Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния проблемы изучения газоконденсатной характеристики нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата в пластовом газе и большим этажом газоносности 13
2 Разработка новой методологии изучения газоконденсатной характеристики крупных нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности 33
2.1 Анализ современного состояния действующей и обоснование основных положений новой методологии 33
2.2 Определение понятия, цели и задачи газоконденсатних исследований для залежей с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности 40
2.3 Обоснование основных положений системного подхода при изучении газоконденсатной характеристики скважин и залежей 44
3 Обоснование новой терминологической системы 59
3.1 Анализ проблемы и необходимость создания новой терминологической системы 59
3.2 Обоснование исходных положений. Перечень терминов базовой понятийно-терминологической системы 64
4 Развитие технологий промысловых газоконденсатных исследований 76
4.1 Развитие методов определения оптимальных параметров режимов промысловых исследований 76
4.1.1 Общая характеристика проблемы выбора режима газоконденсатных исследований 76
4.1.2 Разработка методов определения минимально необходимой скорости выноса жидкой фазы с забоя скважин и прогнозирование изменения ее в процессе разработки 78
4.1.3 Исследование влияния пористой среды, условий фильтрации и депрессии на достоверность газоконденсатных исследований 90
4.2 Совершенствование технологий промысловых газоконденсатных исследований 108
4.2.1 Анализ современного состояния 108
4.2.2 Классификация методов и технологий промысловых исследований 112
4.2.3 Обоснование технологий исследований разведочных скважин 116
4.2.4 Разработка и совершенствование промысловых газоконденсатных исследований на УКПГ 122
4.3 Разработка технологий промысловых исследований добывающих и нагнетательных скважин в условиях промышленной реализации технологии повышения конденсатоотдачи на Вуктыльском НГКМ 146
4.3.1 Анализ проблемы 146
4.3.2 Технология промыслового контроля закачки "сухого" газа и отбора добываемой продукции 148
5 Совершенствование методов прогнозирования газоконденсатной характеристики 156
5.1 Новые задачи и возможности 156
5.2 Технологическая характеристика установок pVT и обоснование направления совершенствования их 160
5.3 Методика прогнозирования изменения содержания конденсата в пластовом газе и суммарной добычи его при разработке месторождения на режиме истощения 168
5.3.1 Анализ проблемы 168
5.3.2 Прогнозирование содержания конденсата в пластовом газе и конденсатоотдачи на основе результатов pVT-исследований 175
5.4 Методика прогнозирования изменения фракционного состава конденсата в процессе разработки месторождения 190
5.5 Методика прогнозирования изменения компонентного состава ретроградного и пластового конденсата в процессе разработки месторождений на режиме истощения 194
5.6 Методика прогнозирования изменения индивидуального компонентного состава газа (Ci, C2l Сз, iC4> пС4, Ск) в процессе разработки газоконденсатных месторождений на режиме истощения 204
5.7 Методика прогнозирования изменения плотности пластового газа в процессе разработки газоконденсатных месторождений (для пластовых и стандартных условий) 211
5.8 Методика прогнозирования изменения коэффициента сверхсжимаемости пластового газа в процессе разработки газоконденсатных месторождений 218
6 Совершенствование геохимических методов исследований 225
6.1 Геохимические исследования и их роль в общем комплексе исследовательских работ по изучению ГКХ 225
6.2 Обоснование направления развития методов и технологий аналитических исследований сепараторных проб газа и конденсата при определении компонентного состава продукции газоконденсатных скважин 228
6.3 Совершенствование технологий разгазирования проб сырого конденсата..239
6.3.1 Общие положения 239
6.3.2 Дегазация проб сырого конденсата 241
6.3.3 Совершенствование технологии дебутанизации конденсата с использованием процесса ректификации 242
6.3.4 Технология дебутанизации дегазированного конденсата с использованием процесса вымывания газовых углеводородов потоком гелия .247
6.4 Системный геохимический контроль и его комплексирование 251
7 Интерпретация газоконденсатных исследований и учет добычи полезных ископаемых в составе продукции скважин, характеризующихся дополнительным притоком газовых и жидких пластовых флюидов 260
7.1 Анализ проблемы 260
7.2 Сущность и цели интерпретации результатов газоконденсатного контроля 263
7.3 Методика расчета удельного содержания конденсата пластового газа и конденсатонефтяных компонентов пластовых жидких флюидов в составе добываемого газа скважин, характеризующихся дополнительным притоком пластовых жидких углеводородных флюидов 264
7.4 Учет и планирование добычи углеводородного сырья, полезных ископаемых в условиях разработки месторождения с закачкой "сухого" газа в пласт 282
7.4.1 Методика раздельного учета добычи пластового, тюменского и ретроградного газов, пластового и ретроградного конденсата для скважин, характеризующихся поступлением пластовых флюидов в газовой фазе 282
7.4.2 Методика раздельного учета добычи пластового, тюменского и ретроградного газов, пластового и ретроградного конденсата для скважин, характеризующихся дополнительным поступлением пластовых жидких флюидов287
8 Системный контроль изучения газоконденсатной характеристики 302
9 Исследование закономерностей газоконденсатной характеристики вуктыльского нгкм 327
9.1 Анализ результатов исследований по изучению начальной и контролю текущей ГКХ в начальный период разработки 327
9.2 Обобщение результатов газоконденсатных исследований в период разведки с целью разработки прогнозной конденсатной модели для начальных условий...339
9.3 Разработка конденсатопромысловой модели для завершающей стадии разработки Вуктыльского НГКМ 352
