СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНОГО ГАЗОХРАНИЛИЩА Российский патент 2020 года по МПК B65G5/00 E21B43/16 

Предлагаемое изобретение относится к эксплуатации подземных хранилищ природного газа (ПХГ), созданных в водоносном пласте и в истощенных газовых пластах с активной краевой водой.

Эксплуатация ПХГ ведется в циклическом режиме - в летний период времени, как правило, ведется закачка газа в подземный природный резервуар, в осенне-зимний период максимального потребления газа промышленными предприятиями и коммунальным хозяйством происходит отбор газа из резервуара. В подземных хранилищах газа, созданных в водоносных пластах и в истощенных газовых пластах с активной краевой водой на определенном расстоянии от скважины по распространению пласта имеется водонасыщенная зона, контур которой при закачке газа перемещается от скважины на периферию, а при отборе газа из скважины, наоборот, стягивается к зоне отбора газа, то есть к скважине. Это приводит к двум негативным явлениям. Во время закачки газа происходит опережающее продвижение газа по наиболее проницаемым каналам и пропласткам пласта, что снижает коэффициент вытеснения воды газом, и, как следствие, уменьшает потенциальные объемы закачки газа при ограниченном максимальном значении давления закачки газа на устье скважин или в призабойной зоне пласта.

При отборе газа из скважин естественным образом снижается пластовое давление, начинается обратное движение к забою скважин не только закачанного газа, но и подошвенных или краевых пластовых вод. По наиболее проницаемым каналам и пропласткам пласта вода доходит до перфорационных отверстий скважины в призабойной зоне пласта и блокирует приток газа в скважину.

Обозначенная проблема существует на большинстве ПХГ, поэтому ее решение является актуальным для успешной и эффективной эксплуатации газохранилищ и магистральных газопроводов.

Известно изобретение «Способ создания и эксплуатации подземных хранилищ газа в истощенных нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождениях» (патент РФ №2377172, опубл. 27.12.2009, бюл. 36), по которому для сохранения производительности скважин по отбору газа из пласта в скважину предварительно закачивают смесь деэмульгатора и депрессатора, которые при движении газа по колонне лифтовых труб будут исключать образование водо-нефтяной эмульсии и отложений из асфальтенов, смол и парафинов. По изобретению не решаются вопросы повышения качества фильтрации газа в призабойной зоне пласта и в отдаленных зонах, близких к водонасыщенным участкам.

Известен способ создания подземного хранилища газа в водоносной геологической структуре (патент РФ на изобретение №2588500, опубл. 27.06.2016, бюл. 18), по которому в зоне газоводяного контакта на необходимых гипсометрических отметках искусственным путем создают оторочку в виде изолирующего экрана специального состава.

Недостатком способа является то, что способ требует организации контроля местоположения газоводяного контакта и базируется на применении определенных реагентов и компонентов для создания изолирующего экрана.

Создание такой экранирующей оторочки связано с выведением определенного количества эксплуатационных скважин из обычного режима эксплуатации закачки или отбора природного газа.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности эксплуатации подземного газохранилища путем увеличения объемов закачки и отбора природного газа за счет выравнивания фронта вытеснения воды газом и снижения фазовой проницаемости пласта по воде путем снижения скорости движения газа и воды по высокопроницаемым пропласткам и каналам.

Поставленная задача решается тем, что в способе эксплуатации подземного газохранилища, заключающемся в циклическом режиме закачки природного газа через скважины в газодержащий пласт и отборе газа из этих же скважин с предварительным созданием оторочки для снижения проникновения пластовой воды в газовую часть ПХГ, согласно изобретению для ПХГ в водоносном пласте и в истощенных газовых пластах с активной краевой водой закачку газа в начальный период ведут путем закачки в скважины оторочки мелкодисперсной водогазовой смеси (МВГС), которую в последующем продвигают по пласту газом путем закачки в скважины газа, с тем, чтобы в процессе закачки МВГС увеличить коэффициент охвата вытеснения пластовой воды газом, а при снижении давления в пласте в процессе отбора газа снизить вероятность продвижения воды к забою скважин благодаря блокировке высокопроницаемых каналов и пропластков пузырьками газа, выделяющимися из МВГС при снижении давления в пласте.

Закачка МВГС приведет к увеличению полноты вытеснения воды газом и росту коэффициента охвата вытеснения пластовой воды закачиваемым газом в отдаленных от скважины зоны с пониженным давлением благодаря большей газонасыщенности и меньшей фазовой проницаемости пласта по воде в зонах с оторочкой водогазовой смеси.

При снижении давления в пласте в процессе отбора газа из скважин выделяющийся из МВГС газ будет заполнять и блокировать высокопроницаемые пропластки и каналы пласта, тем самым снижать вероятность продвижения воды к забою скважин.

