автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Научные основы и практика освоения месторождений природных газов Западной Сибири

Открытое акционерное общество «Газпром» Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина

На правах рукописи УДК 662.279.34: 662.2 79.5.553.96

Ремизов Валерий Владимирович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ П ПРАКТИКА ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность ($$5.06 "Разработка и эксгал^атедия нефтяных и газо|в^1Х месторождений'

Диссертация в форме шдетогд доклада на соискани«дненай степени докто^^ФшИшскиэ^эдж

Москва 1999

9д

/Г/

С?/7

Официальные оппоненты: профессор,

доктор технических наук профессор,

доктор технических наук профессор,

доктор технических наук

А.Т.Горбунов Б.Л. Кривошеий А.К.Курбанов

Ведущая организация - Институт проблем нефти и газа РАН и Министерства общего и профессионального образования России.

#1

Защита состоится "¿Ц. ч. на заседании дис>:

аниойного

защите диссертации на <" нических наук при Рг нефти и газа им.И.М.1 ва, Ленинский пр-т, д.ь

С диссертацией в . комиться в библиотеке I

Ваш отзыв на диссертацию ь двух экземплярах, заверенный печатью, указанному адресу.

г. в ауд. ¥3/ ^ета Д 053.27.04 по > "ни доктора тех-м университете ГСП-1, Моск-

можно озна-.Губкина. >го доклада в м направить по

Диссертация в форме научного "10" 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ада. разослана РИМСКАЯ ГОСУДАРСТВШШДЯ

библиотека

'И /"«

к и

&

Б.Е.Сомов

в

» ' К^/. ~

ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы

Газовая промышленность - ведущая отрасль топливно-энергетического комплекса. Она выполняет важнейшие стабилизирующие и интегрирующие функции в экономике России и поддерживает энергетическую безопасность страны.

Газодобывающая промышленность Западной Сибири играет главную роль в добыче углеводородного сырья в России. На протяжении многих лет она характеризуется устойчивостью функционирования в сложных условиях развития топливно-энергетического комплекса. Лидирующее положение промышленность региона сохранит и в двадцать первом веке.

На севере Тюменской области сосредоточено около 70% разведанных запасов газа.

Добыча газа по стране в 1997 г. составила 596,3 млрд. м3. Из них 533,8 млрд. м3 приходится на Газпром.

Из недр Западной Сибири извлечено 519,2 млрд. м3 (98,8%), в основном из уникальных месторождений Надым-Пур-Тазовского района: Уренгойского, Ямбургского, Медвежьего месторождений.

Освоение региона началось с месторождения Медвежье (1972 г.), затем были введены в разработку Уренгойское (1978г.), Вынгапуровское (1978 г.) и Ямбургское (1986 г.) месторождения.

В ближайшие 10-15 лет развитие всей Единой системы газоснабжения (ЕСГ) страны будет определяться как добычей газа а перечисленных месторождениях, так и началом эксплуатации . зых месторождений севера Тюменской области.

За прошедшие десятилетия претерпели существенные из-нения условия развития газовой промышленности в Западной '" при.

Произошло значительное истощение запасов газа и кон-• сата в освоенных районах. Возникла необходимость органи-

зации добычи газа из глубокозалегающих залежей углеводородов в неокомских и ачимовских толщах Надым-Пур-Тазовской нефтегазоносной провинции, Гыданском полуострове, шельфе Арктических морей.

Вместе с тем идет интенсивная работа по освоению и вводу в разработку крупных ресурсов газа на полуострове Ямал (более 10 трлн. м3 газа), открыты месторождения газа в Карском море, разведуются месторождения в Гыданском районе.

Изменился механизм хозяйственной деятельности предприятий в связи с проводимыми экономическими реформами в России.

Изложенное обусловило необходимость анализа накопленного опыта с целью поиска и определения основных направлений дальнейшего надежного и устойчивого развития газовой промышленности в западносибирском регионе в XXI веке.

Диссертационная работа посвящена развитию научных основ и практики освоения месторождений природных газов Западной Сибири, созданию и внедрению комплекса новых научно-технических и технологических решений по обеспечению дальнейшего надежного развития газовой промышленности, в том числе новых методов проектирования, регулирования и управления процессами разработки месторождений природных газов, диагностики объектов добычи и транспорта газа и конденсата, обеспечивающих устойчивую работу газодобывающей отрасли в усложняющихся горно-геологических условиях и рыночной экономики.

В работе даются краткое изложение, теоретическое обобщение и анализ основных результатов, полученных соискателем и опубликованных в его работах, а также оценка их практической значимости и внедрения в практику разработки месторождений природных газов. В научном докладе изложены основные результаты исследований, выполненных автором и под его руководством в период научно-инженерной деятельности на месторождениях Западной Сибири и в ОАО «Газпром».

Цель исследований

• Развитие концепции основных направлений научно-технического прогресса газовой промышленности, направленной на обеспечение устойчивого развития отрасли в XXI веке.

