CC BY
79ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВМЕЩЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА И СОЗДАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ ГОЙТ-КОРТ ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
УДК 622.276
М.М. Бакраев, ФГБОУ ВО «Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова» (Грозный, РФ)
Н.Д. Булчаев, ФГБОУ ВО «Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова», [email protected]
В статье рассмотрены вопросы развития технологий разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.
На современном этапе перед нефтедобывающей отраслью стоят серьезные задачи по поиску новых скоплений углеводородов и повышению нефтеотдачи пластов. Многие нефтяные месторождения вступили в позднюю завершающую стадию своей разработки, что из года в год приводит к увеличению доли трудноизвлекаемых запасов.
В середине ХХ в. в результате поиска эффективных технологий повышения нефтеотдачи пластов разработан новый метод, основанный на закачке в пласт углеводородного газа под высоким давлением. Впервые этот метод был применен на месторождении Озек-Суат, где показал хорошие результаты. Тем не менее из-за прорывов газа в добывающие скважины через проницаемые пропластки его применение не получило широкого распространения. В настоящее время технологии нефтегазового дела значительно продвинулись вперед, и на базе опыта закачки углеводородного газа под высоким давлением на Озек-Суате появились различные модификации этого метода. В частности, большой интерес нефтяников вызывает водогазовое воздействие на пласт, успешно примененное на Крапивинском и других месторождениях.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: НЕФТЕОТДАЧА ПЛАСТОВ, НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ, КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ, СКВАЖИННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, УСТЬЕВОЕ ДАВЛЕНИЕ, СЛАБОПРОНИЦАЕМЫЕ ГЛИНИСТЫЕ ПЛАСТЫ, ПОДЗЕМНОЕ ХРАНИЛИЩЕ ГАЗА.
Закачка углеводородного газа в XXIII пласт месторождения Гойт-Корт осуществлялась с 1978 по 1992 г. и принесла наряду с технологическим успехом возможность создания подземного хранилища газа (ПХГ) на этом месторождении.
Совмещение во времени и пространстве различных физико-химических явлений, присущих технологическим процессам, считается основным признаком, определяющим направленность процесса и его эффективность. Комплекс и сочетание явлений в пласте характеризуют процесс, в котором возможно совмещение различных технологий.
На современном этапе развития нефтедобывающей промышленности наряду с вовлечением в экс-
плуатацию новых месторождений всевозрастающее значение приобретает повышение степени извлечения нефти из длительно разрабатываемых залежей. В мировой и отечественной практике нефтедобычи широко испытаны и применяются во множестве случаев основные три разновидности процессов повышения нефтеотдачи пластов:
- процессы, связанные с улучшением отмывающих и вытесняющих свойств воды;
- тепловые методы воздействия на пласт;
- процессы вытеснения нефти из пласта смешивающимися с ней агентами.
Все разновидности процессов имеют свои области применения в широком спектре природных
условий залегания нефтеносных коллекторов.
Наиболее распространенным методом добычи нефти признано заводнение пластов.
В качестве реагентов, улучшающих свойства воды, используются различные вещества неорганической и органической природы, абсолютное большинство из которых является продуктами химической промышленности. В силу этой естественной причины большое количество разновидностей процессов для повышения степени извлечения нефти из недр связано с заводнением залежей, точнее, с продолжением воздействия на нефтеносные породы водой с улучшенными отмывающими и вытесняющими свойствами.
M.M. Bakraev, FSBEI of Higher Education GGNTU of the academician Millionshchikov M.D. (Grozny, Russian Federation)
N.D. Bulchaev, FSBEI of Higher Education GGNTU of the academician Millionshchikov M.D., [email protected]
Exploring the possibilities of enhancing oil recovery combined with development of underground gas storage facility at Goyt-Kort field in Chechen Republic
The article deals with the issues of technology advances in oil and gas field development and operation.
