ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПОДВОДНОГО ФОНТАНИРОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ВЫБРОСА ГАЗА В ПЕЧОРСКОМ МОРЕ

В результате инженерно-геологических исследований, ПАО АМИГЭ (г. Мурманск) в северо-восточной части Печорского моря, были выявлены необычные для данного района структуры в верхней части осадочного чехла и аномальные формы донного рельефа. При бурении одной из скважин на участке между диапироподобными поднятиями на глубине 50 м ниже поверхности дна было вскрыто скопление газа с аномально высоким пластовым давлением. В своей работе мы подобрали зависимость, с помощью которой возможно определить давление, при котором залегает подобное скопление газа.

 Наличие многолетнемерзлых пород является основным источником инженерных рисков при освоении нефтегазовых месторождений Печорского моря. На основании ранее полученных материалов на шельфе Печорского моря предполагалось также наличие приповерхностных зон скоплений газа с аномально высоким давлением и газогидратов [4]. В результате проведенных в последние годы исследований были выявлены многочисленные диапироподобные поднятия, сложенные мерзлыми льдистыми грунтами, и связанные с ними скопления газа с аномально высоким пластовым давлением. По морфологическим признакам диапироподобные поднятия сходны с пинго (булгунняхами), которые широко развиты на прилегающей суше.

Район, где были выявлены диапироподобные поднятия, расположен в северо-восточной части Печорского моря (рис. 1). Он приурочен к верхней части склона, отделяющего пологое мелководное (глубина моря менее 50 м) акваториальное продолжение Печорской низменности и более глубоководную Южно-Новоземельскую впадину[2]. Поднятия распространены в пределах переуглубленной впадины с относительным понижением 15-20 м. Глубина моря в пределах этой впадины составляет 50-75 м (см. рис. 1).

Рисунок 1. Местоположение области развития диапироподобных поднятий

  При бурении одной из скважин на участке между диапироподобными поднятиями на глубине 49,5 м скважиной была вскрыта зона аномально высокого пластового давления. В результате произошел интенсивный выброс газа. Это привело к формированию на поверхности моря «котла кипения» диаметром 100-200 м, внутри которого отмечалось бурление воды, сопровождаемое отчетливо видимыми газовыми пузырями и выбросом взвешенных частиц грунта. Проявлений и следов жидких углеводородов (нефти, газоконденсата и т.п.) не наблюдалось. На эхограмме морского дна наблюдается фонтан свободного газа через 3 дня после выброса (см. рис. 2)[1].

Рисунок 2. Эхограмма морского дна в районе скважины

  Ученые полагают, что скопления газа с аномально высоким давлением связаны с наличием мощной толщи мерзлых льдистых грунтов. Эта толща играет роль своеобразной покрышки, которая практически непроницаема для биогенного газа, скопившегося в нижележащих горизонтах осадочного разреза. Таким образом, биогенный газ, накапливаясь у подошвы мерзлой толщи, формирует локальные газовые «карманы»[3]. В своей работе мы подобрали зависимость, с помощью которой возможно определить давление при котором залегает подобное скопление газа.

  В лабораторных условиях мы подготовили экспериментальную установку, которая состоит из 1- шланг отвода газа и воды, 2- стеклянная колба, 3- шланг подвода газа от компрессора, 4-шланг подвода воды , 5-манометр (см. рис.3)

Рисунок 3. Экспериментальная установка

Полагая, что на сейсмограмме был виден только «стержень» фонтана газо-водной смеси, а не поток свободного газа, который не отобразился бы на эхограмме в данной форме, сопоставим установку и реальные условия (см. рис.4) и произведем измерения.

Рисунок 4. Сопоставление экспериментального и реального фонтанирования

Полученные данные были сведены в таблицу, где P – давление, Па, H, м – высота подъема струи фонтана, Q, – расход жидкости (см. табл.1).

Таблица 1.

Полученные результаты

По полученным данным построили график зависимости давления от высоты подъема струи фонтана (см. рис.5)

Рисунок 5. График зависимости давления от высоты подъема струи фонтана

В результате было получено уравнение вышеописанной зависимости

H= P² ∙ 10^-11 -4 ∙ 10^-7 ∙ P+0.042                             (1)

где: P – давление, единица измерения - Паскали;

H - высота подъема струи фонтана, единица измерения - метры.

Принимая высоту фонтана в Печорском море H=40 м, получаем расчетное давление P= 2.019 ∙ 10⁶ Па

Подводя итог своей работы, мы разобрали формы рельефа, преобладающие в рассмотренном регионе Печорского моря. Проанализировали предположение ученых о формировании скоплений газа с аномально высоким пластовым давлением в области исследования

С помощью экспериментальной установки вывели зависимость давления от высоты подъема струи подводного фонтанирования. Определили давление фонтанирования скважины через три дня после выброса