Спосіб експлуатації підземного сховища газу

1. Спосіб експлуатації підземного сховища газу в умовах неоднорідності пластів, що включає періодичне закачування природного газу у сховище, зберігання природного газу у сховищі, відбирання природного газу із сховища та закачування інертного газу як буферного у сховище через інтервали перфорації свердловин, який відрізняється тим, що інертний газ закачують у низькопроникну частину пласта-колектора, а додаткові об'єми природного газу, які одержують в результаті закачування інертного газу як буферного, відбирають із високопроникної частини пласта-колектора та низькопроникної частини пласта-колектора свердловин, які віддалені від свердловин, через які закачують інертний газ, при умові, що відстань між свердловинами для закачування газу і відбиранню природного газу достатня для запобігання змішуванню інертного і природного газів, а кількість та 2 (19) 1 3 89107 4 ку та фізико-хімічним складом природного газу, даткових об'ємів природного газу, а також кільякий відбирають із сховища, і, залежно від резулькість, місце розміщення та інтервали перфорації татів спостережень, змінюють відповідно обсяги, свердловин для закачування інертного газу і відтемп закачування інертного газу і відбирання добирання додаткових об'ємів природного газу. Винахід відноситься до технології експлуатації підземних сховищ газу (ПСГ) з використанням інертного газу як буферного і може бути використаний у газовій промисловості в процесі циклічної експлуатації ПСГ, створених на базі виснажених газових, газоконденсатних покладів та водоносних пластів в умовах їх неоднорідності. Робота будь-якого ПСГ передбачає формування буферного об'єму газу в пласті, роль якого полягає у забезпеченні безводної експлуатації ПСГ і необхідної пластової енергії для можливості відбирання всього активного об'єму газу. Тому для підвищення економічної ефективності експлуатації ПСГ існує потреба у створенні оптимальної технології заміщення якомога більшої частини буферного газу газом нижчої вартості. Відомий спосіб створення ПСГ у водоносному пласті, згідно з яким для формування буферного об'єму газу у пласт закачують інертний газ із вищезалягаючого азотного покладу, що приурочений до єдиного антиклінального підняття. [Использование инертных газов на подземных газохранилищах в пористых пластах. Газовая промышленность // Серия: "Транспорт, переработка и использование газа в зарубежных странах". ВНИИЭгазпром, 1989. - вып.7. - С.1-8]. Основним недоліком цього способу є досить велика ймовірність дисперсії (змішування) азоту й природного газу, що може спричинити зниження якості газу, який відбирають з ПСГ у процесі експлуатації. Відомий також спосіб створення ПСГ у соляних кавернах, що передбачає використання більш дешевого інертного газу як буферного, шляхом його відокремлення від активного газу гнучкою непроникною мембраною, прикріпленою по контуру до стінок каверни, для запобігання можливості дисперсії газів [Патент US5052856, B65G5/00, 1991р.]. Недоліком цього способу є збільшення витрат на облаштування ПСГ. Відомий також спосіб експлуатації ПСГ у водоносному пласті, вибраний як прототип, що включає закачування суміші вуглекислого газу з азотом як буферного газу у центральну частину структури і витіснення його на периферію природним газом [Опыт "Газ де Франс" по замещению части буферного газа ПХГ выхлопными газами. Газовая промышленность // Серия: "Транспорт, переработка и использование газа в зарубежных странах". ВНИИЭгазпром, 1989. - вып.17. - С.1-7]. Недоліком цього способу є погіршення техніко-економічних показників внаслідок дисперсії газів, поступового вилучення інертного газу і зниження кондиційності природного газу, який відбирають з ПСГ, а також високої вартості даної технології. Вищевикладене свідчить про те, що проблема покращення техніко-економічних показників експлуатації ПСГ, створених на базі виснажених газових, газоконденсатних покладів та водоносних пластів в умовах їх значної неоднорідності шляхом заміщення буферного газу інертним газом є досить актуальною. Але без застосування оптимальної технології закачування інертного газу в пласт