книги из ГПНТБ / Закиров, С. Н. Проектирование и разработка газовых месторождений учебное пособие

Т а б л и ц а 31

н а С еверо-С тавропольском м есторож дении

П ри ш а г е а п п р о к с и м а ц и и 0,5 г о д а

Рф

о параметрах водоносного пласта. В конечном счете обводнение залежи и скважин в большей мере обусловливается неоднородностью по параметрам газоносного пласта, системой размещения скважин

нхарактером дренирования залежи.

II. При наличии надежных данных об изменении во времени

давлений в пьезометрических скважинах и газовой залежи уточнять параметры водоносного пласта можно следующим образом [21].

Согласно результатам § 2 главы II, для радиуса возмущенной зоны пласта (приведенного радиуса влияния укрупненной скважины) имеем

где

дРа— РгвК

Рпс Р Г В К

С использованием формулы (2) для различных моментов времени определяются значения RB.

352

Основываясь и далее на методе последовательной смены стацио­ нарных состояний, для приведенного радиуса влияния скважины можно использовать формулу

Подставляя в (3) величины R3 и RB на различные даты, можно определить эквивалентную (осредненную по результатам расчетов на разные даты) величину коэффициента пьезопроводности водонос­ ного пласта. Дальнейшие расчеты можно проводить в изложенном порядке.

В ряде случаев для совпадения зависимостей расчетной рр =

= рр (t) и фактической рф = р ф (t) необходимо принять коэффициент проницаемости водоносного пласта переменным во времени. В этом случае расчеты рекомендуется проводить по методике, изложенной в работе [21].

23 Заказ 1013

За короткое время газодобывающая промышленность страны прошла большой путь и превратилась в одну из важнейших отраслей народного хозяйства. В этом немалая роль принадлежит теории проектирования и разработки месторождений природных газов.

Вэтой книге рассмотрены отдельные, избранные вопросы теории

ипрактики разработки месторождений природных газов. Авторы старались выделить наиболее типичные задачи, возникающие при проектировании и анализе разработки месторождений природных газов, стремясь отразить современные методы расчетов и идеи. Поэтому авторы полагают, что содержание книги сможет подготовить будущего инженера самостоятельно ставить и решать те задачи, которые возникнут перед ним при проектировании и осуществлении проектов разработки многих новых газовых и газоконденсатных месторождений.

Трудами многочисленных исследователей создана теория проек­ тирования и разработки месторождений природных газов. Эта теория прошла испытание временем и нашла широкое применение в практике разработки газовых и газоконденсатных месторождений. Однако она еще далека от совершенства. Ее дальнейшее развитие определяется все новым кругом задач и проблем, выдвигаемых интенсивно развивающейся газовой промышленностью страны.

Остановимся на некоторых нерешенных задачах в области проек­ тирования и разработки месторождений природных газов.

Прежде всего следует отметить недостаточную исследованность вопросов разработки месторождений природных газов с трещино­ вато-пористыми коллекторами. Открытие и ввод в разработку уни­ кальных месторождений Вуктыл и Оренбургского выдвигает про­ блему рациональной разработки газовых и газоконденсатных место­ рождений, сложенных трещиновато-пористыми коллекторами.

коллекторы состоят из системы пористых и почти непроницаемых блоков. Фильтрация жидкости или газа происходит по системе трещин. Основные запасы приурочены к пористым блокам, путями фильтрации служат трещины, запасы нефти или газа в которых малы. Поэтому фильтрация в трещиновато-пористых коллекторах характе­ ризуется обменными процессами между пористыми блоками и систе­

1 Перечень изложенных здесь основных проблем не может претендовать на исчерпывающий характер. — Прим . ред.

33 4

мой трещин. Учет этих процессов в дифференциальных уравнениях аналогичен рассмотренному в § 4 главы VII учету перетока в пластах, разобщенных слабопроницаемой перемычкой.

Обобщениям уравнений фильтрации в трещиновато-пористых

Исследованию притока жидкости или газа в скважину, дренирую­ щую трещиновато-пористый пласт, посвящено довольно много работ. Основные результаты проведенных исследований сводятся к следую­ щему.

Особенности фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах отражаются на процессах разработки при резких изменениях гранич­ ных условий по скважинам. Прежде всего это относится к кривым восстановления забойного давления, и это необходимо учитывать в методике интерпретации кривых восстановления забойного давле­ ния и определения характерного времени запаздывания. Поведение же трещиновато-пористого коллектора при квазиустановившихся режи­ мах хорошо описывается уравнениями, справедливыми для обычных пористых сред, у которых пористость равняется коэффициенту пористости блоков, а проницаемость — коэффициенту проницаемости системы трещин.

