой Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции» (Тюменгеология, ЗапСиб-НИГНИ, 1990 г.), показана на рис. 1.

В рекомендациях изложены правовые и нормативно-методические аспекты под­земного захоронения сточных вод. На основании соответствующих критериев сделан вы­бор поглощающих горизонтов для основных газоносных районов Западной Сибири. При­ведены задачи, содержание и методика геолого-гидрогеологических исследований, необ­ходимых для обоснования выбора поглощающего горизонта. Рассмотрены вопросы, ка­сающиеся проектирования системы захоронения сточных вод и мониторинга подземных вод. Изложена методика гидрогеологических расчетов, связанных с захоронением стоков (Прилож.1).

Рекомендации составлены А.П. Каменевым при участии Н.В. Поповой, А.Н. Ребякина, А.В. Кустышева, Г.Н. Хухорова, С.А. Носова; приложение 1 выполнено А.П. Каменевым.

Рекомендации согласованы с природоохранными органами Тюменской области, Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского автономных округов (прилож. 2-7).

 

1. ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ ПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДРАМИ

С ЦЕЛЬЮ ЗАХОРОНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

 

1.1. Законодательная и нормативно-методическая база

 

Правовые аспекты подземного захоронения сточных вод рассмотрены в федеральных законах № 7 «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 и № 2395-1 ФЗ (ред. от 06.06.2003) «О недрах».

В соответствии с «Положением о порядке лицензирования пользования недрами» [5] предоставление недр для захоронения вредных веществ и отходов производства, сброса сточных вод допускается только по проектам, предусматривающим регламентацию макси­мальных объемов стоков и концентрацию вредных веществ в них, создание и ведение мони­торинга в пределах горного отвода и на прилегающей к ней территории.

Вопросы лицензирования пользования недрами для закачки сточных вод, захоронения отходов и вредных веществ, возврата в недра использованных или попутно извлеченных под­земных вод, а также особенности разработки нормативов предельно допустимых сбросов вред­ных веществ в подземные водные объекты приведены в методических указаниях [6] и [7].

В «Положении об охране подземных вод» [8] указывается, в частности, на необходи­мость контроля за перемещением закачиваемых стоков в поглощающем пласте и в вышеле­жащие горизонты.

Вопросы, касающиеся подземного захоронения сточных вод на территориях отдель­ных субъектов Российской Федерации, отражены в законе Тюменской области «О недрах» от 04.11.1996 г. (ред. от 07.12.2000 г.), в законе ЯНАО от 10.02.1997 г. № 5 «О недрах и недропользовании в Ямало-Ненецком автономном округе» и законе ХМАО от 18.04.1996 г. № 15-03 «О недропользовании». Порядок лицензирования пользования недрами для захороне­ния сточных вод на территории ХМАО приведен в Положении [9].

Целесообразность и возможность закачки в глубокие подземные горизонты не только производственных, но и бытовых стоков в нефтегазодобьшающих районах Западной Сибири обоснована в методических рекомендациях [10].

На необходимость рассмотрения подземного захоронения как возможного способа обезвреживания сточных вод, образующихся при разработке газовых и нефтегазоконденсатных месторождений, указывается в правилах [11] и регламентах [12,13].

Вопросы, касающиеся проведения гидрогеологических исследований и расчетов, обу­стройства и эксплуатации полигонов захоронения сточных вод, организации и ведения мони­торинга на этих полигонах, подробно освещены в руководящих документах [14, 15], а также в ряде печатных работ [ 16-21 и др.].

 

1.2. Порядок пользования недрами

 

1.2.1. Общие положения

На каждый участок недр, предоставляемый в пользование для захоронения сточных вод, выдается отдельная лицензия. Допускается выдача одной лицензии на несколько участ­ков недр, если действующие и (или) проектируемые объекты расположены в границах зе­мельного отвода, принадлежащего одной организации, и находятся на ее балансе.

Лицензия на пользование недрами предоставляется только на те участки недр, геоло­гическая информация по которым получила положительную оценку государственной экспер­тизы.

В тех случаях, когда имеющаяся геолого-гидрогеологическая изученность не позволя­ет выделить участок недр и определить водоносные горизонты, перспективные для захороне­ния сточных вод, должны быть проведены необходимые геологические и гидрогеологические исследования, для чего следует получить соответствующую лицензию.

В тех случаях, когда геолого-гидрогеологическая изученность достаточна для пользо­вания недрами в намеченных целях, работы по геологическому изучению не проводятся, а по представленным соответствующим материалам специализированной организацией (напри­мер, ТЦ «Ямалгеомониторинг») составляется заключение, которое также представляется на государственную геологическую экспертизу. В простых гидрогеологических условиях, при небольших объемах сброса экспертиза может быть выполнена в процессе лицензирования пользования недрами для строительства и эксплуатации системы захоронения.

В лицензии на пользование недрами для захоронения сточных вод предусматривается двухэтапный порядок пользования недрами. На первом этапе, в установленные лицензией сроки, ее владелец проводит детальные геолого-гидрогеологические исследования, необхо­димые для составления технического проекта (технологической схемы) строительства и экс­плуатации полигона захоронения и готовит указанный проект. Последний должен быть со­гласован с соответствующими органами исполнительной власти.

 До окончания первого этапа (утверждения в установленном порядке технического проекта) строительство и эксплуатация полигонов захоронения стоков запрещается.

На втором этапе владелец лицензии осуществляет реализацию проекта.

В тех случаях, когда уже имеется согласованный и утвержденный проект системы за­качки сточных вод, первый этап пользования недрами исключается.

В сложных гидрогеологических условиях может быть выдана лицензия на пользова­ние недрами для опытно-промышленной эксплуатации (ОПЭ). В этих случаях в лицензии ус­танавливаются соответствующие требования к проекту ОПЭ. После окончания ОПЭ ее ре­зультаты предоставляются на государственную геологическую экспертизу.

Действующие организации проводят лицензирование непосредственно в процессе эксплуатации системы захоронения стоков. В этих случаях в лицензии устанавливается срок, в течение которого организации обязаны осуществить все мероприятия по обеспечению экс­плуатации системы: создание или расширение сети мониторинга геологической среды, уточ­нение проекта эксплуатации и проведение необходимых согласований, в том числе государ­ственной экологической экспертизы и экспертизы промышленной безопасности.

Лицензия на пользование недрами для захоронения сточных вод может выдаваться на срок, не превышающий 20 лет. По инициативе недропользователя органы, выдающие лицен­зию, могут продолжить срок ее действия, если это связано с более длительными сроками экс­плуатации систем сброса.

При невыполнении пользователем указанных в лицензии требований в установленные сроки действие лицензии прекращается.

Платежи за право пользования недрами для захоронения сточных вод определяются в соответствии с положением [22]. Эти платежи могут взиматься в форме разовых взносов и (или) регулярных платежей и могут составлять от 1 до 3 % сметной стоимости объекта захо­ронения сточных вод и предоставляемых услуг при его эксплуатации. Конкретные размеры платежей определяются органами, выдающими лицензию, в зависимости от размера участка недр, предоставляемого в пользование, полезных свойств недр и степени экологической опасности при их использовании.

 

1.2.2. Границы горного отвода

Для систем подземного захоронения сточных вод горный отвод определяется как не­посредственно по пласту-коллектору, так и по вышележащему (при наличии — и по нижележащему) «буферному» водоносному горизонту.

И в пласте-коллекторе, и в «буферных» горизонтах границами горного отвода в плане является прогнозируемый контур распространения стоков на конец расчетного срока эксплуатации с коэффициентом запаса 1,5 для гранулярных и 2-3 для трещиноватых коллек­торов.

Границы горного отвода утверждаются органами Госгортехнадзора России горноотводным актом.

 

1.2.3. Условия недропользования

Обязательной частью лицензионных материалов являются требования к условиям не­дропользования, обеспечивающие безопасность проведения работ, экологическую безопас­ность территории, охрану недр и окружающей природной среды, сохранность инженерных сооружений в зоне влияния недропользования.

