WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Михайловский Александр Артемович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ КОЛИЧЕСТВА ГАЗА

В ПОРИСТЫХ ПЛАСТАХ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ

Специальность: 25.00.17 – Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор

Васильев Юрий Николаевич

доктор физико-математических наук

Васюков Владимир Николаевич

доктор технических наук, доцент

Ермолаев Александр Иосифович

Ведущая организация -  Общество с ограниченной ответственностью

  «Газпром ПХГ» (ООО «Газпром ПХГ»)

Защита состоится « » 2010 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при ООО «Газпром ВНИИГАЗ», по адресу: п. Развилка, Ленинский район, Московская область, 142717.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан « » 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор геолого-минералогических наук Н.Н. Соловьев

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Использование подземных хранилищ газа в пористых пластах является одним из основных способов обеспечения надежности газоснабжения, повышения гибкости поставок газа потребителям и эффективности реализации газа внутри странык и за рубежом.

Общее количество газа в пористых пластах подземных хранилищ страны составляет около 30% от годового уровня потребления и экспорта газа. В общем количестве газа на подземных хранилищах на долю активного объема газа приходится примерно 58% и на долю буферного объема газа - 42%.

Газовая отрасль страны характеризуется падением добычи в традиционных регионах и необходимостью освоения новых месторождений во все более усложняющихся горно-геологических и природных условиях, диверсификацией внутренних и экспортных потоков газа, старением действующей системы газопроводов. Указанные особенности газовой отрасли на фоне либерализации внешнего и внутреннего газового рынков диктуют необходимость дальнейшего развития системы подземных хранилищ газа в пористых пластах.

Важнейшим направлением работ по повышению эффективности и безопасности сооружения, расширения, циклической эксплуатации, консервации и ликвидации, а также надежности функционирования подземных хранилищ газа в пористых пластах является совершенствование и разработка методов и технологий регулирования и контроля количества газа в пласте. Эту задачу можно успешно решить, опираясь на научно-методическую базу.

Поэтому создание научных основ регулирования и контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ является, безусловно, актуальной темой исследований.

Целью работы является разработка теоретических и методических основ регулирования и аналитического контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ в водоносных пластах, истощенных, частично выработанных и неразрабатываемых газовых месторождениях для обеспечения безопасности и повышения эффективности их сооружения, расширения, циклической эксплуатации, консервации и ликвидации, а также надежности функционирования.

Основные задачи исследований

  1. Разработка классификации подземных хранилищ газа в пористых пластах, позволяющей уточнять особенности применения методов регулирования и аналитического контроля количества газа в пластах разного геологического строения в зависимости от занимаемого “положения” и прогнозируемых технологических показателей подземного хранилища в создаваемой классификации.
  2. Исследование гистерезисных явлений двухфазной фильтрации газа и воды в процессе их многократно чередующегося вытеснения в гидрофильных пористых средах.
  3. Дифференцирование общего и буферного объемов газа в неоднородных пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме и изучение затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание буферного объема газа.
  4. Упорядочение разных по сложности гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа с целью адекватного их использования при решении задач регулирования и контроля количества газа в пластах разного строения на всех этапах функционирования хранилищ.
  5. Исследование условий обеспечения стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации искусственных газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.
  6. Разработка технологических методов регулирования количества газа в малоамплитудных ловушках водоносных пластов подземных хранилищ с активными водами.
  7. Разработка аналитических методов контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ на основе геологического и гидродинамического моделирования и статистических подходов.

Научная новизна

- Разработана система критериев для классификации подземных хранилищ газа в пористых пластах по комплексу наиболее важных географических, геологических, технологических и технико-экономических признаков: расположению, функциям и назначению в Единой системе газоснабжения; используемым объектам хранения, их горно-геологическим условиям и особенностям геологического строения; основным технологическим режимам циклической эксплуатации по производительности закачки и отбора газа; объему активного газа и максимальной суточной производительности закачки и отбора и масштабу области “влияния”, включающей определенные потребители, участки систем магистральных газопроводов и предприятия газодобычи.

- Установлены закономерности процесса многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах, обнаружен и изучен эффект гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости.

- Введены новые понятия, позволяющие дифференцировать общий и буферный объемы газа в неоднородных пористых пластах на составляющие, принимающие разное участие в фильтрационных процессах при закачке и отборе газа, и исследовать затраты закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание пластовых составляющих буферного объема.

- Разработаны принципы рационального гидродинамического моделирования пористых пластов подземных хранилищ газа.

- На основе выполненного параметрического анализа выявлены геологические, гидродинамические и технологические факторы, оказывающие основное влияние на процессы стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации искусственных газовых залежей подземных хранилищ.

- Разработаны статистические балансово-объемный и объемно-гидродинамический методы контроля количества газа в пористых пластах для оценки и учета случайных и систематических ошибок, возникающих при определении количества газа объемным и гидродинамическим методами, базирующимися на геологической и гидродинамических моделях пласта.

Защищаемые положения

  1. Классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах.
  2. Исследование эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости в процессе многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах.
  3. Дифференцирование общего и буферного объемов газа в неоднородных пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме и исследование затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание буферного объема газа в пласте.
  4. Разработка иерархической структуры гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа.
  5. Обоснование условий стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации искусственных газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.
  6. Разработка комплекса аналитических методов контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ, включающего объемный и гидродинамический методы, а также статистические балансово-объемный и объемно-гидродинамический методы контроля.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов работы определяются использованием значительного объема апробированных в научной практике экспериментальных данных относительных фазовых проницаемостей, применением современного математического аппарата гидродинамического моделирования пористых пластов, высокой точностью и корректностью проведения гидродинамических расчетов и удовлетворительной сходимостью результатов численного моделирования с промысловыми данными.

Практическая ценность

Разработаны математические модели, составлены алгоритмы и компьютерные программы для расчета оптимальных технологических показателей сооружения, расширения и циклической эксплуатации подземных хранилищ, регулирования и контроля количества газа в пористых пластах с учетом гистерезисных явлений двухфазной фильтрации в процессе многократно чередующегося вытеснения воды и газа. Проведенные исследования эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости повышают достоверность гидродинамических расчетов пористых пластов подземных хранилищ газа.

Разработан ряд методов и методик, использование которых позволяет уменьшать до оптимальных значений буферный объем газа в пористых пластах подземных хранилищ и снижать затраты закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание пластовых составляющих буферного объема газа.

В результате проведенных исследований автором разработаны методы и технологии регулирования количества газа в водоносных пластах для решения гидродинамических проблем создания и циклической эксплуатации “тонких” газовых залежей подземных хранилищ, связанных с “всплыванием” и активным “растеканием” газа в малоамплитудных структурных ловушках с активными пластовыми водами.

Основные разработанные технологии регулирования количества газа в водоносных пластах прошли успешную промышленную апробацию на ряде действующих подземных хранилищ. Результаты апробации показали, что в условиях сложившейся системы размещения эксплуатационных скважин и вскрытия пласта при водонапорном режиме газовой залежи наиболее эффективным является изменение технологического режима эксплуатации хранилища и регулирование режимами эксплуатации групп скважин (зонное регулирование закачки и отбора газа).

Проведенные в рамках диссертационной работы исследования способствуют решению актуальной задачи подземного хранения газа в пористых пластах, заключающейся в повышении технологической эффективности регулирования и контроля количества газа в пласте. Решение этой задачи позволяет обеспечивать безопасность сооружения, расширения, циклической эксплуатации, консервации и ликвидации и повышать надежность функционирования подземных хранилищ.

Апробация работы

Основные результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на отраслевых конференциях и совещаниях, научных семинарах, а также на международных конференциях и конгрессах, среди которых:

- Международная конференция “Разработка газоконденсатных месторождений”, 1990, Краснодар;

- Международная конференция и выставка “Подземное хранение газа”, 1995, Москва, РАО «ГАЗПРОМ»;

- Научно-технический совет ОАО «Газпром» “Современное состояние и перспективы совершенствования методов подсчета запасов газа по данным истории разработки”, 1999, Москва;

- Научно-практический семинар ОАО «Газпром» “Проблемы моделирования работы скважин и пластовых систем при создании и эксплуатации ПХГ в пористых пластах”, 2001, Москва;

- Международная конференция “ВНИИГАЗ на рубеже веков - наука о газе и газовые технологии”, 2003, Москва;

- Международная Исследовательская Газовая конференция, 2004, Ванкувер, Канада;

- Международная конференция ОАО «Газпром» “Подземное хранение газа: надежность и эффективность”, 2006, Москва;

- SPE Международная конференция “Подземное хранение природного газа - сегодня и завтра”, 2007, Краков, Польша;

- Вторая Международная конференция ОАО «Газпром» “ПХГ: Надежность и эффективность (UGS-2008)”, 2008, Москва;

- 24 мировой газовый конгресс, 2009, Буэнос-Айрес, Аргентина.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 2 научно-технических обзорах, 44 научных статьях (в т.ч. в 8-ми статьях журналов, включенных в “Перечень ...” ВАК Минобрнауки РФ).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников. Содержание работы изложено на 385 страницах машинописного текста, содержит 148 рисунков, 42 таблицы. Список использованных источников включает 242 наименования.

Диссертационная работа выполнена в Центре подземного хранения газа ООО «Газпром ВНИИГАЗ», сотрудникам которого автор выражает признательность за советы и помощь, оказанные при выполнении работы.

Особую благодарность и признательность автор выражает докт.техн.наук, профессору С.Н. Бузинову за помощь, советы и консультации при обсуждении основных положений диссертационной работы.

Содержание работы

Во введении  обоснована актуальность темы исследований, определена цель работы, поставлены задачи исследований, дана научная новизна, сформулированы защищаемые положения, показана практическая ценность, приведены сведения о внедрении результатов исследований и апробации работы.

