image
energas.ru

Газовая промышленность № 06 2018

Подземное хранение газа

01.06.2018 11:00 Повышение эффективности эксплуатации ПХГ, созданных в пористых пластах с активной водонапорной системой, как части Единой системы газоснабжения
В статье рассмотрены основные гидродинамические особенности и технологические последствия эксплуатации подземных хранилищ газа с активной водонапорной системой при отборе части активного объема газа, такие как растекание газовой залежи и снижение пластового давления на конец периода закачки. Приведены основные методы регулирования латеральных перетоков газа в пластах подземного хранилища газа, направленные на минимизацию негативного воздействия недостаточного отбора газа. Предложен метод регулирования газовых залежей подземных хранилищ газа с активной водонапорной системой. Метод нацелен на предотвращение растекания газа по площади и повышение гибкости работы подземного хранилища газа как части Единой системы газоснабжения путем неполного восполнения объема отобранного газа. На примере характерного подземного хранилища газа показаны особенности применения данного метода и возможность его реализации. Рассмотрено влияние неполного восполнения отобранного объема газа на основные технологические параметры работы хранилища в последующем сезоне отбора газа. Основные результаты применения метода заключаются в снижении негативных последствий при малых объемах отбора газа, связанных с потребностью газотранспортной системы. При этом повышение эффективности эксплуатации рассмотренных хранилищ газа достигается за счет обеспечения латеральной герметичности хранилища, предотвращения растекания газовой залежи по площади, повышения гибкости газотранспортной системы путем снижения необходимого минимального объема отбираемого газа в сезонах отборов и отсутствия необходимости реализации специальных «жестких» технологических режимов эксплуатации хранилищ.
Ключевые слова: РЕГУЛИРОВАНИЕ, РАСТЕКАНИЕ ГАЗОВОЙ ЗАЛЕЖИ, ПОРИСТЫЙ ПЛАСТ, АКТИВНАЯ ВОДОНАПОРНАЯ СИСТЕМА, ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ ГАЗА.
Открыть PDF


МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЛАТЕРАЛЬНЫХ ПЕРЕТОКОВ ГАЗА

В обеспечение надежности и бесперебойности поставок газа потребителям в РФ и зарубежных странах ПАО «Газпром» создана сеть подземных хранилищ газа (ПХГ). Резервирование газа поз- воляет компенсировать сезонную неравномерность газопотребления и аварийные недопоставки газа, обеспечивает надежность экспортных поставок, служит для создания стратегических и долгосрочных резервов.

За последние пять лет в Западной Европе, на европейской территории России, Урале и в Западной Сибири температура воздуха в осенне-зимний период была выше климатической нормы. Это привело к снижению объема отобранного газа из ПХГ за сезон и, соответственно, к недостаточному отбору всего активного объема газа из хранилищ. Для ПХГ, созданных на базе истощенных газовых, газоконденсатных месторождений и водоносных пластов с активной водонапорной системой, отбор не всего активного объема газа может привести к негативным последствиям, таким как растекание газовой залежи, снижение пластового давления на конец периода закачки и др.

1.png

Для минимизации негативного воздействия недостаточного отбора газа применяются следующие основные методы регулирования газовых залежей ПХГ в процессе их создания и эксплуатации:

1) оптимизация технологических режимов закачки и отбора газа на ПХГ, предусматривающая изменение временного (по декадам, месяцам и кварталам) графика закачки и отбора газа и продолжительности нейтральных периодов;

2) регулирование темпов и объемов закачки и отбора газа по группам скважин, расположенных на разных направлениях латеральных перетоков газа (площадное регулирование);

3) регулирование темпов и объемов закачки и отбора газа по разрезу слоистого пласта (селективное регулирование), в том числе закачка под газоводяной контакт и слабопроницаемую перемычку [1].

На заседании Комиссии газовой промышленности по разработке месторождений и использованию недр разрабатываются и утверж- даются заместителем Председателя Правления ПАО «Газпром» рекомендуемые объемы отбора газа из ПХГ в осенне-зимний период, обеспечивающие предотвращение растекания газа [2].

Все вышеперечисленные методы широко используются в хранилищах газа, но реализация двух последних методов требует таких геологических и технологических предпосылок, как наличие слабопроницаемой перемычки в разрезе пласта для осуществления закачки части оперативного резерва, наличия групп скважин, расположенных в зонах латеральных перетоков газа, и др.

Реализация первого метода, в том числе Программы отборов, приводит к высоким нагрузкам на газотранспортную сеть (ГТС), так как приходится отбирать газ из хранилищ даже при отсутствии необходимости по отбору в конкретном регионе.

1_1.png

Таким образом, актуальной становится задача разработки метода, который позволит регулировать работу газовых залежей ПХГ с активной водонапорной системой, направленного на предотвращение растекания газа по площади и повышение гибкости работы ПХГ как части Единой системы газоснабжения.