Эти условия включают:

-обоснование технической невозможности, экономической, либо экологической нецелесообразности, обезвреживания и утилизации сточных вод;

-обоснование выбора и характеристику поглощающего горизонта;

-обоснование совместимости сточных вод с подземными водами и вмещающими породами горизонта;

-нормирование объемов сточных вод;

-нормирование концентраций загрязняющих веществ в стоках;

-требования к подготовке сточных вод к закачке;

-требования к размещению, конструкции, качеству строительства и оборудованию (подземному и наземному) нагнетательных (поглощающих) скважин;

-нормирование давлений на устьях скважин, в пласте-коллекторе и смежных пластах;

-требования к санитарно-защитным зонам (СЗЗ) вокруг поверхностного комплекса и в недрах;

-требования к организации и ведению мониторинга подземных вод и сооружений системы захоронения сточных вод;

- требования по обеспечению надежности и экологической безопасности системы.

Указанные условия устанавливаются в соответствии с утвержденным техническим проектом полигона захоронения стоков, а при его отсутствии - как требования к проекту.

Технические решения по строительству полигона захоронения стоков и условия не­дропользования обычно рассматриваются в разделе проекта «Гидрогеологическое и экологи­ческое обоснование подземного захоронения сточных вод». Данный раздел проекта является основой для пояснительной записки, прилагаемой к заявке на лицензирование пользования недрами.

 

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОГЛОЩАЮЩЕГО ГОРИЗОНТА

2.1. Критерии выбора поглощающего горизонта

 

1) Подземные воды поглощающего горизонта как на момент его выбора, так и в обозримом будущем в районе полигона захоронения сточных вод не должны использоваться ни в хозяйственно-питьевых, лечебных и промышленных целях, ни для тепло- и энергоснабжения. Закачка сточных вод не должна также оказывать негативное воздействие на газовые и нефтяные залежи, приуроченные к горизонту.

2) Поглощающий горизонт должен быть надежно изолирован от выше- и нижележащих горизонтов, подземные воды которых используются или предполагается использовать в народном хозяйстве. Изолирующие его водоупоры должны быть практически непроницаемы для сточных вод и не должны разрушаться под воздействием последних. Од­ним из критериев является и наличие над перекрывающим поглощающий горизонт водоупором «буферного» (защитного) горизонта, подземные воды которого не планируется использовать ни для питьевых, ни для других целей. Предполагаемый участок закачки стоков должен быть удален на достаточно большое расстояние от областей питания, раз­грузки и зон пресных подземных вод поглощающего горизонта, от участков замещения указанных водоупоров проницаемыми породами и от флюидопроводящих разрывных нарушений.

3) Поглощающий горизонт должен иметь высокие емкостные, фильтрационные и благоприятные физико-химические свойства. Площадь распространения, толщина, пористость и проницаемость коллекторов должны обеспечить требуемую приемистость горизонта при приемлемых с технико-экономической точки зрения давлениях нагнетания. Приемистость не должна существенно снижаться из-за взаимодействия закачиваемых стоков с породами и подземными водами горизонта.

4) Глубина залегания поглощающего горизонта должна быть, по возможности, небольшой, позволяющей минимизировать затраты на строительство и эксплуатацию полигонов захоронения сточных вод.

5) Приемлемыми в технико-экономическом отношении должны быть также сложность и объем геологоразведочных работ, необходимых для обоснования выбора поглощающего горизонта.

 

2.2. Выбор поглощающего горизонта

 

Исходя из перечисленных выше критериев и гидрогеологических условий, на большей части территории основных газоносных районов Западной Сибири в качестве поглощающего следует рассматривать альб-сеноманский горизонт, отождествляемый с одноименной регио­нальной водоносной толщей. Исключение составляют участки, на которых:

-он выклинивается;

-практически отсутствует или недостаточно надежен по отношению к горизонтам с пресными водами перекрывающий его водоупор;

-распространены пресные воды;

-используются или планируется использовать минеральные воды данного горизонта.

На этих участках для закачки сточных вод нужно использовать нижнемеловые (в основном аптский, на востоке - готерив-аптский) водоносные горизонты.

На рис. 1 приведена схема районирования меловых поглощающих горизонтов, произведенного на основе литолого-стратиграфических особенностей их и перекрываю­щих водоупорных толщ. Показаны границы распространения основного «буферного» го­ризонта - верхнепалеоценовых талых водоносных отложений и основного подземного ис­точника хозяйственно-питьевого водоснабжения - межмерзлотных горизонтов преимуще­ственно олигоцен-четвертичного возраста (на крайнем востоке территории они развиты и в более древних отложениях). Литолого-стратиграфическая характеристика разрезов по­глощающих горизонтов и перекрывающих водоупоров дана в табл. 1. В дополнение к ней отметим следующее.

Поглощающие горизонты сложены в основном песчано-алевритовыми разностями пород, в составе которых преобладают коллекторы I -Ш классов (по классификации А.А. Ханина [23]). Перекрывающие их, преимущественно глинистые, толщи относятся к достаточно надежным флюидоупорам I-Ш классов (согласно классификации, приведен­ной в работах [23, 24]). О высоких изолирующих свойствах турон-палеогеновой и альбской толщ свидетельствует, в частности, тот факт, что они контролируют многочисленные газовые, а также нефтяные залежи. В северных газоносных районах палеоген-четвертичные отложения находятся в мерзлом состоянии, благодаря которому не только глинистые, но и песчаные породы являются водоупорными [25].

 

 

 

1.-Березово-Казымский

3.-Уренгойский

5.-Усть -Енисейский

2.-Полуйско-Ямалтский

 

4.-Тазовский

6.-Туруханский

 

Рис 1. Схема районирования меловых поглощающих горизонтов

 

Таблица 1

Литолого-стратиграфическая характеристика поглощающих горизонтов и перекрывающих водоупоров

 

Район распространения

Поглощающий горизонт

Перекрывающий водоупор

Геологи­ческий возраст (свита, подсвита)

Глубина до кровли, м Толщина, м

Литологическая характеристика

Геологический возраст (свита, подсвита, пачка)

Толщина, м

Литологическая характеристика

Альб-сеноманский горизонт

Березово-Казымский

K2s(уватская)

340-850

100-240

Алевриты и уплотненные пес­ки с прослоями карбонатных разностей (в верхней части) и глин (в нижней части)

K2t-P13

(кузнецовская, березовская, ганькинская, талицкая, люлинворская, тавдинская)

200-600

В нижней части (меловые отложения) в основном глины, а также опоковидные глины и опоки, в верхней части - глины, опоки и опоковидные глины, диатомиты и диа­томовые глины; встреча­ются прослои и линзы песков, песчаников и алевролитов

 

Полуйско-Ямальский

K1al-K2s (марресалинская)

190-1150

до 500

Алевролиты, пески уплотнен­ные и песчаники с прослоями и линзами глин

K2t-P13

 (кузнецовская, березовская, ганькинская, нижнетибейсалинская)

до 1 000

В основном глины, а так­же опоковидные глины и опоки с прослоями алев­ролитов и песков

Уренгойский

K2s (покурская верхняя часть)

730-1380

200-300

Пески уплотненные,  песча­ники, алевролиты и глины алевритистые. Отмечаются прослои ракушняков, гравели­тов и конгломератов

То же

630-1 080

То же

Тазовский

K2s (покурская, верхняя часть)

800-1350

200-300

То же

K2t1, (кузнецовская, пачки 1 и 2)

25-70

Глины слабобитуминозные (в нижней пачке) и алевритистые (в верхней пачке)

 

Усть-

Енисейский

K1al-K2s

(долган­ская)

200-1000

300-570

Пески и песчаники с про­слоями алевролитов и глин

K2t1, (дорожковская; насоновская, пач­ка I)

120-230

В нижней части (дорожков­ская свита) глины и глини­стые алевриты с подчинен­ными прослоями песков и песчаников толщиной до 1,5 м; в верхней части -глины и алевриты с про­слоями песков

 

Туруханский

K1,al-K2s

(маковская)

550-1000

180-340

Переслаивание песков (в вер­хах), песчаников, галечников и глин. В верхней части преоб­ладают грубообломочные по­роды

K2t1, (дорожковская)

45-130

Глины и глинистые алев­риты с подчиненными про­слоями песков и песчаников (до 1,5 м)

Нижнемеловые горизонты

Березово-Казымский

К1,а (викуловская)

640-1300

150-290

Алевриты, пески уплотненные и песчаники с прослоями алев­ритовых глин и глинистых из­вестняков

К1а1 (нижнеханты-мансийская)

70-130

Глины аргиллитоподобые, преимущественно тонкоотмученные, с редкими про­слоями алевритов, глини­стых известняков и сидери­тов (нижняя подсвита)

