книги из ГПНТБ / Подземное хранение газа (вопросы теории, практики и экономики) А. И. Ширковский. 1960- 4 Мб

Возможности применения структуры Хэршер в качестве под­ земного хранилища начали изучаться в 1947 г.

В 1949—1950 гг. на площади около 78 км3 было пробурено

107 скважин на маркирующий горизонт Галена, находящийся на глубине 45—150 м. Он хорошо повторяет поверхность залегаю­ щего на большой глубине песчаника Гэлсвилл. Для разведки использовалось несколько сейсмических станций. Каждая стан­ ция построила две карты. Для определения пористости и прони­ цаемости было пробурено пять разведочных скважин до глубины примерно 610 м. В скважины спускали обсадные трубы до кровли песчаника Гэлсвилл и цементировали их до устья. В две скважины, обработанные кислотой и тщательно очищенные, закачивали и отбирали воду для получения данных о продуктивности сква­ жин. Из пласта, кровли и подошвы отбирались и испытывались керны длиной 61 см для определения пористости и проницае­ мости. Чтобы получить точные данные о свойствах пласта и кровли песчаника, при бурении последней скважины в качестве промывочной жидкости использовалась пластовая вода. Во всех

скважинах в интервале залегания песчаника Гэлсвилл был про­ веден электрический каротаж для получения данных о литоло­ гии пласта.

Предполагали, что объем газа в хранилище будет 5,1 ■ 109 нм3.

Этот объем газа предполагали закачать в ловушку в течение

4—5 лет. Практически удалось закачать на 1 октября 1958 г. 875 млн. нм3. Объем отбираемого газа в год равен половине объема хранящегося газа. Обсадные колонны скважин имеют диаметр 85/s". Вышележащие водонапорные горизонты на глубине 212,8 м

перекрыты колонной большего диаметра и зацементированы до устья. Для организации хранилища запроектировано около 50 эксплуатационно-нагнетательных и 4—5 пьезометрических скважин, расположенных по периферии. Скважины размещают по квадратной сетке. Площадь газоносности, приходящаяся на одну скважину, равна 1 кл12. До кровли пласта скважины бу­ рятся роторным способом, ниже — ударным. Для работы запроек­ тирована компрессорная станция из 16 газомоторных компрес­ соров типа «Купер — Бессемер» общей мощностью 32 000 л. с. От компрессорной станции до конечной точки магистральных газопроводов в г. Джоляйет проложены два газопровода диа­ метром 30" и длиной около 71 км и еще два 30" газопровода (длиной 27 км) до магистральных газопроводов для получения

газа летом.

На выкидной линии компрессорной станции установлена дегидрационная установка. Распределительные линии на промысле имеют диаметр от 10" до 20" и уложены па глубине 105 см.

29

Вначале мелкие водяные скважины в г. Хэршер, а затем 32 заброшенные скважины в сельской местности с глубины около

30 м стали фонтанировать газом. Одна заброшенная нефтяная скважина фонтанировала сначала газом, потом водой с давле­ нием на устье 2,5 ат. Максимальный дебит газа составил

42 300 м3/сутки.

Закачку газа прекратили. Началась сложная и длительная работа по выявлению и ликвидации утечек. На всех скважинах были проведены нейтронный каротаж и гамма-каротаж, но газо­

насыщенных зон не обнаружили. Далее пробурили пять скважин на все промежуточные формации между пластами Гэлсвилл и Галена. Однако ни в одном из них присутствия газа по обнару­

жили. После этого на пласт Галена пробурили 21 скважину для обнаружения тектонических нарушений, но и их не оказалось.

для обнаружения мест утечек на всех скважинах положитель­ ных результатов не дало. На проведение этих исследований ушло

вания мигрирующего газа. Позже к этой системе были присоеди­ нены все скважины, пробуренные на пласт Галена. Систему при­ соединили к главной станции и модернизировали оборудование по возврату в пласт всего мигрировавшего газа. С тех пор расход

25 мелких скважин, пробуренных на глубину до 60 м (на верх­ ний пористый частично истощенный водоносный горизонт Га­ лена), сети вакуумных газопроводов, вакуум-компрессорпой стан­ ции, дегпдрационной установки, водоводов сбрасываемой (отде­

ленной от газа) воды. Кроме того, построены сооружения для очистки газа от сероводорода. Отделенная от газа вода закачивается через две скважины в водоносный пласт Тремпелеум. В сутки эта система улавливает в среднем 297 000 м3 газа, от которого отделяются 100 м3 воды. Отделенный от воды и пыли уловленный газ подается на два трехступенчатых компрессора и вновь зака­ чивается в подземное хранилище. Капитальные затраты в си­ стему улавливания газа составили 1,5 млн. долл. Общая длина собирательных газопроводов 7 км. Собирательный вакуумный коллектор имеет диаметр 10" и длину 600 м. Давление в вакуум­ ной сети от 0,07 до 0,14 ата. Максимальная пропускная способ­

ность системы 482 000 м3/сутки.

