CC BY
16УДК 553.98.04(075.8)
КОМПЛЕКС МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРОДЛЕНИЮ РЕНТАБЕЛЬНОГО ПЕРИОДА ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
PACKAGE OF MEASURES AIMED AT EXTENSION OF THE GAS DEPOSITS OPERATION COMMERCIAL PERIOD
А. А. Ефремов
A. A. Efrcmov
ООО «] 'ачпром добыча Ямбург», л Тюмень
к'лючесьш слог,-а: шверишющая епшдия ртработки, регу:шровшше обводнения гаювых ииежей, гео.шго технические мероприятия, продление срока жаиушпации скважин Key words: Hie final plinse of the development, regulation of Hooding gas deposits, geological and Inimical
measures, extending the life of wells
В настоящее время значительная доля газовых залежей крупнейших месторождений России находится на завершающей стадии разработки или приближается к ней. В связи с этим работы по изысканию способов продления рентабельного периода их эксплуатации становятся все более акту альными.
Для ссио.манских газовых залежей на завершающей стадии разработки первоочередной задачей является контроль процесса обводнения газонасыщснных интервалов. а также применение различных технических решений, позволяющих обеспечить вынос пластовой воды и мехпримсссй из газовых скважин в условиях низкого пластового давления и. соответственно, продление срока их эксплуатации.
С целью осуществления контроля и анализа течения внутрипластовых массо-обменных процессов помимо мониторинга продвижения газо-водяного контакта необходимо анализировать эф<])ективность дренирования запасов газа и. как следствие. корректировать режим эксплуатации залежи. Кроме того, на основе экспериментальных данных для пластовых условий, аналогичных сеноманской залежи Ямбургского месторождения, на различных участках залежи в зависимости от фильтрационно-смкостных свойств коллектора в обводненной части газонасыщснных интервалов теряется некоторое количество пластового газа в защемленном состоянии, что также необходимо у читывать.
Разработка газовых залежей при водонапорном режиме обычно сопровождается неравномерным продвижением воды по площади и разрезу. Это приводит к преждевременному обводнению эксплуатационных скважин, защемлению за фронтом вытеснения значительных количеств газа, ухудшению тсхнико-
экономических показателей разработки и снижению конечных коэффициентов газоотдачи.
Обводнение газовых залежей в условиях проявления упруго-водонапорного режима — естественный процесс. Необходимым условием обеспечения рациональной разработки является регулирование продвижения пластовых вод. Известны следующие способы регу лирования обводнения газовых залежей 111:
• отбор части внедряющейся в залежь воды с помощью скважин, расположенных вблизи начального контура газоносности;
• закачка с поверхности в обводнявшиеся зоны (или участки залежи вблизи контура газоносности у основания языка обводнения в наиболее узкой его части) газообразных или жидких агентов, создающих добавочные сопротивления продвижению воды (снижающие фазовую проницаемость для воды):
• перераспределение дсбитов газовых скважин, закрытие отдельных эксплу атационных скважин на водоопасны.х направлениях и бурение дополнительных скважин в слабодрснирусмых зонах:
• применение комбинированной системы вскрытия и отработки продуктивных пластов на многопластовых месторождениях.
Эти способы имеют определенные недостатки.
• Для отвлечения части внедряющейся в залежь воды необходимо бурить «разгрузочные» скважины и отбирать ее значительные объемы.
• При комбинированной системе вскрытия и отработки продуктивных пластов необходимо иметь значительное число резервных скважин для регулирования отбора газа из отдельных пропластков.
• Одним лишь распределением отбора газа по разрезу не всегда удается обеспечить равномерное обводнение эксплуатационных пропластков.
• На стадии проектирования разработки газовых залежей основные направления активного продвижения пластовых вод обычно неизвестны. Это затрудняет эффективное применение комбинированной системы вскрытия и отработки пластов и размещение «разгрузочных» скважин.
• Для создания дополнительных сопротивлений продвижению воды в залежь необходимо закачивать с поверхности жидкие или газообразные агенты. Данным способом достигается снижение фазовой проницаемости для воды преимущественно в призабойных зонах скважин, то есть он имеет локальное значение. Вода вскоре обходит эти места и прорывается к соседним эксплуатационным скважинам.
