Способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к созданию подземного газохранилища - ПХГ в водоносном пласте. Технический результат - совершенствование способа создания ПХГ в водоносном пласте с использованием вододобывающих и водонагнетательных скважин за счет повышения эффективности активного воздействия на фильтрационные процессы в пласте. Способ предусматривает создание подземного газохранилища в слоисто-неоднородном терригенном водоносном пласте. По способу осуществляют бурение вертикальных и/или горизонтальных газовых скважин, которые эксплуатируют в цикле закачки газа в качестве нагнетательных, а в цикле отбора газа - в качестве добывающих. Осуществляют также бурение вододобывающих и водонагнетательных скважин. Вододобывающие и водонагнетательные скважины располагают вокруг зоны размещения газовых скважин. С учетом изменчивости пористости и проницаемости коллектора водонагнетательные скважины бурят с нисходящими псевдогоризонтальными стволами и с возможностью обеспечения барьера давления по всему разрезу пласта. Вододобывающие скважины бурят с восходящими псевдогоризонтальными стволами и с возможностью минимизации негативного проявления процесса загазования добываемой воды. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к созданию подземного газохранилища в водоносном пласте.

Известен повсеместно применяемый способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте, основанный на бурении газовых скважин с двойной функциональностью [Закиров С.Н. Разработка газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений. М: «Струна», 1998, с. 567-571]. В цикле закачки газа в водоносный пласт эти скважины эксплуатируют в качестве нагнетательных. В цикле отбора газа из создаваемого или созданного подземного газохранилища (ПХГ) те же скважины эксплуатируют в качестве добывающих.

Обычно для ПХГ важно, чтобы объем добываемого (активного) газа за цикл отбора равнялся объему буферного газа, остающегося в ПХГ на конец цикла отбора. К сожалению, доля активного по отношению к закачанному объему газа в водоносный пласт иногда составляет не более 20% [Михайловский А.А., Скуфинский В.А. Регулирование латеральных перетоков газа в малоамплитудных ловушках водоносных пластов ПХГ, Газовая промышленность, №12, 2015, с. 64-66].

Поэтому обосновываются технологические решения, направленные на повышение доли активного газа в ПХГ, созданных в водоносных пластах [Михайловский А.А., Скуфинский В.А. Регулирование латеральных перетоков газа в малоамплитудных ловушках водоносных пластов ПХГ, Газовая промышленность, №12, 2015, с. 64-66]. Однако они не обеспечивают существенного прироста доли активного газа в таких ПХГ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ создания ПХГ в водоносном пласте, описываемый в учебном пособии Закирова С.Н. «Разработка газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений». М.: «Струна», 1998, с. 567-574.

Согласно данному способу, на водоносный пласт, кроме газовых скважин с двойной функциональностью, бурят систему вододобывающих и водонагнетательных скважин.

Вододобывающие скважины предназначены для увеличения газонасыщенного объема в пределах зоны размещения газовых скважин. Водонагнетательные скважины бурят на проектной границе будущего ПХГ. Закачиваемая в пласт вода создает на границе ПХГ барьер с повышенным пластовым давлением. Этот барьер предотвращает растекание закачиваемого газа вдоль кровли пласта, что также способствует увеличению доли активного газа.

Таким образом, добываемая вода и обратно закачиваемая в пласт вода в своем круговороте увеличивают газонасыщенный объем ПХГ и предотвращают растекание закачиваемого газа вдоль кровли пласта.

Недостатки данного нетрадиционного способа состоят в следующем.

- Применение вертикальных водонагнетательных скважин увеличивает затраты на создание барьера давления на границе ПХГ.

- Применение вертикальных вододобывающих (разгрузочных) скважин, во-первых, увеличивает затраты на создание газонасыщенного объема в ПХГ. Во-вторых, при использовании таких скважин уменьшается период их эксплуатации из-за подтягивания газовых конусов.

