Размещено на http://www.allbest.ru/

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

Спеціальність 05.15.06 - Розробка нафтових і газових родовищ

Автореферат

дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВУГЛЕВОДНЕВИЛУЧЕННЯ З ГАЗОКОНДЕНСАТНИХ РОДОВИЩ

ФИК ІЛЛЯ МИХАЙЛОВИЧ

Івано-Франківськ - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу Міністерства освіти України і в Українському науково-дослідному інституті природних газів (м. Харків) ДК “Укргазвидобування” НАК “Нафтогаз України”.

Науковий консультант - доктор технічних наук, професор

Кондрат Роман Михайлович, Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри розробки та експлуатації нафтових і газових родовищ, проректор з наукової роботи.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Зарубін Юрій Олександрович, ВАТ “Укрнафта”, м. Київ, заступник голови правління;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Нагорний Володимир Петрович, Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, м. Київ, завідувач відділу;

доктор технічних наук, професор Балакіров Юрій Айрапетович, Міжнародний науково-технічний університет, м. Київ, віце-президент, Науково-дослідний інститут нафтогазових інноваційних технологій, директор.

Провідна організація: ВАТ “Український нафтогазовий інститут”, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 14 жовтня 1999 р. о 14.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д20.052.02 в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу за адресою: Україна, 284019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу (вул. Карпатська, 15).

Автореферат розісланий “_4__" вересня 1999 р.

вуглеводневилучення газоконденсатне родовище поклад

В. о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Навроцький Б.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Власний видобуток нафти і газу в Україні забезпечує в останні роки потреби народного господарства лише на 10 і 20% відповідно, що зумовлює необхідність нарощування видобутку вуглеводнів як за рахунок розширення сировинної бази нафтогазової промисловості, відкриття та введення в розробку нових родовищ, так і підвищення ефективності використання наявних вуглеводневих ресурсів шляхом збільшення кінцевого коефіцієнта газонафтоконденсатовилучення і поточного відбору вуглеводнів з надр.

З аналізу динаміки запасів газу і конденсату в Україні випливає, що поточні запаси їх постійно збільшувалися, починаючи з 1963 р., що пов'язано з освоєнням, в основному, Дніпровсько-Донецької западини. Характерним для України є не лише зростання запасів конденсату, але й постійне збільшення в часі співвідношення промислових запасів газового конденсату і вільного газу, що створило значну ресурсну базу для постановки і розв'язання проблем підвищення як поточного видобутку конденсату, так і кінцевого коефіцієнта конденсатовилучення газоконденсатних родовищ.

Складні геолого-промислові умови розробки газоконденсатних покладів, широкий діапазон глибин, тисків, температур, фізико-хімічних властивостей флюїдів і колекторських властивостей пластів, різна стадійність розробки газоконденсатних родовищ - усе це зумовило необхідність створення значної кількості способів і систем розробки, спрямованих на збільшення коефіцієнтів газо- і конденсатовилучення. Незважаючи на досить високу ефективність деяких з них, наприклад сайклінґ-процесу, на думку автора, можливе подальше підвищення вуглеводневилучення за рахунок використання нових технологій, адаптованих до конкретних геолого-промислових умов газоконденсатних родовищ з врахуванням стадії та режиму їх розробки.

В основному всі відомі способи збільшення конденсатовилучення можна згрупувати за такими напрямками:

підвищення конденсатовилучення при розробці газоконденсатних родовищ на виснаження;

підвищення конденсатовилучення при розробці газоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску;

видобуток конденсату, що випав з газу у пласті, в результаті попередньої розробки родовищ на виснаження;

збільшення коефіцієнта вуглеводневилучення з нафтових облямівок та конденсатних валів газоконденсатних родовищ.

Враховуючи, що в Україні понад 150 газоконденсатних родовищ мають підвищений вміст конденсату у пластовому газі і вони знаходяться на різних стадіях розробки (від виснажених повністю до ще не введених у розробку), є всі підстави розвивати наукові дослідження в усіх чотирьох напрямках.

Для України наукові роботи щодо підвищення коефіцієнта конденсатовилучення та використання їх на практиці мають надзвичайно важливе значення, бо це - збільшення власного видобутку вуглеводнів у державі, а значить, зменшення її енергетичної залежності.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є вивчення фізичних основ і закономірностей процесів розробки газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ у різних геологічних, геолого-промислових, фізико-хімічних, термобаричних умовах залягання покладів і створення на цій основі нових способів підвищення коефіцієнта вуглеводневилучення з підпорядкуванням технології розробки станові газоконденсатного покладу.

Основні задачі:

аналіз й узагальнення досвіду використання існуючих способів розробки газоконденсатних родовищ, спрямованих на максимальне вилучення вуглеводнів з надр, та визначення перспективних напрямків досліджень щодо подальшого підвищення коефіцієнта вуглеводневилучення з врахуванням стану і структури ресурсної бази;

вивчення й узагальнення характеру впливу геолого-промислових і фізичних умов, літологічних і тектонічних особливостей, колекторських властивостей газоконденсатних покладів на величину коефіцієнта вуглеводневилучення, обгрунтування параметрів технологічного впливу для підвищення вуглеводневилучення, в залежності від стану газоконденсатного покладу;

створення нових способів і систем розробки газоконденсатних родовищ, спрямованих на збільшення коефіцієнта вуглеводневилучення, на основі підпорядкування технологій геологічним, геолого-промисловим і термобаричним умовам покладів;

обгрунтування та впровадження нових, ефективних способів і систем розробки газоконденсатних покладів на родовищах України з врахуванням їх поточного стану;

створення нових способів розробки нафтових облямівок і конденсатних валів нафтогазоконденсатних родовищ на основі їх залежності від геолого-фізичних умов і стану розробки родовищ.

Наукова новизна роботи:

1. Систематизовано особливості впливу геолого-промислових умов, величини запасів газу, глибини залягання покладу, фізико-хімічних властивостей і конденсатної характеристики газу, колекторських властивостей продуктивного пласта, пластового тиску, температури, режиму розробки на коефіцієнт конденсатовилучення та розроблено принципи їх врахування при виборі системи розробки газоконденсатного покладу, спрямованої на максимальне вилучення вуглеводнів з надр.

