Розробка Штормового месторождения

Зміст Вступ

1. Геолого-промислова характеристика родовища

1.1 Історія розвідки і геологічного вивчення родовища

1.2 Тектоніка структури

1.3 нафтогазоводоносність родовища

1.4 Фільтраційні властивості порід-колекторів

1.5 клад і фізико — хімічні властивості пластових флюїдів

2. Аналіз експлуатації свердловин на родовищі

2.1 Характеристика глибинного та поверхневого обладнання

3. Проектування методу освоєння свердловини

3.1 Характеристика та аналіз методів дії на привибійну зону пласта

3.2 Проектування проведення ГРП

3.3 Методика розрахунку основних параметрів процесу

4.Забезпечення життєдіяльності і охорона навколишнього середовища

4.1 Основні проблеми забезпечення життєдіяльності і їх комплексна оцінка на даному родовищі

4.2 Екологічна оцінка основних забруднювачів моря і розробка заходів з їх профілактики

5. Техніко-економічне обґрунтування

5.1 Техніко-економічна ефективність освоєння родовища Висновки Перелік літературих джерел

Вступ Газоконденсатне Штормове родовище розташоване в північно-західній частині шельфу Чорного моря. Відстань до мису Тарханкут, де виходить на берег газопровід Голіцинського родовища, складає 70 км, до морського Голіцинського родовища, що знаходиться в стадії розробки, — 50 км.

Основними великими промисловими центрами, які знаходяться у відносній близькості від родовища, є Херсон, Миколаїв, Одеса. Селище Чорноморське, де розміщена промбаза і порт виробничого об`єднання «Чорноморнафтогаз», знаходиться на відстані 90 км.

Штормове газоконденсатне родовище знаходиться в помірно-континентальній зоні, яка характеризується м`якою вологою зимою і теплим літом. Середня температура січня 2.6−3С, літом температура підвищується до 32С. В січні-лютому температура повітря на протязі декількох діб може знижуватись до мінус 5−10С. Середньорічна вологість складає приблизно 60 — 70%.

За кліматичними особливостями північно-західна частина Чорного моря відноситься до помірно-континентальної зони. Кількість річних опадів складає 300 мм. Льодових покриттів в районі родовища, як правило, немає, але в дуже суворі зими можливі утворення льодових полів. Переважаючий напрямок вітрів зимою північний і північно-східний з середніми швидкостями 3−8 м/с. Влітку вітри за напрямком є непостійними, їх середні швидкості складають 2−5 м/с. Шторми спостерігаються переважно зимою (3−8 днів на місяць). Висота хвилі під час шторму 5−8 м.

Глибина акваторії на Штормовому родовищі становить 50−54 м. Разрахункова висота хвилі з 1% забезпеченності (1 раз в 100 років) становить 12,5 м, при цьому довжина хвилі складає порядка 150 м. Густина морської води в середньому дорівнює 1026 кг/м³. Морські течії в районі родовища мають південне спрямування зі швидкістю 0.3−0.5 вузла. Соленість морської води в акваторії Штормового родовища 3−5 .

Штормове родовище відноситься до морського продовження південного борта Північно-Кримського крейдо-палеогенового прогину. Родовище являє собою за відкладами палеоцену і дату антиклінальну складку субширотного простягання. Продуктивними на родовищі є відклади нижнього палеоцену і дата, де при поінтервальному випробуванні в двох пробурених розвідувальних свердловинах 1 і 3 дебіти газоконденсатної суміші становили до 190 тис. м³/добу, в свердловині 2 отримані слабі припливи пластової води.

Абсолютна відмітка газо-водяного контакту (ГВК) прийнята на глибині мінус 1868 м. Розміри газового покладу складають 10.5 ^х 2.5 км, висота — 105 м. Поклад газу по всій площі підстилається підошвеною водою. При достатній вивченності на Штормовому родовищі запаси газу і конденсату пораховані у відкладах нижнього палеоцену. Ці запаси категорій С₁+С₂ затверджені в об`ємі: газу — 11 227 млн. м³; конденсату — 427.5 тис.т.

Будова покладу визначається структурно-тектонічними особливостями залягання продуктивного горизонту, будовою його проникної частини. На час складання проекту дослідно-промислової експлуатації (ДПЕ) отримані достатньо суперечливі результати випробовування продуктивного горизонту. Тому прийнята для підрахунку запасів геологічна модель покладу є в значній мірі умовною. Абсолютна відмітка ГВК прийнята мінус 1868 м. При такій відмітці розміри покладу в плані складають 10.5 ^х 2.5 км, висота — 105 м.

В тілі покладу запаси газу розміщені в 45−48 проникних інтервалах розрізу продуктивного горизонту, які не корелюються по площині і, можливо, зв`язані між собою по розрізу внаслідок розвитку тріщинуватості.Поклад газу по всій площині підстилається підошвеною водою.

1. Геолого-промислова характеристика родовища

1.1 Історія розвідки і геологічного вивчення родовища Початок вивчення геологічної будови північно-західної частини акваторії Чорного моря відноситься до 1957р. з проведенням рекогносцірувальних гравіметричних і сейсмічних робіт. На основі цих робіт вперше отримані дані про будову осадового чохла і орієнтовні дані про рельєф фундаменту.

За період 1964;1970рр. вивчено структурний план неогенових і палеогенових відкладів значної частини акваторії моря і виявлений ряд локальних підняттів.

Підняття Штормового родовища виявлено детальними сейсморозвідувальними роботами. Пошуково-розвідувальне буріння на родовищі почате в травні 1981р. До нашого часу на родовищі пробурені свердловини 1, 2, 3 з фактичними вибоями 2052 м, 2340 м, 1975 м.

За результатами буріння і випробовувань цих свердловин виявлено наявність газоконденсатного покладу у відкладах палеоцену і датського яруса. Опис геологічного розрізу родовища дається за матеріалами буріння свердловин 1, 2, 3, які розкрили товщу осадових порід до маастрихтського яруса включно.

Крейдова система (К).

Верхня крейда (К₂).

Маастрихтський ярус (К₂ m). Відклади яруса на повну товщину розкриті свердловиною 1. Літологічні відклади представлені вапняками, глинистими вапняками, мергелями з уламками фауни. Карбонатність порід 33−35%. Товщина яруса 227 м.