Большой вклад в теоретические основы подземного хранения газа в пористых пластах внесли О.Е. Аксютин, П.Я. Алтухов, А.Г. Арутюнов, Д.И. Астрахан, А.В. Баранов, Г.И. Баренблатт, К.С. Басниев, С.Н. Бузинов, С.А. Варягов, Ю.Н. Васильев, А.М. Власов, П.А. Гереш, О.Н. Грачева, А.В. Григорьев, А.И. Гриценко, Э.Л. Гусев, Н.М. Дмитриев, Н.А. Егурцов, В.М. Ентов, Ю.В. Желтов, С.Н. Закиров, В.В. Зиновьев, Г.А. Зотов, А.П. Зубарев, Ю.К. Игнатенко, А.И. Киселев, А.Л. Козлов, С.В. Колбиков, Ю.П. Коротаев, И.Н. Кочина, Л.Г. Кульпин, Е.В. Левыкин, В.М. Максимов, Е.М. Минский, Ю.А. Мясников, В.И. Парфенов, Б.А. Резник, Н.В. Савченко, О.Г. Семенов, Н.К. Смирнов, Г.И. Солдаткин, П.В. Страдымов, Р.М. Тер-Саркисов, С.И. Трегуб, М.В. Филинов, С.А. Хан, А.Л. Хейн, Г.П. Цыбульский, И.А. Чарный, Е.В. Шеберстов, А.И. Ширковский, В.Н. Щелкачев, Д.А. Эфрос и многие другие, а также зарубежные исследователи С. Баклей, Г. Ботсет, Р. Виков, Л. Дуглас, Ф. Карлсон, Д. Катц, Ж. Киллоу, К. Котс, М. Леверетт, К. Ленд, М. Тек и другие.

В первой главе рассмотрены вопросы классификации подземных хранилищ газа в пористых пластах.

Подземное хранилище газа в пористом пласте рассматривается как горнотехническое предприятие, предназначенное для закачки, хранения и отбора газа, которое состоит из горного отвода недр, фонда скважин разного назначения и объектов обустройства станции подземного хранения газа. Горный отвод недр включает объект хранения газа с искусственной газовой залежью (возможно несколько объектов хранения с несколькими залежами).

Рассмотрен комплекс наиболее важных географических, геологических, технологических и технико-экономических признаков и разработана система критериев, по которым выполнена классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах, входящих в Единую систему газоснабжения (ЕСГ).

Выделены следующие группы в системе подземных хранилищ газа в пористых пластах по расположению, функциям и назначению в ЕСГ. Первая, традиционная и наиболее многочисленная, группа представляет “сеть” подземных хранилищ, находящихся вблизи потребителей в основных регионах газопотребления. Вторая группа включает “цепочки” подземных хранилищ, расположенных вдоль трасс в узловых точках систем протяженных магистральных газопроводов. Третья, нетрадиционная, группа, которую представляют подземные хранилища, находящиеся в районах газодобычи.

Создаваемые на хранилищах первой группы запасы емкости и запасы газа совместно с дополнительными мощностями в транспорте и добыче используются для регулирования аномальной многолетней, сезонной, суточной и часовой неравномерности газопотребления в пределах областей “влияния” подземных хранилищ в системе газоснабжения. Создаваемые на них оперативные и долгосрочные резервы газа предназначены для компенсации и обеспечения чрезвычайных краткосрочных и долгосрочных снижений поставок и повышений спроса на газ.

Запасы газа, создаваемые на подземных хранилищах второй группы, используются для регулирования сезонной и суточной неравномерности транспортировки газа по смежным участкам газопроводов, на “границе” которых они находятся. Резервы газа на этих хранилищах применяются для компенсации снижения расходов газа вследствие аварийного снижения пропускной способности участков газопроводов, находящихся непосредственно перед каждым хранилищем.

Запасы и резервы газа на подземных хранилищах третьей группы используются для регулирования неравномерности и компенсации чрезвычайного снижения собственно добычи газа на промыслах газодобывающих районов.

По объектам хранения выделены подземные хранилища газа в водоносных пластах, сооружаемые на базе пластов-коллекторов водоносных горизонтов, и подземные хранилища в газовых месторождениях, сооружаемые на базе истощенных, частично выработанных и неразрабатываемых природных газовых залежей. Проведено выделение подземных хранилищ по показателям, характеризующим горно-геологические условия объектов хранения и особенности геологического строения пластов.

В функционировании подземных хранилищ газа в пористых пластах выделено несколько последовательных этапов и соответствующих периодов существования искусственных газовых залежей следующего назначения

По основным технологическим режимам по производительности закачки и отбора газа на наиболее важном этапе циклической эксплуатации хранилищ выделены базисные, пиковые и газгольдерные типы подземных хранилищ газа.

Базисный тип хранилищ характеризуется технологическим режимом циклической эксплуатации в сезонах с небольшими отклонениями (увеличением или уменьшением в пределах 10-15%) суточной производительности закачки и отбора активного газа от ее среднемесячных значений. К пиковому типу относятся хранилища, для которых технологический режим циклической эксплуатации в сезонах характеризуется значительными приростами (свыше 10-15%) суточной производительности закачки и отбора в течение нескольких суток относительно ее среднемесячных значений. Газгольдерный (мультицикличный) тип хранилищ отличается технологическим режимом циклической эксплуатации в сезонах закачки и отбора газа со сменами направления в течение нескольких суток суточной производительности относительно ее среднемесячных значений (закачка-отбор-закачка или отбор-закачка-отбор).

Показано, что в ЕСГ многие подземные хранилища газа в водоносных пластах и газовых месторождениях используются как многофункциональные объекты. Они обеспечивают регулирование нескольких видов неравномерности и резервирования потребления, транспортировки и добычи газа. В результате “наложения” нескольких составляющих технологический режим эксплуатации таких подземных хранилищ оказывается “смешанным”, а сами подземные хранилища можно отнести к базисно-пиковому, базисно-газгольдерному или пиково-газгольдерному типу.

Количество закачиваемого и отбираемого активного газа в течение года на подземных хранилищах, расположенных вблизи потребителей, обуславливается возникающим спросом и складывающимися возможностями системы газоснабжения по поставкам газа потребителям. На подземных хранилищах, расположенных вдоль трасс в узловых точках протяженных магистральных газопроводов, это количество газа определяется изменениями пропускной способности участков газопроводов. На подземных хранилищах, находящихся в районах газодобычи, годовое количество закачиваемого и отбираемого активного газа зависит от режимов работы газодобывающих предприятий.

Проектный активный газ и буферный газ являются основными технико-экономическими показателями по объему газа подземного хранилища на этапе его циклической эксплуатации в проектном технологическом режиме.

Активный газ подземного хранилища может включать следующие составляющие, показанные на рисунке 1 (на этом рисунке для сопоставления приводятся объемы газа в пласте, которые рассмотрены в главе 3): многолетние запасы емкости и запасы газа Qзап мнлет, сезонные запасы газа Qзап сез, суточные запасы газа Qзап сут, оперативный резерв газа Qрез опер, долгосрочный резерв газа Qрез долг.

На подземных хранилищах, сооружаемых в водоносных пластах, буферный газ состоит только из объема закачанного в объект хранения буферного газа. На подземных хранилищах, сооружаемых в газовых месторождениях, буферный газ может состоять из объема закачанного в объект хранения буферного газа, а также остаточных рентабельно извлекаемых запасов газа частично выработанного или неразрабатываемого месторождения.

По объему активного газа и максимальной суточной производительности закачки и отбора на этапе циклической эксплуатации выделены следующие типы подземных хранилищ. Базовые (региональные), осуществляющие регулирование неравномерности и резервирование регионов газопотребления, газотранспортных систем и районов газодобычи. Районные, “охватывающие” группы потребителей, участки газотранспортных систем и группы предприятий газодобычи. Местные (локальные), которые ограничиваются регулированием и резервированием отдельных потребителей, участков газопроводов и газодобывающих предприятий.

Рисунок 1 – Составляющие активного и буферного газа подземного хранилища и

дифференциация общего и буферного объемов газа в пласте

Во второй главе представлены результаты анализа известных экспериментальных исследований относительных фазовых проницаемостей при однонаправленных и чередующихся процессах вытеснения воды и газа и исследование гистерезисных явлений двухфазной фильтрации в процессе их многократно чередующегося вытеснения в гидрофильных пористых средах.

Подавляющее большинство экспериментальных исследований, как при стационарных, так и при нестационарных режимах течения - Р. Викова, Г. Ботсета, П.Я. Алтухова, С.Н. Бузинова, И.В. Панфиловой, С.Г. Рассохина, Н.В. Савченко и др., по определению фазовых проницаемостей для газа и воды проведено при однонаправленных процессах вытеснения (рисунок 2). Эти исследования ориентированы в основном на использование полученных результатов для решения задач разработки месторождений, когда насыщенность меняется монотонно во времени при преимущественно одном направлении вытеснения - газ водой.

Рисунок 2 -

Зависимости относительных фазовых проницаемостей от насыщенности гидрофильных пористых сред для газа и воды в процессах однонаправленного вытеснения

В работе рассмотрен механизм изменения относительных фазовых проницаемостей в процессах однонаправленного вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах, обуславливаемый действием капиллярных сил на распределение фаз в системе поровых каналов и структурой (характерными размерами, конфигурацией) микропотоков каждой фазы, фильтрующейся по этой системе каналов.

С использованием зависимостей капиллярного давления при противоположных последовательностях насыщения - дренаже и пропитке (рисунок 3), показано различие относительных фазовых проницаемостей при разных направлениях вытеснения. Это различие проявляется в неравенстве значений пороговой “связной” насыщенности и минимальной остаточной насыщенности каждой фазы, а также значений проницаемости для одинаковых величин насыщенности. Показано, что в гидрофильных пористых средах наибольшее влияние капиллярное давление оказывает на изменение фазовых проницаемостей для газа, причем особенно значительно в области малых значений водонасыщенности.

