Исследование газовых скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Первые сведения о исследовании газовых скважин появились в литературе в 20-х годах нашего века. В 1925 г. была опубликована работа, в которой Баннет и Пирс описали предложенный ими метод исследования газовой скважины. В результате исследования скважины при ее фонтанировании в атмосферу устанавливали зависимости расхода газа от давления на ее устье и на забое. Этот метод исследования приводил к существенным потерям газа, не удовлетворял правилам техники безопасности и охраны окружающей среды.

В 1929 г. Пирс и Роулинс описали метод противодавлений. После усовершенствования этого метода Горное Бюро США приняло его в качестве официального метода исследования газовых скважин. В 1935 г. Роулинс и Шелхардт опубликовали результаты фундаментальных исследований большого числа газовых скважин.

Метод Роулинса и Шелхардта получил повсеместное распространение и используется до настоящего времени.

Большой вклад в развитие теории и практики исследования газовых скважин в нашей стране внесли Ю.П. Коротаев, Г.А. Зотов, Э.Б. Чекалюк, С.Н. Бузинов, К.С. Басниев, З.С. Алиев и др.

Целью исследования скважины является получение информации о термобарических параметрах газа (пластового углеводородного сырья), на основе использования которых определяются:

- продуктивная характеристика скважины;

- свойства пластового флюида;

- фильтрационно-емкостные свойства призабойной зоны скважины и прилегающих участков продуктивного пласта.

К числу параметров и характеристик, определяемых либо оцениваемых по результатам комплексных исследований скважин, следует относить:

- термобарические параметры (пластовые, забойные, устьевые давления и температуры);

- гидродинамические и термодинамические условия в стволе скважины;

- условия скопления и выноса жидкости и твердых примесей с забоя скважины;

- физико-химические свойства газа и жидкостей (вязкость, плотность, коэффициент сверхсжимаемости, содержание в пластовом флюиде конденсата, воды, отдельных компонентов);

- фазовое состояние пластового флюида и его изменение при движении газа в пласте, стволе скважины и наземных коммуникациях;

- коллекторские и фильтрационные свойства призабойной зоны скважины и прилегающих участков продуктивного пласта (пористость, газонасыщенность, проницаемость, гидропроводность, пьезопроводность, сжимаемость);

- геометрические характеристики пласта, в частности, толщина пласта, границы зон, размеры экранов и непроницаемых включений;

- технологический режим работы скважины, выбираемый с учетом факторов, ограничивающих ее производительность (разрушение призабойной зоны пласта, наличие подошвенной воды, влияние температуры продуктивного пласта и среды, окружающей ствол скважины, неоднородность вскрываемых продуктивных отложений, наличие агрессивных компонентов в добываемой продукции);

- компонентный состав проб сырого конденсата и отсепарированного газа;

- начальное потенциальное содержание конденсата, этана, пропана, бутанов в пластовом газе и прогноз его изменения по мере снижения пластового давления в залежи;

- коэффициент извлечения конденсата (КИК);

- физико-химическая характеристика конденсата и товарная характеристика его целевых фракций.

Рисунок 1 -- Принципиальная схема параметров и характеристик, определяемых по результатам исследования скважины

Для достижения цели исследования скважины рекомендуется решить следующие задачи:

- обосновать методику и технологию проведения исследования скважины;

- подготовить технику, технологическое оборудование, устройства и комплексы для исследования;

- провести работы на скважине с соблюдением требований безопасности и охраны труда;

- провести обработку полученных данных и интерпретацию результатов исследования.

1. Основные задачи исследования скважин

1.1 Методы исследования скважин

скважина газовый гидропроводность

Исследования газовых пластов и скважин включают комплекс взаимосвязанных методов, различающихся теоретической основой, технологией и техникой исполнения. По данным этих исследований определяют следующие параметры.

Геометрические характеристики залежи, в частности общие размеры газоносного резервуара, изменение общей и эффективной мощности пласта по площади и разрезу, границы газоносной залежи, размеры экранов и непроницаемых включений, положение газоводяного (газонефтяного) контакта и его изменение в процессе разработки.

Коллекторские и фильтрационные свойства пласта (пористость, проницаемость, гидропроводность, пьезопроводность, сжимаемость пласта, газонасыщенность, пластовые, забойные и устьевые давления и температуры), их изменение по площади и разрезу пласта, а также по стволу газовой скважины.

Физико-химические свойства газа и жидкостей (вязкость, плотность, коэффициент сжимаемости, влажность газа), условия образования гидратов и их изменение в процессе разработки залежи.

Гидродинамические и термодинамические условия в стволе скважины в процессе эксплуатации.

Изменение фазовых состояний при движении газа в пласте, стволе скважины и по наземным сооружениям в процессе разработки залежи.

Условия скопления и выноса жидкости и твердых примесей из забоя скважины, эффективность их отделения.

Условия процесса коррозии, степень и характер его изменения при исследовании и эксплуатации скважины, в продукции которых содержатся коррозионно-активные компоненты.

Технологический режим работы скважин при наличии различных факторов, таких, как возможность разрушения призабойной зоны пласта, наличие подошвенной воды, влияние температуры продуктивного пласта и окружающей ствол скважины среды, многопластовость и неоднородность залежи, наличие агрессивных компонентов в добываемой продукции, конструкция и свойства применяемого оборудования скважин и наземных коммуникаций и др.

Для изучения перечисленных параметров применяются газогидродинамические, геофизические и лабораторные методы исследования. При комплексном использовании эти методы дополняют друг друга и позволяют получить наиболее достоверные сведения и выяснить связь между отдельными параметрами и факторами, влияющими на них.

