Разработка газовых и газоконденсатных месторождений. Некоммерческий фонд имени профессора А. В. Аксарина

• Название: Некоммерческий фонд имени профессора А. В. Аксарина
• Дата: 28.01.2020
• Размер: 2.61 Mb.
• Имя файла: Разработка газовых и газоконденсатных месторождений.doc
• Тип: Документы; #106122
• страница: 65 из 65

7.6.2. Определение глубины спуска колонны НКТ в скважину
Положение башмака колонны фонтанных труб в скважине существенно влияет на: 1) отработку продуктивных горизонтов в многопластовом неоднорожном по толщине пласта месторождении; 2) высоту образующейся песчано-глинистой пробки при освоении и эксплуатации скважин; 3)высоту столба жидкости в НКТ и затрубье; 4) очередность обводнения по высоте многопластовых месторождений; 5) сопротивление потоков газа, двигающегося сверху вниз и снизу вверх к башмаку колонны НКТ; 6) коэффициенты фильтрационного сопротивления А и В.

Положение башмака колонны НКТ должно быть таким, чтобы скорости потоков газа, движущихся вниз по затрубному пространству и вверх в колонне обсадных труб, были равны у башмака колонны НКТ, чтобы скорость газа на входе в колонну НКТ была больше минимально необходимой для выноса твердых частиц и жидких капель критического диаметра, чтобы высота столба жидкой или песчано-глинистой пробки в колонне обсадных труб была минимальна.
7.7. Вскрытие продуктивного пласта
Вскрытие газового пласта — завершающий процесс бурения скважины.

Технология вскрытия продуктивного пласта значительно влияет на условия освоения и определяет продуктивную характеристику скважины.

Методы вскрытия пласта зависят от текущего пластового давления, характеристики продуктивного пласта и других факторов,

При вскрытии продуктивного пласта должно быть предотвращено проявление открытого фонтанирования скважины и в то же время должны быть сохранены природные фильтрационные свойства пород призабойной зоны. Если проницаемость пород мала, принимают меры к улучшению фильтрационных свойств призабойной зоны скважины путем применения различных методов интенсификации притока газа. Кроме того, газовые интервалы пласта, вскрывают таким образом, чтобы гарантировать длительную безводную эксплуатацию скважин,наилучшие условия притока газа из каждого пропластка и получение минимальных коэффициентов фильтрационного сопротивления. Кроме того, должен обеспечиваться максимальный коэффициент газоотдачи.

Предупреждение открытого аварийного фонтанирования обеспечивается противодавлением столба глинистого раствора на забой. Для этого обычно необходимо, чтобы давление столба глинистого раствора в стволе скважины на забой наа 10—15% превышало ожидаемое забойное давление. Это достигается путем применения промывочного раствора соответствующего удельного веса: например, используют меловой раствор с добавками барита или гематита. При низком качестве промывочного раствора вода из него отфильтровывается в пласт на глубину от нескольких сантиметров до метра и более. Па стенках ствола образуется плотная глинистая корка, которую трудно удалить. Отметим, что проницаемость глинистой корки обычно на два порядка ниже проницаемости пласта. Наличие глинистой корки и отфильтровавшейся в пласт воды резко снижает продуктивную характеристику призабойной зоны скважины. Поэтому при вскрытии продуктивного горизонта необходимо обращать особое внимание на качество промывочного раствора: водоотдача должна быть минимальной — до 2—3 см³ за 30 мин; вязкость в пределах 18—25 сек по показаниям стандартного вискозиметра; толщина образуемой корки па стенках скважин не должна превышать 2—3 мм. Часто применяют растворы с добавками КМЦ (карбоксил-метил-целлюлоза) и др.

Бурение в процессе вскрытия пласта ведут с замедленной подачей долота на забой, и при этом тщательно следят, особенно во время подъема бурильного инструмента, за обязательным заполнением скважины до устья промывочным раствором. Это необходимо для предупреждения возможных выбросов его и, как следствие, аварий.