Рисунок 3 -

Зависимости капиллярного давления от насыщенности гидрофильных пористых сред при дренаже и пропитке

Получены аппроксимирующие зависимости относительных фазовых проницаемостей для газа и воды в однонаправленных процессах вытеснения. Как следует из результатов аппроксимации, классическое использование показательных функций позволяет наглядно представлять область определения этих функций. В тоже время использование показательных функций для аппроксимации относительной фазовой газопроницаемости при вытеснении воды газом приводит к значительным погрешностям. В этом случае применение полиномов дает лучшее приближение по сравнению с показательными функциями.

Эксперименты Ф. Карлсона, Ж. Киллоу, К. Ленда по определению относительных фазовых проницаемостей в процессе чередующегося вытеснения воды и газа отвечают условиям первичного дренажа и возвратной пропитки, соответствующим случаям сооружения подземных хранилищ газа в водоносных пластах. Эксперименты Р. Биетса, проведенные при первичной пропитке и возвратном дренаже, соответствуют случаям сооружения подземных хранилищ в истощенных или частично выработанных газовых месторождениях. Эти эксперименты показали на существование гистерезиса относительных фазовых проницаемостей при чередующемся вытеснении воды и газа. Гистерезис относительных фазовых проницаемостей обуславливается явлением капиллярного гистерезиса. Как показали указанные эксперименты, в наибольшей степени может проявляться гистерезис относительной фазовой газопроницаемости.

В “предельных” циклах изменения насыщенности чередующегося вытеснения, когда насыщенность при каждом направлении вытеснения достигает максимально возможных значений и имеет место полный дренаж и полная пропитка, функции относительной фазовой газопроницаемости являются двузначными. В “непредельных” циклах, в которых насыщенность не достигает максимально возможных значений, функции относительной фазовой газопроницаемости представляют собой многозначные зависимости от насыщенности.

В работе для изучения влияния гистерезиса относительных фазовых проницаемостей на процесс многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах разработана математическая модель одномерной радиальной неустановившейся двухфазной фильтрации в однослойном осесимметричном (с центральным куполом) водоносном пласте. Указанная модель построена с использованием эффективного способа, не предусматривающего этапы составления и дискретизации дифференциальных уравнений, на которых требуется большое число условий по сходимости и устойчивости алгоритмов расчетов. Этот способ состоит в разбиении рациональной сеткой области моделирования на конечное число взаимосвязанных элементов. Для каждого элемента в алгебраическом виде составляются уравнения движения и сохранения. Полученные алгебраические уравнения преобразуются к системе линейных уравнений, а задача сводится к решению этой системы уравнения известными эффективными методами, например методом прогонки. При таком подходе созданные расчетные алгоритмы являются устойчивыми и экономичными.

В разработанной модели для расчета критической насыщенности захваченной фазы и относительной фазовой проницаемости на кривых сканирования в “непредельных” циклах чередующегося вытеснения воды и газа используется метод Киллоу.

Контроль влияния дискретизации пласта на расчетные значения и профили давления и насыщенности, а также контроль погрешностей материального баланса газа и воды в пласте обеспечили высокую точность и достоверность расчетов на всем протяжении рассмотренных многолетних расчетных периодов. Это дало основание утверждать, что расчеты по разработанной модели являются надежными и позволяют делать обобщающие выводы.

На основе проведенного анализа экспериментальных исследований относительных фазовых проницаемостей и многочисленных расчетных экспериментов на разработанной модели выявлены следующие закономерности чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах, обусловленные гистерезисом фазовых проницаемостей.

Первая закономерность состоит в том, что при равных значениях перепада давления в пористой среде скорость фильтрации газовой фазы в случае вытеснения воды газом может существенно превосходить таковую при вытеснении газа водой. Наоборот, при одинаковой скорости фильтрации газовой фазы перепад давления в пористой среде в случае вытеснения воды газом может быть значительно меньше, чем при вытеснении газа водой. Вторая закономерность заключается в том, что при вытеснении воды газом за фронтом вытеснения образуется слабогазонасыщенная область подвижного связного газа, которая характеризуется значением насыщенности ниже уровня остаточной газонасыщенности. В результате смены направления вытеснения ранее связный газ в этой области может оказаться в рассеянном (дисперсном) состоянии в виде отдельных несвязных пузырьков в поровых капиллярах, а сама эта область стать областью неподвижного дисперсного газа. Третья закономерность состоит в том, что после смены направления вытеснения воды газом на вытеснение газа водой за фронтом вытеснения образуются две последовательно обводняемые области, в которых может оставаться неподвижный газ. Первая область дисперсного газа с насыщенностью ниже уровня остаточной газонасыщенности. Вторая область защемленного газа в виде отдельных несвязных мульд в системе поровых капиллярных каналов с насыщенностью на уровне остаточной газонасыщенности. Четвертая закономерность проявляется в возможности образования при вытеснении газа водой за фронтом вытеснения слабоводонасыщенной области подвижной связной воды с уровнем насыщенности ниже остаточной водонасыщенности. В результате смены направления вытеснения остаточная вода в этой области переходит в неподвижное состояние.

На основе проведенных исследований процесса многократно чередующегося вытеснения воды и газа в гидрофильных пористых средах обнаружен и изучен эффект гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости. Эффект заключается в уменьшении газонасыщенности в области свободного газа и ее увеличении в приконтактной переходной области. Это приводит к своеобразному “размазыванию” в пласте закачиваемого газа, т.е. к значительно более широкому его распространению при одновременном снижении уровня газонасыщенности. Указанный эффект проявляется также в снижении репрессионной воронки давления в газонасыщенной области пласта при закачке газа и значительном увеличении депрессионной воронки давления и водного фактора при отборе газа. Увеличение депрессионной воронки давления происходит вследствие образования существенной по размерам области дисперсного газа. Образование дисперсного газа обуславливается изменением динамического состояния газа в приконтактной переходной области - из связного подвижного состояния при вытеснении воды газом он переходит в несвязное дисперсное (рассеянное) неподвижное состояние при вытеснении газа водой.

Выполненный параметрический анализ эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости показал, что для случая первичного дренажа определяющим параметром эффекта гистерезиса является критическое значение газонасыщенности при возвратной полной пропитке. Степень проявления эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости как в условиях бесконечного, так и замкнутого водоносного пласта тем выше, чем больше это критическое значение газонасыщенности.

Дополнительно проведены исследования многократно чередующегося вытеснения воды и газа без учета гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости. При этом функция относительной фазовой газопроницаемости принималась одинаковой для дренажа и пропитки и равной, в одном случае, при первичном полном дренаже, во втором случае - при однонаправленной пропитке (что обычно принимается на практике). Сравнение результатов этих исследований по распределению газонасыщенности в пласте, некоторые из которых представлены на рисунке 4, показало, что эффект гистерезиса значительно занижается в расчетах при использовании функции относительной фазовой газопроницаемости, соответствующей первичному полному дренажу, и полностью исключается при использовании функции фазовой газопроницаемости однонаправленной пропитки.

Расчеты показали, что эффект гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости приводит к снижению максимально возможного активного объема газа в пласте, значительному увеличению буферного объема газа в пласте и водного фактора при отборе газа, увеличению сроков создания газовой залежи подземного хранилища.

Рисунок 4 - Распределение газонасыщенности в бесконечном водоносном пласте на конец сезонов закачки и отбора в 1-ом, 4-ом и 15-ом году с учетом гистерезиса фазовой газопроницаемости, без учета гистерезиса при использовании функции первичного полного дренажа и однонаправленной пропитки

Проведенными исследованиями показано существенное значение эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости в процессе многократно чередующегося вытеснения воды и газа и необходимость учета этого эффекта при разработке технологий регулирования и контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ. С целью учета эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости в расчетах требуется задавать для каждых коллекторов адресную комбинацию двух функций фазовых проницаемостей в “предельных” циклах. При этом в случае сооружения подземных хранилищ в водоносных пластах задаются функции относительной фазовой газопроницаемости первичного полного дренажа и возвратной полной пропитки, в случае сооружения подземных хранилищ в газовых месторождениях - первичной полной пропитки и возвратного полного дренажа.

В третьей главе приведены результаты работы по дифференцированию общего и буферного объемов газа в неоднородных пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме и исследованию затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание буферного объема газа в пласте.

Введены новые понятия, термины и даны определения, позволившие дифференцировать общий и буферный объемы газа в неоднородных пористых пластах подземных хранилищ.

Рассмотрено понятие количества газа в пористом пласте в качестве определяющего технологического показателя подземного хранилища. Основными мерными характеристиками количества газа в пласте, как физической величины, приняты его значение, распределение по пластовым составляющим и динамическое состояние, определяемое участием его пластовых составляющих в фильтрационных массообменных процессах.

Показано, что использование термина “запасы” газа для обозначения всего количества газа в пористом пласте подземного хранилища вместо термина “количество” газа является некорректным в силу принципиальных различий по геологическим, технологическим и экономическим признакам понятий, обозначаемых этими терминами.

Введены понятия учетного и контролируемого количества газа в пласте на подземных хранилищах. За учетное количество газа в пласте принимается числящееся в нем количество по балансу газа на станции подземного хранения, в котором учитываются затраты газа на собственные технологические нужды. Контролируемым количеством газа в пласте считается количество газа, которое определяется с помощью применяемых методов контроля.

На основе исследований с использованием объемного метода выделены составляющие количества газа в пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме. К пластовым составляющим количества газа относятся: свободный газ в необводненной области искусственной газовой залежи; остаточный газ в обводненной области газовой залежи; газ приконтактной переходной (слабогазонасыщенной) области; остаточный газ обводненной области месторождения (в случае сооружения подземного хранилища в крупном истощенном или частично выработанном газовом месторождении). Кроме того, пластовые составляющие могут быть представлены газом, адсорбированным горными породами, растворенным газом в остаточной воде в пределах газовой залежи и приконтактной переходной области, газом, растворенным и диффундированным в водоносную область пласта, переточным газом во вторичных залежах (в случае их образования).

