автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование технологии повышения производительности газоконденсатных скважин в условиях ретроградной конденсации углеводородной смеси

На правах рукописи

ЗИНЧЕНКО Игорь Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ РЕТРОГРАДНОЙ

КОНДЕНСАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ (ПРИ РАЗРАБОТКЕ НИЖНЕМЕЛОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ СЕВЕРА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых /месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1998

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа им. И. М. Губкина и на предприятии «Ямбурггаздобыча»

Научные руковолители - доктор технических наук,

профессор, академик УНГА КОНДРАТ Р. М. доктор технических наук, профессор, академик РАЕН МИШЕНКО И. Т. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор, член-корреспондент РАЕН АЛИЕВ 3. С.

кандидат технических наук ХАРЧЕН КО Ю. А.

Велушее прелприятие - Предприятие «Уренгойгазпролл»

Зашита состоится « ^^ _ 1998 г.

в 15 часов на заседании специализированного Совета К. 053.27.08 по зашите диссертаций при Государственной академии нефти и газа им. И. М. Губкина по адресу:

117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии им. И. М. Губкина.

Автореферат разослан «_» декабря 1997 г.

ученый секретарь /Г-""""-"

диссертационного Совета, И

профессор к а ПАЛИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время нижнемеловые газоконденсатные залежи месторождений Севера Тюменской области и в том числе Ямбургского месторождения разрабатываются на истощение. Отбор газа из них сопровождается выпадением в пласте и в стволе скважин углеводородного конденсата при снижении давления ниже давления начала конденсации углеводородной смеси. Ретроградная конденсация углеводородной смеси неизбежно ведет к ухудшению продуктивной характеристики скважин вследствие уменьшения фазовой проницаемости пористой среды для газа, вызванного накоплением в призабойной зоне и на забоях скважин выпавшего конденсата и роста потерь давления в лифтовых трубах при движении в них двухфазной (газоконденсатной) смеси. В этих условиях, для поддержания высоких добывных' возможностей скважин, необходимо снизить отрицательное влияние выпадения конденсата на изменение фазовой проницаемости пористой среды для газа и минимизировать потери давления в призабойной зоне и стволе скважин.

Возможными направлениями интенсификации работы газоконден-сатных скважин при разработке месторождений на истощение являются снижение насыщенности конденсатом призабойной зоны путем гидрофи-лизации пористой среды и создание однородного высокодисперсного газожидкостного потока в насосно-компрессоряых трубах применением различного типа забойных и лифтовых диспергирующих устройств.

Решение данной задачи усложняется при эксплуатации скважин в условиях Крайнего Севера Тюменской области. Наличие в разрезе скважин зон многолетнемерзлых пород требует особого подхода при

выборе рабочих растворов и технологических жидкостей при проведении работ по воздействию на продуктивный пласт. В связи о вышеизложенным, обоснованные научные и инженерно - технические решения, направленные на повышение эффективности работы добывающих скважин , имеют важное значение при разработке таких месторождений, как Ямбургское и Уренгойское.

Цель работы

Целью работы является разработка, испытание и освоение технологий и технических средств повышения производительности и продления периода устойчивой работы газоконденсатных скважин Ямбургско-го газоконденсатного месторождения на различных стадиях его разработки.

Основные задачи исследования

1. Создание рабочих растворов, которые обеспечивают очистку пористой среды ог жидких углеводородов, ее последующую гидрофи-лизацию, характеризуются малой испаряемостью в газовую фазу, высокой адсорбционной способностью и технологичностью при проведении физико- химического воздействия на призабойную зону скважины в условиях наличия зоны многолетнемерзлых пород.

2. Экспериментальное изучение испаряемости рабочих растворов применяемых для обработок призабойкой зоны скважин.

3. Экспериментальное исследование процесса адсорбции поверхностно-активных веществ из рабочих растворов на пористой среда в статических и динамических условиях.

4-Разработка и испытание технологии обработок призабойной зоны скважин Ямбургского месторождения с целио очистки от скопления жидкости и восстановления естественной проницаемости пористой среды.

5. Экспериментальное исследование газогидродинамического .акустического и физико - химического воздействия на газожидкостной поток в лифтовых трубах.

6. Конструирование и испытание скважинных эжекторно-ди-спергирующих устройств для газогидродинамического и акустического воздействия на газожидкостной поток в стволе скважин.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались путем лабораторных исследований и испытания технологий и разработанных технических устройств в газоконденсатных скважинах Ямбургского месторождения.

Научная новизна

1. Разработана и внедрена новая технология физико-химического воздействия на призабойную зону с целью интенсификации работы газоконденсатных скважин в условиях ретроградной конденсации углеводородной смеси.

2. Подобраны новые рабочие растворы для воздействия йа продуктивный пласт с целью гидрофилизации призабойной зоны скважин вскрывших нижнемеловые отложения Ямбургского месторождения.

3. Впервые исследованы испаряемость рабочих растворов, степень адсорбции из них на пористой среде поверхностно-активных веществ. Определены характеристики адсорбции ПАВ в статических и динамических условиях. ^

4. Исследовано воздействие на газожидкостной поток эжекторно-диспергирующими устройствами и сочетание их с применением вспенивающих поверхностно-активных веществ, определены оптимальные области использования различных типов диспергаторов .

5. Разработаны новые типы эжекторно-диспергирукяцих устройств

для воздействия в лифтовых трубах скважин на газожидкостной поток с целью минимизации потерь давления, способ их доставки и установки в лифтовых трубах скважин Ямбургского месторождения.