Датський ярус (К₂ d). Складений глинистими вапняками і мергелями масивної текстури. Породи тріщинуваті, є сутурні шви. Товщина яруса 144 м.

Палеогенова система (Р).

Утворення палеогену містять всі відділи: палеоцен, еоцен і олігоцен.

Палеоценовий відділ (Р₁¹).

Інкерманський ярус (Р₁¹ і). Складений вапняками з підлеглими прошарками мергелів і вапнякових глин. Товщина яруса 70 м.

Качинський ярус (Р₁² к). Представлений мергелями сірими, щільними з незначними домішками мікрофауни. Товщина — 104 м.

Еоценовий відділ (Р₂¹).

Бахчисарайський ярус (P₂¹ b). Складений глинами темно-сірими, ущільненими, алевролітистими. Товщина яруса 76 м.

Сімферопольський ярус (Р₂² Sm). Складений мергелями зеленувато-сірими, тріщинуватими з прошарками вапняків світло-сірих, глинистих з фауною.

Бодракський ярус (Р₂³ Bd). Розріз яруса представлений мергелями з фауною. У верхній частині яруса вони переходять в глини зеленувато-сірі, є нерівномірно алевритисті, вапнякові прошарки. Товщина яруса 77 м. Альмінський ярус (Р₂³ al). Представлений глинами і мергелями. Глини сірі з зеленуватим відтінком, алевритисті, вапрнякові.

Олігоценовий відділ (Р₃) і нижньопалеоценовий (N₁¹).

Майкопська серія (Р₂ mk+N₁¹).Відклади майкопської серії залягають з розмивом на підстилаючих відкладах верхнього еоцену. Представлені переважно глинистими утвореннями. Товщина яруса 533 м (серії).

Неогенова система (N).

На Штормовому родовищі неогенові відклади представлені міоценовими і пліоценовими відділами.

Міоценовий відділ (N₁). Тортонський ярус (N₁² t).Залягає з розмивом на верхньомайкопських глинах. Складений переважно вапняками-черепашниками, сильно пористими, проникними з прошарками глин, галечників і пісковиків. Товщина — 37 м.

Сарматський ярус (N₁³ S). Розріз яруса складений переважно вапняковими глинами. В розрізі зустрічаються проникні пачки, складені органогенно-уламковими вапняками. Товщина яруса 37 м.

Пліоценовий відділ (N₂).

Понт-маотичний ярус (N₁³ m+N₂¹ P). Представлений в нижній частині вапняками-черепашковими з лінзами пелітоморфного глинистого вапняку. В верхній частині складений зеленувато-чорними глинами з включеннями черепашникового детриту. Товщина 311 м.

Четвертична система (Q).

Відклади четверттичної системи представлені континентальними і прибережно-морськими фаціями. Складені глинами, пісковиками, алевритами, черепашниками. Товщина — 15 м.

Загальна товщина вивчених бурінням відкладів на Штормовому родовищі до маастрихта включно складає 2340 м.

1.2 Тектоніка структури Штормове родовище відноситься до морського продовження борта Північно-Кримського крейдо-палеогенового прогину.

В осадовому чехлі прогину геофізичними дослідженнями виявлені локальні підняття субширотного простягання. Локальні підняття звичайним чином групуються в декілька лінійних тектонічних зон, які пов’язані з південною і центральною частиною прогину. Штормове родовище відноситься до південної зони піднять. Згідно самих останніх деталізованих сейсмічних робіт родовище являє собою по відкладах палеоцену і дата антиклінальну складку субширотного простягання.

Складка ускладнена двома склепіннями, розділеними малоамплітудною свердловиною. Амплітуда західного склепіння 170 м, східного — 87 м. Розмір складки по ізогіпсі мінус 1000 м, складає 12.5 ^х 2.8 км. Складка асиметрична і характеризується пологим північним крилом (кути падіння 6 — 9) і більш крутим південним крилом (до 10.5). Північне крило антикліналі по геофізичних даних ускладнене флексурно-розривним порушенням.

1.3 Нафтогазоводоносність родовища Газоносність розрізу родовища за даними геолого-розвідувальних робіт виявлена тільки у відкладах інкерманського і датського ярусів, де при поінтервальному випробовуванні дебіти газоконденсатної суміші досягли

190 тис. м³. В останьому розкритому бурінням розрізі ознаки нафтогазоносності не виявлені.

В гідрогеологічному відношенні розріз родовища практично не вивчений. За анологією сусідніми родовищами можна стверджувати, що в розрізі родовища виділяються 10 водоносних комплексів. Найбільші дебіти води (до 20 м³/добу) отримані на родовищі з нижньопалеоценового комплексу. За даними випробування свердловин Голіцинського родовища найбільщі фонтанні притоки води відмічені з піско-алевритових горизонтів майкопської серії: до 66 м³/добу. Ці води є низькомінералізовані (18−41 г/л). Лише у відкладах сеноману і майкопу можна зустріти води з мінераліцією 76−96.9 г/л. Типи вод за класифікацією є сульфідно-хлоркальцієвими і гідрокарбонатно-натрієвими.

Водоносні комплекси від протерозойського до верхньопалеоценового включно мають аномально високі пластові тиски (АВПТ). Коефіцієнти аномальності складають 1.36−1.45. Більш молоді комплекси мають гідростатичний пластовий тиск.

1.4 Фільтраційні властивості порід-колекторів Продуктивними на Штормовому родовищі є відклади нижнього палеоцену і дата. Середня товщина палеоценових відкладів складає 85 м із зміною до 102 м в свердловині 2 на східній перекліналі, від 63 м в склепінні складки. За даними геофізичних досліджень виділені проникні інтервали групуються по розрізу в окремі пачки, які при фактичній відстані між розвідувальними свердловинами не корелюються по площі. Число проникних розділів по свердловинах коливається від 45 до 48. На їх долю приходиться близько 40% загальної товщини нижнього палеоцену. Товщина непроникних розділів в складі горизонту змінюється від 0.5 до 20 м, складаючи в середньому 1.1 м.

