Геолого-геофизическое обоснование технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений

Актуальность темы

: приоритетным направлением развития газовой промышленности в России, в частности, в Западно-Сибирском регионе, является повышение степени извлечения газа из недр. При существующих методах разработки месторождений газоотдача составляет 50 — 90%. Проблема повышения газоотдачи особенно актуальна на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений.

Одной из особенностей разработки крупных газовых месторождений с суммарной эффективной газонасыщенной мощностью 60 — 80 и более метров является то, что для обеспечения равномерной выработки запасов газа по разрезу применяется кустовое размещение скважин и дифференцированная схема вскрытия продуктивного пласта в пределах куста. Часть скважин вскрывает нижнюю толщу пласта, за исключением 10 — 15 м от газоводяного контакта (ГВК), часть скважин — среднюю толщу, а часть других вскрывают прилегающие к кровле интервалы. Таким образом, 60 — 70% скважин при вводе их в эксплуатацию имеют запас неперфорированной газоносной толщины, которую по мере разработки месторождений и продвижения ГВК следует вводить в работу.

Наиболее широко применяющаяся на практике технология вторичного вскрытия продуктивных пластов при репрессии сопровождается загрязнением и кольматацией призабойной зоны пласта (ПЗП). Это приводит к ухудшению коллекторских и фильтрационных характеристик пластов, снижению продуктивности скважины и, как следствие, к потере извлекаемых запасов газа.

Для сохранения коллекторских и фильтрационных свойств ПЗП вторичное вскрытие продуктивных пластов следует проводить при депрессии на пласт или в газовой среде. Данный способ перфорационных работ исключает попадание в скважину воды и технологических жидкостей, используемых при капитальном ремонте скважин (КРС) и обеспечивает очистку ПЗП от бурового раствора и кольматанта.

Поэтому актуальными являются совершенствование и реализация технологии вторично вскрытия продуктивных пластов на депрессии, особенно в период падающей добычи, что позволяет сохранить эксплуатационный фонд скважин, продлить сроки эксплуатации газовых месторождений и обеспечить более полную выработку запасов.

Теоретические, методические и практические исследования по отдельным аспектам проблемы проведения перфорационных работ в России проводили Р. Г. Абдулхаиров, A.B. Амиян, В. А. Амиян, В. А. Афанасьев, Б. М. Беляев, Н. П. Васильева, М. С. Вечерская, И. Н. Гайворонский, J1.A. Горбенко, Н. Г. Григорян, В. И. Гусев, Н. И. Гущин, B.C. Замахаев, M.JI. Золин, Н. В. Иванов, В. Ф. Калинин, В. А. Клибанец. Г. Н. Леоненко, Д. В. Коновалов, Е. А. Левин, С. А. Ловля, P.A. Максутов, A.C. Маргуис, Б. П. Минеев, Г. Т. Овнатанов, Л. А. Петрова, Л. Г. Петросян, Д. Е. Пометун, В. Ю. Розов, В. К. Федорцов, В. И. Тимченко, Л. Я. Фридляндер, А. П. Чичварин, А. Ф. Шакиров, P.A. Шакиров, В. И. Щуров, C.B. Якимов и за рубежом P.P. Боэд, Р. С. Бэйс, Е. Ф. Бриджер, И. А. Клотц, Р. Ф. Крюгер, Д. С. Пай, Л. Д. Пэйтон, P.A. Шмидт, P.E. Шнайдер, У. А. Эботт и др.

Показано, что одним из основных элементов подготовки скважин к эксплуатации после бурения или выполнения работ по капитальному ремонту является вторичное вскрытие продуктивных пластов, которое осуществляется в определённых гидродинамических условиях состояния скважины с использованием перфорационных систем различных типоразмеров, оснащённых, как правило, кумулятивными зарядами. Перфорационными работами решаются важнейшие задачи, эффективная реализация которых позволила бы обеспечить эксплуатацию скважин на долгие годы: «вскрытие максимальной площади эксплуатационной колонны с сохранением её прочностных характеристик- • сохранение целостности цементного кольца выше и ниже интервала перфорации во избежание возникновения заколонных перетоков и, как следствие, предотвращение преждевременного обводнения продуктивного пласта;

• восстановление фильтрационно-ёмкостных характеристик ПЗП, загрязнённой в процессе бурения и вторичного вскрытия при перфорационных работах.

С падением пластового давления растет воздействие на пласт со стороны горного давления, которое приводит к изменению структуры пород и разрушению ПЗПаналогичным образом разрушается цементный камень в кольцевом пространстве, а так же происходит деформация эксплуатационной колонны [72]. Подъем ГВК приводит к вспучиванию глинистых минералов пластов-коллекторов и покрышек.