• Научные основы разработки месторождений, состоящей в применении энергосберегающих дебитов и обосновании оптимальных темпов истощения залежей, обеспечивающих надежную работу скважин без осложнений и аварий и повышение газоконденсатоотдачи.

• Создание новых и совершенствование существующих методов, технологий и техники освоения месторождений природных газов, направленных на повышение эффективности их разработки в сложных геолого-физических и природно-климатических условиях Западной Сибири и Крайнего Севера.

Основные задачи исследований

• Обоснование основных направлений развития добычи и транспорта газа в Западной Сибири в первой половине XXI века, включая обоснование роли газовых ресурсов полуострова Ямал и приямальского шельфа Карского моря;

• Развитие концепции комплексного проектирования разработки и обустройства промыслов с учетом геолого-физических особенностей месторождений природного газа севера Тюменской области при наличии многолетнемерзлых пород (ММП);

• Разработка методики и технических средств для гидродинамических исследований газовых скважин и интерпретации их результатов с целью определения параметров пластов и величин энергосберегающих дебитов;

• Создание методов регулирования и управления процессами эксплуатации месторождения, обеспечивающих достижение повышенных коэффициентов газо- и конденсатоотдачи;

• Совершенствование методов системного геофизического контроля за разработкой крупнейших газовых и газокон-денсатных месторождений севера Тюменской области в условиях проявления водонапорного режима;

• Обоснование целесообразности применения горизонтальных скважин для обустройства газовых месторождений Крайнего Севера и на завершающейся стадии разработки;

• Создание эффективных методов подготовки газа к дальнему транспорту в трудных климатических условиях Заполярья;

• Разработка системы диагностики и наблюдений за состоянием и надежностью работы скважин, объектов подготовки и компримирования газа, сооружаемых в условиях ММП;

• Обоснование роли месторождений п-ва Ямал в развитии газовой промышленности России.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались автором с помощью:

• применения системного подхода к решению практических задач управления добычей газа и ЕСГ;

• ретроспективного анализа опыта разработки газовых месторождений севера Тюменской области;

• анализа методов проектирования разработки и эксплуатации месторождений природных газов, техники и технологии лодготовки газа;

• теоретических и экспериментальных исследований по уточнению методики подсчета запасов газа, гидродинамических методов исследования скважин и комплексного проектирования разработки крупнейших газовых месторождений в условиях криолитозоны;

• исследования методов интенсификации добычи газа, включая бурение горизонтальных скважин, и способов контроля за работой скважин и объектов подготовки газа.

Защищаемые научные положения

• Установление закономерностей функционирования ЕСГ страны как сложной развивающейся системы с подсистемами добычи, транспорта, хранения, распределения и использования газа, и путей ее дальнейшего развития и доказательство необходимости сохранения технологически неделимой Единой системы газоснабжения страны.

7 • Разработка основных направлений научно-техничес-

| кого развития газовой промышленности в начале XXI века, | обеспечивающих ее устойчивое функционирование на основе I использования новых энергосберегающих технологий и техни-| ческих решений, существенно повышающих эффективность | разработки месторождений и транспорта природного газа по-¡1 требителям.

• Научное обоснование концепций освоения, разработки и обустройства крупнейших газовых и газоконденсатных месторождений Западной Сибири, состоящих в обосновании и внедрении комплекса оптимальных решений, обеспечивающих надежную добычу газа без осложнений и аварий и повышение га-зоконденсатоотдачи.

• Комплекс включает, в частности, кустовое расположение эксплуатационных скважин: оптимальную конструкцию скважин, обоснование оптимальных энергосберегающих технологических режимов эксплуатации; комплектно-блочный метод сооружения установок для подготовки газа и компрессорных станций; конструкцию оснований, позволяющую предотвращать оттаивание мерзлоты; устройство сезонных теплоизоляционных экранов и наземных поверхностных опор под трубопроводы на площадках наружной газовой обвязки, использование горизонтальных скважин при разработке истощенных пластов и нефтяных оторочек газовых месторождений севера Тюменской области.

• Обоснование оптимального комплекса геофизических, гидродинамических и специальных исследований пластов и скважин, обеспечивающих применение энергосберегающих

технологий и необходимую информацию для проектирования, анализа и контроля за разработкой газовых месторождений Севера.

• Разработка системы контроля за взаимодействием объ- ; ектов добычи газа с многолетнемерзлыми породами и инженер- | 7 но-технические решения по снижению техногенных воздейст-! вий на окружающую среду.

Научная новизна

Показаны основные специфические энергетические и технологические особенности газовой промышленности, отличающие ее от других энергетических отраслей. Доказывается, что ЕСГ играет определяющую и все возрастающую роль в энергоснабжении страны и является развивающейся системой с естественной монополией и тесной технологической, экономической и управленческой связью ее подсистем и элементов.

Сформулированы и обоснованы основные принципы ком- ^ | плексной энергосберегающей разработки и эксплуатации круп- , | | нейших месторождений природных газов в условиях криолито- ^ ! зоны и удаления потребителей от источников газа на значитель-: ные расстояния.

