Научные основы регулирования и контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ

Полученный опыт использования гидродинамических моделей показывает, что для типичных по сложности геологического строения объектов хранения газа трудовые и материальные затраты при исключительном использовании сложных трехмерных моделей оправдываются достигаемыми результатами на 50-60%. Это означает, что в 40% случаев те же результаты можно получать с меньшими затратами на более простых моделях.

Разработана структура иерархического комплекса гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа: по полноте описания происходящих в пласте физических процессов; способу описания взаимного вытеснения и совместной фильтрации газа и воды; размерности и системе координатных осей в динамико-кинематической схематизации фильтрационных потоков; размерам ячеек, равномерности сетки и масштабу осреднения параметров цифровых фильтрационных моделей пласта (рисунок 5).

В разработанной структуре в приближенных гидродинамических моделях ограничиваются рассмотрением лишь основных свойств газа и пластовой воды и наиболее значимых сторон происходящих в пласте процессов. В подробных гидродинамических моделях в наибольшей степени учитываются реальные свойства флюидов и породы и наиболее широкий круг эффектов и явлений физики газоводонасыщенного пласта. В подробных моделях рассматривается неполное вытеснение и совместное (двухфазное) течение газа и воды, может учитываться капиллярный гистерезис и гистерезис относительных фазовых проницаемостей для флюидов при их многократно чередующемся вытеснении. Кроме того, в подробных моделях может рассматриваться адсорбция газа горными породами, растворение газа в пластовой воде и конвективно-диффузионный перенос растворенного газа в водоносную область пласта. Подробные гидродинамические модели позволяют проводить детальные исследования отдельных процессов.

Рисунок 5 - Многоуровневая структура иерархического комплекса гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидродинамические модели с более низкой размерностью получаются путем последовательного интегрирования по исключаемым осям дифференциальных уравнений фильтрации газа и воды в моделях с более высокой размерностью. При этом в моделях с низкой размерностью используются масштабированные по исключаемым осям параметры детальной цифровой геологической модели пласта и модифицированные дополнительные фильтрационные параметры.

Цифровые фильтрационные модели пласта по размерам ячеек и масштабу осреднения параметров представляют собой последовательно построенные “сверху вниз” модели - от детальных сеточных мелкомасштабных до укрупненных крупномасштабных моделей.

В работе рассмотрены разновидности гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа.

Приведена балансовая модель газовой залежи при газовом и водонапорном режиме. Рассмотрены модификации балансовой модели газовой залежи, в которых учитываются основные особенности распределения давления и газонасыщенности в пласте путем той или иной геометрической схематизации пласта, детализации уравнения материального баланса газа в целом для залежи и расчетных формул вторжения-оттеснения пластовой воды в газовую залежь. В рассмотренных модификациях балансовой модели - зональной, слоистой, блочной, концентрированного расположения эксплуатационных скважин, переменной газонасыщенности по зонам газоносности учитываются общие репрессионные и депрессионные воронки давления по выделяемым укрупненным разнодренируемым участкам газовой залежи.

Среди модификаций балансовой модели рассмотрена отдельная группа “двухобъемных” моделей газовой залежи. В этих моделях газовая залежь представляется в виде двух виртуальных газодинамически связанных между собой объемов, пространственное положение которых не “привязывается” к конкретному геологическому строению пласта и системе размещения скважин. Здесь, в одном виртуальном объеме объединяются все активно аккумулируемые и дренируемые участки залежи, а в другом - все пассивно аккумулируемые и дренируемые участки. В связи с этим такие модели позволяют оценивать активно и пассивно аккумулируемые и дренируемые объемы газа в пласте даже в тех случаях, когда известны лишь наиболее общие особенности геологического строения пласта и системы размещения скважин.

В составе иерархического комплекса гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ приведена исходная трехмерная модель газовой залежи и ее окрестности и некоторые часто используемые гидродинамические модели с более низкой размерностью, в которых учет геометрии пласта осуществляется по рассматриваемым осям: двухмерная площадная с подошвенной водой, двухмерная площадная с контурной водой, двухмерная осесимметричная с подошвенной водой, двухмерная осесимметричная с контурной водой.

Рассмотрены разновидности аналитических моделей водоносной области, которые совместно с моделями газовой залежи и ее окрестности образуют полномасштабную гидродинамическую модель пористых пластов подземных хранилищ.

Пятая глава представляет результаты исследований условий стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации искусственных газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.

Проведенный параметрический анализ влияния основных геологических, гидродинамических и технологических факторов на процессы стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме показал следующее.