9.4 Разработка конденсатопромысловой модели Вуктыльского НГКМ 355
9.5 Средняя газоконденсатная характеристика месторождения и дифференциальная оценка запасов конденсата 365
9.6 Особенности планирования и учета добычи конденсата на Вуктыльском НГКМ. Сопоставление прогнозных и фактических данных 368
Заключение 375
Список использованных источников 377
- Анализ современного состояния действующей и обоснование основных положений новой методологии
- Развитие методов определения оптимальных параметров режимов промысловых исследований
- Технологическая характеристика установок pVT и обоснование направления совершенствования их
- Геохимические исследования и их роль в общем комплексе исследовательских работ по изучению ГКХ
Введение к работе
Актуальность работы. Современное состояние и тенденции развития ресурсной базы природного газа России и ОАО "Газпром" характеризуются ростом доли разрабатываемых запасов, приходящихся на глубокозалегающие нефтегазоконден-сатные и газоконденсатные залежи с высоким содержанием конденсата. В основных газодобывающих районах запасы на небольших глубинах в большей степени уже освоены. Перспективы развития газовой отрасли в этих районах связаны в основном с разведкой и разработкой глубокозалегающих залежей, а в ближайшей перспективе - с разработкой месторождений на шельфе России и в новых удаленных и труднодоступных районах. Но и здесь со временем необходимо будет переходить к освоению глубокозалегающих залежей, что будет являться долговременным стратегическим направлением развития газовой отрасли.
На смену достаточно простым неглубоким месторождениям все в большей степени приходят глубокозалегающие сложнопостроенные с высокими пластовыми давлениями и температурами и сложным составом пластовых флюидов. Поэтому требуется получение достоверной и полной информации о сложных пластовых газокон-денсатных системах, их промыслово-геологических и геохимических характеристиках. Важнейшей задачей изучения систем является прогнозирование их термодинамического поведения при разработке. Особое значение приобретают исследования газоконденсатной характеристики (ГКХ) залежей; они становятся одним из основных направлений информационного сопровождения разработки и эксплуатации таких залежей.
В конце 1960-х - начале 1970-х годов на начальной стадии освоения газоконденсатною залежи применявшиеся методы и технологии были основаны на опыте исследования газоконденсатных систем с содержанием конденсата в пластовом газе до 100-150 г/м3. Необходимо отметить большую положительную роль этих разработок, послуживших основанием для дальнейшего развития новых методов исследований месторождений углеводородов. Они обеспечили надежные и достоверные результаты изучения пластовых систем, что позволяло прогнозировать их фазовое поведение в процессе разработки месторождений.
Опыт освоения крупнейшего по тем временам Вуктыльского НГКМ (Республика Коми) показал, что для проведения комплексных исследований по изучению состава и фазового поведения сложных углеводородных смесей с высоким содержанием
конденсата требуется кардинальный пересмотр концепции в области существующих методов и технологии их изучения. Речь идет о создании нового методологического фундамента в области газоконденсатных исследований Вуктыльского и других месторождений подобного типа, открытых позже (Астраханское, залежи ачимовскои свиты месторождений Западной Сибири и т.д.). Такая необходимость обусловлена следующими причинами. Во-первых, научно-методическое и технико-технологическое обеспечение не отвечали значительно усложнившимся требованиям рассматриваемых месторождений, поэтому большой процент промысловых исследований выполнялся с недопустимо большими погрешностями. Во-вторых, газо-конденсатные исследования (ГКИ) проводились по очень ограниченному числу скважин (три-пять в год), а результаты их использовались для планирования и учета добычи конденсата по 170 скважинам, очень сильно отличающимся по геолого-промысловым характеристикам (по положению газоотдающих интервалов, по глубине и т.д.). Бездоказательно принималось, что во все скважины поступает только пла-стовый газ. В-третьих, часть скважин имела индивидуальные закономерности изменения качественной и количественной характеристик добываемой продукции в связи с поступлением пластовых жидких флюидов (сырой ретроградный конденсат, сопутствующие нефти). К 1985 г. количество скважин с жидкостными притоками составляло около 50. Значения ГКХ таких скважин существенно отличались от прогнозных.
По этим причинам складывалось крайне неудовлетворительное положение с планированием и учетом добычи конденсата. Опыт первых газоконденсатных исследований показал, что необходимо принимать во внимание особенности фазового поведения и условий фильтрации с учетом специфики крупных глубокозалегающих нефтегазоконденсатных месторождений (высокое содержание конденсата в пластовом газе, большой этаж газоносности, резко выраженная неоднородность коллекторов) и дифференцированное распределение содержания конденсата в пластовом газе по этажу газоносности. Критический анализ сложившейся ситуации позволил прийти к пониманию того, что с помощью традиционного методологического подхода достичь эффективного решения проблем изучения ГКХ нельзя. И решать многие проблемы пришлось уже в процессе разработки Вуктыльского нефтегазоконденсат-ного месторождения (НГКМ). Но самый главный барьер на пути повышения эффективности изучения ГКХ сложных месторождений типа Вуктыльского - это отсутствие четко сформулированной методологической концепции, позволяющей координировать деятельность по выбору направлений развития нормативно-методического и технико-технологического обеспечения, организации исследовательских работ по
изучению ГКХ и мониторинга добычи конденсата, сопутствующих нефтей и пластовых вод.