2. З використанням законів фізики пласта і врахуванням впливу як проникності пластів, так і структури порового простору розроблено нові способи регулювання сайклінґ-процесу на основі геологічних моделей газоконденсатного покладу, спрямовані на збільшення коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим.

3. Теоретично закладено основи і вперше запропоновано нову систему розробки з підвищенням пластового тиску в газоконденсатному покладі до початку сайклінґ-процесу (на величину депресії на пласт), що забезпечує розробку газоконденсатного покладу без випадання конденсату у привибійних зонах і депресійних воронках свердловин.

4. Виявлено нові можливості підвищення ефективності розробки газоконденсатних родовищ шляхом чергування сайклінґ-процесу і розробки на виснаження на основі фазових переходів, перетоків газу з пласта в пласт, мікроперетоків у структурі порового простору, вперше запропоновано новий спосіб розробки - ступінчастий сайклінґ-процес.

5. Запропоновано спосіб розробки газоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску шляхом перепуску високонапірного газу з газового покладу в газоконденсатний, систематизовано підходи до регулювання процесу підтримання пластового тиску в газоконденсатному покладі шляхом зміни темпу відбору газу з нього, обгрунтовано можливість підвищення коефіцієнта конденсатовилучення виснажених покладів на основі фазових переходів конденсату, що випав з газу у пласті, шляхом перепуску сухого газу з сторонніх джерел.

6. Вперше запропоновано спосіб розробки конденсатних валів у пласті в умовах водонапірного режиму і сайклінґ-процесу.

7. Дістали подальший розвиток способи розробки нафтових облямівок газоконденсатних покладів на основі циклічної експлуатації нафтової і газової частин покладу єдиною сіткою свердловин, вперше запропоновано апробований експериментально альтернативний спосіб розробки тонкої нафтової облямівки, шляхом її зміщення в газоконденсатну частину покладу й наступного проведення сайклінґ-процесу в тій частині пласта, де сформована двофазна система (нафта і газ).

Практичне значення і зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами:

1. Теоретичні викладки та створені нові технології дають змогу систематизувати підхід до проблеми підвищення коефіцієнта конденсатовилучення на всіх стадіях і режимах розробки газоконденсатних родовищ з врахуванням їх геологічних, геолого-промислових, фізико-хімічних, термобаричних і технологічних особливостей.

2. Запропоновано способи регулювання розробки газоконденсатних родовищ, спрямовані на збільшення коефіцієнта конденсатовилучення з покладу шляхом: підвищення коефіцієнта охоплення пластів витісненням сирого газу сухим при сайклінґ-процесі для різних варіантів геологічної моделі покладу; підняття пластового тиску у покладі до початку сайклінґ-процесу; використання ступінчастого сайклінґ-процесу; використання перепуску високонапірного сухого газу в газоконденсатні поклади; розробки конденсатних валів в умовах сайклінґ-процесу та активної водонапірної системи.

3. Підготовлено і затверджено "Укргазпромом" проект розробки Куличихінського нафтогазоконденсатного родовища з пакетом нових технологій: підняттям пластового тиску до початку сайклінґ-процесу, переходом на ступінчастий сайклінґ-процес з наступним зміщенням нафтової облямівки в газову частину покладу і продовженням сайклінґ-процесу.

4. Підготовлено й затверджено "Укргазпромом" і ЦКР Мінгазпрому (1987 р.) корективи до проекту розробки Березівського газоконденсатного родовища з перепуском газу, запропоновані технології частково реалізовані на цьому ж родовищі.

5. Представлено наукове обгрунтування підвищення коефіцієнта вуглеводневилучення в Національній програмі "Нафта і газ України до 2010 р." та корективах до неї.

6. При складанні за участю автора "Атласу родовищ нафти і газу України" (Держкомгеології, Держнафтогазпром, 1995 - 1998 рр.) використано деякі практичні результати досліджень, наведених в дисертації.

7. Результати теоретичних, експериментальних та промислових досліджень нових способів розробки нафтових облямівок увійшли до плану впровадження нової техніки ДК "Укргазвидобування" на 1999 р.

Особистий внесок. Автору належать розробки та ідеї:

збільшення коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим газом за рахунок пониження пластового тиску в низькопроникних пластах; роздільне розкриття високо - і низькопроникних пластів перфорацією при сайклінґ-процесі [9,17,18, 19];

підняття пластового тиску у покладі до початку сайклінґ-процесу [14,23];

обгрунтування технології ступінчастого сайклінґ-процесу [8,15];

збільшення коефіцієнта охоплення пластового газу сухим газом в контактуючих низько- і високопроникних пластах та у мікроструктурі порового простору [20,21,22];

розробки газоконденсатних родовищ з перепуском газу, нової технології розробки нафтової облямівки з її зміщенням у газоконденсатну частину покладу і подальшою розробкою в режимі сайклінґ-процесу [24,25,26,27,33].

Наведені у роботі дослідження впливу ємнісно-фільтраційних властивостей на підвищення конденсатовилучення та методологія їх використання повністю належать дисертанту.

Результати досліджень, отриманих у співавторстві, знайшли відображення у відповідних посиланнях у тексті дисертації, а також у списку використаних джерел.

Основні положення, що захищаються:

розбудова принципово нових теоретичних засад підвищення вуглеводневилучення газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ та їх практичної реалізації, що становить розв'язання крупної проблеми державного значення;

результати теоретичних досліджень нових напрямків, що забезпечують регулювання фронту витіснення пластового газу сухим з метою підвищення коефіцієнта охоплення витісненням при сайклінґ-процесі;

система розробки газоконденсатного покладу з підняттям пластового тиску до початку сайклінґ-процесу, що попереджує випадання конденсату у привибійних зонах і депресійних воронках свердловин;

модифікація технології сайклінґ-процесу - ступінчастий сайклінґ-процес, що забезпечує збільшення коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим на рівні макро- і мікроструктури різнопроникних порід-колекторів;

закономірності формування та способи розробки конденсатних валів і нові підходи до розробки нафтових облямівок, спрямовані на збільшення вуглеводневилучення з нафтогазоконденсатних родовищ, у тому числі спосіб розробки нафтової облямівки з її зміщенням у газоконденсатну частину;

результати досліджень впливу геолого-промислових, фізико-хімічних і технологічних параметрів газоконденсатного родовища на підвищення коефіцієнтів газо- і конденсатовилучення при розробці з підтриманням пластового тиску.

Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій базується на вихідних даних з класичних положень газогідродинаміки, петрофізики, фізичної хімії, математичного та фізичного моделювання; всі вимірювання проводилися на сучасній повіреній контрольно-реєструючій апаратурі, джерела геолого-промислових матеріалів апробовані Державною комісією по запасах. Достовірність результатів досліджень також підтверджена значною економічною ефективністю від впровадження наукових розробок у виробництво.

Дисертаційна робота в цілому висвітлює результати розробки системи принципово нових геолого-технологічних основ підвищення вуглеводневилучення при розробці газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ, що обумовлює розв'язання важливої наукової і прикладної проблеми.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертаційної роботи були викладені у доповідях, повідомленнях й обговорені на конференціях, семінарах, нарадах, починаючи з 1979 р.:

на XVII i XVIII науково-технічних конференціях молодих учених і спеціалістів (Москва, 1979, 1981);

на засіданні Науково-технічної ради Мінгазпрому (Москва, 1981);

на семінарі "Создание новых высокоэффективных технологий и технических средств, обеспечивающих повышение извлечения конденсата и нефти" (Москва, 1988);

на республіканському науково-технічному семінарі "Обмін досвідом по результатах проведених робіт по реконструкції і технічному переозброєнню в XII п`ятирічці на об'єктах газовидобутку та вироблення напрямків на XIII п'ятирічку" (Київ, 1990);

на науково-практичній конференції "Разработка и эксплуатация газоконденсатных месторождений на завершающей стадии" (Ухта, 1990);

на міжнародній конференції "Разработка газоконденсатных месторождений" (Краснодар, 1990);

на міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми і шляхи енергозабезпечення України" (Івано-Франківськ, 1993);

на науково-практичній конференції "Нафта і газ України" (Київ, 1994);

на науково-практичній конференції "Нафта і газ України" (Харків, 1996);

на ХХ Світовому газовому конгресі (Копенгаген, 1997);

на V Міжнародній конференції "Нафта і газ України - 1998" (Полтава, 1998);

на 2-й Міжнародній польсько-українській конференції працівників нафтової і газової промисловості (м. Чарна, Польща, 1998);

на наукових семінарах в УкрНДІгазі, ІФДТУНГу, УкрНГІ, Шебелинському ГПУ, Полтавському ГПУ, Харківському ГПУ, ДК "Укргазвидобування" НАК "Нафтогаз України" (1999 р.).

Автор нагороджений срібною медаллю ВДНГ України за розробку нових технологій підвищення конденсатовилучення з пласта (1995 р.) і ІІ премією УНГА за розробку та впровадження нових технологій підвищення вуглеводневилучення з газоконденсатних родовищ (1997 р.).

Публікації. Основні положення дисертації викладено у 37 друкованих працях, в тому числі у 20 статтях і тезах доповідей та у 19 патентах й авторських свідоцтвах.

Загальна економічна ефективність від впровадження результатів досліджень, проведених за темою дисертації, підтверджена актами впровадження і становить 792,1 тис. грн. Очікувана економічна ефективність від впровадження результатів досліджень на Куличихінському, Тимофіївському і Березівському газоконденсатних родовищах - у межах 90 млн. грн. і більше - в залежності від умов впровадження.

В основу роботи покладено багаторічні дослідження (1980-1999 рр.) автора, виконані в Українському науково-дослідному інституті природних газів і в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу.

Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів і висновків, наведених на 261 сторінці, містить 18 таблиць, 43 рисунки, 3 додатки. Список використаної літератури включає 134 назви.

Автор висловлює щиру подяку за цінні поради і допомогу при виконанні роботи науковому консультантові академіку Української нафтогазової академії (УНГА), д-ру техн. наук, професору Р.М. Кондрату, академіку УНГА, д-ру техн. наук, професору В.М. Дорошенку, академіку УНГА, д-ру техн. наук, професору В.С. Бойку, академіку УНГА, д-ру геол. - мінер. наук О.М. Істоміну, академіку, д-ру техн. наук, професору Р.М. Тер-Саркісову, академіку УНГА, канд. техн. наук В.С. Григор`єву, члену-кореспонденту УНГА, канд. техн. наук І.М. Матвєєву, члену-кореспонденту УНГА Є.С. Бікману, канд. техн. наук Й.Н. Токою, канд. техн. наук (Україна), д-ру (ФРН) О.Й. Гутнікову, канд. геол. - мінер. наук А.В. Лизанцю, канд. геол. - мінер. наук А.А. Лагутіну, члену-кореспонденту УНГА, канд. геол. - мінер. наук І.І. Борисовцю, О.Ф. Остапенку, С.О. Кисельовій, члену-кореспонденту УНГА, канд. техн. наук І.В. Мудрому, В. Є. Співаку, Б.А. Фоменку та іншим співробітникам УкрНДІгазу й ІФДТУНГу.

Особлива подяка від автора академіку УНГА Б.П. Гоцькому - співавторові багатьох праць, першому експертові нових технологій, наведених у роботі, та ініціаторові їх впровадження у виробництво.

Зміст роботи:

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, мету й задачі досліджень, наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, наведено результати апробації дисертації та її загальну характеристику.

У першому розділі дисертації вивчено ресурсні передумови підвищення газоконденсатовилучення з родовищ України. Зіставлення динаміки запасів вільного газу та його видобутку показало, що, незважаючи на збільшення кількості газових і газоконденсатних родовищ і запасів газу, видобуток вільного газу зменшувався: з 62 млрд. м³ у 1976 р. до 18 млрд. м³ у 1998 р. При цьому виявилася чітка тенденція до стабілізації його видобутку на перспективу. Щодо запасів газового конденсату в надрах України, то вони почали зростати з 1976 р. Це пояснюється відкриттям в країні нових газоконденсатних родовищ з підвищеним вмістом конденсату [1,2].