Таким образом, дальнейшее совершенствование данного инновационного способа является актуальным. Так как, согласно Михайловскому А.А. и Скуфинскому В.А. (Газовая промышленность, №12, 2015, с. 64-66), у ПАО "Газпром" из 12 ПХГ в водоносных пластах на 10 ПХГ низкими являются показатели по активным объемам газа.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача совершенствования рассмотренного способа-прототипа создания ПХГ в водоносном пласте за счет повышения эффективности активного воздействия на фильтрационные процессы в пласте.

Выполнение поставленной задачи достигается тем, что способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте включает бурение вертикальных и/или горизонтальных газовых скважин с двойной функциональностью, а также вододобывающих и водонагнетательных скважин, и отличается тем, что водонагнетательные скважины бурят с нисходящими псевдогоризонтальными стволами, а вододобывающие скважины бурят с восходящими псевдогоризонтальными стволами.

Способ реализуют следующим образом.

- После геологоразведочных работ и положительных результатов гидродинамического исследования герметичности кровли пласта найденную структурную ловушку признают в качестве подходящего объекта для будущего ПХГ.

- В проектных работах исследованию подвергают серию возможных вариантов создания и эксплуатации ПХГ по традиционной технологии, различающихся по числу, типу и соответственно положению газовых скважин с двойной функциональностью.

- В пределах каждого из исследуемых вариантов искомыми параметрами являются число и тип газовых скважин и местоположение их на структуре. Дополнительно для данного варианта исследуют целесообразность реализации предлагаемого способа. Такая же ситуация может иметь место и при рассмотрении варианта (вариантов) реконструкции уже функционирующего ПХГ, но с низкими показателями по доле активного газа.

- Вокруг зоны размещения газовых скважин экспертно (в итерационном режиме) выделяют зону размещения стволов псевдогоризонтальных вододобывающих скважин. Также на экспертном уровне выделяют размеры зоны размещения псевдогоризонтальных водонагнетательных скважин.

- Экспертно задают рабочие забойные давления на вододобывающих скважинах, устьевые давления на водонагнетательных скважинах, а также депрессии для газовых скважин в период их эксплуатации в качестве добывающих и значения устьевых давлений при их эксплуатации в качестве нагнетательных.

- После определения динамики технологических показателей эксплуатации ПХГ оценивают соответствующие технико-экономические показатели для исследуемого варианта функционирования ПХГ.

- Аналогичные расчеты осуществляют для иных итерационно изменяемых исходных данных и исследуемых вариантов. По результатам их рассмотрения выбирают наилучший, оптимальный вариант.

Обоснование предлагаемого способа

Предлагаемый способ от своего прототипа отличается тем, что вместо вертикальных вододобывающих и водонагнетательных скважин авторы рекомендуют горизонтальные. Новизна здесь в том, что авторы обосновывают и предопределяют оптимальные траектории горизонтальных скважин, участвующих в активном воздействии на фильтрационные процессы в пласте.

- Прежде всего авторы акцентируют внимание на том, что вододобывающие и водонагнетательные скважины должны быть не горизонтальными, а псевдогоризонтальными. Такое понятие введено в книге [Закиров Э.С. Трехмерные многофазные задачи прогнозирования, анализа и регулирования разработки месторождений нефти и газа, М.: Изд. «Грааль», 2001, с. 86-94] применительно к слоисто-неоднородным коллекторам. Именно такой тип неоднородности по пористости и проницаемости присущ многим терригенным коллекторам.

- В заявке дается не только акцент на тип скважин, но и конкретизируется идея псевдогоризонтальности применительно как к водонагнетельным, так и к вододобывающим скважинам.

- В случае водонагнетательной скважины ее псевдогоризонтальный ствол должен быть нисходящим. Такой вариант, во-первых, наиболее прост и менее затратен в реализации. Во-вторых, он учитывает изменчивость коллекторских свойств пласта по вертикали. Иначе, если горизонтальный ствол пройдет лишь по одному прослою, то он будет создавать повышение давления преимущественно только в этом прослое, в то время как требуется барьер давления по всему разрезу пласта.

- В случае вододобывающей скважины, в силу ее псевдогоризонтальности, также учитывается аргументация предыдущего пункта. Однако здесь трассировка ствола имеет противоположное направление по следующей причине.

