Лекция 9.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН.

 

9.1 Геологические, технические, технологические и экономические условия ограничения дебита

Условия ограничения дебитов скважин могут быть обус­ловлены геолого-промысловыми факторами и технико-технологи­ческими условиями эксплуатации, а также экономическими факторами

Все указанные ограничения не дейст­вуют одновременно на каждом месторождении. В зависимости от конкретных геолого-промысловых условий, состава и свойств газа на каждом месторождении могут быть главные и второстепенные факторы, которые ограничивают дебиты скважин. Руко­водствуясь этими факторами, а также потребностью в газе, на­значают технологические режимы эксплуатации газовых сква­жин.

Геологические факторы. Разрушение призабойной зоны пласта — вынос частиц пес­ка и цементирующего материала породы, обусловлено чрезмер­но большим градиентом давления на забое скважины при ее эксплуатации. Известно, что силы сцепления между частицами, слагающи­ми пористую среду, могут быть ослаблены под действием гради­ентов давления, возникающих при движении газа к забою сква­жины. Если градиент давления превышает некоторую макси­мально допустимую величину, разрушается призабойная зона скважины и твердые частицы выносятся на ее забой. Если скоро­сти восходящего потока газа в стволе скважины достаточно вы­соки, частицы выносятся на поверхность.Вынос твердых частиц из пласта может привести к разруше­нию забоя, образованию песчаных пробок, а также к истиранию колонны подъемных труб и поверхностного оборудования. Иног­да из-за разрушения оборудования возможны большие утечки газа, открытые газовые фонтаны или грифоны. Практика разработки месторождений показывает, что неболь­шое количество песка, выносимого при исследовании скважин или кратковременных ее продувках, не оказывает существенного вреда. Образование конусов подошвенной воды или преждевре­менный прорыв краевой воды в скважины может существенно снизить проницаемость призабойной зоны и даже прекратить поступление газа в скважину. Возможность преждевременного обводнения скважины опре­деляется в основном расстоянием от забоя до зеркала подошвен­ных вод или до контура краевых вод, проницаемостью пласта по вертикали и горизонтали, степенью неоднородности коллекторов и режимом эксплуатации скважины. Существуют некоторый оп­тимальный режим и определенная степень вскрытия пласта, по­зволяющая обеспечить предельный безводный дебит скважины. В случае прорыва на забой подошвенной воды необходимо на определенное время закрыть скважину, а затем эксплуатиро­вать ее при дебитах, не допускающих образования конусов (эксплуатация на предельном безводном дебите). Про­рыв контурных вод, как правило, нельзя устранить простым за­крытием скважины. Обычно для этого в скважине проводят спе­циальные  работы по изоляции обводнившихся пропластков.

Технологические факторы Образование гидратов природных газов на забое, в газопроводящей колонне и в поверхностных коммуникациях и соору­жениях обусловлено прежде всего содержанием в них влаги. При изменении термодинамического равновесия во время эксплуата­ции месторождения на забое и в стволе скважины могут обра­зовываться кристаллогидраты. Особенно это относится к место­рождениям, пластовая температура в которых достаточно низка из-за высокого геотермического градиента. Образование кристаллогидратов создает серьезные трудности при эксплуатации скважин: изменяется их производительность и даже прекращается подача газа из скважин в результате обра­зования гидратных пробок, обмерзания оборудования и т. Выпадение конденсата в пласте и на забое скважин

Необходимость получения вместе с газом максимально возможного количества конденсата может привести к уменьше­нию депрессий на пласт, что приводит к выпадению конденсата в пласте. С целью недопущения преждевременно­го выпадения конденсата в пласте необходимо обеспечить предотвращение снижения пластового давления ниже давления начала конденсации.

При образовании конденсата на забое может возникнуть не­обходимость уменьшения диаметра фонтанных труб для обеспечения  выноса конденсата с забоев скважин.

Обеспечение оптимальных условий обработки газа, а также для получения более вы­сокого давления на входе в установки низкотемпературной се­парации на головке скважин давление держат на высоком уровне, что значительно снижает дебиты.

Технические факторы. Ограниченная пропускная способность фонтанных (обсад­ных) труб, газосборных сетей и промысловых сооружений по подготовке газа к транспорту приводит к эксплуатации скважин с дебитами, меньшими, чем те, которые установлены по геолого-промысловым факторам.

Смятие эксплуатационной колонны возможно при создании малых противодавлений на пласт, особенно на месторожде­ниях, где пласты — неустойчивые, слабосцементированные поро­ды, а также тогда, когда при эксплуатации скважин выносилось большое количество песка, ослабившего колонну.

Вибрация фонтанного оборудования обусловлена пульса­цией газового потока при изменении давления. При больших дебитах газа вибрация фонтанного оборудования может привести к усталости материала и разрушению арматуры. Для устране­ния вибрации следует изменить частоту ее собственных колеба­ний путем уменьшения высоты арматуры или увеличения ее мас­сы. Снижение дебитов газа также прекращает вибрацию обору­дования.

Разрушение оборудования вследствие коррозии или эрозии. Содержание в газе СО₂, Н₂S при определенных влаж­ности, температуре и скоростях потока приводит к интенсивному разрушению труб. Для разных месторождений причины корро­зии различны в зависимости от свойств газа и воды и условий эксплуатации.  При высоких дебитах скважин может происходить эрозион­ное разрушение труб, штуцеров, оборудования, так как при вы­соких скоростях газового потока разрушающая способность твердых частиц, движущихся вместе с газом, становится значи­тельной. 

К техническим условиям относятся также неудовлетворительное состояние забоя и подземного оборудования (загрязнение); недоброкачественность цементажа колонны; негерметичность обсадной колонны (приток воды, утечка газа); опасность разрыва колонны, для предотвращения этого явления  эксплуатационную колонну рассчитывают на снижение давления до атмосферного.

Экономические условия сводятся к расчетам и выбору основных технико-экономических показателей рационального распределения потерь давления по системе пласт-скважина-газопровод в целом. Объемы добычи должны при этом быть такими, при которых приведенные затраты по месторождению будут наименьшими. Экономические факторы учитывают также потребности в газе. В летнее время происходит снижение потребления газа, производят уменьшение объемов добычи путем уменьшения дебитов скважин, некоторые скважины в летнее время отключают. Немаловажное влияние на объемы добычи газа имеет и маркетинговый фактор, то есть наличие  выгодного сбыта.

 

9.2 Выбор технологического режима  эксплуатации скважин в различных условиях

При эксплуатации газовых и газоконденсатных месторожде­ний стремятся получить максимально возможный дебит каждой скважины, что способствует уменьшению числа добывающих скважин и улучшению экономических показателей разработки месторождения. Однако следует отметить, что в уже эксплуати­рующихся скважинах регулирование дебитов газа возможно лишь в результате изменения диаметров фонтанных труб и газо­проводов, совершенствования конструкции забоя и проведения мероприятий технологического характера.

Под технологическим режимом эксплуатации газовых скважин подразумеваются условия, при которых обес­печиваются наибольшие дебиты газа и конденсата с учетом их ограничивающих факторов и требований правил охраны недр и техники безопасности.

Различают фактический и расчетный технологический режим.

Фактический технологический режим устанавливает геологическая служба ежеквартально или раз в полгода в соответствии с данными проекта, результатами исследования, опыта эксплуатации.

Расчетный технологический режим определяют при составлении проектов разработки на много лет вперед. При составлении проекта разработки определяют изменение дебита, забойного и устьевого давлений  во времени  в зависимости от добычи газа в целом по месторождению.

Существует шесть технологических режимов

1)    Режим постоянного градиента давления

2)    Режим постоянной депрессии

3)    Режим постоянного дебита

4)    Режим постоянного забойного давления

5)    Режим постоянного давления на головке скважины

6)    Режим постоянной скорости при забое

Расчеты технологического режима производят для трех случаев:

1)    Когда задана зависимость отбора газа во времени, т.е. ;

2)    Когда отбор газа постоянный ;

3)    Для периода падающей добычи при постоянном числе скважин, т.е. n = const:

Режим постоянного градиента давления (Y= const) характерен для условий разработки, приуроченной к относительно неплотным породам, способным разрушаться при высоких отборах газа из скважины. При этом должно соблюдаться условие:    .

 Классификация пород по Шахназарову А. А.:

1)                Неустойчивые породы при размокании приходят в состояние текучести, разрушаются при  до 0,5 МПа/м;

2)                Слабо устойчивые породы ;

3)                Средне устойчивые породы ;

4)                Устойчивые породы, не разрушаются при .

         Значение градиента давления определяют для начального дебита, при котором еще не наблюдается разрушения породы:

                                                                                      (9.1)

где А₀, В₀ - коэффициенты, определенные для скважин совершенных по степени и по характеру вскрытия.

                                                                                                       (9.2)                                  

                                                                                      (9.3)

         Режим постоянной депрессии.   DР = Р_н-Р_з= const

Этот режим используют в тех же случаях, что и режим постоянного градиента.

Режим постоянного дебита - Этот режим удобен с точки зрения  осуществления на практике. Он применяется для крепких коллекторов до тех пор, пока градиент давления не достигнет опасного значения.

Режим постоянного забойного давления применяют в тех случаях, когда нежелательно дальнейшее снижение забойного давления, например, в случаях выпадения конденсата на забое скважины.

Режим постоянного давления на головке скважины является разновидностью режима , более удобным для осуществления на практике. Он применяется в бескомпрессорный период эксплуатации, для поддержания в газопроводе постоянного давления, а также для осуществления низкотемпературной сепарации.

Режим постоянной скорости на забое   

применяется в случаях, если происходит разрушение коллектора, а также в случае большого выноса с забоя скважины твердых частиц и прискважинное оборудование не в состоянии эффективно очистить струю газа.

 

Осн: 1[127-130], 2[171-188]

Доп: 4[99-101],  6[96-103],

 

Контрольные вопросы:

1.     Какие существуют условия ограничения дебита в газовых скважинах?

2.     Перечислите  технологические режимы  эксплуатации газовых скважин

3.     Какой технологический режим следует применять  в скважинах с слабосцементированными рыхлыми породами?