Практическая значимость

Практическая значимость выполненной работы заключается в :

1.Разработке и внедрении рабочих составов и технологии обработки призабойной зоны скважины позволяющей улучшить ее продуктивную характеристику и как следствие - увеличить отборы газа и конденсата. Рабочие растворы технологичны в условиях наличия, в разрезе скважин , зоны многолетнемерзлых пород и рекомендуются к применению на Ямбургском, Уренгойском и других месторождениях региона. Проведенные опытные обработки подтвердили их целесообразность на Ямбургском месторождении и позволили повысить продуктивность пяти газоконденсатных скважин.

2.Разработке и внедрении новых конструкций эжекторно-дисперги-рующкх устройств, что позволяет оптимизировать режим и продлить период естественного фонтанирования скважин за счет управления балансом пластовой энергии в стволе и создания однородного газожидкостиого потока в лифтовых трубах. Разработанные конструкции эжекторов выполнены на уровне изобретений и будут использованы при эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин Ямбургского месторождения.

Апробация работы

Основные результаты работы обсуждались на межгосударственной научно-технической конференции посвященной 30-летию Тюменского индустриального института в декабре 1993 года, конференциях про-фессорско- преподавательского состава и сотрудников ИФИНГ в 1992-

г

1993 годах, на научно-технических советах предприятия «Ямбурггаз-добыча» и на семинарах кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений ГАНГ им И.М. Губкина.

Экономический эффект

Суммарный экономический эффект от проведенных физико-химических обработок ' на 5 скважинах Ямбугского месторождения составил 1,5 млрд.руб в ценах 1997 года.

Публикации

Результаты исследований автора опубликованы в 15 печатных работах, из них 8 по теме диссертации, в том числе двух авторских свидетельствах на изобретение.

Структура и объем работы ' Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов,списка использованной литературы и приложения.

Диссертация содержит страниц машинописного текста, включая рисунков, 7 таблиц. Список использованных источников литературы состоит из S3 наименований.

Автор выражает искреннюю признательность Кондрату P.M., Мищенко И.Т., Ананенкову А.Г. и Попу Г.С. за помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВО ВВЕДЕНИИ содержится общая характеристика работы , обоснована ее актуальность , поставлены цели И' задачи исследования, методы их решения и показана научная новизна.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ произведен анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований, посвященных процессам выпаде -

ния, накопления и частичного выноса из призабойной зоны конденсата , влиянию их ва производительность газоконденсатных скважин. Рассмотрены основные методы повышения углеводородоотдачи газоконденсатных месторождений, пути снижения отрицательного влияния ретроградной конденсации углеводородной смеси в пористой среде на продуктивную характеристику скважин, способы гомогенизации газожидкостного потока в лифтовых трубах, проведен анализ методик расчета потерь давления в лифтовых трубах газоконденсатных скважин.

Разработка газоконденсатных месторождений на истощение сопровождается ретроградной конденсацией углеводородной смеси в области изменения давления от начала конденсации до максимальной конденсации. Выпадение конденсата в пласте приводит к снижению фазовой проницаемости для газа. Наиболее существенное снижение коэффициента газопроницаемости отмечается в призабойной зоне скважин, в которых насыщенность пористой среды выпавшим кондесатом достигает максимального значения, вследствие дополнительной конденсации углеводородов в зоне депрессионной воронки.

Из-за фазовых превращений и выпадения конденсата в пласте уменьшаются коэффициент конечной конденсатоотдачи и коэффициент углеводородоотдачи.

Ретроградная конденсация углеводородной смеси в ряде случаев приводит и к низкой газоотдаче. Основными факторами, обуславливающими снижение коэффициента газоотдачи, являются уменьшение фазовой проницаемости пористой среды для гага и преждевременная остановка добывающих скважин, вызванная скоплением конденсата на забое скважин и в призабойной зоне .

Значительный вклад в изучение механизма ретроградной конденсации, фильтрации газожидкостной смеси и повышения газоконденсато -

отдачи пластов внесли Алиев З.С., Басниев К.С., Берман Л.Б., Брусиловский А.И., Грицонко А.И., Закиров С.Н., Кондрат P.M., Коро-таев Ю.П., Мирзаджанзаде А.Х, Тер - Саркисов P.M., Ширковский А.И., Фарзане Я.Г., и др.

Основными направлениями повышения газоконденсатоотдачи пластов Ямбургского ' месторождения, в условиях ретроградной конденсации^углеводородной смеси являются:

- разработка усовершенствованных технологий различных видов обработок призабойной зоны скважин с целью очистки пористой среды, удаления из призабойной зоны жидких углеводородов в процессе эксплуатации скважин и увеличения проницаемости пористой среды;

- минимизация потерь пластовой энергии в лифтовых трубах путем газогидродинамического, физико-химического и акустического воздействия на газожидкостной поток.

Анализ основных методов воздействия на призабойную зону пласта позволяет предложить гидрофилизацию пористой среды , как метод, который предупреждает скопление конденсата в призабойной зоне скважи- , ны или уменьшает насыщение породы жидкими углеводородами.

Вопросы гидрофилизации призабойной зоны пласта впервые детально исследованы А.Х.Мирзаджанзаде, Л.Б.Берманом, В.Ю.Бахишевым.

