автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Методы контроля герметичности и эксплуатации подземных хранилищ с наличием перетока газа

Введение.

1. Причины и классификация перетоков газа в процессе создания и эксплуатации подземных хранилищ газа.

2. Обзор опыта эксплуатации подземных хранилищ с перетоками газа и существующих методов контроля герметичности.

3. Разработка методов контроля герметичности подземных хранилищ газа.

3.1 Применение основ вычислительного эксперимента для диагностики герметичности подземных хранилищах газа.

3.1.1 Примеры использования вычислительного эксперимента для диагностики герметичности действующих подземных хранилищ газа.

3.2 Применение компьютерной графики для контроля горизонтальной герметичности подземных хранилищ газа.

4. Разработка методов эксплуатации подземных газохранилищ при перетоках газа из объекта хранения.

4.1 Эксплуатация подземных хранилищ при вертикальных перетоках газа.

4.2 Эксплуатация подземных хранилищ при латеральных перетоках газа.

Актуальность проблемы. Подземные хранилища газа в пористых пластах являются эффективным средством повышения надежности работы газотранспортных систем и обеспечения бесперебойного газоснабжения крупных потребителей, расположенных на значительном удалении от мест добычи газа. Практически во всех странах с развитой газовой промышленностью с каждым годом увеличиваются количество и емкость таких хранилищ, совершенствуется техника и технология их эксплуатации.

С начала создания в нашей стране первых опытно-промышленных газохранилищ в пористых пластах накоплен богатый опыт их проектирования, сооружения и их последующего расширения до максимально возможных объемов, предопределяемых конкретными геолого-промысловыми условиями, Этот опыт наиболее полно освещен в работах /10,11,12,13,30 /.

Наряду с этим, как следует из отдельных зарубежных публикаций, многолетнего опыта эксплуатации отечественных хранилищ все большее внимание уделяется вопросам обеспечения длительного и безопасного функционирования действующих хранилищ, в том числе и вопросам контроля и предотвращения негативных явлений, возникающих в результате продолжительной эксплуатации искусственных газовых залежей. К основным негативным последствиям можно отнести неконтролируемые утечки газа, наблюдаемые в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вопросу герметичности хранилищ газа посвящены многие работы отечественных ученых /18,19,20,28,37,38,39,48/. Из зарубежных следует отметить работы /55,56,57/.

Однако ряд вопросов, связанных с диагностикой герметичности подземных хранилищ газа в процессе эксплуатации, оценкой величины утечки газа из объекта хранения, а также разработки мероприятий по ликвидации последствий утечек газа, в настоящее время разработаны не достаточно.

Цель работы. Создание и практическое использование методов контроля герметичности подземных хранилищ газа и методов их эксплуатации при наличии перетоков газа из объекта хранения. Основные задачи исследований.

1. Разработка метода оценки герметичности подземных хранилищ газа путем применения основных принципов вычислительного эксперимента.

2. Создание метода контроля за горизонтальной герметичностью подземных хранилищ газа с использованием компьютерной графики.

3. Разработка методов эксплуатации ПХГ при наличии перетоков газа из объекта хранения: при вертикальных перетоках газа (основных принципов и технологических схем утилизации перетекающего газа при разгрузке контрольных горизонтов, оптимизация режима совместной эксплуатации объекта хранения и техногенной залежи); при горизонтальных перетоках (режим эксплуатации подземных хранилищ газа при ограничении порового объема, с целью предотвращения перетока газа за замок ловушки).

При решении поставленных задач использовались численные и графические методы прикладной математики, основные уравнения теории разработки газовых месторождений и подземных хранилищ газа (ПХГ), а также результаты промысловых наблюдений на действующих подземных хранилищах газа, которые проводились сотрудниками «Мострансгаза», «Западтрансгаза» и ВНИИГа-за.

Научная новизна.

1. Предложен аналитический метод оценки герметичности подземных хранилищ газа в процессе их эксплуатации. Метод позволяет на основе принципов вычислительного эксперимента контролировать герметичность подземных хранилищ газа, проводить количественную оценку величины утечки газа, проводить уточнение основных показателей эксплуатации хранилища.

2. Разработан графический метод контроля за распространением газа по пласту-коллектору в процессе эксплуатации ПХГ, позволяющий контролировать горизонтальную герметичностью хранилищ.