Одним из главных направлений повышения эффективности разработки месторождений является также применение постоянно действующих геолого-технологических компьютерных моделей разработки залежей. Но надежность этих моделей обеспечивается только при наличии полной и достоверной исходной информации. В настоящее время имеются программные комплексы, способные на достаточно высоком уровне осуществлять прогнозное моделирование разработки залежей. Для этих целей требуется подготовка надежной информационной базы, в основу которой должны быть положены результаты комплексных фундаментальных термогидродинамических исследований газоконденсатных систем крупных нефтега-зоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата. Методы и технологии этих исследований должны быть разработаны на основе новой методологической базы и практического опыта исследований рассматриваемых месторождений. Одним из приоритетных направлений современной прикладной науки является изучение фазового поведения сложных углеводородных систем на установках pVT.
Решению указанных проблем на основании системного подхода и опыта исследований Вуктыльского, Печорогородского и Западно-Соплесского месторождений посвящена эта работа.
Цель работы. Создание и внедрение научных основ термогидродинамических исследований газоконденсатных систем крупных нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности.
Основные задачи исследований.
Разработать методологические основы изучения ГКХ крупных нефтегазоконденсатных залежей с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности.
Разработать научно-методическое, технико-технологическое обеспечение изучения ГКХ скважин и залежей в процессе разведки и разработки.
Разработать научно-методическое и технико-технологическое обеспечение промысловых исследований в процессе промышленной реализации технологии повышения конденсатоотдачи на Вуктыльском НГКМ.
Изучить закономерности изменения ГКХ по разрезу залежи Вуктыльского НГКМ в начальных условиях и в процессе разработки.
Изучить закономерности фазового поведения пластового газа и фильтра-
ционных процессов пластовых флюидов в ходе разработки залежей на основе газо-конденсатных исследований.
Научная новизна.
Создана научно-методическая основа методологии газоконденсатных исследований крупных нефтегазоконденсатных залежей с высоким содержанием конденсата в пластовом газе и большим этажом газоносности.
Выполненные автором исследования развивают научные основы методического и технико-технологического обеспечения газоконденсатных исследований:
промысловых, экспериментальных (pVT) и геохимических;
обработки и интерпретации результатов исследований;
создания рациональных систем контроля ГКХ и эффективных комплексов исследовательских работ;
прогнозирования и учета добычи углеводородного сырья.
На основании промысловых и экспериментальных исследований впервые установлена закономерность изменения содержания конденсата в пластовом газе по разрезу залежи.
Разработана двухфакторная конденсатопромысловая модель, позволившая создать новое методическое обеспечение прогнозирования и учета добываемой продукции и дифференцированного распределения запасов конденсата по разрезу залежи.
Впервые в отечественной практике получены научно обоснованные и достоверные результаты по обоснованию фундаментальных закономерностей фазового поведения и процессов фильтрации пластовых флюидов в условиях реальных нефтегазоконденсатных залежей с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности, имеющие чрезвычайно большое значение для теории и практики разработки газоконденсатных месторождений.
Основные защищаемые положения.
Методология изучения ГКХ и мониторинга добычи углеводородного сырья для крупных нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности.
Теоретическое, научно-методическое и технико-технологическое обоснование промысловых, экспериментальных и геохимических исследований, обработки и интерпретации результатов исследовательских работ, планирования и мониторинга добычи углеводородного сырья.
Фундаментальные эмпирические закономерности и новые знания о фазовом
поведении пластовых флюидов и фильтрации их в реальных условиях конкретных месторождений.
Практическая значимость работы и внедрение результатов исследований.
Выполненная работа решает важнейшую научно-практическую проблему повышения эффективности разработки наиболее сложных по углеводородному составу и про-мыслово-геохимическим условиям залегания крупных нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности.
Разработаны и внедрены в практику изучения ГКХ и мониторинга добычи конденсата методики и технологии промысловых, экспериментальных и геохимических исследований на Вуктыльском, Печорогородском, Западно-Соплесском, Югидском, Печорокожвинском месторождениях ООО "Севергазпром", а также на ряде других месторождений ОАО "Газпром". Результаты этих исследований явились основой для нескольких методических руководств и инструкций, семи СТО ОАО "Газпром".
Результаты диссертационной работы использованы в подсчетах запасов и проектах разработки вышеназванных месторождений, технологических схемах эксплуатации Вуктыльского НГКМ в режиме хранилища-регулятора, в проектах эксплуатации опытных и промышленных полигонов Вуктыльского НГКМ и в других технологических документах по разработке и эксплуатации месторождений Тимано-Печорской провинции.
Апробация работы. Основные положения, вошедшие в диссертационную работу, докладывались на отраслевых совещаниях НТС и Комиссии по месторождениям и ПХГ ОАО "Газпром", заседаниях НТС 000 "Севергазпром", ученых советов ВНИИГАЗа и Севернипигаза, а также на российских и международных конференциях.
