автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Методы контроля за разработкой газоконденсатного месторождения с воздействием на пласт

ДП Севергазпром Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи УДК 622.276.6

Захаров Анатолий Алексеевич

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА

ПЛАСТ

Специальность: 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель д.т.н., профессор P.M. Тер- Саркисов

Москва - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.............................................................4

1. ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ.............................................9

1.1. Способы воздействия при разработке газоконденсатного месторождения.....................................................................................................-

1.2. Технология повышения эффективности разработки газоконденсатного месторождения путем нагнетания низконапорного сухого газа.....................28

1.3. Существующие методы контроля за разработкой.........................................38

1.4. Цели совершенствования методов контроля при воздействии на газоконденсатный пласт неоднородного строения с большим

этажом газоносности.....................................................................................55

1.5. Постановка задач исследования....................................................................56

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ................................58

2.1. Методика исследований................................................................................-

2.2. Результаты аналитических исследований..................................................68

2.3. Результаты экспериментальных исследований.........................................75

3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО ПЛАСТА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВНЕШНИМ АГЕНТОМ.................................................................................................................85

3.1. Принципиальная схема градуировочного стенда на УКПГ-4

Вуктыльского НГКМ......................................................................................89

3.2. Методика определения интервалов дренирования и поглощения.................96

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

НА ВУКТЫЛЬСКОМ ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ.....108

4.1. Параметры промыслового контроля за процессом воздействия на пласт. -

4.2. Методика расчета добычи ретроградных углеводородов......................112

4.3.Результаты физико-химического контроля..............................................117

4.4. Результаты ге офизического контроля....................................................128

5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ........................140

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................143

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Разработка газоконденсатных месторождений без поддержания пластового давления (так называемый «режим истощения») приводит к пластовым потерям, часто значительным, углеводородного конденсата. На Вуктыльском газоконденсатном месторождении эти потери оцениваются в 100 млн.т или 67% от начальных запасов.

В практике разработки газоконденсатных месторождений для уменьшения (или недопущения) пластовых потерь конденсата используются различные способы воздействия на пласт, предусматривающие нагнетание газов или воды, обычно при начальных пластовых давлениях. Использование этих методов требует больших инвестиций, что не всегда экономически оправдано.

На Вуктыльском ГКМ с 1993 г впервые в мировой практике внедряется созданный во ВНИИГАЗе новый способ разработки на завершающей стадии отбора запасов углеводородов из пласта, основанный на закачке сухого неравновесного газа и позволяющий уменьшить пластовые потери конденсата и растворенных в нем углеводородов.

Новая технология основана на эффектах вытеснения пластового жирного газа сухим, испарения жидких ретроградных углеводородов, поддержания пластового и забойного давлений, блокирования активной подошвенной и законтурной воды. Технология обеспечивает сохранение фонда действующих скважин, увеличение их продуктивности и дебитов, повышение углеводородоотдачи пласта, поддержание сырьевой базы

газоперерабатывающего завода, продление периода активного функционирования всей созданной промыслово-заводской инфраструктуры.

Для реализации этой технологии и достижения ее проектной эффективности необходимо было создать и внедрить новую надежную систему контроля за разработкой. Эта система должна была учитывать геолого-технологические особенности объекта добычи углеводородов и технологии его разработки, имея в виду геологическое строение коллектора, эффективные газонасыщенные толщины, термобарические условия и др. Она должна была обеспечивать

непрерывный контроль интервалов приемистости при закачке газа и интервалов дренирования при отборе углеводородной смеси, оперативное определение компонентного состава продукции на основе применения высокоточной геофизической и хроматографической аппаратуры. По результатам геофизического и хроматографического контроля должна была непрерывно осуществляться оценка основных параметров- коэффициентов охвата и вытеснения углеводородов в ходе воздействия на пласт, что позволяет осуществлять эффективное регулирование процесса разработки при реализации технологии. Без этих исследований и промысловых работ внедрение новой технологии могло бы оказаться недостаточно результативным.

Цель работы. Создать и внедрить научно-обоснованную систему мониторинга за разработкой газоконденсатного месторождения в условиях низких пластовых давлений с воздействием на пласт путем нагнетания сухого неравновесного газа, включающую методы и средства контроля (сбора и обработки информации) за реализацией технологии, методы интерпретации динамики технологических параметров, методы их прогноза.

Основные задачи исследований.

1. Создать систему контроля за эксплуатацией газоконденсатного месторождения с воздействием на пласт, базирующуюся на использовании природных индикаторов объекта разработки (компонентов пластовой смеси и их соотношений) и на применении усовершенствованной термографии разреза пласта в скважине.

2. Обосновать выбор природных индикаторов для контроля за процессом извлечения пластовых углеводородов и за охватом пласта нагнетаемым агентом.

3. Разработать автоматизированную систему оперативного промыслового контроля за составом продукции добывающих скважин.