3. Разработаны методы эксплуатации подземных хранилищ газа с вертикальными и горизонтальными перетоками газа, позволяющие предотвращать потери газа и обеспечивать безопасную эксплуатацию хранилищ в частности:

• для Осиповичского ПХГ разработана и внедряется технологическая схема сбора и утилизации перетекающего газа, позволяющая исключить выбросы газа в атмосферу и снизить потери связанные с перетоком газа в контрольные горизонты;

• разработан технологический режим отбора газа из техногенной залежи воробьевского горизонта, заключающийся в оптимизации совместной эксплуатации объекта хранения и техногенной залежи, который позволил исключить обводнение разгрузочных скважин и возможное увеличение перетоков газа из объекта хранения . Данный режим реализуется при эксплуатации Калужского ПХГ;

• предложен метод эксплуатации подземных хранилищ газа с целью предотвращения возможности горизонтальной утечки газа, основанный на внедрении режима эксплуатации ПХГ с ограничением максимально допустимого газонасыщенного порового объема хранилища . Такой прием эксплуатации наиболее актуален для хранилищ работающих-в пиковом режиме и активной водоносной средой, когда наблюдается значительное увеличение порового объема и возникает угроза горизонтальной утечки газа. Указанный прием был использован при разработке «Корректив основных показателей эксплуатации Калужского ПХГ в газгольдерном режиме эксплуатации» в настоящее время применяется при текущей эксплуатации хранилища в пиковом режиме. Рекомендуется внесение значения максимально-допустимого газонасыщенного порового объема хранилища в основные показатели эксплуатации ПХГ, как наиболее существенного для контроля герметичности.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием классических балансовых уравнений теории разработки газовых месторождений, подземных хранилищ газа и применением апробированых вычислительных алгоритмов математического обеспечения компьютеров известных фирм, что подтверждается достаточной степенью сходимости расчетных и реально изучаемых процессов.

Практическая ценность работы состоит в использовании предложенных разработок:

1.при авторском надзоре за эксплуатацией Щелковского, Калужского, Осиповичского подземных хранилищ газа и составлении корректив технологических схем их циклической эксплуатации;

2.при разработке программ по контролю герметичности Щелковского, Калужского, Осиповичского подземных хранилищ газа

3.при разработке «Регламента контроля и наблюдений за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа» утвержденных РАО «Газпром» в 1992 г.;

4.при составлении «Правил создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах» утвержденных Госгортехнадзором России в 1994г.;

5.при разработке «Методических указаний по определению необходимых безвозвратных потерь газа при создании и эксплуатации газохранилищ в пористых пластах» утвержденных РАО «Газпром» в 1996 г.;

6.при разработке «Руководства по комплексному контролю за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа» 1999г;

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ВНИИГаза; на геолого-технических совещаниях производственных объединений «Мострансгаза», «Западтрансгаза»; на заседаниях Секции по подземным хранилищам газа РАО «Газпром» г. Москве (1994 г.), г. Уфе (1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ/11,12,13,18,19,22,28,41,42,43,44,/ в том числе 3 без соавторов, 2 научно-технических обзора и одно изобретение.

Структура работы. Диссертация состоит из введения , 4 глав и выводов. Работа изложена на 197 страницах, включая 12 таблиц, 69 рисунков и список литературы из 57 наименований.

Основные результаты и выводы.

1 .Разработаны новые методы контроля герметичности подземных хранилищ газа- аналитические методы включающие:

- метод диагностики герметичности подземных хранилищ газа, на базе применения основных положений вычислительного эксперимента. Разработанный метод позволяет контролировать герметичность хранилищ в процессе их эксплуатации, давать количественную оценку величине перетока газа из объекта хранения, а также в ряде случаев и притока газа в залежь, проводить выбор наиболее адекватной модели эксплуатации, проводить корректировку основных показателей эксплуатации подземных хранилищ газа. Данный метод апробирован на действующих подземных хранилищах газа Калужском, Осиповичском, Щелковском и показал удовлетворительные результаты по оценке их герметичности;

- разработан метод контроля за распространением контура газоводяного контакта и оценки латеральной герметичности хранилищ, основанный на применении возможностей компьютерной графики. Данный метод контроля был использован при анализе эксплуатации Щелковского ПХГ , в связи с ухудшением его эксплуатационных показателей, для исследования вопроса возможности перетока газа за замок ловушки, а также изучения характера заполнения ловушки при наращивании общего объема хранилища.