Перспектива разйития метода гидрофилизации призабойной зоны скважин связана с применением новых типов поверхностно-активных веществ, способных образовывать прочную адсорбционную пленку на поверхности породы и использование новых растворителей ПАВ, характеризующихся высокой смачивающей способностью и малой испаряемостью.

Требует усовершенствования технология гидрофилизации приза -

бойной зовы скважин и подбор технологических жидкостей в условиях Крайнего Севера, т.к. газоконденсатные скважины Ямбургского и других месторождений вскрывают большую зон у многолетнемерзлых пород.

Создание однородного высокодисперсного потока (гомогенизация газожидкостной смеси) с целью минимизации потерь в лифтовых трубах достигается применением забойных и лифтовых диспергирующих устройств. Существующие эжекторно- диспергирующие устройства и технологии удаления жидкости с забоя скважин не всегда отвечают условиям эксплуатации и требуют усовершенствования.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведена краткая характеристика геологического строения газоконденсатных залежей нижнемеловых отложений Ямбургского месторождения, рассмотрены принятые проектные решения и особенности разработки газоконденсатных залежей нижнемеловых отложений. Дана оценка добывных возможностей газоконденсатных скважин, рассмотрены причины и характер осложнений в их работе, проведен анализ результатов промысловых замеров распределения давления в лифтовых трубах скважин Ямбургского ГКМ и их сопоставление с расчетными величинами.

Краткая характеристика геологического строения, анализ состояния разработки и оценка работы добывающих скважии Ямбургского газоконденсатного месторождения свидетельствуют о следующем:

потенциальное содержаниние конденсата в пластовом газе неокомских залежей колеблется в пределах 110-130 г/м3 ;

- газоконденсатные залежи разрабатываются в режиме истощения, в условиях ретроградной конденсации углеводородной смеси, отбор углеводородов из них сопровождается выпадением в пласте, стволе скважин и промысловых коммуникациях углеводородного конденсата.

газоконденсатные залежи приурочены к водонапорным системам, поэтому в процессе разработки месторождения неизбежно обводнение части скважин.

Ретроградная конденсация углеводородной смеси и появление воды в продукции скйажин привели к снижению их добывных возможностей. Анализ параметров работы скважин показывает, что в ряде скважин фактическая скорость движения на входе в башмак лифтовых труб меньше минимально1 необходимого значения для выноса жидкости (применительно к Ямбургскому месторождению!,313 -1,9 м/с)

Другим фактором, отрицательно влияющим на продуктивную характеристику, являются высокие фильтрационные сопротивления призабойной зоны скважин, приводящие к значительным депрессиям на пласт. Скопление конденсата в пористой среде и особенно в призабойной зоне скважины, где насыщенность конденсатом достигает максимального значения, приводит к снижению фазовой проницаемости для газа и соответственно к уменьшению дебитов скважин по газу; Поэтому при эксплуатации газоконденсатных скважин необходимо, путем воздействия на призабойную зону , уменьшить отрицательное влияние выпадения конденсата в пористой среде на продуктивную характеристику.

О необходимости создания высокодисперсной структуры газожидкостного потока в лифтовых трубах свидетельствуют результаты исследований по замеру гидродинамических параметров в стволе работающих скважин Ямбургского месторождения. Сопоставление фактических и расчетных значений коэффициентов гидравлических сопротивлений показывает, что фактические значения X в 1,115 -1,3 раза выше теоретических. Повышение значения коэффициента гидравлического сопротивления связано с наличием жидкости в скважиннон продукции и

подтверждает сделанное выше заключение о необходимости гомогенизации газожидкостного потока в стволе скважин.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описаны результаты лабораторных исследований физико-химического воздействия с целью гидрофилизации пористой среды, выбора и установления испаряемости рабочих растворов, применяемых для обработок, дана характеристика адсорбции ПАВ из рабочих растворов на экстрагированном и обработанном конденсатом кварцевом песке в статических и динамических условиях .

Целью лабораторных экспериментов являлся выбор таких рабочих растворов, которые обеспечили бы очистку пористой среды от жидких углеводородов, ее последующую гидрофилизацию и характеризовались малой испаряемостью в газовую фазу, т.е. в течение продолжительного периода времени находились в пористой среде. Исходя из поставленной цели, в лабораторных экспериментах изучалась адсорбируемость из рабочих растворов поверхностно-активных веществ на поверхности поро-вых каналов, которая является (косвенно) и оценкой степени гидро-фильности пористой среды. Исследования по адсорбции ПАВ на поверхности поровых каналов проводились в статических и динамических условиях на экстрагированном и искусственно гидрофобизированном кварцевом песке. Для гидрофобизации использовался конденсат Ямбур-гского газоконденсатного месторождения.

В опытах использовались неионогенные ПАВ - блоксополимер на основе окисей этилена и пропилена под условным названием ГДПЭ-108 и неонолы АФ-09-06, АФ-09-10 и АФ-09-12. В качестве растворителя ПАВ применяли: дистиллированную воду; метанол; 0,05н и 0,1н растворы гидроксида натрия ЫаОН; 01н,раствор буры N828407*10 Н2О; 0,05н, 0,1н и 0,2н растворы углекислого натрия ЫагСОз; ОДн и 13,32н

А.мг/м1

14

10

в

г

1 г 3 ч \ 5 \ >

л \ \ N О )

\ \ V л 1

V у* ■¿с- \ и

/ /I у К

1 7 у / ц / 1' / / /

А 1 / & —1 г п / *

- . / % < 5 "П — —0- ...

