Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

— известняково-доломитово-меловые (карбонат-

ный коллектор); карбонатные отложения менее

исследованы, чем песчанистые коллекторы,

так как они

часто

имеют

значительные

горизон-

тальные

изменения и трудно предвидимые фа-

ции (петрофизические характеристики), осо-

бенно проницаемость, кроме того размеры пор у

них

очень

изменчивые, приводящие к защемле-

нию (неизвлекаемыи газ) иногда значительного

количества газа.

3.2.1.1.2. Стратиграфия

Это

учение

о земных

пластах,

их ваимном рас-

положении, их возрасте.

Коллекторские отложения французских и

американских подземных хранилищ

Перечень стратиграфических

ярусов

Изот

Люссанет

Жермигни

Бейн-верхний

Сант-Иллиег

Бейн глубокий

Гурней

Сент-Клер

Шемери

Велен

Американское хранилище

в Иллинойсе

Четвертичный

Калабрийский

Астийский

Плезанский

Понтический

Тортонский

Гельветский

Бурдигалийский

Аквитанский

Стампийский

Саннуазский

Лудский

Бартонский

Лютетский

Ипрский

Танетский

Монтский

Датский

Сенонский

Туронский

Сеноманский

Альбский

Аптский

Барремский

Вельдский

Готеривский

Валанжинский

Берриасский

Портландский

Кимериджский

Секванский

Лузитанский

Роракский

Оксфордский

Келловейский

Батский

Байосский

Ааленский

Тоарский

Чармутский

Лотарингский

Синемюрский

Геттангский

Рэтский

Кейпер

Мунилькальк

Пестрый песчаник

Саксонский

Отюнен

Стефанский

Вестфальский

Динантский

Фаменский

Франский

Живетский

Эйфельский

Кобленцский

Жединский

Готландский

Ордовик

Потсдамский

Акадийский

Георгийский

Млет

Плиоцен

Миоцен

Олигоцен

Эоцен

Мел

140

Млет

нас

170

Млет

225

Млет

280

Млет

350

Млет

400

Млет

490

Млет '

580

Млет

Докембрий

Юра

Триас

Пермь

Карбон

Девон

Силур

Кембрий

Перечень подземных

горизонтов,

используемых

во

Франции

и США.

384

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

3.2.1.1.3.

Тектоника: структурная геология

Слои

осадочных пород, которые отлагались за

небольшим исключением горизонтально, были,

вследствие

колебательных

движений земной ко-

ры преобразованы в структуры, которые, в слабо

нарушенных зонах осадконакоплений, образовали

складки;

складка представляется волнообразной

поверхностью, включающей антиклинали и син-

клинали (см. рисунок ниже).

Почти вся совокупность разведанных для под-

земного

хранения структур представляет собой

антиклинали.

Высота - вертикальное расстояние между

кров-

лей резервуара в "макушке" (вершине) антиклина-

ли и первой точкой возможной утечки

газа:

син-

клиналь

или негерметичное нарушение (см. рису-

нок

ниже).

Нарушения -это разломы горных отложений, при-

водящие к относительному перемещению одной час-

ти поверхности излома относительно

другой.

Несколько определений:

—

абсолютная

отметка

и глубина: абсолютные от-

метки обычно определяются по отношению к

уровню моря; глубины - по отношению к поверх-

ности земли;

Схема

складки

Виды

встречающихся

сбросов

Подземное

хранилище

Жермина-су-Куломб:

изобаты

по

кровле

вельдского

яруса

— кровля

пласта:

граничная поверхность между про-

дуктивным пластом и вышележащим пластом;

— подошва

пласта:

граничная поверхность между

продуктивным пластом и нижележащим пластом;

—

изобаты,

линии, соединяющие точки с одинако-

выми абсолютными отметками (- м/уровень

моря) кровли или подошвы пласта;

—

изопахитьг.

линии одинаковой толщины пласта

или газоносной его части.

3.2.1.2.

Разведка структур, пригодных

для хранения в водоносном

пласте

(методология)

— Изучение документов (поисков

нефтяных

мес-

торождений и рудников, диссертаций, других

работ).

— Подготовка программы изыскания и иссле-

дований,

чтобы

получить "картину" недр, каж-

дый этап позволяет уточнить и пополнить пред-

шествующие знания.

— Сейсморазведка методом отраженных волн.

— Разведочное бурение,

чтобы

сопоставить с

сейсмикой

и иметь первоначальные данные по

резервуару:

• геофизические методы исследования скважин;

• исследования извлечением воды;

• отбор керна.

— Новое бурение.