Рассмотрим возможности применения такого метода путем реализации однократного неполного восполнения в сезоне закачки газа, отобранного за предшествующий сезон, на примере одного из хранилищ ПАО «Газпром», расположенного в Южном федеральном округе. Подземное хранилище газа было создано в горизонте зеленой свиты (эоцен) истощенного газоконденсатного месторождения.

 

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПХГ

По фильтрационно-емкостной, литологической и продуктивной характеристикам пласт делится на три части:

– эксплуатационный пласт I расположен в верхней части и характеризуется наихудшими коллекторскими свойствами, значительным увеличением глинистости вверх по разрезу, высокой остаточной газонасыщенностью; газоотдача в этой части пласта минимальна;

– эксплуатационный пласт II занимает по толщине половину всего объекта и обладает наилучшими коллекторскими характеристиками, является основным газосодержащим и газоотдающим интервалом;

– эксплуатационный пласт III занимает нижнюю часть объекта, характеризуется несколько лучшими, по сравнению с пластом I, коллекторскими характеристиками.

За последние сезоны эксплуатации из хранилища отбирается чуть более 70 % активного объема газа (минимальный объем отбора составил 650 млн м3 в сезоне 2015–2016 гг.), что связано как с климатическими условиями, так и с проведением работ по реконструкции ПХГ (рис. 1). Незначительные отборы обусловливают рост газонасыщенного порового объема (ГПО), что может привести к растеканию газовой залежи.

1_1_1.png 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОГО ОБЪЕМА ОТБИРАЕМОГО ГАЗА

В целях определения минимального оперативного резерва, обеспечивающего стабильную циклическую эксплуатацию на текущих показателях, были проведены итерационные расчеты вариантов работы хранилища, отличающиеся объемом оперативного резерва газа. Для объективности рассматривался пятилетний период работы хранилища с одинаковыми оперативным резервом, периодом отбора и производительностью по закачке. В качестве парамет- ров, отражающих состояние искусственной газовой залежи, рассматривались давление в зоне расположения эксплуатационных скважин (пластовое давление) и объем газа в пластовых условиях – ГПО.

Было рассчитано четыре варианта работы хранилища с разным оперативным резервом: вариант 1 – 650 млн м3; вариант 2 – 750 млн м3; вариант 3 – 850 млн м3; вариант 4 – 950 млн м3.

Согласно анализу работы хранилища, по варианту 1 был принят фактический минимальный оперативный резерв, составляющий 650 млн м3. Далее производились расчеты с шагом по оперативному резерву +100 млн м3, при этом минимальный расчетный оперативный резерв, обеспечивающий стабильную циклическую эксплуатацию на текущих показателях, составил 950 млн м3.

При реализации варианта 4 в течение пяти лет не происходит роста ГПО и снижения пластового давления, что свидетельствует о стабилизации параметров работы газовой залежи (рис. 2).

1_1_2.png

Таким образом, эксплуатация хранилища с оперативным резервом 650 млн м3 приведет к увеличению ГПО, растеканию газовой залежи и, как следствие, падению пластового давления на конец сезона закачки, что обусловлено нарушением условий стабильной циклической эксплуатации искусственной газовой залежи ПХГ с активной водонапорной системой (объем воды, оттесняемой из газовой залежи, должен быть равен объему вторгающейся) [3].

 

РЕГУЛИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ГАЗОВОЙ ЗАЛЕЖИ

По результатам анализа проведенных расчетов можно сделать вывод о необходимости ежегодного отбора объема газа из хранилища свыше потребности, что приводит к дополнительным нагрузкам на ГТС. Анализируя динамику ГПО и пластового давления, можно сделать предположение о возможности стабилизации искусственной газовой залежи при оперативном резерве 650 млн м3, но при меньшем общем объеме газа в пласте.

Для проверки данного предположения был проведен дополнительный комплекс расчетов, направленный на определение параметров стабильной циклической эксплуатации хранилища с оперативным резервом, соответствующим потребности ГТС. В качестве базового варианта был принят вариант 1 и дополнительно рассчитаны три варианта с различным общим объемом газа в пласте (табл. 1).

Проведенный анализ динамики ГПО и пластового давления по вариантам выявил следующее (рис. 3):

– вариант 1 – интенсивный рост ГПО, снижение пластового давления на конец закачки от сезона к сезону, растекание искусственной газовой залежи ПХГ;

– вариант 1а – рост ГПО, снижение пластового давления на конец закачки от сезона к сезону, растекание искусственной газовой залежи ПХГ;

– вариант 1б – цикличность динамики ГПО, стабилизация плас- тового давления на конец закачки от сезона к сезону, отсутствие растекания искусственной газовой залежи ПХГ;

– вариант 1в – сокращение ГПО, рост пластового давления на конец закачки от сезона к сезону, компактизация искусственной газовой залежи ПХГ.