— •-0-

У Г

5 10 15 ' 20 ' '25 30 35 40' 45 Ур/Уп

Рис.1. График зависимости величины адсорбции А блоксополлмера ГДПЭ-108 (1) и неонола АФ-09-12 (2- 5) на обработанном конденсатом песке от отношения суммарного объема прокачанного через образец рабочего раствора (1-5) и затем воды (Г-5-) Ур к объему пор Уп : 1,1". вода с ГДПЭ-108; 2,2' • вода с неополом; 3,3'- 0,1н раствор гидроксида натрия с неонолом; 4,4'- 0,1н раствор карбоната натрия с неонолом; 5 - метанол с неонолом

Рис.2 . Зависимости отношения объемов испарившейся жидкости V из смесей мета -нола и 0,1н водного раствора гадрокслда натрия (а) и метанола п 0,1н водного раствора карбоната натрия (б) ври концентрации в них ыетанола 10% (4), 30% (5), 50% (6), 70% (7) и 90% (8) к первоначальному объему смеси Ур в интервале температур 20-100" С ( 1, 1- для растворов гидроксида натрия и карбоната натрия соответственно, 2 - для воды, 3 ■ для метанола)

растворы аммиака . Массовая концентрация ПАВ в рабочих растворах составляла 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5, и 2%.

Результаты проведенных исследований (рис.1) по адсорбции ПАВ на кварцевом песке в статических и динамических условиях показывают, что величину адсорбции можно регулировать выбором типа и количества добавки к воде и концентрации ПАВ в рабочем раствора. Наиболее эффективными из исследованных оказались водные растворы гидроксида натрия и гидрокарбоната натрия нормальностью соответственно 0,1н (4,0 кг/м3) и 0,3н (16,2 кг/м3) при массовой концентрации ПАВ порядка 1,5 -2%. По адсорбируемости ПАВ на песке они хуже метанола, однако характеризуются меньшей испаряемостью (метанол в течении непродолжительного периода времени полностью переходит в газовую фазу). Поэтому в случае применения водных растворов гидроксида натрия или карбоната натрия увеличивается межоперационный период между обработками призабойной зоны пласта, уменьшается количество обработок и соответственно снижаются затраты на гидрофилизацию пористой среды.

Оптимальная концентрация ПАВ в исходном растворе составляет около 1,5 %. Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ практически не приводит к росту количества адсорбированного вещества. Оптимальная продолжительность процесса адсорбции составляет 8 -24 часа. Основное количество ПАВ адсорбируется в течение первых 8 часов. При увеличении продолжительности адсорбции с 8 до 24 часов дополнительно выпадает из раствора еще до 13 % вещества ( ПАВ ).

При оптимальной массовой концентрации ПАВ, равной 1,5%, наиболее низкая адсорбируемость на песке у блоксополимера ГДПЭ-108 . Неонолы АФ-09-10 и АФ-09-12 характеризуются более высокой и примерно одинаковой адсорбируемостью.

При изучении процесса испаряемости рабочих растворов определено, что увеличение массовой концентрации ПАВ от 0,05 до 2,0% не оказывает значительного влияния на процесс испарения.

Анализ опытных данных показывает (рис.2) что тип ПАВ и незначительные добавки солей или щелочи оказывают влияние на испаряемость рабочих растворов по отношению к испаряемости дистиллированной воды, а 1,0% водный раствор ГДПЭ-108 обладает меньшей испаряемостью, чем аналогичный водный раствор неонола АФ-09-12. Добавки, в 1,0% водный раствор неонола АФ-09-12 гидроксида натрия и карбоната натрия еще в большей- мере снижают испаряемость рабочих растворов .

Широко применяемый при гидрофилизации пористой среды метанол испаряется очень быстро. Занимаемый им объем при этом заполняется углеводородной жидкостью, т.е. эффект от гидрофилизации пористой среды быстро исчезает. Следовательно, для физико - химических обработок призабойной зоны скважины следует применять водные растворы различных веществ, а в условиях многолетней мерзлоты -водометанольные растворы. В качестве добавок к ним рекомендуется использовать ПАВ (неонол АФ-09-12,ГДПЭ-108) и неорганические соли и щелочи (ИазСОз , ЫаОН и др.).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены проведенные исследования газогидродикамического, акустического и физико-химического воздействия на газожидкостной поток в лифтовых трубах. Исследования проведены на лабораторной модели скважины.

Целью проводимых исследований явилось изучение возможности снижения потерь давления в лифтовых трубах и тем самым увеличения добывных возможностей и продления периода естественного фонтанирования скважины. Учитывая сложность воспроизведения в лабора-

Рис.3. Зависимость удельных безразмерных потерь давления X от приведенного ' параметра Фруда для газа Frr* при отсутствии даспергатороз (3,7) и в случае применения ша&бгых (1,2,4-6) г ультразвукового дисваргатороа (8); без ввода. ПАВ (1,3,8) и с вводом ПАВ ( 4-7) в газо-кидкосгной поток при различных диаметрах проходного кавала диспергатора': 1,4,8 • 4мм; 2,6 • 8мм; 6 -12мм

Рис.4. Зависимость удельных линейных безразмерных потерь давления X от диаметра проходного отверста« шайбного диспергатора (1 при различных значениях па -раметра Фруда для газа

торных условиях процессов движения газожидкостной смеси в лифтовых трубах и влияния входных и выходных эффектов на характеристики газожидкостного потока, осуществлялось приближенное физическое моделирование. Получаемые при этом показатели имеют, в основном, качественный характер, что не позволяет в полной мере оценить их количественную сторону. Однако, сопоставление между собой значений исследуемых параметров, в случае воздействия на газожидкостной поток и без него, дает возможность установить эффективность различных методов создания однородного газожидкостного потока в лифтовых трубах скважин.

