Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Моделирование процесса накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод в водоносном горизонте при реализации водоохранных мероприятий(на примере Ташлакского участка Бешалышского местсрождения подземных вод)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование процесса накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод в водоносном горизонте при реализации водоохранных мероприятий(на примере Ташлакского участка Бешалышского местсрождения подземных вод)"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛЬНЫМ РЕСУРСАМ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

госудлрстцеш юе гидрогеологическое предприятия "узбекп1дрогеолошя"

НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ институт гидрогеологии и инженерной геологии .iv. о.к.ллнге (гидроингео)

Hd irpdBdX рукописи УДК ¡518.5 + 556.3Р,8||.)75.13)

джумлпои «нлмплжои худликуловнч

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА IСКОПЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ, ПЛАВАЮЩИХ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, В ВОДОНОСНОМ ГОРИЗОНТЕ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ВОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

(мэ примере Тзшлакскаго участка Бешалышского месторождения подземных вод) Спешки,носгь 04.00.06 - Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наух

Таансеит — г.

2 2 СЕН Г"0

1 * Ivv J

Работа выполнена в Лаборатории математических методов исследований Института гидрогеологии и инженерной геологии им О.К.Ланге (ГИДРОИНГЕО) Государственного гидрогеологического предприятия "Узбекгидрогеология" при Государственном комитете по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан

Научный руководитель.

доктор технических наук И.Х.Хабибуллаев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук ЛЛ1. Сиданко в

кандидат геолого — минералоги -ческих наук lii.M. Умаров

Ведущее предприятие: Институт i m;ioi ни и ратоелк» ьсфтыных и

месторождений (11ГР1ШГМ] А!» «Утбскнефтега!» Республики Узбекистан,

Зашита состоится 1998 г. 10.00 час. на заседании

Специализированного совета Д 071.01.0) в Институте гидрогеологии и инженерной геологии (ГИДРОИНГЕО) им. O.K. Ланге ГГЛ "Узбакхидрогеология" при Государственном комитете по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан по адресу: 7000-1J, г.Ташкент, ул. Ходжибаева, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института ГИДРОИНГЕО.

Автореферат разослан

// - ft

а1- 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного cosera

каядилзт технически}.: наук

И.

I I liXKUon

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы, В результате производственной деятельности человека в последние годы загрязнение подземных вод нефтепродуктами приобрело значительные масштабы. На всех этапах прохождения нефти и нефтепродуктов от участков добычи и переработки до потребителей в результате аварий, нарушений технологии или обыкновенной халатности происходят их постоянные потерн.

Крупнейшими объектами постоянных потерь нефти и продуктов ее переработки являются нефтепромыслы, нефтеперерабатывающие заводы, нефтебазы, заправочные станции. Просочившиеся нефтепродукты накапливаются на поверхности подземных вод. образуя пленки и линзы, представленные масляными формами, которые растворяясь, образуют Воднорастворимые формы в самом водоносном горизонте. В связи с этим разработка водоохраных мероприятий стала одной из актуальных экологических и гидрогеологических проблем промыш — ленно развитых Стран.

Признавая большую важность этой проблемы здоровья

человека, перед гидрогеологами ставятся принципиально новые задачи, связанные с искусственным регулировашгем качества подземных вод. Среди них особо важное место занимает задача изучения совместного движения подземных вод и нефтепродуктов, особенно процесса Накопления нефти в водоносном Горизонте при разработке водоох — ранных мероприятий. требующих привлечения современных методов исследований и, о Первую очереди методов математического моделирования на ЭВМ и строго обоснованных технологических решений.

Объектом исследований является Ташлакский участок Бешалышского месторождения подземных вод, экологическая ситуации в пределах которого обострилась в результате развития загрязнения подземных вод нефтепродуктами.

Ц*тма кауто^ого является разработка методики

численмсго моделирования процесса накопления нефтепродуктов плавающих на поверхности подземных вод в водоносном горизонте и нрахтическая ее реализация ори локализации нефтяного загрязнения грунтовых вод аряиеттгелько к Тлгаллкскому участку Бепзалшпсхоп» мегторооденкя осдотюшх вол

Основными задачами иеследоаанка явдяютея:

1. Гидрогеологическая и математическая формализация процессов совмесгкого движения подземных вод и нефтепродуктов в водоносном горизонте.

2. Разработка методики численного моделирования процессов накопления нефтепродуктов на поверхности подземных вод в водоносном горизонте.

3. Разработка моделей, комплекса алгоритмов и программ, обеспечивающих изучение движения нефтепродуктов и подземных вод в водоносном горизонте при реализации водоохранных мероприятий.

4. Уточнение фильтрационных параметров, исследование динамики движения нефтепродуктов в водоносном горизонте во времени и пространстве; определение площади, объема, скорости-и направления распространения нефтепродуктов; изучение продвижения нефтепродуктов при реализации водоохранных мероприятий на Ташлакском участке Бешалышского месторождения подземных вод.

На защиту .положен^:

1. Математические модели процессов накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод, а водоносном горизонте при снижении уровня грунтовых вод

2. Разработка комплекса алгоритмов и программ процесса локалн — зации нефтепродуктов при реализации водоохранных мероприятий.

3.Результаты численных экспериментов по:

—определению фильтрационных параметров водоносного горизонта Ташлакскога участка Бешалышского месторождения подземных вод;

—изучению процесса накопления нефтепродуктов плавающих на поверхности подземных вод в водоносном горизонте и оптимальных условий работы водоохранных систем.

Методика иеслеаогганий вкпючэат:

«изучение опубликованной и фондовой литературы,-посвященной теоретическому и методическому изучению процессов геоф ильтрации двухфазных жидкостей.

* анализ существующих математических моделей движения лждкостей, алгоритмов и программ, а также методов моделирования с позицки системного подхода.

• использование возможностей ПЭВМ и их математического обеспечения для разработан алгоритмов и ' программных комплексов, реализующих разработанных моделей.