Данные явления способствуют осыпанию и обваливанию пород в призабойной зоне, частицы которых выносятся с газом при эксплуатации скважины. В результате образования пустот происходят перетоки и конусные прорывы пластовой воды, и как следствие — скважина обводняется. Таким образом, добыча газа по месторождению испытывает двойной спад: наряду со снижением дебитов скважин за счет естественного падения пластового давления происходит выход эксплуатационных скважин в разряд бездействующих в результате их обводнения.

Важное значение для решения задачи по обеспечению проектного уровня добычи газа имеет поддержание эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии. Большое внимание уделяется увеличению межремонтного периода работы, сокращению времени ремонта и вывода скважин на расчетный режим эксплуатации. На заключительной стадии разработки газовых месторождений особую актуальность приобретают задачи сохранения коллекторских и фильтрационных свойств продуктивных пластоввыполнения более щадящих методов воздействия на пласт, его призабойную зону и саму эксплуатационную колонну для продлевания сроков эксплуатации месторождения в целом и более полной выработки запасов.

В практике разработки обводняющихся газовых месторождений известно применение различных способов эксплуатации скважин в условиях повышенного водосодержания в продукции. Так например, по данным за 2003 год около 52% скважин месторождений Медвежье, Уренгойское и Ямбургское эксплуатируются с осложнениями, связанными с перекрытием интервала перфорации водой, песком или их смесью [61].

Область применения каждого способа выбирается из конкретных условий эксплуатации месторождения.

Известно применение механических диспергаторов, устанавливаемых в осевом канале лифтовой колонны, для дробления частиц жидкости и их выноса на поверхность потоком газа. Данный способ исключает глушение скважины и извлечение лифтовой колонны [39].

Для обеспечения выноса жидкости с забоя скважины нашли применение химические методы — пенообразующие поверхностно-активные вещества (ПАВ), способствующие вспениванию пластовой жидкости и уменьшению плотности газожидкостной смеси [27].

С появлением колтюбинговой техники внедрены методы очистки скважин от жидкости путём спуска безмуфтовой длинномерной трубы (БДТ) и сухой продувки забоя газом повышенного давления от бустерной установки [18].

Одним из способов, ограничивающих поступление пластовой воды в скважину, является обработка призабойной зоны пласта гидрофобными растворами, создающими своеобразный блокирующий экран на пути поступающей жидкости [23].

В тех случаях, когда необходимый технологический режим осуществить не удается, проводят продувку скважины на различных режимах, что также способствует частичному выносу жидкости из скважины.

Данные методы носят «экзотический» характерони продлевают период работы скважины без серьёзного воздействия на пласт и несения больших затрат. Однако их применение требует постоянного контроля за работой скважины со стороны обслуживающего персонала достаточно высокой квалификации. Причина поступления воды в скважину не устраняется.

Возникает необходимость использования более эффективных методов восстановления продуктивности скважин.

Одним из основных факторов, способствующим реализации вышеназванной задачи, является совершенствование технологии ремонтных работ, а именно вторичное вскрытие продуктивного пласта, вызов притока газа и др.

Известно, что на продуктивность скважин в значительной мере влияет степень загрязнённости призабойной зоны пласта буровыми и технологическими растворами, используемыми при бурении и капитальном ремонте. Сохранение коллекторских и фильтрационных свойств от их воздействия при вторичном вскрытии является актуальной задачей.

Данная диссертационная работа посвящена комплексным проблемам вторичного вскрытия продуктивных пластов и их освоению, которые на заключительной стадии разработки газовых месторождений становятся актуальными и злободневными.

Целью работы является разработка технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов на основе геолого-геофизического обоснования выбора способа перфорационных работ в условиях депрессии и в газовой среде, обеспечивающего сохранность коллекторских, фильтрационных и продуктивных характеристик пластов-коллекторов, а также способствующего вызову притока газа без проведения крупномасштабной операции по освоению скважины и привлечения дорогостоящей техники и оборудования на месторождениях Западной Сибири, выходящих на завершающую стадию разработки.

Основные задачи исследований:

1. Выявление по данным геолого-геофизических исследований основных факторов, влияющих на эффективность вскрытия продуктивных пластов при бурении, первичном и повторном освоении скважины после КРС.

2. Анализ результативности применения существующих способов вторичного вскрытия пластов-коллекторов на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений.

3. Изучение динамики изменения фильтрационных коэффициентов во времени при газодинамических исследованиях (ГДИ) скважин.

4. Разработка технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов и выбор перфорационной системы путем синтеза геолого-геофизической информации на всех этапах разведки, освоения, эксплуатации, капитального ремонта и последующего освоения скважины при депрессии и в газовой среде .

