АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Методы прогнозирования и регулирования эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой
Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
Воронов Святослав Андреевич
Москва - 2013
Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)
Научный руководитель - Михайловский Александр Артемович, доктор технических наук.
Официальные оппоненты:
Гужов Николай Александрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник Центра разработки и эксплуатации газовых и нефтегазовых месторождений ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;
Енгибарян Аркадий Арменович, кандидат геолого-минералогических наук, начальник Управления геологии ООО «Газпром ПХГ».
Ведущая организация - ОАО «Газпром промгаз».
Общая характеристика работы
Актуальность темы
В ряде случаев водоносные пласты-коллекторы (пласты), используемые для подземного хранения газа, осложнены несколькими структурными поднятиями (куполами). При сооружении многозалежных ПХГ в таких куполах происходит газогидродинамическое взаимодействие искусственных газовых залежей, которое оказывает существенное влияние на формирование и основные технологические показатели их циклической эксплуатации.
Существующие методы расчета однозалежных ПХГ не позволяют учесть особенности эксплуатации гидродинамически взаимосвязанных залежей в многокупольном водоносном пласте. В разработанных методах расчета многозалежных ПХГ учитывается только возможность газодинамического взаимодействия газовых залежей (межкупольные перетоки газа). Условия и характер гидродинамического взаимодействия газовых залежей по водоносной части пласта при их разновременном вводе в эксплуатацию и асинхронных закачках и отборах газа до настоящего времени не изучались.
Поэтому разработка методов прогнозирования и регулирования создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой является актуальной темой исследований.
Целью работы является разработка методов прогнозирования и регулирования процессов создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой для повышения эффективности его работы.
Основные задачи исследований
1. Изучение основных гидродинамических проблем создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой.
2. Анализ существующих методов и разработка модифицированной балансовой модели гидродинамического расчета основных технологических показателей создания и циклической эксплуатации взаимодействующих газовых залежей ПХГ в многокупольном водоносном пласте.
3. Параметрические исследования влияния структурных и гидродинамических характеристик многокупольного водоносного пласта, режимов закачки и отбора газа на основные технологические показатели многозалежных ПХГ с единой водонапорной системой.
4. Разработка способа регулирования динамики газовых объемов залежей в структурных ловушках водоносного пласта с учетом проведенных исследований влияния систем размещения эксплуатационных скважин на распределение давления и газонасыщенности в пласте.
Научная новизна
Разработан комплекс методов гидродинамического расчета создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ в многокупольном водоносном пласте, позволяющий учесть гидродинамическое взаимовлияние газовых залежей, созданных в единой водонапорной системе, переменную газонасыщенность по зонам газоносности пласта в районе каждого купола и разнодренируемые области залежей.
Впервые изучено влияние определяющих структурных и гидродинамических факторов: расстояния между куполами, гидропроводности, размеров и граничных условий водоносного пласта, на технологические показатели работы многозалежных ПХГ с единой водонапорной системой. Результаты исследований позволяют совершенствовать методические основы технологического проектирования разведывательно-промышленной закачки и циклической эксплуатации многозалежных ПХГ с единой водонапорной системой.
Создана методика определения очередности и темпов заполнения ловушек газом многокупольного водоносного пласта с учетом геолого-технологических ограничений по максимально допустимому давлению разрыва покрышки, размерам газовых залежей в пределах ограниченных ловушек, условиям многолетней стабильной циклической эксплуатации залежей, позволяющая повышать эффективность сооружения и циклической эксплуатации многозалежных ПХГ.
Впервые проведены исследования влияния систем размещения эксплуатационных скважин и зонального распределения фильтрационно-емкостных свойств пласта (ФЕС) на динамику ГВК и пластового давления в газовых залежах многокупольного водоносного пласта ПХГ.
Разработан способ регулирования динамики газовых объемов в многокупольных водоносных пластах, позволяющий формировать компактные газовые залежи с максимальным коэффициентом газонасыщенности в пределах куполов путем распределения объемов и изменения темпов закачки и отбора газа по группам эксплуатационных скважин, расположенным в различных частях структурных ловушек, с учетом взаимовлияния залежей и зонального распределения ФЕС пласта.
Защищаемые положения
1. Комплекс методов расчета создания и циклической эксплуатации гидродинамически взаимосвязанных газовых залежей ПХГ в многокупольном водоносном пласте.
2. Методика определения очередности и темпов заполнения структурных ловушек, а также технологических режимов закачки и отбора газа на многозалежных ПХГ с единой водонапорной системой.
3. Способ регулирования динамики газовых объемов в структурных ловушках водоносного пласта, заключающийся в распределении темпов и объемов закачки и отбора газа по группам эксплуатационных скважин, расположенным в различных частях структурных ловушек.
Практическая ценность
Созданные методы прогнозирования и регулирования процессов создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой использованы при разработке технологических схем и проектов, составлении технологических режимов закачки и отбора газа на подземных хранилищах газа Российской Федерации (Карашурское, Невское, Гатчинское, Калужское, Краснодарское), Республики Беларусь (Прибугское, Осиповичское), Казахстана (Полторацкое), Голландии (Бергермеер).
Разработанные математические модели, составленные алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие осуществлять достоверный гидродинамический прогноз и эффективное регулирование циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ в многокупольном водоносном пласте, использованы при составлении технологического проекта Удмуртского Резервирующего Комплекса ПХГ, включающего Карашурское, Горюновское, Новотроицкое, Чежебашевское и Гардашурское поднятия.