• анализ полевых и экспериментальных материалов, полученных в процессе изучения объекта исследований, а также технологии локализации нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вол,

Научная новизна выполненных исследований заключается в разработке методики численного моделирования процессов совместного движения слоя нефтепродуктов и подземных вод в водоносном горизонте, а также накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод, в условиях реализации водоохранных мероприятий на Ташлакском участке Бешалышского месторождения.

Реализация результатов и практическая ценность. Методико — теоретические исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, были апробиропаны в процессе разработки технологии локализации нефтепродуктов Ташлакского участка Бешалышсхого месторождения ферганской долины.

Разработанная методика и математические модели могут быть использованы при исследовании процессов совместного движения нефтепродуктов и подземных вод, определения скорости, направления движения, геометрических параметров слоя и накопления нефтепродуктов в водоносном горизонте при проектировании водоохранных мероприятий в других районах, участках и месторождениях подземных вод

Апробаиия работч Основные результаты работы обсуждались и одобрены на:

— научных семинарах Лаборатории математических методов исследований института ГИДРОИНГЕО (4995-1997);

—третьей конференции СНГ—США по гидрологическим и гидрогеологическим проблемам охраны окружающей среды " Вода— критический ресурс: проблема сохранения, использования и управления". Ташкент, ТИИМСХ, 22- 26 сентября 1996 г.;

—научной конференции, посвященной 50 — летаю Института механики и сейсмостойкости сооружений им М.Т. Уразбаева АН РУз "Современные проблемы механики жидкости, многофазных сред, моделироаа&ия гидраадпескнх устройств машин и специальные задачи механики сплошной среды". Ташкент, 22 — 23 октября 1997 г.;

-научной конференции профессорско-преподавательского состава Ташкентского Государстаешого Университета, 26-27 мая 1993п

- заседании кафедры гидрогеологии ТашГУ;

— заседании Лаборатории алгоритмизации Института кибернетики.

-ученом совете института ГИДРОИНГЕО ГТП «Узбекгидрогеология».

Публикация работы. Основные положения диссертационный работы освещены в пяти научных статьях..

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, содержит 112 страниц компьютерного текста, набранного в системе УЛЫООШ5-95 У/огй-7.0, 22 рисунков (графики, карты), 5 таблиц, приложения и списка использованной литературы из 124 наименований.

Диссертационная работа выполнена в Лаборатории математических методов исследований Институте гидрогеологии и инженерной геологии им.О.К.Ланге (ГИДРОИНГЕО) Государственного гидрогеологического предприятия «Узбекгидрогеология». где соискатель работает с 1993 г.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, И.Х.Хабибуллаеьу за ценные советы, сотрудникам Лаборатории математических методов исследований института ГИДООИНЗГЕО: кандидатам техтетняжиз наук Т.Д. Мирахмедову, И.Н.Грачевой, старшему научному сотруднику О.П.Сергеевой; сотрудникам Аабаратории методики изучения и технологии запеты подземных вод от загрязнения: доктору геолого —минералогических наук Н.И.Енякееву, кандидату геолого — минералогических наук В.В.Сергсеву, за помощь о по/^отоаке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Поступление нефтепродуктов в водоносный горизонт и проблэмы катсдатичоского моделирования процессе локализации загрязнения подземных вед

Источником поступления нефтепродуктов я геологическую среду являются непредвиденные аварии иа транспорте, нефтепровода*, местах разведки и добычи, нефти, ха рак терн зуемые как несистематические разовые потери, а также все сооружения, связанные со сбором, хранением, обработкой нефти и стоков.

Б Узбекистане загрязненные территории нефтепродуктами пресные подземные йоды, пригодные ¿уш хозяйственно питьевого водоснабжения, характеризуются наличием крупных промышленных узлов • Фергана -Маргаланским, Чирчиксхнм. Ташкентским, Алмалыкскии и др.

Загрязнение в основном развито в районах интенсивного освоения, и оно наиболее ярко проявляется в Ферганском регионе из-за своеобразия его природных и техногенных условий.

Формирование загрязнения подземных вод нефтепродуктами обычно начинается с их вертикального просачивания через зону аэрации. Когда нефтепродукты достигают водонасыщеиной зоны, происходит распространение их в горизонтальном направлении. Когда нефтяной слой не успевает сформироваться в нефтяное тало, и градиент его поверхности принимает значения градиента потока подземных вод, происходит пассивная миграция нефтепродуктов путем их переноса сачим потоком подземных вод В том случае, когда образуется объемное нефтяное тело со слоем значительной мощности и значимым градиентом поверхности, миграция нефтепродуктов в масляной фазе происходит самостоятельно (активная форма миграции).

При наличии слоя нефтепродуктов в водоносном горизонте глубина его залегания контролируется положением УГВ и может быть самой различной, а толщина слоя -объемом поступления нефтепродуктов из источника загрязнения и геолого — гидрогеологическими факторами (проницаемость пород, гидравлический уклон, неоднородность водовмещающсй толщи). Мощность загрязнения пород нефтепродуктами в зоне насыщения контролируется амплитудой колебания УГВ, а также зависит от свойств самих нефтепродуктов —их вязкости, удельного веса и растворимости.

Конкретные случаи загрязнения подземных вод, в промышленно развитых странах в результате утечки нефтепродуктов из различных источников загрязнения, а также теоретические, методичесзсяе, технологические вопросы и практическое применение способов их локализации освящены в работах О.Нип(ег, Р.Впк, СЬ.УЪггеусг, М 5Ьагс[кт, М. ЭИесЬег. Т.$о1еск1, X Б'.ора. О.М.БЫ^Чап!, Р.ХКиёу, В.И. Пеньковского, Д.Л.Кашеваропа, В.Л.Мироненко, Н.С, Петрова.