- ПХГ обычно создают в пластах с хорошими и/или высокими коллекторскими свойствами. Поэтому в случае горизонтальных вододобывающих скважин их дебиты будут соответственно большими. Тогда, как известно, значения давления вдоль ствола псевдогоризонтальной скважины будут значительно различаться. А данный фактор оказывает влияние на изменение во времени геометрии вышезалегающего газоводяного контакта (ГВК).

Известно, что давление вдоль ствола горизонтальной скважины падает всегда в направлении течения газообразного или жидкого флюида. При этом, чем больше приближена точка ствола скважины к ГВК, тем быстрее при том же давлении в этой точке продвигается в сторону скважины локальная вертикальная отметка ГВК. И наоборот, при одинаковом положении по вертикали продвижение ГВК тем быстрее, чем ниже давление в данной точке ствола. В частности, в случае строго горизонтального ствола в "пятке" - в точке начала участка вскрытия пласта скважиной, или в точке нижнего окончания насосно-компрессорных труб/хвостовика, будет иметь место наименьшее давление и усиленно формироваться нежелательный газовый конус. Загазование же добываемой продукции в вододобывающей скважине можно рассматривать лишь в качестве негативного фактора.

Иные факторы, необходимые для обоснования справедливости предлагаемого способа, авторы не выявили. Конкретные расчеты на 3D гидродинамической модели реального ПХГ в настоящее время сделать невозможно вследствие ограниченного доступа к данным при существующих условиях конфиденциальности информации.

Краткое описание чертежа

На чертеже в качестве примера приводится схема реализации предлагаемого способа на ПХГ, которое ранее функционировало на основе традиционного способа хранения газа в водоносном пласте. Цифрой 1 обозначены газовые скважины с двойной функциональностью, 2 - вододобывающие скважины, 3 - водонагнетательные скважины, 4 - текущая поверхность газоводяного контакта, 5 - кровля пласта, 6 - подошва пласта.

О целесообразности предлагаемого способа

Судя по отмеченной уже публикации Михайловского А.А., Скуфинского В.А., газовая отрасль промышленности еще далека от удовлетворенности показателями функционирования своих ПХГ в водоносных пластах. Что касается рассмотренного способа-прототипа, то он, безусловно, заслуживает внимания. Сомнение лишь в его экономической эффективности. По мнению авторов, проблема эффективности предлагаемого способа должна отойти на второй план. Для подтверждения данной фразы приведем давний пример.

При рассмотрении предложения внедрить способ-прототип в проект ПХГ на залежи Зеленая Свита первый замминистра Мингазпрома СССР сказал:

- Да, ваш способ требует дополнительных затрат. Но если мы не примем его, то нам потребуются новые геологоразведочные работы, исследования, затраты на создание иного ПХГ с недостигаемым сейчас активным объемом газа в размере 3 млрд. м³.

К сказанному добавим следующую аргументацию: переход на псевдогоризонтальные скважины уже сам по себе в 2-3 раза снизит требуемое количество скважин на реализацию способа.

Минимизация негативного проявления процесса загазования добываемой воды кратно повысит технико-экономическую привлекательность предлагаемого способа по сравнению с прототипом на основе вертикальных вододобывающих скважин. Так что предлагаемый способ по дополнительным затратам будет в несколько раз выгоднее, чем способ-прототип.

Предлагаемый способ базируется на известных, апробированных отечественных технических и технологических решениях. Что снимает сомнения в его практической реализуемости.

Способ создания подземного газохранилища в слоисто-неоднородном терригенном водоносном пласте, включающий бурение вертикальных и/или горизонтальных газовых скважин, эксплуатируемых в цикле закачки газа в качестве нагнетательных, а в цикле отбора газа в качестве добывающих, а также вододобывающих и водонагнетательных скважин, отличающийся тем, что вододобывающие и водонагнетательные скважины располагают вокруг зоны размещения газовых скважин, с учетом изменчивости пористости и проницаемости коллектора водонагнетательные скважины бурят с нисходящими псевдогоризонтальными стволами для обеспечения барьера давления по всему разрезу пласта, а вододобывающие скважины бурят с восходящими псевдогоризонтальными стволами для минимизации негативного проявления процесса загазования добываемой воды.