СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАЩЕМЛЕННОГО ВОДОЙ ГАЗА
GAS TRAPPED WITH WATER RELEASING METHOD

Изобретение относится к газодобывающей промышленности, в частности к способам разработки обводненных газовых или газоконденсатных залежей.
Известен способ извлечения защемленного водой газа при разработке обводненной газовой залежи с водонапорным режимом на заключительной стадии путем форсированного отбора газа и воды из эксплуатационных скважин [Кондрат Р.И., Закиров С.Н., Сомов Б.Е., Гордон В.Я., Левицкий Т.Л. Повышение газоотдачи на заключительной стадии разработки месторождений природных газов при водонапорном режиме. М., ВНИИЭГазпром. 1987 с.12-13. Обз. информация. Серия: Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений, вып.7].
Недостатком данного способа является то, что максимальный прирост газоотдачи после полного обводнения залежи может быть достигнут при снижении пластового давления практически до атмосферного.
Известен способ добычи газа путем отбора газа через скважины из газовой залежи, имеющей напор краевых вод, заключающийся в отборе воды из обводнившейся скважины путем снижения давления в пласте до величины, меньшей давления защемления газа водой [авт. свидетельство СССР №571107, МПК Е21В 43/20, опубл. 07.11.1987. Способ добычи газа. Авт.: Ю.П.Коротаев, С.Н.Закиров, P.M.Кондрат, Г.Д.Савенков, Н.С.Швадчак].
Недостатком данного способа добычи газа, взятого нами в качестве прототипа, является то, что для извлечения максимального количества защемленного водой газа также необходимо снизить пластовое давление до минимально возможной величины.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности извлечения защемленного водой газа из обводненной газовой или газоконденсатной залежи.
Технический результат в способе извлечения защемленного водой газа, включающий отбор воды из обводненной газовой или газоконденсатной залежи, имеющий напор краевых вод преимущественно из скважин, расположенных вблизи начального контура газоносности, извлечение части расширившегося при этом защемленного водой газа путем снижения пластового давления достигается тем, что защемленный водой газ извлекают путем ступенчатого снижения пластового давления, осуществляемого за счет периодических интенсивных отборов пластовой воды и циклических депрессионных воздействий (ПДП) на призабойную зону пласта (ПЗП) на каждой ступени пластового давления, при этом величину депрессии выбирают исходя из условия, при котором градиент гидродинамического давления на участке проявления капиллярного концевого эффекта в призабойной зоне пласта был бы выше градиента капиллярного давления на этом участке, а продолжительность создаваемой в каждом цикле депрессии должна удовлетворять условию:
где t - продолжительность создаваемой в каждом цикле депрессии, сек;
к.эфф
ℓ - длина участка влияния капиллярного концевого эффекта, м;
2
χ - коэффициент пьезопроводности пласта, м/сек.
Существенными отличительными признаками заявленного изобретения являются:
- защемленный водой газ извлекают путем ступенчатого снижения пластового давления, осуществляемого за счет периодических интенсивных отборов пластовой воды и циклических депрессионных воздействий на призабойную зону пласта на каждой ступени пластового давления;
- величину депрессии выбирают исходя из условия, при котором градиент гидродинамического давления на участке проявления капиллярного концевого эффекта в призабойной зоне пласта был бы выше градиента капиллярного давления на этом участке;
- продолжительность создаваемой в каждом цикле депрессии должна удовлетворять условию:
где t - продолжительность создаваемой в каждом цикле депрессии;
к.эфф
ℓ - длина участка влияния капиллярного концевого эффекта, м;
2
χ - коэффициент пьезопроводности пласта, м/сек.
Изложенная выше совокупность признаков неизвестна из источников патентной и научно-технической информации, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Заявленное изобретение для специалиста явным образом не следует из уровня техники, при этом нами не выявлены решения, имеющие совпадающие признаки, поэтому мы считаем, что заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Заявленное нами изобретение успешно прошло испытания в лабораторных и промысловых условиях, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Теоретические предпосылки заявленного нами способа извлечения защемленного водой газа заключаются в следующем:
Капиллярные силы, действующие на защемленный водой газ, достаточно велики, а поэтому последний оказывается заблокированным в виде отдельных пузырьков газа и газонасыщенных зон и является практически неподвижным. Поэтому основная задача состоит в объединении этих зон в единую газодинамическую систему с насыщенностью порового объема коллективов выше «критической» газонасыщенности, при которой газ приобретает подвижность и извлекается.
С другой стороны, из-за проявления капиллярных сил в прискважинной зоне пласта формируется зона повышенной водонасыщенности, размеры которой определяются коллекторскими свойствами пород и скоростью фильтрации. Чем меньше величины этих параметров, тем больше размеры этой зоны, называемой зоной проявления капиллярного концевого эффекта. По этой причине даже при газонасыщенности обводненного пласта, превышающей «критическую» газонасыщенность, поступление газа в скважину становится невозможным. В связи с этим для интенсификации его притока необходимо создать такие гидродинамические условия, которые бы препятствовали или же максимально уменьшали возможность установления капиллярного равновесия в этой зоне. Одним из таких условий является циклическое многократное депрессионное воздействие, заключающееся в периодическом прекращении отборов продукции с восстановлением забойного давления до определенного значения и последующем интенсивном (импульсным) его снижении на величину, при которой градиент гидродинамического давления в зоне проявления концевого эффекта был бы выше градиента капиллярного давления. При этом многократное нарушение поверхностно-капиллярного равновесия системы «газ-вода-порода» будет способствовать снижению проявления эффекта Жамена и концевого эффекта и, в конечном счете, улучшению фильтрационных характеристик коллекторов для газа.
Необходимо также учесть и то обстоятельство, что в период создания периодических депрессий возникают условия, близкие к условиям процесса дренирования, когда смачивающая поверхность пород фаза (вода) вытесняется несмачивающей фазой (газом). А при этом, как известно, фазовая проницаемость коллекторов для газа при одной и той же водонасыщенности имеет более высокое значение, чем в процессе впитывания воды.
Поскольку периодическое депрессионное воздействие (ПДВ) в основном направлено на исключение или максимальное снижение отрицательного влияния капиллярного концевого эффекта в коллекторах прискважинной зоны на газоотдачу, то это позволит снизить величину остаточной газонасыщенности пласта до величины равновесной газонасыщенности. Поэтому данный этап воздействия следует считать частью комплексного воздействия, заключающегося в ступенчатом снижении пластового давления и осуществлении периодического депрессионного воздействия на каждой из ступеней давления. Это позволит завершить разработку обводненной залежи при более высокой величине пластового давления.
Способ извлечения защемленного водой газа осуществляется в следующей последовательности.
На начальном этапе разработки обводненной залежи осуществляют многократное циклическое депрессионное воздействие на призабойную зону пласта (ПЗП) с отбором продукции до практически полного прекращения поступления газа. После этого путем интенсивного отбора воды из скважин производят снижение пластового давления до заданной величины. При этом часть расширившегося и получившего подвижность газа будет извлекаться. Затем на данной ступени давления при постоянной величине депрессии продолжают отбор воды с тем, чтобы вытеснить внедряющейся водой еще некоторую часть расширившегося газа из более отдаленных от добывающих скважин зон.
После прекращения выхода газа приступают к осуществлению циклических депрессионных воздействий, которые могут состоять из нескольких серий с различным количеством циклов снижения и восстановления забойного давления. Между сериями ПДВ продолжают отбор воды с целью вытеснения газа, который перетекает в процессе ПДВ из низкопроницаемых коллекторов (зон, пропластков) в более высокопроницаемые коллекторы и трещины.
В дальнейшем в зависимости от степени извлечения защемленного газа на данной ступени пластового давления принимают решение о необходимости продолжения процессов ступенчатого снижения давления и ПДВ.
Величину депрессии в циклах периодического воздействия выбирают исходя из условия, при котором градиент гидродинамического давления на участке проявления капиллярного концевого эффекта в призабойной зоне пласта был выше градиента капиллярного давления на этом участке, при этом продолжительность создаваемых в каждом цикле депрессий должна удовлетворять условию:
где t - продолжительность создаваемой в каждом цикле депрессии, сек;
к.эфф
ℓ - протяженность (длина) участка влияния капиллярного концевого эффекта, м;
2
χ - коэффициент пьезопроводности пласта, м/сек.
Протяженность участка влияния концевого эффекта определяют методами газогидродинамических или геофизических исследований пластов.
Реализацию способа рассмотрим на примере лабораторных исследований и расчетов.