Опытные данные обрабатывались в виде зависимости удельных линейных безразмерных потерь давления X от приведенного параметра Фруда для газового потока Ргг* при фиксированных значениях параметра Фруда для жидкости Ггж.

Х= ДР/р г Ь; 1Уг*= -УУГ2 рг/? а(рг - рж) ; Ргж =• '\Уж2 / ёй , где \Уж - скорость движения соответственно газа и жидкости на входе в лифтовые трубы, м/с; рг,рж - плотность соответственно газа и жидкости при условиях забоя скважины, кг/м3; (1 - внутренний диаметр - лифтовых труб, м; ДР. -потери давления по длине лифтовых • труб,Па; Ь - длина лифтовых труб, м.

Анализ опытных данных свидетельствует (рис.3), что независимо от расхода жидкости, зависимости удельных линейных безразмерных потерь давления X от приведенного параметра Фруда для газового потока 1"гг* (Х=£ (Ггг*) имеют идентичный вид и характерный минимум при Ггт*=40-60, соответствующий минимальным потерям давления при движении газожидкостной смеси. При меньших

значениях параметра 1"гг* происходит скопление жидкости в подъемных трубах и соответственно уменьшение истинного газосодержания газожидкостного потока, что приводит к росту потерь давления. При больших значениях параметра 1"гг* происходит естественный вынос жидкости, однако возрастают потери давления в подъемных трубах за счет сил вязкостного трения, связанные с высокими скоростями движения газожидкостной смеси.

Рассматривая влияние установки диспергаторов по пути движения газожидкостной смеси, следует отметить, что при малых скоростях движения газожидкостной смеси' установка у башмака лифтовой" трубы шайб и уменьшение диаметра их проходного канала приводят к существенному увеличению гидравлических потерь давления. С ростом скорости движения газожидкостной смеси гидравлические потери давления постепенно снижаются и при значениях Фруда для газа Ргг*= 1-3 практически исчезают. При дальнейшем увеличении скорости движения газожидкостной смеси, в области значений параметра Фруда ]Ггг*=(1-3) - 200-600), применение диспергаторов оказывает положительное влияние на снижение потерь давления. В области значений параметра Фруда Ггг*«=(1-3)-(200-600) увеличивающиеся с ростом скорости движения газожидкостной смеси потери на местные сопротивления полностью компенсируются снижением линейных потерь давления в "лифтовой " трубе; при значениях Фруда Ггг*- 40-60 они достигают минимума. Происходит полная гомогенизация газожидкостного потока в "лифтовой " трубе.

При значениях параметра Фруда Р^гг* < (1-3) и Г>г* >600 установка шайб приводит к росту потерь давления, причем в тем большей степени, чем меньше диаметр шайб. В области низких расходов

газа шайбы играют роль местных сопротивлений и не способствуют дроблению жидкости в потоке газа, а при высоких скоростях движения газа потери давления в шайбах превышают достигаемый эффект от дробления жидкости, тем более, что при больших расходах газа возможность скопления жидкости в лифтовых трубах отсутствует.

Величина потерь давления в лифтовых трубах зависит от расходов газа и жидкости ( параметра Фруда для газа Fit* и параметра Фруда для жидкости Ргж) и диаметра шайбы. На рис. 4 приведены зависимости удельных линейных безразмерных потерь давления X от диаметра проходного отверстия шайбы d для значений параметра Фруда для жидкости Ргж, равных соответственно 0,2*10'4 при различных значениях приведенного параметра Фруда для газа Frr*. Из рис.4 видно,что в области минимальных потерь давления в лифтовых трубах (Fit* = 4060) при значении параметра Фруда для жидкости 0,2*10"4 применение шайб с диаметром отверстия более 10мм практически не влияет на потери давления. При d < 10мм потери давления снижаются с уменьшением диаметра шайбы, достигают минимума при диаметре шайбы 4мм и затем несколько увеличиваются для шайбы диаметром 2мм. Увеличение потерь давления при изменении диаметра шайбы от 4 до 2мм связано с эффектом " запирания" потока, что приводит к резкому увеличению потерь давления на трение.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о возможности регулирования потерь давления за счет выбора такого диаметра проходного сечения диспергаторов, ггри котором обеспечивались бы оптимальные значения параметра Фруда для газа ( Frr* = 40-60) .

Акустическое воздействие на газожидкостной поток осуществлялось установкой в нижней части "лифтовой" трубы ультразвукового

Рис.б. Принципиальна« схема эжекторно-диспергпрующего устройства: 1 • корпус; 2 • диффузор; 3-конфузор; 4- сепаратор; 5- стакан; 6- патрубки; 7- перевода»; 8- пружя -на; 9- прижимная гайка; 10- уплотнитедышй элемент; 11 - кольцо; 12,16,17 . двиганный ароходяой кшал; 13 • Еннтообразный вырез; 14 - отверстие; 15 - камера; 18 • тороидальная кокера; 19,20 - кромки; 21,24 - вертикальные каналы; 22,23 • радиахь -вьхв каналы

диспергатора ( рис.5). Он выполнен в виде вихревой тороидальной камеры 1, образованной последовательно расположенными по пути движения газожидкостной смеси двумя диспергирующими элементами: конфу-зором 2 и диффузором 3. Взаимодействие постоянно движущегося через проходной канал диспергатора газожидкостного потока и периодически поступающего из выхревой камеры закрученного потока вызывает пульсацию давления в узле диспергирования, что приводит к возникновению ультразвуковых колебаний, способствующих дополнительному диспергированию газожидкостной смеси. Конфузор и диффузор 3 изготавливаются сменными, с различным минимальным диаметром проходного канала.