Несмотря на успехи в разработке рассматриваемых здесь методой, часто единственно эффективным является "гидродинамический способ" защиты подземных вод. Мировой опыт борьбы с сформировавшимся загрязнением подземных вод нефтепродуктами в масляной форме показызает, что на практике применяются следующие основные подходы — гтегивоние, локализация и ликвидация слоя нефтепродуктов и подземной воды методом спаренных откачек с последующей утилизацией самих нефтепродуктов и очисткой или закачкой каптируемой воды обратно в пласт.

Выбор и обоснование приемлемости : того или иного способа очистки водоносного горизонта от нефтепродуктов на конкретных объектах требуют модельных решений, учитывающих природно — технические и геолого — гидрогеологические условия объектов.

С точки зрения моделирования движения разновязкостных жидкостей особое значение имеют свойства, определяющие распространение нефтепродуктов в горных породах и в водной среде: удельный вес, вязкость и растворимость в воде. И они же существенно влияют на миграцию нефти и нефтепродуктов и на условия их нахождения в водоносном горизонте.

Движение нефтяных веществ в разных зонах носит различный характер, поэтому чисто теоретическое определение движения нефтепродуктов весьма затруднительно и в однородной, и в неоднородной средах. В этой связи важное значение приобретает изучение конкретных случаев нефтяного загрязнения, и наши исследования направлены на разработку математической модели совместного движения подземных вод и нефтепродуктов с .целью изучения процесса накопления нефтепродуктов в масляной форме, плавающих на поверхности подземных вод.

Совместное движение подземных вод и нефти ; изучалось. в! основном дм законтурного обводнения нефтяных залежей в целях более полного извлечения -нефти из коллекторов (В.Н.Шелкачев), определена роль подземных вод в формировании нефтяных. месторождений (В.А-Кудряков). При . ••исследовании- совместного движения двухфазной жидкости большое теоретическое значение имели работы акад Л.С.Аейбензона и в дальнейшее теоретическое . и практическое развитие ото направление получили в работах В.Н.Щелхачева, М.Т.Абасова. Н.Н.Веригина, Ж.Фрида. ВАКудрякова, Р.Коллинза, А.Х.Мирзаджанзаде и др.

Во всех работах подземные воды рассматривались как один из параметров при изучении и разработке нефтегазовых месторождений. Нас интересуют проблемы изучения и . исследований 'водоносных горизонтов, где подземная вода является основным фактором,, а нефть элементом загрязнения. В. любом случае основными параметрами вода или нефть, одна-фунхция, о вторая—аргумент 1Ш1 наоборот. Иуяшо отметить, что ь сложных геолого— тдрогеологических условиях необходимость- применение методов математического. моделирования и ЭВМ .дм исследования процессов, фильтрация двухфаз1гагГ жидкости очевидно. Разработке математических моделей фильтрации у\вухфазной лсидкосга и .методики их решения посвящены работы,Д.Ахгдерсоиа, .

Х.Азиза., Ф.Абуталиева, И.Алимова, В.Булыгина, Н.Веригина, Р. Коллинза, Л.Коллатца, Н.Мухитдинова, А.Мирзаджанзаде, С.Рахматулласва. Э.Сеттари АМ.Сиддикова, А.Чарного и др. Они использовалась для изучения совместного движения жидкостей, а основном в нефтяном горизонте, когда исследуемая среда сплошная. В рассматриваемом случае нефть находится в виде пятен по отношению к зеркалу грунтовых вод, существующие математические модели не обеспечивают исследование процесса движения нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод.

В связи с этим возникает проблема разработки новой методики моделирования процесса совместного движения нефтепродуктов >л масляной форме в водоносном горизонте и численных моделей на ЭВМ. адекватно отображающих исследуемый процесс в естественных условиях и условиях техногенеза.

Глава II. Математические модели совместной фильтрации подземных под и нефтепродуктов в водоносном горизонта С точки зрения условий фильтрации водоносный горизонт, п котором изучается движение жидкостей, может быть разбит на три зоны: зона фильтрации "чистой" нефти, зона фильтрации "чистой" йоды И зона совместного движения нефти к воды. Водоносный горизонт, где расположены нефтепродукты, в плане . характеризуется следующими параметрами: S„„ —площадь нефтяного пятна на поверхности подземных вод м2; Гг()- границы площадей с различной мощностью нефтяного пятна; hB, ii „-абсолютные значения уровня подземных вод и нефтепродуктов, они показаны в виде изолиний равных уровней воды и нефти (psic.tj. Напорный водоносный горизонт, где нефтепродукты находятся иа поверхности подземных йод под ,VC5S„,(1

давление??, характеризуется «в**е«тв»1 Э-Г»»тца ммтмраозктм; 4-с.оом

„ " тгюхпхт&я « »«яжтеты» я» ОЗ т З-слсл Ktwr*-

следующими -параметрами: в «»циввл» г«** иях hwn ,««„.

Рхс.Д. Раепелаканив вг^тямого слоя » эсдонсекам горизонта » яяаня.

Ш> ЕЮ7

Н —мощность водоносного горизонта, м; к„, к„ —коэффициенты проницаемости пород для воды и нефти соответственно, м/суг, Р„,Рц —давление воды и нефти соответственно; цв, ¡¿н упругая водоотдача и нефте отдача;^, 5и-водо- и нефтенасыщенность породы, причем Б„ + 5„ = 1 (рис.2.)

Безнапорный водоносный горизонт, где нефтепродукты расположены на поверхности подземных аод в виде линзы, как в предыдущем, характеризуется следующими параметрами: ЬЕ, Ь„— абсолютные значения уровня подземных вод и нефтепродуктов, м; т„— мощность нефтепродуктов, м; щ, Мн"^ (Ш]г (^з свободная водоотдача и нефтеотдача; кв, кн — коэффициенты фильтрации пород для воды и нефти соответственно, м/сут (рис.3). Если нефть в напорном водоносном горизонте находится на водной поверхности в нерастворенном состоянии, под давлением т.е. существуют зоны фильтрации условно "чистой" нефти и "чистой" воды, тогда для моделирования процесса фильтрации жидкости предложенная Булыгшшм система дифференциальных уравнений в матричной форме пишется так:

Рис. 2. Расположение нс$те1Ч>одух1гув е

«апоркоа йоханоспон горизонте, . -

^'ЙОАСНСШМЙ ГОЯЙЗОМТ; ЙРФККЮСДМ^Твв;

«.ЮЙ; 4—ГЯСТМНМП««^ МвТТ*№М|ДУЯП1;

Т-огкачммцаи сквмшна.

