Печать
Категория: Материалы VIII Симпозиума (2018 год)
Просмотров: 84

ГРАВИОГЕОГРАФИЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ АСПЕКТЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ. II. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА ГАЗА 

GRAVITATIONAL GEOGRAPHY, ENVIRONMENTAL AND WATER ASPECTS OF NATURAL RESOURCE MANAGEMENT IN THE STEPPE ZONE. PART. IIUNDERGROUND GAS STORAGE 

В.В. Литовский

V.V. Litovskiy 

Институт экономики УрО РАН (Россия, 620014, г. Екатеринбург, ул. Московская, 29) 

Institute of Economics Russian Academy of Sciences (Russia, 620014, Ekaterinburg, Moskovskaya Str., 29)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Представлена гравиогеография хозяйственно значимых территорий Оренбуржья и приграничных территорий Казахстана. С позиций фундаментального явления изостатического выравнивания дневных поверхностей земной коры проанализированы их особенности и геоэкологические аспекты эксплуатации в зависимости от специализации. В части II в таком аспекте рассмотрены проблемы подземных хранилищ газа в степной зоне.

It was studied the gravitational geography of the economically important areas in the Orenburg steppes and frontier territories of Kazakhstan. The article analyses the peculiarities of these territories and geoecological aspects of exploitation from the perspective of the fundamental phenomenon of isostatic align daily surfaces of the Earth's crust. In part II of this aspect considers the problems of underground gas storage in the steppe zone. 

На основе методики, представленной в части I исследована гравиогеография территорий Оренбуржья и приграничных территорий Казахстана с крупнейшими Оренбургским и Карачаганакским нефтегазоконденсатными месторождениями, где расположены подземные газохранилища, полученные с помощью ядерных взрывов [3, 5] – два на Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ) под Дедуровкой (объект «Сапфир»), а шесть других - на Карачаганакском месторождении (объект «Лира») – табл. 1, рис. 1. Исследовано влияние их разработки на географическую оболочку, степной ландшафт и окружающую среду. В частности, участок проведения взрывов Е-2 и Е-3 (объект «Сапфир») находится в 40 км на юго-запад от г. Оренбурга в 10-12 км от сел Дедуровка, Никольское, Нижняя Павловка. Подземные ядерные взрывы для создания полостей-хранилищ для углеводородного сырья там проводились на глубинах от 1140 до 1150 м в толщах каменной соли мощностью от 400 до 600м, депонирующих газоконденсат [5].

Рисунок 1. Оренбургское и Карачаганакское нефтегазоконденсатные месторождения с подземными хранилищами «Сапфир» и «Лира» и направлениями потоков инфильтрационных (3) и элизионных (4) пластовых вод палеозойских отложений [1]

Таблица 1 Характеристики полостей-хранилищ, полученных с помощью подземных ядерных взрывов на объектах «Сапфир» и «Лира» [5, с. 134]

Дедуровский участок (солянокупольное поднятие) относится к Оренбургскому газоконденсатному месторождению (ОГКМ) [4]. Его продуктивные газоконденсатные слои переслаиваются толщей каменной соли мощностью до 800 м. Размер участка – 3 х 12 км. В сводовой части он выходит на глубину 800 м от поверхности. Общая площадь охранных зон с подземными емкостями объекта «Сапфир» – 0,14 км2. Полости-хранилища, полученные с помощью ядерных взрывов на глубинах от 1140 до 1150 м, находятся в соляном пласте мощностью от 400 до 600 м (табл. 1) и расположены вдоль меридиана на расстоянии 2,2 км друг от друга. В ходе взрыва галит частично испарился, образовав полость, что вызвало оседание солевого расплава на дно образовавшейся линзы. Плотность расплава NaCl при температуре около 900 ºС составила около 1,2 г/см3 [5, с. 84] (в нормальных условиях – 2160 кг/м3). В 1974 г. емкости Е-2 и Е-3 были подключены к крупному Оренбургскому комплексу, производительностью 50 млрд. м3 газа в год. Рабочее давление в полостях-хранилищах составляло от 80 до 140 атм (8-14 МПа). Для перекачки газоконденсата использовался «безнасосный» вариант за счет пластового давления попутных газов. Гравиокартина территории ОГМК с Дедуровским участком показаны на рисунке 2. 

Рисунок 2. Гравиокартина Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения с профилем его Дедуровского участка 

Как видно из рисунка 2, южная часть Дедуровского участка Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, где расположено газохранилище, находится в зоне отрицательной аномалии с = -6 мГл, а северная оказывается почти изостатически уравновешенной зоне (=0). В соответствии с формулами (1) и (2) для изостатического выравнивания эталонной осадочной породы с плотностью 2300 кг/м3 при аномалии 1 мГл достаточно привноса галита объемом 1060 м3 на каждый кубический километр вмещающей породы, что эквивалентно кубу галита с плотностью в 2160 кг/м3 с ребром в 10,2 м (а для складчатой вмещающей породы с плотностью в 2670 кг/м3 – 10,7 м). При отрицательной аномалии  = -6 мГл в осадочной породе на 1 км3 требуется привнос 6360 м3 галита или куб с ребром в 18,5 м. На самом деле, как следует из [5; С.134], в ходе создания первой полости (Е-2, проект «Сапфир», 22.10.1971) подземного резервуара на Дедуровском участке с помощью ядерного взрыва мощностью в 15 килотонн тротилового эквивалента на глубине 1140 м образовалась сухая полость объемом 33 тыс. м3), а для второй полости на глубине 1145 м при подрыве заряда в 10 килотонн тротилового эквивалента (Е-3, проект «Сапфир», 30.09.1973) объем сухой полости составил 30 тыс. м3, что эквивалентно кубам с ребрами 32 м и 31 м, соответственно или дополнительной (удельной) гравиоаномалии в -31 мГл для первой полости и в -28 мГл – для второй. Совершенно, естественно, что эти объемы со временем начнут эволюционировать и заполняться не только газом, но и его продуцентами (конденсатом), более тяжелыми продуктами геохимической трансформации вещества для обеспечения гравитационного выравнивания, например, рассолами. В целом, в перспективе следует ожидать и развития соляного карста с образованием отрицательных морфоструктур, а это чревато прорывом в полости пластовых вод и формированием линз радиоактивных рассолов. Вероятно, исчерпание запасов газа и эти причины привели к тому, что емкость Е-3 была выведена из эксплуатации в конце 1995 г., а емкость Е-2 в 1997 г. оказалась частично заполненной рассолом и газоконденсатом. В итоге, в 1996-1997 гг. площадки объекта «Сапфир» были дезактивированы и рекультивированы, для чего там созданы хранилища низкоактивных грунтов. Средняя мощность дозы на площадках составляет 15-20 мкР/час, максимальная – не превышает 30 мкР/час. Для обеих площадок оформлены санитарные паспорта [5, с. 137].

Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение Прикаспийской нефтегазоносной провинции, открытое в 1979 году, площадью более 280 км2 с запасами 1,35 трлн. м3 газа, 1,2 млрд т нефти и газового конденсата, расположено в северо-западной части Казахстана на территории Бурлинского района Западно-Казахстанской области. Добыча нефти и конденсата – до 12 млн тонн, газа – до 14 млрд м3 (2007) в год.

Рисунок 3. Карачаганакское месторождение с площадкой подземного хранилища газа (объект «Лира») [16; С.176], профилем и общей гравиокартиной территории  

Плотность конденсата месторождения варьирует в пределах (778-814) кг/м³, а плотность нефти – в пределах (810-888) кг/м³. Давление – 550-600 атмосфер (55-60 Мпа). Продуктивная массивная нефтегазоконденсатная залежь месторождения приурочена к крупному подсолевому рифу широтного простирания с высотой до 1,7 км нижнепермского возраста. Установленный этаж газоносности составляет более 1600 м (интервал глубин 3700-5360 м). Сверху он перекрыт соляными толщами с куполами, вершины которых подходят к дневной поверхности на 350 м. Ближайший к ним водоносный горизонт находится на глубине 180-200 м, что привело к созданию в соли хранилищ на глубинах от 800 до 1000 м (1983-1984 гг.) ядерными взрывами (табл. 2). Площадка с хранилищами около 10 км2 получила название «Лира» (рис. 3). Из городов она ближе всего расположена к Аксаю (30 км), а из районных центров Оренбургской области – к Илеку (14 км по прямой). Как следует из рисунка 1, район месторождения находится в зоне отрицательных аномалий от -10 до -50 мГл, а площадка – -15 мГл. В соответствии с формулами (1) и (2) (см. часть 1) для изостатического выравнивания эталонной осадочной породы с плотностью 2300 кг/м3 при такой аномалии необходим привнос галита массой 33048 т или объемом 15300 м3 на каждый кубический километр вмещающей породы, что эквивалентно кубу галита с плотностью в 2160 кг/м3 с ребром в 24,8 м. С учетом того, что указанным в таблице объемам полостей соответствуют кубы с ребрами (м): Тк-1 (37,8 м), Тк-2 (40,4 м), Тк-3 (35,6 м), Тк-4 (36,1 м), Тк-5 (36,8 м), Тк-6 (36,3 м), то из скважин, наоборот, были изъяты следующие массы: из Тк-1 – 116640 т, из Тк-2 – 142560 т, из Тк-3 – 97200 т, из Тк-4 – 101520 т, из Тк-5 – 108000 т, из Тк-6 – 103680 т, что эквивалентно созданию дополнительных удельных отрицательных аномалий в -53 мГл для скважины Тк-1; -65 мГл для скважины Тк-2; -44 мГл для скважины Тк-3; -46 мГл для скважины Тк-4; -49 мГл для скважины Тк-5 и -47 мГл для скважины Тк-6. А это в соответствии с фундаментальным принципом Ле Шателье-Брауна влечет процессы, направленные в сторону противодействия изменениям. На деле это означает активацию дополнительных флюидопотоков, размытие полостей с образованием рассолов, наконец, заполнение их обломками механического разрушения кровли с трансляцией дестабилизации соляных и иных пород в более верхние горизонты, то есть стимуляцию карстовых процессов с возможностью выноса радионуклидов в приповерхностные водоносные слои. Таким образом, с учетом крупных промышленных изъятий на территории газа и нефти во избежание этих процессов для сохранения их хозяйственной функциональности, полости в соли должны либо отчасти заполняться более тяжелыми гравиокомпенсирующими материалами, либо высококопористыми, но слабо сжимаемыми веществами, полностью занимающими объем полостей, с результирующей плотностью, эквивалентной плотности изъятой соли. Судя по всему, в природе такие «лекарские» функции и выполняют рассолы и пески во влажном состоянии, обладающие свойства сверхтекучести, что создает платформу для уяснения причин современных процессов опустынивания и в целом эволюции ландшафтов. 

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (16-06-00324). 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Захарова Е.Е. Геолого-гидрогеологические предпосылки образования скоплений углеводородов в подсолевых палеозойских отложениях на юге Оренбургской области // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2010. Т.5. №4.
  2. Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение. URL: http://www.trubagaz.ru/gkm/karachaganakskoe-neftegazokondensatnoe-mestorozhdenie/
  3. Мазуров В.А. Подземные газонефтехранилища в отложениях каменной соли. М.: Недра, 1982. 212 с.
  4. Оренбургское газоконденсатное месторождение. URL: http://www.trubagaz.ru/gkm/orenburgskoe-gazokondensatnoe-mestorozhdenie/
  5. Савоненков В.Г., Шабалев С.И. Геохимические исследования подземных ядерных взрывов в каменной соли как аналогов захоронения РАО в соляных формациях. СПб: Издательский дом «Инфо Ол», 2014. 270 с.