пласт, когда давление в нем падает... при большой поверхности контакта, это могут быть значительные количества воды>>.
Отечественные исследователи В.И. Петренко и Л.А. Ильченко обнаружили,
исследовали и смоделировали аt1алогичный эффект на месторождениях при родного гаэа на Северном Кавказе. Они назвали этот процесс "внутренним
обводнением" газонасыщенного пласта. Моделирование процесса покаэало,
что за счет инфильтрационной воды из пород-коллекторов, входящих в состав продуктивной толщи, водонасыщенность газоносного пласта может увели читься по сравнению с остаточной водонасыщенностью в среднем на
(по объему). Особенно сильно эти эффекты проявляются в призабойной зоне
скважин, обусловливая резкое снижение продуктивности газовых скважин вплоть до полного прекращения поступления газа. Эrи теоретические оценки
подтверждены результатами испьгrания скважин по многим месторождениям.
Третье направление связано с деформационными процессами, nроисходя щими в nризабойной зоне скважин и влияющими на их nродуктивность.
При исnытании газовых скважин, вскрывающих низкопроницаемые nористые или трещинные (трещино-пористые) коллекторы, получены многочисленные факты "искажения" традиционных индикаторных линий газовых скважин (ИЛГС). Эти искажения связаны с зависимостью nроницаемости от изменения забойного давления (в том числе плотности и вязкости реальных газов).
В настоящее время различают уnругие и уnруго-nластические деформации пласта в призабойной зоне скважины (ПЗС), первые деформации учитывают
ся линейными экспоненциальными и другими экспериментальными зависимо
стями проницаемости от давления. Для упругих деформаций, характерных для низкопроницаемых пористых коллекторов при небольших депрессиях, предложено большое количество методов для обработки ИЛГС (К.С. Бас ниев, Г.А. Зотов, Н.М. Кульлина и др.), а также КВД (К.С. Басниев, Г. Георгиев, Г.А. Зотов, Н.М. Кульлина и др.) и КСД (Г.А. Зотов, Н.М. Куль
лина и др.).
Упруго-пластические деформации более характерны для трещинно
пористых и трещинных коллекторов.
На целом ряде газовых месторождений были получены (Г.А. Зотов, Г. Геор гиев, С. Анчева, З.С. Алиев и др.) так называемые "серповидные" ИЛГС.
Они характеризуtатея тем, что при превышении определенной деnрессии (кри
тической) ее дальнейшее увеличение приводит к уменьшению дебкrов. Меrоди ка обработки таких ИЛГС приводится в работах Г.А. Зотова.
Следует отметить, что в последние годы делались попытки автоматизации процессов обработки результатов испытания газовых скважин, вскрывающих деформируемые пласты. При этом алгоритм автоматизации учитывал только различные модели процессов. При таком "формальном подходе" к
обработке результатов испытания нельзя рассчитывать на успех. Здесь необ-
40
ходимо сочетать компьютерную технологию обработки результатов исследо
вания с экспертным анализом каждого режима испытания скважин. При этом
(в случае необходимости) привпекается весь комплекс геофизического, газоди
намического, акустического, термического и других видов каротажа.
Исследования каждой скважины и интерпретация их результатов
лрсвращаются в настоящее время в наукоемкую диагностическую технологию.
Это должны понимать все исследователи разведочных и эксплуатационных скважин, а требования к таким исследованиям должны быть четко и однознач
но прописаны в лицензионных соглашениях. Пора кончать с существующей
сейчас практикой деструктивного отношения к испытанию газовых и, особенно,
газоконденсатных скважин, позволяющих оценить только количество и качест
во продукции. Современная стоимость газовых скважин, их информа ционный и энергетический потенциал достойны самого современного ди агностического обеспечения.
Четвертое направление проблемы деформаций продуктивного пласта связано
сустойчивостью пзс.
Вобщем случае под ловятнем "устойчивости ПЗС", как элемента горного сооружения-скважины, понимается ее способность выполиять надежно и ста
бильно возложенные функции -добывать газ. Это понятие включает широкий
спектр природных явлений и технико-технологических решений.