• Перераспределение отборов газа из эксплуатационных скважин с целью регулирования продвижения вод в большинстве случаев является запоздалым мероприятием.
Для регулирования обводнения газовых залежей эффективно использовать остаточный газ. защемляемый водой в пористой среде. Согласно проведенным экспериментам 11|. защемление газа в пористой среде сопровождается существенным снижением фазовой проницаемости для воды — от 4.2 до 11.7 раз по сравнению с абсолютной проницаемостью. При последующем снижении давления в заводненных объемах пласта, что характерно для водонапорного режима, фазовая проницаемость для воды, замеренная для условий однотипного движения ее в пористой среде (при наличии только неподвижного расширившегося газа и мгновенного ухода из заводненной юны подвижного газа), дополнительно уменьшается от 1.6 до 3.9 раз (по сравнению с абсолютной проницаемостью). Если учесть, что в заводненной зоне движется смесь воды и части ранее защемленного газа, то фазовая проницаемость для воды снижается более существенно. Таким образом, в результате защемления и последу ющего расширения остаточного газа фазовая проницаемость для воды уменьшается более чем в 10-30 раз по сравнению с абсолютной проницаемостью.
Следовательно, если в зонах интенсивного вторжения воды в залежь создать условия, способствующие расширению и частичному движению защемленного газа, то это приведет к замедлению продвижения по ним фронта воды и в конечном счете к выравниванию контура газоносности. Это достигается за счет понижения давления (по сравнению с давлением защемления газа водой) в зонах опережающего обводнения газовой залежи, например, путем отбора воды из обвод-нившихся эксплуатационных скважин (или даже резким увеличением отборов газа из соседних газовых скважин). Опытные данные по снижению давления в заводненных моделях пласта при отсутствии и наличии притока законтурной воды показывают. что только в начальный период необходимо извлекать значительные объемы воды. Затем по мерс расширения и движения защемленного газа приток воды резко снижается. При этом не нужно стремиться извлечь всю поступающую в пласт воду, а только отбирать такие объемы воды, чтобы обеспечить ее равномерное продвижение по всему фронту.
Отличительная особенность предлагаемого способа регу лирования продвижения воды в газовые залежи состоит в том. что он основан на использовании характерных особенностей проявления водонапорного режима, то есть внутренних характеристик самого регу лируемого процесса. Данный способ в определенной степени свободен от недостатков других методов. Фазовая проницаемость для воды уменьшается во всей области снижения давления (в зоне возмущения — при отборе воды из обводнившихся скважин).
Вопросы накопления и удаления жидкости из скважин наиболее акту альны на поздней стадии эксплуатации месторождений, когда в результате уменьшения пластовой энергии дсбиты газа снижаются, и приходится принимать меры по предотвращению выхода скважин из числа действу ющих. С этой целью использу ют различные методы снижения удельных потерь давления в подъемных трубах. Как показала практика, наиболее эффективны методы эвакуации жидкости на поверхность.
Традиционные представления о работе газовых скважин при наличии в потоке жидкости основаны на гидродинамике двухфазных смесей. Согласно положениям этой теории основным фактором, определяющим однонаправленное восходящее движение фаз в вертикальных трубах, является скорость газожидкостного потока. Вынос жидкости или ее накопление на забое и в стволе скважины определяются величиной этой скорости |2|.
В зависимости от характера действия этих методов на газожидкостный поток их подразделяют на механические и физико-химические, причем тс и другие по режиму работы применяют как для периодического, так и для непрерывного удаления жидкости.
Периодическое удаление жидкости из газовых скважин осуществляется при помощи продувок в атмосферу, остановкой скважин для поглощения жидкости пластом, продувкой через сифонные трубки, вспениванием жидкости за счет ввода в скважину пенообразователя, применением плунжерного лифта.
Непрерывное удаление жидкости достигается эксплу атацией скважин при скоростях газа, обеспечивающих вынос воды с забоя, непрерывной продувкой через сифонные или (¡юнтанные трубки, плунжерным лифтом, забойным эжектором, откачкой жидкости скважинны.ми насосами, вспениванием жидкости за счет ввода в скважину пенообразователя при помощи устройств непрерывного действия, диспергированием жидкости.