Применение ультразвуковых диспергаторов, о целью акустического воздействия на газоясидкостной поток, в большей степени, чем шайбныв диспергаторы, способствует расширению рациональных зон скоростей движения потока газа, количества жидкой фазы в потоке и уменьшению потерь давления в лифтовых трубах в сторону увеличения расходного содержания жидкости и снижения расхода (параметра Фруда) газа .

Результаты исследований влияния физико-химического воздействия и его сочетания с газогидродинамическим и акустическим воздействием на газожидкостной поток в лифтовых трубах свидетельствует о следующем:

- ввод поверхностно-активных веществ в газожидкостной поток не изменяет характера зависимостей удельных безразмерных потерь давления от параметра Фруда для газового потока. Зависимости Л.=* Г (Тгг*) имею г характерный минимум;

- минимум зависимостей смещается в сторону меньших расходов газа (приведенного параметра Фруда для газового потока) и соотвотст-

вует значениям Ггг* = 10-20 по сравнению с Ггг* =40-60 при отсутствии ПАВ. Таким образом, для обеспечения устойчивой работы газовой скважины с минимальными потерями давления в лифтовых трубах, в случае ввода ПАВ, требуется меньший расход газа;

- опытные данные свидетельствуют о высокой эффективности применения ПАБ, причем тем в большей степени, чем левее от минимума потерь давления находится режим работы газожидкостного подъемника (чем меньше дебит газа). .Ввод ПАВ в газожидкостной поток приводит к снижению удельных линейных безразмерных потерь давления по сравнению с газожидкостным потоком без ПАВ ;

применение ПАВ в области при ТУг* > 40-60 нецелесообразно, т.к. образующаяся пена быстро разрушается вследствие высоких скоростей движения газожидкостного потока.

Таким образом, проведенные исследования подтверждают эффективность применения ПАВ совместно с эжекторно-диспергирующими устройствами для интенсификации работы газоконденсатных скважин р позволяют обосновать оптимальную область их применения.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены промысловые испытания и внедрение технологий и технических средств воздействия на призабойную зону скважин и газожидкостной поток с целью интенсификации работы газоконденсатных скважин Ямбургского месторождения.

Исходя из результатов лабораторных экспериментов и предварительных промысловых испытаний, разработана технология физико-химических обработок призабойной .зоны скважин. Предложенная технология включает следующие операции:

1. Предварительная продувка скважины по факельной линии

для очистки забоя и призабойной зоны от жидкости и механических примесей.

2. Закачка в призабойную зону углеводородного растворителя или его смеси с водопоглотителем для растворения тяжелых углеводородов, разрушения гидрофобной пленки на поверхности породы и осушки пористой среды от пластовой или остаточной воды. Углеводородный растворитель продавливают в пласт газом высокого давления и выдерживают в течение 4-8 часов. В качестве углеводородного растворителя можно использовать широкую фракцию легких углеводородов, ацетон и другие легкие углеводороды, а при их отсутствии - конденсат со второй ступени сепарации; в качестве водопоглотителя - изопропиловый спирт.

3. Закачка в призабойную зону 0,3 н водометанольного раствора гидрокарбоната натрия или 0,1 н водометанольного раствора гидроксида натрия с добавкой 3-5 мас.% ПАВ ( например, неонола АФ-09-12) в количестве 0,4 - 0,8 мЗ на 1 м обрабатываемой толщины пласта с выдержкой в течение 8 - 24часов.

4. Продувка скважины на факельную линию с последующим переключением ее в работу на УКПГ.

Промысловые испытания технологии физико-химических обработок призабойной зоны с целью гидрофилизации пористой среды в скважинах Ямбургского месторождения подтверждают еа эффективность. В льтате обработки скважин уменьшились потери давления в призабойной зоне скважины, увеличился дебит газа, (рис.7) .Суммарное увеличение дебита по пяти скважинам составило 350 тыс.мЗ/сут. Обработки подтвердили эффективность и технологичность использования водоме-таяолъкых растворов ПАВ с добавками солей и щелочей.