Позднее в 1956 г. газ начал скапливаться в другой форма­

ции. На этот пласт были пробурены четыре скважины, чтобы предотвратить серьезный рост давления. Расход улавливаемого

30

здесь и возвращаемого в пласт Гэлсвилл газа колеблется от 42 000

до 127 000 м3/сутки.

Несмотря на работу системы улавливания мигрирующего газа, поиски утечек газа продолжаются. Для этого всю поверх­ ность земли над хранилищем вновь подвергли магнитной, и гео­ химической разведке. В последнем случае с глубины 3,64 м ото­ брали 130 образцов почвы. Однако мест утечек не нашли. Летом 1957 г. в качестве трассеров использовали пропилен и бутилен. Они помогли доказать, что основная утечка происходит из юж­ ной и небольшая из северной частей хранилища.

Вероятные пути утечек газа: а) через неизвестные заброшен­

ные водяные и нефтяные скважины, пробуренные на Гэлсвилл;

б) через неплотности обсадных колонн; в) через затрубное про­ странство в нескольких скважинах; г) через небольшие сбросы.

Общие годовые производственные потери газа составляют около 0,5% от всего хранящегося газа.

В настоящее время проводятся работы, направленные, с од­ ной стороны, на уменьшение утечек газа, с другой — на поиски нового объекта для закачки в него газа, чтобы довести объем

хранящегося газа до запланированной величины. Для этой цели

изучается нижележащий водоносный пласт песчаника Маунт Симон. Полагают, что в ловушку его можно закачать 1,97 млрд. л3 газа. С 9 апреля до 27 июня 1958 г. на этот пласт, залегающий на глубине от 732 до 780 л, турбинным способом пробурено шесть скважин. Две скважины были пробурены роторным спо­

собом.

Ниже дается анализ основных величин при закачке газа

вподземное хранилище Хэршер.

1.Расчет изменения давления при закачке газа. Исходные данные для расчета: h = 30,5 л; т — 18,5%; к = 3 дарси; 0В =

31

2. Согласно проекту начальное пластовое давление при за*

условиях сооружения подземных хранилищ он колеблется от 30 до 100% и более объема хранящегося газа (мощности хранилища).

2. ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ БЭЙН

Изучение возможностей создания хранилища Бэйн началось в 1953 г. компанией Газ де Франс. Были рассмотрены две подхо­ дящие в геологическом отношении структуры. Из-за большей близости к Парижу выбор пал на Бэйн. Бурением установлены два структурных поднятия; из них верхнее находилось на глубине

275 м. Этот пласт снабжал питьевой водой ряд артезианских скважин, поэтому от него отказались. Другой пласт, залегающий на глубине 300 м, имеет мощность около 30 м; он включает в себя различные не выдержанные по площади горизонтальные про­ пластки глин. Песок очень чистый (не конгломерат) общей пори­ стостью 30—35%, эффективной пористостью (с учетом связанной воды) 21—25%. Проницаемость пласта высокая — от 2 до 8 дарси, что способствует активному водонапорному режиму. Начальное

пластовое давление на глубине 310 м было 38 ата. Пласт песка покрывается сверху пластичной непроницаемой глиной мощ­ ностью ~ 7 м. Длинная и короткая оси структуры имеют раз­ мер 5X3 км. Структурная карта по кровле хранилища приве­

дена на рис. 9. Ожидается, что в этой структуре можно будет хранить от 250 до 340 • 10е нм3 газа. Мощность газоносности буферного газа составит 6 м, что потребует от 120 до 150 • 106 нм3 газа. Полагают, что буферный газ будет удерживать вершину конуса от подъема при отборе газа.

При исследовании структуры Бэйн было пробурено 10 сква­ жин с отбором керна, а также проведена сейсморазведка.Поскольку

32

эти работы не дали окончательных выводов, пробурили еще 12 скважин и структура была полностью оконтуренной.

Летом 1955 г. произвели испытательную закачку в пласт

55 000 ж3 газа, после чего приступили к его отбору. Как пока­ зали испытания, оттеснение воды возможно при норме от 5 до

10 тыс. м9/час и больше при полном заполнении резервуара.

Чтобы избежать загрязнения и засорения воды, было решено хранить только тщательно очищенный коксовый газ. Такой газ поступал с завода Альфорвиль (юго-западнее Парижа), паходя-

Рис. 9. Структурная карта по кровле пласта-хранилища Бэйн во Франции.

щегося в конце газопровода коксового газа из восточной Фран­ ции. Из Альфорвиля газ поступает в распределительное кольцо

вокруг Парижа, давление в этом кольце 20 ат.