5. Апробация в производственных условиях разработанной технологии перфорационных работ при депрессии на пласт и оценка технико-экономической и геолого-промысловой эффективности предложенного и базового вариантов работ по КРС.

Защищемые научные положения:

1. Использование геолого-геофизической информации на всех этапах разведки, освоения и эксплуатации газового месторождения позволяет повысить эффективность выбора перфорационной системы и технологии повторного (после КРС) вторичного вскрытия продуктивного пласта.

2. На поздней стадии эксплуатации газовых месторождений для интенсификации притока газа перфорационные работы необходимо проводить при депрессии на пласт или в газовой среде.

3. Методическая схема геолого-геофизического обоснования выбора технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений, как основа программно-методического комплекса.

Научная новизна:

1. Выявлено несоответствие количества отобранного газа темпам падения пластового давления на поздней стадии эксплуатации месторождений и определены причины этого несоответствия.

2. Показано, что в процессе длительной эксплуатации газоносного пласта совместный анализ зависимостей накопленной добычи газа от темпов снижения пластового давления и темпа подъема газоводяного контакта позволяет обоснованно выбирать момент перехода к вторичному вскрытию пласта на депрессии.

3. Выполнено геолого-геофизическое и технологическое обоснование способа повторного вторичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, включая вызов притока газа, без проведения крупномасштабных технологических операций по освоению скважины.

4. Разработана методическая схема геолого-геофизического обоснования выбора технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов на длительно разрабатываемых месторождениях. Ее особенностью является то, что она включает все этапы освоения газового месторождения — поисковый, разведочный и эксплуатационный, включая капитальный ремонт скважин.

5. Установлена зависимость коэффициента деформации используемых перфораторов от величины депрессии на пласт. С учетом этого определены и апробированы перфорационные системы, адаптированные к условиям вторичного вскрытия при депрессии и в газовой среде.

Достоверность научных положений и выводов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается результатами геофизических и газодинамических исследований скважин, теоретическими расчетами и доказана выполненными в производственных условиях практическими примерами. Усовершенствованная автором технология перфорационных работ в условиях депрессии прошла апробацию на трёх газовых месторождениях Западной Сибири. Результативность применения предложенной технологии работ подтверждена экономическими оценками и актами о внедрении.

Практическая значимость работы.

Разработанная автором диссертационной работы методическая схема геолого-геофизического обоснования технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов при депрессии на поздней стадии эксплуатации газового месторождения может служить структурной основой построения программно-методического комплекса, включающего все этапы освоения месторождения.

Указанный программно-методического комплекс должен в блоке «КРС» использовать разработанный алгоритм определения причин остановки скважин, состав мероприятий при КРС и вводе скважин в работу.

На основании данных ГИС построена модель эксплуатационной колонны в зоне перфорации и предложен комплекс ГИС для оценки её реального технического состояния.

Показано, что определение фильтрационных коэффициентов позволяет объективно контролировать процесс разработки месторождения, оценивать качество вторичного вскрытия и выявлять причины, снижающие эксплуатационные характеристики продуктивного пласта.

Технические решения, изложенные в данной работе, используются в повседневной практической деятельности ООО «Газпром добыча Ноябрьск» с положительным технико-экономическим эффектом. За счёт применения способа вторичного вскрытия продуктивных пластов при депрессии и в газовой среде добывается дополнительное количество газа, экономятся материальные средства, значительно сокращаются выбросы в атмосферу природного газа. Как показала промышленная апробация, разработанная технология является наиболее приемлемой при выводе скважин из бездействия на Вынгапуровском газовом месторождении, находящемся на поздней стадии эксплуатации при пластовом давлении 1,07 МПа.

Методы решения поставленных задач.

В работе использован комплексный метод исследований, включающий аналитические расчеты и экспериментальное изучение как в лабораторных условиях на моделях, так и при промысловых исследованиях на скважинах. Основной объём исследований выполнен на реальных скважинах в процессе их эксплуатации и ремонта, не выходя из рамок производственных задач и планов. Кроме того, широко использовался анализ промысловых материалов, накопленных практически за всё время эксплуатации месторождений. Сформирована собственная база данных, позволяющая оперативно составлять планы проведения работ и так же оперативно их реализовывать.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

• выездное заседание секции «Геологоразведочные работы, геофизические методы исследования скважин, разработка месторождений» НТС ОАО «Газпром» «Контроль и мониторинг геофизическими методами технического состояния скважин на объектах углеводородного сырья и ПХГ», (г. Раменское, 18−20 апреля 2001) [55];

• международная научно-практическая конференция «Перспективы развития геофизических методов в XXI веке», (г. Пермь, 15−16 октября 2004) [49];

• международная научно-практическая конференция «Проблемы добычи газа, газоконденсата, нефти», (г. Кисловодск, 11−15 сентября 2006) [51];

• на научно-технических и производственных совещаниях предприятий ООО «Газпром добыча Уренгой», ООО «Газпром добыча Надым», ООО «Газпром добыча Ноябрьск», ОАО «СевКавНИПИгаз», ООО «ТюменьНИИ гипрогаз».

