Разработка месторождений газоконденсатного типа - Геология - Скачать бесплатно
Месторождения газоконденсатного типа.
В отличие от чисто газовых месторождений газоконденсатные разрабатываются
для получения не только газа, но и высокомолекулярных компонентов —
газового конденсата, ценнейшего сырья нефтехимического производства.
Нередко конденсат является основным целевым сырьем. Поэтому режимы
разработки газоконденсатных месторождений следует оценивать как способы
добычи и газа, и — особенно — конденсата.
Разработка на истощение.
Газоконденсатные залежи в их начальном — на момент открытия — состоянии
характеризуются высокими пластовыми давлениями, достигающими обычно
нескольких десятков мегапаскалей. 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 истории разработки
газоконденсатного месторождения, как и при разработке чисто газового,
происходит последовательная смена нескольких характерных периодов: освоения
и пробной эксплуатации; нарастающей, максимальной, падающей добычи;
завершающий период. В отличие от разработки чисто газовой залежи в данном
случае приходится иметь дело с продукцией, постоянно изменяющей свой
состав. Это связано с явлениями ретроградной конденсации пластовой
углеводородной смеси 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 — 60 %).
Отбор углеводородов из газоконденсатного пласта на режиме истощения
сопровождается массообменными явлениями в углеводороднасыщенном поровом
пространстве коллектора, которые соответствуют процессу дифференциальной
конденсации смеси. В области высоких давлений (обычно выше 15 —20 МПа)
состав отбираемой из пласта продукции скважин изменяется практически таким
же образом, как при контактной конденсации смеси. Процесс контактной
конденсации отличается от процесса дифференциальной конденсации тем, что
снижение давления в системе проводится путем изотермического увеличения
объема системы. Этот процесс исследуют либо расчетным путем, используя
данные о константах межфазного равновесия составляющих смесь индивидуальных
углеводородных компонентов, либо на сосуде фазовых равновесий с раздвижными
поршнями. Следует отметить, что процесс контактной конденсации в
газопромысловой практике не встречается, но иногда используется при
исследовании межфазного массообмена в силу простоты и достаточно высокой
степени соответствия пластовым явлениям, особенно для повышенных пластовых
давлений.
Г.С. Степанова и В.Н. Шустеф подробно изучали особенности процесса
дифференциальной конденсации вуктыльской пластовой смеси, выполняя
одновременно для сравнения расчеты по контактной конденсации [47]. По
данным этих исследователей, граничное давление, ниже которого расчетные
составы газовой фазы для дифференциального и для контактного процессов
несколько различаются, равно приблизительно 20 Мпа.
В качестве примера разработки на режиме истощения можно рассмотреть
эксплуатацию запасов углеводородов Вуктыльского газоконденсатного
месторождения. История разработки этого месторождения (Республика Коми)
началась с открытия в середине 60-х годов крупнейших в европейской части
России залежей углеводородов в пермско-каменноугольных карбонатных
отложениях. Месторождение приурочено к брахиантиклинали субмеридионального
простирания площадью более 250 км2 и амплитудой свыше 1500м (по подошве
ангидритовой пачки кунгурского яруса). Складка располагается в осевой части
Верхнепечорской впадины Предуральского Краевого прогиба (Тимано-Печорская
нефтегазоносная провинция). Западное крыло складки крутое (до 70 —90°),
свод узкий гребневидный; в при-осевой части складки это крыло нарушено
надвигом, падающим на восток под углом 65 — 70°. Амплитуда вертикального
смещения около 600м. Восточное крыло складки относительно пологое (20 —
25°).
В геологическом разрезе присутствуют ордовикско-силурийские,
каменноугольные, пермские и триасовые отложения, перекрытые четвертичными.
Установлены две газоконденсатные залежи. Основная залежь приурочена к
органогенным известнякам и образовавшимся по ним вторичным доломитам
визейско-артинского возраста. Продуктивная толща по вертикали составляет
около 800м; она перекрыта 50—100-метровой дачкой 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 10-15— 10-16 до (4 — 8)10-12
м3 . Залежь массивная, сводовая, тектонически ограниченная. Глубина
залегания кровли резервуара 2100—3300м. Имеется нефтяная оторочка.