Однако так относительно просто обстоит дело при фильтрации однородных жидкостей (или газов). Особенности трещиновато-пори­ стых сред создают очень большие трудности при исследовании много­ фазных течений, вытеснения одной жидкости другой или вытеснения газа водой и т. д. В настоящее время достаточно обоснованным пред­ ставляется, например, следующий механизм вытеснения газа водой.

Вода поступает в залежь по системе трещин, обходя со всех сторон или частично пористые блоки. В пористые блоки вода внедряется путем капиллярной пропитки. Следовательно, в трещиновато-пори­ стых коллекторах газоотдача существенно определяется капилляр­ ными процессами. Процессы вытеснения в приближенной постановке

иВ. Н. Мартоса, М. И. Швидлера и Б. Н. Леви [78]. Экспери­ ментальным исследованиям капиллярных процессов при вытеснении газа водой посвящены работы Л. Б. Булавинова, Р. М. Кондрата

идругих авторов. Теоретические и экспериментальные исследования возможной величины коэффициента нефтеотдачи при вытеснении

нефти водой из трещиновато-пористого пласта излагаются в работах Р. Т. Асланова, А. А. Боксермана, Ю. И. Желтова, В. Г. Оганджанянца и др.

Однако к настоящему времени теоретические и эксперименталь­ ные исследования процессов вытеснения в трещиновато-пористых коллекторах еще нельзя считать завершенными. Достаточно отметить, например, практически отсутствие методов расчета возможной вели­ чины коэффициента нефтеили газоотдачи.

Необходимы обширные исследования механизма капиллярной пропитки малопронпцаемых образцов, близких по своим параметрам к пористым блокам трещиновато-пористых коллекторов. При этом существенным является исследование влияния размеров блока, давлений (начальных и конечных), скоростей вытеснения (обтекания блоков) и т. д. на коэффициент газоотдачи. Получение достаточного экспериментального материала позволит построить достоверную теорию процесса вытеснения одного флюида другим в трещиновато - пористых пластах. Необходима также разработка теоретических и экспериментальных методов оценки размеров пористых блоков. Размеры блоков определяют величину коэффициента газоотдачи и могут существенно влиять на показатели разработки месторожде­ ния. Предметами дальнейших исследований должны быть неоднород­ ность по коллекторским свойствам трещиновато-пористых пластов, фильтрация газоконденсатных систем в условиях газового и водо­ напорного режимов.

Исследование вопросов газоотдачи обычных пористых сред является значительно более простой задачей, чем исследование газоотдачи трещиновато-пористых коллекторов. Поэтому сейчас уже накоплен значительный материал о влиянии различных факторов на коэффициент газоотдачи обычных пористых коллекторов. Тем не менее еще не до конца исследованы механизм вытеснения газа водой, вопросы изменения остаточной газонасыщенности и фазовых проницаемостей для воды и газа при снижении давления в обводнен­ ных объемах пласта. Для оценки величины коэффициента газоотдачи при водонапорном режиме необходимо знать поведение защемленного газа в обводненном объеме при снижении давления. Пока еще неясно, какая доля защемленного газа может быть добыта в процессе раз­ работки месторождения и снижения давления в обводненной зоне пласта. Уже сделанное в этой области [71] может рассматриваться лишь как первое приближение к действительности.

Слабо изучены капиллярные процессы и их влияние на показатели вытеснения газа водой из микро- и особенно макронеоднородных по коллекторским свойствам пластов. Необходимость этих исследований следует из того, что капиллярные процессы определяют величину коэффициента газоотдачи при вытеснении газа водой и из обычных пористых сред.

К числу актуальных относятся задачи регулирования процессов разработки месторождений природных газов при газовом и водо­ напорном режимах. Не решены вопросы определения такого потреб­ ного числа эксплуатационных (и нагнетательных) скважин, их местоположения и технологических режимов эксплуатации, которые обеспечивали бы наилучшие технико-экономические показатели систем разработки месторождения и обустройства промысла и на­ ибольшие величины коэффициентов газо- и конденсатоотдачи. При решении этой задачи необходимо учитывать реальную конфигурацию месторождения и реальную неоднородность пласта по коллекторским свойствам.

356

Особое значение регулирование разработки приобретает в том случае, когда месторождение представлено чередованием неоднород­ ных по коллекторским свойствам пачек или пропластков. Практика показывает, что если при разработке месторождения природного газа не учитывать неоднородность пластов по мощности, то может про­ изойти преждевременное обводнение газовых скважин и пластов.

Первые исследования в области регулирования движения водо­ нефтяного контакта проведены Г. С. Салеховым. Эти исследования касаются заданного во времени закона движения границы раздела нефть—вода. Это простейшая задача регулирования, так как опти­ мальный закон движения границы раздела является искомым. Использование принципа максимума Л. С. Понтрягина позволило Г. С. Салехову и А. В. Рослякову приближенно сформулировать за­ дачу быстрейшей оптимальной разработки нефтяного месторождения.

В настоящее время еще не имеется достаточно убедительных фор­ мулировок задач управления разработкой нефтяных и газовых месторождений, хотя по своему содержанию они, видимо, должны основываться на методах теории оптимального управления [6, 58].

Несмотря на имеющиеся успехи, можно утверждать, что оптими­ зационные методы еще далеко не нашли должного применения при рассмотрении перспектив разработки отдельного месторождения, группы месторождений или перспектив развития газодобывающей промышленности страны.

Методика распределения заданного (постоянного во времени) отбора газа из газоносной провинции по отдельным месторождениям (см. главу IX), приведенная в работе [40], предполагает, что в рас­ сматриваемый период времени оптимальный отбор из каждого месторождения постоянен во времени. Такой подход несколько искусственный. Поэтому необходимо создание методики распределе­ ния заданного из провинции отбора газа по отдельным месторожде­ ниям, свободной от данного допущения. С использованием такой методики должны определяться оптимальная очередность ввода месторождений в разработку и оптимальные, переменные во времени, отборы газа из каждого месторождения и соответствующие системы разработки. Приближенные подходы к решению данной проблемы рассматриваются в работах [12 идр.].

Далеки еще от завершения исследования по определению опти­ мальных показателей разработки отдельного газового или газо­ конденсатного месторождения. Речь идет о прямых методах поиска оптимальных проектных решений по системам разработки место­ рождения и обустройства промысла.

Не созданы еще надежные методы решения частной задачи опре­ деления оптимальной системы размещения скважин на площади газоносности. У проектировщиков еще нет твердых позиций в данном вопросе, пока при проектировании лишь изучаются различные возможные варианты.

Внедряемое в практику комплексное проектирование разработки месторождений природных газов имеет существенный недостаток —

357

при проектировании рассматривается один вариант или единичное число вариантов по системам разработки месторождения и обустрой­ ства промысла. Однако, если оптимизационные задачи рассматривать только применительно к одному месторождению, то и тогда они представляются весьма сложными. Например, при учете темпера­ турного режима системы пласт—скважина—газосборные сети уже не удается представить в явной форме минимизируемый функционал. Поэтому в качестве одного из подходов можно рекомендовать по­ этапную оптимизацию — исходя из понятия «средней» скважины находить принципиальную систему разработки месторождения и обустройства промысла. Дальнейшая оптимизация выполняется по отдельным элементам системы разработки и обустройства. При этом получаемые технико-экономические показатели для отдельных элементов (конструкция скважин, их размещение, конфигурация газосборных сетей и т. д.) не должны быть хуже полученных в пред­ варительных расчетах.

Назрела необходимость решения проблемы районирования газодобывающей промышленности страны и стран социалистического содружества. Это создаст возможность определять оптимальные потоки газа по действующим газопроводам, оптимальные перспектив­ ные потоки газа, а следовательно, очередность и целесообразность направлений разведочных работ и ввода месторождений в разра­ ботку. В приближенной постановке аналогичная задача райониро­ вания нефтедобывающей промышленности имеет решение.

Исследованиями МИНХиГП им. И. М. Губкина и ВНИИгаза, видимо, исчерпана проблема решения на электрических моделях задач разработки месторождений природных газов при газовом и водонапорном режимах. Рассмотрены практически все возможные пошаговые методы линеаризации исходных нелинейных задач. Необходимы исследования по оценке погрешностей методов. Эти методы могут оказаться особенно эффективными при использовании электрических моделей с автоматически перенабираемыми сопро­ тивлениями и емкостями. Применяемые же методы решения на ЭВМ двумерных задач с подвижной границей раздела газ—вода являются приближенными в своей основе. Исследования в этом направлении необходимо продолжить.

Современные ЭВМ и аналоговые машины позволяют учитывать на стадии проектирования и анализа разработки газовых и газо­ конденсатных месторождений многообразие природных факторов

иусловий. Это в свою очередь существенно повышает достоверность решений геологических, газогидродинамических и технико-экономи­ ческих задач. Поэтому бесспорно, что решение многих задач в области проектирования, анализа и регулирования процессов разработки газовых и газоконденсатных месторождений будет идти по пути широкого использования ЭВМ и численных методов анализа. Соот­ ветствующие исследования должны сопровождаться созданием серии универсальных программ и подпрограмм. Универсальные программы

иЭВМ должны шире внедряться в практику проектирования, ана­

358

лиза, регулирования и определения перспектив разработки место­ рождений природных газов. Создание алгоритмов для универсальных программ — непростое дело. Здесь потребуются усилия и математи­ ков, и геологов, и инженеров-разработчиков, и экономистов. Эти программы должны быть основой математического обеспечения ЭВМ для автоматизированных систем управления (АСУ) процессами добычи газа.