Лабораторные методы исследования сводятся в основном к изучению физико-химических свойств газосодержащих объектов и находящихся в них газа и жидкости. Условия определения параметров пласта, например пористости, проницаемости, газонасыщенности, по небольшим образцам в лаборатории в большинстве случаев существенно отличаются от определения этих параметров в естественных условиях, носят точечный характер, и их трудно распространить на все месторождение.

Параметры, определяемые геофизическими методами, также характеризуют участок, непосредственно примыкающий к стволу скважин. В необсаженных скважинах с помощью геофизических методов выделяют газонасыщенные интервалы, кровлю и подошву пласта, определяют пористость, газонасыщенность, эффективную мощность, положение контакта газ-вода и др. Эти же параметры определяются ядерно-геофизическими методами в обсаженных скважинах в процессе разработки. Одно из существенных достижений промыслово-геофизических методов исследований - широко применяемые в настоящее время дебитометрия и термометрия, с помощью которых в эксплуатационных газовых скважинах под давлением выделяют работающие интервалы, определяют дебиты отдельных пропластков, коэффициенты фильтрационного сопротивления, проницаемость, пьезопроводность и др.

К газогидродинамическим методам исследования скважин относятся снятие КВД после остановки, снятие кривых стабилизации давления и дебита при пуске скважины в работу на конкретном режиме (с определенным диаметром шайбы, штуцера, диафрагмы) и снятие индикаторной кривой, отражающей зависимость между забойным давлением и дебитом при работе скважины на различных режимах.

Независимо от процесса, происходящего в скважине, мы получаем информацию. В частности, если скважина простаивает длительное время, то в большинстве случаев определяется пластовое давление, величина которого используется при обработке результатов исследования при стационарных и нестационарных режимах фильтрации. Если скважина только что остановлена, то снимается КВД, по которой определяются параметры пласта. Если скважина только что пущена в работу, то снимаются кривые стабилизации давления и дебита, также позволяющие определить параметры пласта. Если скважина эксплуатируется на определенном режиме, то данные этого режима можно использовать при гидродинамическом исследовании. Так, например, дебит скважины и продолжительность работы ее с данным дебитом используются при обработке КВД. Если предстоит снятие индикаторной кривой, то режим, на котором работала скважина перед снятием индикаторной кривой, можно использовать как один из предполагаемых при стационарном методе исследования или как режим со стабилизированной характеристикой при применении ускоренных методов исследования скважин.

Отметим, что, помимо основных параметров, полезно измерять межколонные давления и их изменение в зависимости от процесса, проходящего в скважине. Такие исследования позволяют изучить межколонные перетоки газа, герметичность скважины и возможность перетока газа в вышележащие пласты. Таким образом, при любом состоянии газовой скважины можно получить определенную информацию, используемую в дальнейшем при определении тех или иных параметров пласта и скважины. Поэтому весь процесс исследования скважины должен фиксироваться во времени.

1.2 Классификация методов исследования скважин

Методы получения информации о пласте и скважине условно можно разделить на две группы.

1. Прямые методы, изучающие непосредственно образцы породы и продукцию, получаемую из скважины. К прямым методам определения параметров пористой среды и получаемой продукции относятся изучения свойств керна и физико-химических свойств газа и пластовой жидкости в лабораторных условиях. К числу прямых вспомогательных методов относятся также кавернометрия, газовый каротаж и изучение шлама, получаемого в процессе бурения продуктивного разреза.

2. Косвенные методы, изучающие физические свойства пласта и получаемой продукции с помощью установления связи этих свойств с другими параметрами, которые измеряются различными методами - геофизическими, термометрическими, газогидродинамическими.

Комплексное использование этих методов позволяет качественно и надежно определить исходные параметры, необходимые при подсчете запасов, проектировании разработки залежи и установлении оптимального технологического режима работы газовых скважин.

2. Газогидродинамические исследования скважин

2.1 Подготовка скважины к газогидродинамическим исследованиям

Подготовка газовой скважины к газогидродинамическим исследованиям обусловливается следующим.

1. Назначение исследования (первичное, текущее, специальное) и объем требуемой информации.

2. Геологические особенности залежи и характеристика пористой среды и получаемой продукции, т.е. наличие значительного количества влаги (конденсационной воды, конденсата, фильтрата) и агрессивных компонентов в составе газа, возможность разрушения призабойной зоны, образование гидратов в стволе скважины в процессе испытания, подтягивание конуса подошвенной воды.

3. Конструкция скважины и применяемых глубинных приборов.

4. Степень освоения месторождения, т.е. наличие наземных коммуникаций по сбору и осушке газа, факторы, ограничивающие давление, температуру и дебит скважины в процессе испытания, и др.

Перед испытанием скважины, вышедшей из бурения, необходимо освоить ее, не допуская при этом образования на забое песчано-глинистой пробки. В условиях возможного разрушения пласта и подтягивания конуса подошвенной воды не допускается создание больших депрессий на пласт. В зависимости от ожидаемого дебита необходимо выбрать такую конструкцию фонтанных труб, при которой обеспечивается вынос потоком газа твердых и жидких примесей из забоя скважины. Соблюдая названные условия, продувку скважины следует осуществлять многоцикловым методом, который заключается в следующем: сначала устанавливают шайбу (штуцер) небольшого диаметра; постепенно увеличивая диаметр шайбы, снимают 4-5 точек; затем диаметр шайбы уменьшают до начального, установленного при прямом ходе, и снимают при этом также 4-5 точек в обратном порядке. Как правило, в процессе продувки делают 2-3 цикла, затрачивая на каждый режим 30-40 мин.