3

в 6( <3*

АР

.(I)

Рке. 3. Расположение нефтепролактоь о

бйЗМ&ЛОрнСМ водоносном горизонте.

Э*г»лм»ив нефтемхмшлон м шы;

где М„ -поступление нефти через кроплю пласта; Ов — расход скважин. По Булыгину, на границе раздела нефти и воды выполняются условия

Р-|,. = Р10 (2)

Как было отмечено, что пористость — т в системе уравнений (1) постоянная, но при эксплуатации водоносного горизонта происходит

и

смена жидкостей разной вязкости в порах горной породы, что приводит к изменению основных параметров пласта. Дад расчета и последующего изменения основных параметров пласта нефти и вода во времени и пространстве мы предлагаем более совершенную математическую модель, которая учитывает сжимаемость яшдкости и пласта и изменение пористости. Тогда система уравнений (1) переходит в следующий вид:

д(т5„) а ар„

(3)

Для численного решения системы уравнений (3) с соответствующими начальными и граничными условиями использован метод матричной прогонки по методике Х.Азиза, Э.Сеттари. Предложенная математическая модель описывает процесс, происходящий в водоносном горизонте только на участке, где находятся нефтепродукты.

Математическая модель фильтрации нефтепродуктов, находящихся в виде пятна на водной поверхности, в водоносном горизонте и алгоритм решения апробированы на следующем тестовом примере, где ставится задача накопления нефтепродуктов, находящихся на водной поверхности, для их локализации путем образования депресснонной воронки в водоносном горизонте последующей откачки. Для этого вода нагнетается из обоих краев пласта в равном количестве (450 м3/сут), отбираемая из его середины (900 м3/сут).

Значения параметров водоносного горизонта на математической модели следующие: напор Н=48бм; = 0.2 —нефтеотдача, ц „ = 0.19 — водоотдача; ш = 0.2—рористость; £„==0.10 — к„ =0.25 фазовая проницаемость нефти и воды; 5„ + 5в= I — водо ги. нефтенасыщенность, насыщенность воды в зоне нефти 5В~0.1, в зоне воды 5В = 0.09, соответственно нефтенасыщенность Б,, = 0.9, 5„ = 0.1; Рн, Рв -давление нефти и роды соответственно; 0=000 м3/сут -расход скважин;-1=300 сут -время расчета.

Расчеты на модели показали, что в зоне откачки подземных вод дазление воды уменьшается, а в зоне нагнетания увеличивается, за счет чего образуется депрессионная воронка (рис. 4, Л.). Так как давление в пласте изменяется за счет откачки и закачки воды, соответственно водонасыщенность в пласте увеличится в зоне нагнетания, а уменьшится в зоне откачки, и обратно пропорционально изменяется нефтенасыщенность (рис. 4, В.) С истечением времен?« при установившемся режиме в зоне откачки нефть начинает опускаться вниз и с двух концов

пласта продвигаться в зону откачки, вытесняемая водой, а нефтяное пятно накапливается в депрессионной воронке, образуя более мощную зону.

ч'л'^П, 1

^''•Ч'.Ч!

1!НШ(!|]Н|!1!1

а в 12.1 Л 20 31 2В 32 '¡Л -Ю ■>!:) ц?

Рис. 4. Изменение давления (А) и водо-нефтенасыщанности (В) при работе нагнетательных и откачивающих скважин; "-мефте- (1 -аодан*еьнчемиость.

Далее в этой главе дается алгоритм имитационного моделирования движения нефтепродуктов, плавающих на поверхности грунтовых Вод при эксплуатации водоохранных мероприятий. Движение нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод, непосредственно связано с гидрогеологическими условиями водоносного горизонта и движением грунтовых вод. Б связи с этим в первую очередь необходимо создать гидродинамическую модель движения грунтовых вод При ее создании особое внимание уделяется правильному заданию начальных М граничных условий, достоверности значений геофильтрационных пара«■• метров, определении точного направления движения подземных вод

Гидродинамическая модель движения подземных вод в грунтовом водоносном горизонте описывается следующим дифференциальным уравнением в частных производных:

(Л ох ох су ду

И)

с начальными и граничными условиями, вытекающими из гидрогеологической обстановки. Для численного решения уравнения (4| применяется метод конечных разностей. Здесь нами усовершенствован алгоритм решения краевой задачи введением новых условий для обеспечения положительности решения которые проверяются до начала

I I 11111 ' I I I ' V

' 03//-Д. й2 0.5;, • А/. V

расчета коэффициентов прогонки и значений функции. Введение таких условий позволяет контролировать границы разных жидкостей и режим работы скважин при эксплуатации водоносного горизонта.

Решая уравнение (4), определяем положение УГВ на разные Моменты времени в абсолютных отметках уровни нефти в узловых точках находим следующим образом = +пц а глубина его залегания контролируется положением уровня грунтовых вод с учетом условия равенства давлений на границе двух жидкостей рн\ = р„

!тм

т.е. давление нижней границы нефтяного слоя равно давлению верхней границы водяного слоя.

Совместное решение уравнения (4) и уравнений Дарен и Дюпюи д/ш нефти позволяет имитировать процесс совместного движения нефтепродуктов и подземных вод. Параметры процесса движения нефти: уклон нефтяного слоя, скорость движения нефти, время прохождения и объем нефти который перетекает из блока в блок за АI суток приращение нефтяного слоя рассчитываются соответственно по формулам

V «"Ль К, \г

Л

Разработанные алгоритмы оформлены о .виде пакета прикладных програтм (ППП). иапкоикшх на языке БЕЙСИК з среде МБ йОБ. ППП—ЯШГШ содсрлигг ?;:югоцелевые. модули: ееод информации, гглг'гд а епло тайищ, графиков и карт, решения

одномерных я одевозьве-^ах вбратхш, так и прямых задач.

