способ создания и эксплуатации подземного хранилища газа в многопластовых неоднородных низкопроницаемых слабосцементированных терригенных коллекторах с подстилающим водяным горизонтом

Формула изобретения

1. Способ создания и эксплуатации подземного хранилища газа в многопластовых неоднородных низкопроницаемых слабосцементированных терригенных коллекторах с подстилающим водяным горизонтом, включающий бурение нагнетательно-эксплуатационных скважин, оборудование их эксплуатационными колоннами, закачку в продуктивный пласт газа и его отбор, отличающийся тем, что нагнетательно-эксплуатационные скважины бурят с горизонтальным окончанием ствола и располагают их кустами с вертикальной скважиной, при этом вначале вскрывают вертикальной скважиной продуктивный пласт и частично подстилающий водяной горизонт, определяют локальные характеристики продуктивного пласта: глубину залегания продуктивного пласта и подстилающего водяного горизонта, мощность разделяющего их пропластка, проницаемость и пористость каждого продуктивного пропластка, по полученным данным уточняют профиль и конструкцию нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола, затем бурят 3 - 8 нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола, причем горизонтальные окончания ствола располагают по радиусам от центра куста и обсаживают фильтрами, длина каждого горизонтального окончания ствола составляет 250 м и более, а точку входа каждого горизонтального окончания ствола в кровлю продуктивного пласта размещают на расстоянии не менее 100 м от ствола вертикальной скважины, при этом вертикальную скважину используют в качестве нагнетательной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из горизонтальных окончаний стволов пересекает все продуктивные пропластки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для создания и эксплуатации подземных хранилищ газа.

Наиболее распространенными природными объектами, используемыми для создания подземных хранилищ газа, являются истощенные залежи (газовые и газоконденсатные), которые в большинстве своем, в процессе разработки подтягивают подошвенные или законтурные воды либо имеют близко расположенные водоносные горизонты, а так же изменяют напряженное состояние скелета коллектора, что приводит к уменьшению его прочностных свойств.

Указанные изменения состояния залежи при завершении разработки являются причиной ограничения перепада давления в системе скважина-пласт при закачке и отборе газа, что приводит к необходимости бурения большого числа скважин с целью обеспечения пиковых режимов в процессе эксплуатации подземных хранилищ газа.

Одним из основных показателей при создании подземных хранилищ газа является высокая проницаемость коллектора. Например, проницаемость пластов известных хранилищ газа составляет: Северо-Ставропольского - 1000 мД, Песчано-Ушетского - 1300 мД, Касимовского - 600 - 2800 мД.

Мировая практика не имеет опыта создания крупных хранилищ газа с активным объемом более 5,0 млрд.м³ в терригенных коллекторах с низкой проницаемостью (15-30 мД, но не более 80 мД) и небольшой эффективной мощностью в пределах 4-25 м, но не более 40 м. Для описанных залежей необходимое для эффективной эксплуатации число скважин резко увеличивается.

Известен способ создания подземного газохранилища в водоносном пласте неоднородного литологического строения, включающий закачку газа в пласт и отбор газа потребителю, при этом в водоносном пласте выделяют более проницаемые пропластки, а закачку газа осуществляют в выделенные пропластки последовательно, начиная с верхнего, причем закачку газа в каждый пропласток ведут до появления газа на границе ловушки [1].

Недостатками известного способа являются высокие затраты на создание подземного хранилища газа и низкая эффективность его эксплуатации из-за большого числа вертикальных скважин, низкой их приемистости и дебитов при соблюдении ограничений на допустимые перепады давлений в системе скважина-пласт, обусловленных разрушением коллектора при отборе и закачке газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ создания и эксплуатации многопластовых подземных хранилищ газа, включающий выделение в геологическом разрезе нескольких пластов - объектов для хранения газа, бурение нагнетательно-эксплуатационных и контрольно-регулирующих скважин, оборудование нагнетательно-эксплуатационных скважин обсадной и эксплуатационными колоннами, закачку в выделенные пласты и отбор из них хранимого газа, причем при оборудовании нагнетательно-эксплуатационных скважин в каждой скважине эксплуатационные колонны перфорируют в интервале всех выделенных пластов, закачку газа подлежащего хранению и его отбор производят одновременно по всем пластам через эксплуатационную колонну нагнетательно-эксплуатационных скважин, бурение контрольно-регулирующих скважин производят на каждый пласт, а при регулировании объемов закачки или отбора газа по каждому пласту осуществляют дополнительную закачку или отбор газа в контрольно-регулирующие скважины [2].

