Система контроля и оценки качества газоконденсатных исследований скважин Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 550.84:658.562

А.Ф. Шарипов, А.Н. Волков

Система контроля и оценки качества газоконденсатных исследований скважин

В условиях постоянного совершенствования систем разработки и эксплуатации неф-тегазоконденсатных и газоконденсатных месторождений (НГКМ и ГКМ соответственно) в отношении результатов газоконденсатных исследований (ГКИ) скважин возникают противоречия, связанные с недостаточной функциональной составляющей. В свою очередь, противоречия формируют новые потребности. Во-первых, использование результатов ГКИ в постоянно действующих геолого-технологических моделях предполагает повышенную информативность при ограниченном количестве сгруппированных компонентов. Во-вторых, для адекватного описания фазового поведения применительно к смесям сложного фазового состава (определяющегося содержанием углеводородов (УВ) группы С5+в и гетероатомных компонентов) ограниченных результатов явно недостаточно. В-третьих, постоянный научно-технический прогресс предполагает использование современных средств измерений и экспериментального оборудования, продвинутых методик обработки и интерпретации данных, математического моделирования и соответствующих программно-методических алгоритмических решений. Таким образом, к результатам ГКИ предъявляются повышенные требования в части информативности и достоверности оценки характеристик пластовых флюидов.

Чаще всего «правильность» отбора проб оценивают по таким их характеристикам, как представительность и качество. Эти понятия зачастую ошибочно приравнивают друг к другу, хотя на самом деле, они неравнозначны. Представительность пробы, по сути, определяет, насколько отобранная проба характеризует изучаемый предмет (пластовую УВ-систему, геологический объект). Получение представительной (репрезентативной) пробы зависит от технологии проведения ГКИ, используемого оборудования и человеческого фактора, т.е. квалификации и опыта инженеров по исследованию скважин. Гарантировать представительность отбираемых проб для PVT-исследований режим работы скважины может в том случае, если будет удовлетворять конкретным требованиям, обеспечивающим оптимальную депрессию на пласт, скорость газового потока на башмаке насосно-компрессорных труб (НКТ), параметры сепарации и др. [1, 2]. Определяющее значение для рекомбинирования УВ-смеси имеет величина конденсатогазового фактора (КГФ), замеряемая в ходе промысловых газоконденсатных исследований при отборе сепараторных проб. Обеспечение представительности отбора проб регламентируется действующей инструкцией [1], также эти вопросы поднимаются в научной литературе [3, 4].

Качество пробы, в свою очередь, определяется степенью соответствия характеристик рекомбинированного образца и отобранных проб с учетом заданной технологии отбора проб. При ГКИ оно должно соответствовать требованиям нормативно-правовых и иных регламентирующих документов [1, 5, 6 и др.].

В зависимости от аппаратурно-технологических особенностей измерительных устройств, применяемых при ГКИ, и полноты исходной информации о составах УВ-смесей может использоваться та или иная совокупность параметров, по которым проводится оценка. Важность оценки представительности и качества проб пластовых флюидов подчеркивается многими специалистами [3, 4, 7-9 и др.]. По некоторым данным [9, 10], количество достоверных проб, подходящих для РУТ-моделирования, не превышает 10-20 %. При этом в большинстве отечественных лабораторий применение отдельных критериев оценки качества носит крайне ограниченный характер,

Ключевые слова:

газоконденсатные

исследования,

отбор проб,

контроль качества,

представительность,

валидация,

неопределенность.

Keywords:

gas-condensate

research,

sampling,

quality control,

representativeness,

validation,

uncertainty.

и зачастую проверка качества заключается только в определении давления открытия контейнеров и оценке термодинамического равновесия отбора проб по графику Хоффмана-Крампа-Хокотта (англ. Hoffmann-Crump-ИосоИ) [11]. Однако в отдельных зарубежных компаниях практикуется более современный подход к оценке качества [12, 13].