Oil industry currently faces serious challenges in prospecting new hydrocarbon accumulations and enhancing oil recovery. Many of the oil deposits entered their later and closing development phases, which leads to increasing share of difficult oil every year. In the middle of 20-th century, a search of efficient enhancing oil recovery technology resulted in the development of new method based on high-pressure injection of hydrocarbon gas into formation. This method has been pioneered at Ozek-Suat field where it showed good results. However, it was not widespread due to breakthroughs of gas through permeable intercalations. Oil and gas technology has significantly advanced at the moment, and various new modifications of this method emerged based on Ozek-Suat experience of high-pressure hydrocarbon gas injection. Water-gas simulation on formation successfully implemented at Krapivinskoye and other fields particularly raises a strong interest among the oilmen.
KEYWORDS: OIL RECOVERY, KEY WELLS, COMPRESSOR STATION, DOWNHOLE EQUIPMENT, WELLHEAD PRESSURE, LOW PERMEABLE CLAY PANS, UNDERGROUND GAS STORAGE.
При заводнении пластов единственной возможностью применения совмещенной технологии повышения нефтеотдачи залежей и образования ПХГ служит вытеснение части остаточных балансовых запасов нефти и определенного количества воды закачиваемым сжатым газом. Конечной целью такой операции будет снижение нефтенасыщенности пород до минимально возможной и поддержание водонасыщенности коллектора на уровне, обеспечивающем безводный приток добываемого продукта в период эксплуатации резервуара в режиме газохранилища.
Если осуществляется обычный газонапорный режим, то эффективность вытеснения остаточной нефти может быть настолько низкой, что не будет отвечать не только принципам совмещенной технологии, но и не окажет положительного влияния на экономику процесса.
По числу случаев применения тепловые методы повышения нефтеотдачи пластов наиболее многочисленны и разнообразны в мировой и отечественной практике нефтедобычи [1, 2]. Область применения этих процессов ограничена небольшой (~1000 м) глубиной залегания объектов воздействия.
Как и при заводнении,использование таких залежей для создания ПХГ связано с увеличением затрат,
требует преодоления повышенных технологических и технических трудностей.
Если источник тепла создается в пласте в виде подземного очага горения тяжелых фракций нефти, то коллектор будет насыщен остаточной нефтью, остаточной и образовавшейся в результате горения водой, а также газообразными продуктами горения и испарением нефти. Такие залежи по насыщенности подготовлены для создания ПХГ в большей степени, чем рассмотренные выше, но следует иметь в виду, что для создания хранилища газа необходимо вытеснить из коллектора газообразные продукты горения, являющиеся чужеродными для углеводородных газов.
Кроме того, замена вытесняющего агента может не принести существенного прироста добычи нефти при подземном хранении газа, т. е. не будут получены признаки совмещенной технологии.
ВОЗДЕЙСТВИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫМ ГАЗОМ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ
Несколько обособленно должны рассматриваться вопросы о совмещении технологии повышения нефтеотдачи пластов и ПХГ при разработке залежей с образованием или использованием газовой шапки и в режиме растворенного газа.
Наметившаяся тенденция роста цен на нефть в настоящее время делает перспективы развития совмещенных технологий более оптимистичными.
Одним из наиболее эффективных современных способов разработки нефтяных месторождений и повышения их нефтеотдачи считается вытеснение нефти из пластов углеводородными газами под высоким давлением. Применение процесса особенно рационально в пластах, залегающих на достаточно большой глубине, представленных слабопроницаемым коллектором, насыщенным маловязкой нефтью.
Закачкой газа под высоким давлением могут разрабатываться залежи с различным уровнем и видом естественной энергии.
Главная отличительная особенность метода - высокая эффективность вытеснения нефти сжатым газом. Переходная зона (ПЗ) образуется на границе фильтрующихся в коллекторе нефти и газа, смешивается с вытесняемым и нагнетаемым агентами, ослабляет или целиком ликвидирует противодействие капиллярных сил и за счет всего этого практически полностью вымывает нефть из породы пласта в зоне, охваченной процессом. Лабораторные эксперименты и промысловый опыт показали, что уровень давления,
при котором возможно образование ПЗ, находится в интервале 25-35 МПа, зависит от составов пластовой нефти и вытесняющего газа.