Видобуток газового конденсату, починаючи з 90-х рр., відносно стабілізувався і навіть з 1992 р. почав збільшуватися за рахунок введення в розробку нових газоконденсатних родовищ з підвищеним вмістом конденсату, відкритих раніше, а також застосування сайклінґ-процесу на Тимофіївському та Котелевському родовищах [3].

На рис.1 наведено динаміку відношення промислових запасів газового конденсату (_к) до промислових запасів вільного газу (_г) по роках як у цілому для України, так і для головного газоконденсатовидобувного регіону - Дніпровсько-Донецької западини (ДДЗ).

З рис.1 видно, що відношення q = Q_к/Q_г має чітку тенденцію до зростання в часі. Так, середній вміст конденсату на одиницю вільного газу для ДДЗ збільшився з 96 г/м³ у 1974 р. до 180 г/м³ у 1997 р.

У ДДЗ знаходяться 197 родовищ, у т. ч.16 газових, 27 нафтових, 6 газонафтових та нафтогазових, 49 нафтогазоконденсатних та 99 газоконденсатних, 148 родовищ мають підвищений вміст конденсату у пластовому газі. Враховуючи наведене, а також загальне зростання вмісту конденсату на одиницю запасів пластового газу, газоконденсатні та нафтогазоконденсатні родовища України мають сприятливі передумови і ресурсну базу для постановки робіт і впровадження нових технологій підвищення газо-, нафто - і конденсатовилучення.

У другому розділі наведено стан проблеми, огляд досліджень і практичні результати робіт щодо підвищення конденсатовилучення з газоконденсатних родовищ [4,5,6].

Розробка газоконденсатних родовищ у режимі виснаження пластової енергії супроводжується переходом у рідку фазу в разі зниження пластового тиску нижче тиску початку конденсації вуглеводневої суміші фракцій С₅Н_12+.

Розробка газоконденсатних родовищ при водонапірному режимі супроводжується защемленням пластовою водою частини газу з конденсатом при високих пластових тисках [7].

При змішаному режимі розробки газоконденсатних родовищ спостерігаються як перехід конденсату у рідку фазу, так і защемлення газу з конденсатом (у тому числі й того, що перейшов у рідку фазу) пластовою водою.

Для підвищення конденсато - і вуглеводневилучення газоконденсатних родовищ використовують методи підтримання пластового тиску на початкових стадіях їх розробки або вторинні методи видобутку конденсату, що випав з газу у пласті, на пізніших стадіях.

Підтримання пластового тиску в газоконденсатних покладах може здійснюватися шляхом закачування відсепарованого (сухого) природного газу (сайклінґ-процес), води (штучне заводнення), штучного вуглеводневого газу, невуглеводневих газів (вуглекислий газ, азот, димові й вихлопні гази, повітря) та поєднання наведених методів.

У теорії та практиці розробки газоконденсатних покладів шляхом закачування сухого газу виділяють кілька модифікацій сайклінґ-процесу [8,9]:

повний сайклінґ-процес, коли в пласт закачується весь відсепарований газ і в процесі розробки підтримується постійний пластовий тиск;

частковий сайклінґ-процес, коли у пласт закачується лише частина відсепарованого газу і розробка покладу здійснюється з пониженням пластового тиску, при цьому частина газу подається споживачеві;

ступінчастий сайклінґ-процес, коли виснаження чергується з повним сайклінґ-процесом на заданих рівнях пластових тисків;

сайклінґ-процес з попереднім зниженням пластового тиску;

сайклінґ-процес з попереднім підняттям пластового тиску;

перепуск високонапірного сухого газу з газових покладів у газоконденсатні (можливі всі варіанти, як при сайклінґ-процесі).

До основних факторів, від яких залежить коефіцієнт конденсатовилучення при сайклінґ-процесі і які можна регулювати, відносяться:

сама по собі модифікація сайклінґ-процесу;

кількість і система розміщення нагнітальних і видобувних свердловин;

система розкриття пластів перфорацією;

об'єми закачуваного сухого газу.

Найбільше на ефективність сайклінґ-процесу впливає коефіцієнт охоплення витісненням сирого газу сухим, який має три складові: за площею покладу, за розрізом пластів, за мікроструктурою порового простору.

Збільшення коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим газом - один з перспективних шляхів підвищення коефіцієнта конденсатовилучення при розробці газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску.

Контроль за коефіцієнтом охоплення проводиться за допомогою газоконденсатних і промислово-геофізичних досліджень [10,11].

Підвищення конденсато - і вуглеводневилучення може також здійснюватися шляхом закачування води. Розрізняють законтурне, приконтурне, внутрішньоконтурне нагнітання води з метою підтримання пластового тиску. Слід зазначити, що при закачуванні води не може бути повного заводнення покладу, тому що тут починають діяти негативні фактори, аналогічні розробці газоконденсатного покладу в умовах природного водонапірного режиму.

Згідно з дослідженнями Р.М. Кондрата, найефективнішим є заводнення з частковим підтриманням пластового тиску, коли зниження тиску частково компенсується закачуванням води. У цих умовах залишкова газонасиченість не досягає свого критичного значення, і забезпечується як часткове підтримання пластового тиску, так і постійна фільтрація газу у пористому середовищі до газовидобувних свердловин.

Заводнення при початковому пластовому тиску характеризується низькими значеннями коефіцієнтів конденсато - і вуглеводневилучення. Так, виконаний за участі автора (у співавторстві з В.С. Григор'євим і Л.Б. Берманом) проект розробки Тимофіївського нафтогазоконденсатного родовища (тиск початку конденсації дорівнював початковому пластовому тискові) за варіантами сайклінґ-процесу і заводнення показав, що ефективнішим є варіант сайклінґ-процесу, який і був прийнятий Центральною комісією з розробки Мінгазпрому СРСР у 1981 р.