В промысловых условиях наиболее широкое применение нашли физико-химические методы периодического и непрерывного удаления жидкости, использование установок плунжерного лифта различных модификаций, методы эксплу атации скважины при скоростях газа, обеспечивающих вынос жидкости с забоя. Существуют также разработки по удалению жидкости с забоев скважин при помощи рсвсрсных насадок.
Выбор метода удаления жидкости с забоев газовых скважин носит индивидуальный характер и связан с гсолого-промысловой характеристикой месторождения. стадией его разработки, конструкцией скважины, количеством поступающей воды и принятой схемой обустройства.
Как уже отмечалось, по мерс истощения залежи происходит рост скорости газового потока, необходимой для постоянного выноса жидкости из скважины. В связи с этим необходимо постоянно увеличивать отборы газа либо периодически у меньшать диаметр НКТ.
Увеличение отборов газа возможно за счет снижения устьевого давления, но это приводит к ухудшению работы УКПГ. снижает сроки действия низкотемпературной сепарации, уменьшает бсскомпрсссорный период эксплуатации. Следует отмстить, что применение этого метода возможно до тех пор. пока давление на \стьс скважины не станет равным давлению в магистральном газопроводе.
Замена колонны насосно-компрсссорных труб связана с проведением капитального ремонта и глушения скважин, что в условиях падающей добычи неизбежно приводит к ухудшению фильтрационных характеристик пласта, засорению призабойной зоны и резкому снижению добывных возможностей. Кроме того, в ряде случаев применение колонны меньшего диаметра не даст положительных результатов.
Это объясняется тем. что уменьшение диаметра не снижает потерь давления при движении газожидкостной смеси и в зависимости от количеств;! поступающей жидкости может даже привести к уменьшению скорости потока и самопроизвольной остановке скважины.
Довольно широкое применение почти во всех газодобывающих районах страны в настоящее время нашли физико-химические методы выноса жидкости с забоя скважины на поверхность. Введение в жидкость, находящу юся на забое, даже небольших концентраций пенообразующих веществ существенно снижает поверхностное натяжение на границе газ — жидкость. Благодаря этому при барботажс газа через жидкость, содержащую пенообразующес вещество, в скважине образуется столб пены. Поскольку пены имеют большой диапазон изменения плотности, даже небольшая скорость восходящего потока газа (0.2-0.5 м/с) обеспечивает вынос всей пенистой массы на поверхность.
Одним из основных направлений исследования в газодобыче является поиск способов ограничения притока пластовых вод в газовые скважины. Это связано с тем. что наряду с большим количеством обводненных скважин некоторые виды ремонтных работ (например, изоляция обводненных пропластков. борьба с зако-лонной циркуляцией воды свсрх>. отключение верхних обводненных пластов при переводе на эксплуатацию нижних горизонтов) практически не имеют технического решения.
Увеличение числа случаев обводнения продуктивных пластов свидетельствует о недостаточной эффективности существующих технологий проведения рсмонтно-изоляционны.х работ и водоизолирующих составов.
Необходимость проведения капитального ремонта эксплуатационных скважин сопряжена с большими затратами материальных и трудовых ресурсов, а также снижением общего объема добываемого природного газа по месторождению.
При разработке Уренгойского и Ямбургского НГКМ основные причины осложнений. возникающих при добыче газа, связаны с естественными процессами, влияющими на изменение состояния пласта-коллектора и ведущими к его разрушению. Падение пластового давления ведет к увеличению эффективного сжимающего давления, напряжений в приствольной зоне продуктивного пласта, к изменению поромстрических характеристик продуктивного интервала, к рост} перепадов давления между водоносным и продуктивным пластами.
На месторождениях Западной Сибири распространено обводнение скважин по отдельным (наиболее проницаемым) пропласткам продуктивного пласта из-за крайне неравномерной выработки послойно-неоднородных у частков. характерных для большинства месторождений данного региона. Прорыв воды в скважины и их
обводнение в подавляющем большинстве случаев происходит задолго до предполагаемого завершения отбора газа из пласта.
Из неселективных методов изоляции водопритоков в настоящее время применяется всего лишь два: установка в скважинс мостов, обычно цементных, и создание искусственных водоизоляционных экранов из материалов, не обладающих селективными качествами. Однако целью любых изоляционных работ, за исключением полной изоляции продуктивного горизонта, является избирательная закупорка обводненных интервалов.