 

Полуйско-Ямальский

К1а (танопчинская)

690-2060

 до 500

Неравномерное переслаивание песчаников, алевролитов и алевритовых глин

К1а1 (яронгская)

90-270

Глины, прослоями аргиллитоподобные, от тонкоотмученных до алевритовых, с пластами песчаников и алевролитов

 

Уренгойский и Тазовский

К1а (покурская, нижняя часть)

1300-2000 до 320

Песчаники, чередующиеся в сложном сочетании с глинами и алевролитами

К1а1 (покурская, сред­няя часть)

до 380

Крупные пачки глин и гли­нистых алевролитов, чере­дующихся в сложном соче­тании с песками уплотнен­ными и песчаниками

 

Усть-Енисей-ский и Туру-ханский

K1g-K1.a1, (малохет-ская)

1000-2100 150-350

Пески и песчаники с редкими прослоями алевролитов, глин и конгломератов с рассеянной галькой

 

К1а-К1а1 (яковлевская)

80-570

Глины и алевролиты с про­слоями песчаников

 

Начальные пластовые давления в поглощающих горизонтах близки к гидростати­ческим (статические уровни вод располагаются, как правило, ниже устьев скважин). В процессе разработки сеноманских газовых залежей они падают на несколько мегапаскалей, что обусловливает соответствующее снижение давлений нагнетания на устьях по­глощающих скважин, разумеется, при условии надлежащей подготовки сточных вод к за­качке и удовлетворительном состоянии фильтров скважин.

Пластовые температуры изменяются от 12-50°С в альб-сеноманском горизонте до 50-80ºС в нижних горизонтах.

Подземные воды по химическому составу преимущественно хлоридные натриевые, в основном двух типов (по классификации В.А. Сулина): хлоркальциевого и гидрокарбонатно-натриевого. Минерализация вод изменяется от 1-2 г/л на юго-востоке рассматри­ваемой территории до 15-21 г/л в ее центральных районах. Содержание йода и брома в во­дах редко превышает 18 и 50 мг/л соответственно.

Растворенные в подземных водах газы по составу метановые (более 90% объем.); высшие углеводороды содержатся в основном в нижнемеловых поглощающих горизонтах. Газовые факторы вод изменяются от 1 до 2,5 м33.

Более подробная характеристика геологического строения, гидрогеологических и геокриологических условий как поглощающих горизонтов, так и в целом верхней части разреза осадочного чехла севера Западной Сибири приведена в работах [26-32 и др.].

В качестве иллюстрации на рисунке 2 приведен схематический геолого-гидрогеологический разрез по поглощающей скв. 440 Уренгойского месторождения.

Поглощающие горизонты хорошо изучены в гидрогеологическом отношении в ре­зультате поисково-разведочных работ на нефть и газ и разработки сеноманских газовых залежей. На Уренгойском, Вынгапуровском, Ямбургском и других месторождениях нако­плен многолетний опыт промышленной закачки промстоков в альб-сеноманский горизонт и проведены исследования их совместимости с подземными водами [4, 33-35].

 

 

Условные обозначения,

 

 

Рис. 2. Схематический гидрогеологический разрез по поглощающей скважине 440 Уренгойского месторождения

 

2.3. Геолого-гидрогеологические исследования

 

2.3.1.Общие положения

Как следует из предыдущего подраздела, поглощающие горизонты для основных газоносных районов Западной Сибири уже определены и, поскольку достаточно хорошо изучены, для них предусматриваются лишь детальные геолого-гидрогеологические иссле­дования, в рамках первого этапа пользования недрами.

 

2.3.2.Задачи исследований

В результате исследований должны быть определены:

-глубины залегания и литологическая характеристика водоносных, нефтегазоносных и водоупорных горизонтов и мерзлых толщ;

-толщина, пористость (открытая и эффективная) и проницаемость коллекторов поглощающего горизонта;

-пластовые давления и температуры подземных вод горизонта;

-их фоновый химический, газовый состав и газонасыщенность;

-гидропроводность горизонта и параметр  χ/r2спр-  (χ- коэффициент   пьезопроводности; r спр - приведенный радиус скважины);

-приемистость горизонта (давление нагнетания на устье скважины);

-совместимость сточных вод с породами-коллекторами и подземными водами горизонта (при отсутствии соответствующих данных по району работ).

 

2.3.3.Проведение исследований

2.3.3.1. Содержание и организация исследовательских работ

При проведении исследований должны производиться следующие виды работ:

-строительство разведочной скважины с отбором керна в интервале залегания поглощающего горизонта (отбор керна производится в зависимости от состояния изученности горизонта в районе работ);

-геофизические исследования в скважине;

-подготовка скважины к гидрогеологическим исследованиям;

-гидрогеологические исследования на скважине;

-лабораторные исследования.

Разведочную скважину следует бурить на проектируемом полигоне захоронения сточных вод с тем, чтобы в дальнейшем использовать как поглощающую. Для исследова­ний может быть использована уже пробуренная разведочная скважина на нефть и газ по­сле ее расконсервации и соответствующей реконструкции.

Конструкция и оборудование разведочных скважин должны выбираться в зависимо­сти от их назначения такими же, как поглощающих и наблюдательных скважин на про­мышленных полигонах захоронения сточных вод (см. подразделы 3.4 и 3.6 рекомендаций).

Геофизические исследования в скважинах следует проводить, руководствуясь ут­вержденными типовыми и обязательными (для Западно-Сибирской нефтегазоносной про­винции) комплексами.

2.3.3.2.Подготовка скважины к гидрогеологическим исследованиям

Вопросы, касающиеся вскрытия скважинами исследуемых горизонтов, освещены в пункте 3.4.4 рекомендаций.

Работы, связанные с освоением скважин, вскрывших поглощающий горизонт, должны проводиться в следующем порядке:

После прострела в скважину до верхних отверстий перфорации спускаются насосно-компрессорные трубы (НКТ) с воронкой на конце и пусковой муфтой. С учетом того, что коллекторы, особенно высокопроницаемые, рассматриваемых в рекомендациях гори­зонтов частично или полностью представлены рыхлыми породами, глубина установки муфты не должна превышать 50-100 м от статического уровня. Устье оборудуется фон­танной арматурой, после чего производится освоение скважины путем смены бурового раствора на техническую воду с последующей откачкой ее с помощью компрессора до полной смены на пластовую воду. Контроль состава воды осуществляется по содержанию ионов хлора, которое определяется после откачки каждой трети объема ствола скважины. Постоянство состава фиксируется по трем определениям. Для получения пластовой воды требуется откачать не менее двух-пяти объемов скважины. Расход жидкости определяется с помощью емкости такого размера, чтобы время ее заполнения составило не менее 0,5-1 мин. Чаще всего используются емкости от 0,2 до 1-3 м3. В конце откачки отбирается проба воды на сокращенный химический анализ (1 л).

Освоение наблюдательной скважины, пробуренной на олигоцен-четвертичные во­доносные горизонты, следует проводить путем прокачки с помощью компрессора до пол­ного осветления воды.

2.3.3.3.Гидрогеологические исследования на скважинах

Гидрогеологические исследования (опытно-фильтрационные работы) на скважи­нах, вскрывших поглощающий горизонт, должны включать пробные откачку и нагнета­ния, которые проводятся следующим образом.

Перед откачкой скважину целесообразно выстоять в течение 1-2 сут для восстанов­ления уровня воды в ней до положения, близкого к статическому, чтобы свести до мини­мума влияние отбора подземных вод при освоении скважины на величины расчетных гид­рогеологических параметров поглощающего горизонта.

Откачка пластовой воды проводится на одном понижении в течение 1-3 сут.

Перед началом откачки в скважину через лубрикатор с помощью лебедки спуска­ется до середины интервала перфорации глубинный манометр с максимальным ртутным термометром. Откачка должна производиться с постоянным дебитом, стабильность кото­рого подтверждается не менее, чем тремя замерами (производятся через каждые 1-2 ч) с разницей не более 5%. В конце откачки замеряется температура, отбираются пробы воды на сокращенный химический анализ и нефтепродукты (0,5 л, консервируется хлорофор­мом - 5 мл), а также определяется объемным способом газонасыщенность воды и отбира­ется проба водорастворенного газа (0,5 л).

Затем скважина останавливается для прослеживания восстановления забойного давления и динамического уровня (после подъема манометра, при отсутствии самоизлива) или устьевого давления. Замеры уровня производятся гидрогеологической рулеткой или поплавком, давления на устье - образцовым манометром. Перед снятием каждого показа­ния этого манометра необходимо стравливать скопившийся на устье газ. Вначале замеры уровня (устьевого давления) следует проводить через каждые 5-10 мин. Затем, в зависи­мости от скорости восстановления уровня, промежутки времени между замерами можно увеличить до 1-3-6 ч. Уровень считается статическим, если его положение не меняется в течение 12-24 ч. При медленном подъеме уровня замеры можно прекратить, если зафик­сировано 15-18 его положений в течение 24-48 ч, при условии получения представитель­ной кривой восстановления давления (КВД), обработка которой позволит определить гид­рогеологические параметры поглощающего горизонта достаточно точно.

После замера уровней (устьевых давлений) в скважине отбирается проба раство­ренного газа и определяется газонасыщенность воды с помощью глубинного пробоотбор­ника. Газ отбирается в бутылку, предварительно заполненную при откачке пластовой во­дой. При замерах газонасыщенности воды как на забое, так и на устье скважины, можно ограничиться отбором трех проб газа, если расхождение в объемах, хотя бы двух из них, не превысит 10%, но не более 200 см3/л.

Затем осуществляются пробные нагнетания смеси технической и пластовой вод, сброшенных в амбар-накопитель в процессе освоения скважины и пробной откачки, а также, в случае необходимости, воды из поверхностного водоема. Перед началом иссле­довательских работ, с целью промывки призабойной зоны поглощающего горизонта и создания естественного фильтра, в скважину закачивают воду в количестве, равном 1,5-2 объемам ствола скважины.

Пробные нагнетания проводятся соответственно на одном режиме, а при обоснова­нии захоронения сточных вод с существенно меняющимся проектным средним расхо­дом - на трех режимах с прослеживанием на каждом режиме восстановления забойного и устьевого давлений и уровня жидкости в скважине. Нагнетания на трех режимах произво­дятся с последовательным переходом от меньшего установившегося расхода воды к большему и разницей между ними 150-200%. Длительность нагнетания на каждом из ре­жимов должна быть не менее 1 сут. Рекомендуемый расход воды при пробном нагнетании составляет 200-600 м3/сут.

Нагнетание целесообразно проводить с помощью двух цементировочных агрегатов. Один из них устанавливается на берегу поверхностного водоема или амбара-накопителя и по трубопроводу подает воду в баки другого агрегата, который и производит закачку ее в скважину.

В процессе исследований проводятся те же замеры и с той же частотой, что и при пробной откачке. В начале и конце нагнетания отбираются пробы закачиваемой жидкости на сокращенный химический анализ и нефтепродукты, а также на взвешенные вещества (0,5 л).

Отбор проб подземных вод и закачиваемых жидкостей следует проводить, руково­дствуясь ГОСТ Р 51592-2000.

Технические средства и методы работы с ними, используемые при гидрогеологиче­ских исследованиях на глубоких скважинах, описаны в работах [14, 18, 36 и др.].

Обработку результатов гидрогеологических исследований следует производить по методике, прилагаемой к рекомендациям.

2.3.3.4. Лабораторные исследования

Лабораторные исследования включают анализы подземных вод и закачиваемых жидкостей, водорастворенных газов, керна, а также определение совместимости сточных вод с породами-коллекторами и подземными водами поглощающего горизонта.

При сокращенном химическом анализе вод производится определение рН, восьми основных компонентов (ионов хлора, сульфат-, гидрокарбонат- и карбонат-ионов, ионов калия, натрия, магния, кальция) и двух микрокомпонентов (йода и брома). Показатель рН и взвешенные вещества должны определяться сразу после отбора проб воды.

В результате анализа водорастворенного газа определяются двуокись углерода, се­роводород, водород, метан, этан, тяжелые углеводороды (пропан, бутан, пентан, гексан), азот, редкие компоненты (гелий и аргон).

Анализ керна включает определение литологического и гранулометрического со­става, открытой пористости, абсолютной проницаемости (параллельной и перпендикуляр­ной напластованию) и остаточной водонасыщенности.

Анализы должны выполняться но методикам, соответствующим требованиям ГОСТ Р 8.563-96.ГСЦ «Методики выполнения измерений».

Определение совместимости стоков с породами и подземными водами поглощаю­щего горизонта следует проводить согласно ОСТ 39-228-89 и ОСТ 39-229-89.

 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАХОРОНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

 

3.1. Общие положении

 

Проектируемая система подземного захоронения сточных вод должна включать следующие основные сооружения:

-комплекс очистных сооружений по подготовке стоков к закачке;

-насосную станцию для транспортировки и закачки подготовленных сточных вод;

-водовод от насосной станции до поглощающих скважин;

-поглощающие скважины.

В комплекс вспомогательных сооружений, обеспечивающих нормальное функцио­нирование основных сооружений, входят системы водоснабжения и канализации, тепло­снабжения, КИП и А, связи, а также автодороги и линии электропередач к скважинам, склады ГСМ и реагентов и др., необходимые помещения для персонала.

Обязательным разделом проекта является оценка воздействия на окружающую среду и недра.

В проекте необходимо предусмотреть меры по обеспечению надежности и эколо­гической безопасности системы.

Кроме того, должна быть предусмотрена система мониторинга подземного захоро­нения сточных вод, включающая наблюдательные скважины, комплекс передвижных аг­регатов и аппаратуры с необходимым штатом обслуживающего персонала.

Составление проекта должно осуществляться в соответствии с действующей нор­мативно-технической документацией на аналогичные сооружения с учетом отмеченных в последующих подразделах рекомендаций особенностей проектирования систем подземно­го захоронения сточных вод.

Согласование проектных решений, касающихся системы подземного захоронения сточных вод, осуществляется в рамках согласования ТЭО (проекта) строительства и экс­плуатации объекта в целом в органах:

-управления государственным фондом недр;

-здравоохранения - по границам СЗЗ, регламенту хозяйственной деятельности в этих зонах, а также по вопросам возможного воздействия проектируемой системы на источники минеральных лечебных вод;

-госгортехнадзора - по границам горного отвода и безопасному ведению работ;

-охраны окружающей среды - по воздействию проектируемых сооружений на эту среду.

 

3.2. Подготовка сточных вод к закачке

 

К основным загрязнениям, содержащимся в промстоках газовых объектов Западной Сибири, относятся взвешенные вещества, нефтепродукты, ДЭГ (ТЭГ), метанол, ПАВ и растворенные соли. При совместной закачке производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод к этим загрязнениям добавятся нитраты, нитриты и фосфаты. Объем сточных вод и содержание в них загрязнений должны быть определены в проекте, исходя из техно­логии производства, системы бытового обслуживания работающих и физико-географических условий местности.

При определении степени подготовки сточных вод к закачке и выборе соответст­вующих технологических приемов, а также при определении порядка и методов контроля за качеством подготовки стоков следует руководствоваться ОСТ 39-225-88. Хозяйственно-бытовые сточные воды должны подвергаться полной биологической очистке с обязатель­ным обеззараживанием их. Помимо периодического определения в сточных водах преду­смотренных этим ОСТ компонентов, следует контролировать также концентрации ДЭГа (ТЭГа), метанола ПАВ, солей, нитратов, нитритов и фосфатов.

 

3.3. Транспортировка и закачка сточных вод

 

Проектирование системы транспортировки подготовленных стоков к поглощаю­щим скважинам и закачки в них должно основываться на СНиП [37], санитарных прави­лах [38], справочнике [39] и других документах и материалах с учетом следующих осо­бенностей.

Сточные воды после очистки подаются в резервуары-усреднители, не менее двух, объем каждого из которых должен равняться суточному расходу стоков.

Производительность насосной станции определяется в соответствии со среднечасо­вым расходом стоков, а требуемый набор насосов, - исходя из гидравлических потерь давления в водоводе и давления нагнетания на устьях поглощающих скважин. При числе рабочих насосов до шести устанавливаются два резервных насоса. С целью обеспечения надежности эксплуатации насосной станции она должна иметь также два независимых ис­точника электроснабжения.

Число ниток водовода должно быть не менее двух, каждая из которых рассчитыва­ется с учетом возможности транспортировки всего объема стоков. Трубы стальные горячекатанные (ГОСТ 8732-78). При подземной прокладке водовода трубы покрываются теп­ло- и гидроизоляцией; надземная прокладка - с теплоспутником или греющим кабелем. При большой протяженности водовода он делится на ремонтные участки. На каждой нит­ке устанавливается запорная арматура. На случай аварии на одной из ниток водовода сле­дует предусмотреть меры по автоматическому отключению насосов и переключению по дачи сточных вод на резервную нитку. Опорожнение аварийного водовода должно произ­водиться в «мокрые колодцы», стоки из которых перекачиваются в резервуары- усреднители. На концах водоводов к поглощающим скважинам следует установить краны для отбора проб закачиваемых сточных вод.

3.4. Поглощающие скважины

3.4.1. Общие положения

Количество и схема размещения поглощающих скважин определяются по резуль­татам разведочных работ и соответствующих гидрогеологических расчетов. При этом следует учитывать, что при закачке сточных вод давления нагнетания на устьях скважин не должны превышать 5 МПа [40]. Помимо основных (рабочих) поглощающих скважин, должна быть пробурена, как минимум, одна резервная скважина.

Поглощающие скважины следует располагать вблизи от КОС с целью максималь­ного сокращения длины водовода и других коммуникаций, упрощения эксплуатации со­оружений и контроля за их работой. В этом случае в значительной мере обеспечивается совпадение территории, на которой должны предусматриваться ограничения в использо­вании недр, связанные с удалением жидких отходов, с территорией СЗЗ самого объекта. Скважины должны размещаться за пределами зон санитарной охраны (ЗСО) водозаборов, округов горно-санитарной охраны курортов и местностей лечебного значения.

На каждой поглощающей скважине должны быть проведены геофизические и гид­рогеологические исследования.

При значительном (на 20%) снижении или увеличении коэффициента приемисто­сти основной скважины по сравнению с его начальной величиной, а также в случае обна­ружения загрязнения закачиваемыми стоками водоносных горизонтов (кроме поглощаю­щего) подача стоков автоматически переключается на резервную скважину, а на основной скважине проводятся ремонтно-восстановительные работы.

Из способов восстановления приемистости скважин следует в первую очередь применять наиболее экологически безопасные, не сопровождающиеся изливом жидкости на поверхность: гидроразрыв, кислотную обработку, дополнительную перфорацию. Если эти способы окажутся недостаточно эффективными, то при использовании других спосо­бов восстановления приемистости скважин (например, самоизлива и промывки) необхо­димо предусмотреть соответствующие меры по предотвращению загрязнения окружаю­щей природной среды.

Необходима ежегодная проверка поглощающих скважин на герметичность мето­дом опрессовки эксплуатационной колонны.

Если аварийное состояние поглощающей скважины не удается устранить, и в слу­чае выполнения ею своего назначения, она должна быть ликвидирована по специальному проекту с учетом требований инструкций Госгортехнадзора России, Госсанэпидемнадзора России и других контролирующих организаций.

Проектирование поглощающих скважин должно производиться на основании ис­пользуемой для скважин различного назначения, в том числе нагнетательных, норматив­но-технической документации [41-49 и др.] и государственных стандартов, с учетом отме­ченных ниже особенностей.

 

3.4.2.Конструкция скважин

При определении конструкции поглощающей скважины, помимо общих требова­ний (экономичность, минимальная металлоемкость, предотвращение осложнений и др.), следует предусматривать надежную изоляцию верхних водоносных горизонтов от про­никновения закачиваемых стоков.

Эта конструкция должна включать:

-направление - для перекрытия горизонтов олигоцен-четвертичного комплекса, содержащих пресные подземные воды;

-кондуктор с установкой башмака ниже нулевой геоизотермы (на 50-100 м ниже подошвы многолетней мерзлоты) и подошвы эоценовых отложений - для перекрытия мерзлых пород и верхних водоносных горизонтов, а также для предотвращения слома эксплуатационной колонны в интервале залегания указанных отложений;

-эксплуатационную колонну - для перекрытия вышележащих продуктивных и водоносных горизонтов.

С целью повышения надежности конструкции кондуктор и эксплуатационная ко­лонна компонуются из труб с высокогерметичными резьбовыми соединениями типа ОТТГ (ГОСТ 632-80) или аналогичных импортных типа VAM, BDS и др.

3.4.3.Цементирование обсадных колонн

Все колонны цементируются до устья портландцементными материалами по ГОСТ 1581-96. Тип тампонажного материала должен соответствовать пластовой температуре по стволу скважины, а его плотность и режим цементирования колонн выбираются, исходя из условия предотвращения гидроразрыва пород. Оценка качества цементирования обсад­ных колонн производится геофизическими методами: АКЦ, ОЦК, а проверка герметично­сти колонн и кольцевого пространства-согласно инструкции [50].

 

3.4.4.Вскрытие и освоение поглощающего горизонта

Вскрытие поглощающего горизонта производится на буровом растворе, плотность которого обеспечивает противодавление, превышающее пластовое на 10-15%. Низ экс­плуатационной колонны компонуется из щелевых проволочных или гравийных фильтров, позволяющих, с одной стороны, снизить загрязнение мехпримесями, содержащимися в за­качиваемых стоках, призабойной зоны поглощающих пластов, а с другой стороны, пре­дотвратить интенсивное образование песчаной пробки на забое скважины. В случае необ­ходимости, вторичное вскрытие поглощающего горизонта следует производить сверля­щими перфораторами ПС-112, либо гидропескоструйной перфорацией, позволяющими избежать ударных нарушений эксплуатационной колонны и цементного кольца. Освоение и исследования поглощающих скважин следует проводить так же, как и разведочных (см. раздел 1 рекомендаций).

 

3.4.5.Наземное и подземное оборудование скважин

Направление не обвязывается. Остальные колонны обвязываются колонной голов­кой типа ОКК, которая выбирается по рабочему давлению.

Колонна НКТ спускается в скважину до верхних дыр перфорации с пакером, уста­навливаемым на 10 м выше фильтра. Затрубное пространство заполняется нейтральной жидкостью - пресной водой. Для предотвращения замерзания этой жидкости и сточных вод в НКТ во время вынужденной остановки скважины на внешней стенке НКТ спускает­ся греющий кабель до нулевой геоизотермы.

На устье скважины устанавливаются фонтанная арматура, рассчитанная на макси­мальные давления, создаваемые при испытании скважины на герметичность, в процессе ее эксплуатации и при восстановлении приемистости (рис. 3).

Площадь вокруг скважины должна быть спланирована и очищена. Над устьем скважины оборудуется будка с тепло- или электрообогревом в зимнее время; конструкция и оборудование будки должны позволять проводить гидрогеологические и геофизические исследования в скважине с помощью глубинных приборов.

 

3.5. Санитарно-защитные зоны

 

Вокруг сооружений системы захоронения стоков следует устанавливать СЗЗ, раз­меры которой определяются согласно СанПиН [51]. В пределах СЗЗ не допускается раз­мещение объектов, не связанных непосредственно с эксплуатацией полигона. В других случаях ограничения в СЗЗ определяются конкретными санитарными и производствен­ными условиями.

На площадке полигона захоронения должна быть предусмотрена система сбора, накопления и удаления  загрязненных поверхностных стоков.

Кроме того, следует предусмотреть ограничения в пределах горного отвода под полигон захоронения на бурение глубоких скважин, не связанных с этим полигоном.

 

 

1-крестовина, 2-запорное устройство, 3-тройник, 4-переводник к трубной головке,

5-обратный клапан, 6-манометр с запорно-зарядным устройством, 7-быстросборное соединение

 

Рис.3. Схема оборудования устьев поглощающих скважин

 

3.6.Мниторинг подземных вод

 

Помимо контроля за техническим состоянием и эксплуатацией сооружений систе­мы подземного захоронения сточных вод, в проекте должны быть предусмотрены органи­зация и ведение мониторинга подземных вод в пределах горного отвода [5]. Согласно по­ложению [6] и указаниям [8], данный вид мониторинга должен включать наблюдения за поглощающим и «буферным» горизонтами, а также на действующих водозаборах и очагах естественной разгрузки подземных вод.

Основу системы мониторинга подземных вод составляют наблюдательные скважи­ны, количество и расположение которых должны обеспечивать проведение наблюдений за распространением закачиваемых стоков и содержащихся в них загрязнений, а также за изменением гидродинамических параметров поглощающих горизонтов с целью наиболее рациональной регламентации работы поглощающих скважин. Исходя из указанных выше положений, на полигонах захоронения сточных вод газовых объектов Западной Сибири следует предусматривать, как минимум, по одной наблюдательной скважине, пробурен­ной на поглощающий и залегающий выше «буферный» горизонты.

Если поглощающий горизонт залегает на сравнительно небольшой глубине и от­сутствует защитный горизонт, то наблюдательная скважина должна быть пробурена также на верхний горизонт, содержащий пресные воды. Наблюдательные скважины следует бу­рить и на горизонты, залегающие ниже поглощающего, содержащие минеральные воды, если СЗЗ полигона захоронения пересекается с ЗСО соответствующего водозабора.

Наблюдательные скважины следует располагать в направлении (от полигона захо­ронения) потока подземных вод, естественного или формирующегося под влиянием ис­кусственных факторов (эксплуатации газовой залежи или водозабора).

 Конструкция наблюдательных скважин должна включать, кроме направления, кон­дуктор и эксплуатационную колонну; плотность перфорации скважин - 6 отв/м. В сква­жинах проводятся геофизические исследования и пробные откачки. На глубину нулевой геоизотермы в скважины спускаются НКТ с греющим кабелем. В наблюдательных сква­жинах, как и в поглощающих, устанавливаются противопесочные фильтры; схема обору­дования устьев показана на рис. 4. Па устьях наблюдательных скважин, вскрывающих глубокие горизонты с избыточными напорами подземных вод, необходимо предусмотреть краны для стравливания, перед замерами устьевых давлений выделяющегося из вод газа.

Если имеются расположенные около полигона пьезометрические, а также разве­дочные скважины, которые могут быть переоборудованы под наблюдательные, то специ­альные наблюдательные скважины могут не буриться.

Исходя из инструктивных указаний [52] и опыта строительства наблюдательных скважин на водоносные горизонты олигоцен-четвертичного комплекса Западной Сибири, в конструкции таких скважин следует предусматривать обсадную колонную диаметром 146 мм, спускаемую до кровли исследуемого горизонта и цементируемую до устья, и фильтровую колонну (108 мм). Последняя крепится в обсадной колонне с помощью саль­ника в интервале между отметкой, расположенной на 5 м выше кровли горизонта, и забо­ем скважины. Рабочая часть фильтра (сетчатого) - 3 м. В скважину до подошвы верхнего слоя мерзлоты опускаются НКТ с греющим кабелем.

На этих скважинах должна быть проведена пробная откачка на одном понижении с последующим прослеживанием восстановления уровня воды до статического положения. Следует отобрать пробы воды на сокращенный химический анализ и нефтепродукты, а также для определения других показателей, включенных в ГОСТ 2761-84 и СанПиН [53].

Подробное описание методов и средств проведения и обработки результатов исследова­ний таких (неглубоких) скважин дано в работах [18, 54-58 и др.].

Наблюдения на скважинах должны проводиться службой мониторинга организа­ции или специализированной организацией. При этом ежемесячно следует отбирать про­бы подземных вод на сокращенный химический анализ (см. п. 2.3.3.4) и основные загряз­нения, характерные для сточных вод (подразд. 3.2), а также ежеквартально замерять ста­тические уровни или устьевые избыточные давления и пластовые температуры.

При контроле за горизонтами, подземные воды которых могут быть использованы для питьевых целей, необходимо определять показатели, согласно ГОСТ 27.61-84 и СанПиН [53]. При обнаружении загрязнений в подземных водах следует проводить по­вторные отборы проб для выявления причин загрязнения.

Необходимо предусмотреть также контроль за техническим состоянием наблюда­тельных скважин и меры по восстановлению их нормального функционирования.

После выполнения своего назначения наблюдательные скважины, как и погло­щающие, должны быть ликвидированы, согласно соответствующим инструктивным по­ложениям органов госнадзора по отдельному проекту.

 

 

 

 

1-крестовина, 2-запорное устройство, 3- переводник к трубной головке, 4-манометр с запорно-зарядным устройством

 

Рис.4. Схема оборудования устьев наблюдательных скважин

Приложение 1

 

МЕТОДИКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

 

Обозначения и единицы измерения основных параметров

 

Р, Рп и Рз- давление, пластовое и забойное давления, МПа или кгс/см;

t, tn           - температура, пластовая температура, °С;

М             - минерализация воды, г/л;

S              - газовый фактор воды, м33;

ρв             - плотность воды в скважинных и пластовых условиях, кг/м3;

γв              - удельный вес воды в скважинных и пластовых условиях, кН/м3 ;

βв              - коэффициент сжимаемости воды в пласте, ТПа-1;

μв              - коэффициент динамической вязкости воды в пластовых условиях, МПа-с;

Нэф            - эффективная толщина пласта, м;

k                - коэффициент проницаемости коллекторов, мкм2;

kп и kпэф     - коэффициенты пористости открытой и эффективной;

ε                - гидропроводность пласта, мкм2-м/(мПа-с);

χ                - коэффициент пьезопроводности пласта, м2/сут;

Кф              - коэффициент фильтрации, м/сут;

Q               - расход подземных (сточных) вод, м3/сут;

ΔР             - депрессия (репрессия) на пласт, МПа;

Je и  JН        - гидравлические уклоны естественного и нарушенного потоков подземных вод вод, м/м;

τ                 - время, сут или мин.

 

П.1.1. Расчет гидрогеологических параметров поглощающего горизонта

 

П. 1.1.1. Расчет показателей физических свойств воды

Плотность и удельный вес

Алгоритм расчета 1 [1]

Исходные данные: Р, t, M, S.

Порядок расчета:

 

ρt = 1,94·10-9t5 -6 10-7t4 + 8,09·10-5t3 – 8,84·10-3t2 +6,7·10-2t +999,8 ;

 

(П.1.1)

а1= -1,08·10-7t3 + 3,2·10-5t2 - 3·10-3t +0,75;

 

(П.1.2)

а2= -1,86·10-7t3 + 4,57·10-5t2 -3,24·10-3t + 0,515

 

(П.1.3)

а3 = 10-5(-0,25t + 70)

 

(П.1.4)

ρст =0,7М + 998,2;

 

(П.1.5)

ρ =ρt + а1М + (P – 0,1)(а2 –а3 М);

 

 

(П.1.6)

 

 

 

(П.1.7)

γв = 9,824·10-3 ρв.

(П.1.8)

 

 

В формулах:

ρt - плотность дистиллированной воды при атмосферном давлении и заданной температуре;

а1 а2, а3 - коэффициенты, характеризующие влияние на плотность воды минерали­зации и давления;

ρст - плотность воды в стандартных условиях (при атмосферном давлении и 20°С);

ρ - плотность дегазированной воды.

Значения ρt, а1, а2, а3 можно определить также по таблице П.1.1 и соответствующим графикам на рисунке П. 1.1.

Коэффициент сжимаемости

 

Алгоритм расчета 2

 

Исходные данные: Рп tп, M.

Порядок расчета:

1.Средний изотермический коэффициент сжимаемости дистиллированной воды (βо) по корреляционным уравнениям вида βо = ао + a1t +a2t2, коэффициенты которых при­ведены ниже, в таблице П.1.2;

 

Таблица П. 1.1

Значения показателей, используемых при расчетах плотности воды

 

t

ρt

103a1,

103a2

105a3

t

ρt

103a1,

103a2

105a3

0

999,8

750

515

72

51

987,6

666

444

56

1

999,9

747

511

72

52

987,2

665

444

56

2

999,9

744

508

71

53

986,7

665

443

56

3

1000

742

505

71

54

986,2

664

443

56

4

1000

739

502

70

55

985,7

664

443

56

5

1000

736

499

70

56

985,2

664

443

56

6

999,9

734

496

70

57

984,7

663

443

56

7

999,9

731

493

70

58

984,2

663

444

56

8

999,8

729

491

69

59

983,7

663

444

56

9

999,8

726

488

69

60

983,2

662

444

56

10

999,7

723

486

68

61

982,7

662

444

56

11

999,6

721

484

68

62

982,2

662

444

56

12

999,5

719

482

68

63

981,7

662

444

56

13

999,4

716

480

67

64

981,2

662

445

56

14

999,2

714

478

67

65

980,6

661

446

56

15

999,1

712

476

66

66

980,1

661

446

55

16

998,8

710

474

66

67

979,6

661

447

55

17

998,8

708

472

65

68

979

661

447

55

18

998,6

706

470

65

69

978,4

660

448

55

19

998,4

704

469

64

70

977,8

660

448

54

20

998,2

702

467

64

71

977,3

660

449

54

21

998

700

466

64

72

976,7

660

450

54

22

997,7

698

464

63

73

976,1

660

450

54

23

997,5

696

462

63

74

975,5

660

451

54

24

997,3

694

461

63

75

974,9

660

451

53

25

997

692

460

62

76

974.3

660

452

53

26

996,8

691

459

62

77

973,7

660

452

53

27

996,5

689

458

61

78

973,1

660

453

52

28

996,2

688

457

61

79

972,5

660

453

52

29

995,9

686

456

60

80

971,8

660

454

52

30

995,6

685

455

60

81

971,2

660

455

52

31

995,3

684

454

59

82

970,6

660

455

51

32

995

683

453

59

83

970

660

456

51

33

994,7

681

452

59

84

969,3

660

456

50

34

994,4

680

451

58

85

968,6

660

457

50

35

994

679

450

58

86

968

660

457

50

36

993,7

678

450

58

87

967,4

660

458

49

37

993,3

677

449

57

88

966,7

660

458

49

38

992,9

676

448

57

89

966

660

459

49

39

992,6

675

448

57

90

965,3

660

459

48

40

992,2

674

447

56

91

964,7

660

459

48

41

991,8

673

446

56

92

964

660

460

47

42

991,4

672

446

56

93

963,3

660

460

47

43

991

671

446

56

94

962,6

660

460

46

44

991,6

670

445

56

95

961,9

661

460

46

45

990,2

670

445

55

96

961,2

661

461

46

46

989,8

669

444

55

97

960,5

661

461

45

47

989,4

668

444

55

98

959,8

662

462

45

48

989

667

444

55

99

959,1

662

462

44

49

988,5

667

444

55

100

958,35

662

462

44

50

988

666

444

56

 

 

 

 

Рис. П. 1.1. Графики для определения плотности дегазированной воды

 

Таблица П. 1.2

 

Р

t

Ао

А1

А2

0,1-5

0-20

525

-2,65

0,035 3

5-10

5-35

513

-2,91

0,034 9

10-15

15-50

500

-2,76

0,030 6

15-20

35-70

483

-2,2

0,022 9

20-25

51-100

499

-3,06

0,030 4

25-30

65-100

508

-3,37

0,032

2.ρв по алгоритму 1;

3.βв  по формуле [1];

 (П.1.9)

 

 

Значения βо при давлениях и температурах, характерных для поглощающих гори­зонтов Западной Сибири, можно определить также по таблице П. 1.3 или по графикам на рисунке П. 1.2.

Коэффициент динамической вязкости

Алгоритм расчета 3 [1]

Исходные данные: tп, M.

Порядок расчета:

А = tп -8,435;

(П.1.10)

 

 

(П.1.11)

аµ=10-5(-2,24tп+14+124) ;

 

(П.1.12)

μв = μt  аμМ

(П.1.13)

 

В формулах:

А - коэффициент;

μt - коэффициент динамической вязкости дистиллированной воды при заданной температуре;

аμ - коэффициент, характеризующий влияние минерализации на вязкость воды.

Значения μt и аμ можно также определить по таблице П. 1.3 или по графикам на ри­сунке П.1.3.

 

Таблица П. 1.3

Значения показателей, используемых при расчетах коэффициентов сжимаемости

и динамической вязкости воды

 

t

Βо   при Р

μt

105аμ

t

βо   при Р

μt

105аμ

0,1-5

5-10

10-15

15-20

15-20

20-25

25-30

0

525

 

 

 

1,792

124

51

430

423

 

0,54

110

1

522

 

 

 

1,731

136

52

430

423

 

0,532

109

2

520

 

 

 

1,674

139

53

430

423

 

0,523

107

3

517

 

 

 

1,619

141

54

430

423

 

0,515

106

4

515

 

 

 

1,588

143

55

431

423

 

0,506

105

5

513

499

 

 

1,519

144

56

431

423

 

0,498

103

6

510

496

 

 

1,472

145

57

431

423

 

0,49

102

7

508

494

 

 

1,428

145

58

431

424

 

0,483

101

8

506

492

 

 

1,386

146

59

432

424

 

0,476

99

9

504

489

 

 

1,346

146

60

432

425

 

0,469

98

10

502

487

 

 

1,308

146

61

432

426

 

0,462

97

11

500

485

 

 

1,271

146

62

433

427

 

0,455

95

12

498

483

 

 

1,236

146

63

434

427

 

0,448

94

13

496

481

 

 

1,203

145

64

435

428

 

0,442

93

14

495

479

 

 

1,171

145

65

436

429

424

0,435

91

15

493

477

466

 

1,14

145

66

437

430

425

0,429

90

16

492

475

464

 

1.111

144

67

438

431

426

0,423

89

17

490

473

462

 

1,083

144

68

439

432

427

0,417

87

18

489

471

460

 

1,056

143

69

440

433

428

0,411

86

19

487

470

459

 

1,03

142

70

441

435

429

0,406

84

20

486

468

457

 

1,005

142

71

 

436

430

0,401

83

21

 

467

455

 

0,981

141

72

 

437

431

0,395

82

22

 

465

454

 

0,958

140

73

 

438

432

0,39

80

23

 

464

453

 

0,936

140

74

 

440

434

0,385

79

24

 

463

451

 

0,914

139

75

 

441

435

0,38

77

25

 

462

450

 

0,894

138

76

 

443

437

0,375

76

26

 

461

449

 

0,874

137

77

 

444

438

0,37

74

27

 

460

448

 

0,854

136

78

 

446

440

0,366

73

28

 

459

447

 

0,836

135

79

 

447

441

0,361

71

29

 

458

446

 

0,818

134

80

 

449

443

.0,356

70

30

 

457

445

 

0,801

133

81

 

451

445

0,352

69

31

 

456

444

 

0,784

133

82

 

453

447

0,348

67

32

 

455

443

 

0,768

132

83

 

455

449

0,344

65

33

 

454

442

 

0,752

131

84

 

457

451

0,339

64

34

 

454

441

 

0,737

129

85

 

459

453

0,335

63

35

 

454

441

433

0,723

128

86

 

 

455

0,331

61

36

 

 

440

433

0,709

127

87

 

 

457

0,328

60

37

 

 

440

432

0,695

126

88

 

 

459

0,324

58

38

 

 

439

431

0,681

125

89

 

 

462

0,32

57

39

 

 

439

431

0,668

124

90

 

 

464

0,317

55

40

 

 

439

431

0,656

123

91

 

 

466

0,313

54

41

 

 

439

431

0,644

122

92

 

 

469

0,309

52

42

 

 

439

431

0,632

121

93

 

 

472

0,306

51

43

 

 

438

430

0,621

119

94

 

 

474

0,303

49

44

 

 

438

430

0,61

118

95

 

 

477

0,299

48

45

 

 

438

430

0,599

117

96

 

 

480

0,296

46

46

 

 

438

430

0,588

116

97

 

 

482

0,293

45

47

 

 

438

430

0,578

115

98

 

 

485

0,29

43

48

 

 

438

430

0,568

113

99

 

 

488

0,287

42

49

 

 

438

430

0,559

112

100

 

 

491

0,284

40

50

 

 

438

430

0,549

111

 

 

 

Рис. П.1.2.Графики для определения коэффициентов сжимаемости дистиллированной воды

 

 

Рис. П.1.3.Графики для определения коэффициента динамической вязкости воды

 

Пример. Исходные данные: Рп = 9,94 МПа, tп  =29,5°С, М = 20 г/л,  S = 1,9 м33.

Результаты расчета (с использованием таблиц П.1.1 и П.1.3): ρв = 1012,1 кг/м3,  γв = 9,943 кН/м3, βв = 443 ТПа-1, μв= 0,84 мП·с.

 

П. 1.1.2. Расчет предельной газонасыщенности воды

Предельная газонасыщенность подземных вод характерна для меловых поглощающих горизонтов в районах расположения газовых и газоконденсатных залежей в этих горизонтах.

 

Алгоритм расчета 4[59]

Исходные данные: Рп, tn, M, m,  .