При наличии в продуктивном интервале глинистых прослоев необходимо принимать меры по борьбе с разбухаемостью глин во избежание ухудшения продуктивной характеристики скважины и осложнений при эксплуатации.

При вскрытии пластов с давлением ниже гидростатического в целях предупреждения заглинизирования и инфильтрации воды в пласт применяют глинистые растворы, приготовленные на нефтяной основе; используют поверхностно-активные вещества (ПАВ) и различные добавки.

Кроме того, при вскрытии продуктивного пласта можно использовать продувку забоя газом. Устье скважины должно быть оборудовано противовыбросовым устройством — превентором. При этом наилучшие результаты дает применение вращающихся превенторов. В газовых скважинах до вскрытия продуктивных пластов предусматривается спуск промежуточной колонны или кондуктора на глубину, исключающую возможность разрыва пород при закрытии превентора в случае выброса газа. На газовых месторождениях с большим этажом газоносности и аномально высоким пластовым давлением спускают дополнительные промежуточные колонны для обеспечения возможности прохождения всего этажа газоносности без поглощения промывочной жидкости и предотвращения связанных с этим выбросов. До вскрытия газового пласта промежуточной колонной или кондуктором перекрываются породы, поглощающие промывочную жидкость, а также породы, сообщающиеся с дневной поверхностью. Башмаки колонн устанавливаются в плотных непроницаемых породах. Если для очистки забоя от шлама используют газ или воздух, скважину оборудуют специальным вращающимся превентором. Это необходимо также и при значительной трещиноватости пород и большом содержании пустот в них.

Продуктивный пласт вскрывают полностью или частично. Если в данном интервале или на участке пласта не встречаются подошвенные или контурные воды и не ожидается их поступление в процессе разработки, пласт следует вскрыть на полную мощность, в противном случае вскрывается только его часть. Задача о вскрываемой мощности пласта и выборе рабочего дебита является технико-экономической; решается она путем оценки различных вариантов и выбора из них оптимального.

В зависимости от характеристики пород призабойной зоны пласта (степени устойчивости при ожидаемом дебите, наличия подошвенной воды и воды в пропластках между объединяемыми горизонтами, пластовых давлений и др.) выбирается соответствующее оборудование забоя газовой скважины. Если призабойная зона сложена устойчивыми породами (песчаниками, известняками, ангидридами), то продуктивный пласт со скважиной сообщается открытым забоем. В этом случае эксплуатационную колонну спускают до кровли продуктивного пласта в непроницаемом пропластке и цементируют до устья.

При наличии устойчивых коллекторов забой оборудуют также фильтром или хвостовиком. Фильтры в этом случае изготовляют из стандартных труб, на которых фрезой нарезают вертикальные щели шириной в зависимости от фракционного состава песка, слагающего продуктивный пласт, от 0,75 до 3 мм. Если диаметры фильтра и эксплуатационной колонны равны, фильтр спускают одновременно с колонной после вскрытия скважины на полную глубину. Цементаж осуществляется от кровли продуктивного пласта и выше. Если диаметр фильтра меньше диаметра эксплуатационной колонны, то эксплуатационную колонну спускают до кровли продуктивного горизонта и цементируют и только после этого бурят скважину до проектной глубины и оборудуют фильтром-хвостовиком. Такой фильтр спускают в скважину на бурильных трубах с переводником с левой резьбой, который навинчивается на специальную муфту с конической резьбой. После спуска и установки фильтра на забое поворотом бурильных труб вправо освобождают их, а затем извлекают из скважины.