Т2Я- -кэя -сдоям '..яа осдогных' разделов' снедрення • научных пссдл'.огжпп яаляегса разргСотка шгструктвзно-методической дохумеитгцки. :«мя1--» работе-■■.даются. • этапы-/«»фильтрационной '^е.-кт-лзаг^'.'!, г.о-хстогка М Г.'осд '»(формации. гшбер программы " •!С,!,..,т.! п г.эппп'местн от псстлнсзх-'т мдатя. "

Глава Ш. Моделирование процесса накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод Ташлакского участка Бешалышского месторождений

В качество объекта исследования для внедрения разработанной методики выбран Ташлакский участок БешалышскоТо ¥1ёсТорожДе'ййя подземных вод, экологическая ситуация в прёДёХйс которого обострилась в результате. развития загрязнения поДзёМных ;ВоД нефтепродуктами. В пределах Ташлакского. участка БетааХышслого месторождения подземных вод з результате аварийных утёчёк нефтепродуктов с территории Ферганского нефтеперерабатывающего завода ПО «фе.ргананефтеоргсинтез» сформировался мощньш_ ореол загрязнения, характеризуемый наличием в водоносном горизонте нефтепродуктов в нерастворенной форме шириной 3 км, длиной 2.9 км, общей площадью 6.2 км2.

По гидрогеологическому районированию территории Республики Узбекистан, принятому д\я практики ГШ «Узбекгидрогеология» (Мнрзаев, 1974), участок относится к Ферганскому гидрогеологическому району Бешалышского месторождения подземных вод. В рассматриваемом районе подземные воды приурочены в основном к сохскому, ташкентскому и голодносгепскому комплексам отложений четвертичного возраста. В этих геоморфологических формах рельефа отмечается нефтяное, промышленное и сельскохозяйственное загрязнение. В главе дается схематизация гидрогеологических условий, алгоритм составления геофильтрационной, математической и дискретной- сеточной модели, несущей информацию о начальных, граничных условиях и расчетных параметрах. Далее на основе геофильтрационной схематизации области фильтрации составлена численная модель Ташлакского участка Бешалышского месторождения.

Исходя из геолога — гидрогеологических условий н геофильтра — ционной схематизации решена обратная и эпигнозная 'задачи, целыо который является уточнение значений коэффициента водоотдачи п ило1цадного распределения коэффициента фильтрации. Здесь, применяя метод факторно—диапазонной оценки параметров, сначала для уточнения направления движения потока подземных вод подбираем площадное распределение коэффициента фильтрации. При это;.; за исходные данные принимав?.; баланс подземных вод к гадроизопшеы. составленные-на 1993 г., коэффициент водоотдачи ц =0,15.

В результате решения серии стационарных задач с различным;? значениями коэффициентов фильтрации подобраны соответствующие значен!!-« искомого параметра, обеспечивающего совпадение общего направления потока. Определены значения коэффициента фильтрацн;; водоносного горизонта и водоотдачи. Коэффициент водоотдачи, но данным нолевых исследований, колеблется от ОД 2 до 0,20. В пределах этого интервала выбираются наиболее оптимальные значения параметр!? /и. Вычислительные эксперименты в выбранных характерных точках при значении ц ~ 0,19 показали минимальные отклонения уровней я стабильные колебания разницы АН во времени.

Стабилизация л Н происходит уже на 120 сут. При значении ;/<0, разница уровней в процессе итерации возрастает быстрыми темпами, а яри значении и — 0,!9 практически не меняется. Таким образом, ,лдя модели Ташлакского участка Бешалышского месторождения оптимальное значение водоотдачи составляет 0,19.

Достоверность численной модели проверена решением эпигнозкой задачи сроком на один год. За начальное состояние приняты гидрогеологические условия 1993г. и проведено сопоставление с результатами полевых измерений в наблюдательных точках 1994 г.

Полученные в результате решения обратной задачи значения геофильтрационных параметров статьи баланса и гидроизогипсы приняты за исходные для выбранной математической модели, что дало возможность создать численную модель гидрогеологических условий Ташлакского участка. В настоящее время а пределах участка эксплуатируется перехватывающий водозабор, состоящий из !9 кустов сооруженный в 1991 г. включающий водо —и нефтезабориые скважины, расположенные на одной лшши, ориентированной поперек потока грунтовых вод и представляющей, собой 1 очередь водоохранной системы. Предусматривается сооружение Н очереди. обеспечивающей локализацию фронтальной части ореола загрязнения.

Местоположение группы скважнн !i очереди определяется развитием хорошо проницаемых отложений, формирующих единый транзитный коридор для нефтепродуктов а пределах i — и (I ичопо.уи гидравлических завес. В однородных отложениях ло т *;or«;,v»r. образуется только гидродинамической структурой потока, фпоми -ругощегося г. процессе эксплуатации защитной системы, На ПОИМ рассмотрено несколько варназггов работы существующих и проект:!?-;:--, скважин в режиме откачки—закачки грунтовых 'вод, предл»я№ш;и£

В.В.Сергеевым, Н.И.Еникеевым. Проведением многовариантных вычислительных экспериментов определены параметры процесса накопления нефтепродуктов в депрессионной воронке при реализации водоохранной системы Ташлакского участка.

Общий объем откачки при действии скважин I и Н очереди соста — вчл 151200 м3/сут закачка подземных вод на левом фланге -37800 м3/сут, на правом -113400 м3/сут. Площадь депрессии охватывает всю зону загрязнения грунтовых вод масляными нефтепродуктами. При этом максимальное площадное понижение УГВ через 120 сут достигает 4.45 м, максимальное повышение 2.85 м, (перепад в пределах гидродинамических бугров —7.30 м). Ширина формирующейся депрессионной воронки около 1800 м, длина — 2400 м. Процесс совместного движения и накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности грунтовых вол при формировании депрессионной воронки на Ташлакском участке изучался на одномерной имитационной модели по данным характерных линий трех разрезов 1 — 1, II — II, Ш —III (рис. 1).