Проникний комплекс нижньопалеоценових порід перекривається товщею непроникних глинисто-карбонатних порід качинського яруса (104 м) і товщею глин бахчисарайського яруса (76 м). Видимий розділ між відкладами палеоцену і датським ярусом відсутній. Імовірно між ними є гідродинамічний зв`язок, обумовлений відсутністю витриманого розділу і широким розвитком тріщинуватості порід. За даними геофізичних досліджень будова проникної частини датських відкладів дуже схожа з будовою відкладів нижнього палеоцену. На даній стадії вивченності можна стверджувати, що відклади нижнього палеоцену і верхньої частини датського ярусу являють собою єдиний продуктивний горизонт. Згідно лабораторних аналізів карбонатність порід продуктивного горизонту в родовищі змінюється від 55 до 90%, складаючи в середньому 80%.

По польовому опису керну породи продуктивного горизонту представлені переважно вапняками. В підлеглій кількості зустріті мергелі, пісковидні вапняки і глини. Як правило, вапняки щільні, міцні з рідкою сіткою різноорієнтованих тріщин. Іноді в складі вапняків зустрічаються лінзовидні включення пісковидних вапняків. Породи продуктивного горизонту характеризуються порівняно високою однорідністю та пористістю. Коефіцієнт пористості змінюється від 10 до 24%. Найбільш часто зустрічаються породи з пористістю 14 — 16%. Найнижчу пористість мають мергелі, найбільшу — чисті вапняки.

Проникність порід за даними лабораторних аналізів керну змінюється від 0.01 до 10.2 мД. Середня проникність порід по керну дорівнює 2.3 мД. Найбільш низьку проникність мають мергелі, найбільш високу — вапняки. Породами-колекторами в продуктивному горизонті є чисті і глинисті вапняки і найбільш чисті різновиди мергелів. Судячи з лабораторних аналізів, фільтрація газу можлива як по матриці порід, так і по тріщинах.

1.5 Склад і фізико — хімічні властивості пластових флюїдів На Штормовому родовищі гирлові проби газу на хімічні аналізи відібрані в свердловині 1 з палеоцен-датських відкладів (інтервали 1834−1854; 1860−1874м).

Гази цих відкладів більш важкі ніж на Голіцинському родовищі. В них відмічено значний вміст важких фракцій і конденсату. На відміну від Голіцинського родовища гази Штормового характеризуються меншим вмістом метану (83−89%) і більшим вмістом метанових вуглеводнів.

З невуглеводневих компонентів в незначній кількості присутні вуглекислий газ і азот. Вміст СО₂ з глибиною зростає. Сірководень відсутній. Відмічено невелику кількість інертного газу — гелію (0.007%). Аргон відсутній.

Треба відмітити також, що в палеоцен-датських відкладах Штормового родовища, як і на багатьох інших родовищах Криму, відмічено аномально високий пластовий тиск, який на 80 кгс/см² вищий за гідростатичний. Коефіцієнт аномальності 1.45. Фізико-хімічна характеристика приведена в таблиці 2.5

Промислові газоконденсатні дослідження проводились по свердловинах 1 і 3, а визначення параметрів газоконденсатної системи проводились в УкрНДІгаз, причому всі відомості базуються на результатах, отриманих в свердловині 1. Вихід стабільного конденсату по промислових дослідженнях змінюється від 89.2 см³/м³ до 227 см³/м³ при тисках сепарації 2.55−3.65 МПа і температурах 3−36

Тиск початку конденсації змінюється від 20.2 до 24.4 МПа, а тиск максимальної конденсації від 5.7 до 6.4 МПа. Фізико-хімічні властивості, фракційний і груповий склад конденсату приведені в таблицях 2.6, а компонентний склад і фізико-хімічні властивості газоконденсатних систем, приведені - в таблиці 2.7

Конденсат має полегшений фракційний склад, густина його в середньому дорівнює 730 кг/м³; кінець кипіння дорівнює 280С. Конденсат на 90% складається з бензинової фракції, яка закипає до 200С.

Сірчані сполуки складають 0.04%. По груповому хімічному складу він складається з 11% ароматичних, 34% нафтенових і 55% парафінових вуглеводнів.

Зміна вмісту вуглеводнів С₅+віщі в пластовому газі в процесі розробки прийнята на основі досліджень, проведених в УкрНДІгазі, по диференціальній конденсації пластової суміші на установці фазової рівноваги при початковому його вмісті 160 г/ст.м³. Тому вміст конденсату в пластовому газі в процесі розробки був перерахований при новому початковому значенні. Вміст конденсату в відсепарованому газі в процесі розробки був прийнятий по аналогії з Голіцінським ГКР. Ці данні в подальшому будуть використані для підрахунку видобутку конденсату. В зв`язку з прийняттям ряду припущень, ці розрахунки є орієнтовні і в подальшому їх необхідно уточнити по результатах додаткових досліджень газоконденсатних систем.

При досягненій вивченності на Штормовому родовищі запаси газу і конденсату враховані лише у відкладах нижнього палеоцену. Запаси газу в датських відкладах, не зважаючи на отримання тут промислових припливів газу в свердловині 3, не враховувались при підрахунку запасів через суперечливі результати випробовувань по площі покладу.

В об`ємі покладу включенні тільки запаси вуглеводнів нижньопалеоценових відкладів, обмежені покрівлею, підошвою цих відкладів і поверхнею умовно прийнятого ГВК на відмітці мінус 1868 м. Запаси в цьому об`ємі віднесені до категорії С₁+С₂. До категорії С₁ віднесені запаси на площі, де пробурені свердловини 1, 3. Площа категорії С₁ обмежена зовнішним контуром газоносності і двома прямими лініями. Одна з них проведена посередені між свердловинами 1, 2; інша на відстані 1 км на захід від свердловини 3. Проект Штормового родовища слід складати на всі запаси категорій С₁+С₂; газу — 11 227 млн. м²; конденсату — 427.524 тис.т.

Для дорозвідки покладу в дат-палеоценових відкладах необхідно в зонах розміщення запасів категорії С₂ пробурити дві розвідувальні свердловини. Випробовування розрізу покладу провести в обсадженному стовбурі свердловини поінтервально.