В частности, результаты доложены и обсуждены на:
научно-технической конференции "Рациональная разработка газовых, газо-конденсатных месторождений, пути повышения коэффициента конечной газоотдачи" (Ашхабад, 1989 г.);
Международной конференции "Разработка газоконденсатных месторождений" (Краснодар, 1990 г.);
Научно-техническом совете РАО "Газпром" "Обсуждение проблем повышения достоверности оценки запасов, полноты извлечения ресурсов газового конденсата на месторождениях РАО "Газпром" (Москва, 1997 г.);
Втором Международном симпозиуме "Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы их освоения" (Санкт-Петербург, 2000 г.);
Научно-техническом совете ОАО "Газпром" "Современное состояние и перспективы совершенствования методов подсчета запасов газа по данным истории разработки" (Москва, 2000 г.);
Научно-техническом совете ОАО "Газпром" "Пути совершенствования методики и организации исследований на конденсатность в ОАО "Газпром" (Москва, 2002 г.);
12-м Европейском симпозиуме "Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноизвлекаемых запасов" (Казань, 2003 г.);
Международной научной конференции "Современные проблемы нефтеотдачи пластов. "Нефтеотдача-2003" (Москва, 2003 г.);
X координационном геологическом совещании ОАО "Газпром" (Сочи, 2004 г.);
Бюро научно-технического совета ОАО "Газпром" "О совершенствовании методологии исследования на газоконденсатность и изменении состава и свойств добываемого конденсата во времени" (Москва, 2006 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 97 опубликованных работах, в том числе двух патентах, одном свидетельстве на полезную модель и двух монографиях. Восемь работ помещены в изданиях, предусмотренных ВАК РФ для опубликования основных результатов докторских диссертаций. Наиболее значимые из опубликованных работ приведены в автореферате.
Работа выполнена автором в отделе комплексных исследований газоконден-сатных и нефтяных месторождений филиала ООО "ВНИИГАЗ" -"Севернипигаз".
Теоретические основы разработки газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений с учетом фазового поведения и условий фильтрации пластовых флюидов заложены в трудах ученых: Аббасова М.Т., Андреева О.Ф., Басниева К.С., Баренблатта Г.И., Великовского А.С., Гриценко А.И., Гужова Н.А., Гуревича Г.Р., Желтова Ю.В., Желтова Ю.П., Жузе Т.П., Закирова С.Н., Зотова Г.А., Коро-таева Ю.П., Лапука Б.Б., Мирзаджанзаде А.Х., Николаевского В.Н., Рассохина Г.В., Сомова Б.Е., Степановой Г.С., Стрижова Н.Н., Тер-Саркисова P.M., Тривус Н.А., Требина Ф.А., Худякова О.Ф., Чекалюка Э.Б., Шмыгли П.Т., Ширковского А.И.
Особую значимость для разработки научных основ извлечения газоконденсатных смесей имеют теоретические, экспериментальные работы, промысловые исследования, выполненные Алиевым З.С., Басниевым К.С., Брусиловским А.И., Великов-ским А.С., Гацулаевым С.С., Гриценко А.С., Гриценко И.А., Гуревичем Г.Р.,
Дзюбенко А.И., Дурицким Н.Н., Желтовым Ю.П., Жузе Т.П., Задорой Г.И., Имануило-вым Р.Б., Корчажкиным Ю.М., Коротаевым Ю.П., Лапшиным В.И., Леонтьевым И.А., Мискевич В., Мирзаджанзаде А.Х., Намиотом А.Ю., Николаевым В.А., Островской Т.Д., Перепеличенко В.Ф., Рейтенбахом Г.Р., Саввиной Я.Д., Тер-Саркисовым P.M., Трегуб Н.Н., Умаровым А.Х., Худяковым О.Ф., Чашкиной Ю.Ґ., Ширковским А.И., Юшкиным В.В. и другими.
Из зарубежных авторов следует отметить Джонса А., Катца Д., Курага Ф., Крон-квиста И., Ли Б., Маскета М., Мозеса Ф., Оганика Е., Питцера К., Прауснитца Д., Рида Р., Робинсона Д., Сейджа Б., Стендинга М., Шервуда Т., Эдмистера В., Ярбору-ха Л. и др.
Благодарности. Автор благодарен коллективам филиала ООО "ВНИИГАЗ"-"Севернипигаз" и 000 "ВНИИГАЗ" за всестороннюю поддержку работы.
Автор особо признателен своему учителю доктору технических наук профессору Тер-Саркисову P.M. за большую помощь в процессе совместной работы по решению проблем, рассматриваемых в диссертации.
Автор выражает благодарность за помощь в подготовке и оформлении диссертации Мироновой Т.В., Корненковой М.В., за поддержку и внимание при работе над диссертацией - Гурленову Е.М., Гужову НА, Иванову В.В., Ермаку В.И., Мордвинову А.А., Назарову А.В., Николаеву В.А., Цхадая Н.Д., Шелемею СВ.
Анализ современного состояния действующей и обоснование основных положений новой методологии
Тридцатилетний опыт исследований месторождений Тимано-Печорской провинции можно охарактеризовать как время активного пересмотра и переосмысления теоретических и методологических основ технологии изучения ГКХ залежей, разработанной на базе опыта исследований неглубоких месторождений с небольшим содержанием конденсата и относительно простыми геолого-промысловыми условиями.