Положительной отличительной особенностью ПЗ признана ее способность к самовоспроизводству. При движении общего потока в пустотной среде за счет перемешивания агентов ПЗ увеличивается в размерах, а при подходе к добывающим скважинам частично разрушается из-за извлечения ее продукции из пласта. Регулирование разработки в этот период позволяет сохранить филь-трационно-емкостные свойства ПЗ, которые, кроме этого, улучшаются при дальнейшем движении общего потока. Способность ПЗ возобновляться выступает основой стабильности процесса и его гибкости, позволяющей совмещать добычу нефти и подземное хранение газа.
Совмещенная технология повышения нефтеотдачи пласта и создания ПХГ включает как использование стандартных технологических операций, так и специфических приемов во всей цепи подготовки и осуществления процесса.
Закачка в пласт газа под высоким давлением характеризуется некоторым повышением и изменением требований к конструкции и раз-мещению скважин на структуре.
При размещении добывающих скважин целесообразно использовать любой наклон структуры с тем, чтобы они дренировали пониженные зоны пласта. Такой прием позволит использовать постоянно действующую сегрегацию жидкости и газа для продления сроков работы скважин с газовыми факторами, соответствующими стадии развития процесса,и предотвращения ранних прорывов газа.
Как показал многолетний опыт закачки сжатого газа в XXIII пласт месторождения Гойт-Корт [3], добывающие скважины, пробуренные ранее без учета нагнетания газа, эксплуатировались удовлетворительно при постоянном контроле
за их состоянием. Часть из них работала с установкой глубинного насоса порядка 20 лет до начала нагнетания газа.
Конструкция добывающих скважин была обычной для того времени и пластовых условий - одноколонная с перекрытием цементным кольцом проявляющих горизонтов. Новые добывающие скважины на упомянутом месторождении также имели одноколонную конструкцию, но с подъемом цемента до устья.
Трудности освоения добывающих скважин с появлением на промысле источника сжатого газа преодолевались набором технологических операций [4]. Призабойная зона скважин заполнялась газом под высоким давлением, который затем выпускался из скважины вместе с частью жидкого содержи -мого призабойной зоны.Несколько повторов такого цикла приводили к полноценному освоению скважин.
Добывающие скважины, из которых извлечена продукция ПЗ, переводятся на работу закачки газа и, выполнив задачу по повышению нефтеотдачи, продолжают работу по совмещенной технологии. В дальнейшем они будут использоваться для добычи закачанного газа. Конструкция нефтедобывающих скважин может существенно не удовлетворять требованиям использования их в качестве газо -добывающих, поэтому совмещенная технология предусматривает частичное переоборудование промысла и создание новых сооружений. По технологическим требованиям, газ для повышения нефтеотдачи должен содержать определенное
количество компонентов С - С ,
2 6
обеспечивающих образование ПЗ. Он смешивается с попутным нефтяным газом и на длительный срок становится циркулирующим в общей технологической системе. Газ для хранения и промышленного использования отвечает определенным требованиям, и чтобы избежать дополнительных затрат, его извлечение из пласта и подготовка при совмещении
технологий должны быть отделены от системы сбора попутного газа. Этого в значительной мере можно достигнуть путем использования части нагнетательных скважин в качестве добывающих, в то время как в другую часть будет продолжаться нагнетание газа, добываемого вместе с нефтью.
Нагнетательные скважины служат одним из важнейших технических элементов совмещенной технологии закачки газа и его подземного хранения. Почти 50-летний отечественный опыт вытеснения нефти из пористой среды углеводородными газами под высоким давлением позволяет считать двухколонную конструкцию нагнетательных скважин наиболее надежной. Технической колонной перекрываются все пласты, залегающие выше продуктивного горизонта, эксплуатационная колонна спускается до проектной глубины, и обе цементируются до устья.