Рассмотрены основные годовые объемные по газу технологические показатели сооружения, расширения и циклической эксплуатации подземных хранилищ - общий Vобщ , буферный (подушечный) Vб и активный (рабочий) Vа объемы газа в пласте (рисунок 1).

Под общим объемом газа в пласте в том или ином году понимается максимальный объем газа в пласте в течение года. На этапах сооружения и расширения подземного хранилища общий объем газа в пласте может увеличиваться по годам за счет наращивания закачиваемого буферного и активного газа. На этапе циклической эксплуатации подземного хранилища общий объем газа в пласте ограничен проектной максимальной величиной.

Под буферным (подушечным) объемом газа в пласте в том или ином году понимается объем газа в пласте в конце сезона отбора. На этапах сооружения и расширения подземного хранилища буферный объем газа в пласте увеличивается по годам за счет наращивания закачиваемого буферного газа. На этапе циклической эксплуатации подземного хранилища буферный объем газа в пласте ограничен проектной минимальной величиной.

Сформулированы основные технологические требования к общему и буферному объемам газа в пласте для обеспечения нормального сооружения, расширения и многолетней циклической эксплуатации подземного хранилища.

Под активным (рабочим) объемом газа в пласте понимается разность между общим объемом газа и буферным объемом газа в пласте по всем пластовым составляющим. Активный объем газа в пласте при соответствующей производительности фонда скважин и объектов обустройства станции подземного хранения обеспечивает объем активного газа подземного хранилища, включая все его составляющие. В газгольдерном режиме циклической эксплуатации подземного хранилища объем активного газа может значительно увеличиваться за счет многоцикличности закачки и отбора газа в течение года.

На основе анализа результатов гидродинамических расчетов и промысловых данных контроля циклической эксплуатации подземных хранилищ газа в пористых пластах обоснованы составляющие общего и буферного объемов газа в пласте при водонапорном режиме, дана оценка их возможного соотношения при закачке и отборе газа на хранилище.

В соответствии с проведенным анализом доминирующую часть (до 90 - 95 %) общего объема газа в пласте составляют свободный газ основной газовой залежи и газ в приконтактной переходной (слабогазонасыщенной) области. Основную часть буферного объема газа в пласте образуют свободный газ в необводненной области и остаточный газ в обводненной области газовой залежи, а также газ в приконтактной переходной области. Доля газа, адсорбированного горными породами пласта, и растворенного газа в остаточной воде оценивается не более 1 – 1.5 %. Ежегодное увеличение доли газа, растворенного и диффундированного в водоносную область пласта, может составлять 0.15 – 0.2 % от активного объема газа в пласте. В состав общего и буферного объемов газа в пласте, кроме того, может входить объем газа, ушедшего из основной газовой залежи и скопившегося во вторичных газовых залежах пласта. Доля этого газа в общем объеме газа в пласте в отдельных случаях может достигать несколько десятков процентов.

На примере зонально и слоисто неоднородных пластов проведены исследования особенностей аккумулирования при закачке и дренирования при отборе газа пластов подземных хранилищ. Показано, что высокие темпы, малая продолжительность и периодическая смена закачек и отборов газа при сооружении и циклической эксплуатации подземных хранилищ обуславливают существенное увеличение неравномерности аккумулирования и дренирования неоднородных пластов.

Аккумулируемую часть общего объема газа в пласте Vобщ ак (рисунок 1) представляют свободный газ основной газовой залежи и газ в приконтактной переходной области. Все остальные пластовые составляющие образуют неаккумулируемую часть общего объема газа в пласте Vобщ неак. Дренируемую часть общего объема газа в пласте Vобщ др образует только свободный газ основной газовой залежи, все остальные пластовые составляющие входят в недренируемую часть общего объема газа в пласте Vобщ недр.

Аккумулируемая часть буферного объема газа в пласте Vб ак включает свободный газ необводненной и остаточный газ обводненной области основной газовой залежи, а также газ в приконтактной переходной области. В неаккумулируемую часть буферного объема газа в пласте Vб неак входят все остальные пластовые составляющие. Дренируемая часть буферного объема газа в пласте Vб др представлена только свободным газом необводненной области основной газовой залежи. Все остальные пластовые составляющие образуют недренируемую часть буферного объема газа в пласте Vб недр.

Проведенные исследования показали, что при циклической эксплуатации подземных хранилищ в пористых пластах, дренируемые части общего объема газа и буферного объема газа в пласте существенно меньше их аккумулируемых частей.

По степени участия в фильтрационных газовых потоках выделены активно и пассивно аккумулируемые и дренируемые части общего Vобщ ак акт, Vобщ ак пас, Vобщ др акт, Vобщ др пас и буферного объемов газа в пласте  Vб ак акт, Vб ак пас, Vб др акт, Vб др пас (рисунок 1). Активно аккумулируемые и дренируемые части объемов газа в пласте, сосредоточенные преимущественно в высокопроницаемых участках пласта, с заметным (фиксируемым) изменением пластового давления участвуют в фильтрационных газовых потоках от скважин или к скважинам и обеспечивают основной вклад в регулирование пластового давления в районе расположения эксплуатационных скважин при закачках и отборах газа. Пассивно аккумулируемые и дренируемые части объемов газа в пласте, находящиеся в основном в низкопроницаемых и удаленных участках пласта, участвуют в работе системы скважин с отставанием во времени и оказывают второстепенное воздействие на регулирование пластового давления в районе расположения эксплуатационных скважин. Соотношение активно и пассивно аккумулируемых и дренируемых частей общего и буферного объемов газа в пласте зависит от пространственного распределения неоднородных участков пласта, уровня и соотношения их емкостных и фильтрационных свойств, темпов закачки и отбора газа в пласте, системы размещения эксплуатационных скважин и распределения расходов газа по ним.

Проведены исследования затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание буферного объема газа в пласте.

Под затратами газа на создание буферного объема газа в пласте понимаются затраты закачиваемого газа на формирование пластовых составляющих буферного объема газа. Эти затраты осуществляются на этапах сооружения и расширения подземных хранилищ.

В качестве затрат газа на поддержание буферного объема газа в пласте принимаются затраты закачиваемого газа на восполнение пластовой составляющей свободного газа для обеспечения технологических требований к буферному объему газа в пласте. Уменьшение пластовой составляющей свободного газа связано с многолетним непрерывным процессом растворения закачиваемого газа в пластовых водах и конвективно-диффузионного переноса растворенного газа в водоносную область пласта при циклических вторжениях - оттеснениях пластовых вод в газовой залежи. При многолетней циклической эксплуатации подземного хранилища объемы газа растворенного и диффундированного в водоносную область пласта накапливаются и могут достигать существенной части буферного объема газа в пласте. В связи с этим они должны ежегодно списываться с баланса газа в пласте в составе статьи собственных технологических нужд и компенсироваться затратами закачиваемого газа на поддержание буферного объема газа в пласте.

Рассмотрены различные виды затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание буферного объема газа в пласте, что позволило обосновать понятие пластовых потерь газа.

Под пластовыми потерями газа следует понимать первично и вторично нерациональную часть затрат закачиваемого газа на создание и поддержание буферного объема газа в пласте, понесенную “впустую”. Пластовые потери закачиваемого газа могут включать неконтролируемые или нерентабельные по отбору объемы “вертикальных” утечек газа из пласта и объемы газа, ушедшего из основной газовой залежи за пределы структурной ловушки.

Четвертая глава посвящена вопросам упорядочения и рационального использования разных по сложности гидродинамических моделей пористых пластов для адекватного решения задач регулирования и контроля количества газа в пластах разного геологического строения на всех этапах функционирования подземных хранилищ.

Разработаны принципы рационального гидродинамического моделирования пористых пластов подземных хранилищ газа. Эти принципы включают последовательность построения моделей разного уровня, проблемную ориентированность и адекватность модели поставленной задаче исследования, соответствие модели сложности геологического строения пласта и объему достоверных исходных данных. К числу этих принципов также относятся объединение (комплексирование) разных по сложности моделей, описывающих отдельные области пласта, в его полномасштабной модели, взаимодополняемость и контроль правильности результатов моделирования, полученных на моделях разного уровня.

Указанные принципы заключаются в следующем. Многочисленные гидродинамические модели пористых пластов подземных хранилищ по образу многообразных вертикальных и горизонтальных связей “генеалогического древа” последовательно “выстраиваются” от “высшего” уровня сложных – подробных многомерных детальных сеточных моделей до “низшего” уровня упрощенных – приближенных низкомерных укрупненных моделей, образуя комплекс моделей разного уровня.

Каждая модель пласта в указанном комплексе должна быть проблемно ориентирована и настроена на адекватное решение конкретной задачи исследования, обеспечивая рациональный объем трудозатрат физического и компьютерного моделирования. С одной стороны, модель по количеству и составу параметров должна наиболее полно соответствовать целям исследования. С другой стороны, параметров модели должно быть минимально необходимо и достаточно для решения поставленной задачи. Так, при исследовании, например, укрупненных показателей газовой залежи подземного хранилища, во многих случаях достаточно использование упрощенных гидродинамических моделей. Для исследования систем хранения и размещения скважин требуются более сложные модели.

Применение той или иной гидродинамической модели в решающей степени зависит от сложности геологического строения пласта и объема достоверных исходных лабораторных, геофизических, геологических и промысловых данных. Область предпочтительного применения упрощенных гидродинамических моделей распространяется на пласты сравнительно однородного геологического строения, а также на пласты с ограниченным объемом достоверных исходных данных. Областью предпочтительного применения сложных гидродинамических моделей являются сложно построенные неоднородные пласты, по которым имеется достаточно большой объем исходных данных.

Адекватность полномасштабной модели пласта, описывающей пласт в целом, поставленной задаче и соответствие такой модели объему и достоверности исходных данных, имеющихся по разным областям пласта, обеспечиваются путем комплексирования – объединения разных по сложности моделей, описывающих отдельные области пласта.

