Файл: Закиров, С. Н. Проектирование и разработка газовых месторождений учебное пособие.pdf

ГЛАВА I Предмет курса.

Развитие теории проектирования и разработки газовых и газоконденсатных месторождений

§ 1. Предмет курса

Под разработкой газовых и газоконденсатных залежей в нашем курсе понимается управление процессами движения в пласте газа и газоконденсата к скважинам с целью добычи газа и конденсата. Такое управление достигается посредством определенной системы разработки залежи.

Под системой разработки газовой (газоконденсатной) залежи понимается размещение необходимого числа эксплуатационных (и нагнетательных), наблюдательных и пьезометрических скважин, порядок ввода их в эксплуатацию и поддержание определенных, допустимых технологических режимов эксплуатации сква­ жин.

Для отделения от газа конденсата и других ценных компонентов и подготовки его к дальнему транспорту применяется соответствую­ щая система обустройства промысла. Система обустройства включает поверхностное оборудование для сбора газа и конденсата, отделения конденсата, очистки газа от механических и других вредных при­ месей, осушки газа, компримирования и подачи газа потребителю или в магистральный газопровод.

При разработке газоконденсатных месторождений с поддержанием пластового давления система обустройства дополняется технологи­ ческими линиями для закачки в пласт сухого газа или воды.

Только в условиях социалистической системы хозяйства, когда недра являются общенародной собственностью, возможно широкое применение научно обоснованных методов разработки газовых месторождений.

Вряд ли в наши дни требуется доказывать, что рациональная разработка газовых залежей возможна лишь в том случае, если она осуществляется на научных основах.

Под рациональной системой разработки месторождения природ­ ного газа и обустройства промысла понимается такая система, при которой обеспечивается выполнение заданного плановыми органами уровня добычи газа, ценных компонентов и конденсата с наибольшей народнохозяйственной эффективностью (с оптимальными технико­ экономическими показателями и коэффициентами газо- и конденсатоотдачи).

7

При разработке газоконденсатных месторождений для управления процессами движения газоконденсата в пласте может применяться искусственное воздействие на газоконденсатные залежи путем за­ качки в них сухого газа или воды с целью поддержания в течение определенного периода эксплуатации необходимого уровня пласто­ вого давления, а следовательно, сокращения или предотвращения потерь конденсата в пласте 1.

Из сказанного следует, что процессы, происходящие в газовых и газоконденсатных месторождениях и газосборных системах, не протекают стихийно, независимо от воли людей, а управляются ими путем применения той или иной системы разработки залежей и обустройства промыслов. Изложение теории проектирования и раз­ работки газовых и газоконденсатных месторождений, позволяющей осуществить такое управление с наибольшей народнохозяйственной эффективностью, и является предметом данного курса. Вопросы геологии газовых и газоконденсатных месторождений, бурения, технологии и техники эксплуатации скважин и газопромыслового хозяйства выходят за пределы нашего курса и рассматриваются в курсах геологии, бурения газовых скважин, добычи газа. Физи­ ческие свойства газа, нефти, воды и горных пород, методы определе­ ния их также здесь не рассматриваются, поскольку эти вопросы изучаются в курсе физики пласта.

Разработка ряда новых месторождений, представленных мало­ проницаемыми пластами и содержащих значительные запасы газа, требует бурения большого числа эксплуатационных скважин. С от­ крытием многопластовых газовых месторождений и при широком использовании геофизических и гидродинамических методов иссле­ дования пластов и скважин (в частности, при эффективном исполь­ зовании методов ядерной геофизики) значительно уменьшается соотношение между числом разведочных и эксплуатационных сква­ жин. Значительное влияние на технико-экономические показатели разработки месторождений природного газа оказывает водонапорный режим пласта. В связи с этим повышается значение правильного определения необходимого числа эксплуатационных скважин, ра­ ционального размещения газовых скважин на структуре, технологи­ ческого режима их эксплуатации и других существенных вопросов рациональной разработки газовых месторождений и . обустройства газовых промыслов.

Процессы, происходящие в газоносных пластах при их раз­ работке, скрыты от наблюдателя. Представление об этих процессах составляется в результате изучения реакции месторождения на его разработку. При этом единственным источником информации о месторождении и внутрипластовых процессах, происходящих при его разработке, являются сведения, получаемые по разведочным,

Поддержание давления путем закачки воды в пласт в ряде случаев возможно и при разработке газовых месторождений. Однако экономическая эф­ фективность такого процесса нуждается в доказательстве.