В процессе продувки осуществляется контроль, за выносом примесей в потоке газа с помощью сепарационных установок. Многоцикловый метод освоения и продувки скважины позволяет наиболее эффективно очистить призабойную зону и определить степень ее очистки по полученным кривым путем сравнения последнего цикла с окончанием предыдущего процесса очистки забоя, если нет других причин (например, приобщение новых интервалов), влияющих на продуктивность скважины. Последнее проверяется в результате исследований глубинным дебитомером, шумомером, термометром и т.д.

2.2 Основные схемы для проведения газогидродинамических исследований

Оборудование устья скважины для проведения газогидродинамических исследований в зависимости от стадии освоения месторождения, цели, назначения и характеристики залежи проводится в основном по двум схемам (рис. 1, 2).

Устье скважины, не подключенной к промысловому газосборному пункту, перед газогидродинамическим исследованием оборудуется лубрикатором, образцовыми манометрами, сепаратором, измерителем расхода, термометрами и выкидной линией для факела. В зависимости от намеченной программы возможны некоторые изменения отдельных узлов указанной схемы. В частности, если предполагается проведение глубинной дебитометрии или измерение забойного давления и температуры приборами с дистанционной регистрацией, то вместо обычного лубрикатора устанавливается лубрикатор для спуска приборов на кабеле. При этом машина с лебедкой заменяется одной из имеющихся геофизических каротажных станций АКС-64, АПЛ-64, АКСЛ-7. Если в добываемом газе не ожидается значительного количества влаги, и нет необходимости спуска глубинных приборов, то забойное и пластовое давления можно определить по устьевым замерам расчетным путем, и тогда нет необходимости оборудовать устье скважины лубрикатором. Как правило, названный случай на практике встречается на неглубоких газовых месторождениях небольшой мощности при отсутствии подошвенной воды и условий образования жидкостной или песчаной пробки, при незначительном содержании тяжелых компонентов в составе пластового газа и т.д.

Наиболее распространенная схема обвязки устья скважин, подключенных к промысловому газосборному пункту, предусматривает индивидуальное испытание каждой из них. Такая схема требует оборудования устья скважины лишь лубрикатором, образцовыми манометрами, термометрами и подключения исследуемой скважины к линии испытания. Дебит газа определяется по данным расходомера, установленного на линии испытания. Для проведения намеченного исследования вход в общий коллектор закрывается задвижкой а и на линии испытания 2 открывается задвижка 6 (см. рис. 2). На обустроенных и введенных в разработку месторождениях необходимость подачи ингибитора в скважину предусматривается проектом разработки. Большинство газогидродинамических и комплексных (с промыслово-геофизическими) исследований проводится в скважинах, подключенных к промысловому газосборному пункту. Основное преимущество испытания подключенных скважин - возможность проведения исследовательских работ без выпуска газа в атмосферу.

Однако при исследовании с выпуском газа в газопровод разница между пластовым и устьевым (после сепаратора) давлениями должна компенсировать потери давления при движении газа в пласте до забоя; по стволу скважины, а также потери в сепараторе на всех 5-6 режимах, предусмотренных методикой исследований. В некоторых случаях, т.е. когда скважины вскрывают пласты с низким давлением и практически на всех месторождениях на завершающей стадии их разработки, исследования с выпуском газа в газопровод встречают определенные трудности. Это связано с тем, что небольшая разница между давлением в газопроводе и устьевым давлением после сепаратора ограничивает число режимов исследования. С целью обеспечения достаточного диапазона изменения устьевого давления на общей схеме оборудования скважины, подключенной к газосборному пункту, предусмотрена факельная линия для проведения части исследований с выпуском газа в атмосферу.

3. Назначение и периодичность проведения газогидродинамических исследований в газовых, газоконденсатных и газонефтяных скважинах

3.1 Назначение газогидродинамических исследований

В условиях научно-технического прогресса и применения современных электронно-вычислительных машин резко возрастают требования к объему и качеству исходной информации, используемой при прогнозировании основных показателей разработки газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождений. Такая информация накапливается:

путем изучения литолого-стратиграфического разреза по шламу, керну, образцам, отобранным боковым грунтоносом;

комплексом геолого-геофизических исследований по выявлению в разрезе продуктивных горизонтов, определению толщины, пористости, проницаемости, остаточной водонасыщенности коллектора, положения контакта газ-вода (газ-нефть-вода);

газоконденсатными исследованиями по изучению состава пластовой смеси, фазового состояния смеси, потерь конденсата в пласте, условий сепарации на установках комплексной подготовки газа;

газогидродинамическими исследованиями по изучению наряду с геофизическими исследованиями и лабораторным изучением образцов керна параметров пласта, их продуктивности, эксплуатационных характеристик скважин, запасов залежи, связи всей газонефтеводонасыщенной системы и других параметров.

Каждый из перечисленных способов получения исходной информации связан с затратами времени, сил и средств. Поэтому в получении всеобъемлющей и качественной информации различные организации заинтересованы не в одинаковой степени.

Наиболее заинтересованной и требовательной к объему и качеству информации организацией является Государственный комитет по запасам природных ресурсов (ГКЗ). ГКЗ РФ требует от Комитета по геологии России проведения всего цикла геологических, геофизических, газоконденсатных, газогидродинамических и лабораторных исследований, при выполнении которых существенно повышается достоверность запасов газа, конденсата и нефти (при наличии нефтяной оторочки). Качество этой информации зависит от объема проведенных исследований, числа разведочных скважин, однородности залежи и выбора методов интерпретации полученных результатов. Естественно, что, чем больше число исследованных разведочных скважин и объектов, тем больше объем информации о залежи. Однако число разведочных скважин и объем исследований не могут бесконечно расти ради повышения точности принимаемых запасов на несколько процентов. Существует некоторое оптимальное число разведочных скважин для повышения величины и категорийности запасов газа и конденсата, выше которого бурение разведочных скважин приводит к снижению эффективности поисково-разведочных работ на газ, а также удлиняет сроки между открытием месторождений и вводом их в промышленную разработку.