Разрез 1 — 1 составлен по линейным рядам скважин первой очереди. Здесь общий дебит откачивающих скважин 9в, 2в, 10в—13в составляет 21600 м3/сут, нагнетательных скважин За —8н на левом фланге -37800 м'л/суг, 14н —19н на правом фланге -113000 м3/сут. При этом понижение составляет 4.89 м, подъем уровня на левом фланге 2.0 м, на правом фланге -3.7 м уклон 3 = 0.036 м, скорость у=0.58 м/сут, нефть накапливается за 420 сут, мощностью 1.7—2.2 м (рис 5). -к И ; \

-I

]

«кн.е^

)

-I

1

1

1

й

Рис. 5. Состоите уроан* иди в гяфта со раргу 1-1 А- «ааааае сзсгеогаз ¡усааз вам и мфгя;

В- какошкннг вгфга а вехръсяххашй кроима ¡-¡¡¿-¿тяре^уиы, 2-¿-рсвка, ?:азза««ш аса

Расчеты, проведенные по разрезу II—31, составленному г.о линии тока, где скважины работают б режиме откачки в оотималъцом

варианте показали, что а результате работы скважин понижение уровня в зоне скважин первой очереди составляет 2.4 м„ в центральной части 4.8 м, в периферийной части -1.9 м. При этом нефтепродукты, накапливаются в воронке за 420 — 450 сут, мощность нефтяного слоя составляет 1.7—2.2 м, длина 2.8 км, т.е. длина слоя сокращается на 300 м в периферийной части, на 500 м в передней части.

Для установления депрессионной воронки потребовалось 90 сут. С истечением времени при установившемся режиме образованная воронка заполняется нефтью, и в определенной части пятна образуется толстая зона. В фронтальной части ореола нефтепродуктов на участках, где нефтепродукты контактируют с прослоями супесей и суглинков, отмечается значительный капиллярный подъем. Движение нефтепро — дуктов в этой области загрязнения замедляется. Наиболее перспективны для сбора нефтепродуктов участки распространения хорошо проницаемых отложений.

Разрез III —III составлен по линии ряда скважин, предназначенных для недопуска проскока нефтепродуктов за пределы участка загрязнения. В работе находятся скважины, расположенные на этой линии, ориентированной поперек потока грунтовых вод,

В результате работы скважин понижение уровня воды в центре составляет 2 м. Уровень грунтовых вод в депрессионной воронке устанавливается за 90 сут. При этом уклон депрессионной воронки составляет 0.02 м. Нефтепродукты протекают в депресснонную воронку и полностью устанавливаются за 450 сут со скоростью у = 0.41 м. При этом мощность нефтяного слоя составляет 1.5— 1.7 м, граница на левом фланге сокращается на 300 м, а на правом 500 м граница распространения нефтепродуктов сокращается на 800 м. Таким образом, ширина нефтяного слоя в этом разрезе составляет 1600 м. Кроме того, на сеточной плановой модели рассчитано исходное состояние площадное распространение нефтяного слоя мощностью более 0.1 м (рис. 6.А) и состояний в результате ргботы технологии гидравлической завесы. Слой нефти в начальных условиях, залегающий на поверхности фунтовых вод в виде пятна толщиной в центре более 1 м. по окраинам до нескольких см, локализуется в результате водоохранной системы {рис.б.В), площадь пятна уменьшается -вдвое, ¿1 мощность -"увеличивается в центре пятна до 2.2 м. Локализация пятна нефтепродуктов в пределах созданной работой скважин водоохранной системы депрессионной воронки препятствует продзижегтю нефтяного загрязнения вниз по потоку и даже з значительной мере сокращает это загрязнение.

1Ё

в

-- Площадь нефтяного пятна мощностью до 0.5 м. ИШ — мощностью до 1,0 м- мощностью более 1,0 м. X—т5 •ювоашю УТВ.

Р>к. 6 .А-гадроизогнпсы в ненарушенных эксплуатацией условиях; В-распределенне мощностей слоя нефтепродуктов ■ пределах депрессионной воронки.

Таким образом, результаты расчетов плановой и профильной моделей показывают, что оптимальные условия создания гидравлической завесы характеризуются следующими параметрами: депрессионная воронка создается при максимальном понижении уровня на 4.89 м, повышении уровня в районе нагнетательных скважин — 4 м; уклоне 0.03 м, скорости фильтрации у=0.5 м/сут, При этом через 450 сут в депрессионной воронке грунтовых вод образуется нефтяной слой мощностью в центре 2.2 м, длиной 2400 м, шириной 1600 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

¡.Изучение опубликованных и фондовых материалов по природно — техногенным условиям поступления нефтепродуктов в водоносный горизонт позволило выявить, что источниками загрязнения могу г быть все сооружения, связанные с добычей, сбором, хранением, транспортировкой, очисткой нефти и стоков, а также с их утилизацией. Крупнейшими объектами постоянных потерь нефти и ее продуктов являются нефтепромыслы и нефтеперерабатывающие заводы. Нефтепродукты в водоносном горизонте могут быть в виде линз, пятен

и т.д.7 т.е. не в сплошном, а в растворенном или нерастворенном состоянии (по форме загрязнения).

2. Разработаны различные способы локализации и ликвидации нефтяного слоя, сформированного в водоносном горизонте. Исследованиями установлено, что эффективным методом является гидродинамический способ, т.е. технология гидравлической завесы, действующая в системе откачка — закачка и обеспечивающая создание депрессионной воронки в пределах ореола загрязнения с целью накопления нефтепродуктов.

3. Выбор и обоснование оптимальной схемы создания н эксплуатации технологии гидравлической завесы требуют модельных решений, учитывающих природно — технические и геочого--гидрогеологические условия объекта.