Больше всего исследований проведено по разработке водоизолирующих составов. которые с учетом природы химических реагентов можно систематизировать по четырем группам:
• неорганические во до и зол и р\ ющис реагенты:
• органические полимерные материалы:
• элсмснтоорганичсскис соединения:
• органоминеральные композиции.
Применение селективных водоизолирующих агентов для газовых скважин различных типов даст крайне неоднозначные результаты. Типы составов имеют ряд ограничений по условиям применения. Ввиду недостаточной проработки технологии проведения работ эффективность избирательной изоляции водоносных интервалов. как правило, невысока. Общепризнанная оценка областей и условий применения способов селективной изоляции водопритоков. основанных на закачке в пласт селективных водоизолирующих материалов, также отсутствует.
На месторождениях Медвежье. Уренгойское. Вынгапуровскос наиболее широко был использован способ установки цементных мостов в стволе скважины с последующим достреливанисм новых интервалов перфорации. Этот способ оказался малоэффективным и несовершенным. При использовании этого способа через некоторое время кон\с подошвенной воды подтягивался к новым интервалам перфорации. поэтому возникала необходимость повторять процессы установки новых мостов. При использовании \ казанного способа во всех скважинах достреливались новые фильтры и вовлекались в эксплуатацию верхние горизонты продуктивного пласта.
С целью снижения отрицательных последствий изоляционных работ (многократная установка цементных мостов, бесконтрольная закупорка поровых каналов необводненной части пласта-коллектора цементным раствором) научными и проектными организациями был представлен целый ряд научных разработок, апробировавшихся с разной степенью успешности на месторождениях севера Западной Сибири. К ним относятся |2|:
• создание выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационной колонне максимально возможного давления для оттеснения статического уровня подошвенной воды в пласт и подготовки скважины к проведению работ по изоляции:
• предварительная закачка буферной жидкости с вязкостью, меньшей вязкости пластовой воды, для продавливания газа, находящегося в скважинс. с последующим вытеснением се блокирующим агентом, поступающим в продуктивный пласт (что позволяет вытеснить пластовую воду только в водоносный горизонт и с большей эффектвностью провести его изоляцию):
• установка пакера над водопроявляюшим пропластком. осуществление последовательной закачки воздуха через НКТ и одновременного закачивания сырой нефти или стабильного газового конденсата в газонасыщснную часть пласта через затрубнос пространство.
Все перечисленные способы имеют ряд ограничений, и возможность их применения должна определяться индивидуально по каждой конкретной скважинс.
Способы изоляции притока подошвенных вод в основном сводятся к задавли-ванию тампонирующего материала в обводненные интервалы или в предполагаемые каналы в заколонном пространстве через эксплуатационный фильтр или специально созданные для этого пср<]юрационныс отверстия. Одновременно с этим
разные авторы рекомендуют перед закачкой тампонирующего материала осуществлять закачку в пласт разных технологических составов (глинистых растворов, пенных систем, гслсобразуюших составов и т. д.) с целью заполнения пласта для образования однородного изоляционного экрана в приствольной зоне. а также для изоляции проникновения тампонажного раствора в продуктивный пласт. Однако по данной технологии изоляция коллектора продуктивного пласта происходит по всему интервалу, то сеть происходит проникновение изолиру ющего материала и в продуктивную, и в водоносную части пласта. При этом в призабойной зоне в интервале проду ктивного и водоносного пластов создастся изолирующий экран.
Одной из основных сложностей при проведении водоизоляционных работ является некачественная изоляция притока подошвенной воды в условиях отсутствия четкого разделения водоносного и продуктивного горизонтов и возможности обхода жидкостью изолированных интервалов по мощности пласта в процессе эксплу атации скважины.
В условиях высокопроницасмых коллекторов, характеризующихся аномально низкими пластовыми давлениями, обычно применяемые технологии малоэффективны из-за сильного загрязнения проду ктивных пластов твердой фазой рабочих жидкостей.
В связи с этим необходимо отмстить технологию проведения рсмонтно-изоляционных работ с использованием жидкого стекла с гслсобразующими и от-верждающими жидкостями |3|.
