§ 2. Режим эксплуатации газовых скважин

Выбор оптимального режима эксплуатации газовых скважин — одна из актуальных проблем добычи газа. В себестоимости газа затраты на обустройство скважины составляют около по­ловины всех расходов. Следовательно, увеличение отбора газа из скважин может заметно повысить технико-экономические показатели отрасли в целом. Однако при этом необходимо учи­тывать ограничения геологического, технологического, техниче­ского и экономического характеров. Геологические причины:

1) разрушение недостаточно устойчивых горных пород (пе­ски и слабосцементированные песчаники) при значительных расходах газа; частицы породы, двигаясь со скоростью 5— 10 м/с, в основном не влияют на оборудование, однако засо­ряют систему сбора и подготовки газа, что способствует умень­шению толщины стенок труб и сосудов;

2) разрушение стенок труб и сосудов вследствие того, что в местах сужений и поворотов струи газа при содержании

Рис. IX.1. Цирку­ляционный кла­пан:

/ — пружина; 2 — скользящая втулка; 3 — седло с отвер­стием; 4 — фонтан­ная труба

пробок в трубе и плохо закрытых задвижках скорость газа до­стигает значений скорости звука;

3) обвалы призабойной части пласта вследствие удаления

части породы.

Процесс разрешения породы в районе скважины сложен и изучен недостаточно глубоко, чтобы можно было иметь четкие рекомендации относительно допустимых отборов газа в кон­кретных условиях. По реальным скважинам момент начала раз­рушения пласта находят опытным путем при исследовании скважин с помощью породоуловителя.

Параметры допустимого режима раньше прогнозировали на основе положения, что частицы породы выносятся из пласта под влиянием вязкостной составляющей потока газа. В этом случае эксплуатировать скважину во время разработки залежи следует при условии постоянства скорости фильтрации газа на забое или согласно формуле

Q/p₃<C_t (IX.2)

где С—коэффициент, включающий все постоянные и неизвест­ные величины.

Позже стали считать, что в случае больших расходов газа на частицу породы в основном воздействуют инерционные силы фильтрационного потока. Тогда для совершенных скважин

срШ<с_% (ix.3)

или в более строгой и общей форме

^ ₌ g_radp ₌ _М 4.-&£.<С. (IX.4)

■

где

А₀=-; В₀ =-.

Также считают, что разрушение пласта в призабойной зоне связано не столько с характером потока газа, сколько со сни­жением давления в призабойной зоне действующей скважины и с изменением напряженного состояния окружающих горных пород.

В последнем случае условие эксплуатации скважин, в про­дукции которых содержится песок, приближенно можно выра­зить зависимостью

р_н—р₃ = Др<С = const.

Обводнение скважин подошвенной водой (конусообразова-ние). В этом случае продуктивность скважин ухудшается, ос­ложняется работа оборудования, часто ухудшается проводи­мость коллектора.

Теория конусообразования разработана достаточно детально. Существует ряд методик, позволяющих определить предельный расход газа без прорыва в скважину подошвенной воды. Наи­более проста методика, разработанная Б, Б. Лапуком, Б. Е. Со­мовым и А. Л. Брудно.

По этой методике предельный расход газа

Яп = ^{2лМ2рвРк} </*. (IX.5)

|А_гр_ст

Здесь q *— безразмерный предельный расход газа:

<7* = </*(р, й), где

р = —&-; h =6/й,

Ш Ш Kit

где R_K— радиус контура питания; b — толщина вскрытой части

пласта. Функцию р можно определить по рис. IX.4, h — относи­тельное вскрытие.

Поскольку в формуле (IX.5) р_к со временем понижается, предельный расход газа также должен уменьшаться. И усло­вие эксплуатации скважины выражается зависимостью

<7(0=<7нп/Рк,

где q_Hn — начальный предельный расход. Если же залежь об­водняется, то со временем значения h и R_K становятся незна­чительными. Следовательно, q * и q_u также изменяются, при­чем сложным образом. Так как сложно оценить соотношение горизонтальной k_T и вертикальной k_B проницаемостей пласта, ошибки в оценке q_n могут быть большими. На практике сле­дует сопоставлять величины, полученные опытным путем, с ра­счетными.

Большое влияние на интенсивность эксплуатации скважин оказывает неравномерное продвижение краевых вод.

Формулы для расчета изменения границы раздела газ—вода сложны и плохо подтверждаются практикой. Дело в том, что информация о пласте бывает обычно совершенно недостаточ­ной для оценки условий эксплуатации отдельных скважин. В связи с этим параметры режима газовых скважин в процессе разработки корректируются на основе данных гидрогеологиче­ских и гидрохимических наблюдений. Отбор газа из некоторых скважин, дренирующих пропластки и участки, где наблюдается нежелательное продвижение краевых вод, уменьшается, в дру­гих — увеличивается.

Технологические причины

1. Образование гидратов в скважине и в шлейфах. В этом случае выбирают соответствующий режим эксплуатации.

Рис. IX.4. График зависимости q* от р и h

Рис. IX.5. График определения зоны возможного гидратообразования в

скважине.

Температура: / — грунта; 3 — газа при его расходе q; 4 — равновесная температура образования гидратов при расходе q\

5 — газа в скважине при его расходе <7,><7 (безгидратный режим); 2 — давле­ние газа в скважине при его расходе q\

6 — глубина нейтрального слоя

Температура горных пород увеличивается с глубиной при­мерно линейно. В зоне вечной мерзлоты она практически по­стоянная и составляет от —3 до —5 °С.

Газ, поднимаясь на поверхность, остывает. Его температуру можно рассчитать или измерить. Так как изменение темпера­туры в скважине мало влияет на давление в ней, равновесную температуру гидратообразования можно определить и в стволе скважины, и в шлейфе как функцию давления (по средней температуре). Если эта температура ниже существующей, гид­раты не образуются, если она выше —образуются. В^ послед­нем случае, чтобы устранить зону гидратообразований, увели­чивают расход газа, но до определенного предела (при высоких расходах получают большие потери давления, в ре­зультате температура газа начинает снова снижаться за счет эффекта Джоуля—Томсона). На рис. IX.5 показан график опре­деления зоны возможного гидратообразования (см. табл. гл. II). Условие отбора газа в этом случае: <7 = const.

2. Необходимость выноса с забоя скважины конденсата тяжелых углеводородов или воды. Условие эксплуатации в этом случае (приближенное):

q/p₃ = const.

Технические причины: пропускная способность си­стемы, допустимые нагрузки на оборудование, вибрация эле­ментов системы, ее растепление, возможность смятия колонны, раскрытие верхних вод и многое другое. Решают эти вопросы с учетом конкретных условий эксплуатации скважины.

Экономические причины. Как правило, они воз­никают тогда, когда других ограничений не существует. Напри­мер, при исправных скважинах, газовом режиме залежи, устой­чивых коллекторах, правильно рассчитанном оборудовании. В этом случае режим скважины должен обеспечить минимум приведенных затрат по системе в целом за весь период разра­ботки.

Если из скважин отбирать чрезмерно большие количества газа, то давление на устье будет низким. Придется рано вво­дить ДСК, иметь очень большую ее мощность, применять ап­параты и трубы завышенного диаметра, что приведет к удоро­жанию себестоимости газа. В данном случае экономическое обоснование режима эксплуатации скважин совпадает с обос­нованием оптимального варианта разработки залежи.