Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 [ 121 ] 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284

носительно небольшой (10 - 20%) водрнасыщен-ности в породах с хорошей проницаемостью; она может достичь 60% в породах с низкой проницаемостью;

- защемленный газ: к концу пропитки остаточная газонасыщенность остается порядка 15 - 30% в зависимости от горной породы; этот газ, попавший в ловушку" или остаточный, представляет довольно значительную часть (30 - 60%) буферного 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 созданием и эксплуатацией хранилищ газа в водоносном пласте, используют знание физических механизмов течения флюидов в пористой среде:

- первоначальная оценка гвологоч})изичвских данных;

Водонасыщенность 1.0

0,9 0.8 0,7 0.6 0,5 0.4 0,3 0,2 0,1

Первое пропитывание

Sob (неуменьшающаяся водонасыщенность]!

Давление вытеснения \рц

дренирование

Изменение капиллярных давлений для точки Рн

10 20 i 30 40 50 60 70 80

Рн Капиллярные давления (гПа)

Изменение зависимости Уапиллярнов давление-насыщенностьс изменением калиллярных давлений

- определение и расчет основного оборудования;

- предварительное изучение состояния и изменения параметров пластового резервуара в процессе эксплуатации;

- изучение коллектора переводом (например, с газа *Н* на газ *В*, и наоборот);

- изучение закачки инертного газа (например азота) в качестве части буферного газа (см. § 3.2.6.);

- выбор и твхнический расчет дополнительного оборудования в процессе эксплуатации;

- во время разведки перед закачкой газа: гиджди-намические исследования скважин (см. § 3.7.1. Оценка водоносного коллектора с помощью гидродинамических исследований; исследования интерференции скважин):

• цель: определение средних значений; опро-бывание и испытание скважины или присква-жинной зоны; исследования интерференции двух или нескольких скважин, гидродинами-

-Вояаносный -3 Ёгориюкт =

Виды точения В подземном хранилище в водоносном горизонте

ческие характеристики пласта, в основном, проницаемость и пористость);

• техника: наблюдение изменения давления в одной или нескольких скважинах, вызванного фонтанной или насосной добычей воды из водоносного пласта одной или несколькими скважинами;

• тип течения: однофазное;

• интерпретация: обратная модель или развертывание;

- во время закачки газа и эксплуатации изучение фильтрации позволяет рассчитать пространственно-временное распределение давления 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 (остаточная вода, защемленная при минимальной насыщенности).

Расчеты фильтрации в пористой среда 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 отдельные процвссы или порядок величин, таких как:

- среднее давление в газовом пузыре (упрощенные 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 флкэдов (вода и газ) располагают двумя следующими уравнениями:

- скалярное уравнение неразрывности (см. §3.2.2.1.2.):

, - Э(р8Ф) div(pu)+ д -(7=0.

q- термин источник" - массовый ной скважины), отнесенный к единице ристой среды;

- закон Дарси (векторное уравнение):

мапо-

u=-fco-(gradp-pg)

или для каждого флюеда четыре скалярных уравнения для пяти неизвестных: р, S, U„ (р и ц - функции р; ко - функция S).

В общей сложности, для двух флюидов (вода и газ), располагают восьмью скалярными уравнениями с десятью неизвестными.

Два дополнительных уравнения связи:

- капиллярное давление: Р Р, - Р,;

- насыщенности: S, + Sr 1.

Примечание:

При однофазном течении, S « 1; неизвестные: р, и» и, - четыре, как и число скалярных уравнений (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,) +(р8ФС,) -q, = О,

- концентрация /-го "компонента";

-термин "источник": массовый расход компонента "Г, отнесенный (для одной скважины) к единице объема,

= D + au,

- тензор дисперсности.

или для п составляющих смешиваемого газа, п + четыре скалярных уравнения:

- п-скалярных уравнений неразрывности;

- три скалярных уравнения (закон Дарси для газовой фазы (см. § 3.2.3.1.1));

- одно уравнение, связывающее концентрации:

1С,= 1

для п+пяти неизвестных: (С* / е [1, ri[, р, S, U„ U

Для водной фазы (см. § 3.2.3.1.1) в общей сложности располагают п + восмыо уравнениями для п + десяти неизвестных.

Выражение для капиллярного давления и отношение, связывающее насыщенности газом и водой, образуют два дополнитвлы4ых уравнения.

3.2.3.2. Максимальное давление

Давление в газовом пузыре, если оно слишком высокое, приводит к утечке в вышележащие горизонты или вдоль крепления ствола скважины, или через покрышку. Максимальное значение, определенное экспериментально, более высокое в коллекторах с толстыми покрышками, образованными пластичными глинистыми породами, чем в коллекторах с покрышками небольшой толщины из хрупких пород. Оно соответствует давлению столба высотой, равной высоте вершины ловушки, заполненного жидкостью плотностью от 1,3 до 1,46; эта фиктивная плотность часто в нефтяной промышленности 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,.-) гораздо выше подвиж-

ности воды, газ имеет тенденцию "уходить вдоль кровли пласта. Таким образом в мало структурированных ловушках с плохой проницаемостью газ рискует достичь высоты ловушки раньше, чем будет достигнут максимальный, теоретически определенный, объем хранения (см. § 3.2.3.4).

Порядок величины критической скорости перемещения контакта газ-вода может быть получен по формуле Диетца:

fo.fP.Ssina

- относительная проницаемость для воды;

а - падение кровли коллектора (угол, образованный кровлей с горизонталью).

3.2.3.3.2. Предельное давление

Заполнение хранилища сопровождается, даже если оно слабо структурировано, избыточным давлением, которое тем выше, чем выше расход нагнетаемого газа.

Порядок величины этого избыточного давления может быть посчитан с помощью соотношения Ко-лонна-Чарного:

h -

Я -а -

4nhk

толщина коллектора (м);

АкЬкФа

- коэффициент пьезопроводности

(м2 О:

расход нагнетаемого газа (в условиях забоя); коэффициент эффективности вытеснения воды газом (меньше 1); определена в § 3.2.2.1.3.3;

Е/(-*) =

(Г • в"" du (интвфальная показатель-

ная функция).

Это соотношение позволяет оценить максимально допустимый расход нагнетания, определяемый максимальным избыточным давлением:

АДтх -•- начальное пластовое давление - • 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:

А(/)).Ф- (1-S.,) d/i.

A(h) - разность площадей изобат по кровле и по

подошве по отметкам глубин h (м; F - высота (м);

Ф -средняя пористость коллектора (м-м-); - остаточная водонасыщенность (м м-).

Примечание:

Если отметки изобат по подошве больше отметок изобаты высоты, А(/?) равна площади изобат по кровле.

Максимальная теоретическая емкость хранилища S,nax при условии достижения максимального объема при максимальном давлении равна:

Smax = V1„,x-P™x :r

Ро Z(p,T) Т

Полученная по формуле величина S„ax является завышенной, т.к.:

- некоторый интервал безопасности должен быть соблюден между поверхностью воды и поверхностью изобаты высоты ловушки;

- газоводяной контакт редко бывает горизонтальным;

- максимальное давление, определенное по градиенту 1,3 -1,46, не может бьпъ достигнуто (случай ловушки большой протяженности, мало структурированной, с хорошими характеристиками);