Опыт исследования УВ-систем с учетом возрастающих требований к качеству первичных данных промысловых исследований, а также результатов физико-химических исследований (ФХИ) и РУТ-моделирования обусловил необходимость разработки и внедрения в производственный процесс филиала ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта комплексной системы контроля и оценки качества ГКИ (рис. 1). На первом этапе проанализированы методологические основы теории отбора проб и различные подходы к первичной и вторичной оценке качества [14]. На втором этапе осуществлялась разработка алгоритмов расчета парожидкостного равновесия и ряда термодинамических свойств, которые могут использоваться для сопоставления с фактически определенными параметрами. Разработанные алгоритмы проходили апробацию на реальных комплектах проб различных составов. Предложена форма представления результатов оценки качества (протокол). На третьем этапе система была внедрена. На основе ее апробации предложены мероприятия по контролю качества отбора проб. На заключительном этапе планируется

нормативно оформить контроль и оценку качества ГКИ в организации.

В ракурсе жизненного цикла проб (от сепараторных проб до результатов ГКИ) качество «продукта» ГКИ зависит от ряда факторов (рис. 2), важность влияния которых трудно переоценить. Каждый их факторов вносит долю неопределенности в общий результат. Неопределенность, как правило, возрастает, если ответственность на разных этапах работ лежит на разных компаниях, т.е. если работы выполняются несколькими исполнителями с различным аппаратно-техническим и методическим потенциалом, а также подходами к обеспечению качества проб. При этом резервами качества ГКИ на разных этапах производства работ наряду с аппаратно-технологическими и методико-алгоритмическими средствами выступают человеческие ресурсы (рис. 3) и общий научно-технический уровень лаборатории (отдела).

Базовая методология отбора проб подразумевает два основных подхода [15]. Традиционно осуществляются выбор методики отбора, валидация проб и подготовка персонала. Но комплекс и последовательность процедур в данном случае имеют достаточно хаотичный характер. Альтернативный подход предполагает постоянный контроль качества, заключающийся в мониторинге выполнения процедур отбора по ключевым параметрам и подходов к оценке неопределенности.

В свою очередь, оценивать неопределенность можно эмпирическим либо модельным

• Характеристика «продукта» ГКИ

• Анализ методологических подходов

в теории отбора проб

• Анализ первичных методов

• Анализ вторичных методов

• Определение базы • Апробация системы данных свойств оценки качества

• Реализация алгоритмов • Разработка расчета мероприятий

• Апробация программы по контролю качества расчета на реальных отбора проб месторождениях

• Разработка протокола оценки качества

• Введение нормативных документов организации

Рис. 1. Этапы разработки и внедрения системы оценки качества ГКИ

Рис. 2. Факторы качества результатов ГКИ в рамках жизненного цикла пробы

ГКИ

Пробоотборное оборудование

Сепарационное оборудование

Технология отбора проб

Режим ГКИ

Транспортировка

Упаковка

Температура окружающей среды

Условия транспортировки

Хранение

Время (нормируемое)

Температура и условия хранения

Материал контейнера

Агрессивность среды

Разгазирование пробы

Технология разгазирования

Технология отбора промежуточных проб

Анализ проб и расчет состава и свойств

Методика анализа

Методика расчета

способом. В первом случае проводятся многократные измерения и многократные отборы проб. Во втором случае неопределенность моделируется на основе выявленных влияющих величин. Совокупность способов оценки качества на различных стадиях технологического процесса и операциях составляют первичные и вторичные методы оценки (рис. 4).

Первичные методы отличает экспрес-сность (оперативность) получения информации. Важность первичной оценки обусловлена потребностью экономить производственные ресурсы (материально-технические и человеческие) посредством отбраковки проб и отказа от дальнейшего проведения аналитических исследований по заведомо некачественным пробам. Критерии первичной оценки носят количественный и качественный характер.

По пробам газа сепарации проверяется давление открытия и наличие свободной жидкой фазы. В случае если температура в лаборатории ниже температуры отбора или было допущено охлаждение при транспортировке и хранении, баллон с пробой предварительно подогревается. Нагревание осуществляется до температуры, превышающей температуру отбора не менее чем на 10 °С [5]. Также важным показателем качества служит отсутствие завозду-шенности пробы.

По пробам нестабильного конденсата в процессе разгазирования определяются давление открытия и наличие свободной газовой фазы. При наличии газовой фазы ее растворяют путем поэтапного повышения давления в контейнере [2]. Другой способ оценки качества отбора проб - это определение давления насыщения

нестабильного конденсата объемным методом непосредственно в контейнере. Полученная величина сравнивается с давлением отбора пробы с учетом разности температур отбора и исследований. Дополнительный критерий отбраковки - наличие воды в контейнере.