4. Изучение современного состояния вопроса моделирования в системе вода — нефть — порода показало, что исследования движения двухфазной жидкости методами математического моделирования проводились в основном на нефтяных месторождениях. В связи с этим в работе автором разрабатывалась методика моделирования процесса движения двухфазной жидкости в водоносном горизонте.

5. Разработаны математические модели процесса движения двухфазной жидкости в системе пода—нефть— порода в нерастворенном состоянии в напорных и безнапорных водоносных горизонтах. Математическая модель процесса совместного движения нефтепродуктов и подземных вод в напорном водоносном горизонте в отличие от предыдущих учитывает изменения пористости во времени и пространстве. Впервые разработана алгоритм реализации модели на ЭВМ с учетом ■ протиЕопотоковой матричной прогонки. Путем комплексирования Моделей фильтрации разновязкостных жидкостей разработан имитационная модель процесса совместного движения нефти и грунтовых вод При разработке алгоритма реализации этой модели на ЭВМ введены условия равенства давления на границе сопряжения двух жидкостей я условия, обеспечивающие положительность решения. Введение таких условий позволяет контролировать границы разных жидкостей и режим работы скважин при эксплуатации водоносного горизонта.

6. Составленный комплекс программ для ПЭВМ на языке БЕЙСИК в среде М£> ^ОЗ и оформленных в виде пакета прикладных программ (ППП), ППП—Р1ШПВ, позволяет решать стационарные п нестационарные обратные задачи по подбору геофильтрациониых параметров водоносного горизонта, проведению вычислительных

экспериментов для оптимизации и оценки эффективности реализации водоохранных мероприятий, а также имитировать Процесс накопления нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод.

7. В качества объекта исследования и реализации разработанной методики выбран Ташлакский участок Бешалышского месторождения подземных вод экологическая ситуации в пределах которого обострилась в результате поступления нефтепродуктов в водоносный горизонт. Составлена геофильтрационная модель участка с целью решения задач локализации движения нефтепродуктов, плавающих на поверхности подземных вод. Решением серии обратных задач уточнены значения водо —и нефтеотдачи, площадное изменение коэффициентов фильтрации для .нефти и воды исследуемого горизонта. Результаты показали, что водоотдача ц„"0,19, нефтеотдача цп = 0.06, коэффициенты (фильтрации д\я воды составляют от 10 до 60 м/сут., а для нефти 0,12 — 0.46 м/сут. Подобранные параметры обеспечивают совпадение общих направлений потока с минимальной разницей модельных и наблюденных значений уровней подземных вод месторождения.

8. По предложенной технологии гидравлической завесы рассчитаны оптимальные параметры депрессионной воронки, обеспечивающей создание достаточно большой емкости для сбора нефти над уровнем грунтовых вод. Оптимальная денрессиониая Воронка при одновременной эксплуатации скважин первой и второй очередей формируется при суммарном дебите откачивающих скважин — 151200 м'Усут., нагнетательных на левом фланге — 37800 м3/сут., на правом — 113400 м3/сут. При этом максимальное площадное понижение уровня грунтовых под в передней части депрессии составляет 3.8 м., подъем уровня на левом фланге 2.68 м., на правом фланге 4.08 м. В центральной части по линии тока понижение составляет 4.89 м., на периферийных частях депрессии '» пределах работы скважин второй очереди — 1.4 м, Время полного установления уровня подземных вод в депрессионной воронке — (К) — '.'О сут. '

9. Результаты изучения процесса накопления нефтепродуктов в образованной депрессионной воронке показали, что нефть, плавающая на поверхности подземных вод Ташлакского участки, накапливается за 450 — 480 сут. Мощность нефтяного слоя В центральной части депрессии составляет от 1.6 до.2 и., площадь нефтяного слоя сокращается до 3.6 •км2, т.е. на 2.0 км2.

10. В дальнейшем наши исследования должны быть направлены на разработку объемных моделей для решения задач по ликвидации нефта из .водоносного горизонта.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. К вопросу изучения процессов загрязнения подземных вод нефтепродуктами методом математического моделирования (на примере Ташлакского участка Бешалышского месторождения) //Депонировано в справочно —информационном фонде ТФНТИ ГКНТ РУз.Гч" 2513 —Уз 90 от 04.04.96 г. ( совместно с Хабибуллаевым И.Х., Сергеевым В.В., Сергеевой О.П.)

2. Управление процессом двухфазной фильтрации нефть-вода п водоносном горизонте.// Проблемы информатики и энергетики. -Ташкент, Фан. 1997. N5. С.37 —42.(совместно с Хабибуллаевым И.Х., Алимовым И.)

3. Результаты вычислительных экспериментов по реализации технологии очистки грунтовых вод Ташлакского участка Бешалышскога месторождения от нефтепродуктов//Гидрогеологичоскпе процессы и эволюция ресурсов подземных вод аридной зоны. —Ташкент, ГГП «Узбекгидрогеология». 1998. С. 24 —26. (совместно с Абдуллаекым Б.Д!

•1. Закономерности формирования слоя нефтепродуктов па поверхности грунтовых вод в пределах ореола загрязнения на Татлаксхом участке Ферганской области // Узб. геол. жури. —Ташкент., Фан. 1993. N2- С. 33—89.(совместно с Сергеевым В.В. Абдуллаевым Б.Д.)

3, Численные эксперименты по' изучению динамики перемещения слоя нефтепродуктов на профильной модели Ташлакского участка Б<?Ш4лыщского месторождения. // УзР ФА МТ.Урозбоев номндаги механика ва итпоотлар сейсмнк мусгахкамлиги института УзР нефть 185 газ саноати мухандислари илмий жамияти. Сукжликлар, куп фаза.«! из тутащ мухитлар механикаси, машиналар гидромосламаларини ' модедлаштирнш масалалартптг хоэирги эамон муаммолари республика илмий конференщмеи. Маърузалар тезислари туплами. —Ташкент., 1997 Лил 22 — 23 октябрь, {совместно с Хабибуллаевым И.Х., Сергеевой О.П.!