Недостатками известного способа являются высокие затраты на создание и эксплуатацию подземного хранилища газа из-за большого числа вертикальных скважин, низкой их приемистости и дебитов, обводнения скважин при форсированных режимах, особенно в пиковые периоды эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является снижение затрат на создание подземного хранилища газа, повышение эффективности его эксплуатации за счет сокращения числа скважин, предотвращения обводнения и разрушения скважин и обеспечения необходимого отбора газа из подземного хранилища газа в пиковые периоды эксплуатации.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном способе создания и эксплуатации подземного хранилища газа в многопластовых неоднородных низкопроницаемых слабосцементированных терригенных коллекторах с подстилающим водяным горизонтом, включающем бурение нагнетательно-эксплуатационных скважин, оборудование их эксплуатационными колоннами, закачку в продуктивный пласт газа и его отбор, согласно изобретению, нагнетательно-эксплуатационные скважины бурят с горизонтальным окончанием ствола и располагают их кустами с вертикальной скважиной, при этом вначале вскрывают вертикальной скважиной продуктивный пласт и частично подстилающий водяной горизонт, определяют локальные характеристики продуктивного пласта: глубину залегания продуктивного пласта и подстилающего водяного горизонта, мощность разделяющего их пропластка, проницаемость и пористость каждого продуктивного пропластка, по полученным данным уточняют профиль и конструкцию нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола, затем бурят 3-8 нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола, причем горизонтальные окончания ствола располагают по радиусам от центра куста и обсаживают фильтрами, длина каждого горизонтального окончания ствола составляет 250 м и более, а точку входа каждого горизонтального окончания ствола в кровлю продуктивного пласта размещают на расстоянии не менее 100 м от ствола вертикальной скважины, при этом вертикальную скважину используют в качестве нагнетательной.

Кроме того, каждый из горизонтальных окончаний стволов пересекает все продуктивные пропластки.

На фиг. 1 представлен разрез пласта с размещенными вертикальной и одной из нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола.

На фиг. 2 представлена схема размещения скважин в кусте.

Способ осуществляют следующим образом.

На фиг. 1 изображено: 1 - продуктивный пласт; I^a, I, II, III - продуктивные пропластки, IV - прослои глины, 2 - водяной горизонт, 3 - глинистый пропласток между продуктивным пластом 1 и подстилающим водяным горизонтом 2, 4 - вертикальная скважина, 5 - эксплуатационная колонна, 6 - цементный раствор, 7 - перфорационные отверстия, 8 - нагнетательно-эксплуатационная скважина, 9 - точка входа горизонтального окончания ствола в кровлю продуктивного пласта 1, 10 - фильтры.

Продуктивный пласт 1 состоит из небольших по мощности чередующихся песчано-глинистых пропластков: I^a, I, II, III с подклиненными прослоями глин - IV. Проницаемость коллекторов составляет 30-40 мД. Общая мощность продуктивного пласта изменяется в пределах 10-40 м, средневзвешенная газонасыщенная мощность не более 20 м.

Ниже продуктивного пласта 1 расположен подстилающий водяной горизонт 2. Между продуктивным пластом 1 и подстилающим водяным горизонтом 2 расположен глинистый пропласток (покрышка) 3.

Вертикальной скважиной 4 вскрывают продуктивный пласт 1, глинистый пропласток 3 и частично водяной горизонт 2. Затем проводят геофизические исследования и определяют: месторасположения кровли и подошвы продуктивного пласта и его пропластков, их мощность и глубину залегания, фильтрационные параметры пласта, литологические характеристики, заглинизированность разреза, глубину залегания и мощность глинистого пропластка 3, отделяющего продуктивный пласт 1 от водяного горизонта 2.

В скважину 4 спускают эксплуатационную колонну 5 и цементируют ее, затем производят перфорацию колонны 5 в зоне продуктивного пласта 1.

По данным геофизических исследований уточняют профиль и конструкцию нагнетательно-эксплуатационных скважин с горизонтальным окончанием ствола 8. Затем бурят нагнетательно-эксплуатационные скважины 8 с длиной горизонтального окончания ствола 250 м и более и располагают их по радиусам от центра куста. Точку входа каждого горизонтального окончания ствола в кровлю продуктивного пласта 9 размещают на расстоянии не менее 100 м от ствола вертикальной скважины.

В нагнетательно-эксплуатационные скважины 8 спускают эксплуатационные колонны 5 в горизонтальные окончания стволов скважин 8 спускают перфорированные трубы (фильтры) 10, а эксплуатационную колонну 5 над продуктивным пластом цементируют.

Закачку газа в продуктивный пласт 1 ведут через вертикальную скважину 4 и нагнетательно-эксплуатационные скважины 8, а отбор ведут только через нагнетательно-эксплуатационные скважины 8.

При предложенном кустовом размещении скважин изображенном на фиг.2, где А и А" соответственно, вертикальная скважина и область ее дренирования;

Б и Б", соответственно, нагнетательно-эксплуатационная скважина с горизонтальным окончанием ствола и область ее дренирования;

В - куст с семью скважинами; отрицательное влияние депрессионной воронки сведено к нулю.

Пример. Предлагаемый способ создания и эксплуатации подземного хранилища газа в многопластовых неоднородных низкопроницаемых слабосцементированных терригенных коллекторах с подстилающим водяным горизонтом положен в основу создания и эксплуатации одного из подземных хранилищ газа в истощенном газоконденсатном месторождении альбского яруса нижнемеловых отложений, сложенного глинами, песчаниками и алевролитами.

Основные геолого-промысловые данные по месторождению приведены в таблице 1 (табл. 1-3 см. в конце описания).

При проектировании подземного хранилища газа предусмотрено с выходом на проектный показатель объема хранилища пробурить 241 эксплуатационно-нагнетательную вертикальную скважину.

Однако, использование кустовых скважин с горизонтальным окончанием ствола позволило запроектировать на тот же объем всего 140 скважин, из них 71 горизонтальные и 69 вертикальных скважин.

В таблице 2 приведены характеристики вертикальной и горизонтальной скважин, а так же фактические замеры дебитов.

Как следует из приведенных в таблице 2 данных, при увеличении длины горизонтального участка ствола более 250 м дебит скважины увеличивается более чем в 6 раз по сравнению с вертикальной скважиной.

В таблице 3 приведены дебиты средней вертикальной и горизонтальной скважин.

В мае 1997 г на подземном хранилище газа 80 скважин, в том числе 31 скважина с горизонтальным окончанием ствола длиной 250 м и более, обеспечили пиковую закачку с суточным дебитом 9,8 млн.м³ газа по сравнению с 4,9 и 4,4 млн.м³ газа, соответственно, в апреле и сентябре.

В зимнем сезоне 1997-98 гг. характеризовавшимся крайне неблагоприятной климатической обстановкой и имевшими место существенными недопоставками газа из Единой системы газоснабжения проявилась роль и значение подземного хранилища газа, созданного как вертикальными, так и скважинами с горизонтальным окончанием ствола. При этом даже в условиях неполного буферного объема газа, предусмотренного проектом, была обеспечена предусмотренная проектом производительность подземного хранилища газа, что в целом позволило обеспечить в этот период бесперебойное газоснабжение крупного региона России.

Заявляемый способ по сравнению со способом - прототипом позволяет снизить затраты на создание подземного хранилища газа, повысить эффективность его эксплуатации за счет сокращения числа скважин, предотвращения обводнения и разрушения скважин, обеспечения необходимого отбора газа в пиковые периоды эксплуатации, увеличить объем газохранилища и темпы отбора-закачки газа за счет вовлечения в работу пластов, считавшихся при вскрытии их вертикальными скважинами, непригодными из-за низких коллекторских свойств, кроме того, позволяет сократить размеры земельных участков под скважины, шлейфы, подъездные дороги, уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.

Источники информации:

1. N 1041438 A, B 65 C 5/00, 1983.

2. Солдаткин Г.И. и др., Подземное хранение газа в водоносных пластах, Тематический научно-технический обзор, Зарубежный опыт, ВНИИЭгазпром, 1968 г., стр. 33 - 37.