Файл: Ширковский, А. И. Добыча и подземное хранение газа учебное пособие.pdf

На рис. 29 приведены две возможные схемы работы подземных хранилищ, образованных в пласте сравнительно небольшой мощ­ ности в слабосцементированном коллекторе а й в ловушке крепко сцементированного пласта большой мощности б.

В первом случае из-за наличия нефтяной оторочки, затрудняю­ щей поступление воды в хранилище, объем порового пространства газонасыщенного коллектора изменяться практически не будет. Режим эксплуатации хранилища при постоянном объеме порового пространства назовем газовым. Причинами, ограничивающими дебит отдельных скважин, будут возможность разрушения пласта и вынос кусков породы и отдельных частиц на забой скважины. В этом случае возможно образование песчаных пробок, разъедание колонн фонтанных труб, оборудования устья скважин, порча при­ боров контроля за дебитами скважин, измерения расхода газа.

Технологический режим эксплуатации скважин будет опреде­ ляться величиной максимально допустимого градиента давления на поверхности пласта, вскрытого скважиной.

Объем буферного газа можно определить по уравнению

ра в м3; р — средневзвешенное по объему порового пространства пласта давление в подземном хранилище в конце периода отбора газа в кгс/см2.

Если подземное хранилище образовано в ловушке крепко сце­ ментированного пласта большой мощности во время его работы подошвенная вода будет передвигаться вверх при отборе газа и вниз при закачке. Объем газонасыщенной части залежи будет изменяться. Часть газа в конце периода отбора останется в необ­ водненной, другая его часть — в обводненной части коллектора. Режим эксплуатации подземного хранилища при этих условиях называется упруговодонапорным.

Предположим, что газонасыщенный коллектор представлен прочными, сцементированными породами. Оп нс ограничивает дебит отбираемого из скважин газа. Однако в этом случае на кон­ такте газ — вода давление будет распределено неравномерно при отборе газа. Наименьшее давление будет под забоем скважины. Ранее плоская (до начала отбора газа) горизонтальная поверх­ ность контакта газ — вода будет деформироваться, образуя под забоем скважины так называемый конус подошвенной воды. При подъеме подошвенной воды с образовавшимся конусом под забоем скважины возможно обводнение забоя (образование песчаной пробки, разрушение слабо сцементированного газонасыщенного коллектора), выход скважины из эксплуатации. Скважины на та­ ком подземном хранилище эксплуатируются на технологическом режиме предельного безводного дебита. Конус подошвенной воды в этом случае занимает устойчивое положение. Градиент давле­

130

ния на его вершине, направленный вверх вдоль оси скважины, равен удельному весу пластовой воды.

Для подачи газа потребителю компрессорная станция не нужна. Объем буферного газа можно определить по уравнению

рB/zn — средневзвешенные по объему необводненной и обводненной частей порового пространства пласта приведенные давления в кгс/см2; а — коэффициент объемной газонасыщенности обводнен­ ной зоны в долях единицы.

Объем буферного газа, определенный с учетом технологиче­ ских условий эксплуатации подземного хранилища, часто не удовлетворяет экономическим требованиям. При этом не полу­ чаются минимальные затраты по хранению газа за время работы хранилища. Буферный газ представляет собой продукцию, имею­ щую определенную цену. Понятно, что чем больше стоимость 1000 м3 буферного газа, тем меньше его должно быть в храни­ лище при прочих одинаковых условиях.

Объем буферного газа кроме технологических факторов зави­ сит от капитальных затрат на бурение скважин, эксплуатационных расходов при их работе, стоимости единицы объема буферного газа и эксплуатационных расходов на его закачку и восполнение, капитальных затрат на строительство компрессорной станции и эксплуатационных расходов при ее работе.

Объем буферного газа составляет от 60 до 140% рабочего газа. Так, например, в подземном хранилище Щелково он со­ ставляет 113—138%, в подземном хранилище Хершер при глубине 550 м — 68%, в подземном хранилище Бейн при глубине 380 м — 60%. В США на долю буферного газа в среднем приходится до 32% общих затрат. Стоимость его включается в амортизационные расходы. Объем буферного газа, число эксплуатационных сква­ жин и мощность КС взаимосвязаны друг с другом.

§ 37. Методы определения путей движения газа в пласте и потерь газа в процессе подземного хранения

Для изучения путей движения газа в пласте используются различные инертные газы, отличные от компонентов остаточного пластового газа. В качестве инертных газообразных компонентов могут использоваться азот, гелий, аргон, криптон, пропилен, бути­ лен и др. Эти компоненты закачиваются в пласт вместе с газом через скважины, расположенные в сводовой части структуры В периферийных скважинах периодически отбирают пробы газа на анализ и устанавливают время появления индикатора (инертного

5* 131

газа) а различных скважинах. Тем самым определяют направление и скорость перемещения закачиваемого газа в пористой среде.

В некоторых случаях используют радиоактивные газообразные индикаторы, например криптон, ксенон.

Объем газа в пласте-коллекторе подземного хранилища газа может быть рассчитан тремя методами: объемным; по прямоли­ нейным участкам зависимости средневзвешенного по объему газо­ насыщенной части хранилища приведенного plz давления от объе­ ма отобранного газа из хранилища Qn при газовом или водона­ порном режимах эксплуатации; по объему вытесняемой из хра­ нилища воды при закачке газа.

Для приближенного определения потерь газа в процессе под­ земного хранения используют данные замеров объемов закачан­ ного и отобранного газов, а также статических пластовых давле­ ний в конце так называемого нейтрального периода, когда нет ни закачки, ни отбора газа. Кроме того, определяется положение границы раздела газ — вода с помощью методов радиометрии скважин (часто используется нейтронный гамма-каротаж) и ко­ эффициент объемной газонасыщенности обводненной зоны.

Баланс газа в подземном хранилище можно записать в виде

где ри, рк — средневзвешенные по газонасыщенному объему порового пространства давления до начала и в конце отбора газа соответственно; ра— атмосферное давление; рв, рвв— средневзве­ шенные по обводненному объему газовой залежи давления до на­ чала отбора и в конце периода отбора соответственно; Q,, — на­ чальный объем норового пространства подземного хранилища, за­ нятый закачанным газом, в м3; £2Г, — объемы газонасыщенной (не обводненной) части порового пространства до начала и после прекращения отбора газа в м3; га, zH, zB, z,(, zBK, z — коэффициенты сверхсжимаемости газа при соответствующих давлениях и пла­ стовой температуре; ан, ак — начальная и конечная объемная газонасыщенность обводненной зоны в долях единицы.

Из выражения (172) определим рк

132

насыщенного объема порового пространства от положения грани­

нилище Хершер.

В качестве примера ориентировочного расчета подземных уте­ чек рассмотрим данные эксплуатации Калужского хранилища газа, приведенные в работе [28].

Уравнение материального баланса газа в залежи, использован­

133

Недостаток объема газа в хранилище равен

AQ = (226— 111) -106 = 115 млн. м3.

Авторы работы [28] считают, что 150 млн. м3 не участвуют в работе Калужского подземного хранилища.

Потери газа можно оценить по разности между известным объемом закачанного в подземное хранилище газа на начало цик­ ла отбора и запасами газа на эту же дату, подсчитанными по падению пластового давления при отборе газа.

При нормальной эксплуатации хранилища общие производст­

Величина начальной газонасыщенности

рн = 1 — 0,16 = 0,84.

Коэффициент остаточной газонасыщенности обводненной зоны

134