Аналіз стану робіт щодо підвищення конденсатовилучення дає змогу сформулювати основні проблеми, які виникають при розробці газоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску:

вибір агента для підтримання пластового тиску і системи розробки залежить від геолого-промислових, фізико-хімічних, термобаричних, географічних, кон'юнктурних та економічних умов й остаточно визначається шляхом зіставлення техніко-економічних показників за варіантами розробки;

загальною для всіх методів підтримання пластового тиску є проблема збільшення коефіцієнта охоплення пластів витісненням сирого газу сухим як одного з головних чинників підвищення конденсатовилучення з газоконденсатних родовищ;

загальною є також проблема видобутку частини конденсату, що випав з газу у пласті, або проблема, як не допустити випадання конденсату у пласті;

розміщення нагнітальних і видобувних свердловин, система розкриття пластів, робочі тиски і тиски нагнітання, репресії і депресії на пласт, об'єми закачуваних робочих агентів і видобутку газу при розробці газоконденсатних родовищ - це основні технологічні параметри, якими можна керувати для підвищення конденсатовилучення;

проблема мінімізації капітальних вкладень на облаштування компресорного або насосного господарства, заміни сайклінґ-процесу при розробці газоконденсатних покладів на перепуск високонапірного сухого газу.

Значна частина газоконденсатних родовищ України вже закінчена розробкою в режимі виснаження або перебуває у пізній стадії розробки, при цьому у поровому просторі таких родовищ накопичено великі запаси ретроградного конденсату, що випав у рідку фазу, і для родовищ з конденсатним фактором понад 200 г/м³ вони можуть досягати 60% і більше від початкових запасів конденсату.

Аналіз стану робіт щодо видобутку конденсату, що випав у пласті, дає змогу сформулювати наступні основні висновки:

широкий спектр способів для видобутку конденсату, що випав з газу у пласті, дає можливість здійснити їх прив'язку відносно конкретних виснажених газоконденсатних родовищ шляхом зіставлення техніко-економічних показників і вибору оптимального способу вторинного видобутку конденсату;

як і при підтриманні пластового тиску, для всіх способів видобутку конденсату, що випав з газу у пласті, загальною є проблема збільшення коефіцієнта охоплення пластів робочими агентами, які закачують у пласт;

з метою видобутку конденсату, що випав з газу у пласті, доцільно на пізній стадії виснаження газоконденсатних родовищ здійснити їх переведення на режим родовищ регуляторів і ПСГ [12,13];

необхідно вивчити можливість видобутку конденсату, що випав з газу у пласті, шляхом перепуску високонапірного газу з покладів з високим пластовим тиском у виснажені газоконденсатні поклади.

Огляд та аналіз фактичних і проектних техніко-економічних показників впровадження сайклінґ-процесу в Україні на Новотроїцькому, Тимофіївському, Котелевському і Куличихінському родовищах показав їх значну ефективність.

Ефективність сайклінґ-процесу на Новотроїцькому родовищі відносно невелика, у порівнянні з виснаженням, і становить 10 - 12%, що обумовлено частковим виснаженням покладу горизонту В-23 до початку сайклінґ-процесу. Але при цьому додатковий видобуток конденсату за весь період розробки оцінюється в об'ємі 400 - 450 тис. т.

Впровадження сайклінґ-процесу на Котелевському, Тимофіївському і Куличихінському родовищах дасть змогу додатково одержати близько 6 млн. т конденсату.

В результаті аналізу та вивчення діючих і проектних сайклінґ-процесів на газоконденсатних родовищах України і за рубежем виявлено ряд проблем, які необхідно вирішувати при їх розробці з підтриманням пластового тиску:

проблема відповідності (адекватності) прийнятої для проектування розробки геолого-промислової моделі покладу його фактичному станові з метою вибору найбільш ефективної технології розробки;

проблема взаємодії водонапірного режиму і сайклінґ-процесу та розробка на цій основі нових технологій вилучення конденсату з конденсатних валів і нафтових облямівок;

проблема низького коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим при сайклінґ-процесі і необхідність розробки нових технологій його регулювання з метою збільшення коефіцієнта конденсатовилучення.

У третьому розділі представлено теоретичні, експериментальні і промислові дослідження перспективних способів розробки газоконденсатних покладів з підтриманням пластового тиску.

Розроблено нові і вдосконалено відомі способи розробки газоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску, які класифіковані за єдністю цілей і шляхів їх досягнення наступним чином [9,14,15]:

способи регулювання сайклінґ-процесу, спрямовані на збільшення коефіцієнта охоплення пластів витісненням пластового газу сухим (K_ох) при сайклінґ-процесі;

способи активної дії на газоконденсатний пласт, що знижують втрати конденсату у привибійних зонах і депресійних воронках свердловин;

способи підтримання пластового тиску за рахунок перепуску високонапірного газу або води;

способи дорозробки виснажених газоконденсатних родовищ.

Розглянуто декілька варіантів регулювання фронту витіснення сирого газу сухим з метою збільшення К_ох в шаруватих газоконденсатних пластах різної проникності на прикладі варіанта геологічної будови покладу, що складається з двох різнопроникних пластів, розділених непроникною (глинистою) перетинкою. Метою регулювання сайклінґ-процесу в них є забезпечення одночасного прориву сухого газу у видобувні свердловини. Запропоновано декілька способів розв'язання проблеми.

Перший спосіб. Пропонуються два варіанти розв'язання проблеми збільшення репресії та депресії на низькопроникний пласт з метою забезпечення одночасного прориву сухого газу у видобувні свердловини як по високо-, так і низькопроникному пласту. Перший варіант - це використання дворядних ліфтів і пакерної системи для одночасної роздільної експлуатації двох пластів [16]. При цьому можуть задаватися будь-які репресії і депресії окремо на кожний пласт. Другий варіант - це попередня розробка низькопроникного пласта на виснаження з метою пониження пластового тиску в ньому на величину, що забезпечить у подальшому при розробці обох пластів у режимі сайклінґ-процесу різні репресії і депресії та, як наслідок, призведе до одночасного прориву сухого газу в обох пластах у газовидобувні свердловини [17].