Пластовая газоконденсатная смесь характеризовалась следующим начальным
усредненным составом, % (молярные доли): метан 74,6; этан 8,9; пропан 3,8;
бутаны 1,8; пентан плюс вышекипящие 6,4; азот 4,5. Конденсат имел начальную
плотность около 0,745 г/см3, содержание в нем метановых углеводородов
составляло, % (молярные доли), 71; ароматических 11,9; нафтеновых 17,1. В
конденсате было от 0,5 до 1,2% парафина, от 0,02 до 0,09 % серы. Нефть
нефтяной оторочки легкая (плотность 0,826 — 0,841 г/см3),
высокопарафинистая (4,0 — 8,1%), содержание серы в ней от 0,15 до 0,22%.
Начальные запасы газа на Вуктыльском месторождении составляли 429,5
млрд. м3, конденсата 141,6 млн. т, Начальная характеристика пластовой
системы оценивалась следующими средними величинами: пластовое давление 36,3
МПа, температура 62 °С, давление начала конденсации пластовой
углеводородной смеси 32,4МПа, конденсатогазовый фактор 360 г/см3.
Разработка Вуктыльского НГКМ была начата в 1968г. Генеральный план
расстановки скважин на месторождении формировался в соответствии с
принципами, обоснованными в проектах ОПЭ и разработки. Бурение
эксплуатационных скважин было начато в 1968г. Залежь разбуривалась без
отступлений от генерального плана, не считая необходимых уточнений,
связанных с рельефом местности и выдачей резервных точек взамен
ликвидированных скважин.
Совмещение ОПЭ с разведкой позволило из 44 разведочных скважин
использовать 28, т.е. 21 скважину перевести в эксплуатационные, шесть — в
контрольно-наблюдательные и одну — в пьезометрические.
Темпы ввода скважин в эксплуатацию резко отставали от проектных, в то же
время объемы добычи газа и конденсата соответствовали проекту.
Первые четыре года разрабатывался только северный купол, в котором
сосредоточена основная доля запасов газа и конденсата. Южный купол введен в
разработку в 1973г. Среднесуточные дебиты поддерживались на максимально
возможном уровне. При этом большинство скважин (около 80 %) работало
одновременно по лифтовым трубам и затрубному пространству и при максимально
допустимых депрессиях, составляющих от 6 до 8 МПа. Диапазон дебитов в тот
период был очень большой — от 200 до 2000 тыс. м3/сут. По 15 скважинам
среднегодовой дебит был более 1000 тыс. м3/сут, по 40 скважинам от 500 до
1000 тыс. м3/сут.
Учитывая большой этаж газоносности и сложное строение месторождения, для
наблюдения за поведением пластового давления по залежи результаты всех
замеров приводили к средневзвешенной по запасам плоскости с отметкой минус
3025 м. Распределение давления по скважинам до начала разработки
месторождения определялось положением скважин на структуре и отметкой
вскрытых интервалов. Среднее начальное пластовое давление на
средневзвешенной плоскости составило 36,3 МПа.
Эксплуатационное бурение позволило к началу 80-х годов довести фонд
действующих скважин до полутора сотен. Тем не менее, 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 в год. С
1982—1983гг. начался период падающей добычи (рис. 1, табл. 1.).