Критерии вторичной оценки многообразны и зависят от типа пластовой системы и применяемых методологических подходов. В базовую оценку качества должны быть включены следующие проверки: по коэффициентам фазового равновесия, по уравнению материального баланса (в модификации Ватанашири (англ. Watanasiri) [16]), по часто используемому в нефтегазовой промышленности графику Хоффмана-Крампа-Хокотта или подобным графикам Стендинга (англ. Standing), Стен-динга-Хоффмана (англ. Standing-Hoffmann), Вилсона (англ. Wilson), Бакли (англ. Buckley) и др. Необходимо оценивать разбалансировку расчетных и фактических составов газа сепарации и нестабильного конденсата с учетом мольного содержания отдельно взятого компонента и неопределенности его измерения в процессе хроматографического анализа.

Важнейшим показателем вторичной оценки качества является сравнение расчетного значения КГФ с фактическим. Также по составу пластовой смеси должны быть смоделированы расчетные значения плотности и молярной массы жидкой фазы в стандартных условиях, коэффициент усадки конденсата и др. Проверка термодинамического равновесия отбора проб может осуществляться с помощью построения фазовых диаграмм сепараторных смесей по фактически определенным составам

Качество измерений

Научно-технический уровень аппаратуры, качество ее разработки и изготовления, степень износа

Уровень методического обеспечения

Уровень методики выполняемых измерений

Качество труда исполнителей

Качество исследований

Уровень комплексной технологии

Качество измерений

Качество других технологических процессов

Качество труда исполнителей

Качество ФХИ

Научно-технический уровень лабораторного оборудования

Уровень методического обеспечения

Уровень методики выполняемых измерений

Качество труда исполнителей

Рис. 3. Источники повышения качества результатов ГКИ: ПО -

Качество интерпретации данных (прогнозирования ГХК)

Уровень методического обеспечения

Качество исходных данных (рузультаты ФХИ)

Качество расчета состава

Качество обработки результатов ГКИ

Качество исходных данных

Уровень ПО

Уровень методико-алгоритмического обеспечения

Квалификация

персонала (интерпретатора)

Уровень методик обобщения результатов

Качество экспериментальных исследований

Зависит от всех составляющих!

Научно-технический уровень РУТ-оборудования

Уровень методического обеспечения

Уровень ПО

Квалификация интерпретатора

- программное обеспечение; ГКХ - газоконденсатная характеристика

и сопоставления расчетных значений температуры точки росы газа сепарации и давления начала кипения нестабильного конденсата с фактическими условиями сепарации. В качестве исходных данных для моделирования расчетных параметров используется следующая информация: мольный состав газа сепарации, нестабильного конденсата и расчетного состава пластовой смеси; молярные массы и относительные плотности остатков С„+в

в рассматриваемых флюидах; давление (рсеп) и температура (/сеп) сепарации. Важнейшим этапом подготовки исходных данных для расчетов является описание смесей, суть которого сводится к присвоению компонентам состава с неизвестными свойствами определенных значений по различным корреляциям.

Теоретическая оценка параметров осуществляется с использованием уравнения состояния. Процедура расчета параметров, более

Рис. 4. Первичная и вторичная оценка качества

Рис. 5. Общий вид протокола оценки качества

ю

о &

к

<

я ^

£ °

g, I

iu <2

С

й

И

И

п <il

&

ft к

п й

П

о *

я S

ft

н

ю

о &

ft о

О

н о

ft

й и о ft

й н

с

S

§ о

й и ft

о я й

£ к in

о К и о *

Э £ ft

ft U и о N ft о

и h

I s§ ft

й н

ft О

*2 м й К

S о

S и £

£ m

U U

5 §

u g £ <ь О « и ft 3

й ft

- о

S *Р

- н о

и щ

& I

С "

& й « 3

в

ft

> S

X и

К

<u й i й ft it g

« &

о о о is 'Ц

t: и

ю о н о ^

о

и g

Й О К

« к Э

И ft Й

рои

g g

& о >

Ч о а

о ю о

КОЮ

ft о с

о 5

- t

Й г; ft

и к м )