Одержано співвідношення для величини зведеного пониженого тиску () у пласті з погіршеними колекторськими властивостями:

З формули (1) виходить, що досягнення однакового коефіцієнта охоплення витісненням пластового газу сухим у двох пластах можливе, якщо виконується співвідношення.

Вивчено і встановлено вплив на величину співвідношення параметрів пластів і , із збільшенням яких зменшується величина пластового тиску, до якого необхідно розробити на виснаження низькопроникний пласт, щоб забезпечити рівномірність фронту витіснення сирого газу сухим в обох пластах.

Другий спосіб. Фронт витіснення сирого газу сухим вирівнюють послідовним включенням у процес витіснення пластів спочатку з низькою, а потім з більшою проникністю. При цьому час, через який дорозкривають перфорацією групу пластів з більшою проникністю у видобувних свердловинах, дорівнює t₁ - t₂ або t₁ - t₃ або. t₁ - t_n, де t₁ - час допроривного проходження сухого газу від нагнітальної свердловини до видобувної у низькопроникному пласті; t₂, t₃,. t_n - час допроривного проходження сухого газу по інших пластах з вищою проникністю [18].

Третій спосіб. Фронт витіснення сирого газу сухим вирівнюють на момент прориву сухого газу у видобувні свердловини за рахунок того, що на високо - і низькопроникні пласти бурять окремі сітки нагнітальних свердловин.

Якщо визначитися з часом проходження сухого газу по високопроникному пласту t₁ при відстані між нагнітальними і видобувними свердловинами L, то можна розрахувати L - відстань між нагнітальними і видобувними свердловинами для низькопроникного пласта, яка визначається із співвідношення:

Для реалізації способу слід до початку сайклінґ-процесу створити необхідну експлуатаційну сітку свердловин з врахуванням формули (3), яка складатиметься з двох рядів нагнітальних і одного ряду видобувних свердловин [19].

Розроблено спосіб і запропоновано систему розробки, спрямовану на збільшення конденсатовилучення для геологічної будови покладу, що складається з двох контактуючих пластів різної проникності, здатних газодинамічно взаємодіяти.

Для залучення низькопроникного пласта до сайклінґ-процесу запропоновано застосувати комбіновану систему розробки, яка включає циклічне чергування сайклінґ-процесу і розробки на виснаження. Спочатку розробляють газоконденсатний поклад у режимі сайклінґ-процесу при постійному пластовому тискові. Після прориву сухого газу у видобувні свердловини нагнітання сухого газу припиняють і розробляють поклад на виснаження видобувними свердловинами, понижуючи пластовий тиск на величину (), яка визначається із співвідношення [20].

Далі продовжують розробку із застосуванням сайклінґ-процесу при зниженому пластовому тискові до чергового прориву сухого газу у видобувні свердловини. Після повторного прориву сухого газу у видобувні свердловини здійснюють другий ступінь процесу зниження пластового тиску. Ступінчасте зниження пластового тиску може проводитися декілька разів з періодичним застосуванням сайклінґ-процесу на кожному ступені зниження тиску. Наведену технологію запропоновано назвати ступінчастим сайклінґ-процесом.

Фізична суть ступінчастого сайклінґ-процесу полягає в тому, що після прориву сухого газу по високопроникному пласту у видобувні свердловини і переходу на виснаження низькопроникний пласт починає розроблятися у високопроникний (площинний переток), останній, віддаючи сухий газ у видобувні свердловини, насичується сирим газом, що перетікає з контактуючого низькопроникного пласта; конденсатний фактор в зоні охоплення витісненням зростає, і система готова для повторного використання сайклінґ-процесу.

Вивчено можливість і запропоновано технологію збільшення коефіцієнта охоплення витісненням у мікроструктурі порового простору [21].

Для того, щоб газ у застійній зоні мікроструктури порового простору був охоплений витісненням, необхідно його перемістити до зони фільтрації за допомогою часткового зниження пластового тиску після прориву сухого газу у видобувні свердловини. По суті, слід застосувати ступінчастий сайклінґ-процес. Величина пониження пластового тиску зумовлюється заданою величиною виходу конденсату з газу, що видобувається. Після прориву сухого газу конденсатний фактор різко падає, особливо у більш однорідних покладах. Щоб його підняти до заданої економічно рентабельної величини, необхідно знизити пластовий тиск для переміщення сирого газу із застійного у фільтруючий поровий простір, а потім повторити сайклінґ-процес. Величину зниження пластового тиску можна визначити із співвідношення [22].

Використовуючи співвідношення (5) і технологію ступінчастого сайклінґ-процесу, можна значно збільшити K_ох як у макро-, так і у мікроструктурі пластів, підвищити ефективність систем розробки з підтриманням пластового тиску, видобути додаткову кількість конденсату при тих же енергозатратах, забезпечити попередній видобуток газу у період сайклінґ-процесу.

Вивчено можливість і запропоновано технологію запобігання випаданню конденсату у пласті [14,23].

Однією з умов цього є:

_,

де - вибійний тиск у видобувних свердловинах; - тиск початку конденсації.

Якщо пластовий тиск (P_ПЛ) більший, ніж (Р_ПК), то запобігання випаданню конденсату у пласті забезпечується умовою:

,

де Р - депресія на пласт у видобувних свердловинах.

Однак, як правило, в Україні (ДДЗ) для більшості газоконденсатних покладів із значним вмістом конденсату характерна мала різниця між пластовим тиском і тиском початку конденсації. Це створює передумови для випадання конденсату у привибійних зонах і воронках депресії видобувних свердловин навіть при сайклінґ-процесі.

Аналіз співвідношення (7) дає можливість зробити висновок, що запобігти випаданню конденсату у привибійній зоні можна двома шляхами:

перший - знизити тиск початку конденсації;

другий - підвищити пластовий тиск в газоконденсатній системі покладу.

Перший шлях практично неможливий, тому що не можна вплинути на склад газоконденсатної системи по всьому об'єму покладу.