4. Создать промысловый испытательный стенд, позволяющий градуировать геофизические глубинные приборы в условиях, соответствующих пластовым по составу, скоростям движения и термобарическим характеристикам флюидов.

5. Разработать методику надежного определения интервалов дренирования и поглощения в действующих добывающих и нагнетательных скважинах, основанную на сопоставлении термограммы остановленной скважины с текущей

геотермограммой, записанной в ближайшей наблюдательной скважине и приведенной к разрезу исследуемой.

6. Внедрить созданную систему контроля в промышленном масштабе на крупном газоконденсатном месторождении, разрабатываемом с воздействием на пласт.

Научная новизна.

В диссертационной работе представлены результаты аналитических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований соискателя, позволивших создать научно-обоснованную и эффективную систему получения, обработки и интерпретации геолого-промысловой информации о новом технологическом процессе добычи углеводородов на завершающей стадии разработки газоконденсатных месторождений.

Разработанная научно-обоснованная система (мониторинг) включает:

1. Обоснование целесообразности и эффективности использования природных индикаторов для промыслового контроля за внутрипластовыми процессами при закачке сухого недонасыщенного газа в истощенный газоконденсатный пласт.

2. Использование математических ( модели двухфазной многокомпонентной фильтрации) и физических моделей вытеснения двухфазной газоконденсатной смеси сухим газом для установления наиболее характерных природных физико-химических индикаторов (параметров) добываемой из скважин продукции и прогноза их динамики.

3. Разработку методики комплексной термографии вскрытого скважиной продуктивного разреза пласта, предназначенной для определения интервалов дренирования и поглощения в добывающих и нагнетательных скважинах и основанной на сопоставлении термограмм остановленной скважины с текущей геотермограммой в наблюдательной скважине.

4. Создание автоматизированной системы промыслового контроля за составом продукции добывающих скважин.

5. Создание промыслового испытательного стенда для моделирования условий работы глубинных расходомеров на забое газовых скважин, позволяющего

провести градуировку приборов для различных условий течения углеводородной смеси.

Практическая ценность полученных результатов состоит в создании практической методологии, технических средств диагностики физико-химических, термометрических, газодинамических и других характеристик процессов нагнетания сухого газа и добычи углеводородов.

Эти разработки образуют единый промыслово-технологический комплекс, объединяющий различные измерительные средства и автоматизированные системы сбора и управления информацией.

Эффективное использование нового способа разработки газоконденсатных месторождений возможно только при внедрении подобной комплексной системы контроля.

Разработанный комплекс может быть использован на других газоконденсатных и газоконденсатнонефтяных месторождениях.

Реализация работы в промышленности:

Создана система контроля за разработкой с воздействием на пласт, в которой использованы геофизические и хроматографические методы исследования, и которая успешно применяется на двух опытно-промышленных полигонах (районы УКПГ-1 и УКПГ-8) Вуктыльского месторождения.

Результаты исследований и обобщений диссертанта использованы при составлении проектов и технико-экономическом обосновании перспектив разработки и эксплуатации газоконденсатных месторождений Тимано-Печорского региона, в том числе эксплуатации Вуктыльского ГКМ в режиме хранилища-регулятора.

Разработки диссертанта использованы в методических и регламентирующих документах ВНИИГАЗа и СеверНИПИгаза.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на ряде международных и отраслевых научно-практических и научных совещаний:

- Заседаниях секции по разработке НТС РАО "Газпром" (1989-97 гг., г. Москва);

Заседаниях Центральной Комиссии по разработке газовых, газоконденсатных, нефтяных месторождений и эксплуатации ПХГ РАО "Газпром" (1989-96 гг., г. Москва);

- 20-м международном Газовом Конгрессе (1997 г., Дания, г. Копенгаген).

Основные результаты диссертации опубликованы в 7 статьях и тезисах докладов.

Диссертация выполнена в предприятии РАО "Газпром" "Севергазпроме" и Всероссийском научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ). Автор признателен сотрудникам ВНИИГАЗа д.т.н. А.И. Гриценко, д.т.н. С.Н. Бузинову, д.т.н. В.А. Николаеву, к.ф.-м.н. H.A. Гужову, к.т.н. М.И. Фадееву, сотрудникам СеверНИПИгаза Е.М. Гурленову, Н.В. Долгушину, сотруднику предприятия "Вуктылгазгеофизика" К.О.Левитскому за помощь в проведении исследований. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. P.M. Тер-Саркисову, а также к.т.н. В.Г. Подюку за помощь в организации промысловых исследований.

Автор также благодарен специалистам предприятия "Севергазпром", Вуктыльского газопромыслового управления, институтов СеверНИПИгаз и ВНИИГАЗ за обсуждение материалов диссертационной работы и критические замечания.

Объем работы. Диссертационная работа содержит четыре главы, основные выводы, список использованной литературы из 68 названий.

1. ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ.

1.1. Способы воздействия при разработке газоконденсатного месторождения.