и й я

о о И эт

о й о 3 а

ft ft

с й = й ft

о ft

5

&Й

U

«

а h

U Щ

$

и -

Ч

е

6

н =

е

И

-.J

т

щ

а

U Щ

\с е

е а

и

о S PL

К о о ft U С

т

^

ю О

известная как Flash, включает анализ стабильности фаз по энергии Гиббса [17-19] и расчет парожидкостного равновесия [20, 21 и др.]. Результатом комплексной оценки качества служит протокол оценки качества, по результатам которого принимается решение о выборе наиболее равновесного комплекта сепараторных проб, который может использоваться для последующих расчетов.

Авторами проанализированы основные методологические подходы к отдельным методам первичной и вторичной оценки качества, способы описания смесей и методики моделирования свойств смеси по уравнению состояния. Ряд подходов апробирован на сепараторных смесях различного состава. Результаты первичной апробации позволили разработать:

1) алгоритм моделирования параметров оценки качества на основе модифицированного кубического уравнения состояния Пенга-Робинсона (англ. Peng-Robinson, 1978 г.);

2) способ характеристики смесей, наиболее подходящий с точки зрения подготовки исходных данных для моделирования свойств реальных газоконденсатных месторождений в отсутствии данных разгонки конденсата по истинным температурам кипения или данных имитированной дистилляции с использованием уравнений Каца-Фирузабади (англ. Katz-Firoozabadi) [22], Ахмеда (англ. Ahmed) [20], Унгерера-Батута (англ. Ungerer-Batut) для шифт-параметра [23], Чуэ-Праусница (англ. Chueh-Prausnitz) для коэффициентов парного взаимодействия [24];

3) методику определения граничных значений критериев оценки качества (по статистическим данным) с помощью критериев типа Груббса (например, критерий Роснера), а также с помощью метода, основанного на анализе межквартильного расстояния для получения устойчивых робастных оценок центральной тенденции (медианы) и разброса (интер-квартильного размаха) [25];

4) протокол комплексной оценки качества (рис. 5).

Разработанный набор процедур и расчетных алгоритмов применен в ходе исследования месторождений Тимано-Печорской, ЗападноСибирской, Лено-Тунгусской нефтегазоносных провинций и ряда отдельных месторождений (Бованенковское нефтегазоконденсат-ное, Ковыктинское газоконденсатное и др.).

Основные методические сложности, выявленные авторами, сводятся:

• к условиям неприменимости отдельных методов оценки качества;

• определению рационального комплекса применяемых процедур и оцениваемых параметров для пластовых УВ систем с различными свойствами;

• установлению адекватных граничных значений первичных и вторичных методов оценки качества;

• неполноте исходных данных (ограниченные составы сепараторных смесей, отсутствие некоторых свойств в отчетных материалах, ограниченный комплекс ФХИ и т.п.).

На основе полученных результатов и практического опыта изучения природных

газоконденсатных систем определены основные мероприятия по обеспечению контроля качества результатов ГКИ (рис. 6), выполнение которых носит обязательный характер в рамках системы контроля качества.

Предложенный комплексный подход к контролю и оценке качества проб позволяет решить не только основные задачи (отбраковка проб, выбор наиболее равновесного комплекта для расчета состава пластовой смеси, оценка качества РУТ-проб), но и в отдельных случаях выявить технологические причины некачественного отбора проб (неэффективная сепарация, некорректные замеры давлений и температур и др.).

Список литературы

1. Р Газпром 086-2010. Инструкция

по комплексным исследованиям газовых и газоконденсатных скважин: в 2 ч. / утв. ОАО «Газпром» 05.08.2010; введ. 29.04.2011; разраб. ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; авт. С.Н. Бузинов, Ю.Н. Васильев и др. - М.: Газпром экспо, 2011. - Ч. 1. - 234 с. - Ч. 2. -319 с.

2. Долгушин Н.В. Исследование природных газоконденсатных систем / Н. В. Долгушин, Ю.М. Корчажкин, Д.З. Сагитова и др. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. - 179 с.