В зависимости от расположения и количества нагнетательных скважин в пласте может происходить вытеснение нефти при линейном и радиальном характере потока. Линейный поток, особенно в начальный период, способствует более устойчивому течению процесса перемешивания нефти и газа, образованию стабильной по составу ПЗ. Радиальный поток создает предпосылки неустойчивости массообмена между нефтью и газом, но может повысить за счет ПЗ большого объема охват пласта, следовательно, и нефтеотдачу коллектора [5]. В реальных условиях происходит сочетание двух видов потока, что способствует и стабильности процесса, и достижению его высокой эффективности.
Перемешивание закачиваемого в скважину и находящегося в пласте газов происходит вследствие их природной смесимости и в линейном, и в радиальном потоке по наиболее простому механизму фильтрации равновязких флюидов [6]. Так как в коллекторе за фронтом вытеснения находится опре-
деленное количество нефти, газ при высоком давлении насыщается тяжелыми компонентами из нее с образованием газоконденсатного раствора. Поэтому может оказаться целесообразной эксплуатация ПХГ, созданного по совмещенной технологии, как техногенного газоконденсатного месторождения. Процесс закачки сжатого газа осуществляется при давлениях ~ 25-35 МПа.
Существует достаточное количество расчетных методик (А.С. Великовский, А.И. Ширковский, Г.Л. Говорова и др.) определения устьевых давлений в нагнетательных скважинах при заданных забойных с учетом глубины скважины свойств газа и его расхода (наиболее употребительна формула Г.А. Адамова) [7].
При помощи этой же зависимости может быть решена и обратная задача определения давления, которое необходимо создавать на компрессорной станции при известном давлении в пласте.
В начальный период закачки сжатого газа в пласт объем нагне -таемого агента зависит не только от приемистости скважин, но и от отборов нефти из залежи. Как покажет практика повышения нефтеотдачи при закачке в пласты сжатых газов, повторение циклов нагнетания и добычи газа улучшает состояние призабойной зоны и способствует стабилизации и повышению продуктивности скважин.
В целях развития процесса отборы нефти (жидкости) должны превышать объемы вытесняющего агента, приведенные к пластовым условиям, если есть запас собственных упругих сил коллектора, т. е. текущее пластовое давление достаточно для обеспечения эффективной работы добывающих скважин. Практика нефтедобычи показывает, что чаще складывается обратная ситуация - для эффективной эксплуатации добывающих скважин необходимо повышать текущее пластовое давление за счет закачки в залежь объемов газа, превышающих суммарные отбо-
ры нефти (жидкости). Кроме того, таким образом решается задача перевода добывающих скважин на фонтанный способ эксплуатации, увеличения отборов нефти и общей интенсификации разработки.
Анализ применения процессов закачки газа высокого давления и повышения нефтеотдачи глубо-козалегающих слабопроницаемых глинистых пластов путем закачки в них углеводородных газов под высоким давлением (Гойт-Корт, Озек-Суат) показал, что темпы добычи нефти, достигнутые в период истощения естественных запасов пластовой энергии, могут быть без труда превышены при нагнетании в залежь сжатого газа [8].
ВОЗВРАТ ЗАКАЧАННОГО ГАЗА И СОЗДАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА
Уровень отборов нефти из залежи автоматически определяет темпы нарастания газонасыщенного объема пласта, преобразуемого в ПХГ. Достаточно крупные нефтяные месторождения, когда при рациональных относительных отборах из залежей извлекаются большие абсолютные количества нефти, позволяют создавать необходимые запасы газа в пласте и в более ранние сроки осуществлять работу залежи в совмещенной технологии добычи нефти и подземного хранения газа.
Начало возврата газа,закачанного для повышения нефтеотдачи, а это означает начало совмещения рассматриваемых технологий, может производиться на ранних стадиях развития процесса.
Первые циклы закачки и возврата могут быть достаточно кратковременными или совмещаться. Дальнейшее развитие процесса должно удовлетворять выполнению задач нефтедобычи и целям подземного хранения газа в конкретном промышленном районе или системе ПАО «Газпром».