В связи с превращением газовой промышленности в ведущую отрасль народного хозяйства становится актуальным решение про­ блемы надежности в системе добычи, транспорта и использования газа [32].

Перспективным является создание «гибридных» машин — машин, использующих преимущества аналоговой и вычислительной техники. Это сократит время эффективного поиска оптимальных вариантов разработки и обустройства месторождений, так как многовариант­ ность задач требует огромного объема вычислительной работы, непосильной даже для современных ЭВМ.

Недостаточно развиты расчетные методы по определению показа­ телей разработки многопластовых месторождений. Это касается месторождений и с газодинамической связью между пластами и с от­ сутствием такой связи.

Неудовлетворительно еще положение с получением оптимальных показателей разработки многопластового месторождения и обустрой­ ства промысла. Например, объединение пластов в эксплуатационные объекты выполняется без достаточного газогидродинамического и технико-экономического обоснования. Довольно остро подобные вопросы встали при рассмотрении перспектив доразработки Красно­ дарских газоконденсатных месторождений в условиях активного проявления водонапорного режима.

Большое внимание придается в настоящее время созданию надеж­ ных методов решения так называемых обратных задач подземной газогидродинамики. Интерпретация реакции месторождения на про­ цесс его разработки должна приводить к уточнению параметров газо­ носного и водоносного пластов. Совершенствование расчетных мето­ дов необходимо как применительно к стационарным, так и неста­ ционарным задачам. Методы решения обратных задач должны не только помогать уточнению параметров газо- и водоносного пласта, но и выяснению их тектонического строения.

Отметим, что к решению обратных задач применительно к место­ рождениям природных газов предъявляются большие требования, так как на газовых месторождениях имеется незначительное число (по сравнению с нефтяными месторождениями) скважин — источни­ ков информации о пласте.

Совершенствование методов подсчета запасов газа и рациональных методов разведки месторождений природных газов является весьма актуальным вопросом на современном этапе развития газодобываю­ щей промышленности страны. Необходимость совершенствования этих методов обусловливается задачей скорейшего ввода в разработку

ЗЕ9

месторождений природных газов на основе достоверного подсчета запасов газа в минимальные сроки и при минимальных капитало­ вложениях.

и водоносных пластов и их изменение по мощности и по площади. Без достоверного знания параметров пластов невозможно строить правильный прогноз разработки месторождений, регулировать про­ цесс разработки, находить оптимальные проектные решения и т. д.

Перспективным является комплексное применение газогидродина­ мических и геофизических методов исследования скважин и пластов.

Применительно к интерпретации результатов исследований газо­ конденсатных скважин необходимо •совершенствование методов опре­ деления параметров пластов по индикаторным диаграммам и кривым востановления забойного давления.

Дальнейшего развития требуют расчетные методы, применяемые при проектировании разработки газоконденсатных месторождений с поддержанием пластового давления путем закачки сухого газа или воды. Здесь необходимы более точный учет фазовых превращений в пласте и неоднородности пласта по коллекторским свойствам и определение их влияния на показатели разработки. Согласно, например, исследованиям Е. Ф. Афанасьева, В. Н. Николаевского, Б. Е. Сомова и Ф. А. Требина, при нагнетании газа в зависимости от исходных параметров могут возникать как процессы испарения жидкого конденсата, так и процессы растворения газа в конденсате.

Еще не определена достоверно эффективность применения обрат­ ной закачки газа (сайклинг-процесса) в трещиновато-пористых коллекторах. Неясно, как будет изменяться доля жирного газа

впродукции скважин, так как возможно опережающее вытеснение жирного газа сухим по системе трещин. А каков механизм вытесне­ ния жирного газа сухим из системы пористых блоков? Таким образом,

вслучае трещиновато-пористых коллекторов на эффективность обратной закачки газа, помимо неоднородности пласта и коэффи­ циента охвата вытеснением, будет влиять «разжижение» жирного газа сухим в результате избирательного продвижения последнего по системе трещин. Требуется исследовать особенности процесса вытеснения жирного газа сухим и фазовых превращений при частич­

ном сайклинг-процессе.

Бесспорно необходимым является развитие методов поиска опти­ мальных показателей разработки газоконденсатного месторождения и обустройства промысла при различных способах поддержания пластового давления.

Совершенно специфический круг задач возникает в области теории разработки газовых месторождений в связи с известным открытием, касающимся месторождений газа в гидратном состоянии.

Если теория проектирования и разработки месторождений при­ родных газов может рассматриваться как достаточно сложившаяся научная дисциплина, то этого нельзя сказать о теории и методах

360