3. Fevang O. Accurate in-situ compositions in petroleum reservoirs / O. Fevang, C.H. Whitson // SPE 28829. - 1994.

4. Whitson C.H. Fluid sampling & laboratory data / C.H. Whitson // Field development & technology. - Norsk Hydro, 1998.

5. ГОСТ 31370-2008 (ИСО 10715:1997). Газ природный. Руководство по отбору проб / утв. 03.11.2008; введ. 01.01.2010; разраб. ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

6. ВД 11-2-2012. Газ. Нестабильные и стабильные жидкие углеводороды. Попутная вода. Методы отбора проб. - Ухта: Филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта, 2012.

7. McCain W.D. Sampling gas-condensate wells / W.D. McCain, R.A. Alexander // SPE Reservoir Engineering. - August 1992. - P. 385-362.

8. Williams J.M. Getting the best out of fluid samples // SPE 29227. - September 1994. - P. 752.

9. Щебетов А. В. Оценка качества

и моделирование газоконденсатных исследований в условиях неопределенности исходных данных / А.В. Щебетов, М.В. Галкин // Газовая промышленность. -2009 - № 9.

10. Akpabio J. PVT fluid characterization and consistency check for retrograde condensate reservoir modeling / J. Akpabio, E. Udofia, M. Ogbu // SPE-172359-MS. - 2014.

11. Hoffmann A.E. Equilibrium constants of a gas-condensate system / A.E. Hoffmann, J.S. Crump, C.R. Hocott // AIME. - 1953. - V. 198. - P. 1-10.

12. Pedersen K.S. PVT software applied with multiphase meters for oil & gas allocations // Proc. of the Modelling, metering and allocation conference. - Aberdeen, 2005.

13. Sedarat E. A quality control protocol for gas condensate fluid samples / E. Sedarat, M. Ghasemi, S. Gerami et al. // Journal

of Petroleum Science and Engineering. - 2014.

14. СТО Газпром 2-2.3-651-2012. Методики обработки и интерпретации данных газоконденсатных исследований скважин с различным составом продукции / введ. 05.03.12. - М.: Газпром экспо, 2014. - 77 с.

15. Неопределенность измерения, связанная

с отбором пробы: руководство по методам и подходам / под ред. М. Рэмзи и С. Эллисона; пер. с англ. 1-го изд. 2007 г. - Киев: Юрка Любченка, 2015. - 156 с.

16. Watanasiri S. Correlation of phase-separation data for coal-conversion systems / S. Watanasiri, M.R. Brule, K.E. Starling // AIChE Journal. -1982. - № 28. - P. 626-637.

17. Michelsen M.L. Calculation of critical points from cubic two-constant equations of state / M.L. Michelsen, R.A. Heidemann // AIChE J. -1981. - № 27. - P. 521-523.

18. Michelsen M.L. The isothermal flash problem. Pt. I: Stability / M.L. Michelsen // Fluid Phase Equilibria. - 1982. - № 9a. - P. 1-19.

19. Michelsen M.L. The isothermal flash problem. Pt. II: Phase-split calculation / M.L. Michelsen // Fluid Phase Equilibria. - 1982. - № 9b. - P. 21-40.

20. Ahmed T. Equations of state and PVT analysis: applications for improved reservoir modeling / T. Ahmed. - Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 2016.

21. Pedersen K.S. Phase behavior of petroleum reservoir fluids / K.S. Pedersen, P.L. Christensen, J.A. Shaikh. - 2nd ed. - Boca Raton: CRC Press, 2015. - 446 p.

22. Katz D.L. Predicting phase behavior of condensate/crude-oil systems using methane interaction coefficients / D.L. Katz,

A. Firoozabadi // JPT. - 1978. - № 20. - P. 16491655.

23. Ungerer P. Revue de l'Institut Francais

du Petrole // P. Ungerer, C. Batut. - 1997. -№ 52. - P. 609-623.

24. Chueh P.L. Vapor-liquid equilibria at high pressures: calculation of critical temperatures, volumes, and pressures of nonpolar mixtures / P.L. Chueh, J.M. Prausnitz // AlChE Journal. -1967. - V. 12, is. 6. - P. 1107-1113.

25. Шарипов А.Ф. Анализ критериев оценки качества отбора проб при газоконденсатных исследованиях / А.Ф. Шарипов, А.Н. Волков // Вестник ЦКР Роснедра. - 2015. - № 4. -

С. 33-41.