ААА
Динамика показателей разработки Вуктыльского НГКМ
|Показатель |Год разработки |
| |1968 |1970 |1975 |1980 |1985 |1990 |1995 |
|Извлечение газа,|0.06 |[pic]|[pic]|[pic]|[pic] |[pic] |2.815 |
| |0,5 | | | | | |2,249 |
|млрд. м3 | | | | | | | |
|Извлечение |0.02 |[pic]|[pic]|1.705|0.719 |U32Q3 |0.2155|
|конден- |0,18 | | | |0,460 |0,200 | |
|сата, млн. т | | | |1,900| | |0,0789|
| | | | | | | | |
|Среднегодовой |2 |15 |59. |т |145 |т |152 |
|фонд |3 |49 |63 |118 |140 |155 |155 |
|действующих | | | | | | | |
|сква- | | | | | | | |
|жин | | | | | | | |
|Средний дебит |2Q |1100 |Јifl |532 |Ж |Д5 |7Q |
|одной | | | | | | | |
|скважины, тыс, |500 |528 |830 |— |— | |47 |
|м3 | | | | | | | |
|сут | | | | | | | |
|Коэффициент эк- |— |0.87 |0.969|0.983|U282 |0.917 |0.694 |
| | | | | | | | |
|сплуатации | |0,85 |0,95 |— |— |— |0,850 |
|скважин | | | | | | | |
|Коэффициент ис- |— |0.62 |0.69 |0.840|0.866 |0.848 | |
| | | | | | | | |
|пользования | |— |— |— |— |— |— |
|фонда | | | | | | | |
|скважин | | | | | | | |
|Примечание. В числителе фактические показатели, в знаменателе — |
|проектные. |
[pic]
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995
Годы
Рис. 1.28. Динамика некоторых технологических показателей при разработке
Вуктыльского НГКМ:
/ — накопленная добыча газа, млрд. м3; 2 — то же конденсата, млн. т; 3 —
средневзвешенное пластовое давление, МПа. Вертикальной штриховкой обозначен
период максимальных годовых отборов конденсата, горизонтальной — газа
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 1500м) одной сеткой
скважин;
отбор запасов в зонах повышенной продуктивности скважинами увеличенного
диаметра (219 мм);
центральная расстановка скважин;
высокая подвеска лифтовой колонны;
транспорт нестабильного конденсата в однофазном состоянии на большие
расстояния до перерабатывающего завода.
В условиях карбонатных коллекторов большой толщины были отработаны
двухэтапная солянокислотная обработка скважин; .методы их вскрытия,
освоения и глушения.
Разработка газоконденсатных залежей, приуроченных к низкопроницаемым
коллекторам (на Вуктыле средняя проницаемость около 1014м2), — одна из
наиболее сложных газопромысловых проблем. Особенно острой она становится
после вступления месторождения в завершающую стадию эксплуатации, когда
энергетические возможности пласта в основном уже исчерпаны.
Несмотря на все принятые меры, включая использование перечисленных выше
прогрессивных технико-технологических решений, к концу разработки
Вуктыльского месторождения на режиме истощения в недрах этого объекта
добычи газа и газового конденсата остаточные запасы газа составят несколько
десятков миллиардов кубометров (порядка 10 % от начальных запасов), жидких
углеводородов — около 100 млн. т (порядка 70% начальных запасов).
Известно, что в условиях низкопроницаемых коллекторов иногда невозможно
отобрать с достаточной полнотой не только жидкие углеводороды, но и газ из-
за резкого снижения фазовых проницаемостей при выпадении ретроградного
конденсата в призабойных зонах скважины. Именно это обстоятельство побудило
специалистов отказаться от разработки на режиме истощения месторождения
Нокс-Бромайд: лабораторные исследования показали, что такой режим позволит
отобрать лишь небольшую часть от запасов не только конденсата, но и газа
(газоотдача не превысит 13%).
С целью изучения особенностей отбора газоконденсатной смеси из пласта,
характеризующегося низкими коллекторскими свойствами, автором совместно с
сотрудниками была реализована специальная исследовательская программа.
Предпринятые широкомасштабные экспериментальные исследования процесса
испарения выпавшего конденсата при реализации режима истощения
газоконденсатной системы в диапазоне давлений от р = р1 > рнк до р = р2 = 1
МПа впервые позволяют подвергнуть анализу результаты опытов, в которых
процесс проводился до состояния глубокого истощения системы, причем
проницаемости физических моделей пласта существенно различались.
Использовали две модели длиной 1,002м, диаметром 0,387м и с одинаковой
пористостью — 24,8 %. В одних случаях модели пласта содержали связанную
воду, в других были сухими (по воде)
Эксперименты проводились применительно к условиям последнего этапа
завершающей стадии разработки Вуктыльского НГКМ (Тпл=62 0С = const). Были
сформулированы следующие исследовательские задачи.
1. Определение области давлений максимальной конденсации (то есть начала
процесса нормального испарения) компонентов пластовой углеводородной смеси
путем моделирования режима разработки залежи на истощение с использованием
модельной газоконденсатной системы (ГКС), физических моделей пласта и
сосуда PVT-соотношений. Решение этой задачи необходимо для определения
диапазона пластовых давлений, при которых можно ожидать проявления эффекта
нормального испарения ГКС в условиях Вуктыльского НГКМ.
2. Исследование процесса нормального испарения выпавшего конденсата в
пористых средах с различными проницаемостью и водонасыщенностью. Решение
этой задачи необходимо для оценки зависимости интенсивности испарения
компонентов выпавшего конденсата от таких параметров пласта-коллектора, как
проницаемость и водонасыщенность, что существенно при доразработке
истощенной газоконденсатной залежи.
Таблица 2
Эксперименты по испарению выпавшего конденсата
|Номер |Номер модели пласта|Проницаемость, |Водонасыщен-ность, %|
|эксперимента | |10-15м2 | |
|2 2а 3 За 36 |Бомба PVT КД-2-3 |64 9,1 64 9,1 64 9,1|0 0 10 30 30 10 |
|4 4а |КД-6-7 КД-2-3 | | |
| |КД-6-7 КД-2-3 | | |
| |КД-6-7 | | |
В качестве модели пластовой ГКС использованы во всех случаях
многокомпонентные смеси алкановых углеводородов, близкие по своим физико-
химическим свойствам к пластовой смеси исходного (до начала разработки)
состава Вуктыльского НГКМ, имеющей следующие характеристики: содержание С1
- 79,1; С2 - 8,8; С3 - 3,9; С4 - 1,8; С5+ - 6,4,% (молярная доля);
молекулярная масса С5+ приблизительно 115 г/моль; кон-денсатогазовый фактор
около 330 г/м3; давление начала конденсации около 25 МПа; давление
максимальной конденсации 6 ± 1 МПа.
Изучение процессов фильтрации модельной ГКС на режиме истощения, а также
создание водонасыщенности физических моделей пласта проводились по
разработанной во ВНИИГАЗе методике с использованием соответствующей
экспериментальной установки [5].
Результаты исследований обрабатывали с помощью ЭВМ и специально
разработанной программы расчетов всех рассматриваемых при моделировании
параметров.
Для удобного (в рамках данной работы) анализа результатов исследований
выполненные эксперименты сгруппировали в следующие серии (см. табл. 1.18):
исследование влияния проницаемости "сухой" (без связанной воды) пористой
среды на компонентоотдачу (эксперименты 2, 2а, 3);
то же для пористой среды, содержащей 10 % от объема пор связанной воды
(опыты За, 4а);
то же для пористой среды, содержащей 30 % от объема пор связанной воды
(эксперименты 4, 3b).
Рассмотрим особенности углеводородоотдачи истощаемого газокон-денсатного
пласта, пористая среда которого является "сухой", то есть не содержит
связанную воду. Данный случай имеет не только теоретическое, но и
практическое значение, поскольку содержание связанной воды во многих
газоконденсатных залежах весьма незначительно (единицы процентов объема
пор). Целесообразность проведения экспериментов без связанной воды,
обусловлена также необходимостью оценить влияние пористой среды на
массообменные процессы при сравнении результатов с данными, полученными на
бомбе PVT.
На рис.2—7 представлены отдельные результаты сравнения динамики состава
продукции истощаемого пласта и некоторых параметров добываемой смеси для
моделей пласта с различной проницаемостью (сосуд PVT-соотношений можно
условно рассматривать как образец пористой среды с весьма высокой
проницаемостью, например, 10-10—10-11м2). Из сравнения графиков следует,
что с уменьшением проницаемости от 10-10 — 10-11 м2 (эксперимент №2) до
64.10-15м2 (№ 2а) и далее до 9,1-10-15 м2 (№3) происходит снижение
давления максимальной конденсации компонентов пластовой смеси. Особенно это
проявилось у низкомолекулярных компонентов.
Для исследования типичных, но сравнительно "легких" газоконденсатных смесей
(молекулярная масса фракции С5+ в смеси исходного состава равна 115 г/моль)
наблюдается интенсивный рост содержания в продукции компонентов С2+ после
снижения пластового давления ниже давления максимальной конденсации, причем
вне зависимости от испарения конденсатогазовый фактор продукции после
снижения давления ниже давления максимальной конденсации вновь возрастает
(рис. 4), достигая вдвое больших, чем при давлении максимальной
конденсации, значений к концу отбора пластовой смеси (p=1 МПа). КГФ растет
за счет компонентов С5 и С7; декан (С10) практически не испаряется. При
этом молекулярная масса фракции С5+ почти монотонно снижается во всей
области давлений, от pрнк до р =1 МПа (рис. 5).
C2-4 % (Молярная доля)
Рис.2.
[pic]
Зависимость содержания фракции С2-4 в равновесной газовой фазе от
«пластового» давления:
1 – сосуд PVT-соотношений; пористая среда без связной воды с
проницаемостью:
2 – 64?10-15 м2
3 – 9,1?10-15 м2
Если поведение кривой "содержание фракции С2-4 , % как функции
пластового давления" аналогично поведению соответствующей кривой для
фракции С5+ (график КГФ), то и зависимость молекулярной массы фракции С2-4
также аналогична этим двум кривым; в области давлений ниже давления
максимальной конденсации молекулярная масса С2-4 вновь увеличивается, в
отличие от этого параметра для стабильного конденсата.
Сопоставление результатов экспериментов на физических моделях пласта с
бомбовыми данными показывает, что пористая среда в обследованном диапазоне
не препятствует процессу нормального испарения выпавшего конденсата, хотя
некоторые детали массообменных процессов в пустотелом сосуде PVT-
соотношений и в пористой среде, естественно, различаются. Так, представляет
интерес область давлений от 8—10 до 13 — 15 МПа (рис. 5, 6). Здесь заметно
нарушается монотонный характер уменьшения молекулярной массы стабильного
конденсата (фракция С5+), что обусловливается вступлением в область
максимальной конденсации фракции промежуточных углеводородов (см. рис.2).
По-видимому, смещение равновесия для этих углеводородов в сторону
(нормального) испарения оказывает влияние на конденсацию легкой части
фракции С5+, близкой по химическому составу к промежуточным углеводородам:
конденсация С5+ заметно затормаживается, причем более заметно в пористой
среде с меньшей проницаемостью, по сравнению с сосудом PVT-соотношений (см.
рис. 6).
Рассмотрим особенности углеводородоотдачи истощаемых газоконденсатных
пластов, различающихся коллекторскими свойствами (проницаемостью), пористая
среда которых содержала связанную воду в количестве 10% объема пор (см.
табл. 1.29). В данном случае сосуд PVT не рассматривается, сравниваются
лишь эксперименты с частично водонасыщенными пористыми средами,
различающимися проницаемостью (64-10 -15м2 — эксперимент №3а; 9,1-10 -15
м2 — эксперимент №4а).
Анализ результатов показал, что зависимости состава продукции и ее
параметров от давления близки к тем, что характеризуют процесс истощения
сухой пористой среды. Известно, что связанная вода, как правило, занимает
наиболее мелкие поры, "выключая" их таким образом из процесса фильтрации и
ухудшая сорбционные свойства коллектора. Поэтому присутствие воды в
определенной степени сгладило различия между пористыми средами с большей и
меньшей проницаемостями. Тем не менее и в этом случае для более проницаемой
пористой среды зависимость содержания, в частности, углеводородов С2-4 в
продукции от текущего давления в "пласте" расположена несколько выше (рис.
7).
Графики зависимости молекулярных масс фракций от текущего пластового
давления также аналогичны тем, что получены на "сухих" пористых средах.
[pic]
Результаты экспериментов 4 и 36 (см. табл. 2), выполненных на тех же
моделях пласта, но при более высоком содержании связанной воды в их
пористых средах (30 % объема пор), в данной работе не приведены, так как
они в значительной мере аналогичны результатам исследований на "сухих"
моделях.
Повышенное содержание связанной воды лишь еще больше сглаживает различия
между пористыми средами с большей и меньшей проницаемостями.
Таким образом, анализируя полученные результаты, можно сделать следующие
выводы.
|
