Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Архипов Юрий Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБОСНОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в ООО «Газпром добыча Надым».

Защита диссертации состоится 18 мая 2011 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 511.001.01, созданного при ООО «Газпром ВНИИГАЗ», по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «12» апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. г.-м. н. Н.Н.Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

добыча газ скважина штуцирующий

Актуальность темы. Развитие газовой промышленности России сегодня и в обозримой перспективе связано не только с осваиванием новых месторождений, но и с совершенствованием систем добычи существующих геолого-технологических комплексов. Следует отметить, что разрабатываемые, уникальные по запасам природного газа месторождения на территории Ямало-Ненецкого автономного округа в большинстве своём выработаны на 50-80%. Слабоизученный процесс обводнения продуктивных пластов, изменчивость коллекторских свойств по площади и разрезу, снижение запаса пластовой энергии, накопление жидкости на забоях скважин и в трубопроводах системы сбора газа, абразивный износ промыслового оборудования осложняют управление разработкой месторождениями. При обосновании технологических режимов работы газовых скважин, особенно на поздних стадиях разработки месторождений, не в полной мере учитывается режим работы залежи, водо- и пескопроявления, влияние систем сбора, компримирования и подготовки продукции. При этом всегда существует неопределённость из-за частично недостоверной информации, случайных факторов. Фильтрационные модели сеноманских залежей не обеспечивают требуемой точности локального прогноза пластовых давлений в районах скважин. Поэтому совершенствование методов обоснования режимов работы скважин является актуальной темой исследований.

1. Изучение особенностей разработки сеноманских газовых залежей месторождений севера Западной Сибири. Оценка влияния внутрипластовых перетоков газа на распределение пластового давления и текущих запасов газа для эксплуатационных участков на примере месторождения Медвежье.

2. Научно-методическое обоснование перераспределения отборов газа по площади газоносности с целью наиболее полного извлечения газа из периферийных участков залежи.

3. Разработка методики обоснования оптимальных и допустимых технологических режимов работы системы добычи и сбора газа, в т.ч. на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений.

4. Совершенствование методики адаптации трёхмерных газогидродинамических моделей с учётом распределения текущего пластового давления в обводнённой части газовой залежи.

5. Разработка способа оперативной диагностики причин межколонных давлений в газовых скважинах.

Методы исследования.

Детальный анализ истории разработки газовых месторождений, методы прикладной математики, промышленные эксперименты, применение усовершенствованных программных комплексов для прогнозирования разработки месторождений. Для проведения исследований автором использованы методы математического гидродинамического моделирования и геолого-технологические модели Медвежьего, Юбилейного и Ямсовейского месторождений, созданные при его непосредственном участии, что позволило изучить процессы, происходящие как отдельных элементах системы «водоносный бассейн - газовая залежь - скважины - сеть сбора продукции», так и при взаимодействии между ними.

Научная новизна.

Разработана методика обоснования технологических режимов работы системы добычи и сбора газа в осложнённых условиях разработки газовых залежей (водопескопроявления, износ промыслового оборудования, снижение запаса пластовой энергии), обеспечивающая рациональную производительность скважин с учётом ряда геолого-технологических ограничений.

На основе статистического анализа промысловой информации по абразивному разрушению элементов наземного оборудования обоснован новый способ эксплуатации сеноманских газовых скважин, заключающийся в обеспечении скоростей газового потока в фонтанном оборудовании не более 9 м/с.

Разработан метод повышения производительности газовых скважин за счёт восстановления пластового давления в сводовой части залежи при остановке скважин в условиях значительного перепада пластовых давлений по площади газоносности.

Автором создана уточнённая геолого-промысловая модель сеноманской залежи Медвежьего месторождения, учитывающая зависимости пластового давления от суммарного отбора газа для эксплуатационных участков, динамику ввода скважин в эксплуатацию и массообменные процессы в пласте.