Упрощенные и сложные гидродинамические модели пластов, а также получаемые с их использованием результаты расчетов взаимно дополняют и могут служить в качестве проверки друг друга. Так, низкомерные укрупненные модели позволяют описать некоторую интегральную в пространстве характеристику состояния газовой залежи хранилища, многомерные детальные сеточные модели - дифференциальную картину распределения насыщенности и давления в пласте. Результаты расчетов на укрупненных моделях могут служить интегральной проверкой результатов, полученных на детальных сеточных моделях, результаты сеточного моделирования представляют собой определенную детализацию решений на укрупненных моделях. Исходя из этого контроль результатов моделирования при решении как прямых, так и обратных задач, особенно для сложно построенных неоднородных пластов, целесообразно осуществлять путем последовательного использования нескольких гидродинамических моделей разного уровня и сопоставления полученных результатов. Последовательный переход от “крупносеточных” к “мелкосеточным” моделям позволит в прямых задачах более обоснованно и экономично получать прогнозные решения, при решении обратных задач - проводить определенную регуляризацию решений некорректных задач.

Дано обоснование рационального использования разных по сложности гидродинамических моделей пористых пластов для решения задач регулирования и контроля количества газа в пласте на разных этапах функционирования подземных хранилищ газа.

Показано, что рациональное использование тех или иных по сложности моделей – это вопрос соотношения цены и качества, т.е. на сколько получаемые результаты моделирования будут соответствовать понесенным затратам и удовлетворять целям и задачам моделирования. Проведенные исследования показали, что при использовании упрощенных гидродинамических моделей повышение условно на единицу качества результатов обеспечивается сравнительно небольшим приростом затрат. При использовании сложных гидродинамических моделей для повышения качества результатов на условную единицу требуется значительное увеличение затрат на моделирование.

По результатам анализа применения разных по сложности гидродинамических моделей пористых пластов получены оценки рационального долевого использования моделей на разных этапах функционирования подземных хранилищ газа. В начале сооружения подземного хранилища на базе укрупненной цифровой геологической модели имеется возможность построения и использования только упрощенных гидродинамических моделей пласта. По мере поступления новых геологических данных в процессе сооружения подземного хранилища детализируется цифровая геологическая модель пласта, происходит постепенное снижение рациональной доли преимущественного использования упрощенных гидродинамических моделей и увеличение доли использования сложных гидродинамических моделей пласта.

На этапе циклической эксплуатации подземного хранилища на основе детальной геологической модели пласта появляется возможность построения подробной, многомерной, детальной сеточной гидродинамической модели пласта, а также уточнения ранее созданных упрощенных гидродинамических моделей путем их адаптации по поступающим новым данным истории хранения газа. При этом рациональная доля использования упрощенных гидродинамических моделей становится не более 40% в основном для оперативных укрупненных технологических расчетов и расчетов на долгосрочную перспективу. Рациональная доля применения детальных многомерных гидродинамических моделей увеличивается до уровня примерно 60%.

Полученный опыт использования гидродинамических моделей показывает, что для типичных по сложности геологического строения объектов хранения газа трудовые и материальные затраты при исключительном использовании сложных трехмерных моделей оправдываются достигаемыми результатами на 50-60%. Это означает, что в 40% случаев те же результаты можно получать с меньшими затратами на более простых моделях.

Разработана структура иерархического комплекса гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа: по полноте описания происходящих в пласте физических процессов; способу описания взаимного вытеснения и совместной фильтрации газа и воды; размерности и системе координатных осей в динамико-кинематической схематизации фильтрационных потоков; размерам ячеек, равномерности сетки и масштабу осреднения параметров цифровых фильтрационных моделей пласта (рисунок 5).

В разработанной структуре в приближенных гидродинамических моделях ограничиваются рассмотрением лишь основных свойств газа и пластовой воды и наиболее значимых сторон происходящих в пласте процессов. В подробных гидродинамических моделях в наибольшей степени учитываются реальные свойства флюидов и породы и наиболее широкий круг эффектов и явлений физики газоводонасыщенного пласта. В подробных моделях рассматривается неполное вытеснение и совместное (двухфазное) течение газа и воды, может учитываться капиллярный гистерезис и гистерезис относительных фазовых проницаемостей для флюидов при их многократно чередующемся вытеснении. Кроме того, в подробных моделях может рассматриваться адсорбция газа горными породами, растворение газа в пластовой воде и конвективно-диффузионный перенос растворенного газа в водоносную область пласта. Подробные гидродинамические модели позволяют проводить детальные исследования отдельных процессов.

Гидродинамические модели с более низкой размерностью получаются путем последовательного интегрирования по исключаемым осям дифференциальных уравнений фильтрации газа и воды в моделях с более высокой размерностью. При этом в моделях с низкой размерностью используются масштабированные по

Рисунок 5 - Многоуровневая структура иерархического комплекса

гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа

исключаемым осям параметры детальной цифровой геологической модели пласта и модифицированные дополнительные фильтрационные параметры.

Цифровые фильтрационные модели пласта по размерам ячеек и масштабу осреднения параметров представляют собой последовательно построенные “сверху вниз” модели - от детальных сеточных мелкомасштабных до укрупненных крупномасштабных моделей.

В работе рассмотрены разновидности гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ газа.

Приведена балансовая модель газовой залежи при газовом и водонапорном режиме. Рассмотрены модификации балансовой модели газовой залежи, в которых учитываются основные особенности распределения давления и газонасыщенности в пласте путем той или иной геометрической схематизации пласта, детализации уравнения материального баланса газа в целом для залежи и расчетных формул вторжения-оттеснения пластовой воды в газовую залежь. В рассмотренных модификациях балансовой модели - зональной, слоистой, блочной, концентрированного расположения эксплуатационных скважин, переменной газонасыщенности по зонам газоносности учитываются общие репрессионные и депрессионные воронки давления по выделяемым укрупненным разнодренируемым участкам газовой залежи.

Среди модификаций балансовой модели рассмотрена отдельная группа “двухобъемных” моделей газовой залежи. В этих моделях газовая залежь представляется в виде двух виртуальных газодинамически связанных между собой объемов, пространственное положение которых не “привязывается” к конкретному геологическому строению пласта и системе размещения скважин. Здесь, в одном виртуальном объеме объединяются все активно аккумулируемые и дренируемые участки залежи, а в другом - все пассивно аккумулируемые и дренируемые участки. В связи с этим такие модели позволяют оценивать активно и пассивно аккумулируемые и дренируемые объемы газа в пласте даже в тех случаях, когда известны лишь наиболее общие особенности геологического строения пласта и системы размещения скважин.

В составе иерархического комплекса гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ приведена исходная трехмерная модель газовой залежи и ее окрестности и некоторые часто используемые гидродинамические модели с более низкой размерностью, в которых учет геометрии пласта осуществляется по рассматриваемым осям: двухмерная площадная с подошвенной водой, двухмерная площадная с контурной водой, двухмерная осесимметричная с подошвенной водой, двухмерная осесимметричная с контурной водой.

Рассмотрены разновидности аналитических моделей водоносной области, которые совместно с моделями газовой залежи и ее окрестности образуют полномасштабную гидродинамическую модель пористых пластов подземных хранилищ.

Пятая глава представляет результаты исследований условий стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации искусственных газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.

Проведенный параметрический анализ влияния основных геологических, гидродинамических и технологических факторов на процессы стабилизации и многолетней установившейся циклической эксплуатации газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме показал следующее.

Размеры структурной ловушки водоносного пласта оказывают решающее влияние на процессы стабилизации и установившейся циклической эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ. Если размеры структурной ловушки водоносного пласта таковы, что ГВК не выходит за ее пределы, происходит стабилизация по годам средневзвешенного давления в газовой залежи и среднего давления в зоне расположения скважин. В случае ухода газа за пределы ловушки наблюдается совершенно иной механизм изменения давления в пласте. Падение давления в зоне расположения скважин связано с общим процессом падением давления в пластовой системе, что является результатом прекращения увеличения объема газа в пределах ловушки. При уходе значительных объемов газа за пределы ловушки расчетное давление в зоне расположения скважин может снизиться ниже нулевого уровня, и расчет дальнейшей циклической эксплуатации газовой залежи будет не возможным.

Увеличение амплитуды структурной ловушки водоносного пласта способствует ускорению стабилизации среднего давления в зоне расположения скважин при циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. При повышенной амплитуде ловушки достигаются более высокие значения средневзвешенной газонасыщенности в газовой залежи и зоне расположения скважин в конце сезона отбора.

Эксплуатация газовой залежи подземного хранилища в значительной степени зависит от гидропроводности (проницаемости) пласта. При низких значениях проницаемости пласта в газоносной части образуется значительная воронка депрессии. При заданном режиме закачки и отбора газа депрессионная воронка может увеличиваться настолько, что расчетное пластовое давление в зоне расположения скважин становится отрицательным и дальнейший расчет эксплуатация газовой залежи при этом режиме становится невозможным.

Единственным фактором, оказывающим позитивное влияние на компактное формирование газовой залежи подземного хранилища при ее создании, являются гравитационные силы, которые препятствуют распространению газа по пласту за пределы структурной ловушки. Гравитационные силы нивелируют перепады давления, вызванные фильтрацией флюидов. Влияние гравитационной составляющей перепада давления при вытеснении воды газом увеличивается с уменьшением скорости фильтрации и ростом проницаемости пласта. Расчеты показали, что снижение скорости фильтрации в 5 раз, за счет соответствующего увеличения периода создания газовой залежи, и повышение проницаемости пласта в 4 раза приводят более чем к 50% повышению средневзвешенной газонасыщенности и газонасыщенному поровому объему газовой залежи.

Темпы закачки буферного газа в процессе создания газовой залежи подземного хранилища в водоносном пласте в значительной степени обуславливают параметры и возможность ее многолетней стабильной циклической эксплуатации.

При медленном темпе закачки буферного газа газовая залежь в конце ее создания характеризуется повышенными значениями газонасыщенности пласта.

