Автор: Калиниченко Ирина Владиславовна
Название работы: Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Классификационный индекс:
Ведущая организация: кафедра инженерной и экологической геологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Руководитель:
профессор доктор геолого-минералогических наук Голодковская Галина Андреевна;
кандидат технических наук Хлопцов Валерий Геннадьевич;
Оппонент:
профессор доктор геолого-минералогических наук Зиангиров Рэм Сабирович;
доцент кандидат геолого-минералогических наук Емельянов Сергей Николаевич;
Место защиты: ауд. 415, геологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова
Дата защиты: 2009-12-11 14:30
Издательство: Москва
Количество страниц: 171
Язык: русский
Содержание работы:
Общая характеристика работы.
Глава 1. Состояние проблемы.
Глава 2. Изменения в породах-коллекторах по результатам данных эксплуатации реальных газохранилищ.
Глава 3. Методика экспериментального изучения пористости и деформируемости модельных образцов песчаников.
Глава 4. Экспериментальные исследования деформационных свойств пористых коллекторов при циклическом изменении порового давления в условиях постоянного гидростатического сжатия.
Глава 5. Экспериментальные исследования изменения микроструктуры порового пространства.
Глава 6. Факторы, определяющие деформируемость и изменение структуры порового пространства при циклическом изменении напряженного состояния.
Глава 7. Испытания модельных песчаников с изменением девиатора напряжений.
Глава 8. Численное моделирование процесса эксплуатации подземного хранилища газа в пористых средах.
Заключение.
Основные публикации по теме диссертации.
|
Реферат:
Общая характеристика работы.
Актуальность работы. Подземное хранение газа в России имеет более чем 50-летнюю историю, подземные хранилища газа (ПХГ) являются неотъемлемой частью Единой системы газоснабжения
страны и важнейшим объектом энергетической безопасности России. К настоящему времени на территории Российский Федерации ОАО Газпром создано и эксплуатируется 25 объектов
подземного хранения газа, с общей активной емкостью около 100,8 млрд. м3. Все газохранилища созданы в пористых средах (преимущественно песчаниках) и расположены в различных
регионах России.
Основной чертой процессов, протекающих в подземных газохранилищах, является цикличность воздействия на вмещающие пласты-коллектора, а скорость их протекания во много раз превышает
величины, характерные для естественных месторождений. Прямое изучение явлений, влияющих на изменение эксплуатационных параметров в подземных хранилищах газа, невозможно, поэтому
широко используются косвенные методы их исследования и оценки. К ним относятся различные расчеты по данным наблюдений за многолетней эксплуатацией хранилищ; лабораторные исследования
на природных породах-коллекторах и их аналогах в условиях, максимально близких к реальным в ПХГ; численное моделирование подземных объектов на основе современных теоретических
разработок и специальных программных комплексов. Одной из наиболее важных проблем, возникающих в ходе эксплуатации ПХГ, является уменьшение активного объема газохранилищ,
обусловленное изменением напряженного состояния массива пластов-коллекторов, появляющихся в них деформаций, ухудшением коллекторских свойств.
Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам создания и эксплуатации ПХГ, показывает, что вопросы деформационного изменения структуры порового пространства
пород-коллекторов, вмещающих подземные хранилища газа, изучены недостаточно.
Целью работы является экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа.
Для достижения поставленной цели в рамках настоящего исследования решались следующие задачи:
1. Изучить состояние проблемы, обобщить и проанализировать имеющиеся литературные данные, в которых рассматриваются вопросы подземного хранения газа, особенности создания
и эксплуатации ПХГ, деформационные и емкостные свойства вмещающих подземные хранилища пород для обоснования цели и задач исследования.
2. На основании наблюдений за многолетней работой реальных подземных хранилищ газа провести анализ режимов эксплуатации, являющихся реакцией поровой среды пласта-коллектора
на циклическое изменение пластового давления.
3. Провести испытания, имитирующие условия эксплуатации реальных ПХГ при многократном циклическом изменении порового давления, как при равномерном всестороннем сжатии, так
и при изменении девиатора напряжений на модельных образцах песчаников.
4. Исследовать изменение микроструктуры порового пространства, пористости и проницаемости модельных песчаников при циклическом изменении порового давления.