Усовершенствована методика адаптации трёхмерных гидродинамических моделей, что позволило более адекватно моделировать распределение пластового давления в обводнённой части газовой залежи и водоносном бассейне путём корректировки величин порового объёма ячеек, расположенных ниже отметки начального контакта «газ - вода».

На основе многолетних исследований автором разработан способ определения причин межколонных газопроявлений в скважинах, основанный на исследовании взаимосвязи между затрубным и межколонным пространствами скважин.

Основные защищаемые положения.

1. Методика обоснования технологических режимов работы системы добычи и сбора газа в условиях водопескопроявлений, позволяющая рассчитывать диаметры штуцирующих устьевых устройств для обеспечения наибольшей производительности скважин с учётом геолого-технологических ограничений и условий в системе сбора газа

2. Усовершенствованный метод оценки максимально допустимого дебита газовой скважины, обеспечивающий безаварийную работу скважинного оборудования, основанный на статистическом анализе скоростей газового потока в отводах фонтанной арматуры.

3. Способ оценки причин межколонных газопроявлений в скважинах, основанный на исследовании взаимосвязи между затрубным и межколонным пространствами скважин.

4. Способ повышения коэффициента газоотдачи за счёт более полной отработки периферийной части залежи, предусматривающий периодическую эксплуатацию скважин.

Практическая ценность полученных результатов.

В основу работы положены авторские исследования и инновации, реализация которых в течение пяти лет ведётся на месторождениях Крайнего Севера (Медвежье, Юбилейное, Ямсовейское). Автором предложена и внедрена в производство методика обоснования технологических режимов работы скважин, используемая при управлении разработкой месторождений ООО «Газпром добыча Надым» и при принятии решений по реконструкции промысловых объектов. Разработанная методика реализована в виде сервисных программ, которые позволяют оперативно определять режимы работы газовых скважин в условиях неопределённости геолого-технологической информации.

Созданные с участием автора трёхмерные гидродинамические модели использованы при составлении проектных документов по разработке сеноманских газовых залежей Медвежьего, Ямсовейского и Юбилейного месторождений.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались автором на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах, в том числе:

1. Международной научно-технической конференции, посвящённой 40 - летию ТюмГНГУ «Проблемы развития топливно - энергетического комплекса Западной Сибири на современном этапе», г.Тюмень, 2003г.;

2. Всероссийской научно - практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного использования низконапорного газа в устойчивом развитии социальной сферы газодобывающих регионов», г.Надым, 2003г.;

3. Шестой Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, г.Москва, 2005г.;

4. XIV научно - практической конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири», г.Тюмень, 2006г.

5. Научно - технической конференции молодых работников газовой промышленности «Поиск и внедрение новых технологий по решению проблем добычи и переработки газа и нефти на заключительной стадии разработки месторождений», г.Оренбург, 2008.

6. XIX Международный конгресс "CITOGIC-2009-Уфа", г.Уфа, 2009г.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 8 опубликованных работах, в том числе 3 работы в журналах, входящих в «Перечень …» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, 1 приложения и списка литературы из 60 наименований. Общий объем работы составляет 159 печатных страниц. Текст работы содержит 27 рисунков и 19 таблиц.

Автор выражает особую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Ю.Н.Васильеву за выбор направления исследований, ценные советы и предложения в ходе работ. Искренняя признательность и благодарность д.т.н. А.И. Березнякову, д.т.н. С.Н. Бузинову, А.С. Гацолаеву, Г.М. Гереш, к.т.н. В.Н. Гордееву, М.Н. Киселёву, д. г.-м. н. А.Н. Лапердину, д.т.н. В.Н. Маслову, д. г.-м. н. Г.И. Облекову, В.Б. Полякову, В.Г. Присекину, к.ф.-м.н. А.Н. Харитонову, к.т.н. И.М. Чуповой, к.т.н. А.Ю. Юшкову, к.т.н. И.Е. Якимову, к.т.н. П.С. Кротову, В.Н. Юмшанову и своим коллегам по коллективу ООО «Газпром добыча Надым» за оказанную помощь при выполнении работы.

Основное содержание работы

Во введении раскрыта актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы и основные задачи исследований, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость проведённых исследований.

В первой главе анализируются особенности текущего состояния разработки газовых месторождений ООО «Газпром добыча Надым» и в первую очередь сеноманской залежи Медвежьего месторождения, по которому накоплен уникальный опыт эксплуатации промысловых систем. Среди ученых и специалистов отрасли существуют весьма различные представления о принципах подхода к геолого-промысловому анализу в процессе разработки месторождений. Большое внимание этим вопросам для месторождений природных газов уделено в работах А.Г. Ананенкова, О.Ф. Андреева, З.С. Алиева, К.С. Басниева, С.Н. Бузинова, В.Ф. Горбачева, Л.Ф. Дементьева, В.А. Динкова, В.И. Ермаков, О.М. Ермилова, И.П. Жабрева, С.Н. Закирова, Г.А. Зотова, А.Н. Кирсанова, Н.Р. Ковальчука, С.В. Колбикова, Ю.П. Коротаева, Л.Д. Косухина, Г.В. Крылова, А.Н. Лапердина, В.Н. Маслова, Е.М. Нанивского, Б.Е. Сомова, В.В. Стрижова, А.П. Телкова, Р.М. Тер-Саркисова, М.А. Токарева, Ю.А. Урманцева, А.И. Ширковского, П.Т. Шмыгли, и др.

Изучение технологических режимов работы скважин позволило сделать следующие выводы:

- из сеноманской залежи Медвежьего месторождения отобрано более 80% запасов газа, пропорционально снижались пластовые давления;

- на сегодняшний день в условиях падающей добычи практически 30% действующего фонда скважин работают нестабильно в режиме самопроизвольных остановок из-за накопления жидкостных пробок на забое вследствие недостаточных скоростей газа для выноса жидкости на поверхность;

- скопление жидкости на забое скважин и в пониженных участках газопроводов снижает эффективность работы лифта, систем подготовки и компримирования газа и межпромысловых коллекторов;

- отсутствие чётких количественных критериев приводит к тому, что отборы газа по скважинам часто неоправданно ограничиваются из-за опасности возможных пескопроявлений;

- для скважин, работающих с жидкостью на забоях, отсутствует эффективная методика определения рабочих дебитов газа.

Существующая система контроля за режимами работы скважин предусматривает замеры параметров на устьях, но наличие жидкостных пробок на забоях искажает расчётные характеристики скважин, полученные по результатам газодинамических исследований, что приводит к неверному определению дебитов и к невозможности оперативного контроля за работой этих скважин. В настоящее время отсутствуют адекватные технологии определения объёмов механических примесей в потоке газа из скважин во времени.

Измерения пластового давления в приконтурных контрольных скважинах свидетельствуют о несоответствии темпов отбора газа из зоны размещения скважин и темпов притока газа в эту зону из периферийных участков из-за ухудшенной гидродинамической связи между периферийными и сводовыми участками залежи (рисунок 1). Внутрипластовые перетоки газа обуславливают непроизводительные потери пластовой энергии, что приводит к более быстрому темпу падения среднего пластового давления по залежи и снижению дебитов скважин.

На сегодняшний день на месторождении Медвежье более 92% скважин эксплуатационного фонда работает с межколонными давлениями (МКД) различной интенсивности. В связи с этим автором предложен способ диагностики технического состояния скважин. Выявление причин МКД является важной научной и практической задачей. С целью повышения надёжности и оперативной диагностики технического состояния газовых скважин с участием автора разработан способ и получен патент Российской Федерации на изобретение «Способ диагностики технического состояния газовых скважин», основанный на анализе соотношений между затрубным и межколонным давлениями [8].

Во второй главе приведён обзор предыдущих исследований, посвящённых методам моделирования процессов, происходящих в сложных геолого-технологических системах и пластах при разработке месторождений углеводородов, движения многофазной смеси в скважинах и системах сбора газа. Рассмотрены методы решения некоторых научных и практических задач, возникающих при разработке газовых месторождений с использованием методов двумерного моделирования (методика А.С. Гацолаева, В.П. Горохова, Л.Н. Семеновой). Промышленная эксплуатация сеноманской газовой залежи Медвежьего месторождения началась в апреле 1972 г. с вводом в эксплуатацию самого южного газового промысла (ГП) - 2. Позднее в период с 1973-1979 гг. были запущены в работу еще восемь ГП. Поэтапное освоение стало причиной возникновения внутрипластовых перетоков газа из области повышенных давлений в область пониженных. Следствием этого явились непроизводительные потери пластовой энергии, что привело к значительному темпу падения давления в присводовых частях залежи и к более интенсивному снижению дебитов скважин. Использование адаптированной двумерной модели залежи и фактических зависимостей текущего пластового давления от накопленной добычи газа Р_t/Z_t = f(Qдоб _t ) позволило выявить участки оттока и аккумуляции газа. Сопоставление графических зависимостей для каждой зоны отбора газа Медвежьего месторождения показало, что для участков “оттока” газа фактические кривые падения давления располагаются ниже кривой газового режима. По результатам расчетов на сеточной модели залежи зона отбора ГП-4 и 8а являются участками “подпитки” соседних зон, т.е. происходит “отток” газа в участки с более низкими пластовыми давлениями. При этом для участка ГП-8а характерно, что отток газа произошёл еще до начала эксплуатации скважин, расположенных на этом участке. Для зон отбора ГП-2, 3, 5, 6, 7, 8 характерно отклонение от теоретической прямолинейной зависимости падения давления в пласте. Они имеют вид аналогичный проявлению водонапорного режима. Для участка ГП-9 (рисунок 2) фактическая кривая Р_t/Z_t=f(Qдоб_t) имеет практически прямолинейную зависимость, что говорит об отсутствии влияния водонапорного режима на темп падения давления. Участок ГП-1 является зоной “транспорта” газа от зоны ГП-4 в южную часть залежи (ГП-3,2). Аккумуляции газа здесь практически не происходит, т.е. отток газа практически компенсирует приток. Анализ начальных и дренируемых запасов показал, что по участкам отбора ГП-8,7,6,5,3,2 дренируемые запасы больше геологических, что подтверждает приток газа с соседних участков.

Для участков ГП 4 и 8а - дренируемые запасы меньше геологических запасов, что свидетельствует об оттоке газа из этих участков залежи. По зоне ГП-9 дренируемые запасы меньше геологических, что может быть подтверждением внутрипластового перетока газа из этой зоны или неэффективной отработки периферийных участков залежи.

Сопоставление по зонам отбора графических зависимостей, построенных для условий газового режима, и фактических, а также схемы перетоков газа (рисунок 3), между зонами отбора газа, полученной в результате газодинамических расчетов на сеточной модели, показывает, что для зон отбора газа Медвежьего месторождения, которое разрабатывается в условиях водонапорного режима, одним из определяющих факторов вида зависимости Рt/Zt = f(Qдоб t ) являются внутрипластовые перетоки газа. Анализ вида фактических кривых зависимости приведённого давления от суммарного отбора газа позволил отметить, что в последние годы разработки месторождения для зон отбора ГП-2, 5, 7, 9 пластовые давления в зоне размещения скважин снижаются более быстрым темпом, чем в начальный период. Это свидетельствует об ухудшенной газодинамической связи между сводовыми и периферийными участками залежи в районах этих зон отбора газа, что доказывается разными темпами снижения пластовых давлений в эксплуатационном поле и на периферийных участках залежи.