покращити техніко-економічні показники ПСГ практично неможливо. Пошук ефективних технологічних і технічних рішень щодо експлуатації ПСГ із заміщенням буферного газу більш дешевим інертним газом займає першочергове значення, оскільки технологію експлуатації ПСГ із застосуванням інертного газу як буферного практично не використовують у зв'язку з тим, що виникає проблема зниження кондиційності природного газу, який відбирають з ПСГ, внаслідок прояву процесу дисперсії газів (інертного та природного) під час циклічної експлуатації газосховища. В основу винаходу покладено задачу створення такого способу експлуатації ПСГ, в якому за рахунок введення регульованого закачування інертного газу у пласт для заміщення частини буферного газу на етапі циклічної експлуатації ПСГ, буде отримано можливість відбирати додаткові об'єми природного газу, мінімізувати процес дисперсії газів і непередбачене вилучення інертного газу, і, тим самим, забезпечити необхідну якість природного газу, який відбирають з ПСГ у процесі експлуатації, та покращення технікоекономічних показників роботи ПСГ. Поставлена задача вирішується тим, що у способі експлуатації підземного сховища газу в умовах неоднорідності пластів, що включає періодичне закачування природного газу у сховище, зберігання природного газу у сховищі, відбирання природного газу із сховища та закачування інертного газу як буферного у сховище через інтервали перфорації свердловин, згідно з винаходом інертний газ закачують у низькопроникну частину пласта-колектора, а додаткові об'єми природного газу, які одержують в результаті закачування інертного газу як буферного, відбирають із високопроникної частини пласта-колектора і/або низькопроникної частини пласта-колектора залежно від рівня готовності свердловин, через які відбирають додаткові об'єми природного газу, і фізикохімічного складу природного газу, який відбирають. При цьому свердловини для закачування інертного газу і відбирання додаткових об'ємів природного газу вибирають із існуючого фонду свердловин підземного сховища газу, які, у разі відсутності відповідної перфорації, перфорують додатково, і/або бурять і відповідно перфорують додаткові свердловини, а кількість та місце розміщення свердловин визначають, враховуючи літологічні та ємнісні властивості пластаколектора, встановлені обсяги і темп закачування інертного газу та обсяги і темп відбирання додаткових об'ємів природного газу. 5 89107 6 Заміщення частини буферного газу інертним лах свердловин, через які інертний газ закачують газом згідно із способом, що пропонується, зау низькопроникну частину пласта-колектора. Мобезпечує підтримання на відповідному рівні пласжуть бути використані також будь-які варіанти тової енергії, необхідної для забезпечення безпоєднання вищезазначених свердловин залежно перебійного постачання природного газу від технологічної необхідності та з метою раціоспоживачам, безводну та стабільну експлуатацію нального використання коштів. ПСГ відповідно до проектних показників. При У разі відсутності свердловин у периферійних цьому капіталовкладення на експлуатацію ПСГ (крайових) зонах підземного сховища газу, які значно знижуються, і з'являється можливість видоцільно задіяти у процесі заміщення частини лучення додаткових об'ємів природного газу, буферного газу інертним, бурять додаткові сверякий використовувався раніше як буферний. Тадловини і перфорують їх у низькопроникній часким чином, запропоноване технічне рішення щотині пласта-колектора, через яку закачують інердо регулювання руху інертного і природного газів тний газ. Також, у додатково пробурених по фільтраційних каналах низько- і високопронисвердловинах можливе їх розкриття перфорацією кної частин пласта-колектора дозволяє забезпеу високопроникній частині пласта-колектора, чечити відбирання додаткових об'ємів природного рез яку проводять спостереження за динамікою газу одночасно із закачуванням/відбиранням акпластового тиску та фізико-хімічним складом тивного об'єму газу без загрози отримання неприродного газу, який відбирають із сховища, і, кондиційного газу в продукції свердловин, тобто залежно від результатів спостережень, змінюють