Главное различие вариантов по темпу закачки буферного газа заключается в том, что в случае форсированного темпа закачки объем ушедшего за пределы ловушки газа может увеличиться на столько, что последующая многолетняя циклическая эксплуатация газовой залежи станет невозможной. При медленном темпе закачки буферного газа, даже в случае ухода некоторого его количества за пределы ловушки, наблюдается стабилизация показателей циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища.

В работе показано, что после закачки буферного газа период стабилизации средневзвешенного давления в газовой залежи в конце сезона закачки и сезона отбора с начала ее циклической эксплуатации может составлять 5-10 лет. Еще большей продолжительностью характеризуется процесс падения среднего давления в зоне расположения эксплуатационных скважин. При этом в случае низкой гидропроводности пласта стабилизация пластового давления в зоне расположения скважин может не наступить.

Если при закачке при повышенных давлениях газ уходит за пределы ловушки в водоносную область пласта, обратное полное его “возвращение” при отборе невозможно, поскольку при отборе подвижность газа исчезает при значениях газонасыщенности, существенно больше нулевой. Возникают пластовые потери газа. Происходит уменьшение по годам средневзвешенной газонасыщенности в газовой залежи. Так проявляется явление “гидродинамической смерти” хранилища (по терминологии профессора А.Л. Хейна). Это явление наблюдается при хранении газа в горизонтальных пластах, где циклическая эксплуатация газовой залежи подземного хранилища сопровождается необходимостью ежегодно превышать объем закачки над объемом отбора газа. Если пласт имеет локальный подъем за замком ловушки, пластовые потери газа, связанные с его уходом за пределы ловушки, будут выше.

Таким образом, если в горизонтальном водоносном пласте пластовые потери газа сравнительно небольшие, то “гидродинамическая смерть” подземного хранилища довольно условна. В водоносном пласте с локальным подъемом за замком ловушки пластовые потери газа возрастают на столько, что значительно опускается давление в зоне расположения скважин и не имеется возможности циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища.

Оценку ежегодных пластовых потерь газа, связанных с его уходом за пределы структурной ловушки, можно условно проводить по величине расчетного превышения годового объема закачки над объемом отбора, при котором не происходит падение пластового давления в зоне расположения скважин. На эту величину необходимо ежегодно осуществлять дополнительную закачку газа для компенсации пластовых потерь с целью обеспечения стабильной циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. По расчетам ежегодные пластовые потери газа по причине его ухода за пределы структурной ловушки могут составлять до нескольких процентов от активного объема газа в пласте.

В условиях ограниченной структурной ловушки, когда ГВК выходит за ее пределы, с ростом величины активного объема газа увеличиваются годовые пластовые потери. Относительные годовые пластовые потери газа, представляющие отношение годовых пластовых потерь к активному объему газа, менее чувствительны к величине активного объема. Так, если с ростом активного объема в рассмотренных примерах в 1.5 раза годовые пластовые потери возрастают более чем в 3 раза, то относительные потери газа возрастают в этом случае всего на 4.3 %.

При ограниченной структурной ловушке с уменьшением общего объема газа в пласте пластовые потери газа, связанные с его уходом за пределы ловушки, уменьшаются. Относительные годовые пластовые потери газа, выражаемые отношением годовых пластовых потерь к общему объему, также уменьшаются, хотя менее интенсивно, чем абсолютные потери. С уменьшением в рассмотренных примерах общего объема газа в пласте на 35% годовые пластовые потери снизились в 9 раз, а относительные годовые пластовые потери - в 6 раз. При некотором общем объеме газа пластовые потери прекращаются, но при этом сокращается активный объем газа пропорционально снижению общего объема.

Варьируя размещением скважин, можно существенно улучшить условия эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. Из рассмотренных вариантов системы центрального, промежуточного и равномерного размещения скважин только при равномерном размещении наблюдается стабилизация давления в зоне расположения скважин и установившаяся циклическая эксплуатация газовой залежи подземного хранилища. При другом размещении скважин установившейся циклической эксплуатации газовой залежи при заданных режимах не происходит. Равномерное размещение скважин характеризуется пониженной амплитудой изменения давления в зоне скважин. Однако такая система размещения скважин имеет некоторый недостаток при эксплуатации, связанный с тем, что скважины размещаются вблизи ГВК и имеется повышенная опасность их обводнения.

В диссертации показано, что уменьшение активного объема газа при сохранении соотношения активного объема к буферному объему приводит к прекращению падения по годам давления в зоне расположения скважин и наступлению установившейся циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища. Увеличение “веса” буферного объема газа в его соотношении с неизменным активным объемом газа мало влияет на характер снижения давления в зоне расположения скважин и не позволяет стабилизировать циклическую эксплуатацию газовой залежи подземного хранилища.

Из результатов расчетов следует, что при отборе газа в окружающем водоносном бассейне происходит значительное дренирование пласта - вблизи ГВК и на некотором удалении от него давление существенно падает по сравнению с начальным гидростатическим давлением. Поэтому оттеснение воды из залежи хранилища начинается при давлениях ниже начального гидростатического давления. И, наоборот, перед отбором давление в окружающей водоносной системе в процессе предшествующей закачки возрастает по сравнению с начальным гидростатическим давлением. Поэтому поступление воды в газовую залежь начинается при давлении выше начального гидростатического давления.

Показано, что в процессе стабильной циклической эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ при водонапорном режиме минимальный газонасыщенный поровый объем реализуется при давлении в залежи ниже начального гидростатического, а максимальный газонасыщенный поровый объем реализуется при давлении в залежи выше начального гидростатического давления.

Проведенные в диссертации исследования изменения давления (плотности газа в пластовых условиях) в зоне расположения скважин от объема газа в пласте при циклической эксплуатации газовой залежи подземного хранилища при водонапорном режиме показывают следующее. Использование рекомендаций для определения объема газа в пласте, которые основываются на утверждении, что “давления, при которых достигаются максимальное и минимальное значения газонасыщенного порового объема, должны быть одинаковыми и равными давлению на контуре питания”, приводит к значительным ошибкам. Пониженные оценки объема газа в пласте, получаемые по таким рекомендациям, можно объяснить “мнимыми” пластовыми потерями газа по причине якобы его ухода за пределы структурной ловушки. В связи с этим, такие рекомендации не могут быть использованы для определения объема газа в пласте, а лишь для качественной оценки состояния газовой залежи подземного хранилища.

Часто наблюдаемое в практике резкое снижение пластового давления в зоне расположения скважин связано, как правило, не с потерями газа в пласте по причине его ухода за пределы ловушки, а с наличием существенной воронки депрессии в пласте. Поэтому при современном уровне развития математического аппарата по гидродинамическому моделированию газовых залежей подземных хранилищ делать допущение об отсутствии воронок депрессии при регулировании и контроле количества газа в пористом пласте недопустимо.

Исследования изменения газонасыщенности на внешней границе газовой залежи при ее циклической эксплуатации показывают, что если газ не выходит за пределы ловушки, происходит полная стабилизация газовой залежи хранилища. При этом наблюдается следующее объяснимое явление – с ростом давления, т.е. при закачке газа, газонасыщенность в последней газонасыщенной ячейке уменьшается.

Результаты проведенных исследований дают основание полагать о возможности эксплуатации подземного хранилища при незначительном уходе газа за пределы структурной ловушки.

В подавляющем большинстве случаев фактические технологические режимы циклической эксплуатации подземных хранилищ газа по причинам, связанным в основном с условиями газопотребления и газоснабжения, не соответствуют проектным классическим однолетним циклам, при которых от цикла к циклу остаются неизменными объемы и графики расхода газа при закачке и отборе.

При газовом режиме газовой залежи изменение технологического режима эксплуатации подземного хранилища в каком-либо цикле, как правило, не оказывает большого влияния на показатели последующих циклов эксплуатации.

Проведенные в работе исследования показали, что неклассический технологический режим циклической эксплуатации подземных хранилищ в ограниченной структурной ловушке водоносных пластов, особенно в условиях высокой гидропроводности (проницаемости), приводит к повышенному уходу газа за ее пределы и увеличению пластовых потерь газа. Неклассический технологический режим в таких условиях не позволяет вести многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию газовой залежи подземного хранилища.

В шестой главе рассмотрены вопросы регулирования количества газа в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме.

В работе проведен сопоставительный анализ соотношения между буферным и активным объемом газа в пласте на отечественных и зарубежных подземных хранилищах. Установлено, что в России отношение активного объема газа к буферному объему более высокое. Для подземных хранилищ, созданных в газовых месторождениях, это отношение в среднем составляет 139%. Для подземных хранилищ в водоносных пластах оно равно 87%.

Выявлены основные факторы, влияющие на величину буферного объема газа в пористых пластах подземных хранилищ. Определены основные технологические методы снижения буферного объема газа в пласте, к которым относятся - повышение пластового давления, выбор рационального темпа закачки буферного газа при создании газовой залежи хранилища, интенсификация эксплуатационных скважин, использование скважин большого диаметра и горизонтальных скважин.

Разработан экспресс-метод оценки эффективности вариантов сооружения и циклической эксплуатации подземных хранилищ газа. Показано, что в оптимальном варианте доля затрат на создание буферного объема газа в пласте в незначительной степени зависит от удельных экономических нормативов, а определяется технологическими показателями подземного хранилища.

Рассмотрены основные проблемы создания газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами. Первая проблема заключается в том, что при закачке в результате всплывания и опережающего продвижения газа по кровле пласта-коллектора происходит его активное “растекание” по площади. В неоднородных пластах в условиях ограниченной ловушки существует повышенная опасность ухода газа за ее пределы.

Другая проблема создания газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках состоит в том, что вследствие активного всплывания газа не удается достаточно глубоко оттеснить подошвенные воды в зоне закачки от забоев нагнетательных скважин и достичь повышенных газонасыщенных толщин в области расположения эксплуатационных скважин. Газонасыщенные толщины могут лишь на несколько метров превышать вскрываемые мощности пласта.

При создании газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов большой толщины с активными водами образуется “тонкая” газовая залежь водоплавающего типа, достигающая значительных размеров по площади – возможно до нескольких километров в диаметре, но со сравнительно очень малой газонасыщенной толщиной в пределах двух–трех десятков метров.