Получив от ГКЗ РФ материалы по запасам газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождений, проектные отраслевые институты РАО "Газпром" приступают к составлению технологической схемы опытно-промышленной эксплуатации (ОПЭ) месторождения. Сама по себе стадия опытно-промышленной эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений обусловлена ограниченным объемом информации о месторождении, низкой степенью достоверности множества параметров, принятых при подсчете запасов газа, нефти и конденсата. ГКЗ РФ, как правило, в таких случаях справедливо снижает категорийность запасов газа, но в своих решениях разрешает ввод месторождения в разработку. Проектировщики при составлении проекта ОПЭ должны совмещать задачу уточнения запасов газа, окончания разведочных работ и получения устойчивых характеристик отдельных параметров пласта, скважины, пластовых флюидов и промысловых сооружений по сбору и подготовке газа. Поэтому вполне естественно, что проектные и научно-исследовательские институты, составляющие проекты разработки залежи и обустройства промысла, вне меньшей степени заинтересованы в получении в достаточном количестве и высокого качества информации, чем ГКЗ РФ. От принятых исходных данных зависят достоверность проектных показателей разработки и дальнейшее их совпадение или существенные отклонения от фактических данных.

Научно-исследовательские институты и проектные организации всегда стремятся получить информацию о работе пласта, призабойной зоны, ствола скважины, забойных и устьевых оборудований, шлейфов, коллекторов, установок по осушке и отбензиниванию, регенерации, сепараторов, теплообменников, холодильных агрегатов, разделителей и других коммуникаций. Эта информация должна быть получена геологической и технической службам производственных объединений по добыче газа и сопутствующих компонентов в соответствии с третьим разделом проектов ОПЭ, разработки и обустройства промыслов - разделом, посвященным программе исследовательских работ на месторождении в процессе разработки.

На практике возможность получения необходимой информации, согласно программе исследовательских работ, предусмотренных проектом, существенно отличается от реальных условий. Эти условия связаны с несвоевременными вводами скважин, линий обвязки, установок по подготовке, с низкой производительностью отдельных скважин и со многими другими причинами. Учитывая, что план по добыче газа, конденсата и нефти не привязан к объективным и субъективным причинам несвоевременного ввода в эксплуатацию отдельных звеньев системы пласт-газопровод, приходится сокращать объемы исследовательских работ в действующих скважинах и установках по сбору и подготовке газа ради выполнения плана по добыче. Следовательно, по объективным причинам работники производственных объединений становятся противниками проведения исследовательских работ, выбирая меньшее из двух зол, по принципу "лучше выполнить план, чем провести исследования".

Согласно "Правилам разработки газовых и газоконденсатных месторождений", Госгортехнадзор является организацией, требующей выполнения всего объема исследований, предусмотренных в "Правилах...". В то же время Госгортехнадзор требует соблюдения и массы других обоснованных, а также некоторых устаревших правил при выполнении тех или иных исследовательских работ. Это, прежде всего, касается обеспечения различных исследований соответствующими приборами. Так, например, отсутствие серийного производства передвижных установок по исследованию скважин, отсутствие возможности исследования скважин в газопровод в большом диапазоне изменений дебита, отсутствие точных наземных и глубинных измерительных приборов и оборудования для проведения измерений и регистрации этих параметров не позволяют выполнять необходимые исследования. Если промысловики выполняют эти работы, нарушая при этом некоторые требования Госгортехнадзора, то представители Госгортехнадзора запрещают проведение исследований. Эта парадоксальная ситуация продолжает существовать и поныне, и каких-либо заметных сдвигов в увязке требований к объему исследований и материальному обеспечению этих исследований пока не наблюдается.

В этих условиях особая роль принадлежит научным исследованиям, направленным на разработку таких методов, с помощью которых можно получить необходимую информацию с наименьшими затратами сил и средств на испытания. Анализ работ, выполненных производственными объединениями по освоению и исследованию скважин после выхода их из бурения, проведение ремонтно-профилактических и интенсификационных работ показывают, что среднегодовые зарегистрированные потери газа за последние 10 лет колеблются от 1,1 • 10⁹ до 2,5 • 10⁹ м³ газа. Эти потери, отнесенные к годовой добыче газа в стране, составляют 0,2-0,3%. Выпуск газа при освоении и испытании скважин в атмосферу противоречит энергосберегающей политике государства и загрязняет окружающую среду. Необходимость охраны окружающей среды и природных ресурсов, выполнения плана добычи газа и конденсата при несвоевременном вводе скважин, линий обвязки, установок комплексной подготовки газа и других промысловых сооружений, отсутствие нужных исследовательских контрольно-измерительных приборов, аппаратуры требуют создания такого комплекса газогидродинамических исследований, который позволил бы получить необходимую информацию с учетом перечисленных выше факторов.

Схематично эта возможность показана на (рис. 3). Как видно из рисунка, основная цель может быть достигнута на любом месторождении независимо от его геолого-промысловой характеристики. Только необходимо в зависимости от стадии освоенности месторождения и продуктивной характеристики пластов выбрать наиболее приемлемый комплекс исследований с минимальными сроками испытания и преимущественно без выпуска газа в атмосферу. Выбор оптимального комплекса исследований для каждого месторождения зависит от состояния обвязки скважин, наличия стенда испытания на установках по комплексной подготовке газа, продолжительности процессов стабилизации и восстановления давления, поставленной задачи, т.е. от того, что требуется определить и с какой точностью эти параметры нужны, от того, происходит ли эксплуатация скважин, или скважина разведочная и месторождение еще не разрабатывается, и от многих других факторов.