Таблиця .1 — Характеристика Голден Майквільного газу (по свердловині 1)

Таблиця 1.2-Фізико-хімічні властивості і фракційний склад конденсату

Таблиця 1.3 — Компонентний склад і фізико-хімічні властивості газоконденсатних систем (по свердловині 1)

2. Аналіз експлуатації свердловин на родовищі

2.1 Характеристика глибинного та поверхневого обладнання геологічний газоконденсатний родовище свердловина Штормове газоконденсатне родовище розробляється як похилоскерованими так і вертикальними експлуатаційними свердловинами, 3 метою ізоляції водоносних пластів, а також для запобігання від обвалів стінок свердловин і запобігання прориву газу в інші пласти, свердловини обсаджено наступними колонами:

— водоізолююча O 630 мм;

— кондуктор O 324 мм;

— технічна O 245 мм;

— експлуатаційна O 146 (або 168) мм.

Для устаткування експлуатаційних свердловин використовують фонтанну арматуру на робочий тиск до 35 МПа — АФК -80/6535, або Foster 3118 — 2/165 (АФК 2−80/6535.

За результатами розрахунків втрат тиску в стовбурі і швидкості газу біля башмака НКТ фонтанні труби пропонується використовують з умовним діаметром 89×6,5 мм та 60,3×5 мм.

Свердловини, які розташовані на шельфі, повинні бути обладнані спеціальним внутрісвердловинним устаткуванням. Схема компонування підземного устаткування представлена на рисунку 2.1 для свердловини № 4.

Рисунок 2.1 — Конструкція свердловини № 4

1 — водоізолююча колона; 2 — кондуктор; 3 — технічна; 4 — експлуатаційна колона; 5 — колона насосно-компресорних труб O 60,35 мм, марки Е; 6 — колона насосно-компресорних труб O 88,95.5 мм, марки М; 7 — клапан-відсікач типу хлопавки, самозрівнювальний, що витягається на тросі, моделі «BFVE-10»; 8 — циркуляційний клапан моделі «L»; 9 — розмежувач трубного і затрубного простору (витягаємий пакер з подвійним захопленням моделі «FH»).

2.2 Характеристика методів дослідження свердловин. Обробка

результатів дослідження Метою гідродинамічних досліджень свердловин є визначення фільтраційних характеристик пласта при відомих змінах тиску і швидкості фільтрації газу (рідини) в деяких точках пласта або його досліджуваної ділянки.

Гідродинамічні методи досліджень, які застосовуються для визначення фільтраційних параметрів пласта, можна розділити на дві основні групи:

методи, що базуються на вивченні усталеної фільтрації рідин і газорідинних сумішей;

методи, що базуються на вивченні неусталеної фільтрації рідин, газів і газорідних сумішей в пласті.

До першої групи відносятся:

ѕ метод визначення параметрів пласта за даними відновлення тиску (рівня) в самій свердловині;

ѕ метод визначення параметрів пласта за даними простеження впливузміни режиму роботи даної сердловини на режими роботи віддалених від неї реагуюючих свердловин.

Методи другої групи досліджень мають деякі преваги перед перше групою. При проведенні таких досліджень визначається більша кількість параметрів пласта. До них відноситься визначення середіх фільтраційних характеристик в деякій області пласта та їх зміна певній віддалі від свердловини.

Це дозволяє уточнити границі поширення пласта, положення ниць різкої зміни фільтраційних параметрів пласта, положення границь фазової зміни насичуючих колектор рідин, місць перетоку із одного пласта в інший. Методи другої групи менш трудомісткі і дозволяють провести дослідження з меншими затратами часу і засобів.

Усталений режим фільтрації

Усталеного припливу рідини у свердловину q (t)=const в реальних пластах не існує, оскільки такий приплив можливий тільки при постійному живленні пласта, рівному установленому відбору рідини і свердловини на протязі необмеженого часу. Однак при довготривалій роботі свердловини в обмеженому часі спостережень зміни припливу стають непомітними в межах точності вимірювальних приладів і приплив рідини в цьому випадку приймається практично стаціонарними, підлеглим законам усталеної фільтрації.

Таким чином, при дослідженні свердловин використовується метод послідовної зміни стаціонарного стану.

Дослідження свердловин при усталених режимах фільтрації полягає в одержанні залежності дебіту від величини депресії (індикаторної діаграми) Q=f (P_пл-P_виб).

Індикаторна діаграма характеризує продуктивність свердловини і може бути використана для визначення проникності пласта. Отримана залежність дебіту від депресії виражається прямою, випуклою чи вгнутою до осі дебіту індикаторною діаграмою. Якщо пряма і зворотна індикаторні криві співпадають або відрізняються між собою не більше ніж на 2−3%, то результати досліджень обробляють за формулами стаціонарного припливу, а якщо вони істотно розходяться, то обробці не підлягають (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — Приклади співпадання і розходження індикаторних кривих при збільшенні і зменшенні депресії: а) співпадання кривих; в) розходження кривих а) якщо на всьому інтервалі дослідження діаграма має форму прямої, то справедлива прямолінійна залежність дебіту від депресії, яка виражається рівнянням Дарсі:

(2.8)

де — дебіт і газу, м³/с; - коефіцієнт продуктивності, м³/(Па*с); ?Р — депресія, Па; Р₀ — атмосферний тиск, Па.

б) для обробки випуклої (по відношенню Р₀ до осі дебітів індикаторної діаграми служать двочленні формули

(2.9)

Коефіцієнт, А — це гідравлічний опір пласта

(2.10)

Якщо вказану залежність виразити через, тоді вгнута індикаторна діаграма стане прямою, що відсіче на осі ординат відрізок А, а тангенс кута її нахилу буде рівний В.

Значення коефіцієнта, А можна визначити за формулою

(2.11)

де? — в'язкість газу, Па*с; k — проникність, м²; h — потужність пласта, м; R_к — радіус контуру живлення свердловини, м;r_с — радіус свердловини, м; С — коефіцієнт недосконалості свердловини.

Для визначення параметрів пласта будують залежність

(2.12)

де пластовий тиск, Па; - вибійний тиск, Па.