Разработано, запатентовано и испытано эжекторно-диспергирующее устройство (рис. б) (скважинный газогидродинамический излучатель -

Ру.МПл

1оо гоо Дебит,•тс.м,ДУГ

Рпд-Рзоб.МПд

100 200 Дебит,тыс.м7сут

300

Рис.7. Графики зависимости дебита от устьевого давления и депрессии скважины №11801 Ямбургского месторождения до и после физико- химической обработки

Ру.МГЬ

Рпл-Ру.МПа

1 к

—^

N N

100 »С." " 300

Дебит.тысл'/срт

400

У/

л V/,

А У

А У

4 Л

100

200 300

Дебит;тисм'/суг

400

Рис.8. Графики зависимостей дебита от давления на устье и потерь давления в приза-бойной зоне и по стволу скважины №10201: 1 • без аксекторно-диспергярующего устро • йства; 2-4 с зжекторно-диспергирующим устройством с разными диаметрами входного канала диффузора ( 2 - 8мм, 3 - 11мм, 4 - 14мм, f - 17мы)

диспергатор), принцип работы которого основан на механическом дроблении капель жидкости в потоке газа и создании ультразвуковых колебаний переменной частоты, воздействующих на газожидкостной поток в лифтовых трубах и призабойную зону скважины. Излучатель- диспергатор состоит из корпуса 1 и соединенного с ним стакана 5. К нижней части корпуса присоединен на резьбе сепаратор 4. Он снабжен центральным проходным каналом 12, выполненным в виде расширяющегося по ходу движения газожидкостной смеси усеченного конуса. Канал 12 оборудован винтообразными вырезами 13 с равномерно расположенными по их длине сквозными радиальными отверстиями 14. Внешняя поверхность сепаратора 4 образует с внутренней поверхностью стакана 5 кольцеобразную камеру 15. Над сепаратором расположены нижнее сужающееся и верхнее расширяющееся устройства, выполненные в виде конфузора 3 и диффузора 2 . Они снабжены центральными проходными каналами 16,17 в виде двух усеченных конусов-, направленных вершинами друг к другу. Конфузор 3 и диффузор 2 образуют между собой вихревую тороидальную камеру 18 с тупыми и острыми кромками ' 19,20. Диффузор 2 закреплен неподвижно в корпусе 1 переводником 7. Конфузор 3 выполнен подвижным и подпружинен относительно диффузора 2 возвратной пружиной 8. Нижняя часть корпуса 1 оборудована двумя вертикальными каналами 21, к которым подсоединены вертикальные цилиндрические патрубки 6. Через патрубки б, каналы 21 в корпусе 1, радиальные каналы 22, 23 и вертикальный канал 24 в конфузоре 3 кольцеобразная камера 15 между сепаратором 4 и стаканом 5 сообщается с тороидальной выхревой камерой 18. Радиальные каналы 23 равномерно располагаются по окружности вихревой камеры 18. Количество и диаметр радиальных каналов 23 выби-

раются такими , чтобы обеспечить ввод в вихревую камеру 18 всей отделяемой в сепараторе 4 жидкости в виде достаточно малых струек.

Устройство с помощью переводника 7 присоединяется к замку клапана- отсекателя и крепится в посадочном ниппеле, установленном у башмака лифтовых труб.

Излучатель-диспергатор имеет ряд отличительных признаков и преимуществ по сравнению с известными:

- выполнение вихревой тороидальной камеры разъемной, в виде двух диспергирующих элементов, подпружиненных между собой ( или по отношению к корпусу), что позволяет изменять размеры вихревой тороидальной камеры и тем самым генерировать колебания разной частоты под воздействием собственной энергии газожидкостного потока (без привлечения внешнего источника давления жидкости или газа). При этом величина и периодичность изменения размеров вихревой торои-дальной-камеры зависят от характеристик газожидкостного потока, т.е. данные величины являются саморегулируемыми;

- по сравнению с известными устройствами значительно увеличивается диапазон изменения размеров вихревой тороидальной камеры, который можно регулировать выбором возвратной пружины соответствующей жесткости, а также отсутствует опасность самоглушения колебаний на выходе излучателя- диспергатора , вследствие наличия в предложенном устройстве одного потока газожидкостной смеси вместо двух потоков (центрального и кольцевого ) в известных устройствах, взаимодействующих между собой на его выходе ;

-оборудование входа вихревой, тороидальной камеры втулкой -сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной, камеры усеченого конуса с винтообразными пазами с равномерно расположен -

выми по их длине сквозными радиальными отверстиями. Это позволяет

ч

отбирать из газожидкостного потока часть жидкости с последующим . вводом отделенной жидкости из камеры между втулкой- сепаратором и корпусом в вихревую тороидальную камеру через каналы, примыкающие к ее наружной поверхности. Подача части жидкости в виде отдельных струй непосредственно в вихревую тороидальную камеру с высокими скоростями движения газожидкостного потока, приводит к ее интенсивному дроблению, что способствует созданию высокодисперсной структуры газожидкостной смеси.

В результате создания высокодисперсного газожидкостного потока в колонне лифтовых труб, снижения насыщенности и увеличения подвижности жидкости в призабойной зоне уменьшаются потери давления в стволе скважины, повышаются дебиты газа и конденсата и продлевается период устойчивой работы скважины.

Результаты проведенных испытаний эжекторно-диспергирующих устройств в скважинах Ямбургского месторождения (рис.8) подтверждает работоспособность и эффективность разработанного оборудования по созданию высокодисперсного газожидкостного потока и минимизации потерь давления в лифтовых трубах. Работа скважин, характеризуется более высокими значениями рабочего давления на устье и меньшими потерями по стволу .

Использование излучателя - диспергатора позволяет увеличить дебит одной скважины в среднем на 30-50 тыс.м3 /суг.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1.Обоснована технологическая необходимость и техническая возможность, при разработке Ямбургского газоконденсатного месторождения, воздействия на призабойную зону скважины и газожидкостной поток в

лифтовых трубах с целью снижения отрицательного влияния выпадения конденсата на фазовую проницаемость пористой среды для газа и минимизации потерь давления в стволе сквшкин.