Рассмотрим более подробно механизм реализации предложенного способа эксплуатации ПХГ. Перед закачкой в пласт запланированного объема природного газа в скважины под давлением подают мелкодисперсную водогазовую смесь. Под высоким давлением в нижней части ствола скважины и в призабойной зоне пласта часть газа будет находиться в растворенном в воде состоянии, а часть - в мелкодисперсном с водой состоянии. Такое состояние и вид МВГС объясняется тем известным фактом, что растворимость углеводородных газов в воде примерно в 10 и более раз уступает растворимости углеводородных газов в нефти. Поэтому при одинаково высоких пластовых давлениях большая часть природного газа, состоящего из метана, будет находиться в мелкодисперсном с водой состоянии.

Мелкодисперсный водогазовый состав будет продвигаться на отдаленные от скважины зоны пласта благодаря существующему перепаду давления.

Известно, что давление в ПХГ в период закачки газа постепенно понижается от нагнетательной скважины к периферии пласта. На определенном расстоянии от нагнетательной скважины давление в пласте станет значительно ниже давления насыщения воды газом Р_нас, это приведет к расширению пузырьков газа и к появлению дополнительного количества пузырьков газа в продвигаемой по пласту газом оторочке МВГС. Опережающее продвижение оторочки по высокопроницаемым каналам и пропласткам на большее удаление от скважины в область более низких пластовых давлений приведет к тому, что фильтрационное сопротивление для оторочки МВГС в высокопроницаемых каналах и пропластках по сравнению с низкопроницаемыми увеличится вследствие снижения фазовой проницаемости и для воды, и для пузырьков газа в высокопроницаемых каналах и пропластках из-за повышенного присутствия второй - газовой компоненты. Это явление приведет, в свою очередь, к продвижению закачиваемого за оторочкой МВГС газа в низкопроницаемые зоны пласта и выравниванию фронта продвижения газа, повышению охвата вытеснения пластовой воды газом. Движение оторочки МВГС и далее газа по пласту по данной схеме обеспечит закачку природного газа в больших объемах и с большими значениями коэффициента вытеснения воды газом, чем при закачке только газа при одном и том же устьевом или забойном давлении.

Процесс отбора газа из скважин приводит к снижению устьевого и забойного давления, вследствие чего давление снижается и по пласту ПХГ. В зоне расположения водогазовой смеси давление на момент закачки газа уже было значительно ниже Р_нас, а при дальнейшем снижении давления в период откачки газа размеры пузырьков газа в расформированной оторочке МВГС станут еще большими, блокируя тем самым высокопроницаемые каналы и пропластки и препятствуя продвижению подошвенной или активных краевых вод пласта в сторону скважины. Положительным следствием рассмотренного явления будет то, что продвижение пластовой воды к скважине будет более равномерным без прорывов и обводнения перфорационных отверстий скважины в период отбора газа из хранилища. Это обеспечит выполнение плановых отборов газа из ПХГ при снижении устьевого и забойного давления до установленного уровня.

В отличие от аналога и прототипа для повышения эффективности эксплуатации подземного газохранилища по изобретению предложено в начальный период закачки газа в пласт подавать в скважины вместе с газом обычную воду в мелкодисперсном состоянии в виде МВГС для того, чтобы в различных термобарических условиях эта водогазовая смесь вела себя по-разному. При высоких значениях давления (период закачки газа в пласт) МВГС будет двигаться по пласту как вода с определенным количеством пузырьков газа малых размеров и значительным количеством газа в растворенном в воде состоянии (Р_пласта незначительно меньше Р_нас), но при снижении давления содержание газа в свободном состоянии станет превалирующим в МВГС (Р_пласта значительно меньше Р_нас), а пузырьки газа большего количества и размеров будут играть блокирующую роль для движения воды. По мнению авторов, это положение, зафиксированное в формуле изобретения, и является предметом новизны и существенного отличия от ранее известных технологий по повышению эффективности эксплуатации ПХГ.

Заявляемое изобретение должно повысить эффективность закачки природного газа в ПХГ, состоящего из пластов и пропластков с различной абсолютной проницаемостью. Саморегулирование состояния МВГС в зависимости от величины давления в зонах пласта разной удаленности от скважины и является, по мнению авторов, новизной и существенным отличием в режиме эксплуатации ПХГ. Положительный эффект будет проявляться и в ПХГ, состоящем из однородного по проницаемости пласта. В этом случае при закачке газа в водонасыщенный пласт будет наблюдаться его ускоренное движение по кровле пласта в виду плотностной разницы между природным газом и водой. Применение оторочки мелкодисперсной водогазовой смеси в ПХГ такого типа создаст положительный эффект блокировки движения газа по кровле пласта и выравниванию фронта вытеснения пластовой воды газом по вертикальному разрезу хранилища в зоне скважины в период закачки газа. Ввиду однородности пласта по проницаемости закачиваемая оторочка МВГС начнет проникать в пласт достаточно равномерно по высоте пласта от кровли до подошвы, поэтому при обратном процессе - при отборе газа также будет наблюдаться положительный эффект присутствия такой оторочки в пласте. При снижении давления в подошвенной зоне пласта будет иметь место выделение и рост размеров пузырьков газа в МВГС с последующей блокировкой движения воды в подошвенной зоне пласта и предупреждение преждевременного попадания пластовой воды в нижние перфорационные отверстия скважины.