За відрізком А, який відсікається на осі ординат, визначають коефіцієнт продуктивності (м³/Па.с) і вираховують гідропровідність пласта за формулою:

(2.13)

Вгнуті форми індикаторних кривих можуть бути отримані при дослідженні покладів, складених пластами різної проникності і зв’язані з

під'єднанням або від'єднанням окремих пластів при зміні депресії у свердловині. При збільшенні і наступному зменшенні депресії (прямий і зворотний хід зміни режиму фільтрації) спостерігається різний характер зміни таких діаграм, так як при зворотному ході точки в координатах Q=f (P_в) можуть накладатися або не накладатися на індикаторну діаграму прямого ходу Зворотна індикаторна діаграма (якщо при зворотному ході спостерігається накладання точок) викликається більш складними процесами, залежними від фізичних властивостей пластів і наповнюючих їх рідин. Методика обробки таких діаграм, запропонована В.Є.Колбіковим, з деякими змінами, введеними в УкрНДГРІ, викладена нижче:

а) будується індикаторна крива в координатах Q=f (P_в), початок координат відповідає нульовому дебіту (вісь абсцис) і пластовому тиску (вісь ординат) (рис. 2.2);

б) всі точки індикаторної кривої, отримані в результаті досліджень, з'єднуються ламаною лінією, при цьому перший відрізок (0 — 1) характерезує продуктивність першого пласта (або групи пластів) з працюючого інтервалу; наступний відрізок (1−2) характерезує продуктивність першого і другого під'єднаних пластів; відрізок (2 — 3) характеризує продуктивність перших двох і третього під'єднаного пласта і т.д.

Рисунок 2.2 — Вгнута індикаторна крива Ці сумарні коефіцієнти визначаються таким чином:

(2.14)

(2.15)

Дебіти під'єднаних пластів визначають наступним чином

q₂=Q₂ — (Q₁+?₁ (P_виб1 — P_виб2));

q₃=Q₃ — (Q₂+?₁₊₂ (P_виб2 — P_виб3)); (2.16)

q_n=Q_n — (Q_n-1+?_{1+2+3+…(n-1)} (P_{виб n-1} — P_{виб n}))

де q_n — дебіт під'єднаного пласта; Q_n — сумарний дебіт пластів; ?_{1+2+3+…(n-1)} — сумарний коефіцієнт продуктивності.

При збільшенні депресії загальне збільшення дебіту відбувається не тільки за рахунок під'єднання нового пласта, але і за рахунок збільшення дебіту уже працюючих пластів

(2.17)

де

= (P_виб1 — P_виб.n)

= (P_виб2 — P_виб.n)(2.18)

= (P_виб.n-1 — P_виб.n)

Коефіцієнт продуктивності кожного під'єднаного пласта

(2.19)

Визначаємо коефіцієнти продуктивності кожного під'єднаного пласта і за формулою Дюпюї знайдемо їх гідропровідність

(2.20)

Неусталений режим фільтрації

Обробка даних дослідження свердловин при неусталеному режимі фільтрації базується на теорії пружності пластової системи. Закономірності кривих відновлення тиску після зупинки свердловин, виведені з основних теоретичних положень пружного режиму знайшли універсальне застосування в промислових дослідженнях свердловин.

Усі методи досліджень виходять з наступних: приймається, що перед зупинкою дебіт свердловини усталений, тиск довкола неї розподілився за стаціонарним законом, пласт характеризується постійною потужністю і однорідною проникністю; приплив однофазний.

Найбільш простий аналітичний вираз кривої відновлення вибійного тиску отримано для свердловини в необмеженому однорідному пласті зупиненої після роботи на стаціонарному режимі радіальної фільтрації при повній відсутності припливу після зупинки (формула запропонована М. Маскетом для точкового джерела в необмеженому пласті):

(2.21)

де — біжучий дебіт свердловини перед зупинкою; (-х) — інтегральна експоненційна функція; Т — час припливу рідини (або газу) до свердловини; t — час відновлення пластового тиску;? — п'єзопровідність.

Приплив рідини з пласта після закриття свердловини поступово припиняється і пісдя деякого часу крива відновлення вибійного тиску наближається до кривої підвищення тиску у свердловині після її раптової зупинки.

Обробка при даному припущенні проводиться за методом Хорнера, методом дотичної.

Практика визначення параметрів пласта і свердловини показала, що не завжди за 2−3 години не вдається отримати криву відновлення тиску, тобто не встигає сформуватись прямолінійна ділянка лінії. Крім того форма кривих відновлення тиску при наявності притоку в свердловину така, що практично завжди можна виділити прямолінійний відрізок і прийняти помилково його за асимптотичну пряму, яка відповідає фільтраційним властивостям пласта. Щоб цого уникнути, запропоновані методи для обробки кривих, які використовують початкову ділянку (метод Ю. П. Борисова, метод Чарного-Умрихіна, метод Е. Б. Чекалюка, метод детермінованих моментів).

В основу методу Хорнера взято рівняння (2.21), яке перетворене таким чином

(2.22)

В системі координат, рівняння (2.22)має вид прямої лінії за нахилом якої

(2.23)

визначають гідропровідність

(2.24)

При нескінчено тривалій зупинці у свердловині відновиться тиск до пластового, бо при t величина. В цій точці знаходиться максимальне значення депресії, а повністю відновлений пластовий тиск буде рівний Р_пл=Р_в+?Р_max

де Р_в — усталений тиск на вибої перед зупинкою свердловини.

Розглянемо метод детермінованих моментів (МДМ). Детерміновані моменти являють собою інтегральні характеристики КВТ:

(2.25)

де n = 0; 1; 2.

Нульовий Мо, перший М₁, другий М₂ моменти визначають як інтеграл за часом t від поточної депресії тиску з вагою t °, t ¹, і t ² відповідно.

Інтеграл (2.25) можна представити у вигляді суми двох інтегралів: від 0 до t_мах і від t_мах до де t_мах — повний час заміру КВТ

(2.26)

де, А — коефіцієнт ідентифікованого рівняння першого порядку

(2.27)

При цьому похідна () обчислюється методом кінцевих різниць, після чого для тих самих діюх часових точок виписується система лінійних алгебраїчних рівнянь, яка розв’язується відносної А і Р_пл. Таким чином, у значній мірі враховується частка детермінованих моментів, яка припадає на недовідновлену частину КВТ і зменшується викривляючий вплив від обмежності часу проведення гідродинимічних досліджень в реальних промислових умовах.

Що стосується перших інтегралів рівнянь М₀, М₁, то вони обчислюються методом трапецій:

(2.28)

Зокрема, перший інтеграл нульового моменту дорівнює площі фігури, розташованої між прямою і графіком КВТ в арифметичних координатах тиск — час.