2. Разработаны основные методы эксплуатации подземных хранилищ газа с вертикальными и горизонтальными перетоками газа, позволяющие предотвращать потери газа и обеспечивать безопасную эксплуатацию хранилищ в частности:

• для Осиповичского ПХГ разработана и внедряется технологическая схема сбора и утилизации перетекающего газа, позволяющая исключить выбросы газа в атмосферу и снизить потери связанные с перетоком газа в контрольные горизонты;

• разработан технологический режим отбора газа из техногенной залежи воробьевского горизонта, заключающийся в оптимизации совместной эксплуатации объекта хранения и техногенной залежи, который позволил исключить обводнение разгрузочных скважин и возможное увеличение перетоков газа из объекта хранения . Данный режим реализуется при эксплуатации Калужского ПХГ;

• предложен метод эксплуатации подземных хранилищ газа с целью предотвращения возможности латеральных перетоков газа, основанный на внедрении режима эксплуатации ПХГ с ограничением максимально допустимого газонасыщенного порового объема хранилища . Такой прием эксплуатации наиболее актуален для хранилищ работающих в пиковом режиме и активной водоносной средой, когда наблюдается значительное увеличение порового объема и возникает угроза латеральной миграции газа. Указанный прием был использован при разработке «Корректив основных показателей

120 эксплуатации Калужского ПХГ в газгольдерном режиме эксплуатации» в настоящее время применяется при текущей эксплуатации хранилища в пиковом режиме. Рекомендуется внесение значения максимально-допустимого газонасыщенного порового объема хранилища в основные показатели эксплуатации ПХГ, как наиболее существенного для контроля герметичности.

3.Результаты диссертационной работы использовались при составлении ряда нормативных и методических документов : «Регламента контроля и наблюдений за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа», «Правил создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах», «Методических указаний по определению необходимых безвозвратных потерь газа при создании и эксплуатации газохранилищ в пористых пластах», «Руководства по комплексному контролю за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа».

1. Агишев А.П. Выявление межпластовых перетоков газа с помощью гидрагео-химических исследований.-Газовое дело,вып.11,М.Д962.-36-49с.

2. Агишев А.П., БалабановВ.Ф. Определение потерь газа на месторождении Рудки в результате аварийных перетоков.Сборник вопросы газовой промышленности Украинской ССР.ИТИ УССР,1963.59-68с.

3. Агишев А.П. Межпластовые перетоки газа при разработке газовых месторо-ждений.-М.Недра. 1966.-203с.

4. Амиян В.А., Васильева Н.П. Добыча природного газа. М.: Недра, 1974.-311с.

5. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова В.В. Вычислительные методы для инженеров. -М.: Высшая школа, 1994. 544 с.

6. Арутюнов А.Е., Бузинов С.Н., Ворожбицкий В.М., Гергедава М.К., Дадонов Ю.А., Парфенов В.И., Солдаткин Г.И., Солдаткин С.Г., Цикунков A.A. Правила создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах. ВНИИГаз., м., 1994. 40с.

7. Ашманов С.А. Линейное программирование. М.: Наука, 1981,- 303 с.

8. Баяковский Ю.М., Галактионов В .А., Михайлова Т.Н. Графор. Графическое расширение фортрана. М.: Наука, 1985. - 287 с.

9. Базара И., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. -М.: Мир, 1982. -584 с.

10. Ю.Боткилин А.И. и др. Анализ характера утечек и гдовского песчаника в брекчию на Калужском подземном хранилище. Труды треста Союзбургаз. М.: Недра, 1968, вып.7. -15-24 с.

11. Бузинов С.Н., Грачева О.Н., Григорьев A.B., Солдаткин С.Г. Особенности эксплуатации Осиповичского ПХГ при наличии перетоков газа в вышележащие горизонты. Международная конференция по подземному хранению газа. М„ 1995.

12. Бузинов С.Н., Солдаткин Г.И., Берето Я.А., Калинина H.A., Солдаткин С.Г. Регламент контроля и наблюдений за созданием и эксплуатацией подземных хранилищ газа в пористых пластах. ВНИИГаз. М., 1992. 21 с.

13. Бузинов С.Н., Семенов О.Г., Солдаткин Г.И. Особенности проектирования и эксплуатации газохранилищ в водоносных структурах. Науч.-техн. обзор, сер. Транспорт и хранение газа, -М.: ВНИИЭгазпром, 1973.

14. Васильев Ф.П. Лекции по методам решения экстремальных задач,- М.: Изд-во МГУ, 1974.-220 с.

15. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1980. - 385 с.

16. Гончаров A. Excel 7.0 в примерах.-М.: Питер, 1996. 256 с.

