Содержание к диссертации
Введение
1 Научные основы проведения комплексного геотехно логического мониторинга систем добычи газа 13
1.1 Современное состояние проблемы использования мониторинга в различных отраслях знаний и видах деятельности 18
1.2 Комплексный мониторинг сложных систем: проблемы современного этапа 26
1.3 Терминология и основные понятия, используемые в исследовании 30
1.3.1 Элементы системы. Свойства и параметры элементов 31
1.3.2 Состояние системы, вектор состояния, пространство состояний 33
1.3.3 Критическое состояние системы 34 Выводы 35
2 Формирование методологии комплексного геотехно логического мониторинга систем добычи газа 37
2.1 Концептуальные требования к методологии проведения комплексного мониторинга. Цель комплексного мониторинга 37
2.2 Методика комплексировация блоков локального мониторинга: теоретические основы и элементы практического опробования 39
2.3 Основные особенности и возможности методики комплексирования блоков локального мониторинга 65
2.4 Мониторинг как технология организации наблюдений, обработки, интерпретации и хранения данных 68
2.4.1 Структурная схема комплексного мониторинга 68
2.4.2 Особенности технологии организации наблюдений, обработки, интерпретации и хранения данных 75
2.4.3 Результаты и эффективность мониторинга, проведенного на основе структурной схемы проведения комплексного мониторинга 76
Выводы 77
3 Совершенствование методов и средств газогидроди намических исследований скважин 79
3.1 Мониторинг геологической среды, технологического процесса добычи и технического состояния скважин 79
3.2 Общие черты геологического строения сеноманских залежей газовых месторождений Надым-Пур-Тазовского региона Западной Сибири 81
3.3 Задачи и основные методы газогидродинамических исследований скважин 91
3.4 Анализ эффективности использования метода установившихся отборов в условиях газовых месторождений севера Западной Сибири 95
3.5 Совершенствование средств и методов проведения газогидродинамических исследований скважин 100
3.6 Разработка новых технических средств проведения газогидродинамических исследований скваэюин 103
3.7 Особенности исследований скваэюин на стационарных режимах фильтрации с использованием средств автоматизации 113
3.8 Исследование скважин по кривой восстановления давления с применением новых технических средств 114
3.9 Применение новых технических средств при гидропрослушивании скваэюин 123
3.10 Исследование скважин с использованием функции влияния 127 Выводы 134
4 Особенности мониторинга процесса добычи газа в условиях водопескопроявления 137
4.1 Технологические проблемы процесса добычи газа в условиях водопеско-проявления 137
4.2 Разработка комплекса методов и средств диагностики взвесей в продукции газовых скваэюин 143
4.2.1 Определение сепарационных характеристик коллектора "Надым-1" 143
4.2.2 Промысловая диагностика количества, химического состава и генезиса воды в добываемом газе 150
4.2.3 Определение генезиса механических примесей, содержащихся в потоке газа 162
4.3 Исследование качества освоения скваэюин по генезису выносимых механических примесей 111
Выводы 111
5 Мониторинг взаимодействия объектов добычи газа с многолетнемерзлыми породами. методические основы и реализация на месторождениях севера западной сибири 179
5.1 Инженерно-геологическая характеристика месторождений, эксплуатируемых ООО "Надымгазпром" 179
5.2 Концепция инженерно-геокриологического мониторинга объектов газовой промышленности (мониторинга геотехнических систем) 181
5.3 Особенности мониторинга для разных фаз жизненного цикла геотехнических систем 186
5.4 Организация инженерно-геокриологического мониторинга промысловых сооружений Медвежьего газоконденсатного месторождения 189
5.5 Состояние оснований и фундаментов различных типов газопромысловых сооружений Медвежьего газоконденсатного месторождения по результатам инженерно-геокриологического мониторинга 1986-2004 г.г. 191
5.6 Примеры управления надежностью инженерных сооружений на основе результатов геотехнического мониторинга 204
Выводы 221
6 Обоснование и промысловое подтверждение условий безопасной эксплуатации скважин на бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении 223
6.1 Генерация углеводородов в верхней части толщи многолетнемерзлых пород 224
6.1.1 Исследования природы газопроявлений на Ямбургском газоконденсат-ном месторождении 224
6.1.2 Исследования природы газопроявлений на Бованенковском нефтегазо-конденсатном месторождении 23 8
6.2 Экспериментальная проверка возможности гидроразрыва многолетне-мерзлых пород в шурфах-скважинах 248
6.3 Исследование геокриологических условий и их типизация для кустовых площадок Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения 249
6.3.1 Типизация геокриологических условий кустовых площадок скважин Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения по степени сложности строительства и эксплуатации 251
6.4 Выбор теплоизоляции скважины, эксплуатирующейся в сложных геокриологических условиях Ямала 260
6.4.1 Промыслово-экспериментальные работы по оценке эффективности теплоизоляции скважин на Бованенковском нефтегазоконденсатном место рождении 262
Выводы 272
Заключение и выводы 275
Литература 279
- Элементы системы. Свойства и параметры элементов
- Особенности технологии организации наблюдений, обработки, интерпретации и хранения данных
- Исследование скважин по кривой восстановления давления с применением новых технических средств
- Особенности мониторинга для разных фаз жизненного цикла геотехнических систем
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена проблеме повышения эффективности использования геологической и технологической информации, получаемой при проведении исследований газодобывающих комплексов севера Западной Сибири.