МДМ базується на аналізі діагностичного критерію

(2.29)

який за результатами аналітичних і промислових досліджень для| однорідного пласта дорівнює постійній величині 2,18 і не залежить від фільтраційних властивостей колектора, в’язкості нафти, товщини продуктивного пласта, радіусів свердловин і контурів живлення. При наявності забрудненості ПЗП параметр d >2,18 і суттєво залежить від t_мах, відносних розмірів ПЗП, коефіцієнта неоднорідності, який приймається рівним зворотній величині коефіцієнта гідродинамічної досконалості К_д.

Як з’ясувалось в процесі удосконалення МДМ, аналіз одного розрахованого значення діагностичного параметра d не дає задовільних результатів через недостатньо високу точність і обмеженість часу замірів P_t і можливе перекручення КВТ, а також внаслідок неврахованого додаткового припливу флюїдів у стовбур свердловини після її припинення.

В цілому геологічні, фізичні і гідродинамічні особливості обумовлюють певний розкид значень d. Тому врешті-решт, від аналізу одного числа d перейшли до аналізу функції d (t), що значно підвищило надійність діагностики зональної неоднорідності пласта і точність розрахунку гідродинамічних параметрів.

3. Проектування методу освоєння свердловини

3.1 Характеристика та аналіз методів дії на привибійну зону пласта

В міцних слабопроникних колекторах приплив газу до свердловини дуже малий не дивлячись на велику депресію на пласт. В таких випадках застосовують вплив на привибійну зону з метою штучного збільшення проникності привибійної зони пласта і це часто дає хороші результати, тому-то найбільші втрати тиску мають місце в привибійній зоні пласта.

Збільшення проникності пласта відбувається за рахунок збільшення діаметрів порових каналів, а також за рахунок очищення порових каналів від забруднення, крім того за рахунок збільшення розмірів дренажних каналів і тому подібного.

До методів збільшення проникності пласта відносяться такі методи:

ѕ Гідравлічний розрив пласта.

ѕ Соляно-кислотна обробка.

ѕ Термокислотна обробка.

ѕ Гідропіскоструминна перфорація.

ѕ Гідрогазопіскоструминна перфорація

ѕ Торпедування свердловини.

ѕ Застосування кавітаційнопульсаційного методу.

ѕ Нафтові та газоконденсатні ванни.

ѕ Осушення привибійної зони пласта (шляхом нагнітання в пласт сухого газу).

ѕ Глино-кислотна обробка свердловини.

ѕ Застосування ядерних вибухів та ін.

Вибір метода впливу на привибійну зону пласта визначається пластовими умовами, а також причинами, які призвели до зменшення припливу газу до свердловини.

Суть гідророзриву пласта заключається в тому, що при закачці в пласт рідини на великій швидкості (швидкість, що перевищує швидкість поглинання рідини пластом), при цьому тиск на вибої свердловини почне наростати і при досягненні певної величини у пласті розширюються існуючі тріщини ті утворюються нові. Для того, щоб ці тріщини не зімкнулись після зменшення тиску нагнітання, їх заповнюють крупнозернистим піском, частіше всього це кварцовий пісок фракції від 0.5 мм до 2 мм. А також в глибоких свердловинах в якості розклинюючого агенту використовують більш тверді матеріали: скляні, пластмасові шари, корунд та інші. Ефективність проведення ГРП залежить від:

ѕ фізико-механічних властивостей пласта;

ѕ умов залягання пласта;

ѕ якості проведення ГРП.

Суть гідропіскоструминної перфорації (ГПП) полягає в тому, що за рахунок потоку рідини, в якому знаходяться абразивний матеріал відбувається руйнування металу труб, цементного кільця та породи продуктивного пласта. В якості абразивного матеріалу використовують кварцовий пісок, барит, гематит. При виборі рідини для проведення ГПП необхідно звертати увагу на те, щоб рідина не зменшувала продуктивність і проникність пласта, вона повинна сприяти та покращувати фільтраційні властивості привибійної зони і сприяти виносу перфораційного матеріалу. В основному використовують прісну, технічну воду з домішками поверхнево активних речовин (ПАР). Також використовують ГПП на глинистих розчинах, але їх застосовують лише при наявності в пласті великої кількості глинистих прошарків та у тому випадку, коли в пласті присутній високий пластовий тиск. Гідрогазопіскоструминна перфорація від попередньої відрізняється тим, що робоча рідина є газованою.

Перевага ГПП над іншими способами перфорації (кульової, торпедної, кумулятивної) полягає:

ѕ можна регулювати довжину і кут нахилу перфораційного отвору;

ѕ цементне кільце не руйнується і зберігає свою міцність;

ѕ краї утворених отворів в колоні рівні та гладкі;

ѕ прилади, які використовуються при ГПП прості та надійні в роботі; їх можна використовувати в свердловинах практично любого діаметра;

ѕ після ГПП можна проводити будь-які методи інтенсифікації не піднімаючи інструменту на поверхню;

ѕ довжина перфораційних каналів значно більша ніж при інших видах перфорації і може досягати до 500−700 мм при площі фільтрації каналів більшій у 20−30 разів;

ѕ при ГПП не має місце ущільнення породи в кінці перфораційного каналу.

Основним призначенням теплової дії на привибійну зону свердловини є збільшення проникності привибійної зони за рахунок розчинення на стінках пор відкладів парафіну й абсорбційно-сульфатних шарів активних компонентів нафти, таких як смоли, асфальтени, органічні кислоти. Продуктивний пласт біля свердловини нагрівається двома способами:

ѕ за допомогою нагрівача, який розташовується на вибої свердловини (елктронагрівач, газова горілка або термоакустичний нагрівач);

ѕ закачка теплоносія в пласт (насичений або перегрітий пар, гаряча вода, нафта або розчинник).

Найбільше застосування в промисловості знайшли циклічний та стаціонарний електронагрів, термоакустична та пароциклічна дія на привибійну зону. Кожний з цих методів має свою специфіку та область використання, а також має свої переваги і недоліки.

Використання кавітаційно — пульсацій них технологій очищує ПЗП за рахунок створення значних імпульсів тиску в перфораційних каналах. Соляно-кислотна обробка пласта дає хороший результат, якщо її провести в слабопроникних карбонатних колекторах; в глинистих пісковиках дає результат застосування глино-кислотної обробки (суміш соляної та плавикової кислот HCl+HF). В щільних слабопроникних колекторах при відсутності карбонатів можна отримати хороший результат зробивши гідравлічний розрив пласта. Якщо продуктивний пласт високо проникний, то в процесі буріння свердловини в нього проникає значна кількість бурового розчину і його фільтрату: чим більша проникність, тим більше засмічування. В таких випадках може дати хороший результат глинокислотна обробка, а при відсутності суміші кислот HCl+HF, можна отримати результат застосувавши нафтову або газоконденсатну ванну.