Бэйн связан с системой распределения посредством газопро­ вода из Вирофлей. Длина его 29 км, диаметр 400 мм при рабочем давлении 42 ат. Углекислый газ, содержащийся в коксовом, ведет себя в присутствии воды подобно кислоте. Поэтому у сква­ жин, а также у нагнетательной станции в Бэйн установлены эффективные сепараторы. Для предотвращения внутренней кор­ розии трубы дополнительно защищены специальным покрытием.

В поверхностные сооружения подземного хранилища Бэйн

13Двигатели были сконструированы для ра­ боты на природном газе, по при увели­ чении давления па входе их приспособили (без потери в мощности) для работы на

ных трубах установлен манометр. Другой манометр установлен на затрубном пространстве. Каждая скважина оборудована се­ паратором и измерителем расхода входящего и выходящего газа.

Основные сооружения подземного хранилища Бэйн были построены к ноябрю 1956 г. К апрелю 1957 г. опытная закачка была доведена до 30 • 106 м3 очищенного коксового газа. При закачке была обнаружена утечка через одну скважину. Закачку прекратили и скважину зацементировали. В мае начались экспе­ рименты по отбору газа из скважин.

Объектами изучения были: а) зона капиллярного поднятия

выше газо-водяного контакта; б) интенсивность проявления во­ донапорного режима и подъема конуса воды; в) градиенты давле-

34

ния в пласте и на стенке скважины; г) эффективность работы фильтра; д) количество воды, выносимой вместе с газом; е) хими­ ческие и физические свойства газа. Когда эти исследования за­ кончились, выяснили возможный отбор из пласта, который в те­

Су = ■= 155Х = 1680 м3!сУтки

3.Объем буферного газа составляет от объема хранящегося

120-100 noon/

газа —г -— = 92,3%.

130

Анализ создания подземных хранилищ газа в ловушках во­ донапорных систем позволяет сделать некоторые выводы.

1.Хранилища создавались в запечатанных ловушках (за­ крытые антиклинали, моноклинали и т. д.).

Кровля пласта была представлена пли глинами различных типов, или плотными известняками и доломитами. Снизу и по краям газ подпирался оттесняемой водой.

2.Хранилища создавались за счет упругости жидкости и горных пород пласта. Разгрузочные скважины не применялись.

3.При организации хранилищ был проведен весь комплекс геологических, геофизических, газогидромеханических и других работ. Особенно тщательно изучались свойства пласта, его кровли, подошвы п насыщающих жидкостей.

4.Серьезное внимание уделялось качеству цементажа сква­ жин, очистке газа от взвешенных твердых и жидких частиц после сжатия в цилиндрах компрессора, вскрытию пласта. Ко­ лонны цементируются обязательно до устья скважин. Утечки

газа на поверхность земли могут вызвать взрывы, пожары и

другие бедствия.

5.Большое значение имеет контроль за созданием и эксплуа­ тацией хранилища.

3.СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ПО ФОРМУЛЕ (10)

СМЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ

ИФАКТИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

ПРИ ЗАКАЧКЕ ГАЗА В ЛОВУШКУ ВОДОНАПОРНЫХ СИСТЕМ

а) Сравнение теоретических расчетов по формуле (10) с методом последовательных

приближений Для сравнения брались следующие исходные данные:

довательных приближений и по формуле (10), даже при непостоян­

ном темпе закачки газа различаются незначительно. Наибольшее отклонение наблюдается там, где расход зака­

чиваемого газа значительно отличается от среднего (постоянного), а именно, при £сутки = 122 и £Сутки — 154.

в ловушки водонапорных систем

На рис. 12 приведены кривые изменения давления в подзем­

ном хранилище Бэйн в зависимости от количеств закачиваемого

36

Таблица 12

Сравнительные данные, полученные по формуле (10) п по методу последовательных приближений

на их анализе несколько подробнее.

Рис. 12. Кривые изменения давления и количества закачанного газа при создании подземного хранилища Бэйн.

1 — Рф =Рф (0; 1' — рр = Рр (0; 2 — <2ф = <эф (0; г’ — 0р= Го при q= const.

U — период закачки газа; П — падение давления после прекращения закачки газа; О — падение давления при отборе газа; Р — рост давления после прекращения отбора газа.

1. Расчет изменения давления при закачке газа. Исходные

37

qr = 200000 м3/сутки; рпл = 38,25 ата; Do [5] = 0,8075-1010 «г2/л4.

вления средний темп закачки газа был меньше 200 000 м3/сутки,

постоянному темпу закачки газа соответствовала бы прямая линия 2'. В этом случае давление в области газоносности изме­ нялось бы по кривой 1'.

Изменение объема порового пространства при создании хра­ нилища видно из табл. 14. Графики, приведенные на рис. 12,

Табл. 15 содержит данные о фактических давлениях, изме­ ренных при закачке газа в хранилище Гастингс (США, пласт

песчаника, глубина залегания 2010 л) и рассчитанных по фор­ муле (10).

38