Размеры структурной ловушки водоносного пласта оказывают решающее влияние на процессы стабилизации и установившейся циклической эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ. Если размеры структурной ловушки водоносного пласта таковы, что ГВК не выходит за ее пределы, происходит стабилизация по годам средневзвешенного давления в газовой залежи и среднего давления в зоне расположения скважин. В случае ухода газа за пределы ловушки наблюдается совершенно иной механизм изменения давления в пласте. Падение давления в зоне расположения скважин связано с общим процессом падением давления в пластовой системе, что является результатом прекращения увеличения объема газа в пределах ловушки. При уходе значительных объемов газа за пределы ловушки расчетное давление в зоне расположения скважин может снизиться ниже нулевого уровня, и расчет дальнейшей циклической эксплуатации газовой залежи будет не возможным.

Увеличение амплитуды структурной ловушки водоносного пласта способствует ускорению стабилизации среднего давления в зоне расположения скважин при циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. При повышенной амплитуде ловушки достигаются более высокие значения средневзвешенной газонасыщенности в газовой залежи и зоне расположения скважин в конце сезона отбора.

Эксплуатация газовой залежи подземного хранилища в значительной степени зависит от гидропроводности (проницаемости) пласта. При низких значениях проницаемости пласта в газоносной части образуется значительная воронка депрессии. При заданном режиме закачки и отбора газа депрессионная воронка может увеличиваться настолько, что расчетное пластовое давление в зоне расположения скважин становится отрицательным и дальнейший расчет эксплуатация газовой залежи при этом режиме становится невозможным.

Единственным фактором, оказывающим позитивное влияние на компактное формирование газовой залежи подземного хранилища при ее создании, являются гравитационные силы, которые препятствуют распространению газа по пласту за пределы структурной ловушки. Гравитационные силы нивелируют перепады давления, вызванные фильтрацией флюидов. Влияние гравитационной составляющей перепада давления при вытеснении воды газом увеличивается с уменьшением скорости фильтрации и ростом проницаемости пласта. Расчеты показали, что снижение скорости фильтрации в 5 раз, за счет соответствующего увеличения периода создания газовой залежи, и повышение проницаемости пласта в 4 раза приводят более чем к 50% повышению средневзвешенной газонасыщенности и газонасыщенному поровому объему газовой залежи.

Темпы закачки буферного газа в процессе создания газовой залежи подземного хранилища в водоносном пласте в значительной степени обуславливают параметры и возможность ее многолетней стабильной циклической эксплуатации.

При медленном темпе закачки буферного газа газовая залежь в конце ее создания характеризуется повышенными значениями газонасыщенности пласта.

Главное различие вариантов по темпу закачки буферного газа заключается в том, что в случае форсированного темпа закачки объем ушедшего за пределы ловушки газа может увеличиться на столько, что последующая многолетняя циклическая эксплуатация газовой залежи станет невозможной. При медленном темпе закачки буферного газа, даже в случае ухода некоторого его количества за пределы ловушки, наблюдается стабилизация показателей циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища.

В работе показано, что после закачки буферного газа период стабилизации средневзвешенного давления в газовой залежи в конце сезона закачки и сезона отбора с начала ее циклической эксплуатации может составлять 5-10 лет. Еще большей продолжительностью характеризуется процесс падения среднего давления в зоне расположения эксплуатационных скважин. При этом в случае низкой гидропроводности пласта стабилизация пластового давления в зоне расположения скважин может не наступить.

Если при закачке при повышенных давлениях газ уходит за пределы ловушки в водоносную область пласта, обратное полное его “возвращение” при отборе невозможно, поскольку при отборе подвижность газа исчезает при значениях газонасыщенности, существенно больше нулевой. Возникают пластовые потери газа. Происходит уменьшение по годам средневзвешенной газонасыщенности в газовой залежи. Так проявляется явление “гидродинамической смерти” хранилища (по терминологии профессора А.Л. Хейна). Это явление наблюдается при хранении газа в горизонтальных пластах, где циклическая эксплуатация газовой залежи подземного хранилища сопровождается необходимостью ежегодно превышать объем закачки над объемом отбора газа. Если пласт имеет локальный подъем за замком ловушки, пластовые потери газа, связанные с его уходом за пределы ловушки, будут выше.

Таким образом, если в горизонтальном водоносном пласте пластовые потери газа сравнительно небольшие, то “гидродинамическая смерть” подземного хранилища довольно условна. В водоносном пласте с локальным подъемом за замком ловушки пластовые потери газа возрастают на столько, что значительно опускается давление в зоне расположения скважин и не имеется возможности циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища.

Оценку ежегодных пластовых потерь газа, связанных с его уходом за пределы структурной ловушки, можно условно проводить по величине расчетного превышения годового объема закачки над объемом отбора, при котором не происходит падение пластового давления в зоне расположения скважин. На эту величину необходимо ежегодно осуществлять дополнительную закачку газа для компенсации пластовых потерь с целью обеспечения стабильной циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. По расчетам ежегодные пластовые потери газа по причине его ухода за пределы структурной ловушки могут составлять до нескольких процентов от активного объема газа в пласте.

В условиях ограниченной структурной ловушки, когда ГВК выходит за ее пределы, с ростом величины активного объема газа увеличиваются годовые пластовые потери. Относительные годовые пластовые потери газа, представляющие отношение годовых пластовых потерь к активному объему газа, менее чувствительны к величине активного объема. Так, если с ростом активного объема в рассмотренных примерах в 1.5 раза годовые пластовые потери возрастают более чем в 3 раза, то относительные потери газа возрастают в этом случае всего на 4.3 %.

При ограниченной структурной ловушке с уменьшением общего объема газа в пласте пластовые потери газа, связанные с его уходом за пределы ловушки, уменьшаются. Относительные годовые пластовые потери газа, выражаемые отношением годовых пластовых потерь к общему объему, также уменьшаются, хотя менее интенсивно, чем абсолютные потери. С уменьшением в рассмотренных примерах общего объема газа в пласте на 35% годовые пластовые потери снизились в 9 раз, а относительные годовые пластовые потери - в 6 раз. При некотором общем объеме газа пластовые потери прекращаются, но при этом сокращается активный объем газа пропорционально снижению общего объема.

Варьируя размещением скважин, можно существенно улучшить условия эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. Из рассмотренных вариантов системы центрального, промежуточного и равномерного размещения скважин только при равномерном размещении наблюдается стабилизация давления в зоне расположения скважин и установившаяся циклическая эксплуатация газовой залежи подземного хранилища. При другом размещении скважин установившейся циклической эксплуатации газовой залежи при заданных режимах не происходит. Равномерное размещение скважин характеризуется пониженной амплитудой изменения давления в зоне скважин. Однако такая система размещения скважин имеет некоторый недостаток при эксплуатации, связанный с тем, что скважины размещаются вблизи ГВК и имеется повышенная опасность их обводнения.

В диссертации показано, что уменьшение активного объема газа при сохранении соотношения активного объема к буферному объему приводит к прекращению падения по годам давления в зоне расположения скважин и наступлению установившейся циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. Увеличение “веса” буферного объема газа в его соотношении с неизменным активным объемом газа мало влияет на характер снижения давления в зоне расположения скважин и не позволяет стабилизировать циклическую эксплуатацию газовой залежи подземного хранилища.

Из результатов расчетов следует, что при отборе газа в окружающем водоносном бассейне происходит значительное дренирование пласта - вблизи ГВК и на некотором удалении от него давление существенно падает по сравнению с начальным гидростатическим давлением. Поэтому оттеснение воды из залежи хранилища начинается при давлениях ниже начального гидростатического давления. И, наоборот, перед отбором давление в окружающей водоносной системе в процессе предшествующей закачки возрастает по сравнению с начальным гидростатическим давлением. Поэтому поступление воды в газовую залежь начинается при давлении выше начального гидростатического давления.

Показано, что в процессе стабильной циклической эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ при водонапорном режиме минимальный газонасыщенный поровый объем реализуется при давлении в залежи ниже начального гидростатического, а максимальный газонасыщенный поровый объем реализуется при давлении в залежи выше начального гидростатического давления.

Проведенные в диссертации исследования изменения давления (плотности газа в пластовых условиях) в зоне расположения скважин от объема газа в пласте при циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища при водонапорном режиме показывают следующее. Использование рекомендаций для определения объема газа в пласте, которые основываются на утверждении, что “давления, при которых достигаются максимальное и минимальное значения газонасыщенного порового объема, должны быть одинаковыми и равными давлению на контуре питания”, приводит к значительным ошибкам. Пониженные оценки объема газа в пласте, получаемые по таким рекомендациям, можно объяснить “мнимыми” пластовыми потерями газа по причине якобы его ухода за пределы структурной ловушки. В связи с этим, такие рекомендации не могут быть использованы для определения объема газа в пласте, а лишь для качественной оценки состояния газовой залежи подземного хранилища.

Часто наблюдаемое в практике резкое снижение пластового давления в зоне расположения скважин связано, как правило, не с потерями газа в пласте по причине его ухода за пределы ловушки, а с наличием существенной воронки депрессии в пласте. Поэтому при современном уровне развития математического аппарата по гидродинамическому моделированию газовых залежей подземных хранилищ делать допущение об отсутствии воронок депрессии при регулировании и контроле количества газа в пористом пласте недопустимо.