Пример
Для того чтобы оценить эффективность заявленного технического решения, были выполнены экспериментальные исследования на трех линейных моделях пласта (МП), составленных из терригенного кернового материала. На двух из них (МП-1 и МП-2) моделировались процессы обводнения залежи и ступенчатого снижения пластового давления с осуществлением на каждой из ступеней циклического депрессионного воздействия. На третьей модели пласта (МП-3) в соответствии с выбранным прототипом моделировались процессы обводнения залежи и ее истощения при непрерывном снижении пластового давления.
Параметры моделей пласта и полученные результаты представлены в таблице 1 и на фиг.1, 2, 3.
На фиг.1 приведены результаты накопленного (после полного обводнения) прироста газоотдачи МП-1 (I) и МП-2 (II) в периоды ступенчатого снижения давления (1 и 2), совместного воздействия ступенчатого снижения давления и циклических депрессионных воздействий (1' и 2') и совместного воздействия ступенчатого снижения давления, циклического депрессионного воздействия и прокачки («внедрения») воды между сериями ПДВ (1'' и 2'').
На фиг.2 показана динамика суммарного (за счет комплексного воздействия) прироста газоотдачи МП-1(1'') и МП-2(2'') и, для сравнения, - МП-3(3'').
В качестве примера на фиг.3 показаны изменения «забойного» давления в одной из серий циклического депрессионного воздействия и динамика накопленных объемов извлеченного газа и воды из МП-1 во времени на одной из ступеней внутрипорового давления.
На фиг.4 приведены расчетные зависимости зоны распространения импульса воздействия (1) и градиентов гидродинамического давления при величинах создаваемых депрессий 0,5 МПа (2) и 0,2 МПа (3) от времени возмущения применительно к модели пласта МП-2.
Анализ представленных результатов свидетельствует о том, что метод комплексного воздействия на защемленный водой газ, заключающийся в ступенчатом снижении пластового давления и циклическом ПДВ на каждой из ступеней, является более эффективным, чем метод непрерывного снижения пластового давления. Так, если при непрерывном снижении давления с 10,0 до 3,0 МПа извлеченное количество защемленного газа из МП-3 составляет 9,5%, то при комплексном воздействии этот же показатель, полученный для МП-1 и МП-2, равняется 22,9 и 12,1 соответственно (см. табл. 1 и фиг.2).
Из графиков на фиг.2 следует также, что одна и та же величина прироста газоотдачи достигается при более высоких пластовых давлениях в случае комплексного воздействия. А это, с точки зрения снижения энергозатрат на извлечение защемленного водой газа, является одним из положительных факторов.
-3
2
При определении величины депрессии в циклах ПДВ исходили из результатов специальных исследований, направленных на оценку длинн зоны повышенной водонасыщенности за счет проявления капиллярного концевого эффекта. Для этого была составлена линейная модель пласта с коллекторскими и литологическими характеристиками горных пород, близкими к характеристикам пород модели пласта МП-2. Абсолютная газопроницаемость модели равна 27,4·10 мкм, открытая пористость - 22,7%, длина - 95,3 см.
Опыт состоял в вытеснении газа водой до полной обводненности продукции, в разборке модели пласта и определении содержания воды в каждом из образцов методами взвешивания и экстракции. Полученные результаты показали, что зона повышенной водонасыщенности, сформировавшаяся за счет проявления концевого эффекта, распространяется на глубину примерно 5 см от точки отбора продукции. При средней водонасыщенности модели, равной 72,0%, ее величина на выходном конце составила около 98,0%.
-3
-3
2
Чтобы определить капиллярное давление в этой зоне, были использованы результаты исследований зависимости капиллярного давления от водонасыщенности, полученные для двух отдельных образцов пород с проницаемостью 26,8·10 и 35,3·10 мкм методом центрифугирования. Было установлено, что в диапазоне изменения водонасыщенности в зоне проявления концевого эффекта от 98,0 до 72% капиллярное давление (в условиях дренирования) изменится практически от нуля до 0,02-0,028 МПа. Соответственно величина градиента капиллярного давления в этой же зоне составляет 0,4-0,56 МПа/м.
Учитывая, что при ПДВ в призабойной зоне пласта возникают неустановившиеся процессы, проявляющиеся в перераспределении пластового давления и изменении скорости фильтрации, для определения возмущенной зоны при импульсном создании депрессии был использован приближенный метод решения неустановившейся фильтрации упругой жидкости в упругой пористой среде. Данный метод заключается в том, что в определенный момент времени возмущенная зона считается распространенной на некоторое расстояние l=l(t). При этом предполагается, что в этой зоне давление распределяется так же, как и при установившемся течении жидкости.