Если скважина находится на разведочной площади и не введена в эксплуатацию, то возможности испытания в газопровод и использование данных эксплуатации отпадают. При этом нужно обратить внимание на продолжительность процессов стабилизации давления и использовать одну из модификаций метода установившихся отборов. При этом если значения коэффициентов фильтрационных сопротивлений могут быть определены с требуемой точностью, то следует использовать только одну кривую стабилизации давления и дебита и, обрабатывая эту кривую, определить значения этих коэффициентов.

Рис. 3. Схема получения информации газогидродинамическими методами

Если исследование проводится с целью определения параметров пласта, предназначенных для прогнозирования темпа внедрения в газовую залежь подошвенной или краевой воды, то достаточно снять одну кривую восстановления давления, так как параметры, определяемые по кривым восстановления давления, более достоверно характеризуют отдаленную от забоя скважины часть пласта, чем параметры, определяемые стационарными методами.

Параметры, определенные по результатам метода установившихся отборов, являются осредненными от стенки скважины до контура питания и при сильном загрязнении призабойной зоны или улучшении в результате проведения интенсификационных работ могут существенно повлиять на величину осредненных параметров. Это влияние, в конечном счете, при прогнозировании продвижения воды в залежь может искажать истинные темпы вторжения воды. Существенным дополнением по совершенствованию испытания скважин и получению информации являются различные модификации метода установившихся отборов, позволяющие неоднократно сокращать продолжительность испытания скважин. Если скважина эксплуатационная и подключена к установке по комплексной подготовке газа, то следует пользоваться данными эксплуатации для определения коэффициентов фильтрационных сопротивлений и параметров пласта или же исследовать ее без выпуска газа в атмосферу. Ускоренные методы изучения скважин следует применять практически на скважинах всех месторождений, где продолжительность стабилизации давления и дебита и восстановления давления превышает 1800 с, т.е. то необходимое минимальное время работы и остановки скважины, которое предусматривается ускоренными методами.

Газогидродинамические исследования проводятся на всех разведочных и эксплуатационных скважинах. Согласно "Правилам разработки газовых и газоконденсатных месторождений", в разведочных скважинах, давших газ, проводятся:

замер статического давления на устье и пластового давления (как правило, глубинным манометром);

определение дебита газа, конденсата и нефти (в газонефтяных скважинах) на 5-8 режимах работы скважины;

замер динамического давления на устье и забойного давления глубинными манометрами или расчетным путем на различных режимах работы скважины;

снятие кривых стабилизации давления и дебита и кривых восстановления давления;

замер температуры газа на забое и по стволу скважины при различных дебитах и забойных давлениях;

определение количества и состава выносимой воды и твердых примесей при различных дебитах газа;

отбор проб газа, конденсата и нефти для определения их химического состава, изучения условий выпадения конденсата, свойств нефти, а также для определения наличия коррозионно-активных компонентов в газе и в жидкой фазе;

- при необходимости, работы по интенсификации добычи газа;

откачка воды до постоянного химического состава получаемой воды из пьезометрических скважин;

замер пластового и забойного давлений, а также снятие индикаторной кривой и кривых стабилизации и восстановления давления.

При проведении первичных исследований, когда информация о свойствах пласта и содержащихся в нем газа и жидкости весьма незначительно, следует быть особенно внимательным. В условиях, когда газоносные пласты представлены слабо сцементированными коллекторами и скважина расположена вблизи нефтяной оторочки, подошвенной или контурной воды, освоение и исследования должны проводиться при низких перепадах (градиентах) давления на пласт. Чтобы снизить опасность разрушения призабойной зоны и подтягивания конуса нефти или подошвенной воды, освоение скважины следует вести в два этапа: первый этап - при малых депрессиях, второй этап - освоение при более существенных депрессиях на пласт. Для выбора величины депрессии на пласт следует детально проанализировать материалы геофизических исследований, лабораторного изучения образцов породы, а также геологический профиль данного района; выяснить, хотя бы ориентировочно, прочностные характеристики газоносных интервалов; по составу газа, распределению давления и температуры определить возможность образования гидратов в призабойной зоне и в стволе скважины.

При газодинамических исследованиях эксплуатационных скважин необходимо учесть результаты испытаний разведочных скважин, обратить при этом внимание на опробование отдельных газонефтенасыщенных интервалов. Эти результаты должны быть направлены на изучение возможности перетоков, на выяснение наличия или отсутствия гидродинамической связи между отдельными пропластками и использованы при выборе эксплуатационных объектов и анализе данных разработки месторождения. В комплексе с промыслово-геофизическими методами газогидродинамические исследования эксплуатационных скважин призваны определить работающие интервалы и распределение дебитов по этим интервалам. В каждой эксплуатационной скважине должны быть установлены режим эксплуатации и начальный рабочий дебит; газогидродинамическими расчетами обосновано соответствие режима работы пласта, ствола скважины и системы сбора и промысловой подготовки газа. Объем газогидродинамических исследований зависит от стадии освоения месторождения. Таких крупных стадий в процессе поиска, разведки и разработки месторождений три.

1. Исследования на стадии разведки залежи для получения информации, используемой при подсчете запасов газа, конденсата и нефти (если имеется нефтяная оторочка).