Расчеты показали, что при снижении общего объема хранимого газа на 150 млн м3 ниже проектного значения рекомендуемый объем отбора газа из ПХГ в осенне-зимний период, обеспечивающий предотвращение растекания газа, снижается с 950 млн до 650 млн м3. При этом при снижении общего объема газа в пласте сохраняется потенциал хранилища по обеспечению утвержденной максимальной суточной производительности и отбора всего оставшегося активного объема газа – 1100 млн м3, достаточного для компенсации среднего фактического газопотребления за последние годы эксплуатации, с последующим восполнением общего объема до проектного уровня без выхода технологических параметров эксплуатации хранилища за проектные значения.

Возможность эксплуатации хранилища с общим объемом газа ниже проектного значения на 150 млн м3 подтверждается фактическими данными эксплуатации. Неполное восполнение в сезон закачки отобранного за предшествующий сезон объема газа на рассматриваемом хранилище было связано с проведением работ по реконструкции наземной части ПХГ, для проведения которой был необходим простой хранилища в течение продолжительного периода, в связи с чем оперативный резерв газа был сокращен на 150 млн м3.

Рассмотрено влияние неполного восполнения отобранного объема газа на основные технологические параметры работы хранилища в последующем сезоне отбора газа, для чего проведено сравнение вариантов технологических режимов отбора газа при работе хранилища с различным объемом газа в пласте на начало сезона (рис. 4).

Расчеты технологических режимов и динамики основных технологических параметров работы хранилища проводились с использованием адаптированной к истории эксплуатации постоянно действующей геолого-технологической модели работы пласта ПХГ.

Сравнение параметров работы хранилища в сезоне отбора газа по вариантам «Восполнение» (полное восполнение отобранного объема газа) и «Недозакачка» (неполное восполнение отобранного объема газа) представлены в табл. 2.

Анализ полученных результатов показывает, что негативным фактором реализации варианта «Недозакачка» является снижение пластового давления в зоне расположения эксплуатационных скважин на начало сезона отбора газа, что, в свою очередь, приводит к сокращению периода потенциально возможного достижения хранилищем максимальной производительности на десятые сутки (эквивалентно 150 млн м3 накопленного объема отобранного газа) при одном и том же технологическом режиме эксплуатации. Это связано с меньшим объемом газа в пласте на конец сезона закачки.

 

ВЫВОДЫ

Анализ результатов проведенных многовариантных расчетов реализации рассмотренного метода регулирования эксплуатации искусственной газовой залежи с активной водонапорной системой путем неполного восполнения объема отобранного газа подтвердил эффективность его применения в целях снижения негативных последствий при малых объемах отбора газа, связанных с потребностью ГТС.

При этом решаются следующие задачи повышения эффективности эксплуатации ПХГ, созданных в пористых пластах с активной водонапорной системой, как части Единой системы газоснабжения: обеспечение латеральной герметичности хранилища; предотвращение растекания газовой залежи по площади; повышение гибкости ГТС за счет снижения необходимого минимального объема отбираемого газа за сезон и отсутствия необходимости реализации специальных «жестких» технологических режимов эксплуатации.

Возможность реализации данного метода подтверждена фактическими данными эксплуатации рассматриваемого хранилища. Необходимо отметить, что в данной статье не учитывались влияние технологических режимов на формирование искусственной газовой залежи и возможность реализации площадного регулирования, что могло бы повысить эффективность рассмотренного метода при комплексировании различных методов регулирования работы искусственных газовых залежей с активной водонапорной системой. Также не рассмотрен подробно вопрос влияния неполного восполнения объема отобранного газа на период потенциально возможного достижения хранилищем проектной максимальной производительности.

Таблица 1. Варианты расчета Table 1. Variants of calculation

Вариант

Variant

Оперативный резерв, млн м3

Operative reserve, million m3

Объем недостаточной закачки, млн м3

Volume of underinjection, million m3

Вариант 1

Variant 1

650

0

Вариант 1а

Variant 1a

100

Вариант 1б

Variant 1b

150

Вариант 1в

Variant 1c

200

 

Таблица 2. Сопоставление параметров работы хранилища при реализации вариантов эксплуатации Table 2. Comparison of the storage operation parameters at the realization of the operation variants

Параметр

Parameter

Восполнение

Filling up

Недозакачка 150 млн м3 газа

Gas underinjection, 150 million m3

Максимальная производительность в сезоне отбора, млн м3/сут 

Maximum capacity in the extraction season, million m3/day

15

15

Длина «полки» максимальной производительности от накопленного отбора, млн м3

Length of the plateau of maximum capacity from accumulated extraction, million m3

600 (40 сут)

600 (40 days)

450 (30 сут)

450 (30 days)

Объем газа в пласте на начало сезона отбора 2016–2017 гг., млн м3 

Gas volume in the reservoir at the beginning of the extraction season of 2016–2017, million m3

2750 (100 %)

2600 (94 %)

Пластовое давление на начало сезона отбора 2016–2017 гг., МПа 

Reservoir pressure at the beginning of the extraction season 2016–2017, MPa

10,4

10,0

Пластовое давление на конец сезона отбора 2016–2017 гг., МПа 

Reservoir pressure at the end of the extraction season 2016–2017, MPa

5,4

5,4

 





← Назад к списку