При установившемся притоке упругой жидкости к галерее:
2
где χ - коэффициент пьезопроводности пласта, м/с;
t - время, с.
Коэффициент пьезопроводности определяют по формуле:
2
где k - коэффициент проницаемости, м;
в
2
µ - вязкость воды, Н·с/м;
m - коэффициент пористости, доли ед.;
в
с
2
β и β - соответственно коэффициенты сжимаемости воды и пористой среды, м/Н.
-15
2
-3
2
-10
2
-10
2
-2
2
в
в
c
Подставив в формулу [2] известные значения k=26,2·10 м; m=0,23; µ=1·10 Н·с/м; β=4,28·10 м/H и β=2,0·10 м/H, получим χ=8,67·10 м/c.
Далее, задаваясь временем, по формуле [1] определяют протяженность зоны возмущения на определенный момент времени (кривая 1 на фиг.4). Затем, принимая линейное распределение давления при известной величине депрессии в возмущенной зоне в текущий момент времени, оцениваем зависимость гидродинамического градиента давления от времени (продолжительности) создаваемой депрессии.
Расчеты показали, что продолжительность выполнения условия, при котором градиент гидродинамического давления был бы выше градиента капиллярного давления в зоне проявления концевого эффекта, очень ограничен во времени. Так, при депрессии 0,2 МПа это условие выполняется лишь в течение примерно 0,5 с (кривая 3 на фиг.4), а при депрессии 0,5 МПа - в течение 3,0 с (кривая 2 на фиг.4). Поэтому чем выше темп и величина создаваемой при ПДВ депрессии, тем выше эффективность метода воздействия.
Таким образом, принимая, что отбор воды из зоны проявления концевого эффекта в каждом цикле производится при постоянной депрессии, из формулы [1] следует, что необходимое для создания депрессии время должно удовлетворить условию:
При реализации метода воздействия следует иметь в виду, что в периоды восстановления забойного давления в каждом цикле зона повышенной водонасыщенности снова будет расширяться, а следовательно, и восстанавливаться протяженность зоны проявления капиллярного концевого эффекта. Чтобы не допустить этого и повысить эффективность ПДВ, следует осуществлять следующие технологические приемы:
- в условиях, когда забойное давление при создании депрессии на пласт не снижается ниже забойного, при котором произошло обводнение пласта, то в этом случае не следует ожидать полного восстановления давления, а сразу же необходимо приступить к созданию депрессии после достижения величины, соответствующей времени завершения интенсивного его роста;
- и в случае, когда забойное давление в циклах ПДВ снижается ниже давления, при котором произошло обводнение пласта, очередной депрессионный цикл следует осуществлять сразу же после завершения интенсивного роста этого давления в предшествующем цикле.
Заявленное нами техническое решение в сравнении с прототипом позволяет повысить степень извлечения защемленного водой газа из обводненной газоконденсатной залежи.
Способ извлечения защемленного водой газа
Параметры
Единица измерения
Значение параметров моделей пласта
МП-1
МП-2
МП-3
Длина
см
95,1
95,33
95,33
Коэффициент проницаемости
10<sup>-3</sup> мкм<sup>2</sup>
401,6
26,2
150,1
Остаточная водонасыщенность
%
-
-
-
Давление обжима пород
МПа
17,0
17,0
17,0
Начальная величина внутрипорового давления
МПа
10,0
10,0
10,0
Количество ступеней снижения давления с 10,0 до 3,0 МПа
шт.
5
5
-
Диапазон создаваемых в циклах ПДВ величин депрессий
МПа
0,2-0,5
0,2-0,5
-
РезультатыКоэффициент газоотдачи до начала ПДВ
д.е.
0,674
0,722
Коэффициент газоотдачи до начала этапа снижения внутрипорового давления
д.е.
-
-
0,711
Прирост газоотдачи на этапах ступенчатого снижения давления с 10,0 до 3,0 МПа
%
13,0
7,2
-
Прирост газоотдачи за счет непрерывного снижения давления с 10,0 до 3,0 МПа
%
-
-
9,5
Прирост газоотдачи за счет ПДВ
%
4,0
1,0
-
Прирост газоотдачи за счет внедрения воды между сериями ПДВ
%
5,9
3,9
-
Суммарный прирост газоотдачи
%
22,9
12,1
9,5
Конечный коэффициент газоотдачи при внутрипоровом давлении 3,0 МПа
д.е.
0,903
0,843
0,806