Основная проблема эксплуатации тонких водоплавающих газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ с активными пластовыми водами состоит в опережающем “подтягивании” подошвенных вод и преждевременном обводнении эксплуатационных скважин, защемлении больших объемов остаточного газа в обводняемой области, уменьшении активного объема и увеличении буферного объема газа в пласте. Кроме того, в тонких водоплавающих залежах эксплуатация газовых скважин проводится в условиях возможного повышенного водного фактора отбираемого газа на забое скважин, что может вызывать существенную активизацию пескопроявлений, и вынужденного попутного выноса пластовой воды.

Рассмотрены основные технологические методы регулирования количества газа в пласте для решения гидродинамических проблем создания и эксплуатации газовых залежей подземных хранилищ в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами. К этим методам можно отнести: концентрированное размещение эксплуатационных скважин в центральной сводовой части структуры; “глубинную” закачку газа в водоносную часть пласта, в т.ч. закачку под слабопроницаемую перемычку; отбор газа из прикровельной части пласта путем перевода на ряде существующих вертикальных скважин интервалов вскрытия пласта в его прикровельную часть или применения горизонтальных скважин. Кроме того, для решения указанных проблем может использоваться комбинированная система нагнетательных и эксплуатационных скважин на хранилище, позволяющая реализовать селективную закачку и отбор газа.

В работе показано, что на действующих подземных хранилищах газа, при сложившейся системе размещения скважин и вскрытия пласта, основными эффективными технологическими методами решения гидродинамических проблем “всплывания” и “растекания” газа при его закачке, активного избирательного обводнения газовой залежи и скважин при отборе газа в условиях малой амплитуды ловушки с активными пластовыми водами являются изменение технологического режима эксплуатации хранилища и регулирование режимами эксплуатации групп скважин (зонное регулирование закачки и отбора газа).

На примере Щелковского подземного хранилища показаны результаты реализации указанных методов регулирования количества газа в пласте для решения проблемы стабилизации циклической эксплуатации тонкой водоплавающей газовой залежи в малоамплитудной ловушке водоносного пласта с активными водами.

Дано обоснование и рассмотрены основные результаты внедрения нового технологического режима эксплуатации хранилища и зонного регулирования темпов и объемов закачки и отбора газа по группам скважин.

К основным результатам регулирования можно отнести - “компактное” формирование в сезонах закачки газовой залежи в пределах Щелковского поднятия с предельными коэффициентами газонасыщенности щигровских неоднородных песчано-алевролитовых коллекторов в зоне расположения скважин, значительное увеличение дренируемой части общего объема газа в пласте в сезонах отбора. Дополнительными результатами реализации зонного регулирования закачки и отбора газа по группам скважин явились существенный прирост максимально возможных суточных отборов газа, кратное снижение водного фактора и пескопроявлений в скважинах, кратное уменьшение выбытия скважин из эксплуатации по причине образования песко-жидкостных пробок и свищей.

Главным результатом проведенных исследовательских и промышленных работ явилась разработка технологии регулирования количества газа в малоамплитудных ловушках водоносных пластов с активными водами, позволяющей достигать стабилизации и обеспечивать последующую многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию “тонких” газовых залежей подземных хранилищ в сложных геолого-гидродинамических условиях.

Седьмая глава посвящена разработке комплекса аналитических методов контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ.

Комплекс включает методы на основе моделирования и статистические методы контроля.

К методам контроля количества газа в пористых пластах на основе моделирования относится объемный (геометрический) метод, базирующийся на геологической модели пласта, и гидродинамический (пьезометрический) метод, основывающийся на гидродинамических моделях пласта.

Объемным методом определяется количество находящегося в пласте газа. При наличии необходимых исходных данных с помощью объемного метода устанавливается распределение объема газа по всем пластовым составляющим. Гидродинамическим методом определяется аккумулируемое при закачке или дренируемое при отборе количество газа в пласте.

В работе рассмотрены факторы, обуславливающие точность определения объемным методом объема газа, находящегося в пласте на подземном хранилище. Показано, что на практике при отсутствии утечек газа из пласта может возникать расчетный “разбаланс” объема газа в пласте, достигающий нескольких десятков процентов. Под расчетным “разбалансом” объема газа в пласте понимается разница между учетным, числящимся по балансу газа на станции подземного хранения, объемом газа в пласте и рассчитанным объемным методом.

В диссертации показано, что расчетный “разбаланс” объема газа в водоносных пластах подземных хранилищ при достоверном его учетном объеме связан с ошибками, возникающими вследствие неполного расчета всех пластовых составляющих объемным методом.

В гидродинамическом методе контроля количества газа в пористом пласте используются гидродинамические модели пласта, описывающие взаимосвязь режимных показателей процесса хранения газа - расходов газа и давлений в скважинах, с параметрами цифровых фильтрационных моделей. Гидродинамический метод представляет собой решение обратных гидродинамических задач по идентификации параметров этих моделей на основе фактических данных (истории) хранения газа. Идентифицированные параметры адаптированных по фактическим данным хранения гидродинамических моделей можно принимать в качестве фильтрационно-емкостных свойств пласта и по ним определять аккумулируемые и дренируемые объемы газа в пласте.

В работе рассмотрены факторы, определяющие условность результатов адаптации к режимным показателям хранения газа. Условность результатов адаптации заключается в том, что параметры адаптированной модели, полученные по данным реализованной системы хранения газа, соответствуют сложившейся геометрии фильтрационных потоков в конкретных геологических условиях.

В диссертации разработаны принципы адаптации гидродинамических моделей пористых пластов подземных хранилищ по фактическим данным хранения газа. Разработанные принципы позволяют проводить удовлетворительную адаптацию гидродинамических моделей и определять аккумулируемые и дренируемые объемы газа в неоднородных пластах в условиях, когда в течение рассматриваемых периодов адаптации происходят существенные изменения системы хранения газа (системы размещения нагнетательно-эксплуатационных скважин и расходов закачки и отбора газа по ним).

Одним их основных факторов, определяющих результаты адаптации гидродинамических моделей, является достоверность замеряемых значений пластового давления в скважинах в неоднородных пластах. В связи с этим рассмотрены особенности замеряемых значений пластового давления в газовых скважинах в слоисто и зонально неоднородных пластах.

Показано, что для реальной на практике продолжительности остановки эксплуатационных или нагнетательных скважин (в пределах нескольких суток) замеряемые в них значения пластового давления лишь незначительно отличаются от давления в участках пласта с повышенной проницаемостью в окрестности скважин. Из этого следует, что по замеряемым значениям пластового давления может быть оценена лишь активная часть всего аккумулируемого или дренируемого объема газа, которая сосредоточена преимущественно в высокопроницаемых участках пласта.

В диссертации приведена графическая интерпретация метода материального баланса газовой залежи хранилища при газовом режиме, которая заключается в обработке промысловых данных об изменении во времени средневзвешенного по газонасыщенному поровому объему пластового давления и отобранного или закачанного объема газа по уравнению материального баланса в целом для газовой залежи. Проблема определения средневзвешенного пластового давления в целом по газовой залежи всеми известными методами заключается в том, что для этого требуются замеры пластовых давлений в многочисленных точках пласта по всему объему газовой залежи.

На практике пластовые давления замеряют в ограниченном числе скважин. Кроме того, в ряде случаев осреднение давлений не представляется возможным провести путем их взвешивания, а среднее давление находится как среднеарифметическое значение замеряемых давлений. В таких случаях, особенно при неравномерном размещении скважин в неоднородных пластах, определяется некоторое пластовое давление в районе расположения скважин. При использовании в методе материального баланса газовой залежи пластового давления в районе расположения скважин вместо средневзвешенного пластового давления, определяется не весь газонасыщенный поровый объем залежи и не все аккумулируемые и дренируемые объемы, а только некоторая их часть. Эта часть соответствует газонасыщенному поровому объему, аккумулируемым и дренируемым объемам газа в районе расположения скважин.

Разработана методика определения аккумулируемой и дренируемой частей общего и буферного объемов газа в пласте по данным отдельных сезонов закачки и отбора методом материального баланса газовой залежи при водонапорном режиме с учетом особенностей оттеснения и вторжения в залежь пластовых вод при циклической эксплуатации подземного хранилища.

Разработана методика определения дренируемых объемов газа в залежи по картам изобар с использованием зональной и сеточной площадных моделей пласта при газовом режиме. Показано, что не учет усиления неравномерности дренирования газоносных коллекторов при циклической эксплуатации подземного хранилища по сравнению с разработкой месторождения, на базе которого создано хранилище, может приводить к существенному завышению активно дренируемых объемов газа и расчетного активного объема, а также занижению буферного объема газа в пласте.

При определении количества газа в пористом пласте подземного хранилища объемным и гидродинамическим методами возможны случайные и систематические ошибки. В диссертации для оценки и учета этих ошибок и проверки соответствия найденного количества газа учетному количеству газа в пласте разработаны статистические балансово-объемный и объемно-гидродинамический методы контроля количества газа в пласте.

Случайные ошибки определения объема газа в пласте методами моделирования обуславливаются субъективным фактором и могут возникать при обработке и анализе геолого-геофизической и промысловой информации, а также при проведении расчетов.

Систематические ошибки определения объема газа в пласте объемным методом контроля могут быть следствием постоянного исключения из расчетов неконтролируемого объема газа той или иной пластовой составляющей или ее части, а также неконтролируемых утечек газа из пласта, произошедших до рассматриваемого периода эксплуатации хранилища. Кроме того, возможны отклонения учетного объема газа в пласте от истинных значений. Эти отклонения могут быть вызваны погрешностями при ведении баланса газа на станции подземного хранения и недостаточным списанием затрат газа на собственные технологические нужды.

Систематические ошибки в гидродинамическом методе контроля обуславливаются постоянным исключением из расчетов слабо или неконтролируемой части аккумулируемых и дренируемых объемов газа в залежи и ее окрестности.