Истощенные при обычных газовых режимах разработки нефтеносные пласты имеют газона-
сыщенные пустоты при малой степени выработанности (20-40 %) охваченных объемов коллектора, залегают на небольших глубинах в 1000-1200 м, имеют невысокое -10-12 МПа - начальное пластовое давление, и на таких месторождениях нет возможности применить рассматриваемый процесс. Закачкой в пласты газа под высоким давлением можно создавать газохранилища в нефтяных залежах без ограничения нижнего предела глубины залегания коллектора, начиная с 1800-2000 м, что значительно расширяет область применения совмещенной технологии повышения нефтеотдачи пласта и создания ПХГ. В ряде случаев осуществление совмещенной технологии может не получить промышленного развития и будет создано собственно не ПХГ, а накопитель газа, который повторно можно использовать и для технологических целей, и для создания газохранилища. Закачка углеводородного газа под высоким давлением в ХШ2+3 пласт месторождения Озек-Суат привела именно к такому результату, частично накопитель газа был создан и в условиях XXIII пласта месторождения Гойт-Корт.
Первой очередью будущего комплекса объектов повышения нефтеотдачи залежи и подземного хранения газа является компрессорная станция высокого давле-ния,рассчитанная на обеспечение технологических требований воздействия на пласт.
Рассматривая нефтяные месторождения в последовательности «объект добычи - ПХГ», выявляем существенные преимущества совмещения технологий и значительное расширение возможностей эффективного использования попутного и природного углеводородных газов. Попутный и природный газы, накапливаемые в хранилище, можно многократно использовать в качестве рабочего технологического агента для повышения нефтеотдачи не только объекта применения совмещенной
технологии, но и других разрабатываемых залежей.
Основную роль в регулировании газопотребления в СевероКавказском федеральном округе РФ играет, несомненно, ПХГ на базе истощенного СевероСтавропольского газового месторождения. Северо-Ставропольское ПХГ выступает одним из элементов Единой газотранспортной системы ПАО «Газпром» [9].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Создание подземного хранилища при повышении нефтеотдачи путем вытеснения нефти из XXIII пласта углеводородными газами под высоким давлением с применением совмещенной технологии позволит продлить активную жизнь месторождения, полнее окупить капитальные затраты, способствует более рациональному использованию природных ресурсов углеводородов и охране окружающей среды.
Исходя из вышеизложенного можно выделить некоторые условия, при наличии которых может быть создано подземное
хранилище для технологического газа:
- глубина залегания пласта должна быть достаточной для создания в коллекторе необходимого давления без нарушения герметичности залежи нефти;
- в пласте должны отсутствовать тектонические нарушения и гидродинамическая связь с другими объектами, вследствие которых возможна утечка нагнетаемого газа;
- пластовое давление должно быть выше давления насыщения нефти, а пластовая температура не ограничивается, если она выше критической для нагнетаемого агента;
- предпочтителен поровый тип коллектора из-за отсутствия опыта закачки углеводородного газа под высоким давлением в другие типы коллекторов.
Отличительные особенности для создания ПХГ природного газа: повышенные требования к кровле пласта во избежание утечек природного газа, который 1,8 раза легче воздуха и значительно легче технологического
газа; наличие горно-геологических условий и технических возможностей для использования газовых прослоев и организации перепуска природного газа без его извлечения на поверхность; наличие в регионе газового или газоконденсатного месторождения с достаточными запасами природного газа.
Месторождение Гойт-Корт обладает всеми означенными критериями для создания ПХГ и совер -шенствования технологии закачки углеводородного газа под высоким давлением в целях повышения нефтеотдачи пласта.
Совмещение технологии повышения нефтеотдачи пласта и создания ПХГ на месторождении Гойт-Корт Чеченской Республики может стать существенным фактором в обеспечении потребности в газе не только Чеченской Республики, но и соседних регионов. Экономические показатели такого процесса существенно улучшаются за счет увеличения степени извлечения нефти, дополнительной добычи углеводородного сырья, рационального использования ранее сделанных капитальных вложений. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Мирзаджанзаде А.Х., Аметов И.М. Прогнозирование промысловой эффективности методов теплового воздействия на нефтяные пласты. М.: Недра, 1983. 205 с.