Если призабойная зона сложена песками или песчаниками, которые начинают разрушаться уже при небольших депрессиях на пласт, забой скважины оборудуется специальными гравийно-намывными фильтрами. В призабойную зону можно также закачивать специальные смолы или фильтрующиеся пластмассы. Наиболее распространен способ закачки смол в подземные хранилища газа (скважины), созданные в водоносных пластах.
7.8. Методы освоения газовых скважин
После вскрытия продуктивного пласта одним из указанных методов следующей стадией подготовки к эксплуатации является ее освоение: вызов притока газа или пластовой жидкости из пласта, очистка забойной зоны и обеспечение условий, при которых продуктивный пласт начинает отдавать газ в необходимом объеме. Процесс освоения скважины заканчивается проведением полного комплекса исследований, в том числе исследований по оценке дебитов и фильтрационных параметров каждого работающего интервала пласта и всей продуктивной характеристики скважины.

Возбуждение скважины состоит в понижении давления, создаваемого столбом жидкости (промывочный раствор или вода), на забое до давления меньше пластового.

Понижение давления на забое при освоении скважины достигается путем:

1. 
   замены промывочной жидкости водой. Если пласт не возбуждается, воду заменяют более легким раствором, например, нефтью, или в скважину нагнетают воду и воздух (или газ); снижением уровня жидкости в скважине. Жидкость в стволе скважины оказывает на пласт давление
   

, (7.6)

где Н — высота столба жидкости в м (до верхних перфорационных отверстий); _ж — удельный вес жидкости в тс/м³.

При неизменном удельном весе раствора в скважине для обеспечения условий р_з = р_пл можно снизить его уровень
. (7.7)

Приток газа в скважину начнется в тот момент, когда гидростатическое давление столба жидкости в стволе станет меньше пластового. Это давление можно понизить заменой жидкости в колонне другой жидкостью с меньшей плотностью (например, буровой раствор можно последовательно заменять водой, затем нефтью или газожидкостной смесью) или понижением высоты столба жидкости в скважине путем отбора ее с помощью тех или иных технических средств. На практике в различных условиях применяют оба способа.

Во многих случаях применяют компрессорный способ вызова притока газа. При этом способе в затрубное пространство с помощью передвижных компрессоров закачивают воздух пли газ, который вытесняет жидкость.

Скважины можно осваивать методом «раскачки». При данном методе первоначально создается давление газа или воздуха в затрубном пространстве, вследствие чего часть жидкости из скважины через фонтанные трубы будет выброшена на поверхность. После прекращения истечения жидкости из фонтанных труб затрубное пространство резко соединяют с атмосферой. Затем напорную линию от компрессора или газопровода присоединяют к фонтанным трубам, вновь создавая давление. В результате нескольких таких «раскачек» давление столба жидкости на забой скважины станет меньше пластового и скважина начнет фонтанировать.

Для освоения скважин также используют газ, который подводится по газопроводу от уже работающей скважины.

Перед освоением скважину тщательно промывают до нижней отметки забоя для удаления осадка глинистого раствора в нижней части фильтра, так как в противном случае после ее освоения эксплуатируется только верхняя часть вскрытого интервала продуктивного пласта. Примером может служить начальный период эксплуатации скважин Ленинградского месторождения Краснодарского края.

Если в жидкости содержится значительное количество твердых примесей, в процессе освоения скважин недопустима их остановка до полного удаления этих примесей и перехода па фонтанирование чистым газом. В противном случае в стволе может образоваться пробка и не исключен прихват фонтанных труб. Например, в процессе освоения скв. 42 Шебелинского месторождения выносилось большое количество глинистого раствора. Не дождавшись продувки скважины до получения чистого газа, освоение ее было остановлено, в результате чего образовалась пробка, на ликвидацию которой было затрачено несколько месяцев.

После возбуждения скважины и очистки забоя и призабойной зоны от промывочной жидкости и других примесей скважину продувают с выпуском газа в атмосферу. Время этого процесса колеблется от нескольких часов до нескольких суток и зависит от количества выносимых примесей и их характера. Для скважин, в которых возможен интенсивный вынос породы, продолжительность процесса при высоких депрессиях должна быть минимальной. Дебит газа при продувке зависит от характеристики пласта и состояния надземного оборудования.