Исследования изменения газонасыщенности на внешней границе газовой залежи при ее циклической эксплуатации показывают, что если газ не выходит за пределы ловушки, происходит полная стабилизация газовой залежи хранилища. При этом наблюдается следующее объяснимое явление - с ростом давления, т.е. при закачке газа, газонасыщенность в последней газонасыщенной ячейке уменьшается.

Результаты проведенных исследований дают основание полагать о возможности эксплуатации подземного хранилища при незначительном уходе газа за пределы структурной ловушки.

В подавляющем большинстве случаев фактические технологические режимы циклической эксплуатации подземных хранилищ газа по причинам, связанным в основном с условиями газопотребления и газоснабжения, не соответствуют проектным классическим однолетним циклам, при которых от цикла к циклу остаются неизменными объемы и графики расхода газа при закачке и отборе.

При газовом режиме газовой залежи изменение технологического режима эксплуатации подземного хранилища в каком-либо цикле, как правило, не оказывает большого влияния на показатели последующих циклов эксплуатации.

Проведенные в работе исследования показали, что неклассический технологический режим циклической эксплуатации подземных хранилищ в ограниченной структурной ловушке водоносных пластов, особенно в условиях высокой гидропроводности (проницаемости), приводит к повышенному уходу газа за ее пределы и увеличению пластовых потерь газа. Неклассический технологический режим в таких условиях не позволяет вести многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию газовой залежи подземного хранилища.

В шестой главе рассмотрены вопросы регулирования количества газа в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.

В работе проведен сопоставительный анализ соотношения между буферным и активным объемом газа в пласте на отечественных и зарубежных подземных хранилищах. Установлено, что в России отношение активного объема газа к буферному объему более высокое. Для подземных хранилищ, созданных в газовых месторождениях, это отношение в среднем составляет 139%. Для подземных хранилищ в водоносных пластах оно равно 87%.

Выявлены основные факторы, влияющие на величину буферного объема газа в пористых пластах подземных хранилищ. Определены основные технологические методы снижения буферного объема газа в пласте, к которым относятся - повышение пластового давления, выбор рационального темпа закачки буферного газа при создании газовой залежи хранилища, интенсификация эксплуатационных скважин, использование скважин большого диаметра и горизонтальных скважин.

Разработан экспресс-метод оценки эффективности вариантов сооружения и циклической эксплуатации подземных хранилищ газа. Показано, что в оптимальном варианте доля затрат на создание буферного объема газа в пласте в незначительной степени зависит от удельных экономических нормативов, а определяется технологическими показателями подземного хранилища.

Рассмотрены основные проблемы создания газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами. Первая проблема заключается в том, что при закачке в результате всплывания и опережающего продвижения газа по кровле пласта-коллектора происходит его активное “растекание” по площади. В неоднородных пластах в условиях ограниченной ловушки существует повышенная опасность ухода газа за ее пределы.

Другая проблема создания газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках состоит в том, что вследствие активного всплывания газа не удается достаточно глубоко оттеснить подошвенные воды в зоне закачки от забоев нагнетательных скважин и достичь повышенных газонасыщенных толщин в области расположения эксплуатационных скважин. Газонасыщенные толщины могут лишь на несколько метров превышать вскрываемые мощности пласта.

При создании газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов большой толщины с активными водами образуется “тонкая” газовая залежь водоплавающего типа, достигающая значительных размеров по площади - возможно до нескольких километров в диаметре, но со сравнительно очень малой газонасыщенной толщиной в пределах двух-трех десятков метров.

Основная проблема эксплуатации тонких водоплавающих газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ с активными пластовыми водами состоит в опережающем “подтягивании” подошвенных вод и преждевременном обводнении эксплуатационных скважин, защемлении больших объемов остаточного газа в обводняемой области, уменьшении активного объема и увеличении буферного объема газа в пласте. Кроме того, в тонких водоплавающих залежах эксплуатация газовых скважин проводится в условиях возможного повышенного водного фактора отбираемого газа на забое скважин, что может вызывать существенную активизацию пескопроявлений, и вынужденного попутного выноса пластовой воды.

Рассмотрены основные технологические методы регулирования количества газа в пласте для решения гидродинамических проблем создания и эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами. К этим методам можно отнести: концентрированное размещение эксплуатационных скважин в центральной сводовой части структуры; “глубинную” закачку газа в водоносную часть пласта, в т.ч. закачку под слабопроницаемую перемычку; отбор газа из прикровельной части пласта путем перевода на ряде существующих вертикальных скважин интервалов вскрытия пласта в его прикровельную часть или применения горизонтальных скважин. Кроме того, для решения указанных проблем может использоваться комбинированная система нагнетательных и эксплуатационных скважин на хранилище, позволяющая реализовать селективную закачку и отбор газа.