Предложена новая методика анализа разработки газовых месторождений, основанная на вероятностно-статистическом способе обработки результатов комплексных исследований и эксплуатации скважин.

Доказана целесообразность внедрения в районах Севера в условиях малых толщин и продуктивности скважин, а также на завершающей стадии разработки месторождений горизонтальными скважинами.

Предложена новая методика проведения и обработки результатов исследования газовых скважин с определением энергосберегающих дебитов в условиях выноса песка, интенсивного обводнения пласта и быстрого восстановления в нем давления после остановки скважин.

Предложена методика оценки эффективности комплексного освоения месторождений нефти и газа Крайнего Севера, транспорта продукции и сооружения необходимых инфраструктур в течение всего жизненного цикла объектов.

Достоверность и обоснованность научных положений

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в научном докладе, обеспечиваются применением современных методов гидромеханики, термодинамики и теоретических основ разработки месторождений природных газов в сочетании с широким использованием ЭВМ.

Диссертант широко использовал фактические данные разработки месторождений и большой материал собственных промысловых и лабораторных исследований, полученных с использованием современной методологии измерений. Основные результаты исследований и рекомендации получили экспертную оценку ученых и инженеров, а также в докладах на международных и российских конференциях специалистов газовой промышленности.

Практическая значимость работы

Основные исследования и разработки автора были обусловлены нуждами практики. Соответственно и результаты работы носят конкретный прикладной характер.

Стратегия развития ЕСГ и принципы ее целостности, принятые ОАО "Газпром", стали официальной его позицией.

Комплексная разработка крупнейших месторождений осуществляется соответствующими подразделениями ОАО "Газпром", в том числе предприятиями "Надымгазпром", "Урен-гойгазпром" и "Ямбурггаздобыча".

Широко применяется новая методика исследования газовых скважин с определением энергосберегающих дебитов, при активном продвижении пластовых вод и гидратообразовании.

Р0( * »с ГОСУА

Это же относится и к разработанному автором инженерно-геологическому мониторингу объектов подготовки и комприми-рования газа.

Получены конкретные материалы, которые используются при ремонтных и профилактических мероприятиях, проектировании сооружений в зоне многолетней мерзлоты.

Апробация работы

Основные результаты работы автора нашли непосредственное применение в совершенствовании работы Единой системы газоснабжения России и стран СНГ на таких газовых месторождениях Западной Сибири, как Уренгойское, Медвежье, Ям-бургское и др.

Результаты научных исследований доложены автором на следующих научных конференциях и симпозиумах:

• Научно-техническая конференция "Актуальность проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, октябрь 1994 г.);

• Отраслевое совещание главных инженеров газотранспортных и газодобывающих предприятий (Москва, январь 1995 г.);

• Отраслевая конференция "Научно-техническая информация и реклама в газовой промышленности" (Москва, ноябрь 1995 г.);

• Первый международный конгресс "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" (Тюмень, июнь 1996 г.);

• Научно-техническая конференция "Проблемы разработки газовых и газоконденсатных месторождений" (Москва, ноябрь 1996 г.);

• Седьмая Международная деловая встреча "Диагнос-тика-97" (Ялта, апрель 1997 г.);

• XXI Мировой газовый конгресс (Д ания, Копенгаген, 1997 г.);

• Международная конференция по исследованиям в газовой промышленности (США, Сан-Диего, 1998 г.).

Научные публикации

Автором всего опубликовано 157 работ, по теме диссертации опубликована 81 работа, в том числе 8 книг, 30 брошюр, статьи. Из них 54 работы написаны самостоятельно, получено шесть авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертация выполнена в форме научного доклада по совокупности опубликованных работ, изобретений и внедрения результатов исследований диссертанта в производство. Научный доклад состоит из введения, восьми глав основных защищаемых научных положений и заключения, изложенных на 58 стр. машинописного текста, и списка основных работ, опубликованных автором.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

Развитие газовой промышленности зависит, прежде всего, от состояния сырьевой базы. Россия обладает значительными запасами газа - его потенциальные ресурсы оцениваются в 236 трлн.м3, а текущие разведанные запасы составляют 47,6 трлн.м3, или 33% от мировых запасов. Вместе с тем положение с запасами газа далеко не столь благополучно [71].

В перспективе структура вовлекаемых в разработку запасов газа усложняется. В эксплуатацию будут вводиться в основном средние и мелкие месторождения. Значительно увеличатся глубины, уменьшится плотность запасов на вновь осваиваемых территориях. Возрастает доля добываемого газа, требующего переработки.

За последние годы темпы восполнения минерально-сырьевой базы в стране резко снизились вследствие свёртывания геолого-разведочных работ. С 1993 г. добыча газа значительно превысила темпы прироста запасов.

Стоящие задачи по наращиванию объёмов добычи и поставок газа и продуктов его переработки потребителям невозможно решить на основе устаревших традиционных подходов. Нужны новые интенсивные технологии, а также технические средства, оборудование, обеспечивающие высокую экономическую эффективность, энерго- и ресурсосбережение, надёжность и экологическую безопасность объектов, базирующихся на последних достижениях фундамен