Для очистки призабойной зоны более эффективна периодическая продувка до получения чистого газа без примесей. В некоторых случаях (при опасном разрушении призабойной зоны) продувку осуществляют через штуцера, увеличивая последовательно диаметр их.

Обычно со временем дебит газа и давление на устье скважины при продувках и неизменном диаметре штуцера растут по мере очищения призабойной зоны. Уменьшение же дебита и давлений на устье свидетельствует о засорении забоя. В этом случае следует немедленно прекратить продувку. Количество примесей, выносимых из пласта, и характер их изменения во времени определяют с помощью сепарационных передвижных установок, которые устанавливают после предварительной непродолжительной продувки. Полезно также периодически проверять состояние забоя, измеряя его глубину специальной желонкой.

На завершающей стадии разработки месторождений, когда пластовое давление значительно ниже гидростатического, эффективность этого процесса снижается. Кроме того, при продувках теряется много газа. Поэтому этот способ, как регулярное средство борьбы со скоплением примесей, применять не желательно. На этой стадии разработки для удаления жидкости с забоя скважины применяют плунжерный лифт и поверхностно-активные вещества (ПАВ) типа ОП-5, ОП-7 и другие, которые успешно используют на промыслах Краснодарского края.

8. СБОР И ПОДГОТОВКА ГАЗА К ТРАНСПОРТУ
8.1. Схемы сбора газа и конденсата на промысле
8.1.1. Схемы сбора
При разработке газовых или газоконденсатных месторождений с небольшим содержанием углеводородного конденсата и при отсутствии сероводорода в составе пластового газа применяют четыре схемы внутрипромыслового сбора газа: линейную, лучевую, кольцевую и групповую (рис. 8.1).

Название схемы сбора обусловливается конфигурацией газосборного коллектора. При этих схемах сбора и внутрипромыслового транспорта газа каждая скважина имеет цельную технологическую нитку и комплекс оборудования для очистки газа от механических примесей, жидкостей и предотвращения образования кристаллогидратов углеводородных газов (сепараторы, конденсатосборники, установки для ввода метанола в поток газа и т.д.).

Газ из скважин, пройдя прискважинные сооружения по очистке от твердых взвесей и жидкостей, по шлейфам направляется в общий газосборный коллектор, промыслоювый газосборный пункт (ГСП) и магистральный газопровод. Углеводородный конденсат из прискважинных сооружений по самостоятельным трубопроводам, проложенных параллельно газопроводам, направляется на ГСП.

Конфигурация газосборного коллектора зависит от формы площади газоносности, числа и размещения добывающих скважин, числа газоносных пластов, состава газа в них, методов промысловой обработки газа и способов замера его объема.

Линейный коллектор применяется, как правило, на газовых месторождениях с вытянутой площадью газоносности, лучевая схема - при раздельной эксплуатации газовых пластов с различными начальными давлениями и составом газа, кольцевой коллектор - на больших по размерам площадях газоносности с большим числом скважин и различными потребителями газа.

Линейная, лучевая и кольцевая схемы промыслового сбора и транспорта газа с прискважинными сооружениями и отдельными технологическими нитками промысловой обработки газа для каждой скважины имеют следующие недостатки:

1. Промысловое оборудование установлено на большой территории.

2. Скважины с прискважинным оборудованием для очистки, осушки и замера газа требуют большого числа квалифицированного обслуживающего персонала.

3. Значительные длина промысловых дорог, металлоемкость коммуникаций водоснабжения, теплоснабжения и доставки реагентов.

4. Сложность устройства и функционирования систем дистанционного измерения давления, температур, расходов, управления технологическим режимом работы скважин и прискважинного оборудования.

5. Значительные потери газа и конденсата в запорной арматуре и прискважинных сооружениях.

