Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Технология удаления жидкости из газовых скважин с лифтовыми колоннами больших диаметров
Специальность 25.00.17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Медко Владимир Васильевич
Москва - 2007
Общая характеристика работы
Актуальность работы
В процессе эксплуатации газовых скважин на поздней стадии разработки месторождений возникают осложнения, вызванные скоплениями воды. В результате снижаются рабочие дебиты скважин.
Для добычи газа из крупнейших газовых месторождений России - Медвежье, Уренгойское, Ямбургское и др., расположенных в районах Крайнего Севера, применяют скважины, оборудованные лифтовыми колоннами из труб больших диаметров (Ду=168 мм). На сегодняшний день из таких скважин добывается основное количество газа в России.
Для эффективного подъема жидкости из скважин, оборудованных лифтовыми колоннами из труб Ду=60ч89 мм, применяют газлифт с закачкой газа и плунжерный лифт. В скважинах, оборудованных лифтовыми колоннами из труб большего диаметра, закачка газа и плунжерный лифт до настоящего времени не испытывались и не применялись.
Поэтому разработка технологий для удаления жидкости из скважин, оборудованных лифтовыми колоннами из труб больших диаметров, с использованием закачки газа и плунжерного лифта является актуальной задачей исследований.
Цель работы
Разработка технологии удаления жидкости из газовых скважин сеноманских залежей, оборудованных лифтовыми колоннами больших диаметров, для повышения их производительности на заключительной стадии разработки месторождений.
Основные задачи исследований
Анализ особенностей эксплуатации газовых скважин сеноманских залежей на заключительном этапе разработки месторождений Крайнего Севера.
Весь комплекс решаемых задач относится к газовым скважинам сеноманских залежей, оборудованных лифтовыми колоннами из труб Ду=168 мм, для обеспечения условий эффективного выноса жидкости:
Ш изучение в промысловых условиях технологии увеличения скорости газа по лифтовой колонне путем закачки газа в межтрубный кольцевой канал;
Ш создание экспериментального стенда на газовом промысле и проведение исследований для определения работоспособности плунжерного лифта и гидравлических характеристик плунжеров;
Ш изучение условий эксплуатации газовых скважин с плунжерным лифтом и испытание технологии и средств контроля за его работой;
Ш разработка технологий плунжерного лифта для различных условий эксплуатации газовых скважин.
Методы решения поставленных задач базируются на основании предшествующих теоретических разработок в области газлифта и плунжерного лифта.
Задачи решены с помощью:
Ш проведения исследований скважин при работе в режиме задавливания и закачки газа в кольцевой межтрубный канал;
Ш экспериментальных исследований плунжерного лифта на стенде;
Ш промысловых испытаний технологии плунжерного лифта в скважине
Научная новизна
Испытаниями самозадавливающейся скважины подтверждена эффективность эксплуатации скважин сеноманских залежей, оборудованных лифтовыми колоннами больших диаметров, с использованием закачки газа в межтрубный кольцевой канал.
Разработаны процессы для удаления воды из скважин сеноманских залежей с использованием плунжерного лифта непрерывного и периодического действия для различных геолого-технических условий эксплуатации. Впервые, на разработанном экспериментальном стенде, в динамических условиях определены коэффициенты гидравлического сопротивления плунжеров Ду=168мм. Испытаниями на скважине установлена эффективность плунжерного лифта непрерывного действия для эксплуатации самозадавливающихся газовых скважин, оборудованных лифтовыми колоннами больших диаметров.
Защищаемые положения
Ш технология удаления воды из скважин сеноманских залежей, оборудованных лифтовыми колоннами больших диаметров, путем закачки газа по межтрубному кольцевому каналу, работающих с депрессиями в пределах 0,1 до 0,3 МПа и дебитами газа, недостаточными для выноса жидкости;
Ш методика испытаний плунжерного лифта Ду=168 мм на экспериментальном стенде с использованием газа сеноманских залежей при давлениях от 1,2 до 1,9 МПа;
Ш технология и комплекс оборудования плунжерного лифта для эксплуатации самозадавливающихся газовых скважин с лифтовыми колоннами из труб Ду=168 мм
Практическая ценность и реализация результатов работы
Испытаниями на скважине подтверждена возможность удаления воды с использованием закачки газа по затрубью. Технология закачки может быть использована в скважинах, к которым подведены два шлейфа.
На созданном экспериментальном стенде по методике автора испытаны плунжеры и ограничители хода плунжера, предназначенные для скважин сеноманских залежей. Испытаниями подтвержден широкий диапазон рабочих дебитов и давлений, при которых плунжерный лифт может использоваться в скважинах для удаления жидкости. Результаты испытаний могут быть использованы для выбора оптимальной конструкции плунжера для конкретных условий эксплуатации скважины.
Технические решения, использованные в экспериментальной установке для исследования условий работы плунжерного лифта, защищены патентами РФ.
Разработан и испытан на скважине плунжерный лифт для удаления воды по лифтовым колоннам из труб Ду=168 мм. Количество газа, добываемого из скважины при работе плунжерного лифта со стальным плунжером увеличилось до 3,2 млн.м3, вместо 1,75 млн.м3 за аналогичный период работы без плунжера. Оборудование плунжерного лифта защищено патентами РФ.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на отраслевых и межотраслевых научно-практических и научных конференциях, совещаниях и семинарах:
- 6-я научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Новые технологии в газовой промышленности” (г.Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 26-27 января 2005 г.),
- ХХIII Международный Газовый Конгресс (г. Амстердам, 5- 9 июня 2006 г.),
- Научно-техническая конференция «Проблемы нефтегазовой отрасли в Северо-Западном регионе России» (Севернипигаз, г.Ухта, 18-20 октября 2005 г.),
- 7-я Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», (г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 29-30 января 2007 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликованы 12 работ, включая тезисы докладов, патенты РФ на полезные модели, статьи, в том числе 2 статьи в изданиях, включенных в «Перечень …» ВАК Минобрнауки РФ.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения. Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста и содержит 42 рисунка и 7 таблиц. Список использованной литературы состоит из 57 наименований.
Благодарности
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам Медвежинского Газопромыслового Управления: Мельникову И.В., Савушкину В.В., Шемякину Д.Н., Валиахметову М.Г., Берману В.Д., Исаеву А.А., Мешкову Н.В., Цареву Д.В., Заикину А.А.; главному геологу ООО «Надымгазпром» Облекову Г.И., а также Бузинову С.Н., Васильеву Ю.Н., Истомину В.А., Соловьеву Н.Н., Харитонову А.Н. за ценные советы и помощь в работе.
Содержание работы
Во введении изложена актуальность темы диссертации, определены цели исследования, основные задачи и методы их решения, сформулированы научная значимость и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе проанализированы особенности эксплуатации скважин сеноманских залежей газовых месторождений на заключительной стадии разработки на примере месторождения Медвежье.
Месторождение Медвежье первым из группы газовых месторождений севера Тюменской области России было разбурено и обустроено для опытной, а затем промышленной разработки. Более 50% скважин оборудованы лифтовыми колоннами из труб Ду=168 мм. С начала периода падающей добычи рабочие дебиты газа из скважин значительно уменьшились. В 27% скважин, из-за уменьшения скорости газа в лифтовых колоннах ниже критического уровня, создаются условия, при которых вода скапливается на забое и в лифтовой колонне. Работа скважин становится невозможной без проведения мероприятий по удалению воды. Анализ эксплуатации фонда скважин крупнейших месторождений России показал, что количество скважин, в которых отмечается присутствие только конденсационной воды в 5 раз больше, чем скважин, в которых отмечен приток пластовой минерализованной воды.
Вода, скопившаяся в стволе скважины, оказывает дополнительное гидравлическое давление на забой. В результате приток газа из продуктивного пласта ограничивается, дебит газа уменьшается, а скважина, при определенных значениях давления на устье и скоплении воды в лифтовой колонне, периодически самозадавливается, прекращает подачу газа в газосборный трубопровод.
Стабильная работа большинства скважин месторождения Медвежье (около 70%) обеспечивается за счет работы дожимных компрессорных станций (ДКС), которые поддерживают разность давлений в продуктивном пласте и в общем газосборном коллекторе на уровне, при котором скорость газа по лифтовым колоннам достаточна для выноса жидкости. Количество таких скважин с каждым годом уменьшается на 2-3% от общего количества эксплуатационных скважин.
В 27% скважин от общего эксплуатационного фонда воду удаляют за счет применения технологических продувок в атмосферу. В периоды между циклами удаления жидкости, скважины этой группы работают с постепенно уменьшающимися дебитами газа. Количество скважин, которые приходиться продувать, с каждым годом увеличивается.
По результатам анализа влияния самозадавливающихся скважин сеноманской залежи Медвежьего ГКМ на общую добычу газа по месторождению сделаны выводы:
1. На сегодняшний день, на долю самозадавливающихся скважин приходится 18% от общего суточного отбора газа по месторождению. При этом количество самозадавливающихся скважин составляет 27% от общего количества скважин.
2. Около 90% суточных отборов газа из самозадавливающихся скважин приходится на скважины, оборудованные лифтовыми колоннами Ду=168 мм. При этом их количество составляет 85% от количества самозадавливающихся скважин.
3. Количество самозадавливающихся скважин, оборудованных лифтовыми колоннами Ду=168 мм, практически равно количеству стабильно работающих скважин. При этом добыча газа из стабильно работающих скважин (Ду=168 мм) в 2,6 раза больше, чем из самозадавливающихся скважин (Ду=168 мм). Учитывая тот факт, что среднесуточный дебит стабильно работающих скважин равен среднему базовому дебиту газа (дебиту, обеспечивающему минимальные потери давления в лифтовой колонне), следует ожидать в ближайшие годы значительного увеличения количества самозадавливающихся скважин за счет скважин, оборудованных лифтовыми колоннами Ду=168 мм, а соответственно и значительного снижения суточных отборов из этих скважин.
На основе проведенного анализа были определены основные задачи исследований.
Вторая глава посвящена исследованию процессов, влияющих на режим эксплуатации скважин сеноманских залежей.
В задачу исследования были включены вопросы определения количества воды, конденсирующейся ниже пакера и на участке от пакера до устья скважины. В результате исследований установлен характер изменения относительного влагосодержания газа по мере его продвижения из пласта на забой, а затем по стволу скважины. Основное количество влаги (более 85%) конденсируется за счет снижения температуры газа на участке от пакера до устья скважины, превращаясь в капельную влагу. Таким образом, требуется удалять воду, накапливающуюся выше пакера, т.к. восходящий поток газа в сужении пакера не дает жидкости стекать ниже. Общее количество конденсационной воды в самозадавливающихся скважинах при среднесуточном дебите 100-150 тыс.м3/сутки не превышает 200 литров в сутки. В лифтовой колонне Ду=168 мм это количество занимает около 11 метров водяного столба.
Рассмотрены условия обратной фильтрации конденсационной воды из скважины в пласт. Во время остановки скважины жидкость перетекает из призабойной зоны в пласт.
В работе представлен обзор проведенных ранее исследований в области подъема малых количеств жидкости газом и результаты исследований условий самозадавливания газовых скважин месторождения Медвежье.
Результаты эксперементальных и теоретических исследований процессов подъема жидкости газом отражены в работах: Крылова А.П., Багдасарова В.Г., Андриасова Р.С., Лутошкина Г.С., Сахарова В.А, Мохова М.А, применительно к газовым скважинам - Коротаева Ю.П., Бузинова С.Н., Гриценко А.И., Одишария Г.Э., Точигина А.А., Гукасова Н.А., Клапчука О.В, Харченко Ю.А., Кучерова Г.Г., Шулятикова В.И., Варивода Ю.В. и др. Под руководством Бузинова С.Н., его учениками Ахмедовым Б.Г., Казаковым Б.О., Толмачевым Д.В. был проведен комплекс работ по изучению подъема воды воздухом по лифтовой колонне при давлениях до 2,0 МПа.