В работе показано, что на действующих подземных хранилищах газа, при сложившейся системе размещения скважин и вскрытия пласта, основными эффективными технологическими методами решения гидродинамических проблем “всплывания” и “растекания” газа при его закачке, активного избирательного обводнения газовой залежи и скважин при отборе газа в условиях малой амплитуды ловушки с активными пластовыми водами являются изменение технологического режима эксплуатации хранилища и регулирование режимами эксплуатации групп скважин (зонное регулирование закачки и отбора газа).

На примере Щелковского подземного хранилища показаны результаты реализации указанных методов регулирования количества газа в пласте для решения проблемы стабилизации циклической эксплуатации тонкой водоплавающей газовой залежи в малоамплитудной ловушке водоносного пласта с активными водами.

Дано обоснование и рассмотрены основные результаты внедрения нового технологического режима эксплуатации хранилища и зонного регулирования темпов и объемов закачки и отбора газа по группам скважин.

К основным результатам регулирования можно отнести - “компактное” формирование в сезонах закачки газовой залежи в пределах Щелковского поднятия с предельными коэффициентами газонасыщенности щигровских неоднородных песчано-алевролитовых коллекторов в зоне расположения скважин, значительное увеличение дренируемой части общего объема газа в пласте в сезонах отбора. Дополнительными результатами реализации зонного регулирования закачки и отбора газа по группам скважин явились существенный прирост максимально возможных суточных отборов газа, кратное снижение водного фактора и пескопроявлений в скважинах, кратное уменьшение выбытия скважин из эксплуатации по причине образования песко-жидкостных пробок и свищей.

Главным результатом проведенных исследовательских и промышленных работ явилась разработка технологии регулирования количества газа в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами, позволяющей достигать стабилизации и обеспечивать последующую многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию “тонких” газовых залежей подземных хранилищ в сложных геолого-гидродинамических условиях.

Седьмая глава посвящена разработке комплекса аналитических методов контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ.

Комплекс включает методы на основе моделирования и статистические методы контроля.

К методам контроля количества газа в пористых пластах на основе моделирования относится объемный (геометрический) метод, базирующийся на геологической модели пласта, и гидродинамический (пьезометрический) метод, основывающийся на гидродинамических моделях пласта.

Объемным методом определяется количество находящегося в пласте газа. При наличии необходимых исходных данных с помощью объемного метода устанавливается распределение объема газа по всем пластовым составляющим. Гидродинамическим методом определяется аккумулируемое при закачке или дренируемое при отборе количество газа в пласте.

В работе рассмотрены факторы, обуславливающие точность определения объемным методом объема газа, находящегося в пласте на подземном хранилище. Показано, что на практике при отсутствии утечек газа из пласта может возникать расчетный “разбаланс” объема газа в пласте, достигающий нескольких десятков процентов. Под расчетным “разбалансом” объема газа в пласте понимается разница между учетным, числящимся по балансу газа на станции подземного хранения, объемом газа в пласте и рассчитанным объемным методом.

В диссертации показано, что расчетный “разбаланс” объема газа в водоносных пластах подземных хранилищ при достоверном его учетном объеме связан с ошибками, возникающими вследствие неполного расчета всех пластовых составляющих объемным методом.

В гидродинамическом методе контроля количества газа в пористом пласте используются гидродинамические модели пласта, описывающие взаимосвязь режимных показателей процесса хранения газа - расходов газа и давлений в скважинах, с параметрами цифровых фильтрационных моделей. Гидродинамический метод представляет собой решение обратных гидродинамических задач по идентификации параметров этих моделей на основе фактических данных (истории) хранения газа. Идентифицированные параметры адаптированных по фактическим данным хранения гидродинамических моделей можно принимать в качестве фильтрационно-емкостных свойств пласта и по ним определять аккумулируемые и дренируемые объемы газа в пласте.

В работе рассмотрены факторы, определяющие условность результатов адаптации к режимным показателям хранения газа. Условность результатов адаптации заключается в том, что параметры адаптированной модели, полученные по данным реализованной системы хранения газа, соответствуют сложившейся геометрии фильтрационных потоков в конкретных геологических условиях.

В диссертации разработаны принципы адаптации гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ по фактическим данным хранения газа. Разработанные принципы позволяют проводить удовлетворительную адаптацию гидродинамических моделей и определять аккумулируемые и дренируемые объемы газа в неоднородных пластах в условиях, когда в течение рассматриваемых периодов адаптации происходят существенные изменения системы хранения газа (системы размещения нагнетательно-эксплуатационных скважин и расходов закачки и отбора газа по ним).

Одним их основных факторов, определяющих результаты адаптации гидродинамических моделей, является достоверность замеряемых значений пластового давления в скважинах в неоднородных пластах. В связи с этим рассмотрены особенности замеряемых значений пластового давления в газовых скважинах в слоисто и зонально неоднородных пластах.

Показано, что для реальной на практике продолжительности остановки эксплуатационных или нагнетательных скважин (в пределах нескольких суток) замеряемые в них значения пластового давления лишь незначительно отличаются от давления в участках пласта с повышенной проницаемостью в окрестности скважин. Из этого следует, что по замеряемым значениям пластового давления может быть оценена лишь активная часть всего аккумулируемого или дренируемого объема газа, которая сосредоточена преимущественно в высокопроницаемых участках пласта.

В диссертации приведена графическая интерпретация метода материального баланса газовой залежи хранилища при газовом режиме, которая заключается в обработке промысловых данных об изменении во времени средневзвешенного по газонасыщенному поровому объему пластового давления и отобранного или закачанного объема газа по уравнению материального баланса в целом для газовой залежи. Проблема определения средневзвешенного пластового давления в целом по газовой залежи всеми известными методами заключается в том, что для этого требуются замеры пластовых давлений в многочисленных точках пласта по всему объему газовой залежи.

На практике пластовые давления замеряют в ограниченном числе скважин. Кроме того, в ряде случаев осреднение давлений не представляется возможным провести путем их взвешивания, а среднее давление находится как среднеарифметическое значение замеряемых давлений. В таких случаях, особенно при неравномерном размещении скважин в неоднородных пластах, определяется некоторое пластовое давление в районе расположения скважин. При использовании в методе материального баланса газовой залежи пластового давления в районе расположения скважин вместо средневзвешенного пластового давления, определяется не весь газонасыщенный поровый объем залежи и не все аккумулируемые и дренируемые объемы, а только некоторая их часть. Эта часть соответствует газонасыщенному поровому объему, аккумулируемым и дренируемым объемам газа в районе расположения скважин.

Разработана методика определения аккумулируемой и дренируемой частей общего и буферного объемов газа в пласте по данным отдельных сезонов закачки и отбора методом материального баланса газовой залежи при водонапорном режиме с учетом особенностей оттеснения и вторжения в залежь пластовых вод при циклической эксплуатации подземного хранилища.

Разработана методика определения дренируемых объемов газа в залежи по картам изобар с использованием зональной и сеточной площадных моделей пласта при газовом режиме. Показано, что не учет усиления неравномерности дренирования газоносных коллекторов при циклической эксплуатации подземного хранилища по сравнению с разработкой месторождения, на базе которого создано хранилище, может приводить к существенному завышению активно дренируемых объемов газа и расчетного активного объема, а также занижению буферного объема газа в пласте.

При определении количества газа в пористом пласте подземного хранилища объемным и гидродинамическим методами возможны случайные и систематические ошибки. В диссертации для оценки и учета этих ошибок и проверки соответствия найденного количества газа учетному количеству газа в пласте разработаны статистические балансово-объемный и объемно-гидродинамический методы контроля количества газа в пласте.

Случайные ошибки определения объема газа в пласте методами моделирования обуславливаются субъективным фактором и могут возникать при обработке и анализе геолого-геофизической и промысловой информации, а также при проведении расчетов.

Систематические ошибки определения объема газа в пласте объемным методом контроля могут быть следствием постоянного исключения из расчетов неконтролируемого объема газа той или иной пластовой составляющей или ее части, а также неконтролируемых утечек газа из пласта, произошедших до рассматриваемого периода эксплуатации хранилища. Кроме того, возможны отклонения учетного объема газа в пласте от истинных значений. Эти отклонения могут быть вызваны погрешностями при ведении баланса газа на станции подземного хранения и недостаточным списанием затрат газа на собственные технологические нужды.

Систематические ошибки в гидродинамическом методе контроля обуславливаются постоянным исключением из расчетов слабо или неконтролируемой части аккумулируемых и дренируемых объемов газа в залежи и ее окрестности.

Дано описание и рассмотрено применение балансово-объемного и объемно-гидродинамического методов контроля количества газа в пласте по уточнению пластовых составляющих, аккумулируемых и дренируемых частей общего и буферного объемов газа в пласте.

Показано, что совместное использование разработанных аналитических методов контроля дает возможность получать более достоверные сведения о значении, распределении и динамическом состоянии количества газа в пласте, а также об учетном количестве газа в пласте и балансе газа на подземном хранилище.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных в рамках настоящей диссертационной работы исследований и их практической реализации решена крупная научная проблема создания научно-методических основ регулирования и аналитического контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ, сооружаемых в водоносных пластах, истощенных, частично выработанных и неразрабатываемых газовых месторождениях, что позволило сделать следующие выводы.

1. Создана классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах, входящих в Единую систему газоснабжения, позволяющая по комплексу наиболее важных географических, геологических, технологических и технико-экономических признаков объяснять и прогнозировать технологические показатели подземных хранилищ и уточнять особенности применения методов регулирования и аналитического контроля количества газа в пластах разного геологического строения.

2. Проведены теоретические исследования гистерезисных явлений двухфазной фильтрации газа и воды в процессе их многократно чередующегося вытеснения в гидрофильных пористых средах, позволившие установить существенное влияние и необходимость учета эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости при разработке технологий регулирования и методологических основ контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ.

3. Разработаны методические основы дифференцирования общего и буферного объемов газа в неоднородных пористых пластах на составляющие, принимающие разное участие в фильтрационных процессах при закачке и отборе газа на подземных хранилищах. Проведены исследования затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание составляющих буферного объема газа в пласте.

4. Разработана методология рационального гидродинамического моделирования пористых пластов подземных хранилищ газа, предусматривающая упорядочение и использование разных по сложности гидродинамических моделей для адекватного решения задач регулирования и контроля количества газа в пластах разного геологического строения на всех этапах функционирования подземных хранилищ.

5. Проведены теоретические исследования создания и циклической эксплуатации газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме, на основе которых обоснованы основные геологические, гидродинамические и технологические факторы и условия, обеспечивающие стабилизацию и многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию искусственных газовых залежей.

6. Разработаны технологии регулирования количества газа в малоамплитудных структурных ловушках водоносных пластов с активными водами для решения гидродинамических проблем создания и циклической эксплуатации “тонких” газовых залежей подземных хранилищ. Практическая реализация результатов диссертационной работы показала, что на действующих подземных хранилищах при сложившейся системе размещения скважин и вскрытия пласта эффективными основными технологическими методами регулирования являются изменение технологического режима эксплуатации хранилища и регулирование режимами эксплуатации групп скважин (зонное регулирование закачки и отбора газа).

7. Разработаны научно-методологические основы аналитического контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ с использованием объемного и гидродинамического методов и впервые созданных статистических балансово-объемного и объемно-гидродинамического методов контроля. Опираясь на эти основы можно получать более достоверные сведения о значении, распределении и участии количества газа в фильтрационных процессах в неоднородных пористых пластах при закачке и отборе газа на хранилищах, а также о числящемся по балансу закачки-отбора количестве газа в объектах хранения и балансе газа на подземных хранилищах.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ, ИЗ ОБЩЕГО ЧИСЛА 46 ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Левыкин, Е.В. Влияние объема порового пространства выработанной залежи на технико-экономические показатели газохранилища / Е.В.Левыкин, А.А. Михайловский, Г.И. Солдаткин // Транспорт и хранение газа. - ВНИИЭгазпром, 1979. - № 5. - С. 27-37.

2. Михайловский, А.А. Методика расчета процесса создания и эксплуатации газохранилища в истощенной залежи / А.А. Михайловский // Труды МИНХ и ГП. - М., 1979. - Вып.146. - С. 45-54.

3. Михайловский, А.А. Оптимизация сроков создания подземных газохранилищ / А.А. Михайловский // Транспорт и хранение газа. - ВНИИЭГазпром, 1980. - № 10. - С. 25-36.

4. Михайловский, А.А. Определение варианта создания подземного хранилища газа / А.А. Михайловский // Транспорт и хранение газа. - ВНИИЭГазпром, 1982. - № 3. - С. 24-27.

5. Михайловский, А.А. Особенности применения метода изменения пластового давления для газовых залежей ПХГ, приуроченных к низкопроницаемым неоднородным коллекторам / А.А. Михайловский // Технология и техника создания подземных хранилищ газа в пористых средах. - М.: ВНИИГАЗ, 1987. - С. 29-37.

6. Михайловский, А.А. Использование ПХГ вдоль трасс магистральных газопроводов / А.А. Михайловский, С.Н. Бузинов, А.Е. Арутюнов и др. // Газовая промышленность. - 1989. - № 2. - С. 11-12.