5. В результате анализа выполненных экспериментальных исследований выявить основные факторы, влияющие на изменение емкостных параметров в процессе циклической эксплуатации
подземных газохранилищ.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
1. Впервые на модельных образцах песчаников экспериментально установлено, что при многократном переменном изменении порового давления (от 5 до 22 МПа) в условиях постоянного
всестороннего сжатия (25 МПа) увеличиваются объемные деформации, появляются остаточные деформации, уменьшается открытая пористость.
2. На основании исследования микроструктуры порового пространства до и после лабораторных экспериментов с использованием растрового электронного микроскопа (РЭМ) впервые установлено,
что в ходе циклических испытаний уменьшение пористости происходит, прежде всего, за счет сокращения количества мезапор, существенно возрастает доля ультракапиллярных пор и
поровых каналов, за счет чего коэффициент проницаемости породы уменьшается в несколько раз.
3. Выявлены и впервые количественно оценены основные факторы, влияющие на изменение деформируемости и пористости образцов модельных песчаников в связи с циклическим изменением
порового давления: для большей амплитуды изменения порового давления и начальной пористости характерны более значительный рост объемных и остаточных деформаций и большее уменьшение
пористости.
4. Впервые выполнено численное моделирование многолетней эксплуатации пласта-коллектора подземного хранилища газа и окружающей его области с использованием программного комплекса
ABAQUS, позволяющего выявить и количественно оценить наиболее важные факторы, влияющие на изменение емкостных параметров пласта-коллектора.
Результаты проведенных исследований сформулированы в виде основных защищаемых положений:
1. Режим эксплуатации подземных хранилищ газа в результате их многолетней работы постепенно изменяется с упруго-водонапорного на газовый, что косвенно свидетельствует о необратимом
изменении структуры пористого коллектора.
2. Циклическое изменение порового давления в условиях постоянного гидростатического сжатия приводит к появлению остаточных деформаций, что свидетельствует о необратимом изменении
структуры порового пространства: уменьшается общая пористость, значительно возрастает доля капиллярных и ультракапиллярных пор и поровых каналов, что приводит к существенному
снижению проницаемости породы-коллектора.
3. Определяющими факторами в процессах необратимого изменения деформируемости и пористости являются амплитуда изменения порового давления и начальная пористость образцов,
что установлено экспериментальными исследованиями и подтверждено численным моделированием.
4. При многократном циклическом изменении эффективного напряжения, как при гидростатическом, так и при неравномерном всестороннем сжатии, увеличение объемных деформаций и
уменьшение пористости носят затухающий характер.
Практическая значимость работы заключается в выявлении одной из возможных причин уменьшения рабочего объема пласта-коллектора, вмещающего подземное хранилище, и определении
основных факторов, влияющих на него. Проведенные исследования могут быть использованы при выборе оптимальных параметров эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых породах
и минимизации потерь их рабочего объема при многолетней работе.
Апробация работы. Основные положения и выводы представленной работы изложены в восьми публикациях в сборниках трудов научных конференций, а также опубликованы в статье реферируемого
журнала, рекомендованного ВАК, Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. Результаты исследований докладывались на международных научных конференциях студентов,
аспирантов и молодых ученых Ломоносов-2006, Ломоносов-2007 и Ломоносов-2008 (МГУ), на VIII Международной конференции Новые идеи в науках о Земле (РГГРУ, 2007), на
VII Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России Новые технологии в газовой промышленности (РГУ нефти и
газа им. И.М. Губкина, 2007), на ежегодных чтениях Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (X Сергеевские чтения, 2008), на пленарном
заседании российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Планета Земля: актуальные вопросы геологии глазами молодых ученых и студентов (МГУ, 2009).
Структура работы, фактический материал и личный вклад автора. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы из 93 наименований и трех
приложений. Диссертация содержит 171 страницу машинописного текста (без приложений), 108 рисунков и 27 таблиц.