С точки зрения получения данных для подсчета запасов и проектирования разработки к газоконденсатных месторождениям предъявлялось одно дополнительное требование по определению прогнозных зависимостей пластовых потерь конденсата и изменения содержания его в пластовом газе в процессе разработки. И поэтому уже первый опыт исследований Вуктыльского НГКМ позволил сделать вывод о таком низком уровне изучения ГКХ крупных нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата и большим этажом газоносности, что стало возможным говорить об информационном кризисе. По сравнению с месторождениями с низким содержанием конденсата, залегающими на небольших глубинах, объект изучения настолько изменился, что стал представлять собой большой геолого-технический комплекс, а технология изучения ГКХ - наиболее сложную, наукоемкую отрасль знаний. Парадокс заключается в том, что для таких разных по сложности месторождений пытаемся использовать единую методологию изучения ГКХ, разработанную для условий достаточно простых месторождений. Поэтому в нормативно-методических документах методики и технологии исследовательских работ были приведены без научного и метрологического обоснования, без объяснения исходных принципов и положений. Видимо, считая, что они достаточно просты, ограничились только указанием на их принципиальную основу. Вместе с тем специфика процессов, протекающих в залежах с высоким содержанием конденсата, требует усовершенствования имеющихся и создания новых методик и технологий газоконденсатных исследований, изменения подхода к организации, планированию и управлению исследовательскими работами [4, 56].
Поэтому в настоящее время в отрасли сложилась ситуация, когда в процессе промысловых и лабораторных исследований при изучении ГКХ используются разнотипные методики и технологии, отсутствует системный, целенаправленный подход к получению достоверных информативных данных в необходимом объеме, в крайне неудовлетворительном состоянии находятся метрологическое обеспечение и стандартизация методик и техники ГКИ. Все эти факторы в конечном итоге приводят к крайне низкому качеству получаемых материалов и, как следствие, к несоответствию требованиям, предъявляемым к подсчету запасов, проектированию и контролю разработки месторождений углеводородного сырья.
Но самый главный барьер на пути повышения эффективности изучения таких сложных месторождений заключается в том, что нет четко сформулированной методологической концепции, позволяющей направлять исследовательскую деятельность по определению начальной и контролю текущей ГКХ скважин и залежей в целом.
Основным и наиболее достоверным источником информации о составе и свойствах пластовых газоконденсатиых систем является технология ГКИ, базовыми элементами которой являются промысловые исследования скважин методом промышленных отборов газа и экспериментальные исследования фазового поведения пластовых флюидов на установках pVT.
При газоконденсатных исследованиях происходят следующие процессы: - фазовые превращения и фильтрация углеводородных смесей в объеме дренирования скважиной продуктивного пласта; - фильтрация двухфазной газоконденсатной смеси в призабойной зоне скважины; - движение двухфазного газожидкостного потока (газ - конденсат - вода) в вертикальных (скважины) и горизонтальных (шлейфы) трубах; - сепарация газожидкостных потоков в сепарационных аппаратах; из газового и жидкостного потоков производят отбор проб для специального анализа.
Перечисленные процессы являются составными элементами единого процесса, называемого газоконденсатным исследованием скважины. Таким образом, чтобы описать теоретически газоконденсатные исследования, следует описать каждый элемент этого процесса. Поскольку эти процессы различны по своей природе, то и для научного обоснования газоконденсатных исследований должны использоваться сведения из термодинамики, физики, физической химии и газогидродинамики, метрологии. Из них берутся частные теории - фазовых превращений и сепарации углеводородных смесей, фильтрации пластовых флюидов, течения двухфазных газожидкостных смесей в вертикальных и горизонтальных трубах. При исследованиях применяются специальная техника и аппаратура, которая также имеет свое теоретическое описание. Интерпретация результатов и их научное и инженерное приложение предопределяют комплексное использование геохимических, геофизических, геологических, газодинамических и гидрогеологических исследований скважин, а также физико-химических и спектральных исследований газов, конденсатов, нефтей и сопутствующих вод.
Из приведенного выше следует, что научные основы технологии изучения ГКХ скважин и залежей представляют собой совокупность сведений из различных областей научных и практических знаний. В этом заключается сложность постановки задач и их решения при создании нормативно-методической базы технологии газоконден-сатных исследований.
Теоретические основы рассматриваемой области знаний концентрируются в некоторые группы представлений, слабо связанных между собой, четко не очерченных, с неопределенной областью применения. Чтобы построить целостную систему изучения ГКХ залежей, необходимо решить целый ряд различных задач, относящихся нередко к весьма удаленным друг от друга научным дисциплинам. Простое суммирование результатов этих дисциплин не только не давало единой, целостной картины изучения ГКХ, но и часто приводило к путанице и противоречиям.