3.2 Проектування проведення ГРП

Гідралічне щілинування (розрив) пласта (ГРП) — це метод утворення нових тріщин або розширення деяких існуючих у пласті внаслідок нагнітання у свердловину рідини або піни з високим тиском. Щоб забезпечити високу проникність, тріщини заповнюють закріплюючим агентом, наприклад кварцовим піском. Під дією гірничого тиску закріплені тріщини змикаються неповністю, в результаті чого значно збільшується фільтраційна поверхня свердловини, а іноді включаються в роботу й зони пласта з кращою проникністю.

Утворення нових тріщин або розкриття існуючих можливе, якщо тиск, створений в пласті при нагнітання рідини з поверхні, стає більшим від місцевого гірничого тиску. Зауважимо, що утворення нових тріщин характеризується різким зниженням тиску на гирлі свердловини на 3…7 МПа. Розкриття існуючих тріщин відбувається при незмінному тиску або його незначному збільшенні. В обох випадках зростає коефіцієнт приймальності свердловини, який після ГРП повинен збільшитись щонайменше у три-чотири рази, що вважають критерієм можливого закріплення тріщин піском.

Тріщини ГРП у неглибоких (до 900 м) свердловинах мають горизонтальну орієнтацію, а в глибоких — вертикальну, або похилу, близьку до вертикальної. Тріщини розвиваються у тій площині, де найменші сили опору, тобто найменший гірничий тиск. Наприклад, напрямок розвитку тріщин на деформованих антиклінальних складках Передкарпаття переважно збігається з напрямком короткої їх осі.

ГРП застосовують у будь-яких породах за винятком пластичних сланців і глин. Це метод не тільки відновлення природної продуктивності свердловин, але й значного їх збільшення.

Застосовувані технології звичайних ГРП передбачають неглибоке закріплення тріщин (близько 10 т піску) і забезпечують дво, трикратне збільшення поточного дебіту нафтових, газових або приймальності нагнітальних свердловин у низькопроникних (до 0,05 мкм²) пластах, товщиною не менше п’яти метрів, які залягають на глибинах до 3500 м, а також у пластах з дещо більшою проникністю (до 0,15 мкм²), але дуже забрудненою привибійною зоною.

Зі збільшенням кількості піску до 20 т здійснюють глибокопроникний ГРП, який сприяє значному збільшенню фільтраційної поверхні, зміцьнює характер припливу рідини від радіального до лінійного з підключенням нових зон пласта, ізольованих внаслідок макронеоднорідності. Тріщини такого ГРП сягають 100…150 м довжини при ширині 10…20 мм.

У газоносних пластах проникністю до 0,001 мкм² застосовують масивний ГРП, під час якого розвиваються тріщини довжиною до 1000 м, закріплені до 300 т піску. Масивний ГРП дуже дорогий, тому він передбачений у кошторисі будівництва свердловини й збільшує її вартість на 50%.

Для проведення ГРП у свердловину на НКТ спускають пакер, що ділить її стовбур на дві частини і захищає верхню частину експлуатаційної колони від високого тиску. Гирло свердловини обладнують арматурою, наприклад 2АУ-700, на робочий тиск до 70 Мпа. Усі насосні агрегати (до 10 шт.) для нагнітання рідини ГРП, наприклад 4АН-700, обв’язують з арматурою гирла свердловини через блок маніфольда (1БМ-700). Рідини для ГРП транспортують автоцистернами по 20 м³, або ж складають у стаціонарних резервуарах по 50 м³, загальною місткістю 100…300 м³. Допоміжні насосні агрегати (ЦА-320М) помпують рідину в піскозмішувач (4ПА), з якого відцентровим насосом спочатку тільки рідина, а потім рідина з піском спрямовуються на вхід насосних агрегатів (4АН-700) для нагнітання в свердловину.

Щоб провести ГРП зі свердловини, піднімають НКТ та інше глибинне устаткування (насосне, газліфтне), шаблонують експлуатаційну колону, спускають пакер на НКТ і обпресовують хї. Процес ГРП починається з перевірки приймальності свердловини з найменшої витрати рідини розриву, яку поступово збільшують, наприклад, від 250 до 450, 900, 1500 м³/добу і аж до значення, за якого забезпечується закріплення тріщин (2000…5000 м³/добу). Далі нагнітають рідину-пісконосій, звичайно з концентрацією К_пск піску 40…500 кг/ м³. концентація залежить від в’язкості рідини. На завершення процесу потрібно витіснити суміш рідини з піском зі стовбура свердловини в пласт протискуючою рідиною і закрити НКТ, аж доки тиск у свердловині не знизиться до атмосферного. Опісля піднімають НКТ з пакером і спускають глибинне устаткування для екпслуатації свердловини.

Звичайні ГРП проводять ньютонівськими рідинами. Для проведення звичайних ГРП потрібні закріплюючий агент (кварцовий пісок) G_пс=10…20 т, фракції 0,6…1 мм або 1,0…1,6 мм, рідина розриву пласта (V_р=10…30 м³), рідина пісконосій (V_пс=100…3000 м³), рідина для протискування в пласт (Vпр) пісконосія в об'ємі тієї частини порожнини свердловини, по якій надходять рідини. Невелику частину рідини-пісконосія без закріплювача, яка нагнітається після рідини розриву для попереднього розкриття тріщин, називають буферною рідиною.

Рідина розриву пласта повинна бути сумісною з пластовими флюїдами, добре фільтруватися в низькопроникну породу, не зменшувати її проникність, не горіти, бути доступною, недорогою, тому найчастіше застосовують водні розчини ПАР.

Рідина-пісконосій повинна бути сумісною з пластовими флюїдами, мати здатність утримувати пісок, погано фільтруватися через поверхню тріщин, не горіти, бути доступною й недорогою. Для звичайних ГРП застосовують водні розчини 0,1…0,3% ПАР і полімерів (ПАА, КМЦ, ССБ). Наприклад, на Прикарпатті застосування 0,4% водного розчину ПАА забезпечує розвиток і закріплення тріщин піском кількістю до 10 т при концентрації Кпск=100 кг/м³, об'ємі рідини 100 м³ і витратах близько 3000 м³/добу зі застосуванням розчину 0,4% ПАА. Можливе також закріплення тріщин 20…30 т піску.