При разработке газоконденсатных месторождений стали применять групповую коллекторную схему сбора, внутрипромыслового транспорта газа и конденсата. В этом случае отделение твердых взвесей от газа, получение углеводородного конденсата, измерение объемов сухого газа и конденсата проводят на газосборном пункте (ГП), который стал называться установкой комплексной подготовки газа - УКПГ, которая размещается, как правило, в центре группы скважин. Газ и конденсат от УКПГ по самостоятельным трубопроводам поступают на промысловый газосборный пункт (ПГСП) или головные сооружения магистрального газопровода (ГС).

Число газосборных пунктов па месторождении зависит от размеров газоносной площади и может колебаться в широких пределах — от 2—4 до 25. При большом числе газосборных пунктов число общепромысловых газосборных коллекторов может быть больше одного. В этом случае коллекторы сходятся в виде лучей в одном пункте — на промысловом газосборном пункте (ПГСП) или головных сооружениях. Если поток газа к потребителям распределяется по противоположным направлениям, то число головных сооружений может соответствовать числу направлений. Число скважин, подключаемых к газосборному пункту, достигает иногда 25 и зависит от схемы размещения скважин и от их дебитов. Как правило, это число не превышает 10—12.

При промысловом обустройстве возможны две системы сбора газа и конденсата: децентрализованная и централизованная.

Если окончательная подготовка газа проводится на газосборных пунктах, система называется децентрализованной. В этом случае газосборный пункт представляет собой комплекс сооружений законченного цикла промысловой обработки газа и углеводородного конденсата, включая вспомогательные объекты.

При централизованной системе на газосборных пунктах осуществляются лишь сбор и первичная сепарация газа. Окончательная подготовка его, а также подготовка углеводородного конденсата к дальнейшему транспорту производятся на головных сооружениях.

На чисто газовых месторождениях, как правило, применяется централизованная система.

Децентрализованную систему используют для высокопродуктивных скважин (1,5—2 млн. м³/сут) или когда транспорт необработанного газа затруднен, образуются гидраты, выпадает конденсат и т. д.

На газоконденсатных месторождениях в тех случаях, когда производительность газосборных пунктов составляет 10—15 млн. м³/сут, скважины высокодебитные, а для обработки газа применяют низкотемпературную сепарацию, используют деценрализованную систему сбора газа. Эта система используется также на месторождениях с большими запасами газа, пластовые давления которых обеспечивают длительный срок работы установок НТС.

В остальных случаях на газоконденсатных месторождениях целесообразно выбирать централизованную систему сбора и промысловой обработки газа с полным циклом подготовки его к дальнему транспорту на головных сооружениях.

Для окончательного выбора системы обработки газа должны быть выполнены технико-экономические расчеты двух вариантов схем: централизованного и децентрализованного. Если показатели расчетов будут равноценными, то предпочитается централизованная система.
8.1.2. Расчет газосборных сетей
Газопроводы от скважин до газосборного коллектора или УКПГ называются шлейфами. Их рассчитывают по формуле пропускной способности газопровода
, (8.1)
где Е - коэффициент уменьшения пропускной способности шлейфа из-за наличия жидкости и отложений твердой фазы в газопроводе; р₁, р₂ - абсолютные давления в начале и конце шлейфа соответственно ( 0,1 МПа); D - внутренний диаметр шлейфа (см); λ=λ(Re) - коэффициент гидравлического сопротивления шероховатых труб; Δ - относительная плотность газа по воздуху; z, Т - средние по длине L коэффициент сверхсжимаемости и абсолютная температура газа соответственно; L -длина шлейфа (км).

В качестве выражения для определения Е можно воспользоваться эмпирическими формулами А.И. Ширковского [ ] или приближенно определить по графику при скорости газа u_fболее 15 м/сек.