Дано описание и рассмотрено применение балансово-объемного и объемно-гидродинамического методов контроля количества газа в пласте по уточнению пластовых составляющих, аккумулируемых и дренируемых частей общего и буферного объемов газа в пласте.

Показано, что совместное использование разработанных аналитических методов контроля дает возможность получать более достоверные сведения о значении, распределении и динамическом состоянии количества газа в пласте, а также об учетном количестве газа в пласте и балансе газа на подземном хранилище.

Заключение

В результате проведенных в рамках настоящей диссертационной работы исследований и их практической реализации решена крупная научная проблема создания научно-методических основ регулирования и аналитического контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ, сооружаемых в водоносных пластах, истощенных, частично выработанных и неразрабатываемых газовых месторождениях, что позволило сделать следующие выводы.

1. Создана классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах, входящих в Единую систему газоснабжения, позволяющая по комплексу наиболее важных географических, геологических, технологических и технико-экономических признаков объяснять и прогнозировать технологические показатели подземных хранилищ и уточнять особенности применения методов регулирования и аналитического контроля количества газа в пластах разного геологического строения.

2. Проведены теоретические исследования гистерезисных явлений двухфазной фильтрации газа и воды в процессе их многократно чередующегося вытеснения в гидрофильных пористых средах, позволившие установить существенное влияние и необходимость учета эффекта гистерезиса относительной фазовой газопроницаемости при разработке технологий регулирования и методологических основ контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ.

3. Разработаны методические основы дифференцирования общего и буферного объемов газа в неоднородных пористых пластах на составляющие, принимающие разное участие в фильтрационных процессах при закачке и отборе газа на подземных хранилищах. Проведены исследования затрат закачиваемого газа в объекты хранения на создание и поддержание составляющих буферного объема газа в пласте.

4. Разработана методология рационального гидродинамического моделирования пористых пластов подземных хранилищ газа, предусматривающая упорядочение и использование разных по сложности гидродинамических моделей для адекватного решения задач регулирования и контроля количества газа в пластах  разного геологического строения на всех этапах функционирования подземных хранилищ.

5. Проведены теоретические исследования создания и циклической эксплуатации газовых залежей в пористых пластах подземных хранилищ при водонапорном режиме, на основе которых обоснованы основные геологические, гидродинамические и технологические факторы и условия, обеспечивающие стабилизацию и многолетнюю установившуюся циклическую эксплуатацию искусственных газовых залежей.

6. Разработаны технологии регулирования количества газа в малоамплитудных структурных ловушках водоносных пластов с активными водами для решения гидродинамических проблем создания и циклической эксплуатации “тонких” газовых залежей подземных хранилищ. Практическая реализация результатов диссертационной работы показала, что на действующих подземных хранилищах при сложившейся системе размещения скважин и вскрытия пласта эффективными основными технологическими методами регулирования являются изменение технологического режима эксплуатации хранилища и регулирование режимами эксплуатации групп скважин (зонное регулирование закачки и отбора газа).

7. Разработаны научно-методологические основы аналитического контроля количества газа в пористых пластах подземных хранилищ с использованием объемного и гидродинамического методов и впервые созданных статистических балансово-объемного и объемно-гидродинамического методов контроля. Опираясь на эти основы можно получать более достоверные сведения о значении, распределении и участии количества газа в фильтрационных процессах в неоднородных пористых пластах при закачке и отборе газа на хранилищах, а также о числящемся по балансу закачки-отбора количестве газа в объектах хранения и балансе газа на подземных хранилищах.

Основные публикации, из общего числа 46 опубликованных работ по теме диссертации

  1. Левыкин, Е.В. Влияние объема порового пространства выработанной залежи на технико-экономические показатели газохранилища / Е.В.Левыкин, А.А. Михайловский, Г.И. Солдаткин // Транспорт и хранение газа. - ВНИИЭгазпром, 1979. - № 5. - С. 27-37.
  2. Михайловский, А.А. Методика расчета процесса создания и эксплуатации газохранилища в истощенной залежи / А.А. Михайловский // Труды МИНХ и ГП. – М., 1979. – Вып.146. – С. 45–54.
  3. Михайловский, А.А. Оптимизация сроков создания подземных газохранилищ / А.А. Михайловский // Транспорт и хранение газа. – ВНИИЭГазпром, 1980. – № 10. – С. 25–36.
  4. Михайловский, А.А. Определение варианта создания подземного хранилища газа / А.А. Михайловский // Транспорт и хранение газа. – ВНИИЭГазпром, 1982. – № 3. – С. 24–27.
  5. Михайловский, А.А. Особенности применения метода изменения пластового давления для газовых залежей ПХГ, приуроченных к низкопроницаемым неоднородным коллекторам / А.А. Михайловский // Технология и техника создания подземных хранилищ газа в пористых средах. – М.: ВНИИГАЗ, 1987. – С. 29–37.
  6. Михайловский, А.А. Использование ПХГ вдоль трасс магистральных газопроводов / А.А. Михайловский, С.Н. Бузинов, А.Е. Арутюнов и др. // Газовая промышленность. – 1989. – № 2. – С. 11–12.
  7. Михайловский, А.А. Особенности технологии эксплуатации ПХГ в малоамплитудной структуре с активной подошвенной водой / А.А. Михайловский, С.А. Хан; Отделение подземного хранения газа. – М.: ВНИИГАЗ, 1995. – С. 97–99.
  8. Михайловский, А.А. Математическое моделирование ПХГ в малоамплитудной структуре с подошвенной водой / А.А. Михайловский, С.А. Хан; Отделение подземного хранения газа. – М.: ВНИИГАЗ, 1995. – С. 118–120.
  9. Бузинов, С.Н. Определение фильтрационно-емкостных параметров газоносного пласта неоднородных коллекторов по картам изобар / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский // 50 лет ВНИИГАЗу – 40 лет ПХГ. – М.: ВНИИГАЗ, 1998. – С.174–182.
  10. Бузинов, С.Н. Математическое моделирование конвективной диффузии в пористой среде / С.Н. Бузинов, А.В. Григорьев, А.А. Михайловский // Математическое моделирование и информатика в научных исследованиях и научном проектировании газовой отрасли. – М.: ВНИИГАЗ, 2000. – С. 31–40.
  11. Михайловский, А.А. Особенности применения газогидродинамических методов определения объема газа в подземных хранилищах, созданных в водоносных пластах и истощенных газовых месторождениях: материалы НТС ОАО «Газпром» «Современное состояние и перспективы совершенствования методов подсчета запасов газа по данным истории разработки» / А.А. Михайловский. – М.: ИРЦ Газпром, 2000. – С. 217–243.
  12. Михайловский, А.А. Опыт подсчета запасов газа в подземных хранилищах, созданных в водоносных пластах и истощенных газовых месторождениях: обз. инф. / А.А. Михайловский. – М.: ИРЦ Газпром, 2001. – 76 с. – (Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений).
  13. Бузинов, С.Н. Щелковское подземное хранилище газа: проблемы, решения и перспективы / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский, А.Н. Соловьев и др. – М.: ИРЦ Газпром, 2003. – 58 с.
  14. Михайловский, А.А. Применение метода годографа для оценки запасов газа в подземном газохранилище / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Проблемы и перспективы. – М.: ВНИИГАЗ, 2003. – С. 147–154.
  15. Михайловский, А.А. Математическое моделирование подземных хранилищ газа: доклад на Международной конференции «ВНИИГАЗ на рубеже веков – наука о газе и газовые технологии» / А.А. Михайловский. – М.: ВНИИГАЗ, 2003. – С.14–19.
  16. Михайловский, А.А. О гистерезисе относительных фазовых проницаемостей при разных направлениях вытеснения: воды – газом и газа – водой в гидрофильных пористых средах / А.А. Михайловский // Наука и техника в газовой промышленности. – 2004. – № 3–4. – С. 6–9.
  17. Михайловский, А.А. Мониторинг аккумулируемых и дренируемых объемов газа при его подземном хранении с использованием математических фильтрационных моделей / А.А. Михайловский, С.И. Трегуб, А.В. Григорьев // Наука и техника в газовой промышленности. – 2004. – № 3–4. – С. 29–33.
  18. Михайловский, А.А. Исследование и прогнозирование слабодренируемых и недренируемых объемов газа на ПХГ / А.А. Михайловский, А.В. Григорьев // Газовая промышленность. – 2004. – № 5. – С. 60–62.
  19. Бузинов, С.Н. Балансово-объемный метод подсчета объема газа в пласте / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский, И. Щербицкис и др. // Газовая промышленность. – 2006. – № 11. – С. 82–83.
  20. Михайловский, А.А. Классификация подземных хранилищ газа в пористых пластах по технологическому режиму и объемным показателям циклической эксплуатации / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 189-201.
  21. Михайловский, А.А. Объемы газа в подземных хранилищах, их пластовые составляющие и динамическое состояние / А.А. Михайловский // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 202-212.
  22. Михайловский, А.А. Статистические методы контроля количества газа в подземных хранилищах в пористых пластах / А.А. Михайловский, С.Н. Бузинов // Подземное хранение газа. Полвека в России: опыт и перспективы. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. - С. 213-226.
  23. Михайловский, А.А. Создание временных подземных хранилищ ПНГ в пористых пластах для его утилизации / А.А.Михайловский, Г.Н. Рубан, Ф.А. Бочков // Газовая промышленность. – 2008. – № 12. – С. 61–63.
  24. Бузинов, С.Н. Эффект гистерезиса фазовых проницаемостей в процессах двухфазной фильтрации газа и воды / С.Н. Бузинов, А.А.Михайловский // Газовая промышленность. – 2009. – № 5. – С. 48-51.
  25. Михайловский, А.А. Решение проблемы рационального использования нефтяного газа за счет временного хранения в пластах-коллекторах / А.А.Михайловский, С.Н. Бузинов, Ф.А. Бочков // Нефтяное хозяйство. – 2009. – № 8. – С. 91–95.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.