7. Поддержание пластового давления

Системы поддержания пластового давления и их место в

эксплуатации нефтяных месторождений

В нефтедобывающем регионе Западной Сибири с начала его ос­воения были сформированы системы ППД, рассчитанные на заводнение больших высокопродуктивных месторождений [44].

Высокая степень централизации схем обустройства нефтяных месторождений обусловила тенденцию к формированию крупных и трудно контролируемых гидросистем.

Необходимость в постоянном регулировании обусловлена постоянным изменением распределения пластового давления, коэффици­ентов приемистости, КПД насосов и т.п. Проявление этих факторов заставляет нефтегазодобывающие управления (НГДУ) осуществлять регулирование ТГС ППД посредством изменения их структуры и параметров объектов. Трубопроводы большой протяженности имеют сложную ветвящуюся или кольцевую структуру, что делает реали­зацию комплексных систем контроля дорогостоящей и затрудняет процесс регулирования: на смену одного штуцера уходит до не­скольких дней. На данном этапе основной задачей регулирования ТГС ППД остается установка определенных технологией разработки уровней закачки в нагнетательный фонд и снижение непроизводственных затрат на перерасход электроэнергии в насосных агрегатах. Естественно, трудно назвать эффективным процесс регулирования системы, посредством последовательного подбора труб, насосов, штуцеров путем их реальной замены. Поэтому на данном этапе зада­ча глобальной оптимизации только начинает ставиться.

Оптимизация систем ТГС ППД требуется также и на вновь вводимых в разработку месторождениях, особенно с высокой степенью неоднородности.

Удельное электропотребление в нефтедобыче растет во многом за счет гидросистем ППД. Их доля в электропотреблении НГДУ составляет не менее 35%.

В системах ППД сформировались все условия для энергосбережения: относительно простые технология и оборудование, большие мощности насосных агрегатов и отсутствие способов адекватного планирования мероприятий по регулированию.

Из технических причин такого состояния главными являются:

• низкая оснащенность контрольно-измерительными приборами и недостаток информации о технологических и энергетических режимах;

• низкий уровень контроля за гидродинамическими характеристиками отдельных объектов;

• низкий уровень контроля за функционированием ТГС ППД в целом;

• количественная непредсказуемость поведения системы при изменении ее структуры или параметров отдельных объектов.

В соответствии с указанным, основными резервами энергосбережения в действующих гидросистемах ППД являются:

• периодическое снятие рабочих характеристик и осуществление своевременного ремонта насосных агрегатов;

• приведение структуры и параметров объектов ТГС ППД в оптимальное состояние, соответствующее заданному технологией заводнения режиму;

• своевременное отключение/включение насосных агрегатов, а также устранение излишнего гидравлического сопротивления в объектах-гидродросселях.

В данной работе рассматриваются возможности повышения уровня контроля и регулирования ТГС ППД посредством создания универсальной модели, с помощью которой стало бы возможно кон­тролировать систему ППД и предсказывать ее поведение при внесе­нии каких-либо изменений. Использование этой модели позволило бы увеличить энергосбережение систем за счет их комплексной оп­тимизации:

• устранить излишнее дросселирование на входах в нагнета­ тельные скважины;

• обеспечить оптимальный режим работы центробежных на­сосов КНС;

• определить и поддержать в любых по сложности ТГС ППД оптимальные по удельным расходам энергии режимы.

Основой для выполнения этих функций при эксплуатации является высокая управляемость ТГС ППД, которая может быть достигнута благодаря либо системе тотального автоматизированного контроля и регулирования, либо использованию соответствующей модели.

Естественно, на данном этапе второе предпочтительней, так как не требует существенных капитальных затрат и несет в себе отработанную десятками лет научную базу для подобных ТГС водоснабжения.

Гидросистемы ППД являются частью систем заводнения, что во многом делает эти понятия близкими по содержанию. Однако здесь отметить важное отличие в этих понятиях: когда речь идет о системе заводнения, то прежде всего имеется в виду процесс вытеснения нефти водой, что подразумевает естественную гидросистему пласта. Обеспечение этого процесса ложится на ТГС ППД, т.е. систему водоводов, КНС, скважин, задвижек, штуцеров, систем очистки и т.п. Одним словом, на техническую гидросистему.