Другий шлях - підвищення пластового тиску в газоконденсатному покладі до початку розробки - за певних умов може вважатися цілком можливим. При цьому пластовий тиск у покладі необхідно збільшити на величину депресії на пласт Р, щоб виконувались умови:

Р Р_ппт Р_в,

де Р_ппт - підвищений пластовий тиск.

Таким чином, суть способу запобігання випаданню конденсату у привибійних зонах і воронках депресії свердловин полягає у піднятті пластового тиску до початку розробки з подальшим використанням сайклінґ-процесу при підвищеному пластовому тискові.

Запропоновані технології як збільшення К_ох, так і запобігання випаданню конденсату у пласті реалізовано у проектному варіанті для горизонту Т-1 Куличихінського нафтогазоконденсатного родовища [15].

Розрахунки показали, що використання ступінчастого сайклінґ-процесу з підвищенням пластового тиску до початку його реалізації дасть можливість в цілому для покладу горизонту Т-1 Куличихінського родовища збільшити коефіцієнт конденсатовилучення з 0,29 (при розробці на виснаження) до 0,68. При звичайному повному сайклінґ-процесі коефіцієнт конденсатовилучення дорівнюватиме 0,47. Додатковий видобуток конденсату завдяки новим технологіям у порівнянні зі звичайним сайклінґ-процесом для другого блоку становитиме 118 тис. т, а в цілому для горизонту Т-1 - 270 тис. т.

Зміну видобутку конденсату в часі для другого блоку по варіантах наведено на рис.2, з якого видно, що видобуток конденсату з використанням нових технологій у перші 3 - 4 роки близький до звичайних технологій, однак у подальші роки істотно відрізняється як від розробки на виснаження, так і від звичайного повного сайклінґ-процесу в 1,8-3 рази за таким важливим показником, яким є видобуток конденсату. Затримка видобутку конденсату за варіантом 1 пов'язана із закачуванням газу для підняття пластового тиску.

Запропоновано спосіб розробки газоконденсатних родовищ з підтриманням пластового тиску шляхом перепуску газу [24,25].

Переваги системи розробки з перепуском газу у порівнянні з системою розробки в режимі сайклінґ-процесу полягають в наступному:

значно менші капітальні затрати на облаштування родовища;

відпадає необхідність консервації значних запасів газу;

немає потреби будувати компресорну станцію.

При цьому до покладів, з яких здійснюється перепуск газу, ставляться такі вимоги:

невеликий вміст конденсату у пластовому газі;

високий пластовий тиск, значно вищий, ніж у газоконденсатному покладі, куди здійснюється перепуск;

значні запаси газу, що забезпечує невисокий темп пониження тиску у процесі перепуску.

Перепуск високонапірного газу може здійснюватись як з видобувних свердловин через поверхню, так і безпосередньо у свердловинах.

Вивчено вплив геологічних запасів газу на ефективність розробки і показано, що вона залежить від співвідношення запасів газу у газоконденсатному покладі Q₁ і запасів газу у високонапірному покладі Q₂. Чим більше співвідношення Q₂/Q₁, тим досягається вища ефективність процесу розробки.

Вплив початкових пластових тисків також залежить від їх співвідношення Р₂/Р₁. Чим більше це співвідношення, тим вищу ефективність розробки можна досягти шляхом перепуску газу. Запропоновано вплив початкових запасів і пластових тисків розглядати в комплексі як співвідношення параметрів ; чим більше це співвідношення, тим вищою буде ефективність розробки.

Фільтраційно-ємнісні властивості обох покладів у прямій залежності впливають на ефективність розробки, оскільки чим більші ФЄВ, тим або менша потреба у свердловинах в системі розробки з перепуском, або швидше здійснюється процес розробки.

Аналізуючи результати досліджень, зроблено висновок про можливість регулювання процесу підтримання пластового тиску у покладі за рахунок міжпластового перепуску газу шляхом зміни темпу відбору газу з нього. Метою такого регулювання є, перш за все, забезпечення відбору газу при пластовому тискові вище заданого, наприклад, тиску початку конденсації [26].

Вивчено можливість підвищення конденсатовилучення виснажених газоконденсатних покладів шляхом перепуску газу. Значна кількість газоконденсатних родовищ у ДДЗ розробляється на режимі виснаження пластової енергії, і з часом постане проблема, як видобути конденсат, що випав з газу у пласті, і як не допустити його подальшого випадання у пласті [27,28].

Одним з напрямків розв'язання проблеми є використання перепуску газу за наявності відповідних геологічних або технологічних умов.

Щодо геологічних умов - мається на увазі відкриття нового газового покладу з незначним вмістом конденсату на більших глибинах при збігу структурного плану з виснаженим газоконденсатним покладом або відкриття газового покладу неподалік від виснаженого газоконденсатного покладу.

Технологічні умови можуть бути створені штучно, наприклад, якщо з двох газоконденсатних покладів один розробляється на виснаження, а інший - у режимі сайклінґ-процесу. Такий приклад вже маємо на Тимофіївському родовищі, де поклади В-16, В-17 розробляються на виснаження, а Т-1 - у режимі сайклінґ-процесу.

Досліджено можливість повторного використання енергії сухого газу покладу, що пройшов стадію сайклінґ-процесу, шляхом перепуску його у виснажені газоконденсатні поклади.

Перепуск сухого газу і підняття тиску у виснажених пластах призводить до випаровування конденсату, що раніше випав у пласті, і підвищення вмісту його у газовій фазі. Повторне виснаження газоконденсатного покладу після підняття тиску або виснаження обох покладів через верхній істотно збільшить кінцевий коефіцієнт конденсатовилучення.