8

эксплуатационным, наблюдательным и пьезометрическим скважинам. Задача состоит в том, чтобы на основе получаемого по скважинам ограниченного объема информации составить наиболее полное пред­ ставление о месторождении в целом и дать прогноз относительно происходящих в нем процессов при осуществлении различных систем разработки.

Если при решении других' технических проблем, касающихся работы различных машин, механизмов, летательных аппаратов

ит. п., можно испытать многочисленные образцы, постепенно совер­ шенствуя их конструкцию, то при разработке газовых, газоконденсат­ ных и нефтяных месторождений это невозможно. Нельзя на одном

итом же пласте применить различные системы разработки, а двух одинаковых пластов в природе нет.

Теория проектирования и разработки месторождений природных

газов сложилась и развивается на стыке ряда научных дисциплин — промысловой геологии и геофизики, подземной газогидродинамики, физики пласта, технологии и техники добычи газа и отраслевой экономики. Для анализа процессов, происходящих в газовых и газоконденсатных месторождениях при их разработке, наряду с ука­ занными дисциплинами необходимо знание термодинамики угле­ водородных смесей, физико-химических особенностей фильтрацион­ ных течений, численных методов анализа и т. д. Можно полагать, что в ближайшем будущем роль термодинамики и физико-химии в решении задач рациональной разработки газовых и особенно газо­ конденсатных месторождений будет возрастать.

Остановимся кратко на роли каждой из указанных дисциплин в теории проектирования и разработки месторождений природного газа.

На основании данных промысловой геологии и геофизики соста­ вляются исходные сведения о геологическом строении месторождения и окружающей его пластовой водонапорной системе, о коллекторских свойствах и степени неоднородности пластов, их газонасыщенности, о величине запасов газа и конденсата, о начальных пластовых давле­ нии и температуре и т. д. Основным требованием, предъявляемым к этим дисциплинам теорией проектирования и рациональной раз­ работки месторождений природного газа, является предоставление возможно большей информации о месторождении при высокой сте­ пени ее достоверности. Геолого-геофизические сведения о место­ рождении и пластовой водонапорной системе значительно допол­ няются результатами проведения комплекса газогидродинамических исследований скважин и пластов. Необходимо со всей основатель­ ностью подчеркнуть, что как бы ни были совершенны расчетные методы, точность результатов вычислений не может быть выше точ­ ности исходных данных, при которых эти вычисления проводятся.

Велико значение подземной газогидродинамики при проектиро­ вании и разработке газовых и газоконденсатных месторождений. К числу задач, решаемых методами подземной газогидродинамики, относятся определение параметров пластов по данным исследований

9

скважин, расчет продвижения контурных или подошвенных вод, определение потребного числа эксплуатационных (и нагнетательных) скважин и изменения их числа во времени при различных схемах размещения скважин на площади газоносности, нахождение дебитов скважин, пластовых, забойных давлений и температур, определение их изменения во времени и т. д. Получение этих сведений позволяет определить параметры системы обустройства промысла — диаметры шлейфов и коллекторов, параметры схемы подготовки газа к даль­ нему транспорту и извлечения конденсата, мощность головной ком­ прессорной станции, продолжительность бескомпрессорной и ком­ прессорной эксплуатации и прочие показатели.

Многие из указанных задач весьма сложны в математическом отно­ шении. Успешное решение их часто оказывается возможным лишь конечно-разностными методами с применением быстродействующих электронных вычислительных машин (ЭВМ) и методов электрогидродинамической аналогии. Учет физико-химических и термодина­ мических процессов, происходящих в системе пласт — скважины — система обустройства — магистральный газопровод, повышает сте­ пень достоверности прогнозных расчетов.

Важное значение при проектировании рациональной системы разработки газовых и газоконденсатных месторождений имеет отра­ слевая экономика. Газогидродинамические и технологические рас­ четы проводятся для различных вариантов систем разработки место­ рождения и обустройства промысла. Только на основе сопоставления технико-экономических показателей всех вариантов разработки можно выбрать наилучший с народнохозяйственной точки зрения.

В последние годы для решения технико-экономических задач все больше применяются методы математического программирования с использованием ЭВМ. Эти методы начинают применяться и для нахождения оптимальных систем разработки газовых и газоконден­ сатных месторождений.