Актуальность темы
Современный этап развития газовой отрасли России характеризуется существенным усложнением обеспечения экспортных обязательств в связи со вступлением уникальных нефтегазоконденсатных месторождений севера Западной Сибири в завершающую стадию эксплуатации. В ближайшие 20-30 лет необходимый прирост добычи газа будет осуществлен за счет вовлечения в разработку Ямальской группы месторождений, освоение которых находится сейчас в начальном периоде. Следовательно, на протяжении 6-8 лет до введения в разработку Бованенковского нефтегазоконден-сатного месторождения поддержание необходимых объемов добычи возможно только при повышении эффективности эксплуатации разрабатываемых месторождений Надым-Пур-Тазовского региона. Исследования, проводимые автором в течение длительного времени на месторождениях севера Западной Сибири, затронули различные аспекты эксплуатации газодобывающего комплекса на всех этапах жизненного цикла. Разработанные на их основе методики и средства проведения исследований, а также результаты промысловых экспериментов применимы при некоторой их адаптации на месторождениях углеводородов, обладающих сходными характеристиками, для прогнозирования развития негативных ситуаций, своевременного принятия научно обоснованных управленческих решений по их предотвращению и повышению устойчивости систем добычи газа.
Рациональная эксплуатация месторождений углеводородов на современном уровне научно-технического развития, как отмечено в трудах А.И. Гриценко, Г.А. Зотова, В.В. Ремизова, возможна исключительно в ус-
ловиях получения, анализа и обобщения информации о состоянии природ-но-технических комплексов на всех этапах их эксплуатации. Эффективный мониторинг параметров технологических процессов добычи газа является основой получения информации о состоянии исследуемых систем. При этом на современном этапе не разработан подход, который позволяет на единой методической основе проводить мониторинг параметров природной, технологической и технической среды, использовать всю совокупность полученных при наблюдении данных для анализа состояния системы в целом.
Таким образом, формирование методологических основ проведения комплексного мониторинга газодобывающих систем на различных этапах жизненного цикла по технологическому, техническому, горногеологическому, природно-экологическому аспектам для дальнейшего исследования и проведения целостного анализа внутрисистемных связей и взаимодействиях окружающей средой является актуальной научной проблемой.
Цель исследования
Обосновать и разработать методологию комплексного геотехнологического мониторинга как инструмента исследования, контроля и прогнозирования состояния системы добычи газа применительно к месторождениям севера Западной Сибири, организовать ее применение в практической деятельности газодобывающих предприятий и разработать методы и средства проведения мониторинга.
Задачи исследований:
1. Определить понятия: "мониторинг" и "комплексный мониторинг"; сформулировать цель комплексного геотехнологического мониторинга; сформировать понятийный аппарат исследования как основу методологии.
Разработать концептуальные требования к проведению комплексного геотехнологического мониторинга, методику комплексирования блоков локального мониторинга систем добычи газа и сформировать технологию наблюдений, обработки, интерпретации и хранения информации.
Усовершенствовать методы проведения мониторинга подсистемы добычи газа с использованием новых средств газогидродинамических исследований скважин.
В рамках мониторинга системы добычи газа разработать комплекс методов и средств определения наличия и генезиса жидкости и механических примесей в потоке газа.