В основу диссертации положены материалы, полученные лично автором в ходе исследований, проведенных на кафедре инженерной и экологической геологии МГУ им. М.В. Ломоносова,
а так же в лаборатории геомеханики ООО Подземгазпром за время обучения в очной аспирантуре с 2006 по 2009 гг. Основные положения работы и её выводы основываются на результатах
экспериментальных исследований, выполненных на образцах модельных песчаников (более 100 образцов), анализе фактических данных режимных наблюдений за многолетней работой подземных
хранилищ газа и численном моделировании процесса их эксплуатации.
Автор выражает искреннюю благодарность своим научным руководителям д.г.-м.н., профессору Г.А. Голодковской и к.т.н. В.Г. Хлопцову за неоценимую помощь и всестороннюю поддержку
на всех этапах выполнения работы. Автор благодарен д.г.-м.н., профессору В.Н. Соколову за проведение РЭМ исследований и к.г.-м.н. Н.А. Ларионовой за помощь в подборе рецептуры
создания модельных образцов песчаников. Неоценимая помощь и внимание были оказаны к.г.-м.н. Т.Ю. Журавлевой, за что автор выражает ей глубокою признательность. Также автор
благодарен к.т.н. М.Н. Тавостину и к.т.н. Ю.Л. Филимонову за рекомендации и помощь при выполнении экспериментальной части работы, и всем сотрудникам отдела геомеханики ООО
Подземгазпром за всестороннюю поддержку. << пред.след. >>
|
Библиография:
1. Голодковская Г.А., Калиниченко И.В. Изменение пористости песчаных пород-коллекторов в связи с циклической эксплуатацией подземных хранилищ газа (ПХГ) // Материалы VIII Международной конференции "Новые идеи в науках о земле" (1013 апреля 2007г., РГГРУ). Доклады. Том 8. М.: РГГРУ, 2007. С. 115-118. 2. Калиниченко И.В. Исследование проницаемости в песчаниках в результате эксплуатации Краснодарского ПХГ (подземного хранилища газа) // "Ломоносов-2006". Материалы XIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов". Секция Геология. Подсекция Инженерная геология (7-11 апреля 2006 г., МГУ). Том II. М.: Изд-во МГУ, 2006. C. 62 - 63. 3. Калиниченко И.В. Исследование структуры порового пространства песчаных коллекторов при многолетней эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) // "Новые технологии в газовой промышленности". Материалы VII Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России. Секция 4. Проектирование, сооружение и эксплуатация систем транспорта и хранения газа. Подсекция 4.1. Подземное хранение газа (25-28 сентября 2007 г., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина). М.: ООО "Интерконтакт Наука", 2007. С. 24-25. 4. Калиниченко И.В. Изменение емкостных параметров песчаников в связи с циклической эксплуатацией подземных хранилищ газа (ПХГ) // "Ломоносов 2007". Материалы XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов". Секция Геология. Подсекция Инженерная геология (11-14 апреля 2007, МГУ). Том 2. М.: СП "Мысль", 2007. С. 51-52. 5. Голодковская Г.А., Калиниченко И.В., Филимонов Ю.Л., Хлопцов В.Г. Инженерно-геологические аспекты изучения подземных хранилищ газа в песчано-алевритовых породах // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2008. 3. М.: Изд-во Московского университета, 2008. С. 32-40. 6. Калиниченко И.В., Тавостин М.Н. О деформируемости песчано-алевритовых пород-коллекторов при циклической эксплуатации подземных хранилищ газа // X Сергеевские чтения "Международный год планеты Земля: задачи геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии". Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Секция 1. Грунтоведение, механика и техническая мелиорация грунтов (20-21 марта 2008, РАН) М.: ГЕОС, 2008. С. 41-45. 7. Калиниченко И.В. Экспериментальное изучение деформационного поведения модельных образцов песчаников при их циклическом нагружении // "Ломоносов 2008". Материалы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов". Секция Геология. Подсекция Инженерная геология (7-11 апреля 2008, МГУ). М.: Изд-во МГУ, СП МЫСЛЬ, 2008. 8. Калиниченко И.В. Изменение деформационных характеристик пористых пород при циклической эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) // Материалы российской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых посвященной "Году Планеты Земля" (6-7 апреля 2009 г., МГУ). Том 2. Актуальные проблемы геохимии. Инженерная геология. Геокриология. Гидрогеология. М.: Изд-во МГУ, 2009. С. 164-169.
|
|