На открытие и разведку газовых и газоконденсатных месторожде­ ний затрачиваются большие средства. Запасы природных газов представляют всенародное достояние. Поэтому важное значение имеет полнота извлечения из пласта газа и конденсата. Следовательно, при сопоставлении различных систем разработки месторождения и выборе наиболее рационального варианта должное внимание необ­ ходимо обращать на достигаемые величины коэффициентов газоотдачи и конденсатоотдачи.

После составления проекта опытно-промышленной эксплуатации, технологической схемы или проекта разработки начинается разра­ ботка месторождения. В процессе разработки месторождения полу­ чается новая дополнительная информация о строении месторождения, распределении давления в пласте, продвижении контуров водонос­ ности и др. Обработка этой информации и правильная оценка ее значения невозможны без знания теории разработки месторождений природного газа. Без знания этой теории невозможны анализ про­ цессов, происходящих в пластах, и использование полученной инфор-

10

нации для дальнейшего совершенствования принятой системы раз­ работки, регулирования процесса разработки месторождения и определения ее перспектив.

§2. Этапы развития теории проектирования

иразработки месторождений природных газов

Развитие теоретических основ проектирования и разработки газовых и газо­ конденсатных месторождений можно разделить на четыре этапа.

В течение первого этапа, охватывающего дореволюционные годы и первые годы Советской власти, скважины бурили на случайно открытых газовых место­ рождениях в непосредственной близости от потребителя газа. Бурение после­ дующих скважин проводилось по соседству с предыдущими, без предварительной разведки, в объеме, необходимом для подачи нужного количества газа потре­ бителю. Так разрабатывались открытые в то время небольшие Мельниковское и Мелитопольское газовые месторождения в Ставрополье и месторождение Даге­ станские огни.

На смену первому этапу, характеризовавшемуся кустарными методами разработки, пришел второй этап. На этом этапе применялись чисто эмпирические методы разработки газовых месторождений с механическим распространением на них практики разработки нефтяных месторождений, а также методов раз­ работки газовых месторождений США. Наиболее полно и законченно этот второй этап нашел отражение в работе [67]. Исходя из концепции ограниченного радиуса дренирования скважин, И. Н. Стрижов предложил строго равномерное располо­ жение скважин на площади газоносности на расстоянии друг от друга, равном двойному радиусу дренирования. При установлении дебита газовых скважин рекомендовалась эксплуатация их при постоянном «проценте отбора», причем этот процент отбора фетишизировался 1.

И. Н. Стрижов — крупный ученый в области газового и нефтяного дела — обработал огромный материал, характеризующий эксплуатацию большого числа (свыше 70) газовых месторождений США и некоторых других стран. Однако, проведенный И. Н. Стрижовым анализ фактических данных разработки газовых месторождений сводился к чисто статистической их обработке, определению средних величин. Книга И. Н. Стрижова наряду с интересными фактическими данными, ценными и глубокими мыслями содержит и ошибочные положения. Автор ее не учитывал закономерностей фильтрации газа, изложение которых дается в курсах подземной газогидродинамики.

Третий этап характеризуется созданием и внедрением научно обоснованных методов эксплуатации газовых месторождений. Эта работа проводилась в Мо­ сковском нефтяном институте им. акад. И. М. Губкина. Теоретические (главным образом, газодинамические) основы ее изложены в ряде статей и в книге [38], вышедшей в 1948 г.

На основе полученных результатов наряду с проведением дальнейших теоретических исследований были выполнены и внедрены первые научно обосно» ванные проекты разработки газовых месторождений треста Куйбышевгаз. Дальнейшее развитие теория разработки газовых месторождений получила в трудах Московского нефтяного института, в исследованиях ВНИИгаза и выполненных им проектах разработки ряда крупных газовых месторождений — Шебелинского, Северо-Ставропольского, Газлинского и др.

1 Под «процентом отбора» понимается отношение в процентах рабочего дебита газовой скважины к дебиту «сполна» открытой скважины, т. е. к дебиту сква­ жины, фонтанирующей в атмосферу. Поддержание постоянного процента отбора отвечает условиям капиталистической системы хозяйства. При частной собствен­ ности на землю и ее недра введение режима постоянного процента отбора отвечает интересам владельцев различных участков,расположенных на единой газоносной площади. В условиях социалистической системы хозяйства такое условие отбора нерационально (см. [38]).

11