АННОТАЦИЯ

Ер сан сук :\шкалари1ш му.\офала нилиш чора тадбнрларшш цулланща грунт суклари усшда птшГ) юрувчн нефть ма.\сулотларшн! Пишш ж.чрш-кшш моделлямспфнш (Бешолиш ср ости суп ханпасшшпг Тошлоц худудн мш-олкда).

ДжуманонЖамолииж Худаикулонич

Тадкицотнинг aeoniii мацсади, ер осгн суп .ханллларпда m-ijm, махсулотларини Сшр я;ойга йигиш жарасшшн сопли моделлаштирнш усулшш ншлаб чи(;иш, алгоритм на дастурлар . комнлексшш яратши, [н'шолиш грунт сунн \ai«iu:!iniii;r Toimmi; ^удудида ne«jm> ми^сулотларн Гшлан нфлогланишшш чоклаш технология«) самаралилиппш асослашдан иборат.

Тадкнкотшшг лсогий интнжмлари.

1. !\р «сто суп .^пнааларпда грунт сувлари устида сузиб ' юрган 'нефть млуу.ютллршт бир жоига iiiunm -/КараГ-ншишг математик модели таклнф килишан.

2. Кр опп сунлари устида сузий юрган нефть ма.\су.ч<>тларн па грунт «уцларииинг биргалшдагн .\яракипшнг имитация модели, алгоритм!) на длстурлари ишлаб чнкилган. ;

.'t. Грунт сунлари ni! нсфп, ма.уулотлари учуй, ер ости сук шрижштишшг сшднрнш курситкичи, Нешолиш ер ocni суки \<mwai доимок худудн.ча нефл, махсулотларини ihmim чошда депрессии упкопп 1:ур<ат1:ичлари (чуиурлнги, ци.члшп, тургуи бу.шш liaient) лшгк-ишглн. К}> o<-rtt суниии му\(и|кил килиш чора тндбнрлариин ямалга оширншда нефть мауулотларини хлракат wxiiini lui уларни депрессия JiiKoinira тулчн ишилши найти мч-оЛланиш.

(\н ус-гида сутшб юргаи иефгз. ма\сулотлари па грунт еушшришни биргаликда .ч.цшкатланнш жараёиинн сопли моделлаштирнш yivivCnum иратиш, ер «м.-ш суп \аШ1аларида грунт с.уг.ларни му\офа.!л цилиш чпра гадбирларп тс.хнологшн-шш асоглаш, Iiejнолиhi ер ости i-yuii *ai:.i.icniiniii Тонмоц худуди мт-о.шда i'yu упида еузиб юрпш нефть ма^гулотлириин Гшшш маеалаларннн ечнми 6a;i;apiurait тадкнцоткнпг илмий ншплнгпдир.

Т!ициц<уп»11|г амалнй а\аминтн. Дн<те|>тацняда то кайф килшцин иа.шрин усул Форнша шаииашинг : (»ешолиш ср ости сунн дшиисшшт' Тошлоц \\-дуди тар|;алпш нсфп» ма.\еулитллриш) чснлаш .техиодогнкснии ншлаб чпк»ш жар.-кЧшд;! ку.м.шн.пни. Ицциб чццилган математик моделлаштирнш уелубистидан юкоридаппа Jxumm ej> oqni сув ланлаларцда. .\удудллрнда ер «<-ns ryiwiapDiiii м^о(|>а:т нмлиш чорв тдбнряарини лоГшхалаш учун, fyu.ni горнзонтларда ис||ггь ма.\еулотлг,рншшг гсомстршс кур'-;п1;ичларн, i«a:uinuin ^исоблашда, -ифлостшиш чсгар«а|,''тарналйшцнм r>uii;opax!aii!.ia, ер' ост» сувларкин' И«|)Л0СЯШ11Ш жараёнларшш чеклш] муаммолариин \ел кнлннца фоПда-^аинш мумюш.

SUMMARY

MODELING OF ACCUMULATION PROCESS OF OILPRODUCTS' FLOATING ON SURFACE OF UNDERGROUND WATERS IN WATER . CARRIER HORIZON AT REALIZATION WATER GUARD MEASURES (on the example of Tashlak plot in Bcshalysh deposits of underground waters)

The aim of work is a develop of the technique of numerical modeling of the accumulation process of oilproducts" floating on the surface of underground waters in the water carrier horizon and to use it at localization of petroleum pollution of soil waters of Tashlak. plot in Bcshalish deposits of underground waters.

On maintenance is put forward the following theses

1. Mathematical models of the accumulation processes of oilproducts' floating on the surface of the underground waters in the water earner hori/on are presented.

2. Complex of algorithms and programs of localization process oilproducts arc developed when solving water guard measures

. . 3. Results of numerical experiments on

-determining the nitration's parameters of the water earner horizon of Tashlak plot in Beshalish deposits of the underground waters are gaen

-the processes of oilproducts' accumulation floating on the surface of the enderground water and optimum conditions of the water guard systems' works arc studied in the work.

The scientific novelty of the executed researches to develop the numerical modeling technique of joint motion processes of oilproducts' and underground waters in the water carrier horizon also oilproducts" accumulation floating on the surface of the underground waters in case earning on the water guard measures in Tashlak plot of Bcshalish deposits as well

Realisation of results and practical value. Methodical -theoretical researches, were tested in the process of working out on the technology of oilproducts' localization in Tashlak plot of Bcshalish deposits ofi'crgana valley.

The technique developed and mathematical models csn be used when investigating the processes of pollution of underground waters forecasting the distribution of the pollution's area, determining the speed, direction of the i rot ¡on, geometrical parameters of the layer and accumulation of the petroleum m the water carrier horizon, designing realization Site wsicr guard measures in «iter .areas, sites and deposits of the underground waters.

Jamoljon Khudaykulovich Djumanov.