2. Впервые исследована испаряемость рабочих растворов, степень адсорбции из них поверхностно-активных веществ. Определено, что тип ПАВ и незначительные добавки солей или щелочей снижают испаряемость рабочих растворов. В качестве добавок для рабочих растворов рекомендовано использовать неонол АФ-09-12,ГДПЭ-108,

" гидроксид натрия или карбонат натрия.

Определена характеристика адсорбции ПАВ в статических и динамических условиях. Величина адсорбции регулируется типом и количеством ПАВ в рабочих растворах. При оптимальной концентрации ПАВ 1.5% основное количество их адсорбируется в течении первых 8 часов.

3.Подобраны новые рабочие растворы , которые обеспечивают очистку пористой среды от жидких углеводородов, ее последующую ги-дрофилнзацию, характеризуются малой испаряемостью в газовую фазу, высокой адсорбционной способностью н технологичностью в условиях наличия зоны многолетнемерздых город. Для обработок вризабойной зоны скважины рекомендовано использовать водометанольные растворы гидроксида натрия или карбоната натрия. В качестве ПАВ рекомендуете« применять блоксополимер на основе окисей этилена и пропилена ГДПЭ-108 или неонол АФ-09-12 массовой концентраций 1,5%. Применение водных растворов гидроксида натрия или гидрокарбоната натрия способствует увеличению межоперационного периода между обработками призабойкой зоны пласта , уменьшается количество обработок и соответственно снижаются затраты на гидрофилизацию пористой среды.

4. Разработана н испытана технология физико - химического

воздействия на призабойную зону скважины с целью интенсификации работы скважин в условиях ретроградной конденсации углеводородной смеси. Проведенные работы по гидрофилизации пористой среды в скважинах Ямбургского месторождения позволили повысить продуктивность пяти газоконденсатных скважин. '

5. Исследовано воздействие на газожидкостной поток_в лифтовых трубах эжекторно-диспергирующими устройствами, определены оптимальные области использования различных типов диспергаторов .

6. Подтверждена эффективность применения ПАВ совместно с эжекторно-диспергирующими устройствами для интенсификации работы газоконденсатных скважин и обоснована оптимальная область их применения.

7. Разработаны новые типы эжекторно-диспергирующих устройств для воздействия на газожидкостной поток с целью минимизации потерь давления, способ их доставки и установки в лифтовых трубах. Конструкции эжекторов выполнены на уровне изобретений и будут использованы при эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин Ямбургского месторождения.

8. Результаты проведенных испытаний эжекторно-диспергирущих устройств в скважинах Ямбургского месторождения подтверждают работоспособность и эффективность разработанного оборудования по созданию высокодисперсного газоконденсатного потока и минимизации потерь давления в лифтовых трубах. Использование предложенного диспергатора позволяет увеличить дь?.-^ одной скважины в среднем на 30-50тыс.м3/сут.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Геологическое моделирование газоконденсатных залежей ниж:».го мела Ямбургского месторождения/Плотников А.А., Царев В.В.,

Зинченко И. А., Гусев В.К., Райкевич А.Й.// М: ВНИИЭГаз-пром, 1991г.,Обзорная информация. Серия: "Геология и разведка."

2. Зинчеяко И.Л. Повышение эффективности работы добывающих газоконденсатных скважин при помощи эжекторно-диспергйрующих устройств/Научно-техническая конференция "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки. "Тезисы доклада -Тюмень, 1993г, с.105-106.

3. Повышение продуктивности газоконденсатных скважин физико-химическими методами/Кондрат P.M., Зинченко И.А., Павлюк A.C. //Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений. Серия: Разработка нефтяных и газовых месторождений: Госуд. межвед. научно-технический сборник.-Вып.23.-Ивано-Франковск: ИФГТУНГ, 1993, с.46-,51.

4. Разработка и испытание лифтовых диспергирующих устройств для интенсификации работы газовых и газоконденсатных скважин. /Кондрат P.M., Зинченко И.А., Магамедов М.С.// Тезисы докада научно-

технической конференции проф.-препод. состава института нефти и газа.

■ j

Ивано- Франковск, октябрь 1993, с.48-53.

5. Зинченко И.А. Использование лифтовых диспергирующих устройств для интенсификации работы газовых и газоконденсатных скважин/ М: ИРЦ ГАЗПРОМ Сер. " Геология .бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений " Ms7-8,1994, с.18-26.

6. Лабораторные исследования газогидродинамического и акустического воздействия на газожидкостной поток в стволе обводненных газовых и газоконденсатных скважин./ Кондрат P.M., Зинченко И.А., Магамедов М.С.// Разведка и разработка нефтяных и газовых

месторождений- Серия: Разработка нефтяных и газовых месторождений:

л

Госуд. межвед. научно-технический сборник.- Вып.31.-Ивано-Фран-ковск: ИФГГУНГ, 1994, с.68-76.

7. Скважинный газогидродинамический излучатель - диспергатор / Кондрат P.M., Величко В.В., Зинченко И.А., Петришак B.C., Мурза-лимов У .Г. - Авторское свидетельство Nsl778279_ .-Госкомизобрете-ний,1992г.

8. Скважинный самоуправляемый газогидродинамический излу-чатель-диспергатор. /Кондрат Р.М.,Величко В.В., Зинченко H.A., Петришак B.C., Губяк В.Е. - Патент № 2060364. Роспатент,1996г.

И. А. Зинченко

J