Характерная особенность в становлении газоконденсатного научного направления заключается в том, что развитие знания не совпадает с процессом использования "готовой" системы знаний. Это развитие не может быть представлено как плавный процесс накопления новых фактов и обобщений на основе раз и навсегда данной исходной системы понятий. В развитии ГКИ наступил тот период, когда система знаний начала "давать сбои" и перестала работать с прежней безотказностью. С накоплением новых промысловых и экспериментальных данных при переходе к глубокозалегаю щи м месторождениям с высоким содержанием конденсата в газе существующая система знаний перестала выступать как средство, объясняющее основные факты, накопленные в процессе газоконденсатных исследований. Часто эти данные допускают лишь такое объяснение, которое противоречит некоторым основным теоретическим положениям, принятым при обосновании технологии ГКИ.
Развитие методов определения оптимальных параметров режимов промысловых исследований
На достоверность результатов газоконденсатиых исследований большое влияние оказывает режим работы скважин. В существующих директивных и методических работах отмечено, что режим работы скважин при газоконденсатиых исследованиях обусловливают величина депрессии, скорость газа на забое, эффективность сепарации.
В соответствии с инструкцией [218], действующей до 1990 г., считалось, что достоверность газоконденсатиых исследований обеспечивается при следующих параметрах: депрессия на пласт не более 10 % пластового давления, сепаратор работает с нагрузкой не более 50 % его паспортной производительности, скорость восходящего потока у башмака лифтовых труб свыше 4 м/с. В инструкции [94] требования были изменены: депрессия на пласт не более 20 % пластового давления, сепаратор работает с нагрузкой не более 90 % его паспортной производительности. В работе [228] уточняются требования к режимам газоконденсатиых исследований: депрессия на пласт не более 10 % пластового давления при кратковременных исследованиях (2-3 дня) и до 20 % при продолжительных исследованиях, сепаратор работает при 50 %-й нагрузке его паспортной производительности.
Рассмотренные выше требования связаны с ограничениями режима исследований: 1) условие поддержания скорости не ниже минимальной (при которой и выше которой обеспечивается установившийся вынос жидкой фазы из скважины) определяет нижнюю границу дебитов; 2) ограничения по депрессии и пропускной способности сепарационного оборудования - верхнюю границу дебитов. Следовательно, получение достоверной информации возможно только в ограниченном диапазоне дебитов. В работах [80, 155, 227, 228] указано, что нарушение отдельных требований инструкции приводит к значительному искажению результатов исследований. Практикой исследований месторождений Тимано-Печорской провинции установлено, что в действительности для большинства скважин, особенно эксплуатационных, невоз можно выполнение всех требований, и это приводит к субъективизму в выборе режимов исследований. Аналогичная картина наблюдается и в других газодобывающих районах страны.
Изучение состояния проблемы выбора режима работы скважин при газокон-денсатных исследованиях показало, что, несмотря на то, что этому вопросу уделяется большое внимание, пока нет относительной ясности при выборе параметров. И это объясняется не только существующими значительными разногласиями специалистов по вопросам фильтрации в депрессионных воронках и движения газожидкостных смесей в трубопроводах и сугубо индивидуальным подходом каждого исследователя, а прежде всего, сложностью проблемы [188].
Анализ работ по выбору режимов исследований показал, что выводы в них во многих случаях недостаточно обоснованы. Обычно устанавливается факт изменения содержания конденсата при изменении режима работы скважины, а причины, вызывающие это изменение, определяются на основании изучения влияния отдельных факторов. Часто влияние отдельных факторов объясняется в форме гипотез, а также на основании косвенных определений, либо по аналогии с исследованиями других скважин и месторождений.
Недостаток такого подхода заключается в том, что в основе выводов лежат не строгие факты, а еще не доказанные предположения. Неоднозначность смысла гипотез не обеспечивает однозначности выводимых суждений. Например, если изменение содержания конденсата связывать с выпадением конденсата внутри депрессионных воронок, то надо иметь надежное доказательство, что нет уноса конденсата из сепараторов и не происходит накопления конденсата в стволе скважины. При наличии пульсаций по расходу газа и конденсата, давлению необходимо достоверно установить место и причину возникновения пульсаций: пласт, ствол скважины, поверхностное оборудование и коммуникации.
Для однозначного решения методических задач по обоснованию режимов газо-конденсатных исследований надо рассматривать объект "пласт-скважина-сепарационная установка" как единую систему, изучать все звенья этого комплекса, проводить стыковку всех звеньев в единое целое и анализ их функционирования совместно и одновременно. Следует проводить прямые измерения по изучению выноса конденсата из пласта и скважины, обоснованию эффективности сепарации. Система контроля параметров должна обеспечивать оперативное нахождение источников появления случайных факторов и погрешностей. В этом и заключается новая концепция. Решение этих задач возможно только на основании комплексных исследований. И в комплекс должны входить газоконденсатные, газодинамические, геофизические и геохимические виды исследований. Кроме того; необходимо еще, чтобы технический уровень исследовательской аппаратуры и оборудования также позволял однозначно решать поставленные задачи.
Достоверность газоконденсатных исследований обеспечивается при режимах работы скважин, обеспечивающих установившийся вынос жидкой фазы. В связи с этим актуальной является задача создания простого и надежного метода определения условий установившегося выноса жидкости при исследовании газоконденсатных скважин. Но особое значение изучение условий выноса жидкой фазы из скважины приобретает на поздней стадии разработки, так как в связи со снижением дебитов, давлений, поступлением пластовых флюидов (выпавший конденсат, нефть, вода) условия эксплуатации скважин значительно ухудшаются. Это может привести к выбыванию скважин из действующего фонда и значительному ухудшению технико-экономических показателей разработки. Знание граничных условий работоспособности скважин позволит досрочно предвидеть самоглушение скважин и своевременно принять необходимые меры, подготовить требуемые технические и технологические решения по удалению жидкой фазы из скважин.