Так как их взаимодействие протекает довольно быстро, то предусмотрены их раздельная закачка и продавка в изолируемую зону пласта. Полученная таким образом изоляция водопритока долговрсмснна и не разрушается даже при кислотных обработках, что выгодно отличает се от других технологий.
Данная технология изоляции притока пластовых вод в скважину нашла широкое применение при проведении рсмонтно-изоляционных работ в скважинах, ха-рактеризу ющихся аномально низкими пластовыми давлениями, на месторождениях Западной Сибири.
Объектами для проведения рсмонтно-изоляционных работ являются обводненные скважины, которые обычными средствами невозможно пустить в работу.
Представленная технология рекомендуется к применению при условии соблюдения следующих требований:
• изолирующий состав должен свободно продавливаться в низколроницае-мый обводненный продуктивный пласт и прочно скреплять песок при последующем твердении с образованием водонепроницаемого конгломерата:
• изолиру ющий материал (связка) должен обладать хорошей адгезией к влажной горной породе продуктивного пласта:
• необходимо преду смэтривать заполнение каверн и канатов, образовавшихся в результате выноса песка из пласта:
• технология не должна приводить к осложнениям при освоении скважин после ремонта:
• применяемые вспомогательные технологические жидкости должны легко удаляться из продуктивной зоны пласта при освоении скважины;
• применяемые материалы не должны загрязнять пластовые воды токсичными веществами.
Практический интерес представляет также эффективно реализованный на Оренбургском месторождении способ восстановления обводненных скважин закачкой сухого газа под высоким давлением. Механизм освоения следующий. В разрезе скважины, предположим, имеется два супсрколлсктора. По одному из них она обводнялась. При подаче газа высокого давления вода из скважины оттеснялась в обводненный (и частично необводненный) супсрколлсктор. После снижения забойного давления ниже давления в необводненном супсрколлскторс скважина зафюнтанировала за счет естественного газлифта. Из обводненного пропластка стала поступать пластовая вода, а из необводненного — газ. Таким образом введен в эксплуатацию ряд обводненных скважин Оренбургского месторождения |4|.
Подводя итог, можно утверждать, что с целью регулирования процесса обводнения залежи целесообразно искусственное инициирование зон пониженного давления (по сравнению с давлением защемления газа водой) в зонах опережающего обводнения газовой залежи, что за счет энергии высвобождающегося защемленного пластового газа позволяет многократно понизить фазовую проницаемость коллектора по воде. Однако необходимо отметить, что в настоящее время на поздней стадии разработки газовой залежи почти невозможно подобрать экономически оправданные способы доизвлечения остаточных низконапорных запасов газа. В части продления срока эксплуатации добывающих скважин в условиях интенсивного обводнения не подвергается сомнению необходимость проведения общепринятого комплекса геолого-технических мероприятий, но, безусловно, требуется апробация и внедрение на основе ее результатов новых технических решений.
Отсок литературы
1. Закиров С. Н.. Коротаев Ю. П. и др. Теория водонапорного режима газовых месторождений. -М.: Недра, 1976.-240 с.
2. Гасумов Р. А., Нерсесов С. В. и др. Технология изоляции притока пластовых вод в газовых и газоконденсатных скважинах: CK», инф. Сер.: Разработка и эксплуатация газовьк и газоконденсатньк месторождений. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005. - 108 с.
3. Гасумов Р. А.. Мазаиов С. В. и др. Удаление жидкости из гатовых и газоконденсатных скважин в процессе их эксплуатации и ремонта: теория и опыт: Ок. инф. Сер.: Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. - 88 с.
4. Закиров С. Н. Разработка газовьк, газоконденсатньк и нефтегазоконденсатных месторождений. - М.: Струна. 1998,- 628 с.
Сведения об авторе
Ефремов Александр Анатольевич, аспирант, Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, геолог. 1 категории, ООО «Газпром добыча Ямбург». Управление геологии, разработки и лицензирования месторождений, тел. S(Í494)966SÍ0, e-mail: A.Efremov@ygd.ga-prom.rii
Efremov A. A., postgraduate of Tyumen State Oil and Gas University, geologist of category I of the company « G,.isprom dobycha Yanburg, Ltd. », Department of fields geology, development and licensing, phone: 85494966830. e-mail: A,Efremov@.ygd,gazprom.rti