Одной из важнейших характеристик ТГС ППД является ее структура, которая, фактически, определяет способ транспортировки рабочей жидкости до заводняемых пластов.

Структура ТГС ППД весьма многообразны и зависят от расположения нагнетательных скважин, и источников водоснабжения, при больших объемах закачки, где в качестве источников воды используются открытые водоемы, при площадной или блочной системе заводнения наиболее удобной структурой является «лучевая», а в за- или внутриконтурной системе заводнения крупных месторождений - «кольцевая» структура.

На малых месторождениях, где подвод пресной воды из удаленных водоемов нецелесообразен, в качестве источников водоснабже­нии используют водонасыщенные сеноманские пласты, в этом случае структура ТГС ППД становится более локализованной и пред­ставляет собой множество отдельных систем, функционирующих независимо друг от друга.

Установление режима закачки воды по нагнетательным скважинам

Одной из важнейших задач при регулировании систем ППД, является установление режимов нагнетания в заводняемых объек­тах. В каждый из вскрытых скважиной пластов должен закачивать­ся заданный условиями разработки залежи объем воды. Для обес­печения закачки этого количества воды требуется соответствую­щее давление нагнетания. Величина давления нагнетания зависит как от гидродинамических параметров пласта и пластового давле­ния, так и структуры и параметров ТГС ППД в целом.

Однако на данном этапе давление нагнетания и расход воды выбираются, только исходя из коллекторских свойств пласта, причем за частую даже без учета распределения пластовых давлений, что для неоднородных пластов зачастую является решающим при выборе режима нагнетания.

Научных разработок по вопросу взаимосвязи давления нагнетания и приемистости немного и все они зачастую имеют некоторую общность в том, что поиск их устремлен на зависимость приемистости от давления нагнетания и от фильтрационных свойств заводняемых пластов. Причем вопрос влияния распределенного пластового давления залежи на взаимосвязь приемистости с давлением нагнетания отдельных скважин остается открытым. В данных работах нет четкого указания о степени влияния пластового давления на величину давления нагнетания и приемистости скважины. Такая ситуация кажется довольно странной, особенно, если учесть явную взаимосвязь между способностью скважины принимать воду и пластовым давлением.

Так, если в качестве примитивного примера взять скважину с аномально высоким пластовым давлением около 45 МПа (месторождение «Нефтяные камни») при сравнительно небольшой глубине забоя в 3270 м, то становится ясным, что при определенный условиях (недостаточной производительности насосной станции мы не получим положительной приемистости даже при нулевом сопротивлении в зоне пласта между забоем и контуром нагнетания/дренирования.

Множество исследований направлены на изучение профилей приемистости в неоднородных по толщине пластах и их зависимость от давления нагнетания. В этих работах в качестве основных причин неравномерности распределения расходов воды по вертикали приводятся различия в их коллекторских свойствах и совершенно не уделяется внимание влиянию вертикального распределения пластового давления, которое оказывает огромное влияние на коэффициент охвата заводнением по толщине пласта с изолированными пропластками.

Этот вопрос с позиции теоретического системного подхода также рассмотрен в данной работе, причем в рамках моделирова­ния гидросистем ППД.

На данном этапе при проектировании наземной части систем ППД давление нагнетание выбирается исходя из энергетического состояния пласта, а также его гидродинамических характеристик. Однако, как отмечалось выше, давление нагнетания формируется в результате взаимодействия наземной и подземной частей гидро­системы и поэтому не может быть просто «назначено». В данной работе предполагается моделировать наземную часть гидросистем ППД совместно со скважинами и зонами их гидродинамического воздействия на пласт. Этот подход является действительно более универсальным, так как дает возможность создания «эксплуатационной» и адекватной «проектной» имитационной модели и позволяет по-новому взглянуть на проблему регулирования систем ППД.