На каждом этапе делается обобщение и анализ

собранных

данных,

чтобы

сделать оценки все

более и более

точных

параметров хранилищ или

прекращения его разведки.

Мощные математические методы позволяют

автоматически осуществить обобщение

данных

построить наиболее вероятные карты изобат, изо-

пахит, одинаковых петрофизических характерис-

тик

и т.д. Их использование и особенно анализ при-

водят к углублению геологических знаний и непре-

рывному пересмотру необходимых

данных

по мере

развития разведочных работ.

Геологическое изучение хранилища не закан-

чивается закачкой

газа,

а может

быть

продолжено

дополнительными научными исследованиями при

расширении газонасыщенной зоны в процессе эк-

сплуатации.

Анализ

результатов исследований

некоторых скважин, пробуренных для эксплу-

атации, может также привести к углублению или

поставить под угрозу представление о геоло-

гической

структуре.

3.2.2.

Физические

механизмы

течения в пористых

средах

Породы, которые образуют водоносный

гори-

зонт,

состоят из твердых, более или менее сцемен-

тированных частиц, между которыми существуют

связанные между собой пространства, что позво-

ляет

циркулировать воде и газу: говорят, что по-

рода пористая и проницаемая.

Эти два свойства недостаточны,

чтобы

харак-

теризовать пласт, и необходимо также знать ка-

пиллярные свойства, которые зависят не только

от породы, но и от свойств флюидов, которые на-

385

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

ходятся

пласте

и от

истории

их

взаимного пере-

мещения

породе.

Чтобы

предвидеть механизм вытеснения воды

газа

пористой среде, необходимо характеризо-

вать

породу

трех точек зрения:

— пористость;

— проницаемость (абсолютная

относительная

для различных возможных насыщенностей);

— капиллярные давления.

Изучение свойств пород обеспечивается

бла-

годаря бурению, которое позволяет отбирать

об-

разцы (керны)

проводить некоторые замеры

скважине (каротаж).

Здесь речь идет

об

изучении, ограниченном

скважиной

(или

непосредственно прискважинной

зоны

случае

каротажа).

Специальные

исследо-

вания, продолжительные испытания, исследова-

ния интерференции скважин позволяют получить

обширную информацию

зоне вокруг скважины

или

пространстве между двумя скважинами.

3.2.2.1.

"Гидравлические" свойства

пород:

пористость,

проницаемость

сжимаемость

3.2.2.1.1.

Пористость

Полная

пористость

Полный

объем пустот (или

пор)

Полный

объем породы

Пористость "открытая",

или

"полезная"

Полный

объем пустот (или пор),

связанных между собой

Полный

объем породы

Пористость "закрытая",

или "не

полезная"

Полный

объем пустот (или пор) изолированных

Полный

объем породы

-Ф.

Эти макроскопические определения имеют зна-

чение только

при

рассмотрении достаточного

объема породы

(как

минимум несколько кубичес-

ких сантиметров).

Породы

Граниты-базальты

Пемза

Соль

(галит)

Глины-мергели

Известняки-мел

Чистый песчаник

Пески

Порядок величин средней

пористости

(%)

0-1

30-50

0-50

3-30

20-40

0-1

0-50

3-30

20-40

Фп-Ф

0-1

30-50

слабая

Полезная пористость

(Ф),

соответствующая

объему пустот, способных служить приемной

сре-

дой

для

флюидов,

является

вместе

проницаемо-

стью главной характеристикой пласта-резервуара,

предназначенного

для

хранения газа.

Её

величина

должна

быть

достаточной (10

30%).

Примечание.

Даже

очень низкими пористостью

проницае-

мостью (см.

3.2.2.1.2.) некоторые трещиноватые

породы могут

быть

пригодны

для

хранилищ.

3.2.2.1.2.

Проницаемость характерная

или

абсолютная

Проницаемость

- это

характерное свойство

ма-

териалов

пород для подземных хранилищ допус-

кать движение флюидов; схематично она характе-

ризует, таким образом,

вид

материала, поры кото-

рого

связаны между собой.

Хотя

проницаемость

полезная пористость есть

два

различных пара-

метра, порода,

обладающая

хорошей полезной

по-

ристостью,

имеет,

как

правило,

хорошую прони-

цаемость.

Закон Дарси.

При небольших скоростях течения скорость

фильтрации

флюида

пористой среде пропорцио-

нальна

приложенному градиенту

давления

u--£(gradp-p0)

скорость фильтрации

(м

•

<г

);

динамическая вязкость

флюида

(Па

•

с);

плотность

флюида

(кг

•

м-

);

ускорение силы тяжести

(м

•

);

grab"

р-

градиент

давления

(Па

•

м-

);

grid

p-pg-

градиент потенциала

(Па м-

);

тензор абсолютной проницаемости (м

При этом:

—

нет

химической реакции между флюидом

и по-

родой;

— присутствует только один флюид.

Проницаемость относится

понятию, имеющему

статистический характер, который необходимо

всегда рассматривать связанным

элементом

по-

верхности, размеры которой значительно больше

поперечного сечения каналов, связывающих поры

между собой,

размеров пор.

В системе

СИ

единица проницаемости есть

квадратный метр,

но

обычно используется

еди-

ница Дарси (Д): проницаемость такой пористой сре-

ды,

которая

секунду пропускает

1 см

флюида,

динамическая вязкость которого

сП, под дей-ст-

вием градиента

давления

1013

мбар

на

сан-ти-

метр,

через площадь 1

см

Д =

0,9869-10-

1 Дарси соответствует высокой проницаемости,

поэтому

чаще

используют миллидарси

(1 мД «

10"

Д =

0,9869-10"

Абсолютная

проницаемость зависит

от

много-

численных факторов (природы, горной породы,

глинистости,

микротрещиноватости

т.д.); дадим

для сведения порядок величин:

— глины

мергели:

0-1 мД;

— соль (галит): 10"

-10"

мД;

— известняки:

0 - 2

000

мД

(несколько

мД в

известняковых коллекторах

на

большой глубине

газовые месторождения

под-

ножия Пиринеев

- до

нескольких

тысяч

мД

доло-

митовых коллекторах

Парантис

- или

меловых,

Экофиск);

— алеврит, чистый очень мелкозернистый песча-

ник;

песчаник чистый, не очень мелкозернистый:

5 -100 мД (рэтские отложения, бассейн Парижа);

— песчаник средний, достаточно чистый, конгло-

мераты: 100 -1500 мД (Кейпер, бассейн Парижа);

— песок, крупнозернистый чистый песчаник: 500

15000 мД (Люссанет-Изот).

Абсолютная

проницаемость коллекторов,

ис-

пользуемых

для

подземных хранилищ газа,

по-

рядка 300

5000 мД.

386

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

Если

два

флюида

одновременно присутствуют в

пористой

среде (двухфазное течение), можно при-

менять закон Дарси для каждого из

двух

флюидов

при

условии замены абсолютной проницаемости

эффективной проницаемостью, которая зависит

от распределения этих

двух

флюидов

в пласте, и

принятия градиента потенциала для рассматри-

ваемой

фазы

флюида.

Относительная проницаемость (Ко) для одного

флюида

в присутствии

другого,

это отношение эф-

фективной проницаемости (для данного

флюида)

абсолютной проницаемости.

3.2.2.1.3. Сжимаемость

рЭР'

- плотность (кг

•

м"

);

Р - давление (Па);

- коэффициент сжимаемости при постоянной

температуре (Па'

3.2.2.1.3.1.

Сжимаемость пород

Различают

сжимаемость образца

(ft,),

получен-

ную с помощью экспериментальных исследований,

в котором в зависимости от эквивалентного

давления

определяется изменение среднего на-

пряжения,

и сжимаемость матрицы (р

), соответст-

вующую материалу породы без

учета

пустот и пор.

Порядок величин:

р„-10-»-10-*

бар-

3.2.2.1.3.2.

Сжимаемость

флюидов

(Р

)

Вода пресная: 4,5

•

10"

бар-

Рассол насыщенный NaCI: 2,8

•

10"

бар-

Природный газ: для идеального газа р

= Р"\ для

Р - 100 бар: Рг - 10"* бар-

3.2.2.1.3.3. Кажущаяся сжимаемость

Изучение фильтрации

флюида

в пористой среде

приводит

к рассмотрению фильтрации

флюида

кажущейся фиктивной сжимаемостью (Рк) в не-

деформируемой среде

Ро«1+Ф_ Ро

3.2.2.2.

Влияние одновременного

присутствия

двух

флюидов

(вода

и газ) в пористой

среде

(насыщенность, капиллярное

давление, гистерезис)

3.2.2.2.1.

Насыщенность

Насыщенность пористой среды флюидом - это

отношение объема этого

флюида

к объему со-

держащих их пор.

Насыщенность

газом:

Насыщенность водой: S,.

3.2.2.2.2.

Капиллярное давление

Вследствие малости размеров пор и каналов, ко-

торые их соединяют, капиллярные

явления

и свя-

занные с ними понятия поверхностного натяжения

смачиваемости играют большую роль в распре-

делении

флюидов

внутри порового массива. В са-

мом

деле, при внедрении газа в поровый

канал

для

преодоления действия поверхностного натяжения

на поверхности раздела газ-вода необходимо,

чтобы

газ имел давление выше, чем вода. Избы-

точное давление, соответствующее величине, наз-

ванной капиллярным давлением, зависит от

радиуса рассматриваемого порового

канала

и об-

ратно пропорционально ему. Капиллярное давле-

ние достигает нескольких десятков миллибар для

пор,

имеющих радиус порядка десятой доли милли-

метра;

оно превышает 100 бар для капилляров не-

значительных

размеров (порядка 0,01 мкм), в гли-

нистых покрышках поровых резервуаров. Необхо-

димо

отметить, что это действие капиллярных сил

обеспечивает герметичность покрышек, которые в

строгом

смысле никогда не могут

быть

полностью

непроницаемыми.

Однако при больших площадях

(несколько

десятков квадратных километров)

покрышек

и значительном избыточном давлении

заметная

фильтрация

флюида

возможна.

Принимают, что капиллярное давление Р

для

системы

вода-воздух (очень близкое к сочетанию

вода-природный газ) определяется по "мнемо-

техническому" соотношению:

(в бар).

1,46

радиус

канала

(выраженный в мкм)

На практике капиллярное давление для усло-

вий создания хранилища - это перепад

давления

между газовой фазой и водяной фазой; это поня-

тие локальное, макроскопическое и статистичес-

кое,

так как оно включает всю сложность распре-

деления пор и поровых каналов пористой среды.

3.2.2.2.3.

Гистерезис гидравлических свойств

Капиллярное давление и водо- (или газо-) насы-

щенность связаны соотношением, которое не одно-

значно, так как элементарный объем пористой

среды может для одной и той же насыщенности

быть

пропитан по-разному: это явление гистерезиса

капиллярых давлений (см. рисунок на стр. 388).

Несколько определений:

— первое

дренирование:

процесс, во время кото-

рого

несмачивающий флюид (газ) заполняет

пористую

среду, насыщенную первоначально

смачивающим флюидом (водой);

— дренирование: процесс, во время которого на-

сыщенность несмачиваемым флюидом увели-

чивается;

—

пропитывание

(впитывание):

процесс, во время

которого

насыщенность смачивающим флюи-

дом

увеличивается (обратный дренированию);

— давление

вытеснения:

самое низкое избыточ-

ное давление, выше которого возможно вне-

дрение газа в образец пористой среды, перво-

начально

насыщенного водой (лабораторное);

—

пороговое

давление: самое низкое избыточное

давление (выше

давления

вытеснения), позво-

ляющее газу пройти через образец (лаборатор-

ное);

— остаточная вода: вода не может

быть

пол-

ностью вытеснена

газом,

она соответствует от-

387

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

носительно небольшой (10 -

20%)

водонасыщен-

ности в породах с хорошей проницаемостью;

она может достичь 60% в породах с низкой про-

ницаемостью;

— защемленный газ: к концу пропитки остаточная

газонасыщенность остается порядка 15 - 30% в

зависимости от горной породы; этот газ, "попав-

ший

в ловушку" или остаточный, представляет

довольно

значительную часть (30 -

60%)

буфер-

ного

газа

в подземном хранилище.

Примечание:

Относительные проницаемости для

газа

и для

воды

зависят от насыщенности. Так же как и для

капиллярного давления, существует гистерезис

относительных проницаемостей.

3.2.3.

Поведение водоносного

горизонта,

используемого

для хранения

газа;

технический

расчет

хранилища

газа

в водоносном горизонте

Большинство исследований, связанных с созда-

нием

и эксплуатацией хранилищ

газа

в водоносном

пласте,

используют знание физических механиз-

мов течения

флюидов

в пористой среде:

— первоначальная оценка геолого-физических

данных;

Водонасыщенность

1,0

0,9

0.8

0,7

0,6

0,5

0,4

0.3

0,2

0,1

яйгаз

с;

Первое

1РОПИ1

SOB(неуменьшг

Давление

вытеснения

ыв

1ЮИ

Рн

Дренир

. \ ^>

• \«^

ание

аяся

Ч \

Проп

водонась

•^-

4ТЫ1

АЩвЬ

Р2

>воедрен

ан

но

CTbJ^

1рование

^^«

Изменение

капиллярных

давлений для точки Рн

20 ! 30 40 50 60 70 80

Рн Капиллярные давления

(гПа)

Изменение

зависимости

"капиллярное

давление-насыщенность"

изменением

капиллярных

давлений

388

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

— определение и расчет основного оборудования;

— предварительное изучение состояния и изме-

нения параметров пластового резервуара в

процессе

эксплуатации;

— изучение коллектора переводом (например, с

газа

"Н" на газ "В", и наоборот);

— изучение закачки инертного газа (например азо-

та) в качестве части буферного газа

(см.

§ 3.2.6.);

— выбор и технический расчет дополнительного

оборудования в процессе эксплуатации;

— во время разведки перед закачкой газа: гидроди-

намические исследования скважин (см. §

3.7.1.

Оценка водоносного коллектора с помощью гид-

родинамических исследований; исследования

интерференции скважин):

• цель: определение средних значений; опро-

бывание и испытание скважины или присква-

жинной зоны; исследования интерференции

двух

или нескольких скважин, гидродинами-

-- Водоносный —— _з

1гарикжт

Виды

течения

подземном

хранилище в

водоносном

гори-

зонте

ческие характеристики пласта, в основном,

проницаемость и пористость);

• техника: наблюдение изменения

давления

одной или нескольких скважинах, вызванного

фонтанной или насосной добычей воды из во-

доносного

пласта одной или несколькими

скважинами;

• тип течения: однофазное;

• интерпретация: обратная модель или "развер-

тывание";

- во время закачки газа и эксплуатации изу-

чение фильтрации позволяет рассчитать прос-

транственно-временное распределение давле-

ния и насыщенности и, тем самым, определить

рабочие характеристики и границы хранилища.

Примечание:

Схематично течение будет (см. рисунок выше):

- однофазное - воды в периферийной зоне;

- двухфазное - воды и газа в промежуточной зоне,

называемой переходной зоной или капиллярном

поясом;

— однофазное - газа в центральной зоне (оста-

точная

вода, защемленная при минимальной

насыщенности).

Расчеты

фильтрации в пористой среде сложны и

требуют мощных средств: сеточная модель -

малые

разности или

малые

элементы - требует крупных

вычислительных

машин. Посредством некоторых

допущений, использование упрощенных моделей

или даже аналитических решений позволяет

упростить проблему и качественно оценить от-

дельные

процессы или порядок величин, таких как:

— среднее давление в газовом пузыре (упрощен-

ные модели прогнозирования давления);

— скорость перемещения контура газ-вода;

— давление при первой закачке и т.д.

3.2.3.1.

Основные уравнения

двухфазного

изотермического

течения в

пористой

среде

3.2.3.1.1.

Несмешивающиеся течения

Для каждого из

двух

флюдов

(вода и газ) распо-

лагают двумя следующими уравнениями:

—

скалярное уравнение неразрывности

(см.

§3.2.2.1.2.):

div(pu)

q- термин "источник" - массовый расход (для од-

ной скважины), отнесенный к единице объема по-

ристой

среды;

— закон Дарси (векторное уравнение):

или для каждого

флюида

четыре скалярных

уравнения для пяти неизвестных: р, S, 1)„ \J

(р

и ц. - функции р; ко - функция S).

В общей сложности, для

двух

флюидов

(вода и

газ),

располагают восьмью скалярными уравнения-

ми

с десятью неизвестными.

Два дополнительных уравнения связи:

— капиллярное давление: Р„ • Р, - Р

;

— насыщенности: S, + S

• 1.

Примечание:

При однофазном течении, S - 1; неизвестные: р,

и„

U,, U

- четыре, как и число скалярных уравне-

ний (неразрывности и закон Дарси).

3.2.3.1.2.

Смешивающиеся течения

Газовая

фаза

содержит как минимум два газа.

Уравнение неразрывности (сохранения массы)

для каждого компонента газа (индекс "Г):

div(pC,u -pDgrad С,) + |-

(pS<i>C,) - q, = 0,

С, - концентрация /-го "компонента";

q, -термин "источник": массовый расход компо-

нента "Г, отнесенный (для одной скважины) к

единице объема,

D = D + аи,

а - тензор дисперсности,

389

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

или для л составляющих смешиваемого

газа,

л +

четыре скалярных уравнения:

—

л-скалярных

уравнений неразрывности;

— три скалярных уравнения (закон Дарси для

газовой

фазы

(см. § 3.2.3.1.1));

— одно уравнение, связывающее концентрации:

для л + пяти неизвестных: (С*

[1,

л],

р, S,

11*,

UJ.

Для водной

фазы

(см. § 3.2.3.1.1) в общей

сложности располагают п + восмью уравнениями

для л + десяти неизвестных.

Выражение для капиллярного

давления

и отно-

шение,

связывающее насыщенности газом и водой,

образуют два дополнительных уравнения.

3.2.3.2.

Максимальное давление

Давление в газовом пузыре, если оно слишком

высокое,

приводит к утечке в вышележащие

гори-

зонты или

вдоль

крепления ствола скважины, или

через покрышку. Максимальное значение, опреде-

ленное экспериментально, более высокое в кол-

лекторах с толстыми покрышками, образованными

пластичными глинистыми породами, чем в коллек-

торах с покрышками небольшой толщины из хруп-

ких

пород. Оно соответствует давлению столба

высотой,

равной высоте вершины ловушки, запол-

ненного

жидкостью плотностью от 1,3 до 1,46; эта

фиктивная плотность часто в нефтяной промыш-

ленности называется "градиентом".

3.2.3.3.

Максимальный

темп

закачки

при

первом заполнении

Темп закачки газа может

быть

ограничен одним

из

двух

следующих феноменов.

3.2.3.3.1.

Критическая скорость

Подвижность газа

{к

От

—)

гораздо выше подвиж-

ности

воды, газ имеет тенденцию "уходить"

вдоль

кровли пласта. Таким образом в мало структуриро-

ванных

ловушках с плохой проницаемостью газ рис-

кует достичь высоты ловушки раньше, чем будет

достигнут

максимальный, теоретически определен-

ный,

объем хранения (см. § 3.2.3.4).

Порядок величины критической скорости пере-

мещения контакта газ-вода может

быть

получен

по

формуле Диетца:

^ -

относительная

проницаемость

для

воды;

а - падение кровли коллектора (угол, образован-

ный кровлей с горизонталью).

3.2.3.3.2.

Предельное давление

Заполнение хранилища сопровождается, даже

если оно слабо структурировано, избыточным да-

влением, которое тем выше, чем выше расход на-

гнетаемого

газа.

Порядок величины этого избыточного

давления

может

быть

посчитан с помощью соотношения Ко-

лонна-Чарного:

Ар =

Фо

л - толщина коллектора (м);

/г

ов

-=-—о—

коэффициент пьезопроводности

К-с-

);

- расход нагнетаемого газа (в условиях забоя);

а - коэффициент эффективности вытеснения

воды газом (меньше 1);

- определена в § 3.2.2.1.3.3;

НО = fir

в~"

•

du (интегральная показатель-

ная функция).

Это соотношение позволяет оценить

макси-

мально допустимый расход нагнетания, определя-

емый максимальным избыточным давлением:

АДлах

начальное

пластовое давление =

тах

Этот максимальный дебит тем меньше, чем

меньше толщина и проницаемость коллектора.

3.2.3.4.

Максимальная емкость

хранилища

Максимальный теоретический объем открытых

пор

определяется по:

V1,

| А(л)

А(л) - разность площадей изобат по кровле и по

подошве по отметкам глубин л (м

);

F - высота (м);

- средняя пористость коллектора (м

•

иг

);

S,! - остаточная водонасыщенность (м

•

иг

Примечание:

Если

отметки изобат по подошве больше отме-

ток

изобаты высоты, А(л) равна площади изобат по

кровле.

Максимальная теоретическая емкость храни-

лища Snu, при условии достижения максимального

объема при максимальном давлении равна:

"шах — " 1 щах '

Ртах

' _

Ро

Т"

Полученная

по формуле величина S^

является

завышенной,

т.к.:

— некоторый интервал безопасности должен

быть

соблюден между поверхностью воды и по-

верхностью изобаты высоты ловушки;

— газоводяной контакт редко

бывает

горизон-

тальным;

— максимальное давление, определенное по гра-

диенту 1,3 -1,46, не может

быть

достигнуто (слу-

чай ловушки большой протяженности, мало стру-

ктурированной,

с хорошими характеристиками);

390

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

в /

рр

/г Газ

в.4 fc

У Подошва^ ^

\ Кровля

\ /

Коллектор

Ъухой

подошвой" (небольшой

толщины,

хоро-

шо

структурированный)

Коллектор

затопленной

подошвой (слабо

структуриро-

ванный и/или

толстый

— максимальное давление может

быть

достигну-

то до того, как газ достигнет

высоты

(случай ло-

вушки хорошо структурированной или ограни-

ченной протяженности).

В ловушке ограниченной протяженности (кол-

лектор линзовидный, рифовый, непроницаемый

барьер, выклинивающийся и т.д.) почти всегда

максимальное давление ограничивает емкость

хранилища:

V - объем пор водоносного пласта;

р„ - начальное пластовое давление.

Чтобы

использовать такие закрытые коллек-

торы

для хранилища, необходимо предусмотреть

откачку части воды, которую они содержат.

3.2.3.5.

"Дыхание"

"Дыхание" R - это отношение количества из-

влекаемого

газа,

называемое еще полезный объем

или активный объем, к максимальному

достигнутому эффективному объему

газа

Определение

для данного хранилища объема

буферного

газа

и полезного объема требует

моде-

лирования полной истории работы хранилища с на-

чала первой закачки

газа

и на перспективу с учетом

сезонной

неравномерности потребления и надеж-

ности его работы (продолжительность, расход).

Основные

факторы, ограничивающие "дыхание"

хранилища,

следующие:

— защемление

газа

в порах в процессе продвиже-

ния

воды

(см. §

3.2.2.2.3);

—

добыча

воды

скважинами в процессе отбора

приводит к снижению давления на устье сква-

жин

и делает неизбежным их остановку, когда

дебит

воды

становится слишком большим,

порядка м^-ч"

;

— предусмотренная продолжительность для за-

качки

газа

(продиктованная неравномерностью

потребления);

если она слишком короткая, вос-

становление хранилища невозможно

(темп

за-

качки

ограничен предельным давлением), от-

сюда следует ограничение отбора в предвиде-

нии последующей

закачки.

В начале эксплуатации хранилища толщина кол-

лектора,

занятая

газом,

небольшая, "дыхание" в

этом

случае среднего

размера,

особенно по при-

чине притока

воды

в скважины.

По

мере

приближения объема хранилища к

своему теоретически максимальному значению (см.

3.2.3.4),

возможности "дыхания" увеличиваются.

Для сезонной неравномерности потребления

порядок

величины

"дыхания" составляет от 40

до

50%

общего объема.

"Дыхание" хранилища растет с увеличением чи-

сла эксплуатационных скважин и зависит от

свойств пласта-коллектора, а

также

технико-эко-

номических показателей.

3.2.3.6.

Пиковый расход

Для хранилища, используемого для покрытия

сезонной

неравномерности потребления

газа,

самые значительные

отборы

случаются в течение

наиболее

холодных

дней

зимой,

когда значитель-

ная часть полезного объема

газа

уже извлечена.

Пиковый расход есть, по определению,

макси-

мально возможный дебит, когда определенная

часть полезного объема уже извлечена.

Во Франции принимают, что пиковым расходом

может

быть

назван отбор 15 февраля, когда уже

отобрано, начиная с 1 ноября предыдущего года,

70%

полезного объема ("газовая" зима N-ro года

продолжается с 1 ноября N - 1 года до 31 марта

N-ro

года).

Можно

также

характеризовать этот пиковый

расход, сравнивая его с полезным объемом:

Буферный

газ - это, по определению, газ, ко-то-

рый не участвует в "дыхании" (разница между мак-

симально достигнутым объемом и полезным объе-

мом).

Две

величины

- газ буферный и полезный объем

зависят от свойств водоносного пласта (качества

коллектора,

выраженности структуры) и от того,

как

их используют.

^- = п

дней;

п может изменяться для подземных хранилищ в

водоносном горизонте от 40 до 150

дней.

Не

надо путать пиковый расход, определенный

таким

образом, и максимальный теоретический

расход, который подземное хранилище может

поставить

(обычно

при максимальном объеме

газа

в хранилище и при максимальном давлении).

391

ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ

3.2.4.

ОБОРУДОВАНИЕ

ХРАНИЛИЩ

3.2.4.1.

Скважины

3.2.4.1.1.

Основные

функции скважин

3.2.4.1.1.1.

Разведочная скважина

Разведка водоносных пластов осуществляется

с помощью глубоких скважин, которые позволяют

получить данные о глубине залегания пластов и о

характеристиках резервуара-коллектора,

покры-

шек

с помощью:

— отбора образцов пород из разведываемых

гори-

зонтов

(пласт-коллектор, покрышка, выию-ле-

жащий водоносный пласт);

— замеров (геофизические исследования, сейс-

мокаротаж и т.д.);

— исследований на продуктивность и на интерфе-

ренцию (взаимодействие).

В заключение отметим, что разведочные сква-

жины могут

быть

использованы в дальнейшем для

контроля или эксплуатации резервуара-коллек-

тора

3.2.4.1.1.2.

Эксплуатационная скважина

Связанные со станцией, они обеспечивают

одновременно закачку и отбор газа

В течение первых лет эксплуатации могут

быть

вынуждены осуществлять избирательную закачку

на различную глубину с

целью

максимального

использования пространства хранилища, предо-

ставляемого структурой; для обеспечения такой

закачки

потребуется специальное оборудование

(перекрытие

труб).

3.2.4.1.1.3. Контрольная скважина

32.4.1.1.3.1.

Контрольная

скважина в газовом

пузыре

Они располагаются в газовой зоне на границе

газового

пузыря и позволяют замерять положение

уровня вода-газ.

32.4.1.1.32.

Скважина периферийною

контроля

Они располагаются вне газового пузыря или на

его

границе и позволяют

делать

замеры

давления

в зоне, заполненной водой, или отбирать пробы

воды.

Некоторые из них, расположенные на кри-

тическом

направлении расширения газового пу-

зыря,

служат часовыми : когда газ их достигнет,

необходимо замедлить или остановить закачку.

3.2.4.1.1.3.3.

Скважина

контроля

вышележащего

горизонта

Если

вышележащие пласты пористые и

прони-

цаемые, необходимо в них расположить скважины,

позволяющие обнаружить в них возможное появ-

ление газа Контроль осуществляется с помощью

постоянного

наблюдения за давлением, переток

из

рассматриваемого горизонта газа приводит не-

медленно к увеличению давления.

3.2.4.1.1.3.4.

Скважина

геофизического

контроля

На некоторых хранилищах в центральной части

структуры оборудуют одну или несколько "глухих"

скважин

(колонна в зоне пласта не перфо-рирова-

на) для измерения газонасыщенности на различ-

ных глубинах газохранилища с помощью нейтрон-

ного

каротажа и обнаружения

случайных

скопле-

ний

газа в вершинной части вышележащего

водоносного

горизонта

3.2.4.1.2.

Бурение и крепление скважин

Буровые работы предназначены для создания

сообщения между поверхностью и резервуаром-

коллектором.

Бурение скважины включает различные

пери-

оды.

Каждый период характеризуется диаметром

долота (обычно трехшарошечное долото) и поме-

щением в скважину зацементированных обсадных

колонн,

предназначенных для закрепления ствола

скважины и изоляции отложений друг от друга

Период

Диаметр

долота

17*1/2

12*1/4

8*3/4

6*1/4

Диаметр

обсадной

колонны

Направление

13*

3/8

9*5/8

Открытый

ствол

Примечание

Направление углубля-

ется

ударным буре-

нием

до

10-15м

В дальнейшем обору-

дуется

фильтром

(непрочные коллек-

торы)

Пример

программы бурения скважины

(диаметр

дается

дюймах: 1 -

25,4 мм).

Качество цементирования последней обсадной

колонны

является

решающим, так как оно должно

препятствовать любой миграции газа в

вышележащие пласты.

Оно контролируется с помощью акустического

каротажа (Cement bond log, variable density,

CBL-Vd).

3.2.4.1.3.

Освоение скважин (completion)

Слово

"completion" (освоение) - это английское

слово,

которое используется в нефтяной промыш-

ленности,

чтобы

обозначить комплекс операций,

выполненных для определенного продуктивного

пласта который начинается с вскрытия этого плас-

та и заканчивается вводом в окончательную эксплу-

атацию. Это слово используется также,

чтобы

обо-

значить комплекс операции, выполненных в сква-

жине после окончания бурения с использованием

необхоуртмого для этого оборудования. Вошло в

обычаи применение выражения освоить скважину".

Освоение состоит в спуске забойного оборудо-

вания,

необходимого для надежного использова-

ния скважины в течение всего периода эксплуата-

ции

или контроля. Схематично оборудование сква-

жины включает (снизу вверх):

— фильтры, назначение которых - задерживать

самые мелкие частицы

рыхлых

коллекторов;

392

ПОДЗЕМНОЕ

ХРАНЕНИЕ

— спуск труб, дублирующих последнюю обсадную

колонну и изолирующих ее от пластового

флюида; пространство между ними заполняет-

ся нейтральной жидкостью

плотностью

от 1

д>

1,2, предназначенной для обеспечения

относи-тельного равновесия давления на

глубине забойного оборудования (пакер или

кольцевое уплотнение);

предохранительный клапан (задвижка)

(10

- 30 м

от поверхности), предназначенный для преду-

преждения

любого фонтанирования в случае

очень

мало вероятном - когда устье скважины

будет

сильно

повреждено;

устье скважины связано фланцем с системой

подвески

обсадных колонн.

Устье скважины

Сборная сеть -

\/ / /

Привод предохранительного клапана

/7\

•

Линия

управления

предохранительным клапаном

Скважина 12" 1/4

(311

мм)

Обсадная колонна 9" 5/8 (244 мм)

Предохранительный клапан

Цемент

Устье

эксплуатационной

скважины

393