мінімізувати дисперсію газів у пласті. відповідно обсяги, темп закачування інертного Процес заміщення частини буферного газу газу, а також кількість, місце розміщення та інтеінертним газом під час експлуатації ПСГ і відбирвали перфорації свердловин для закачування рання додаткових об'ємів природного газу із ПСГ, інертного газу. У таких свердловинах між низькостворених на базі виснажених газових, газоконі високопроникною частинами встановлюють ізоденсатних покладів та водоносних пластів в умолюючий елемент. вах їх значної неоднорідності, тобто наявності 3. Інертний газ закачують у низькопроникну високо- і низькопроникних частин у пластічастину пласта-колектора у проміжки часу, коли колекторі, відбувається наступним чином. існує перевищення градієнта пластового тиску в 1. Детально вивчають і уточнюють геологічну зоні закачування/відбирання природного газу будову ПСГ, зокрема, межі структури, проектний і (розміщення експлуатаційного фонду свердлопоточний контури газоносності, а у випадку бловин) над градієнтом пластового тиску в перифековості - їх літологічну або тектонічну екрановарійних зонах. Це здійснюють з метою упередженність, зонально-площинну неоднорідність пластаня просування інертного газу в зону розміщення колектора, розповсюдження літологічних та ємніексплуатаційних свердловин і отримання неконсних властивостей пласта-колектора в межах диційного природного газу в продукції експлуатаструктурної пастки. ційних свердловин під час відбирання з ПСГ ак2. Виділяють у периферійних (крайових) зотивного об'єму газу. нах або блоках ПСГ, що характеризуються наяв4. Відбирання додаткових об'ємів природного ністю слабодренованих ділянок, малою товщигазу здійснюють з високопроникної частини пласною та різною проникністю пласта-колектора, та-колектора одночасно із закачуванням інертносвердловини, через які планують закачувати інего газу у низькопроникну частину пластартний газ у низькопроникну частину пластаколектора та закачуванням/відбиранням активноколектора. Кількість свердловин визначають з го об'єму газу в/із ПСГ. Кількість свердловин виурахуванням запланованих обсягів і темпу заказначають з урахуванням запланованих обсягів і чування інертного газу таким чином, щоб забезтемпу відбирання додаткових об'ємів природного печити його рівномірне просування по низькопгазу для забезпечення його необхідної кондиційроникній частині і мінімізувати дисперсію газів. ності. При цьому економія коштів буде більшою, При цьому економія коштів буде більшою, якщо якщо свердловини вибирають із існуючого фонду свердловини вибирають із існуючого фонду свесвердловин ПСГ (експлуатаційні, нагнітальні, рдловин ПСГ (експлуатаційні, нагнітальні, ексексплуатаційно-нагнітальні, ліквідовані, геофізичплуатаційно-нагнітальні, ліквідовані, геофізичні та ні та спостережні усіх видів), які, у разі відсутності спостережні усіх видів), які, у разі відсутності перфорації, перфорують додатково у високопроперфорації, перфорують додатково у низькопроникній частині пласта-колектора, або використоникній частині пласта-колектора, або використовують свердловини з наявними інтервалами вують свердловини з наявними інтервалами перфорації у високопроникній частині пластаперфорації у низькопроникній частині пластаколектора, або у низько- і високопроникній частиколектора, або у низько- і високопроникній частинах пласта-колектора, в кожній з яких між низьконах пласта-колектора, в кожній з яких між низькоі високопроникною частинами встановлюють ізоі високопроникною частинами встановлюють ізолюючий елемент, або у низькопроникній частині люючий елемент, наприклад, пакер, або у висопласта-колектора, в кожній з яких перфорують копроникній частині пласта-колектора, в кожній з додатково високопроникну частину, а між високояких перфорують додатково низькопроникну часі низькопроникною частинами встановлюють ізотину, а між високо- і низькопроникною частинами люючий елемент. Використання ізолюючих елевстановлюють ізолюючий елемент. Використання ментів дозволяє унеможливити змішування приізолюючих елементів дозволяє унеможливити родного та інертного газів у стволах свердловин, змішування