1.1.1 .Разработка на режиме истощения.

Газоконденсатные залежи в их начальном состоянии характеризуются высокими пластовыми давлениями, достигающими обычно нескольких десятков МПа. Встречаются залежи с относительно низкими (8-10) и очень высокими (до 150-180 МПа) начальными пластовыми давлениями. Основные запасы углеводородов в залежах газоконденсатного типа приурочены к объектам с начальными пластовыми давлениями 30-60 МПа. В отечественной газопромысловой практике разработка газоконденсатных месторождений осуществлялась до недавнего времени на режиме использования только естественной энергии пласта. Такой режим ("истощения") требует для своей реализации минимальных капитальных вложений и относительно умеренных текущих материальных и финансовых затрат. В отличие от разработки чисто газовой залежи в данном случае приходится иметь дело с продукцией, состав которой постоянно изменяется. Это связано с явлениями ретроградной конденсации пластовой углеводородной смеси, происходящими при снижении пластового давления. Высокомолекулярные углеводородные компоненты смеси после снижения давления в залежи ниже давления начала конденсации Рнк переходят в жидкую фазу, которая остается неподвижной практически на всем протяжении разработки месторождения в силу низкой фазовой насыщенности (не более 12-15% объема пор), намного меньшей порога гидродинамической подвижности (40-50%о).

Отбор углеводородов из газоконденсатного пласта на режиме истощения сопровождается массообменными явлениями в углеводородонасыщенном поровом пространстве коллектора, которые часто можно смоделировать процессом дифференциальной конденсации смеси.

Г.С. Степанова и В.Н. Шустеф подробно изучали особенности процесса дифференциальной конденсации вуктыльской пластовой смеси, выполняя одновременно для сравнения расчеты по контактной конденсации. По данным этих исследователей граничное давление, ниже которого расчетные составы газовой фазы для дифференциального и для контактного процессов несколько различаются, равно приблизительно 20 МПа / 44,45,62 /. Поскольку эти различия невелики, возможно при физическом моделировании процессов разработки пользоваться данными, полученными на сосудах РУТ - соотношений при контактной конденсации, что и делал автор диссертации ( см. вторую главу ).

В качестве примера разработки на режиме истощения рассмотрим историю эксплуатации запасов газоконденсатного сырья из недр Вуктыльского ГКМ.

Основная залежь приурочена к органогенным известнякам и образовавшимся по ним вторичным доломитам визейско-артинского возраста. Продуктивная толща по вертикали составляет около 800 м; она перекрыта 50 - 100 м пачкой трещиноватых аргиллитов верхнеартинского подъяруса и гипсово-ангидритовой толщей кунгурского яруса, являющейся хорошей покрышкой. Открытая пористость коллекторов изменяется от 5 - 6 до 22 - 28%, проницаемость колеблется от 1015 до 4,5.1012 м2. Нефть нефтяной оторочки легкая (плотность 0,826 - 0,841 г/см3), высокопарафинистая (4,0 - 8,1 %), содержание в ней серы было от 0,15 до 0,22%.

Начальные запасы газа на Вуктыльском месторождении составляли 429,5 млрд.м3, конденсата 141,5 млн.т. Начальная характеристика пластовой системы оценивалась следующими средними величинами: пластовое давление 36,3 МПа, температура 62°С, давление начала конденсации пластовой углеводородной смеси 32,4 МПа, конденсатогазовый фактор 360 г/м3.

Освоение Вуктыльского НГКМ начато в 1968 г. Бурение эксплуатационных скважин велось с 1968 г. Залежь разбуривалась без отступлений от генерального плана, не считая необходимых уточнений, связанных с рельефом местности и выдачей резервных точек взамен ликвидированных скважин / 34 /.

Первые четыре года разрабатывался только северный купол, в котором сосредоточена основная доля запасов газа и конденсата. Южный купол введен в разработку в 1973 г.

Поскольку бурение отставало от проектных объемов отбора газа, скважины работали с относительно большими депрессиями. К этому периоду времени на месторождении были достигнуты максимальные отборы газа - 18 - 19 млрд.м3/год. С 1982 - 83 годов начался период падающей добычи (рис. 1.1 ,табл. 1.1).

Освоение запасов углеводородов такого сложного глубокозалегающего месторождения, как Вуктыльское, с высоким начальным пластовым давлением, значительным содержанием конденсата в пластовой смеси, большим этажом газоносности, низкопроницаемыми трещиноватыми коллекторами потребовало постановки целого ряда новых технико-технологических задач. В проектах ОПЭ и разработки месторождения были обоснованы, а затем, с конца 60-х годов, реализованы на практике следующие решения:

- разработка продуктивного пласта большой толщины ( до 1500 м) одной сеткой скважин;

- отбор запасов в зонах повышенной продуктивности скважинами увеличенного диаметра (219 мм);

- расстановка скважин в центра