Результаты выполненных параметрических исследований влияния структурных и гидродинамических характеристик многокупольного водоносного пласта использованы при подготовке проекта Федеральных норм и «Правил безопасности на подземных хранилищах газа».
Результаты диссертационной работы использованы при разработке СТО Газпром 2-3.5-442-2010 «Порядок создания подземных хранилищ газа», СТО Газпром 2-3.5-348-2009 «Порядок работ по авторскому надзору за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа в пористых пластах», СТО Газпром 2-3.5-391-2011 «Технологическое проектирование подземных хранилищ газа. Исходные данные», СТО Газпром 056-2009 «Основные положения по расчету и управлению резервами газа на подземных хранилищах».
Апробация работы
Основные результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на отраслевых и международных конференциях, научных семинарах, производственных научно-технических советах, среди которых:
- Международная конференция «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (ESGI 2009), 2009, Москва;
- Восьмая Всероссийская научно-техническая конференция, посвященная 80-летию РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2010, Москва;
- Вторая Международная научно-практическая конференция «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения», 2010, Москва;
- Третья Международная научно-техническая конференция «ПХГ: Надежность и эффективность» (UGS-2011), 2011, Москва;
- Девятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов “Новые технологии в газовой промышленности” (газ, нефть, энергетика), 2011, Москва;
- Третья научно-практическая молодежная конференция «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность», 2011, Москва;
- НТС молодых ученых и специалистов ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2012, 2013, Москва;
- Пятая Международная молодежная научно-практическая конференция «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность», 2013, Москва;
- Десятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов "Новые технологии в газовой промышленности" (газ, нефть, энергетика), 2013, Москва.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 25 статьях, в том числе 6 статьях в изданиях, включенных в "Перечень..." ВАК Минобрнауки РФ. Соискателю выдано 3 свидетельства, зарегистрированные в установленном порядке на программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников из 60 наименований. Общий объем работы составляет 124 печатные страницы. Текст работы содержит 41 рисунок и 6 таблиц.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы исследований, определена цель работы, поставлены задачи исследований, дана научная новизна, сформулированы защищаемые положения, показана практическая ценность, приведены сведения о внедрении результатов исследований и апробации работы.
Большой вклад в изучение проблемы эксплуатации взаимодействующих залежей внесли М.Т. Абасов, Н.К. Байбаков, К.С. Басниев, И.М. Бекетов, С.Н. Бузинов, С.А. Варягов, Ю.Н. Васильев, И.Г. Войцицкий, С.С. Гацулаев, П.А. Гереш, А.В. Григорьев, А.А. Енгибарян, С.Н. Закиров, Г.А. Зотов, А.П. Зубарев, Ю.П. Коротаев, Б.Б. Лапук, Е.В. Левыкин, В.М. Максимов, М.М. Максимов, Е.М. Минский, А.А. Михайловский, Г.В. Рассохин, Р.В. Сенюков, Ф.А. Требин, Ю.М. Фриман, С.А. Хан, А.Л. Хейн, И.А. Чарный, Е.В. Шеберстов, А.И. Ширковский, В.Н. Щелкачев и другие.
Первая глава посвящена изучению основных гидродинамических проблем создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей ПХГ с единой водонапорной системой.
Анализ работы ПХГ в многокупольных пластах-коллекторах показал, что в процессе создания и циклической эксплуатации искусственных газовых залежей с единой водонапорной системой может наблюдаться их активное газогидродинамическое взаимодействие.
Это приводит к тому, что при синхронных закачках и отборах газа в залежах происходит интенсивное повышение и снижение пластового давления в соответствующих сезонах, а так же продвижение ГВК в направлении областей повышенного напора при отборах и пониженного при закачке газа.
Так, в созданной Карашурской залежи Удмуртского Резервирующего Комплекса ПХГ, при амплитуде изменения пластового давления порядка 4 МПа относительно начального гидростатического значения, амплитуда изменения давления в Горюновском куполе составляет порядка 2 МПа.
В работах С.Н. Закирова, Б.Б. Лапука и П.А. Гереш выявлен ряд признаков, позволяющий определять наличие газогидродинамической связи между залежами ПХГ:
- тенденция к выравниванию пластовых давлений близкорасположенных залежей и одинаковый характер изменения статического давления по скважинам в залежах при различной производительности закачек и отборов газа;
- изменение пластового давления по наблюдательным скважинам не эксплуатируемых залежей ПХГ;
- более интенсивное падение давления по залежам, или ее отдельным участкам, не соответствующее величинам отбора газа.
Активное взаимодействие газовых залежей, созданных в единой водонапорной системе, обуславливает следующие основные проблемы и риски сооружения и циклической эксплуатации ПХГ:
В процессе закачки газа
- необходимость повышения давления нагнетания газа;
- опасность увеличения пластового давления в зоне расположения эксплуатационных скважин выше максимально допустимой величины, исходя из прочностных свойств покрышки и нарушения её герметичности;
- всплывание и растекание газа по прикровельной части пласта в направлении областей пониженного напора, опасность его ухода за замыкающую изогипсу и пластовых потерь;
В процессе отбора газа
- усиление избирательного продвижения и темпа обводнения отдельных участков залежей, приводящее к росту водного фактора по эксплуатационным скважинам ПХГ;
- значительное снижение пластового давления, которое вызывает уменьшение производительности эксплуатационных скважин и хранилища в целом;