17. Грачева О.Н., Григорьев A.B., Солдаткин С.Г. Определение безвозвратных пластовых потерь газа при циклической эксплуатации ПХГ. Труды ВНИИ-ГАЗа. М., 1995.

18. Грачева О.Н., Григорьев A.B., Солдаткин С.Г.,Анюк Д.М., Хаецкий Ю.Б.,

19. Сухачев В.И., Цемкало М.М. Особенности эксплуатации сложно построенного ПХГ в условиях взаимодействия двух пластовых систем.-М.: Сборник научных трудов ВННИГаз, 1998,-166-174 с.

20. Гроссман К., Каплан A.A. Нелинейное программирование на основе безусловной минимизации. М.: Наука, 1974.- 406 с.

21. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики. М.: Наука, 1967. - 646 с.

22. Карпов В.Я., Корягин Д.А. Пакеты прикладных программ. М.: Знание, 1983. - 280 с.

23. Левыкин Е.В. Технологическое проектирование хранения газа в водоносных пластах. -М.: Недра, 1973. 206 с.

24. Пшеничный Б.Н., Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах. М.: Наука, 1975. - 426 с.

25. Роджерс Д., Адаме А. Математические основы машинной графики. М.: Машиностроение, 1980. - 256 с.

26. Роджерс .Алгоритмические основы машинной графики.-М.:Мир,1989-503с.

27. Самарский A.A., Гупин A.B. Численные методы. М.: Наука, 1989. - 432 с.

28. Самарский A.A., Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики. М.: Наука, 1975. - 350с.

29. Самарский A.A. Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978.-340 с.

30. Семенов О.Г. Оценка герметичности пластов-покрышек по изменению минерализации пластовых вод (на примере Калужской площади). Реф.сб. Геология и разведка газовых и газокондесатных месторождений. М.: ВНИИЭгаз-пром, 1970, вып.11. 8-12 с.

31. Семенов О.Г. Солдаткин Г.И. Опыт обнаружения и ликвидации межпластовых перетоков при создании и эксплуатации газохранилищ в водоносных пластах. Науч.-техн. обзор, сер. Транспорт и хранение газа, -М.: ВНИИЭгаз-пром, 1971. 18-23 с.

32. Снегирев Н.П. Заколонные газопроявления при проводке скважин на подземных хранилищах газа. Реф.сб., сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторждений. М.: ВНИИЭгазпром, 1970, № 5. - 5-10 с.

33. Солдаткин С.Г. О режиме разгрузки аккумулирующего пласта при перетоках газа в хранилище. Экспрес-информация, сер. Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве. -М.: ВНИИЭгазпром, 1983. 8-14 с.

34. Солдаткин С.Г. Предотвращение утечек газа на действующих ПХГ. Обзор-ная-информация, сер. Транспорт и подземное хранение газа. -М.: ВНИИЭгазпром, 1984. 40 с.

35. Солдаткин С.Г., Хаецкий Ю.Б. Анализ результатов поиска причин перетока газа на ПХГ. Транспорт и подземное хранение газа. -М.: ВНИИЭгазпром, 1987.вып.4 -19-22 с.

36. Сорокин А.П. и др. Опыт промысловых работ по обнаружению перетоков газа на действующих ПХГ. Реф.сб., сер. Транспорт и хранение газа, -М.: ВНИИЭгазпром, 1983. -24-27 с.

37. Требин Ф.А., Макогон Ю.Ф., Басниев К.С. Добыча природного газа. М.: Недра, 1976,-367 с.

38. Филинов М.В. и др. Расчет утечек из подземных хранилищ в вышележащие слои. М.: Недра, 1976. - 102-106 с.

39. Хешшинг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1972. 440 с.

40. Химмельблауд.Прикладное линейное программирование,- М.Мир,1975-536с.

41. Черемисинов O.A. и др. Промыслово-геохимические методы контроля загерметичностью подземных газохранилищ. Реф.сб., сер. Геология и разведка124газовых и газокондесатных месторождений. -М: ВНИИЭгазпром, 1971, № 4.-5-10 с.

42. Ширковский А.И. Подземное хранение газа. М.: Гостоптехиздат,1960, -150с.

43. Tek M.R. Natyral Gas Underqround Stoxqe. Co., USA, 1996, 433 p.

44. Palkovic. Geologike a laziskove predpoklady prebudovanie podzemnych zasobnikov na zapadnom Slovensku. ZEMNI PLYNANAFTA, 2. 1993,59 p.125