2. Исследования на стадии опытно-промышленной эксплуатации для получения дополнительной, но очень важной информации, позволяющей: подтвердить или уточнить запасы газа, конденсата и нефти; более детально изучить основные свойства пласта и пластовой смеси; установить устойчивость дебитов скважин и др.

3. Исследования в процессе разработки с целью контроля за разработкой залежи, для изучения характера изменения давления по площади и по толщине залежи, продвижения воды в залежь, изменения параметров пласта, газа, конденсата, нефти и воды в процессе разработки, установления перетоков и степени истощения отдельных пластов и др.

Частота проводимых исследований зависит от особенностей месторождения, неоднородности эксплуатационных объектов, степени подготовленности месторождения к разработке, проводимых в скважинах работ по интенсификации притока газа и ремонту, принятой системы разработки и от множества других факторов.

В процессе разведки месторождения исследуются все без исключения скважины (часто поинтервально) с целью выяснения промышленной газоносности, наличия нефтяной оторочки и ввода месторождения в дальнейшем в разработку. В период опытно-промышленной эксплуатации исследуются все пробуренные разведочные и эксплуатационные скважины. При разработке залежи, когда имеется значительное количество эксплуатационных скважин и разведочных, переведенных в фонд эксплуатации, и когда большинство из них достаточно близки по параметрам пласта и по эксплуатационным характеристикам, объем исследований можно сократить путем подбора необходимого числа разнохарактерных скважин, представляющих собой в совокупности все разнообразие, встречаемое на данном месторождении. При этом геологическая служба месторождения совместно с проектным институтом согласовывает объем и частоту исследования эксплуатируемых, наблюдательных и пьезометрических скважин.

3.2 Периодичность измерений в соответствии с правилами разработки

Согласно "Правилам разработки газовых и газоконденсатных месторождений", периодичность измерений устанавливается в соответствии с проектом разработки месторождения. Исследовательским работам в проекте отводится особый раздел. В целом проект разработки состоит из трех разделов:

1. Исходные геолого-промысловые данные.

2. Обоснование системы разработки и эксплуатации месторождения (расчетный раздел).

3. Программа и объем исследовательских работ.

В третьем разделе устанавливается периодичность определения тех или иных параметров, изучается характер изменения различных параметров и процессов, разрабатываются соответствующие коррективы к объему и периодичности исследований в зависимости от полученных текущих информации.

Периодичность измерения пластовых давлений по скважинам устанавливается в соответствии с проектом, с учетом геологических особенностей месторождения и темпов отбора газа и нефти (при наличии оторочки) из залежи. Выбранная периодичность должна обеспечить возможность оценки характера падения и распределения давления с достаточной степенью точности. Такая периодичность обосновывается запасами газа, годовыми отборами и характеристикой эксплуатационных объектов. При этом должна быть использована любая незапланированная остановка скважины. Число и размещение выбранных для измерения пластового давления скважин должны обеспечить достоверность необходимой информации о пластовом давлении. При этом не следует стремиться к возможно большему числу скважин и частым измерениям давления. Надо стараться проводить одновременные измерения пластового давления или же полученные результаты пересчитывать к единому времени, если требуется оценка запасов газа по методу падения давления. Контроль за достоверностью величин пластового давления по площади и по толщине следует вести наблюдательными скважинами. Поэтому размещение и вскрытие газонасыщенного интервала наблюдательными скважинами должны предусматривать необходимость такого рода контроля.

Для контроля состояния забоя и дебита скважин следует не реже одного раза в год проводить контрольные исследования, при этом желательно использовать дебитометрию и шумометрию, в зависимости от состояния забоя и наличия забойного оборудования в интервале перфорации. Число контрольных исследований должно быть установлено, исходя из характера изменения данных эксплуатации скважин и неоднородности залежи по площади, интервала вскрытия, близости подошвенной и краевой вод, скорости потока, глубины спуска и диаметра фонтанных труб и т.д.

Определенные трудности при испытании скважин газогидродинамическими методами возникают тогда, когда несколько скважин подключены в один коллектор (шлейф). Такая система подключения приводит к необходимости испытания скважин в атмосферу или же остановки всех скважин, за исключением исследуемой. Следует возвести в ранг обязательных испытания скважин на подземных хранилищах методом установившихся закачек в процессе закачки газа в пласт. В целом должны быть обновлены правила, касающиеся частоты, объема и качества газогидродинамических исследований, с учетом новых, более сложных задач и условий испытания, требований охраны окружающей среды и природных ресурсов, системы сбора и подготовки газа на промыслах, с набором методик, приемлемых на каждом конкретном месторождении.

4. Классификация и методы газогидродинамических исследований газовых и газоконденсатных пластов и скважин

4.1 Классификация газогидродинамических исследований

Практика разведки, разработки и эксплуатации газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождений и подземных хранилищ газа свидетельствует о необходимости проведения широкого комплекса промысловых исследований газовых, газоконденсатных и газонефтяных скважин с целью получения достоверной информации о параметрах пористой среды и насыщающих ее жидкостей и газов, о процессах, происходящих в пласте в процессе разработки залежи и в скважине в процессе эксплуатации. В настоящее время достигнуты значительные успехи в области техники и технологии газогидродинамических методов исследования газовых, газоконденсатных и газонефтяных пластов и скважин и обработки полученных результатов. Наиболее простые и приемлемые в промысловых условиях газогидродинамические методы исследования и обработки полученных результатов, разработанные до 1978 г., были включены в "Инструкцию по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин", утвержденную Министерством газовой промышленности в 1979 г.