Для глибокопроникного ГРП застосовують неньютонівські рідини з динамічною в’язкістю 50…200 мПа^.с при швидкості зсуву 650…1100 с^-1 (q=2100…3500 м³/добу) і температурі 20 ⁰С, що утримують пысок з Кпск<500 кг/м³, і і температурі 20 ⁰С не менше 8 год, стабільні (2 год) при пластовій температурі. Наприклад, ВНДІКРнафта запропоновано рецептуру на водній основі, яка містить 1…2,5% КМЦ, 1…3% хроматів, 0,2…0,7% лігносульфонату, 0,75…2,1% солі хлорнуватої кислоти й може застосовуватись для пластових температур 60…150 ⁰С. Нові типи пісконосіїв розроблено в Україні.

Для закріплення тріщин в свердловинах глибиною до 3000 м придатний кварцовий пісок. У свердловинах більшої глибини, де бічний гірничий тиск перевищує 50…70 МПа, слід використовувати міцніші закріплювачі.

3.3 Методика розрахунку основних параметрів процесу

Тиск розриву пласта Рр є найважливішим параметром ГРП. Встановлено, що можна оцінити тиск розриву пласта за значенням гірничого тиску Ргрн

Р_р = 0,8 Ргрн (3.2.1)

Оскільки Рр залежить від напруженого стану порід, який визначається не тільки глибиною їх залягання, така оцінка є дуже ненадійною.

Надійніше можна прогнозувати Рр методом, що грунтується на поєднанні промислового досвіду ГРП у свердловинах даного регіону з дослідженням приймальності тієї свердловини, в якій передбачається розрив.

Для аналізу процесу корисно використовувати індикаторні криві ГРП (рис. 3.2.1)

точка, одержана побудовою; 2 — режими ГРП; 3-дослідження свердловини на приймальність; 4 — режими ГРП при закріпленні тріщин; 5 — гіпотетична зміна приймальності.

Рис. 3.2.1. Індикаторна крива ГРП, характерна для свердловин Чорного моря.

Розглядаючи типову картину на прикладі ГРП свердловин Чорного моря, бачимо, що в межах діапазону витрати ОА швидко зростає тиск до значення, достатнього для розкриття природних тріщин. Якщо бути точним, зміна тиску відбувається не лінійно, а по кривій (див. рис. 6.2.1, поз.5). однак такі дані для побудови кривої звичайно відсутні, бо дослідження при витратах q₀<200 м³/добу здійснюються лише в нагнітальних свердловинах, тому в діапазоні ОА зміну тиску вважають лінійною. В діапазоні витрати АВ тиск змінюється пропорційно витраті рідини. Можна вважати, що тут не відбувається розкриття нових тріщин, тільки розвивається вже існуючі. Тому при тиску в точці А закінчується процес розкриття природних тріщин у пласті.

При деяких ГРП (~ 35% усіх процесів) після досягшнення найбільшого тиску в точці В і тривалого (15…60 хв) нагнітання рідини з піском спостерігається повільне зниження тиску, а часом його різкий стрибок на 3…7 МПа. Перше можливе при очищенні стінок тріщин від забруднення або подальшого їх розвитку, друге — при утворенні нових тріщин. Після зниження тиску звичайно збільшують витрату рідини (лінія СД), аднак тиск уже не збільшується й значенння його в точці Д менше, ніж в точці В.

Для кожної свердловини, де проводиться ГРП, потрібно визначити: тиск на вибої Р₀ з найменшою витратою рідини насосного агрегату q₀, яка дорівнює 200…250 м³/добу, тиск на вибої Р_Р4, що відповіда. Чотирикратному збільшенню коєфіцієнта приймальності свердловини, а також максимальний тиск на вибої Р_Рm, досягнений при ГРП.

Для морського регіону

Р_Р4 = 1,15 Р₀ (3.2.2)

Р_Рm = 1,22 Р₀ (3.2.3)

звідки

Р_Рm = 1,06 Р₀ (3.2.4)

Для визначення очікуваного тиску ГРП використовують також поняття вертикального градієнта тиску grad P, який є відношенням тиску Р₀, Р_Р4, Р_Рm до глибини Н залягання пласта в даній свердловині у вигляді

grad P = Р/Н (3.2.5)

Очікуваний тиск розриву в даній свердловині визначають шляхом нагнітання в пласти даної свердловини рідини з витратою близько 200…250 м3/добу, заміряють тиск Р0 і, використовуючи залежність (3.2.2) і (3.2.3), вираховують тиск при розриві. Відомий точніший, але трудомісткіший спосіб визначення Р_Р4, з урахуванням початкового коефіцієнта приймальності

і тангенсна кута tg = К_пр/Р, кривих зміни коефіцієнта приймальності до осі тисків К_пр=f (Р), за умовноъ лінеаризації цієї залежності.

Типову картину зміни коефіцієнта приймальності від тиску наведено на рис. 3.2.2.

точка, А відповідає приймальності К_пр.0 при витраті q₀ і тиску Р₀;

точка В — при Р=Р_Рmax;

точка D — при К_пр=К_пр.max

Рис. 3.2.2 Зміна коефіцієнта приймальності свердловин під час ГРП.

Розрахункова формула має вигляд

при чому для умов Чорного моря за

tg = 13 650 (10Р₀)^-1,235 (3.2.8)

Оріентація тріщин. З теорії ГРП відомо, що про вертикальність тріщин свідчать такі особливості перебігу процесу:

тиск розриву пласта менший від гірничого;

збільшення об'єму рідини, що нагнітається в пласт, супроводжується зниженням тиску;

пластовий тиск впливає на тиск розриву пласта.

Виявлено, що в свердловинах родовищ на Чорному морі під час ГРП звичайно тиск розриву дорівнює 0,7…0,8 від гірничого; тиск на гирлі свердловини після досягнення його максимального значення і при постійній найбільшій витраті рідини дуже часто знижується на 3…7 МПа; вплив пластового тиску на тиск ГРП оцінюється такими експерементальними залежностями: