Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Categories:

Утилизация воды в низкопористые породы вызвала землетрясения на нефтепромыслах

Геофизики исследовали причины всплеска техногенной сейсмичности в нефтеносном бассейне Делавэр (штаты Техас и Нью-Мексико), располагающем крупными запасами сланцевой нефти.

Утилизация воды в низкопористые породы вызвала землетрясения на нефтепромыслах

С помощью модели распределения напряженности в пластах ученые показали, что скопления отделяемой от скважинного флюида воды, несмотря на малую глубину утилизации, способны породить относительно глубокие сейсмические возмущения. Механизм распространения возмущений оказался связан с пороупругими свойствами пород бассейна Делавэр, сообщает статья в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.



Бассейн Делавэр, расположенный в Западном Техасе и на юго-востоке Нью-Мексико, занимает около 26 тысяч квадратных километров и представляет собой часть более крупного Пермского бассейна, который, в свою очередь, входит в состав обширной Средне-континентальной нефтегазоносной провинции, сложенной различными пластами и содержащей нефть нескольких типов. Делавэр — это осадочный бассейн со сложной стратиграфией и длительной геологической историей: он формировался на протяжении всей палеозойской эры и включает как морские, так и терригенные отложения от кембрийских до верхнепермских включительно. Его нефтяные запасы сосредоточены в плотных песчаниках и трещиноватых глинистых сланцах на глубине от двух до пяти километров.

Разработка бассейна началась в 1920-х годах и активно велась в течение полувека, затем нефтеотдача месторождений Делавэра и всего Пермского бассейна упала. Возобновление добычи в начале XXI века было связано с широким внедрением технологий горизонтального бурения и кластерного многостадийного гидроразрыва пласта. В результате за период с 2005 по 2019 год количество скважин, нацеленных на песчаники Боун Спринг — наиболее продуктивной формации Делавэра — увеличилось с 436 до 4338, а средняя суточная добыча сырой нефти на скважину в первые шесть месяцев эксплуатации выросла с 670 до 770 баррелей.

Утилизация воды в низкопористые породы вызвала землетрясения на нефтепромыслах
A. Карта и разрез бассейна Делавэр. Квадратные маркеры ― местоположение и глубина добывающих и утилизационных скважин; круглые маркеры ― распределение сейсмических возмущений. B. Верхний график ― рост нефтедобычи и утилизации пластовой воды в бассейне Делавэр. Ниже ― количество сейсмических возмущений в период с 2010 по 2020 год.

Но активизация нефтедобычи привела к резкому росту числа техногенных землетрясений. Применение технологии гидроразрыва может повлечь за собой рост сейсмической активности, однако с гораздо большей вероятностью это происходит из-за утилизации попутно добываемых пластовых вод, так как их нагнетание значительно изменяет напряженно-деформированное состояние горных пород. Для отложений бассейна Делавэр характерно высокое содержание эвапоритов — минералов, образовавшихся при выпадении из пересыщенных рассолов, — и пластовая вода несет много солей. Многие скважины производят на каждый баррель нефти 5–10 баррелей соленой воды, непригодной для повторного использования при гидроразрыве и подлежащей утилизации. С 2017 года в пределах бассейна зарегистрировано 446 сейсмических событий с магнитудой 2.0 и выше, а 26 марта 2020 года случилось рекордное землетрясение магнитудой 5.0. Считалось, что они возникают из-за повышения гидравлического давления в порах горных пород при диффузии отработанной воды в поглощающем пласте.

Механизм возникновения сейсмических возмущений в бассейне Делавэр исследовали Гуан Чжай (Guang Zhai) из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги. Ученые обратили внимание на несоответствие между локализацией очагов землетрясений и глубиной закачки утилизируемой воды. Большая часть сейсмических событий произошла на глубинах пять километров и более, то есть ниже разрабатываемого нефтеносного горизонта. Но на нефтепромыслах бассейна Делавэр вода, отделяемая от пластового флюида, закачивается в горизонт, сложенный плотными низкопористыми песчаниками и залегающий на небольшой глубине (как правило, она не превышает двух километров). За последние 10 лет лишь в девяти случаях из 478 воду закачивали на глубину ниже 4,5 километров.

Исследователи промоделировали распространение напряженности в водопоглощающем горизонте и в подстилающих его пластах и установили, что в условиях бассейна Делавэр сейсмичность нельзя в полной мере объяснить проникновением воды на большие глубины. Плотный песчаник, в который нагнетают воду, обладает слишком низкой проницаемостью. Поэтому ведущая роль в механизме возникновения землетрясений принадлежит, по мнению ученых, пороупругим процессам, то есть деформациям пористой среды (горной породы) под гидравлической нагрузкой.

Упругие деформации низкопористой породы приводят к возрастанию механического напряжения. Оно распространяется вертикально вниз, в глубокие пласты через сланцевый нефтеносный горизонт, в котором в результате гидроразрыва образовалась система связных трещин. При этом зоны напряженности переносятся в менее трещиноватый подстилающий пласт и образуют здесь очаги землетрясений. Как отмечают авторы исследования, подобного эффекта можно было бы избежать, закачивая воду в субстрат с более высокой пористостью.

Утилизация воды в низкопористые породы вызвала землетрясения на нефтепромыслах
Схема, демонстрирующая распространение механической напряженности в глубокие пласты при утилизации воды в относительно низкопористом пласте.

Результаты моделирования, проведенного американскими учеными, помогают прояснить вопрос о том, как особенности строения нефтеносного бассейна влияют на происхождение и характер техногенной сейсмичности. В случае бассейна Делавэр они показывают, что неглубокая утилизация сточных пластовых вод может индуцировать сейсмическую активность на относительно большой глубине.

Автор: Винера Андреева





Ссылка на источник

Tags: геология, исследования, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “геология” Tag

Buy for 10 tokens
Аня Бусева из Минска 25 июня встретит свой 17-й День рождения. У девочки есть одно большое желание, даже скорее мечта. Это не новомодный гаджет, не трендовые одежки из бутика и даже не путешествие к морю. Ане нужна специализированная инвалидная коляска. С рождения девочка получила диагноз…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment