СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ МНОГОПЛАСТОВОГО ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА
METHOD OF OPERATION OF A MULTIPLATE UNDERGROUND GAS STORAGE

Изобретение относится к газовой отрасли и может быть использовано при эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) в водоносных пластах, представленных двумя или более пропластками, расположенными на разных гипсометрических отметках.
Известен способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте неоднородного литологического строения, включающий закачку газа в пласт и отбор газа из скважин потребителю, в котором в водоносном пласте выделяют более проницаемые пропластки, каждый пропласток вскрывают группой скважин, закачку газа осуществляют в выделенные пропластки последовательно, начиная с верхнего, при этом закачку газа в каждый пропласток ведут до появления газа на границе ловушки. Отбор газа производят из выделенных пропластков последовательно, начиная с нижнего пропластка. Последовательная закачка газа способствует более равномерному перемещению газоводяного контакта и тем самым приводит к созданию «сухого поля» в районе расположения эксплуатационных скважин (см. авторское свидетельство SU 1041438, B65G/00. Способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте, В.В. Башкин, Э.Л. Гусев, П.М. Лискевич, Г.И. Солдаткин, А.П. Сорокин, опубл. 15.09.1983).
Недостатком указанного способа является низкая степень осушения нижнего горизонта, приводящая к быстрому обводнению нагнетательно-эксплуатационных скважин, перфорированных на этот горизонт. При отборе газа эти скважины участвуют только в начальной стадии процесса, и практически они работают лишь в качестве нагнетательных, обеспечивая работу эксплуатационных скважин с высоким интервалом вскрытия. При большой разнице в пластовых давлениях по горизонтам приходится использовать компрессоры с различными выходными давлениями, что усложняет систему распределения газа.
Также известен способ эксплуатации подземных хранилищ газа, представленных несколькими водоносными горизонтами, при котором формирование газонасыщенных зон в каждом из горизонтов осуществляют раздельно через свои системы нагнетательно-эксплуатационных скважин независимо друг от друга (см. патент на изобретение RU 2102301, B65G/00. Способ создания многопластового подземного хранилища в водоносных горизонтах, А.В. Григорьев (RU), Ю.Б. Хаецкий (BY), опубл. 20.01.1998).
Недостатками указанного способа являются большая длительность процесса освоения порового пространства нескольких горизонтов, необходимость применения разных компрессорных агрегатов или сложной системы их обвязки, тем более, если разница в гипсометрических отметках по выделенным горизонтам оказывается значительной.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому техническому решению является способ создания подземного хранилища в водоносном пласте-коллекторе, представленном двумя или более горизонтами, включающий дифференцированную по глубине пласта закачку и отбор газа из нескольких нагнетательных и добывающих скважин, причем по мере формирования газонасыщенного объема в скважинах, являющихся нагнетательными в нижние горизонты водоносного пласта-коллектора, изолируют эти нижние горизонты, вскрывают верхние горизонты и производят отбор из этих верхних горизонтов, при этом за счет перевода скважин с низким уровнем вскрытия на более высокие отметки пласта-коллектора увеличивают число устойчиво работающих добывающих скважин (см. патент на изобретение RU 2085457 РФ, B65G 5/00. Способ создания подземного хранилища в водоносном пласте неоднородного литологического строения, А.П. Сорокин, А.В. Григорьев, С.Н Бузинов (RU), опубл. 27.07.1997).
Этот способ направлен на решение проблемы, заключающейся в том, что в процессе формирования газонасыщенного объема в пласте-коллекторе вследствие большой разницы в удельных весах и в вязкостях закачиваемого газа и вытесняемой воды происходит опережающее движение газа в верхних прикровельных горизонтах пласта-коллектора при застое в более низких горизонтах, что резко уменьшает степень использования потенциально возможного объема ловушки и сокращает объем отбора газа до полного обводнения эксплуатационных скважин. Поэтому при реализации известного способа осуществляют направленную закачку газа через скважины, имеющие низкий интервал вскрытия. Для этого переводят часть скважин, используемых ранее для формирования газонасыщенной зоны в нижних горизонтах пласта и выполнивших свое технологическое назначение в качестве нагнетательных, в добывающие из верхних наименее обводняемых горизонтов коллектора. Количество скважин, которое целесообразно перевести на верхние горизонты коллектора, определяется степенью вертикальной взаимосвязи в пласте, обусловленной его слоистой неоднородностью, и уточняется на основании анализа создания и эксплуатации хранилища.
Недостатком известного способа является необходимость использования большого числа скважин различного технологического назначения, поскольку приходится эксплуатировать отдельно нагнетательные скважины, предназначенные только для закачки газа в нижний горизонт, и отдельно добывающие скважины, предназначенные только для отбора газа из нижнего горизонта. Кроме того, при осуществлении способа в скважинах, которые переводят на верхние горизонты объекта хранения, необходимо изолировать интервал вскрытия нижних горизонтов путем цементирования, а против верхних горизонтов объекта хранения эти скважины, наоборот, перфорировать и вести отбор через новые перфорационные отверстия, то есть необходимо произвести дополнительные дорогостоящие технологические операции и мероприятия, связанные с изменением технологического назначения скважин.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка эффективного способа эксплуатации многопластового ПХГ, созданного в водоносных пластах.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности работы скважин ПХГ за счет обеспечения их эксплуатации в селективном режиме путем оборудования каждой скважины устройством одновременной раздельной эксплуатации и повышении эффективности работы ПХГ в целом за счет сокращения общего числа скважин в фонде ПХГ.
Технический результат достигается за счет того, что в способе эксплуатации многопластового подземного хранилища газа (ПХГ), созданного в водоносных пластах, в котором объект хранения газа представлен двумя или более пропластками, эксплуатацию ПХГ ведут с использованием нескольких скважин, расположенных на разных гипсометрических отметках, в каждой из скважин перфорацией вскрыты все пропластки объекта хранения, а заколонное пространство между упомянутыми пропластками разобщено заколонными пакерами, причем эксплуатацию каждой скважины ведут в режиме, при котором осуществляют дифференцированные по глубине закачку и отбор газа с применением устройства одновременной раздельной эксплуатации скважин, при этом закачку газа в каждую скважину ведут сначала в нижний пропласток, доводя пластовое давление до значения, при котором пластовая вода оттесняется по всему водоносному контуру, при достижении упомянутой величины давления закачку газа ведут одновременно в нижний пропласток и во все верхние пропластки, отбор газа ведут сначала одновременно из нижнего и всех верхних пропластков до момента снижения пластового давления до критической величины возникновения депрессионной воронки, провоцирующей прорыв пластовой воды в призабойную зону, после наступления упомянутого момента отбор газа ведут только из верхних пропластков.
Эффективность эксплуатации ПХГ, созданного в водоносных пластах, увеличивается за счет следующего:
- обеспечения работы нескольких скважин ПХГ в селективном режиме закачки и отбора газа с использованием устройства одновременной раздельной эксплуатации скважины, что позволяет увеличить межремонтный период работы скважин ПХГ и сократить фонд скважин ПХГ по сравнению с вариантом, при котором в состав фонда скважин ПХГ входили бы скважины, которые могут работать только в качестве нагнетательных, и скважин, которые могут работать только в качестве добывающих;
- увеличения мощности объекта хранения газа за счет оттеснения пластовой воды и уменьшения влияния депрессионной воронки, что повышает коэффициент использования порового объема структурной ловушки, а также эффективность работы каждой скважины;
- уменьшения растекаемости газа по всему водоносному контуру, уменьшения конусообразования пластовой воды и снижения водного фактора в продукции при отборе.
При работе скважин ПХГ в водоносных пластах, представленных двумя или более пропластками, в режиме селективной эксплуатации с дифференцированной по глубине пласта закачкой и отбором газа, исключается необходимость оборудования отдельно нагнетательных и отдельно добывающих скважин с целью формирования газонасыщенной зоны.
За счет работы нескольких скважин ПХГ в селективном режиме закачки с использованием устройства одновременной раздельной эксплуатации скважины возможно сократить общее количество скважин в ПХГ. В случае когда скважины ПХГ не снабжены устройством одновременной раздельной эксплуатации, они ПХГ могут работать только в качестве нагнетательных или только в качестве добывающих, и, следовательно, для эксплуатации ПХГ понадобится большее суммарное количество скважин.
Такое сокращение обеспечивает уменьшение размеров земельных участков под скважины, шлейфов, подъездных дорог и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду.
Способ эксплуатации многопластового ПХГ, созданного в водоносных пластах, осуществляют следующим образом.
Многопластовое ПХГ в водоносных пластах представлено нижним пропластком и одним или несколькими верхними пропластками, отделенными от нижнего пропластка и друг от друга непроницаемыми или слабопроницаемыми прослоями.
На разных гипсометрических отметках ПХГ выделяют несколько скважин, вскрывших все вышеназванные пропластки.
Осуществляют эксплуатацию скважин ПХГ в режиме одновременно-раздельной эксплуатации, предусматривающем совместную эксплуатацию двух и более продуктивных пластов одной скважиной.
Сущность одновременной раздельной эксплуатации заключается в том, что все пласты разбуриваются единой сеткой скважин с последующим оснащением их оборудованием, позволяющим одновременно эксплуатировать несколько пластов. В каждой скважине все пропластки вскрывают перфорацией, при этом нижний пропласток может быть представлен открытым стволом. Эксплуатация с использованием устройства для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких пластов осуществляется через один ствол скважины
Каждую скважину оснащают устройством одновременной раздельной эксплуатации, основным элементом которого является пакер. При заканчивании каждой скважины заколонное пространство между пропластками разобщают заколонными пакерами, например, надувными или набухающими.
Устройство одновременной раздельной эксплуатации, предназначено для осуществления закачки газа в отдельные пропластки и отбора газа из отдельных пропластков в селективном режиме и обеспечивает отбор из каждого пласта на поверхность (или закачку с поверхности в каждый пласт) по самостоятельным (или совместному) каналам, независимое регулирование и отработку пластов, а также проведение исследований, операций по освоению и глушению каждого пласта, технологическое воздействие на его призабойную зону.
Конструктивное исполнение устройства одновременной раздельной эксплуатации скважины зависит от количества эксплуатируемых этой скважиной пропластков. Для обеспечения возможности регулирования отбора и закачки газа в селективном режиме по одной колонне лифтовых труб устройство одновременной раздельной эксплуатации скважины оборудовано клапанными модулями, соответствующими каждому эксплуатируемому пропластку. С помощью оптико-волоконных каналов связи осуществляют управление с поверхности работой клапанной системы регулирования, системой забойных датчиков и системой телеметрии.
Оснащение устройств одновременной раздельной эксплуатации для регулирования отбора и закачки газа по каждому пропластку соответствующими клапанными модулями с забойными датчиками и оптиковолоконными каналами связи обеспечивает возможность управления процессами закачки и отбора газа в автоматическом режиме.
Могут быть применены выпускаемые заводским способом установки для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких объектов с раздельным подъемом продукции, а именно одна из следующих установок:
- установка с концентрической подвеской насосно-компрессорных труб (НКТ) типа УФК (1УФК, 2УФК, 3УФК) для скважин с добычей скважинной продукции по схеме «фонтан-фонтан» (раздельно эксплуатируют пласты фонтанным способом), состоящая из фонтанной арматуры, разобщителя, промежуточного клапана, эксплуатационной колонны, концентрической подвески НКТ;
- установка с двумя параллельно расположенными рядами НКТ типа УФ2П (УФЭ, УФП, УФП2), предназначенная для эксплуатации колонн диаметрами 116 и 168 мм с допустимыми сочетаниями условных диаметров НКТ первого и второго рядов 48×48, 60×60, 73×48 мм и содержащая: пакер, насосно-компрессорные трубы, малогабаритные пусковые клапаны с принудительным открытием соответственно для первого и второго рядов труб, тройник фонтанной арматуры (для сообщения с затрубным пространством), двухрядный сальник и тройники для направления продукции в выкидные линии;
- установка для одновременной раздельной добычи газа и нефти из двух и трех пластов одной скважиной фонтанным способом типа УГП-168-210, с параллельной подвеской двух рядов НКТ, которая содержит фонтанную моноблочную арматуру, ингибиторный клапан типа КИНГ, циркуляционный клапан типа 1КЦГ, циркуляционные клапаны типа КЦГ, посадочный ниппель, двухпроходной пакер, шариковые клапаны, разъединитель колонны и однопроходной пакер;
- установка для одновременной раздельной добычи газа и нефти из двух и трех пластов одной скважиной фонтанным способом типа УГП-168-350 с параллельной подвеской двух рядов НКТ;
- установка для одновременной раздельной добычи газа и нефти из двух и трех пластов одной скважиной фонтанным способом типа УГЗ-219-230 с параллельной подвеской трех рядов НКТ.
В случае применения установок для одновременно-раздельной эксплуатации низ каждого ряда лифтовых труб должен быть оборудован равнопроходным внутриколонным пакером.
На начальном этапе цикла заполнения объектов хранения (пропластков) газом закачку ведут через каждую скважину сначала в нижний пропласток, доводя пластовое давление до оптимального значения, при котором пластовая вода оттесняется по всему контуру пласта-коллектора. При достижении упомянутого значения давления закачку газа в скважину ведут одновременно в нижний пропласток и в верхние пропластки.
Цикл отбора газа начинают одновременно из нижнего и верхних пропластков до момента снижения пластового давления до критической величины возникновения депрессионной воронки, провоцирующей прорыв пластовой воды в призабойную зону газонасыщенного пласта. После наступления упомянутого момента отбор газа ведут только из верхних пропластков.
Оптимальные значения давления закачки газа и критическую величину давления при отборе газа определяют по результатам геомеханического моделирования, выполняемого на стадии разработки технологической схемы эксплуатации ПХГ.
Оснащение скважин ПХГ устройствами одновременной раздельной эксплуатации с несколькими рядами лифтовых труб позволяет производить одновременный отбор газа по одному или нескольким рядам НКТ и в других технологических случаях. Например, при необходимости повышения суточной производительности скважин отбор может осуществляться, с разрешения органов технического надзора, по одному или нескольким рядам НКТ и затрубному пространству внутри эксплуатационной колонны.