Порядок расчета:

 

1                                           =10-5(-0,0095t3 +2,52t2-237t)+0,178  ;

(П.1.14)

 

2.  bс = 10-52 (-0,954t2 + 72,28t – 1774) + Р (17,96t2 - 1566t +56960) + 6,2t2 - 181t] -0,01  ,

(П.1.15)

 

ату  = 10-5 Р[P3 (0,0846t2 – 3,67t – 0,6)-Р2 (2,986t2 -132,4t +226) +

+ Р(35,3t2 - 1890t + 26700)-61t2 + 2600t -9000)]

 

(П.1.16)

и                                                        kср=kСН4 +(0,05Р+0,1)

(П.1.17)

 

при давлениях 0,1-20 МПа и температурах 0-40°С;

 

bс = 10-6 [P2(-0,009286t3 + 1,8536t2 – 103,64t +146)+

+P(0,4339t3 – 81,27t2 + 4289t + 86500) -4,033t3 + 949,5t2-74260t] + 2,243,

 

 

(П.1.18)

ату =10-3 Р(0,27t2 -46t + 3800) -15

 

(П.1.19)

и

 

kср=kСН4 +  (0,02Р+0,3)

(П.1.20)

 

 

при давлениях 10-30 МПа и температурах 40-100°С (ату при давлениях 15-30 МПа);

 

3.                                                                        b= bсту  ;

(П.1.21)

 

4.                                                             

(П.122)

 

 

В формулах:

 и kср - коэффициенты «высаливания» для метана и газа заданного состава соответственно, л/г-экв; для «сухого» газа kср = ;

bс - растворимость (см3/г) содержащегося в подошвенных водах сеноманских газо­вых залежей метанового (97,8-99,6 % объем) «сухого» (этан - до 0,44 и тяжелые углеводо­роды - до 0,24% объем.) газа с концентрацией азота до 2% объем.;

ату - показатель снижения растворимости газа при увеличении в нем содержания этана и тяжелых углеводородов (до 9-10 % объем., в том числе пропана до 2-3 % объем.);

b - растворимость газа данного состава в дистиллированной воде, см3/г;

   - объемная доля пропана в составе растворенного газа;

m - концентрация солей в воде, г-экв/л.

Значения bс, ату и ,    можно также определить по таблицам П. 1.4 и П. 1.5 или по графикам на рисунках П. 1.4, П. 1.5 и П. 1.6.

Пример. Исходные данные: Рп = 22 МПа, tп = 60°С, М = 5 г/л, m = 0,08 г-экв/л,  = 0,02. Результат расчета: S = 2,18 м33.

 

П. 1.1.3. Расчет пластового давления воды в скважине

Для расчета пластового давления столб воды в скважине разбивается на ряд (n) ин­тервалов с глубинами до их нижних границ hi. Для достаточно точного расчета первый и второй интервалы выбирают так, чтобы определяемые по геотермограмме температуры на этих границах (ti) составили соответственно 10 и 20°С. Перепад температур для после­дующих интервалов можно увеличить до 15-20°С.

На верхней границе первого интервала для неизливающих скважин: hо = hст, Ро= 0,1 МПа и tо= 0°С (при положении статического уровня – hст выше нулевой геоизотер­мы), а для изливающих скважин: hо = 0, Ро = Ру (устьевое статическое давление) и tо= 0°С.

 

Алгоритм расчета 5

Исходные данные: hо, hi, Pо, tо, ti, M, S.

Порядок расчета:

 

1.

 

Δhi = hi - hi-1 ;                                             (П. 1.23)

 

2. γво  по алгоритму 1, где Р = Ро, t = tо;

 

 

3.

Pi op=10-3 γв i-1Δhi + Pi-1 (i=l);                    (П. 1.24)

 

4.γв 1 по алгоритму 1, где Р = Р1 ор, t= t1;

 

 

5.

γв ср i = 0,5 (γв i-1 + γв i) (i=l);                       (П. 1.25)

 

6.

                    (П.1.26)

 

Таблица П. 1.4.

 

Растворимость «сухого» газа в дистиллированной воде

 

t

bc при Р

t

bc при Р

2,5

5

6

7,5

10

15

20

15

20

25

30

10

0,94

1,82

2,14

 

 

 

 

56

2,21

2,74

 

 

11

0,91

1,78

2,08

 

 

 

 

57

2,2

2,73

 

 

12

0,89

1,73

2,03

 

 

 

 

58

2,18

2,72

 

 

13

0,87

1,69

1,98

 

 

 

 

59

2,17

2,71

 

 

14

0,85

1,64

1,93

 

 

 

 

60

2,16

2,7

 

 

15

0,83

1,61

1,88

2,31

2,78

 

 

61

2,15

2,69

 

 

16

 

1,57

1,84

2,26

2,73

 

 

62

2,13

2,68

 

 

17

 

1,53

1,8

2,21

2,68

 

 

63

2,12

2,67

 

 

18

 

1,5

1,76

2,16

2,63

 

 

64

2,11

2,66

 

 

19

 

1,46

1,72

2,12

2,58

 

 

65

2,1

2,65

3,03

3,37

20

 

1,43

1,68

2,08

2,54

3,25

 

66

2,09

2,64

3,02

3,36

21

 

 

1,65

2,03

2,49

3,2

 

67

2,08

2,63

3,01

3,35

22

 

 

1,61

2

2,45

3,16

 

68

2,08

2,62

3,01

3,35

23

 

 

1,58

1,96

2,41

3,11

 

69

2,07

2,61

3

3,34

24

 

 

1,55

1,92

2,37

3,07

 

70

2,06

2,6

2,99

3,34

25

 

 

1,52

1,89

2,33

3,02

 

71

 

2,6

2,99

3,33

26

 

 

1,5

1,65

2,29

2,98

 

72

 

2,59

2,98

3,33

27

 

 

1,47

1,82

2,26

2,94

 

73

 

2,58

2,98

3,33

28

 

 

1,45

1,79

2,23

2,9

 

74

 

2,58

2,98

3,32

29

 

 

1,42

1,76

2,19

2,86

 

75

 

2,57

2,97

3,32

30

 

 

1,4

1,73

2,16

2,83

 

76

 

2,57

2,97

3,32

31

 

 

 

1,71

2,13

2,79

 

77

 

2,56

2,97

3,32

32

 

 

 

1,68

2,11

2,76

 

78

 

2,56

2,97

3,32

33

 

 

 

1,66

2,08

2,72

 

79

 

2,56

2,97

3,32

34

 

 

 

1,63

2,05

2,69

 

80

 

2,56

2,97

3,32

35

 

 

 

1,61

2,03

2,66

3,13

81

 

2,55

2,97

3,32

36

 

 

 

 

2

2,63

3,1

82

 

2,55

2,97

3,33

37

 

 

 

 

1,98

2,6

3,07

83

 

2,55

2,97

3,33

38

 

 

 

 

1,96

2,57

3,05

84

 

2,55

2,97

3,33

39

 

 

 

 

1,94

2,55

3,02

85

 

2,55

2,97

3,34

40

 

 

 

 

1,92

2,52

3

86

 

 

2,98

3,34.

41

 

 

 

 

1,9

2,5

2,97

87

 

 

2,98

3,35

42

 

 

 

 

1,88

2,47

2,95

88

 

 

2,99

3,36

43

 

 

 

 

1,86

2,45

2,93

89

 

 

2,99

3,37

44

 

 

 

 

1,85

2,42

2,91

90

 

 

3

3,37

45

 

 

 

 

1,83

2,4

2,89

91

 

 

3,01

3,38

46

 

 

 

 

1,81

2,38

2,87

92

 

 

3,01

3,39

47

 

 

 

 

1,8

2,36

2,86

93

 

 

3,02

3,4

48

 

 

 

 

1,78

2,34

2,84

94

 

 

3,03

3,42

49

 

 

 

 

1,77

2,32

2,82

95

 

 

3,04

3,43

50

 

 

 

 

1,76

2,3

2,81

96

 

 

3,05

3,45

51

 

 

 

 

 

2,29

2,8

97

 

 

3,06

3,47

52

 

 

 

 

 

2,27

2,78

98

 

 

3,07

3,47

53

 

 

 

 

 

2,25

2,77

99

 

 

3,09

3,48

54

 

 

 

 

 

2,24

2,76

100

 

 

3,1

3,5

55