7. Михайловский, А.А. Особенности технологии эксплуатации ПХГ в малоамплитудной структуре с активной подошвенной водой / А.А. Михайловский, С.А. Хан; Отделение подземного хранения газа. - М.: ВНИИГАЗ, 1995. - С. 97-99.

8. Михайловский, А.А. Математическое моделирование ПХГ в малоамплитудной структуре с подошвенной водой / А.А. Михайловский, С.А. Хан; Отделение подземного хранения газа. - М.: ВНИИГАЗ, 1995. - С. 118-120.

9. Бузинов, С.Н. Определение фильтрационно-емкостных параметров газоносного пласта неоднородных коллекторов по картам изобар / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский // 50 лет ВНИИГАЗу - 40 лет ПХГ. - М.: ВНИИГАЗ, 1998. - С.174-182.

10. Бузинов, С.Н. Математическое моделирование конвективной диффузии в пористой среде / С.Н. Бузинов, А.В. Григорьев, А.А. Михайловский // Математическое моделирование и информатика в научных исследованиях и научном проектировании газовой отрасли. - М.: ВНИИГАЗ, 2000. - С. 31-40.

11. Михайловский, А.А. Особенности применения газогидродинамических методов определения объема газа в подземных хранилищах, созданных в водоносных пластах и истощенных газовых месторождениях: материалы НТС ОАО «Газпром» «Современное состояние и перспективы совершенствования методов подсчета запасов газа по данным истории разработки» / А.А. Михайловский. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. - С. 217-243.

12. Михайловский, А.А. Опыт подсчета запасов газа в подземных хранилищах, созданных в водоносных пластах и истощенных газовых месторождениях: обз. инф. / А.А. Михайловский. - М.: ИРЦ Газпром, 2001. - 76 с. - (Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений).

13. Бузинов, С.Н. Щелковское подземное хранилище газа: проблемы, решения и перспективы / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский, А.Н. Соловьев и др. - М.: ИРЦ Газпром, 2003. - 58 с.

14. Михайловский, А.А. Применение метода годографа для оценки запасов газа в подземном газохранилище / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Проблемы и перспективы. - М.: ВНИИГАЗ, 2003. - С. 147-154.

15. Михайловский, А.А. Математическое моделирование подземных хранилищ газа: доклад на Международной конференции «ВНИИГАЗ на рубеже веков - наука о газе и газовые технологии» / А.А. Михайловский. - М.: ВНИИГАЗ, 2003. - С.14-19.

16. Михайловский, А.А. О гистерезисе относительных фазовых проницаемостей при разных направлениях вытеснения: воды - газом и газа - водой в гидрофильных пористых средах / А.А. Михайловский // Наука и техника в газовой промышленности. - 2004. - № 3-4. - С. 6-9.

17. Михайловский, А.А. Мониторинг аккумулируемых и дренируемых объемов газа при его подземном хранении с использованием математических фильтрационных моделей / А.А. Михайловский, С.И. Трегуб, А.В. Григорьев // Наука и техника в газовой промышленности. - 2004. - № 3-4. - С. 29-33.

18. Михайловский, А.А. Исследование и прогнозирование слабодренируемых и недренируемых объемов газа на ПХГ / А.А. Михайловский, А.В. Григорьев // Газовая промышленность. - 2004. - № 5. - С. 60-62.

19. Бузинов, С.Н. Балансово-объемный метод подсчета объема газа в пласте / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский, И. Щербицкис и др. // Газовая промышленность. - 2006. - № 11. - С. 82-83.

20. Михайловский, А.А. Классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах по технологическому режиму и объемным показателям циклической эксплуатации / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 189-201.

21. Михайловский, А.А. Объемы газа в подземных хранилищах, их пластовые составляющие и динамическое состояние / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 202-212.

22. Михайловский, А.А. Статистические методы контроля количества газа в подземных хранилищах в пористых пластах / А.А. Михайловский, С.Н. Бузинов // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 213-226.

23. Михайловский, А.А. Создание временных подземных хранилищ ПНГ в пористых пластах для его утилизации / А.А. Михайловский, Г.Н. Рубан, Ф.А. Бочков // Газовая промышленность. - 2008. - № 12. - С. 61-63.

24. Бузинов, С.Н. Эффект гистерезиса фазовых проницаемостей в процессах двухфазной фильтрации газа и воды / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский // Газовая промышленность. - 2009. - № 5. - С. 48-51.

25. Михайловский, А.А. Решение проблемы рационального использования нефтяного газа за счет временного хранения в пластах-коллекторах / А.А. Михайловский, С.Н. Бузинов, Ф.А. Бочков // Нефтяное хозяйство. - 2009. - № 8. - С. 91-95.

Размещено на Allbest.ru