природного та інертного газів у ствочерез які відбирають додаткові об'єми природно 7 89107 8 го газу з високопроникної частини пластаінертним газом на стадії циклічної експлуатації колектора. Відбирання додаткових об'ємів приПСГ. Планомірне заміщення частини буферного родного газу здійснюють до моменту досягнення газу інертним газом шляхом його регульованого проектної величини мінімального пластового тисзакачування у низькопроникну частину пластаку у ПСГ, після чого відбирання газу припиняють. колектора через свердловини з інтервалом перМожуть бути використані також будь-які варіанти форації у низькопроникній частині, дозволяє здійпоєднання вищезазначених свердловин залежно снювати відбирання додаткових об'ємів природвід технологічної необхідності та з метою раціоного газу з високопроникної частини пластанального використання коштів. колектора через свердловини з інтервалом перУ випадку відсутності свердловин у зонах піфорації у високопроникній частині, знижує мождземного сховища газу, які доцільно задіяти на ливість дисперсії газів і відбирання неякісного відбирання додаткових об'ємів природного газу, газу, а також дозволяє поліпшити технікобурять додаткові свердловини, перфорують в них економічні й експлуатаційні показники ПСГ. високопроникну частину пласта-колектора, через Запропонований спосіб пояснюється за дояку відбирають додаткові об'єми природного газу. помогою схем, де зображено на: У пробурених свердловинах, крім відбирання - Фіг.1 - схема розкриття перфорацією сверддодаткових об'ємів природного газу, проводять ловин для закачування інертного газу у низькопспостереження за динамікою пластового тиску та роникну частину пласта-колектора та відбирання фізико-хімічним складом природного газу, який додаткових об'ємів природного газу з високопровідбирають із сховища, і, залежно від результатів никної частини пласта-колектора; спостережень, змінюють відповідно обсяги, темп - Фіг.2 - схема розкриття перфорацією свердвідбирання додаткових об'ємів природного газу, а ловин для закачування інертного газу у низькоптакож кількість, місце розміщення та інтервали роникну частину пласта-колектора та відбирання перфорації свердловин для відбирання додаткододаткових об'ємів природного газу з високопрових об'ємів природного газу. никної частини пласта-колектора з ізолюючими 5. Додаткові об'єми природного газу відбираелементами між низько- і високопроникною часють через експлуатаційні свердловини з можлитинами пласта-колектора; вими інтервалами перфорації у високо- і/або ни- Фіг.3 - схема розкриття перфорацією свердзькопроникній частинах пласта-колектора ловин для закачування інертного газу у низькопвідповідно з високо- і/або низькопроникної частин роникну частину пласта-колектора та відбирання пласта-колектора, при умові їх досить значної додаткових об'ємів природного газу з високовіддаленості від свердловин, через які закачують і/або низькопроникної частин пласта-колектора. інертний газ, для запобігання просування інертСпосіб реалізують наступним чином. ного газу в зону закачування/відбирання природМожуть бути використані різноманітні комбіного газу і змішування газів. Відбирання додатконації з використанням свердловин існуючого фових об'ємів природного газу через експлуатаційні нду і/або пробурених додатково для забезпеченсвердловини здійснюють одночасно із закачування ефективного заміщення частини буферного ням/відбиранням активного газу. Для контролю газу інертним газом з додатковим відбиранням якості газу, який відбирають із сховища через природного газу в процесі експлуатації ПСГ. Як експлуатаційні свердловини, проводять постійні приклад, наведено основні з них. спостереження за фізико-хімічним складом приПриклад 1 родного газу, на підставі чого вносять відповідні У процесі циклічної експлуатації ПСГ для закоригування темпу закачування інертного газу та міщення частини буферного газу закачують інервідбирання додаткових об'ємів природного газу. тний газ у низькопроникну частину 1 пласта6. В окремих випадках існуючі свердловини колектора по свердловинах 4 через ліфтову коі/або пробурені додатково, через які закачують лону 8 та інтервали перфорації 5. Витіснений інертний газ у низькопроникну частину пластаприродний газ по фільтраційних каналах між гликолектора, з наявними інтервалами перфорації у нистими лінзовидними прошарками 3 надходить низько- і високопроникній частинах пластау високопроникну частину 2 пласта-колектора, колектора, використовують для відбирання додазвідки його додатково відбирають через інтервал ткових об'ємів природного газу з високопроникної перфорації 7 та ліфтову колону 8, розміщену у частини пласта-колектора при умові забезпеченсвердловині 6 (Фіг.1). ня необхідної кондиційності природного газу, який Приклад 2 відбирають, та в проміжки часу, коли інертний газ Свердловину 9 існуючого фонду з інтервалом не закачують у низькопроникну частину пластаперфорації 7 у високопроникній частині 2 пластаколектора. В кожній з таких свердловин між низьколектора, яка розміщена у периферійній зоні ко- і високопроникною частинами встановлено ПСГ, облаштовують для закачування інертного ізолюючий елемент для унеможливлення змішугазу у низькопроникну частину 1 пластавання природного та інертного газів у стволах колектора, для цього розкривають в ній перфосвердловин. рацією 5 низькопроникну частину 1 пластаТаким чином, слід відзначити, що викорисколектора, а між високо- і низькопроникною частання запропонованої схеми розкриття перфоратинами 2 і 1 у свердловині встановлюють ізолюцією свердловин ПСГ дозволяє ефективно регуючий елемент 10. Іншу свердловину 11 існуючого лювати просування інертного газу по фонду з наявними інтервалами перфорації 5 і 7 у різнопроникних ділянках пласта-колектора і опнизько- і високопроникній частинах 1 і 2 відповідтимально заміщувати частину буферного газу но, яка також розміщена у периферійній зоні ПСГ, 9 89107 10 3 облаштовують для закачування інертного газу у ферний газ - 300млн.м при мінімальному плас2 низькопроникну частину 1 пласта-колектора, для товому тиску 37кгс/см . Загальний фонд свердцього між низько- і високопроникною частинами 1 ловин ПСГ складається із 55 свердловин, у тому і 2 у свердловині встановлюють ізолюючий елечислі експлуатаційних - 30, спостережних усіх мент 10. Свердловину 12 існуючого фонду з інтевидів - 10, ліквідованих - 15. У процесі експлуатарвалом перфорації 5 у низькопроникній частині 1 ції ПСГ, тобто закачуванні/відбиранні активного пласта-колектора облаштовують для відбирання об'єму газу, задіяні 30 експлуатаційних свердлододаткових об'ємів природного газу з високопровин. Для заміщення частини буферного газу никної частини 2 пласта-колектора, для цього шляхом закачування інертного газу у пластперфорацією 7 розкривають в ній високопроникну колектор і відповідного відбирання додаткових частину 2 пласта-колектора, а між високо- і низьоб'ємів природного газу необхідно облаштувати копроникною частинами 2 і 1 у свердловині вста10 свердловин з існуючого фонду або додатково новлюють ізолюючий елемент 10. пробурити їх. Облаштування свердловин із числа У процесі заміщення інертний газ закачують у експлуатаційних неможливе, оскільки зменшення низькопроникну частину 1 пласта-колектора по кількості працюючих свердловин не забезпечить свердловинах 9 і 11 через інтервали перфорації відбирання/закачування активного об'єму газу в 5, а відбирання додаткових об'ємів природного проектних обсягах, а буріння нових вимагає догазу здійснюють з високопроникної частини 2 даткових капіталовкладень. пласта-колектора по свердловині 12 через інтерОднак, на тих ділянках ПСГ, де планується вал перфорації 7. Використання ізолюючих елезакачування інертного газу, існують ліквідовані і ментів 10 дозволяє унеможливити змішування спостережні свердловини, які можна використати природного та інертного газів у стволах свердлодля закачування інертного газу. Тому для зменвин 9 і 11, через які закачують інертний газ у нишення капітальних вкладень у процес заміщення зькопроникну частину 1 пласта-колектора, та у частини буферного газу інертним і покращення стволі свердловини 12, через яку відбирають техніко-економічних показників для закачування додаткові об'єми природного газу з високопрониінертного газу у пласт-колектор і відбирання докної частини 2 пласта-колектора. В окремих видаткових об'ємів природного газу відновлюють 8 падках, свердловини 9 і 11, через які закачують свердловин із числа ліквідованих та облаштовуінертний газ у низькопроникну частину 1 пластають 2 спостережні свердловини на пластколектора, можуть бути використані для відбиколектор за наступною схемою: рання додаткових об'ємів природного газу з висо- для закачування інертного газу у низькопкопроникної частини 2 пласта-колектора при роникну частину пласта-колектора відновлюють 5 умові забезпечення необхідної кондиційності свердловин з числа ліквідованих, які перфорують природного газу, який відбирають, та в проміжки у низькопроникній частині; часу, коли інертний газ не закачують у низькоп- для відбирання додаткових об'ємів природроникну частину 1 пласта-колектора (Фіг.2). ного газу з високопроникної частини пластаПриклад 3 колектора відновлюють 3 свердловини з числа Інертний газ закачують у низькопроникну часліквідованих, які перфорують у високопроникній тину 1 пласта-колектора по свердловині 4 через частині, та облаштовують 2 спостережні свердінтервал перфорації 5, а додаткові об'єми прироловини, які мають інтервал перфорації у низькопдного газу відбирають з високопроникної частини роникній частини, шляхом встановлення пакерів 2 та низькопроникної частини 1 пласта-колектора між низько- і високопроникною частинами і додачерез експлуатаційні свердловини 13, 14, 15 з ткової перфорації високопроникної частини пласінтервалами перфорації 5 і/або 7, при умові, якщо та-колектора. свердловина 4 досить віддалена від свердловин Закачування інертного газу здійснюють у ни13, 14, 15 (Фіг.3). зькопроникну частину пласта-колектора через 5Для кожного окремо взятого підземного схосвердловин з інтервалами перфорації у низькопвища газу відстань експлуатаційних свердловин роникній частині, наприклад, із середньою прийвід свердловин, через які закачують інертний газ, мальністю однієї свердловини, що коливається в 3 визначають індивідуально, залежно від літологічмежах 30-60тис.м /добу, а відбирання додаткових них та ємнісних властивостей пласта-колектора, об'ємів природного газу здійснюють з високопроа також обсягів і темпу закачування інертного никної частини пласта-колектора через 5 свердгазу та обсягів і темпу закачування/відбирання ловин з інтервалами перфорації у високопроникактивного газу в/з ПСГ і відбирання додаткових ній частині пласта і дебітом однієї свердловини об'ємів природного газу, з обов'язковим урахублизько 30-60тис.м3/добу. Тобто, об'єм природнованням фактичної швидкості фільтрації інертного го газу, який відбирають додатково, буде практигазу в пористому середовищі пласта-колектора. чно рівний об'єму інертного газу, що закачують у Якщо провести розрахунки на прикладі гіпоПСГ, внаслідок майже однакових коефіцієнтів тетичного ПСГ з високою неоднорідністю пласта, стисливості газів. то вони виглядатимуть наступним чином. ГазосЗа один рік регульованого закачування інертховище експлуатують у циклічному режимі на ного газу у пласт згідно із запропонованим споглибині 570м на базі виснаженого газового родособом очікуване відбирання додаткових об'ємів вища із залишковими запасами газу 100млн.м3, із природного газу складе близько 21-42млн.м3, що 3 загальним об'ємом зберігання 600млн.м газу при в грошовому еквіваленті при ціні на природний 2 3 максимальному пластовому тиску 57кгс/см , в газ 179,5 доларів США за 1000м складатиме 2,1тому числі активний газ складає 300млн.м3, бу4,2млн. доларів США. Крім того, економія коштів 11 89107 12 у разі використання відновлених ліквідованих і чити додаткові об'єми природного газу, мінімізуспостережних свердловин замість буріння нових вати дисперсію природного та інертного газів у складе близько 1,7млн. доларів США. Таким чипласті-колекторі, що, тим самим, забезпечить ном, загальний прибуток від реалізації способу покращення техніко-економічних показників екссягатиме 3,8-5,9млн. доларів США на рік. плуатації ПСГ. Таким чином, запропонований спосіб експлуатації підземного сховища газу дозволить вилу 13 89107 14 15 Комп’ютерна верстка О. Рябко 89107 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601