•деформационные процессы в продуктивных пластах, вызванные сооруже нием в них горных выработок (скважин) и их последующей эксплуатаци ей, включая и процессы разрушения горных пород; деформационные процессы в системе "горные породы - обсадные ко
лонны" при эксплуатации скважин, включая процессы смятня колонн;
технологии и технические средства укрепления ПЗС и удаления с за
боя примесей.
Проблеме устойчивости ПЗС посвящен огромный объем публикаций, в
которых широко представлены полуэмпирические и эксперименталь
ные соотношения для оценки предельных депрессий, при которых про
исходит разрушение стенок скважины.
В настоящее время в зарубежной и частично отечественной .f!Итературе развивается новый подход к проблеме устойчивости ПЗС, в котором все ас
пекты проблемы рассматриваются с позиций горной механики.
Принципиальные выводы, которые следуют из геомеханического (геодина мического) анализа проблемы:
1. В общем случае отмечаются разрушения трех типов (превышение предела · прочности, превышение предельного растягивающего напряжения, суффозия
мельчайших твердых частиц), каждый из которых контролируется своими динамическими параметрами (депрессией, градиентом давления, скоростью фильтрации).
41
2. Контролирующим обобщенным параметром можно считать предельную деnрессию, которая в общем случае зависит от величины текущего nласто
вого давления.
3. С целью установления начальных nредельных депрессий необходимо nроведение специального комплекса исследований, включающего:
•отбор и анализ керна;
•геофизические исследования;
•
•
rеомеханические исследования в скважинах;
rеодинамические исследования.
Эти исследования nроводятся на специальных оnытных скважинах.
4. Для прогноза изменения предельных депрессий nри снижении nласто вого давления исnользуются специальные геомеханические модели ПЗС, на сыщенные полученной при исследовании скважины информацией.
Перечисленный выше подход к проблеме устойчивости ПЗС nозволяет обеспечить действительно научный подход к установлению и nрогнозирова нию добывных возможностей скважин, диагностировать работу скважины, выбирать оптимальные конструкции забоя скважины.
ЮЛ. Коратаев выстуnил с гиnотезой о том, что на устойчивость стенок скважины оказывают влияние акустические эффекты, которые возникают nри фильтрации газа в условиях (nри скоростях фильтрации) нарушения ли нейного закона фильтрации (закон Дарен).
Таким образом, в настоящее время концепции И.Н. Стрижона об обесnе чении условий безопасной и надежной работы эксплуатационных газовых скважин приобрели четкую научную основу. Дело состоит в том, чтобы реа
лизовать эти концеnции и научные основы в конкретных nроектах и на про
мыслах.
Проблема технологического режима эксплуатации газовых скважин (ТРЭС)
Проблема установления рационального ТРЭС как nроектных для опреде
ления nроектного числа скважин, так и реальных для установления их произ
водительности, занимает одно из центральных мест в теории и практике раз
работки МПГ. Дискуссии по этой nроблеме всегда имели не только научный характер, но и являлись предметом экономической nолитики газодобываю
щих предприятий. Это связано с тем, что с nомощью "научно обоснованных"
ТРЭС можно сформировать значительные резервы в добывных возможно стях месторождения как необходимые с учетом рисков, так и "скрытые" для покрытия заnаздывания с обустройством.
Новые условия рационального недраnользования требуют раскрытия дей ствительной сущности научных основ установления ТРЭС.
Следует различать два аспекта nроблемы ТРЭС. Первый асnект связан с установлением и исследованием nричин возможных осложнений при экс-
42
плуатации скважин (разрушение пласта, водопроявление и пр.) или техноло гическими ограничениями на ее работу (давление на устье и пр.). В качест венном виде практически весь комплекс этих причин был сформулирован
И.Н. Стрижовым на основе анализа опыта разработки газовых месторожде
ний США.
Второй аспект проблемы связан с формулировкой и научным обосновани
см газодинамических параметров (критериев), которые контролируют эти
осложнения или ограничения.
Перечень этих критериев был вnервые введен Б.Б. Лапуком в виде "воз
можных условий отбора газа из скважины" (предельные значения скорости
фильтрации, депрессии, градиента давления и др.).
Необходимо отметить, что эти условия были приняты без какого-либо гео механического или газодинамического анализа. Эrо бьuю сделано гораздо позднее, по мере развития научных основ разработки на основе геомеха
ники сплошных насыщенных сред.
В связи с этим (с позиций современных представлений о ТРЭС) нам кажется
нсоправданной та суровая критика, которой был подвергнут рекомендован IIЫЙ И.Н. Стрижоным "процент отбора газа из скважин" (отношение рабочего
дебита к свободному дебиту сполна открьпой скважины как абсолютно сво бодному дебиту).
Этот процент отбора (ПО) бьm взят из опыта газовой промышленности США и в первоначальном виде предмазначался для установления начального рабочего дебита конкретной эксплуатационной скважины после ее ис
пытания на продуктивность.
Этот ПО мазначался таким, чтобы при эксплуатации скважин не могли
произойти какие-либо осложнения. Таким образом, установленный по
ПО начальный рабочий дебит не превышал предельно допустимого дебита.
Б.Б. Лапуком бьmо показано, что если в модели "средней скважины" приня то граничное условие на забое скважины в виде постоянного ПО, то падение дебита скважины при снижении пластового давления будет более интенсивным,
чем nри поддержании постоянной скорости фильтрации на забое. При этом полагалось, что эта предельная скорость фильтрации соотв~ует l])анице
разрушения пласта и определяется экспериментально.
Впоследствии по рекомендации И.Н. Стрижона проблемой формализации
условий надежной эксплуатации газовых скважин занялся Е.В. Левыкии
(1953, 1956), который обобщил математические модели условий отбора
газа. Следует отметить и дипломную работу В.И. Довганя (1956), который no рекомендации Б.Б. Лапука внес некоторые уточнения.
В окончательном виде математические модели ТРЭС бьши сформулирова
ны для метода "средней скважины" в известной работе Ю.П. Коротаева и Г.А.
Зотова (1960).
43
Вместе с этим в практике проектирования разработки базовых (для того времени) месторождений СССР (Северо-Ставропольского, Газлинского, Шебелинского, Шатлыкского и др.) использовался единственный ТРЭС, рекомендованный Е.М. Минским и А.Л. Козловым, режим постоянной де прессии (РГЩ).
Д11я обоснования предельно допустимых депрессий в первое время проводил
ся широкий комплекс промысловых исследований с использованием специаль
ных сепарационных установок, забойного (желонки) и устьевого (породоуло вители) оборудования. Использовались многоцикловые испытания скважин.
Переход к проектированию уникальных сеномэнских залежей месторожде ний Западной Сибири принципиально изменил подходы к проектным ТРЭС.
С одной стороны, на вооружение был принят режим постоянного дебита скважин (РПД), который по своей величине был значительно (в 2-3 раза и бо лее) ниже начального предельного дебита, который соответствовал предель ной депрессии. С другой стороны, проводились промысловые эксперименты
по установлению предельно допустимых депрессий, которые использовались
как ограничения на дебит реальных эксплуатационных скважин.
В результате фактические дебиты газа в процессе разработки:
•в начат.ный период превышали установленные проектом постоянные дебиты;
•в процессе разработки уменьшались до проектных величин и ниже. Таким образом, проектный ТРЭС не соблюдался.
Анализ показал, что фактические рабочие дебиты сеномэнских газовых
скважин соответствовали нормам отбора газа на уровне 12-15%. Норма отбора по скважинам, вскрывшим карбонатные и другие плотные коллекторы (Вук тыльское, Оренбургское и др. месторождения), достигала 20-30%. Можно считать, что фактически эксплуатация скважин проводилась при режиме постоянной нормы отбора газа, которая корректировалась по результатам ис
пытания скважин.
Геомеханический анализ проблемы устойчивости ПЗС и газогидро динамичсский анализ процесса формирования водяных конусов показал, что для избежания этих осложнений РПД неприемлем. В большинстве случаев для этих условий более обоснован режим уменьшающейся во времени депрессии. Этот режим на практике может быть достаточно точно аппроксимирован ре жимом постоянной (или переменной) нормой отбора газа, т.е. необходимо "реабилитировать" ТРЭС, рекомендованный И.Н. Стрижовым.
Ю.П. Коротаевым предложен так называемый энергосберегающий ТРЭС. Фактически он предполагает режим постоянного дебита, который:
соответствует по величине критическому дебиту, при котором еще со храняется линейный вид индикаторной линии скважины; ниже по величине предельно допустимого дебита. при котором еще
не происходит осложнений в скважине.
44