За последние годы открыты крупные газоконденсатные и газонефтяные месторождения на больших глубинах, и применение существующих стандартных методов определения параметров пластов на этих месторождениях приводит к существенным ошибкам. Поэтому возникает необходимость выяснения применимости существующих методов и разработки новых с целью повышения достоверности получаемой информации на всех газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождениях.

Задача газогидродинамических методов исследования газовых, газоконденсатных и газонефтяных пластов и скважин заключается в получении достоверной информации для подсчета запасов газа, нефти и конденсата, проектирования и анализа разработки, эксплуатации скважин, обустройства промысла, обоснования технологического режима эксплуатации скважин и наземных сооружений, оценки эффективности работ по интенсификации и контроля за разработкой газовых и газоконденсатных месторождений. Газогидродинамические исследования проводятся после освоения и в процессе эксплуатации скважин. Содержание и объем исследований определяются их назначением. Они подразделяются на первичные, текущие, специальные и комплексные. На разных этапах изученности газовых и газоконденсатных месторождений (освоение, опытно-промышленная эксплуатация, разработка залежи) требования, предъявляемые к газогидродинамическим исследованиям, различны.

1. Первичные исследования проводятся во всех разведочных и эксплуатационных скважинах. Эти исследования являются основными и обязательными, проводятся в полном объеме и позволяют определить: параметры пласта; его продуктивную характеристику; установить режим эксплуатации скважины и связь между дебитом, забойным и устьевым давлением и температурой; количеством жидких и твердых примесей при различных режимах работы; пластовое давление; влияние степени и характера вскрытия на производительность и коэффициенты фильтрационных сопротивлений и др. Часто в разведочных, а в ряде случаев и в эксплуатационных скважинах первичные исследования проводятся поинтервально, что позволяет установить продуктивные характеристики по разрезу для выявления возможности одновременного вскрытия всего газоносного объекта, выбора метода эксплуатации и оценки дебита скважины в случае, если потребуется вскрывать только часть продуктивного горизонта. При первичных исследованиях газовых, газоконденсатных и газонефтяных скважин определяются:

- статическое давление на устье скважины;

пластовое давление по устьевым замерам расчетным путем или измерением с помощью глубинных манометров или комплексов;

забойные давления на различных режимах работы скважины, так же как и пластовое давление, по данным замера давления в трубном или затрубном пространстве или измерением с помощью глубинных манометров или комплексов;

дебит скважины по данным диафрагменного измерителя критического течения или диафрагменного измерителя дифманометра докритического течения в замерном пункте;

процессы восстановления и стабилизации давления и дебита, фиксируемые самопишущим манометром (дифманометром), а в случае отсутствия такого - через определенные промежутки времени образцовыми манометрами. При этом давление должно быть привязано по времени для дальнейшей обработки кривых восстановления и стабилизации давления и дебита. Частота регистрации, если регистрация ведется вручную, без самопишущих приборов, устанавливается, исходя из темпа роста или падения давления на данной скважине. Опыт показывает, что для хорошо проницаемых коллекторов в начальной стадии процессов восстановления и стабилизации давления замеры следует проводить через 30, 60 и 120 с. В дальнейшем частота регистрации давления постепенно уменьшается и производится через каждые 300, 600, 1800 и 3600 с и т.д. В низкопроницаемых пластах процессы восстановления и стабилизации давления продолжаются несколько суток. В таких случаях конечные участки кривых восстановления и стабилизации давления могут быть фиксированы с частотой 1 сут. и более. Продолжительности работы скважины на каждом режиме и восстановления давления между режимами выбираются предварительно по данным продувки и могут быть скорректированы в сторону уменьшения и увеличения времени. При отсутствии такой возможности следует пользоваться ускоренными методами исследования скважин:

температура газа на забое и устье на различных режимах, а также процессы восстановления и стабилизации температуры для обработки кривых восстановления и стабилизации давления и дебита скважины. Особое внимание при этом следует обратить на измерение температуры газа в процессах восстановления и стабилизации давления и дебита скважин, вскрывших пласты с высокой температурой;

количество выносимой воды, конденсата, нефти и твердых примесей на различных режимах;

физико-химические свойства газа, конденсата, нефти и воды по отобранным на различных режимах работы скважины пробам.

2. Текущие исследования проводятся на эксплуатационных и переведенных в фонд эксплуатации разведочных скважинах в процессе разработки месторождения. Основная задача текущих исследований сводится к получению информации о всех или о части параметров, определяемых в процессе первичных исследований для анализа и контроля за разработкой. Объем текущих исследований диктуется конкретными условиями каждого месторождения, изменчивостью контролируемых параметров, необходимостью установить характер изменения этих параметров в процессе разработки. Частично эти изменения устанавливаются по данным эксплуатации скважин.

Если текущие исследования выявляют существенные изменения ряда параметров, определенных по результатам первичных исследований, то обосновывается необходимость внесения соответствующих коррективов к проекту разработки месторождения. Текущие исследования позволяют также установить устойчивость режима эксплуатации скважин, процессы очищения или загрязнения призабойной зоны скважин, отложение солей в трубах, процесс коррозии скважинного оборудования, характер распределения пластового давления по площади и по толщине пласта, продвижение воды в залежь, обводнение скважин, характер выхода конденсата в процессе разработки, эффективность ингибирования и работ по интенсификации и др.

Объем текущих исследований регламентируется "Правилами разработки газовых и газоконденсатных месторождений", утвержденными Госгортехнадзором СССР 6 апреля 1970 г., и зависит от того, на какой стадии находится рассматриваемое газовое или газоконденсатное месторождение. Наибольшее число текущих исследований приходится на стадию опытно-промышленной эксплуатации месторождения. После ввода в разработку на полную мощность, оценки запасов газа данного месторождения методом падения пластового давления, изучения продуктивной характеристики залежи на различных ее частях скважины с близкими параметрами могут быть сгруппированы для проведения только контрольных исследований в ограниченном числе скважин. При этом в качестве обязательных текущих исследований остаются исследования после проведения ремонтно-профилактических и интенсификационных работ.