Для подтверждения работоспособности заявляемой технологии приведем данные двух книг по добыче и хранению природного газа.

В первой книге авторов: Степанов Н.Г, Дубина Н.И., Васильев Ю.Н. «Влияние растворенного в пластовых водах газа на обводнение газовых залежей» (- М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 124 с.) в таблице 5 на стр. 46 приведены данные по растворимости природного газа в пластовых водах различной минерализации. Из этой таблицы наиболее значимой для изобретения является растворимость газа в воде, то есть газовый фактор при давлениях, сопоставимых с давлениями в ПХГ - это значения давления из таблицы: 9,8 и 19,6 МПа. При увеличении давления в газо-водяной системе в два раза с 9,8 МПа до 19,6 МПа растворимость газа в воде вырастает более чем в 1,5 раза, а именно: с величины 0,609 м³/м³ до 0,934 м³/м³. Обращаем внимание на обратное явление - при снижении давления с 19,6 МПа до 9,8 МПа из каждого кубометра воды выделяется примерно 325 литров свободного газа, которые в пластовых условиях и создают блокирующий эффект для продвижения пластовой воды по направлению к скважине при отборе газа из ПХГ.

Во второй книге авторов Лурье М.В., Дидковская А.С., Варчев Д.В., Яковлева Н.В. «Подземное хранение газа» (учебное пособие для вузов. - М.: Нефть и газ, 2004. - 172 с.) на стр. 132 и 133 сказано, что при закачке газа в пласты подземного газохранилища давление в пласте повысилось до 17,2 МПа, а при последующем отборе газа понизилось до 8,0 МПа.

Приведенная информация по двум источником свидетельствует о том, что в циклическом режиме эксплуатации ПХГ давление в пласте меняется в значительном диапазоне, меняется и газонасыщенность воды, и соответственно, ее способность содержать газ в растворенном состоянии или, наоборот, генерировать свободный газ при снижении давления в пласте при отборе газа из ПХГ.

Таким образом, достижение положительного эффекта от данного способа эксплуатации подземного газохранилища заключается в особенностях насыщения воды природным газом и в использовании этого явления в условиях пласта ПХГ с меняющимся давлением от скважины к периферии и от цикла закачки к циклу отбора газа из природного резервуара.

Изобретение относится к эксплуатации подземных хранилищ природного газа, созданных в водоносном пласте или в истощенных газовых пластах с активной краевой водой. Технический результат – повышение эффективности эксплуатации подземного газохранилища. Предлагается способ, заключающийся в циклическом режиме закачки природного газа через скважины в газосодержащий пласт и отборе газа из этих же скважин с предварительным созданием оторочки для снижения проникновения пластовой воды в газовую часть подземного газохранилища. Закачку газа в начальный период ведут путем закачки в скважины оторочки мелкодисперсной водогазовой смеси. Эту оторочку в последующем продвигают по пласту газом путем закачки в скважины газа. При этом применяют оторочку такой мелкодисперсной водогазовой смеси, что при закачке обеспечивают ее продвижение на отдаленные от нагнетательной скважины зоны пласта с ускоренным ее движением по кровле пласта и выравниванием фронта вытеснения по вертикальному разрезу газохранилища в зоне нагнетательной скважины. При снижении давления при эксплуатации газохранилища обеспечивают в подошвенной зоне пласта такое выделение и такой рост пузырьков в ней, что они блокируют движение воды в вышеотмеченной зоне пласта.

Способ эксплуатации подземного газохранилища, заключающийся в циклическом режиме закачки природного газа через скважины в газосодержащий пласт и отборе газа из этих же скважин с предварительным созданием оторочки для снижения проникновения пластовой воды в газовую часть подземного газохранилища, отличающийся тем, что закачку газа в начальный период ведут путем закачки в скважины оторочки мелкодисперсной водогазовой смеси, которую в последующем продвигают по пласту газом путем закачки в скважины газа, при этом применяют оторочку такой мелкодисперсной водогазовой смеси, что обеспечивают ее продвижение при закачке на отдаленные от нагнетательной скважины зоны пласта с ускоренным ее движением по кровле пласта и выравниванием фронта вытеснения по вертикальному разрезу газохранилища в зоне нагнетательной скважины, а при снижении давления при эксплуатации газохранилища обеспечивают в подошвенной зоне пласта такое выделение и такой рост пузырьков в ней, что они блокируют движение воды в вышеотмеченной зоне пласта.