Толщина стенки трубы шлейфа определяется из расчета на прочность при давлении, равном начальному статическому давлению на устье скважины до начала эксплуатации залежи, или на давление, равное 16 МПа при р_ст..г16 МПа. Внутренний диаметр шлейфа определяется из расчета на максимальный дебит скважины таким образом, чтобы потери давления были не больше 0,05-0,1 МПа на 1 км длины шлейфа. При обосновании диаметра шлейфа также учитываются термодинамические условия. Шлейф может играть роль холодильника газа, выходящего из скважины с температурой, большей температуры грунта на уровне укладки шлейфа, или подогревателя, если температура газа, выходящего из скважины, меньше температуры грунта. Обычно внутренний диаметр шлейфа единичной скважины равен 102, 125 или 150 мм. При движении газа с куста скважин до УКПГ диаметр выкидной линии равен 200, 325 и даже 426 мм (сеноманская залежь Уренгойского газоконденсатного месторождения).

Промысловый газосборный коллектор рассчитывается как сложный газопровод с подключением по пути газовых линий. Внутренний диаметр промыслового газосборного коллектора определяется на конец компрессорного периода эксплуатации месторождения с постоянным суточным отбором газа. Давление газа в начале газосборного коллектора р₁ принимается равным давлению обработки газа на УКПГ, ближайшей к началу газосборного коллектора, давление газа в конце газосборного коллектора р₂ принимается равным давлению газа на приеме промысловой дожимной компрессорной станции (головной КС), часто расположенной на ПГСП в конце газосборного коллектора.

Обычно промысловый газосборный коллектор строится из труб с диаметрами от 500 до 1420 мм.

Толщина стенки труб промыслового газосборного коллектора рассчитывается по давлению газа на УКПГ в первый год эксплуатации месторождения, несколько превышающему давление газа в начале магистрального газопровода (5,6 или 7,6МПа).

Для охраны окружающей среды, повышения безопасности работы, ликвидации потерь газа и углеводородного конденсата при газодинамических и газоконденсатных исследованиях скважин, при удалении жидкостей с забоя скважин, из шлейфовых газопроводов, для повышения эксплуатационной надежности работы газопромысла вместе с высоконапорной системой сбора и внутрипромыслового транспорта газа и конденсата одновременно проектируется и сооружается низконапорная герметизированная система сбора, измерения и использования газа и углеводородного конденсата, а также других жидкостей.

Расчет сложной внутри- и межпромысловой газосборной сети при большом числе скважин, ГСП или УКПГ, дожимных компрессорных станций, при значительной протяженности промысловых и межпромысловых коллекторов с неустановившимся режимом течения газа в них представляет собой сложную комплексную оптимизационную задачу. В современных условиях она решается методами динамического программирования с использованием в расчетах ЭВМ.

ЛИТЕРАТУРА

1.Коратаев Ю.П., Ширковский А.Н. Добыча, транспорт и подземное хранение газа. // М: Недра,1984.- 486с.

2. А.И. Ширковский. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. // М: Недра,1987.- 347с.

3. Правила разработки газовых и газоконденсатных месторождений. // М: Недра,1971. - 103с.

4.Ф.А. Требин, Ю.Ф. Макогон, К.С. Басниев. Добыча природного газа. // М: Недра, 1976.- 607с.

5. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Т.1 / Справочное руководство в 2-х томах. Под ред. Ю.П. Коротаева, Р.Д. Маргулова. // М: Недра,1984.- 360с.

6. Г.Р. Гуревич, А.И.Брусиловский. Справочное пособие по расчету фазовых состояний и свойств газоконденсатных смесей. // М: Недра, 1984. - 264с.

7.Коротаев Ю.П. Эксплуатация газовых месторождений. // М: Недра, 1975. -415с.

8.Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин. // М: Недра,1980. - 301с.

9.Коротаев Ю.П. Комплексная разведка и разработка газовых месторождений. // М: Недра, 1968. -428с.

10.О.М.Ермилов, З.С. Алиев, В.В. Чугунов и др. Эксплуатация газовых скважин.// М: Наука, 1995.- 359с.