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, 4 из которых входят в рекомендованный ВАК РФ список.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений, изложена на 123 страницах машинописного текста, в том числе включает 18 рисунков, 25 таблиц и список литературы, включающий 78 наименований.

Основные выводы.

1. На примере длительно разрабатываемого Вынгапуровского газового месторождения показано, что его эксплуатация осуществляется в режиме падающей добычи, условиях активного обводнения залежи и добывающих скважин. В таких условиях становится актуальным решение проблемы контроля и управления работой каждой эксплуатационной скважины, отдельных кустов и шлейфов.

2. В работе обоснован системный подход к информационному обеспечению разрабатываемого газового месторождения на всех этапах разведки, • проектирования его разработки, освоения и длительной эксплуатации. В диссертационной работе указанный подход реализован в разработанной методической схеме геолого-геофизического обоснования технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов на поздней стадии эксплуатации газовых месторождений.

3. Методическая схема может служить основой при создании информационной структуры специализированного программно-методического комплекса. В его основе лежит геолого-геофизическая информация, получаемая на поисковой и разведочной стадиях геолого-разведочного процесса и использующаяся при длительной эксплуатации, капитальном ремонте скважин и повторном их вводе в эксплуатацию.

4. Установлено, что выбор перфорационной системы, используемой после капитального ремонта скважины, основывается на геолого-геофизических данных, получаемых еще до начала ввода скважины и залежи в эксплуатацию.

5. В соответствии с указанным подходом на каждом этапе формируется соответствующий комплекс методов ГИС и свой банк данных.

6. Установлено, что момент перехода на вторичное вскрытие продуктивного пласта на депрессии определятся на основе совместного анализа темпов изменения забойного давления и подъема ГВК.

7. Показано, что апробированная в производственных условиях на двух длительно эксплуатирующихся газовых месторождениях Западной Сибири предлагаемая технология повторного вторичного вскрытия газоносных пластов, приводит к увеличению продуктивности скважин и дает значительный экономический эффект.

Заключение

.

По результатам проведённого анализа установлено, что на заключительной стадии разработки газовых месторождений в условиях АНПД основной причиной снижения продуктивности скважин является загрязнение и кальматация пластов-коллекторов при проведении работ по капитальному ремонту скважины. В целом по месторождению данное явление приводит к т.н. защемлению запасов газа или к их потере. Так по состоянию на 01.01.2009 г. на Вынгапуровском газовом месторождении добыча газа составила 332 млрд. м3- по данным исследований, фактическая добыча отстаёт от потенциальной ~ на 25 — 30 млрд. м3.

Поскольку вторичное вскрытие продуктивных пластов осуществляется традиционным способом, т. е. на репрессии, в интервал перфорации попадает техническая вода и различные технологические жидкости, снижая промысловые характеристики продуктивных пластов. Процесс вызова притока газа в этих условиях представляет собой крупномасштабную технологическую операцию с привлечением дорогостоящей техники и оборудования (бустерная установка с сепаратором, генератор азота, колтюбинговая установка). По продолжительности освоение скважины вместе с подготовительнозаключительными работами может занимать 5−7 суток.

Возникает необходимость проведения прострелочных работ в условиях, когда фильтрационно-ёмкостные свойства продуктивных пластов остались бы неизменными, а процесс освоения скважины не был бы таким трудоёмким.

Разработана технология вторичного вскрытия продуктивных газоносных пластов при депрессии на пласт и в газовой среде, которая обладает рядом преимуществ:

• исключается загрязнение пластов-коллекторов скважинной жидкостью и различными блокирующими агентами;

• происходит очистка ПЗП от бурового раствора;

• сокращается время ремонта скважины;

• после перфорационных работ скважина самостоятельно выходит на режим факельной отработки;

• снижается количество газа, выпускаемого в атмосферу при отработке;

• сохраняется экологическая обстановка;

• улучшаются промысловые характеристики работы скважин;

• происходит более полная выработка запасов.

Разработанные рекомендации по проведению перфораторных работ в газовой среде используются при проведении работ по капитальному ремонту скважин на месторождениях ООО «Газпром добыча Ноябрьск».