Разработать и реализовать в практической деятельности газодобывающего предприятия технологию проведения мониторинга состояния объектов добычи газа в криолитозоне.
Обосновать и экспериментально подтвердить условия безопасной эксплуатации скважин на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении.
Методическая основа исследований
Многолетний опыт эксплуатации месторождений углеводородов севера Западной Сибири выявил многочисленные проблемы, связанные с уникальностью месторождений по размерам и запасам, экстремальными горно-геологическими и природно-климатическими условиями. Исследования этих проблем базируются на фундаментальных трудах выдающихся советских и российских ученых, создавших теоретические основы нефтегазовой гидромеханики и разработки нефтяных и газовых месторождений Л.С. Лейбензона, Б.Б. Лапука, И.А. Парного, В.Н. Щелкачева, Е.М. Минского, Ф.А. Требина, И.Н. Стрижова, А.П. Крылова,А.Х. Мирзаджанзаде, М.Т. Абасова, Ю.П. Коротаева и др.
Исследования по разработке месторождений углеводородов на современном этапе освещены в трудах О.Ф. Андреева, И.М. Аметова,
8 З.С. Алиева, Г.И. Баренблатта, К.С. Басниева, С.Н. Бузинова, А.Т. Горбунова, А.И. Гриценко, М.А. Гусейн-заде, В.М. Ентова, О.М. Ермилова, Ю.П. Желтова, С.Н. Закирова, Г.А. Зотова, Р.Д. Каневской, А.К. Курбанова, В.М. Максимова, Р.И. Медведского, Е.М. Нанивского, Н.Н. Непримерова, В.Н. Николаевского, В.Ф. Перепеличенко, А.И. Пономарева, Г.Б. Пыхаче-ва, Г.В.Рассохина, В.В. Ремизова, М.Л. Сургучева, P.M. Тер-Саркисова, А.П. Телкова, М.М. Хасанова, А.Л. Хейна, О.Ф. Худякова, Э.Б. Чекалюка, В.А. Черных, М.И. Швидлера, П.Т. Шмыгли и др.
Значительный вклад в проектирование и анализ разработки месторождений углеводородов севера Западной Сибири внесли ученые газодобывающей отрасли Э.Б. Бухгалтер, Б.В. Дегтярев, В.А. Истомин, А.Н. Лапердин, СМ. Лютомский, В.Н. Маслов, Ю.Г. Тер-Саакян, Ю.Ф. Юшков и др.
В последние годы интенсивно развивается системный подход к поиску решения проблем геологии и разработки нефтяных и газовых залежей. Это направление представлено исследованиями А.Н. Дмитриевского, Ю.Н. Васильева, Л.Ф. Дементьева, А.Н. Кирсанова и др.
Труды перечисленных ученых являются методической базой данной работы.
Объекты исследования
Газовые, газоконденсатные и нефтегазоконденсатные месторождения севера Западной Сибири; технологические процессы газодобывающих комплексов региона; технические устройства, обеспечивающие процессы добычи и подготовки газа к дальнему транспорту (эксплуатационные скважины газовых месторождений региона, промысловые сооружения); взаимодействия между техническими устройствами, объектами газодобывающих комплексов и природно-геологическои средой, возникающие на различных этапах жизненного цикла систем добычи газа.
9 Научная новизна работы
Автором впервые разработан единый методический подход к проведению комплексного геотехнологического мониторинга и составляющих его локальных блоков применительно к системам добычи газа. В развитие теоретических основ разработки месторождений создана универсальная, адаптируемая как по объектам исследований, так и по этапам жизненного цикла, методология комплексного геотехнологического мониторинга сложных систем добычи газа для углеводородов севера Западной Сибири.
Впервые разработаны и запатентованы новые средства контроля характеристик газового потока, позволяющие с высокой дискретностью регистрировать давление, температуру и дебит и вести обработку результатов газогидродинамических исследований скважин в режиме реального времени. Разработан и защищен патентом метод газогидродинамических исследований, сочетающий исследования на стационарных и нестационарных режимах фильтрации с использованием новых средств контроля характеристик газового потока и метода "функции влияния", предложенного С.Н. Бузиновым.
На основе учета природных факторов, характеризующих месторождения Надым-Пур-Тазовского междуречья и полуострова Ямал, а также результатов промысловых экспериментов обоснованы условия безопасной эксплуатации скважин на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении.
На защиту выносятся
Методологические основы проведения комплексного геотехнологического мониторинга системы добычи газа месторождений углеводородов севера Западной Сибири.
Разработанная система комплексного геотехнологического мониторинга, позволяющая эффективно эксплуатировать газовые месторождения севера Западной Сибири на всех этапах жизненного цикла,
10 принимать управляющие решения в режиме реального времени и использовать накопленный опыт в новых районах освоения месторождений углеводородов.
Разработанные новые средства контроля характеристик газового потока, позволяющие с высокой дискретностью регистрировать давление, температуру и дебит, а также вести обработку результатов газогидродинамических исследований скважин в режиме реального времени.
Разработанный метод газогидродинамических исследований скважин сочетающий методы, основанные на стационарном и нестационарном режимах фильтрации газов.
Личный вклад автора состоит в постановке проблемы, разработке методологии исследования, организации и научном руководстве промысловыми экспериментами, проведении газогидродинамических исследований и обобщении их результатов. Разработка методологии комплексного мониторинга газодобывающего комплекса выполнена непосредственно автором. Идеи автора реализованы в ряде патентов на изобретения.
Практическая значимость работы и реализация результатов в промышленности
Применяемый в практической деятельности комплексный геотехнологический мониторинг позволяет переносить положительный опыт эксплуатации газоконденсатного месторождения Медвежье и нефте-газоконденсатных месторождений Ямбургское, Юбилейное и Ямсо-вейское на освоение новых месторождений полуострова Ямал.
Внедрена в производственную практику энергосберегающая технология газогидродинамических исследований скважин, основанная на разработанных под руководством автора и запатентованных новых технических средствах и методиках; проведено 400 исследований на газовых скважинах; экономический эффект составляет около 14 млн. руб. в год.
Внедрены научно обоснованные технические решения на стадии проектирования и обустройства Ямсовейского и Юбилейного нефте-газоконденсатных месторождений с общим экономическим эффектом около 70 млн руб.
Разработанная новая технология термовращательного погружения свай дает при внедрении экономический эффект около 9 тыс. руб. на одну сваю.
Научно обоснованные технические решения, разработанные на основе результатов мониторинга производственных объектов месторождения Медвежье, реализованы на всех месторождениях, эксплуатируемых ООО "Надымгазпром" и учтены при проектировании обустройства Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения.
Апробация работы
Международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" (г. Москва, 1997 г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Повышение эффективности разработки и эксплуатации газоконденсатных месторождений" (г. Ухта, 1998 г.); на заседании секции "Транспорт и подземное хранение газа" Научно-технического совета ОАО "Газпром" (г. Москва, 1998 г.); на заседании секции "Энергосбережение и экология" Научно-технического совета ОАО "Газпром" (г. Саратов, 1998 г.); IV горно-геологическом форуме "Природные ресурсы стран СНГ" (г. Санкт-Петербург, 1998 г.); Второй конференции геокриологов России, МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва, 2001 г.); Международной конференции "Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и разработки углеводородного сырья" (г. Москва, 2004 г.); научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, 2005 г.).
12 Публикации
Основные результаты исследований изложены в 69 научных работах, включая 2 монографии и 8 научных обзоров. По результатам представленных в работе исследований получено 23 патента РФ на изобретения. 10 работ опубликовано единолично, 15 работ опубликовано в изданиях, выпускаемых в РФ и включенных в Перечень ВАК. Наиболее существенные из опубликованных работ приведены в автореферате.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 298 страницах машинописного текста, включает 62 рисунка и 24 таблицы.
Элементы системы. Свойства и параметры элементов
На основе обобщения литературных данных автор предлагает следующее определение мониторинга:
Мониторинг - система наблюдений за состоянием геотехнологических систем добычи газа, хранения, обработки и интерпретации информации.
Комплексный мониторинг — система, основанная на использовании разносторонней информации, получаемой в ходе работы (возможно, уже существующих) служб наблюдения различного характера и назначения.
Информация, как результат комплексного мониторинга, не может суммироваться (обобщаться) по блокам локального мониторинга; она должна подвергаться определенной, целеустремленной сепарации, обработке и дополнению, т.е. служить предметом для работы особой службы (системы).
Рассмотрим комплексный геотехнологический мониторинг в качестве инструмента исследования систем добычи газа, основы прогноза состояния системы, информационного обеспечения и принятия научно обоснованных управляющих решений. В этом случае должно быть терминологическое единство описания сложных геотехнологических систем и системы наблюдения, принятия решений, управления. При формировании целостного понятийного аппарата автор опирался на фундаментальные труды советских и зарубежных специалистов в области теории систем: Н.Н. Моисеева, П.Г.Кузнецова, В.В. Дружинина, Д.С. Конторова, Н.П. Бусленко, У. Росса Эшби, Л.Заде, М. Месаровича, Я. Такахары и других исследователей.
Для того, чтобы повысить эффективность анализа поведения системы или просто обеспечить возможность такого анализа, литературные источники рекомендуют для описания сложных систем использовать с математической точки зрения более абстрактное и менее структуризованное описание (см., к примеру, [Месарович, 1978; Заде, 1970]). Поэтому основные понятия, применяемые в данном исследовании, введены с использовании формализации: исходя из вербального описания интуитивных понятий вводилось их символическое представление с использованием минимально необходимых математических структур (обозначений).
Согласно литературным данным, мониторинг является вторичным по отношению к управлению, - составной частью научно-информационного обеспечения принятия решений. Ввиду этого в рамках понятийного аппарата определим управление как процесс формирования целесообразного (эффективного) поведения системы (В.В. Дружинин и Д.С. Конторов).
Под элементом понимается неделимая часть системы, т.е. часть, на котором в каждом конкретном исследовании заканчивается описание системы. Определим множество элементов, входящих в функциональную подсистему С1р как {е;} ,(i = l,...,z), где z — количество элементов в подсистеме, а индекс подсистемы определяет ее номер: n=(l,...,d), d — количество подсистем. Множество, объединяющее элементы функциональных подсистем, определит состав элементов, физически реализующих систему. п. =&} = feL ал) где индекс S определяет принадлежность системе множества или элемента; = — знак эквивалентности. Объекты мониторинга и внешняя для них среда (или сопредельная под система) разграничиваются нечетко (пересечение множеств). Это относится как к процессам, так и к элементам, участвующим в порождении процесса: {ef} , {ef}e0 ,7 = (1,... ), (1.2)
где П иП — сопредельные подсистемы; eps - элементы пересечения множеств (общие для сопредельных подсистем элементы); g — количество общих элементов. Так появляются элементы пограничного слоя. Специфические свойства структуры геотехнологической системы определяют наличие в ней технических элементов, компонентов природно-геологическои среды, а также компонентов двойственной природы. "Пограничную" область взаимодействия технических элементов с элементами природно-геологическои среды условно назовем геотехнологическими элементами (примеры: призабойная зона скважины, основания фундаментов сооружений газодобывающего комплекса).
Управляемые элементы — множество элементов системы, е["р }s при воздействии на которые на которые осуществляется управление:
Особенности технологии организации наблюдений, обработки, интерпретации и хранения данных
Сочетание детерминированных количественных методов, традиционных оценок и экспертного анализа в режиме реального времени при принятии решений расширяет возможности использования информации, сокращает время принятия решений, повышает эффективность мониторинга.
Возможность обработки больших массивов информации определяется наличием трех модулей: "База динамических данных", "Обработка и интерпретация наблюдений", "База нормативной информации". Хранение первичных данных осуществляется в рамках база данных блоков локального мониторинга. Эта информация в необходимом объеме, может анализироваться при помощи моделей, методов, находящихся в модуле "База нормативной информации" на уровне комплексного мониторинга. Анализ пространственно временных рядов на основе матрицы рассогласования параметров дает возможность обработки практически неограниченного количества данных, т. к. осуществляется экспертный отбор при помощи простейших компьютерных процедур.
Учет фазы жизненного цикла геотехнологической системы осуществляется установлением временного интервала проведения мониторинга, изменением объектов наблюдения, контролируемых параметров.
Заложенные в технологию проведения мониторинга принципы позволяют отслеживать негативные ситуации, контролировать результаты управляющих воздействий, принятых технических решений, что повышает эффективность функционирования подсистем и системы в целом.
Таким образом, разработанная технология является универсальной, адаптируемой, как по объектам исследований, так и по фазам жизненного цикла (включая идеальные), помимо прогнозно-контрольных функций выполняет функцию инструмента исследований для возможности применения системного подхода.
Результаты и эффективность мониторинга, проведенного на основе структурной схемы проведения комплексного мониторинга
Технология мониторинга, которая соответствует рассмотренной схеме (рисунок 2.7), представляет цепочку: состояние системы в фиксированный момент времени = наблюдения = результаты мониторинга = анализ = прогноз = управляющие воздействия = необходимое состояние системы.
Перевод системы из одного состояния в другое осуществляется при помощи управляемых элементов, изменением их параметров. Возникает (формируется) упорядоченная совокупность состояний системы (пространство состояний), на протяжении интервала наблюдения от t=0 до t=T
Ss » jSg S s ,...,Sj], зависящая от результатов мониторинга. Это дает возможность проследить динамику состояний.
Преимущество объединения контуров "Мониторинг" и "Управление" заключается в применении комплексного мониторинга, основанного на рассмотренной схеме, в качестве технологии. В случае, если контур мониторинга и контур управления не объединены в одну структуру принятие управляющих решений может носить конъюнктурный характер. Не менее важной представляется возможность принятия решений в режиме реального времени. Длительность цикла управления (в частности, обработки информации при разрыве контуров "мониторинг" — "управление") влияет на эффективность управления сложной системой. Если длительность цикла управления чрезмерно увеличивается, эффективность управления снижается. Это объясняется следующими причинами. Управляющие воздействия, осуществляемые через значительный промежуток времени после получения информации не соответствуют изменившемуся состоянию системы. Для состояния системы, характеризующегося вектором (см формулу1.5) (\/{+5,...,\/ +5,...,\j/n+S) где 5 время запаздывания информации; принятие решений будут основаны на состоя нии системы в момент времени t. Очевидно, что для сложных систем с высокой мерностью состояний и динамичностью свойств элементов, экстраполировать (прогнозировать) изменение значительного количества параметров с удовлетворительным приближением не возможно. Принятые решения, основанные на результатах мониторинга, будет неадекватными существующему состоянию системы. Таким образом, не будет выполнена основная функция мониторинга - обеспечение научно-информационного принятия решений.
1. Впервые в отрасли автором разработана методология проведения комлексного геотехнологического мониторинга, которая базируется на
определении комплексного мониторинга в качестве системы, основанной на использовании разносторонней информации, получаемой в оде работы (возможно, уже существующих) служб наблюдения различного характера и назначения;
необходимости использования его как инструмента исследования систем добычи газа, основы прогноза состояния системы, информационного обеспечения и принятия научно обоснованных управляющих решений;
системе терминов, понятий и их формализованного описания.
2. Методологические основы включают
определение концептуальных требований;
формулирование цели комплексного мониторинга;
формирование методики комплексирования блоков локального мо-ниторингоа (теоретические основы и практическое опробование);
разработку технологии проведения комплексного мониторинга (научное обоснование и обобщение опыта проведения.
Исследование скважин по кривой восстановления давления с применением новых технических средств
Газогидродинамические методы исследования скважин с использованием нестационарных режимов фильтрации газа позволяют существенно сократить безвозвратные потери газа и увеличить объем получаемой информа ции [Шагиев, 1998]. Однако применение этих методов исследования с замером давления на устье скважины стало возможным только с появлением специальной измерительной техники — полевой рабочей станции "тРС" (ПРС "тРС"), разработанной под руководством и при участии автора [Березняков, 1998].
Газогидродинамические исследования скважин Медвежьего, Юбилейного и Ямсовейского месторождений с помощью полевой рабочей станции "тРС" проводились по комплексной методике, которая заключается в непрерывном измерении и обработке данных при последовательной смене стационарных и нестационарных режимов фильтрации на протяжении одного исследования. При обработке исследований по кривой восстановления давления (КВД) использовались параметры, зарегистрированные полевой рабочей станцией после остановки скважин.
Данные, записанные после остановки скважин, продолжительное время работавших с постоянным дебитом, обрабатывались по формуле, приведенной в "Руководстве по исследованию скважин" (стр. 261) [Гриценко, 1995]:
P32(t)=a + p.lgt, (3.2)
где P3(t) — давление на забое скважины, МПа; t — время, отсчитываемое от ос-тановки скважины, сек; а, Р"— коэффициенты, МПа .
В тех случаях, когда время работы скважины перед остановкой было относительно небольшим и сравнимо со временем восстановления давления, кривые восстановления давления после окончания режима обрабатывались по формуле, приведенной в том же источнике (стр.265):
где Рпд — пластовое давление, Мпа; Т— время работы на режиме, сек.
Параметры, записанные в процессе исследований, обработаны с помощью специального программного обеспечения. Построены графики кривых восстановления давления и логарифмической производной. Параметр проводимости пласта рассчитывали по формуле, приведенной в "Руководстве по исследованию скважин" [Гриценко, 1995] и в работе Ю.П. Коротаева и Г.А.Зотова "Исследование газовых скважин при нестационарных режимах фильтрации" [Коротаев, 1963]: где к - проницаемость пласта, Дарси; h - эффективная мощность пласта, м; \х - вязкость газа, сП; Q — дебит скважины перед остановкой, м3/с; z — коэффициент сверхсжимаемости, безразмерный; Рат - атмосферное давление, Па; Тпл - пластовая температура, К; р - коэффициент, равный углу наклона линейного участка КВД, МПа2; Тст — температура при стандартных условиях, 293 К. Начало линейного участка, соответствующего плоскорадиальному фильтрационному потоку, определялось по стабилизации значения логарифмической производной. Выражения (3.2, 3.3) справедливы для плоскорадиального фильтрационного потока. Однако после закрытия скважины на устье происходит рост забойного давления во времени и пластовый флюид продолжает поступать в ствол скважины за счет сжатия газа. Влияние ствола скважины за счет после-эксплуатационного притока при закрытии скважины на устье искажает начальный участок кривой восстановления давления, который несет ценную информацию о состоянии призабойной зоны. Оценим время окончания влияния ствола скважины tBccK по соотношению, предложенному в монографии Р.Г. Шагиева "Исследование скважин по КВД" [Шагиев, 1998]. Р.Г. Шагиев оценивает время начала правильного прямолинейного участка графика для кривых восстановления давления следующим неравенством: д. ч170000-С-е0Д45 РФПнач) (k-h/ц) (3 5) 119 где C = VC — коэффициент ствола скважины, bbl/psi; Vc — полный объем ствола скважины, bbl; k — проницаемость пласта, md; h — эффективная мощность пласта, ft; \i — вязкость газа, ср; S — скин-фактор; Р — давление, psi; z — коэффициент сверхсжимаемости; РФП — радиальный фильтрационный поток. Р.Г. Шагиев отмечает, что если нет сведений о скин-факторе, то для оценочных расчетов можно принять S=0. При оценке времени автор ссылается на литературный источник, опубликованный в США [Earlougher, 1991], поэтому в формуле используются физические параметры, принятые в нефтепромысловой системе единиц измерений США.
Особенности мониторинга для разных фаз жизненного цикла геотехнических систем
Максимальный эффект от результатов инженерно-геокриологического мониторинга достигается в том случае, когда он осуществляется при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений. Таким образом мониторинг имеет три этапа проведения: этап предварительных исследований, этап режимных наблюдений в период строительства и этап контроля за эксплуатируемыми сооружениями.
Этап предварительных исследований на стадии проектирования. Исследуются естественные инженерно-геокриологические условия участка предполагаемого строительства в целях изучения естественного (природного) фона. При этом используются все материалы предварительных исследований, имеющиеся для данного участка.
Для разработки допусков по деформациям реализуется специальная программа, в рамках которой разрабатываются расчетные методики и методы контроля, определяются необходимые характеристики для основного оборудования и трубопроводов, использующихся в газовой промышленности, которые лягут в основу проектирования.
Результатами исследований этого этапа являются:
- построение инженерно-геокриологической модели строения грунтов оснований и разработка системы режимных наблюдений на период строительства и эксплуатации сооружений с внесением соответствующих корректив в проект строительства;
- предварительный прогноз поведения грунтов оснований, что служит основой для проведения критического анализа проектных решений;
- обоснованные допустимые значения вибрации, деформаций зданий, оборудования и трубопроводов.
Этап режимных наблюдений в период строительства. По оборудованной сети проводятся режимные наблюдения за динамикой температурных полей и фазовых границ в грунтах оснований, а также за развитием нежелательных процессов и явлений на площадках строительства.
Совместно с проектирующей организацией осуществляется контроль за выполнением строителями требований проекта.
В момент окончания возведения объектов газового комплекса методами неразрушающего контроля должно фиксироваться напряженно-деформированное состояние оборудования и трубопроводов, выполняться детальное нивелирование зданий, оборудования и трубопроводов. Все полученные характеристики должны заноситься в геотехнический паспорт объекта. Кроме того, в паспорте должны быть отражены сведения об инженерно-геокриологических условиях грунтов оснований и фундаментах: глубина и способ погружения свай, абсолютные отметки оголовков, ростверков и других опорных конструкций. Геотехнический паспорт объекта должен быть неотъемлемой частью исполнительной документации.
Этап режимных наблюдений на стадии эксплуатации инженерных сооружений. На этом этапе проводятся комплексные режимные наблюдения за состоянием геотехнических систем: исследования динамики геокриологических условий грунтов оснований эксплуатируемых сооружений, а также диагностика состояния надфундаментных конструкций. Результаты измерений обрабатываются и накапливаются в базах данных на ЭВМ. Результаты постоянно используются для контроля динамики состояния геотехнической системы, а также для корректировки прогнозных оценок этой динамики. На основе прогнозных программ для ЭВМ и регулярно поставляемых системой наблюдений фактических данных создаются постоянно функционирующие математические модели теплового состояния грунтов оснований эксплуатируемых зданий и сооружений, напряженно-деформированного состояния
188 оборудования и трубопроводов, постоянно уточняющиеся благодаря поступлению новых фактических данных и позволяющие прогнозировать изменения состояния геотехнических систем. Такой прогноз дает возможность получать своевременную информацию о нежелательных или опасных изменениях и своевременно разрабатывать рекомендации по устранению этих изменений. Подробнее методика прогнозирования опубликована автором совместно с Л.С. Чугуновым, З.С. Салиховым, А.П. Поповым, А.Б. Осокиным и Г.К. Смоловым в статье "Прогноз теплового воздействия на ММП добывающей скважины при одновременно-раздельной эксплуатации двух объектов Бованенковского FKM" [Чугунов, 1996].
На этом этапе, кроме контроля за изменением мерзлотно-геологических условий в грунтах оснований, проводятся режимные наблюдения за техническим состоянием фундаментов, опорных конструкций, зданий, оборудования и трубопроводов посредством режимного нивелирования по специально оборудованной сети стационарных наблюдательных марок по утвержденному графику. Данные режимного нивелирования обрабатываются и заносятся в соответствующую базу данных в ЭВМ. Анализ результатов режимного нивелирования позволяет предпринимать оперативные меры по устранению недопустимых деформаций зданий, оборудования и трубопроводов, выявлять и устранять (предотвращать) неблагоприятные тенденции в динамике развития деформаций, обоснованно определять необходимость, последовательность и основные технические решения по реконструкции и ремонту "нулевых циклов" промысловых сооружений.
Особое внимание должно быть уделено трубопроводным обвязкам газоперекачивающих агрегатов. На основе специально разработанных расчетных методик, реализованных в программе для персонального компьютера, для каждой обвязки должна быть создана постоянно действующая расчетная модель, позволяющая рассчитывать напряженно-деформированное состояние трубопроводов [Повышение надежности..., 1997].
Моделирование напряженно-деформированного состояния оборудования и трубопроводов должно дополняться натурными исследованиями с применением неразрушающих методов контроля, определением вибрации, толщинометрией стенок.
С 1986 г. силами подрядных организаций, а с 1988 г. специализированным подразделением Надымгазпрома выполняются работы по инженерно-геокриологическому мониторингу промплощадок месторождения.
Основными составляющими мониторинга в рамках разработанной концепции являются следующие виды работ:
— режимное нивелирование фундаментов сооружений. Проводится три четыре раза в год, в зависимости от степени стабильности фундаментов более чем по 4000 стационарным наблюдательным маркам, установленным на порах каркасов зданий, технологического оборудования и трубопроводов.По результатам режимного нивелирования выделяются нестабильные сваи, блоки и целые сооружения;
- определение фактической глубины погружения свай с помощью корот-коимпульсного электрического зондирования;
- инженерно-геологическое опробывание;
- геофизические исследования состояния грунтов оснований;
Похожие диссертации на Научное обоснование и промышленное внедрение комплексного геотехнологического мониторинга систем добычи газа на месторождениях севера Западной Сибири