2. Бурже Ж., Сурио М., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1988. 424 с.
3. Иванов Н.П. К вопросу комплексного решения задач нефтедобычи и подземного хранения газа/В.А. Сорокин, Н.М. Дегтярев, В.Д. Асланов, Г.А. Дурмишьян [Сб. статей]. Грозный: СевКавНИПИнефть, 1986. Вып. 44. С. 5-9.
4. Исследование процесса закачки углеводородного газа под высоким давлением в XXIII пласт месторождения Гойт-Корт ЧИАССР // Повышение нефтеотдачи пластов и добыча нефти/Н.М. Дегтярев, Р.А. Багов, В.И. Коновалов и др. [Сб. статей]. Грозный: СевКавНИПИнефть, 1978. Вып. 28.
С. 3-11.
5. Бакраев М.М. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия смешивающихся агентов при их линейном движении в пористой среде. М.: ВИНИТИ. № 794. В2006. 10 с.
6. Бакраев М.М. Изучение механизма перемешивания агентов при вытеснении нефтей из пористой среды углеводородными газами под высоким давлением в радиальном потоке. М.: ВИНИТИ. № 795. В2006. 11 с.
7. Говорова Г.Л. Сборник задач по разработке нефтяных и газовых месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1959. 244 с.
8. Артюхович В.К., Дегтярев Н.М., Бондаренко Л.А. Результаты исследования закачки газа в XXIII пласт месторождения Гойт-Корт // Повышение эффективности добычи нефти. [Сб. статей]. Грозный: СевКавНИПИнефть, 1984. Вып. 40. С. 37-44.
9. Повышение надежности и безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа/В.В. Зиновьев, К.С. Басниев, Б.В. Будзуляк и др. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2005. 391 с.
REFERENCES
(1) Mirzadjanzade AKh, Ametov IM. Forecast of commercial efficiency of thermal treatment of formation. Moscow: Nedra; 1983. (In Russian)
(2) Burge G, Surio M, Kombarnu M. Thermal methods of reservoir oil recovery improvement. Moscow: Nedra; 1988. (In Russian)
(3) Ivanov NP, Sorokin VA, Degtyarev NM, Aslanov VD, Durmishyan GA. Regarding complex solution of oil and gas issues and underground gas storage (collected papers). Grozny: SevKavNIPIneft; 1986; 44. (In Russian)
(4) Degtyarev NM, Bagov RA, Konovalov VI et al. Study of high-pressure hydrocarbon gas injection into XXIII formation at Goyt-Kort field in Checheno-Ingush ASSR. Enhancing Oil Recovery, and Oil Production (collected papers). Grozny: SevKavNIPIneft; 1978; 28. (In Russian)
(5) Bakraev MM. Analysis of results of theoretical and experimental research on miscible agents interaction in linear flow within porous medium. Moscow: VINITI; 2006; 794. (In Russian)
(6) Bakraev MM. Study of agent mixing mechanism during oil displacement from porous medium with high-pressure hydrocarbon gases in radial flow. Moscow: VINITI; 2006; 795. (In Russian)
(7) Govorova GL. Oil and gas fields development problem book. Moscow: Gostoptekhizdat, 1959. (In Russian)
(8) Artyukhovich VK, Degtyarev NM, Bondarenko LA. Results of the study of gas injection in XXIII formation at Goyt-Kort field. Enhancing Oil Recovery, and Oil Production (collected papers). Grozny: SevKavNIPIneft; 1984; 40. (In Russian)
(9) Zinovyev VV, Basniyev KS, Budzulyak BV et al. Improvement of reliability and safety in operation of underground gas storages. Moscow: OOO Nedra-Biznestsentr, 2005. (In Russian)