Вопросы движения двухфазных потоков являются предметом широких теоретических и экспериментальных исследований у нас в стране и за рубежом. Понимание закономерностей движения потоков существенно расширилось, усовершенствованы физико-математические модели, описывающие движение двухфазных потоков с помощью систем дифференциальных уравнений. Но, к сожалению, существуют серьезные обстоятельства, которые практически полностью исключают использование их для расчета условий выноса жидкой фазы конкретных скважин месторождений. Это обусловлено двумя причинами.
Технологическая характеристика установок pVT и обоснование направления совершенствования их
Прогноз фазового поведения пластовых газоконденсатных систем с высоким содержанием конденсата относится к наиболее сложным и наукоемким видам исследований. Осуществляется он на основе экспериментальных исследований на установках pVT. Достижение необходимого уровня точности и достоверности получаемой информации при изучении таких сложных газоконденсатных систем невозможно без современной научной аппаратуры, созданной на базе новых высоких технологий и техники. Учитывая, что будущее развитие газовой отрасли в значительной степени будет связано с освоением глубокозалегающих залежей, потребность в этой технике будет постоянно возрастать. В газовой отрасли России сложилось крайне неудовлетворительное положение в этом направлении, так как установки pVT уже более двадцати лет вообще не выпускаются. Хотя в период становления газоконденсатных исследований в 1960-е годы были разработаны и начали выпускаться уникальные для того времени установки УГК, а затем УФР, но в 1980-е годы выпуск их был прекращен. Поэтому на данном этапе следует ориентироваться на использование импортных установок pVT, но параллельно необходимо начинать работы по созданию отечественного оборудования.
Экспериментальные исследования фазового поведения пластовых газов проводят на установках фазовых равновесий, основным элементом которых является оборудованная смотровым окном камера pVT. Используются камеры различных конструкций, рассчитанные на разные условия эксплуатации (давление, температура, объем, наличие агрессивной среды) (табл. 5.1)
Установки УГК очень хорошо зарекомендовали себя в работе и позволили с необходимой точностью определять требуемые параметры. Объем камер этих установок 3000-3500 см3. Изменение объема камеры pVT и узла замера конденсата производится за счет перемещения поршней. Две установки выпуска 1968 г. успешно работают в Севернипигазе до настоящего времени. В них только изменены устройства визуального контроля, изменена конструкция самого устройства, и подключена видеосистема.
В 1970-е годы начали выпускаться установки УФР. Они были такого же типа (поршневые), но рассчитаны на более высокие термобарические условия (рр = 100 МПа, tp = 200 С), но с меньшим объемом камеры pVT (V,, = 1200 см3). Но, к сожалению, выпуск установок УГК и УФР был префащен, и в 1980-е годы в Советском Союзе стали использоваться импортные ртутные установки (Magra-pVT и RUSKA). Однако из-за высоких требований к безопасному проведению работ они перестали использоваться. За рубежом также вынуждены были вернуться к использованию установок поршневого типа, так как современные уплотнительные материалы уже позволяли разрабатывать установки для работы в условиях высоких термобарических параметров.
В 1994-1995 гг. Газпромом были приобретены две установки pVT RUSKA (модель 3700): одна передана во ВНИИГАЗ; другая (в 1995 г.) - в Северншигаз, где находится в постоянной эксплуатации, отличается надежностью в работе и простотой в обслуживании.
Для обоснования выбора установок pVT для экспериментальных исследований пластовых газоконденсатных систем с высоким содержанием конденсата рассмотрим их конструктивные особенности.
Установка УГК-3. В установке камера pVT представляет собой цилиндр, в котором помещен поршень с выведенным через крышку цилиндра штоком, снабженным измерительной шкалой (рис. 5.3). Внутри штока имеется безобъемная мешалка, приводимая в движение электромагнитом. Конструкцией установки предусмотрен жидкостный обогрев камеры pVT, для контроля температуры в нижней крышке цилиндра оборудовано место под термометр. Ниже смотрового окна помещен измерительный поршень (меньшего сечения, чем поршень, помещенный в верхней части камеры), который перемещается при помощи электродвигателя.
Верхний поршень камеры перемещается благодаря гидравлическому давлению, создаваемому маслом, нагнетаемому насосом в камеру pVT. Насос состоит из двух измерительных прессов, приводы плунжеров которых соединены шестернями так, что, когда один из прессов нагнетает масло, другой засасывает его из напорных бачков 2.
Верхний поршень передвигается во столько раз медленнее нижнего измерительного поршня, во сколько раз его сечение больше. Это дает возможность при одновременном передвижении обоих поршней совместить уровень жидкой фазы с центром смотрового окна без изменения объема и давления пробы.
Геохимические исследования и их роль в общем комплексе исследовательских работ по изучению ГКХ
Практика исследований крупных сложно построенных нефтегазоконденсатных месторождений с большим этажом газоносности и высоким содержанием конденсата показывает, что для эффективного решения задач поиска, разведки, проектирования и контроля разработки важнейшее значение приобретает задача разработки рациональной и эффективной системы геохимического контроля освоения месторождений. В работе [9] отмечено, что начальный состав пластовых флюидов в значительной степени зависит от сложного сочетания многих природных факторов и процессов газообразования, геолого-геохимических условий фильтрации, темпов и масштабов газонакопления, взаимодействия с сопутствующими нефтями и водами различного состава, тектонических и других процессов преобразования залежей, а также от свойств отдельных компонентов, претерпевающих в ходе процессов газообразования различные физико-химические и термодинамические изменения. Все эти факторы и определяют сложность и разнообразие составов пластовых газов и конденсатов.
Конденсаты нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата представляют сложнейшие углеводородные системы, состоящие из более 600 индивидуальных компонентов. Состав конденсата каждого месторождения уникален и очень сильно изменяется в процессе разработки в результате ретроградных процессов из-за выпадения большей части его в пласте. Уменьшение содержания конденсата в пластовом газе может достигать до 5-10 % от начального. А поскольку в пласте выпадают наиболее тяжелые компоненты конденсата, это приводит к очень значительному облегчению состава конденсата. В этом и заключается основная сложность проектирования разработки газоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата: необходимо прогнозировать не только количество добываемого конденсата, но также и изменение состава и свойств добываемого конденсата и пластового газа. А решение этих задач практически не предусмотрено действующими нормативно-методическими документами [94, 179].
Проблема изучения ГКХ значительно усложняется для крупных месторождений с большим этажом газоносности в связи с необходимостью исследования законо мерностей изменения состава и свойств пластового газа и конденсата в объеме залежи. Знание закономерностей их пространственной дифференциации в пределах продуктивного массива важно не только для изучения геохимических особенностей месторождений, но и для правильного определения запасов, прогнозирования, контроля и регулирования добычи конденсата.
Задача планирования и учета добычи конденсата еще в большей степени усложняется в условиях дополнительного поступления пластовых жидких флюидов: сырого ретроградного конденсата и сопутствующих нефтей. Поэтому для правильной и достоверной оценки количественной и качественной характеристик пластовых флюидов в составе продукции газоконденсатиых скважин особое значение приобретают геохимические исследования.
Действующими нормативно-методическими документами предусмотрен весьма ограниченный комплекс аналитических исследований составов и свойств конденсатов [94, 179]. Особенно это утверждение относится к комплексу исследований ретроградного конденсата, выделяющегося в установках pVT. По сути дела, для него предусмотрено определение только двух показателей: плотности и молекулярной массы.
В настоящее время в некоторых газоконденсатных лабораториях научно-исследовательских институтов и производственных предприятий применяются более расширенные комплексы аналитических методов для исследования конденсата пластового газа, но они не имеют единой методической базы и зачастую несопоставимы. Нет пока единой схемы и строго унифицированной методики анализа конденсата, что затрудняет возможность сопоставления данных, особенно разных авторов и по разным месторождениям.
Типовое исследование нефтей нефтяных оторочек проводится согласно отраслевому стандарту ОСТ 39-112-80 [156]. Данные о составе и физико-химических свойствах нефтей оторочек представляют исходную информацию для решения задач газоконденсатных исследований. Однако в отраслевом стандарте не предусмотрено определение ряда параметров. Кроме того, некоторые определяются такими аналитическими методами, применение которых неприемлемо при изучении нефтей, выделенных в бомбе pVT, из-за недостаточного количества их. Все это вызывает необходимость использования единых аналитических приемов, т.е. создания специальной аналитической схемы изучения нефтей и конденсатов применительно к решению газоконденсатных задач.
Необходимым условием при комплексном контроле за разработкой залежи и изменением газоконденсатнои характеристики является введение гидрохимических исследований в комплекс исследовательских работ. Цель этих исследований заключается в контроле за динамикой количественного и качественного составов выносимых на поверхность вод (пластовых, остаточных, конденсационных). Во-первых, результаты гидрохимических исследований позволят более правильно интерпретировать данные газоконденсатных исследований, так как изменение содержания и свойств добываемого конденсата может быть обусловлено продвижением пластовой воды к забою скважин. Во-вторых, гидрохимические исследования дают возможность [110]: - контролировать динамику обводнения скважин; - отождествлять смеси вод и выделять тип обводнения скважин; - оценивать величину конденсатонефтяной оторочки перед фронтом внедряющейся воды; - намечать водоопасные направления, прогнозировать обводнение отдельных скважин и задавать более обоснованный технологический режим эксплуатации скважин.
На основании обобщения опыта промысловых, экспериментальных и геохимических исследований Вуктыльского, Западно-Соплесского, Югидского и Печорокож-винского месторождений автором сделан вывод, что для обеспечения правильности и достоверности получаемой информации при изучении ГКХ нефтегазоконденсатных месторождений с высоким содержанием конденсата необходимым условием является использование специальных комплексов геохимических исследований.
Под геохимическими исследованиями предлагается понимать все виды лабораторных работ (разгазирование, дебутанизация) и аналитических исследований по определению состава и свойств газов и жидкостей (хроматографические, физико-химические, спектральные и т.д.), получаемых в процессе промысловых, экспериментальных (pVT) и лабораторных исследований [87].