Запропонований спосіб підвищення конденсатовилучення розглянуто на прикладі Тимофіївського нафтогазоконденсатного родовища, в розрізі якого виділено два основні об'єкти розробки В-16+В-17 і Т-1, газ яких характеризується значним вмістом конденсату (понад 400 г/м³). Поклад Т-1 розробляється в режимі сайклінґ-процесу, поклади В-16 + В-17 - на виснаження. Наприкінці сайклінґ-процесу, згідно з проектом, пластовий тиск у покладі Т-1 становитиме 39,2 МПа, а у виснажених покладах В-16+В-17 - 13,8 МПа. Вміст конденсату у пластовому газі виснажених покладів В-16+В-17 зменшиться до 46 г/м³. Значна частина об'єму конденсату (69 % запасів) у покладах В-16 + В-17 випаде з газу у пласті у вигляді рідини.

Запаси газу і пластовий тиск у покладі Т-1 після сайклінґ-процесу дадуть змогу шляхом перепуску газу підняти пластовий тиск у покладах В-16+В-17 до 25,7 МПа. Розрахунки показують, що для підняття пластового тиску запропонованим способом з 13,8 до 25,7 МПа за допомогою перепуску газу після сайклінґ-процесу з покладу Т-1 у поклади В-16+В-17 потрібно один рік (за умови використання всього фонду свердловин) [27].

За рахунок підвищення тиску в результаті випаровування конденсату питомий вміст конденсату у пластовому як перепущеному, так і власному газі збільшиться з 46 до 142 г/м³. Наступна розробка на виснаження всієї системи забезпечить видобуток частини конденсату, переведеного у газову фазу.

При розробці горизонтів В-16, В-17 Тимофіївського родовища на виснаження коефіцієнт конденсатовилучення на кінець розробки становитиме 0,31. За рахунок перепуску і повторного виснаження коефіцієнт конденсатовилучення на кінець розробки оцінюється 0,41. Тобто додатковий видобуток конденсату становить 10 %.

Таким чином, сайклінґ-процес не тільки підвищує конденсатовилучення з покладу, де він проводиться, але й дає можливість збільшити конденсатовилучення раніше виснажених покладів за рахунок повторного використання енергії сухого високонапірного газу шляхом його перепуску.

В роботі наведено результати дослідного перепуску, показано відпрацювання його технології та ефективність в залежності від умов проведення на прикладі Березівського газоконденсатного родовища.

Четвертий розділ присвячений вивченню впливу геолого-промислових умов, режимів і нових технологій розробки на газо- і конденсатовилучення.

До основних природних геологічних факторів, що впливають на ступінь вилучення газу та конденсату з надр, належать: їх початкові запаси; глибина і термобаричні умови покладів; фізико-хімічні властивості пластового газу; тиск початку конденсації та газоконденсатна характеристика покладу; колекторські властивості продуктивних пластів і ступінь їх літологічної однорідності; складність геологічної будови родовища та активність пластових вод.

3 іншого боку, на ступінь вилучення вуглеводнів з надр суттєвий вплив справляють технологічні і техніко-економічні фактори, основними з яких є: спосіб розробки покладів (виснаження чи з підтриманням пластового тиску); щільність сітки свердловин та вибір інтервалів розкриття пластів; темп відбору газу; якість будівництва, розкриття та освоєння свердловин; надійність їх конструкції, захисту від корозії; можливість регулювання розробки пластів в умовах надходження пластових вод; система промислового збору, підготовки й транспортування газу та конденсату; наявність місцевих споживачів низьконапірного газу; капітальні вкладення та експлуатаційні витрати, встановлені ціни на газ і конденсат.

Розглянуто вплив природних геологічних факторів, який вони справляють на ступінь вилучення газу та конденсату з надр. Враховуючи, що кінцеві коефіцієнти газо- і конденсатовилучення перебувають у прямій залежності від величини початкових запасів для всіх природних режимів розробки, виділено два головні фактори позитивного впливу запасів на кінцеве газо- і конденсатовилучення:

перший - організаційно-технологічний, коли концентрація промислових робіт в одному місці при тих же капітальних й експлуатаційних затратах дає можливість провести більше технічних і технологічних робіт, спрямованих на збільшення газо- і конденсатовилучення;

другий - геолого-технологічний, коли є можливість розгорнути роботи по площі і розрізу для впровадження необхідних систем розробки, спрямованих на максимальне газоконденсатовилучення.

З аналізу робіт Р.М. Кондрата випливає, що глибина і термобаричні умови безпосередньо впливають на кінцеве газоконденсатовилучення, при однакових кінцевих робочих тисках розробки газоконденсатних родовищ більше газу і конденсату буде видобуто з тих родовищ, де вищий початковий пластовий тиск.

Фізико-хімічні властивості пластового газу значною мірою впливають на кінцевий коефіцієнт конденсатовилучення через співвідношення вуглеводнів метанового ряду, особливо С₅₊, тобто: чим більший у пластовому газі питомий вміст вуглеводнів С₅₊, тим менший буде коефіцієнт конденсатовилучення з родовища.

Вплив колекторських властивостей пластів на коефіцієнти газо - і конденсатовилучення розглянуто у двох напрямках:

перший - це вплив при розробці на виснаження;

другий - це вплив при розробці в умовах водонапірного режиму.

При розробці газоконденсатних родовищ на виснаження головним петрофізичним параметром, що істотно впливає як на поточне, так і на кінцеве газоконденсатовилучення, є проникність. Чим більша проникність, тим більші будуть і поточні, і кінцеві коефіцієнти конденсатовилучення. Для багатопластових родовищ з низькою проникністю суттєвими стають градієнти початкових пластових тисків; на пізній стадії розробки залучаються у дренування пласти й зони з початковими пластовими тисками, зростають запаси, розраховані методом падіння пластового тиску, збільшується термін розробки родовищ. Наприклад, Шебелинське газоконденсатне родовище: запаси, підраховані об'ємним методом і затверджені ДКЗ СРСР у 1966 р., становили 464 млрд. м³, а запаси, підраховані за падінням пластового тиску і затверджені ДКЗ у 1988 р., істотно збільшилися і надалі зростають.

При розробці газоконденсатних покладів в умовах водонапірного режиму вплив колекторських властивостей продуктивних пластів на коефіцієнти газо- і конденсатовилучення різко зростає. Це пов'язано з формуванням залишкової газонасиченості у поровому просторі за фронтом витіснення газу водою.