3. Специальные исследования проводятся для определения различных параметров, обусловленных специфическими характеристиками рассматриваемого месторождения.

К числу специальных исследований относятся работы по контролю за положением контактов "газ-вода", "газ-нефть" в специально выбранных для этой цели скважинах, изучение степени истощения отдельных пластов и возможности перетока газа, нефти и воды из одного пласта в другой в процессе разработки при их совместном вскрытии, укрепление призабойной зоны, установка цементных мостов; интенсификация добычи газа путем СКО, дополнительной перфорации и др.

Газогидродинамические исследования скважин в комплексе с промыслово геофизическими, газоконденсатными и лабораторными исследованиями позволяют изучить:

геометрические параметры пластов и залежи; общие размеры газовых и газоконденсатных месторождений и подземных хранилищ газа; характер изменения общей и эффективной толщины пласта по площади и по размеру; границы пластов; форму залежи и экранов, а также непроницаемых пропластков; положение контактов "газ-нефть" при наличии нефтяной оторочки, "газ-вода" и их изменения в процессе разработки;

коллекторские, механические и фильтрационные свойства пластов: пористость, проницаемость, проводимость, пьезопроводность, водонасыщенность, газонасыщенность; рабочие и максимально допустимые дебиты газа, конденсата, нефти и воды; сжимаемость пласта; пластовое, забойное и устьевое давления и температуры по площади и по разрезу пласта и их изменения в процессе разработки с учетом конструкции скважин, режимов залежи и эксплуатации скважин;

физико-химические свойства газов и жидкостей; вязкости, плотности, давления начала конденсации и максимальной конденсации; составы газа, конденсата и нефти, коэффициенты сверхсжимаемости газа и усадки конденсата и нефти, влажности газа, характеристики пластовой и конденсационной вод, агрессивные свойства газа, нефти, конденсата и воды; условия образования гидратов и характер их изменения при различных давлениях и температурах;

состояние и изменение в процессе разработки условий работы ствола и забоя эксплуатационных и нагнетательных скважин;

характер изменения фазовых состояний при движении газа в пласте, стволе скважины и наземных сооружениях в процессе разработки месторождения;

- условия скопления и выноса жидкости и твердых примесей из забоя скважины, наличие псевдосжиженной пробки в скважине, влияние процесса пробкообразования и очищения забоя на производительность скважин и коэффициенты фильтрационных сопротивлений и др.

Основная часть перечисленных параметров и характеры их изменения определяются при помощи газогидродинамических исследований скважин при стационарных и нестационарных режимах фильтрации газа и газоконденсатной смеси.

Параметры пласта, определяемые при помощи геофизических и лабораторных методов исследования скважин и образцов породы, характеризуют участок, непосредственно прилегающий к стволу скважины, и дают возможность изучить их послойное распределение по толщине пласта.

Газогидродинамические методы позволяют определить, как правило, средние параметры как призабойной зоны, так и более удаленных участков пласта. Для получения более детальной информации газогидродинамическими методами следует проводить поинтервальное и специальные исследования скважин.

В настоящее время разработаны методы, позволяющие использовать все процессы, происходящие в газовых, газоконденсатных и газонефтяных скважинах с момента их пуска до полного восстановления давления после закрытия, для определения параметров пласта и скважины. К этим процессам относятся: восстановление давления после закрытия скважины; стабилизация давления и дебита после ее пуска в работу на конкретном режиме с определенным диаметром проходного сечения штуцера или диафрагмы и снятие индикаторной кривой, отражающей зависимость дебита от забойного давления при работе скважины на различных режимах.

В частности, если скважина простаивает длительное время, то определяется пластовое давление, величина которого используется при обработке результатов исследования скважин при стационарных и нестационарных режимах фильтрации. Если скважина останавливается, то при этом снимается кривая восстановления давления, по которой определяются емкостные и фильтрационные параметры пласта. Если скважина пускается в работу, то при этом снимаются кривые стабилизации забойного и устьевого давлений и дебита и по этим кривым определяются коэффициенты фильтрационных сопротивлений и параметры пласта. Если на режиме стабилизации забойного давления и дебита наступила вторая фаза, то по этим результатам определяются и запасы газа месторождения. Если скважина эксплуатируется на определенном режиме, то эти данные могут быть использованы при испытании скважин методом установившихся отборов, а также при определении термобарических параметров скважины и обработке кривых восстановления давления. Если скважина вскрывает пласт с низкими коллекторскими свойствами, то данные этого стабилизированного режима могут быть использованы для определения истинного значения коэффициента сопротивления а. Таким образом, видно, что при любом состоянии газовых и газоконденсатных скважин можно получить информацию, используемую в дальнейшем при определении различных параметров пласта и скважины.

4.2 Методы газогидродинамических исследований

Теоретической основой современных газогидродинамических методов исследования скважин и определения параметров пласта является решение обратных задач подземной газогидродинамики. Развитие этих методов шло в направлении решения обратных задач фильтрации газа и газоконденсатной смеси, а также газонефтяной смеси при стационарных и нестационарных режимах и при линейном и нелинейном законах сопротивления. Поэтому целесообразно газогидродинамические методы исследования скважин разделить на две группы: исследования скважин при стационарных режимах фильтрации и исследования скважин при нестационарных режимах фильтрации: