Московский экономический журнал 11/2021

Научная статья

Original article

УДК 94

doi: 10.24412/2413-046Х-2021-10676

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА ГАЗОВЫХ

PROMISING METHODS OF PROCESSING THE BOTTOM-HOLE ZONE OF THE GAS RESERVOIR

Рябцев Егор Александрович, инженер лаборатории технологий капитального ремонта скважин и интенсификации притока. Тюменский индустриальный университет г. Тюмень

Ryabtsev Egor Alexandrovich, Engineer of the Laboratory of Well Overhaul Technologies and Inflow Intensification. Tyumen Industrial University, Tyumen

Аннотация. В последние годы очень актуальной стала проблема интенсификации притока газа. Это связано со снижением его производства практически во всех добывающих регионах нашей страны. В данной статье анализируются нестандартные методы обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) для восстановления, интенсификации дебита газовых скважин. Целью статьи является проанализировать современные методы обработки ПЗП для газовых скважин направленные на борьбу с гидратообразованием. В процессе написания статьи использовались аналитические и сравнительные методы исследования. Результаты аналитического исследования показывают, что в настоящее время существуют альтернативные методы обработки ПЗП не менее эффективные чем классические применяемые технологии.

Abstract. In recent years, the problem of gas inflow intensification has become very urgent. This is due to a decrease in its production in almost all mining regions of our country. This article analyzes non-standard methods of processing the bottom-hole formation zone (PZP) to restore and intensify the flow rate of gas wells. The purpose of the article is to analyze modern methods of processing PZP for gas wells aimed at combating hydrate formation. Analytical and comparative research methods were used in the process of writing the article. The results of the analytical study show that currently there are alternative methods of processing PPD no less effective than the classical technologies used.

Ключевые слова: добыча газа, призабойная зона пласта, проницаемость, продуктивность, обработка призабойной зоны, очистка, отложения, гидратообразование

Keywords: gas production, bottom-hole formation zone, permeability, productivity, bottom-hole zone treatment, purification, sediments, hydrate formation

Широко известно, что процент извлечения углеводородов из пласта является первоочередной мерой эффективности разработки газовых и газоконденсатных месторождений. На данный момент полное извлечение углеводородов из продуктивных залежей является технически невозможным, однако отечественные и зарубежные нефтегазовые компании стремятся достичь максимально возможной степени извлечения запасов. С этой целью применяются различные технологии направленные на повышение дебита. Призабойная зона пласта (ПЗП) — важная часть системы «пласт-скважина», так как через нее фильтруется жидкость в скважину. Из этого можно сделать вывод, что продуктивность скважины напрямую зависит от состояния призабойной зоны.  ПЗП – это зона пласта вокруг скважины, которая вскрывает этот пласт и в пределах которой изменяются фильтрационноемкостные свойства (ФЕС). Это явление возникает с момента бурения скважины и продолжается на протяжении всего периода эксплуатации. Изменение ФЕС связано с нарушениями физико-химических свойств породы, а также с нарушениями механического равновесия.

В первую очередь на фильтрационные свойства пласта в процессе вскрытия существенно влияет буровой раствор. Потому что в большинстве случаев при бурении гидродинамическое давление бурового раствора выше пластового. В результате пласт поглощает буровой раствор, что негативно влияет на его проницаемость. Аналогично в процессе эксплуатации, а также при ремонте скважин. Это означает, что ФЕС постоянно меняется. Часто эти изменения имеют негативный эффект и усложняют процесс добычи нефти и газа. При эксплуатации скважин невозможно избежать загрязнения призабойной зоны пласта. Эта проблема особенно актуальна для месторождений, которые эксплуатируются на поздней стадии разработки. 

Основные причины снижения проницаемости в призабойной зоне связаны с физико-химическими свойствами добываемой и закачиваемой жидкостей, геологическими характеристиками продуктивного пласта, меняющимися во времени термобарическими условиями (образование гидратов), а также гидромеханической блокировкой фильтрации каналов при технологических операциях. 

Чтобы сделать вывод о состоянии призабойной зоны пласта необходимо провести оценку его фильтрационно емкостных свойств. Скинфактор помогает оценить изменчивость проницаемости. Этот параметр позволяет объясняет наличие сопротивление, которое необходимо дополнительно преодолеть для извлечения запасов. В результате снижается продуктивность скважины. Следовательно, скин-фактор является мерой дополнительного давления, необходимого для преодоления загрязненного участка. Также встречаются отрицательные значения скин-фактора; значение минус 6 соответствует гидравлическому разрыву пласта. 

Важным этапом перед выбором метода воздействия на призабойную зону пласта является необходимость проведения ряда геофизических и гидродинамических исследований с целью выяснения причин, снижающих фильтрационные свойства ПЗП. Также при проведении исследований важно изучить свойства и состав флюида, насыщающего породу, а также фактические физические и химические свойства продуктивной породы. 

В работах [1, 2] подробно описан метод исследования газовых скважин при нестационарных режимах фильтрации при помощи построения кривых восстановления забойного давления после закрытия скважины — метод КВД.

Исследование позволяет определять проводимость, пьезопроводность и пористость пласта, а также выделять зоны с выраженной неоднородностью, расположенные в зоне дренирования исследуемой скважины. 

Выбор технологии переработки и периодичность ее реализации определяются геолого-технологическим подразделением нефтедобывающей компании в соответствии с проектной документацией разработки месторождения и специальными инструкциями уже после подобного исследования. Важно отметить, что при выборе технологии воздействия на водоем, помимо эффективности очистки, необходимо провести экономическую оценку. Важность этого мероприятия заключается в том, что использование какой-либо технологии может оказаться экономически нецелесообразным.  Только после проведения подобных работ может приниматься решение об необходимости обработки прискважинной зоны пласта.

Наиболее распространенные причины снижения проницаемости призабойной зоны для газовых скважин:

1. Отложения гидратов
2. Образование песчаных пробок
3. Обводненность

В данной статье уделяется внимание первой указанной причине ухудшения проницаемости ПЗП в газовых скважинах. Устранение образовавшихся гидратов зачастую требуют применения сложных (комплексных технологий) и больших затрат.

Чтобы восстановить потенциальные эксплуатационные характеристики скважины, необходимо провести очистку призабойной зоны.

На данный момент существует большое количество технологий очистки ПЗП. Эти технологии могут быть основаны на физическом, термическом, химическом и комбинированном воздействии. 

Часто, используемые технологии не дают желаемого результата. Это связано с тем, что выяснению причин образования загрязнений уделяется недостаточно внимания. Соответственно, используются технологии очистки, не соответствующие причинам загрязнения ПЗП. Также проблема низкой эффективности применяемых технологий очистки связана с тем, что технология не адаптирована к конкретным условиям.

Наиболее распространенными являются химические методы борьбы с образованием гидратов в призабойной зоне. Суть заключается в применении ингибитора гидратообразования, который изменяет термобарические условия образования гидратов или влияет на скорость их образования в газожидкостном потоке [3].

Ингибиторы условно делятся на три класса. Термодинамические ингибиторы — это вещества, которые изменяют активность воды и тем самым смещают трехфазное равновесие в сторону более низких температур;

Кинетические ингибиторы на некоторое время предотвращают процесс зарождения гидратов и замедляют рост жизнеспособных центров кристаллизации;

Реагенты, которые замедляют рост агломератов газовых гидратов, блокируя жидкую водную фазу, предотвращая контакт газа с водой.

Применение ингибиторов для борьбы с гидратами эффективно в стволе скважины и поточных линиях, однако для предотвращения образования гидратов в призабойной зоне их применение не очень эффективно [4].

Одним из эффективных способов борьбы с образованием гидратов в призабойной зоне является нагрев, так как происходит влияние на один из факторов гидратообразования, а именно температура [5]. На данный момент возможность промышленного применения термического воздействия широко исследовано.

Одним из перспективных методов является метод электроподогрев – это быстро развивающаяся активная тепловая технология, распространенная на морских месторождениях, таких как Насика, Серрано, Орегано и Хабанеро в Мексиканском заливе, а также Асгард, Халдра и Слейпнер в Северном море [6].

Эти методы включают прямой и косвенный нагрев. В первом случае металлический корпус нагревается трубкой электрическим током, во втором электронагревательные элементы размещены наружу — по линии соляной поверхности [7].

Что касается борьбы с гидратами, то электрический нагрев, по сравнению с другими методами, обеспечивает ряд преимуществ:

• нет необходимости снижать давление;
• использование ингибиторов сведено к минимуму; быстрый перезапуск;
• позволяет быстро удалять гидратные пробки.

При активном нагреве гидратов борьба с гидратами вопрос затрат энергии и времени на изоляцию (в нестационарном режиме) [8].

Перспективным методом борьбы с гидратами может стать использование волновых технологий. Акустическое воздействие не требует больших энергетических затрат, и в связи с этим данный метод может быть дешевле других технологий [4].

Применение различных модификаций виброакустической и ультразвуковой обработки с целью восстановления и повышения производительности эксплуатационных скважин уже хорошо известно для нефтяных месторождений.

Однако для решения проблемы гидратообразования в ПЗП газовых целесообразно использовать фокусирующие акустические излучатели. Эффективность обусловлена тем, что образовавшийся гидрат сам по себе является хорошим проводником звука, способствуя увеличению радиуса акустического и, соответственно, теплового воздействия.

Результаты исследований, приведенных в работе [4], говорят о достаточно высокой эффективности данного метода для пластов с повышенной вероятностью гидратообразования в призабойной зоне скважины. Можно добиться большего проникновения в пласт по сравнению с термической точечной обработкой, используя сфокусированное акустическое излучение.

Технологии, основанные на воздействии высокочастотного электромагнитного поля, могут оказаться одним из перспективных методов борьбы с гидратообразованием. Принцип заключается в том, что под воздействием электромагнитного поля скопления молекул углеводородов начинают вибрировать с частотой, зависящей от источника электричества, тем самым генерируя тепло в зоне воздействия [9].

Этот метод уже применяется к нефтеносным коллекторам. Реализовано это следующим образом: некоторые скважины оборудованы электродами, к которым подключен электрический кабель, подключенный к заземленному электронному оборудованию [10]. В результате происходит глубокий нагрев пласта, что способствует увеличению притока нефти. Тот же принцип действия может быть применен для борьбы с гидратообразованием в газовых скважинах. Поэтому изучение влияния электромагнитного поля на процессы гидратообразования имеет актуальность. В работе [11] были проведены экспериментальные исследования влияния внешнего высокочастотного электромагнитного поля на процессы гидратообразования.

Для экспериментов использовалась камера визуального наблюдения, которая представляет собой как реакторную камеру, так и цилиндрический конденсатор. Напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве задавалась в соответствии с расчетами, приведенными в [12]. При определенном давлении и температуре в измерительной ячейке в отсутствие поля выращивался газовый гидрат. В ходе эксперимента было отмечено время появления и расположение кристаллов. Затем был проведен аналогичный эксперимент, но под воздействием электромагнитного поля.

По результатам опытов появление кристаллов гидрата началось через 30-45 минут после создания необходимых термодинамических условий при отсутствии влияния электрического поля. Со временем газовый гидрат равномерно блокировал контакт газ-вода; образование отдельных гидратов на стенках корпуса испытательной ячейки также наблюдалось как в жидкой, так и в газовой фазах.

Под воздействием внешнего поля рост гидрата начинался через 2-3 часа. Образование гидратов происходило только вблизи стенок ячеек при контакте газа с водой и в жидкой фазе. Вблизи центрального электрода, где напряженность поля максимальна, газовый гидрат вообще не образовывался.

ВЫВОД

Рассмотренные способы воздействия физическим полем предусматривают установку в скважине дополнительного оборудования, что требует затрат энергии на борьбу с гидратообразованием. Однако их реализация не требует применения дополнительных химических веществ, что является преимуществом с точки зрения экологии. При необходимости эти технологии могут быть использованы в сочетании с классическим химическим методом для уменьшения необходимого количества используемого ингибитора. Теоретически оборудование может быть извлечено из отработанной скважины и использовано на других объектах, поскольку сегодня существуют способы установки оборудования в скважине с возможностью извлечения.

Список источников

1. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин / под ред. Г.А. Зотова, З.С. Алиева. – М.: Недра, 1980. – 301 с.
2. Гриценко А.И. Руководство по исследованию скважин / А.И. Гриценко, З.С. Алиев, О.М. Ермилов и др. – М.: Наука, 1995. – 523 с.
3. Frostman L. M. and J. L. Przybylinski, «Successful application of anti-agglomerant hydrate inhibitors», Paper SPE 65007, presented at the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, February 13-16, 2001.
4. Федоров И.А., Васильев Ю.Н. Исследование перспективного метода воздействия на призабойную зону пласта фокусированным акустическим полем // Проблемы разработки газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений. — 2014. — №4 (20). — С. 103-112.
5. Хасанов М.К., Столповский М.В., Гималтдинов И.К. О нагреве пористой среды при образовании газовых гидратов // Proнефть. Профессионально о нефти. — 2019. — №3 (13). — С. 51-55.
6. Alary V., et al., «Subsea water separation and injection: A solution for hydrates», Paper OTC 12017, presented at the 2000 Offshore Technology Conference, Houston, May 1-4.
7. Малышева Е.О. Предупреждение образования гидратов природных газов и борьба с ними // Аллея науки. – 2017. — № 2 (14). – с. 117-122.75
8. Шиповалов А.Н., Земенков Ю.Д., Тырылыгин И.В. Проблемы применения технологий предупреждения гидратов в промысловых системах // Материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии — нефтегазовому региону», Тюмень, 2010 г. — №1. – с. 150 – 154.
9. Фатыхов М.А., Багаутдинов Н.Я. Разработка методики определения и экспериментальные исследования диэлектрических параметров газового гидрата в области высоких частот // Электронный научный журнал нефтегазовое дело. — 2006. — №2. — С. 86.
10. Пакалинов Н.М., Барышников А.А., Ведменский А.М. Воздействие на нефтесодержащий пласт физическими полями с целью увеличения нефтеотдачи // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — №2
11. Низаева И.Г. Теплофизические особенности взаимодействия высокочастотного электромагнитного поля с газогидратной средой: автореф. дис. канд. физ. наук: 01.0414. — Уфа, 1995. — 16 с.
12. Низаева И.Г., Макогон Ю.Ф. Воздействие электромагнитных полей на нетрадиционные виды углеводородного сырья // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2013. — №3. — С. 42-54.

References

1. Instrukcija po kompleksnomu issledovaniju gazovyh i gazokondensatnyh plastov i skvazhin / pod red. G.A. Zotova, Z.S. Alieva. – M.: Nedra, 1980. – 301 s.
2. Gricenko A.I. Rukovodstvo po issledovaniju skvazhin / A.I. Gricenko, Z.S. Aliev, O.M. Ermilov i dr. – M.: Nauka, 1995. – 523 s.
3. Frostman L. M. and J. L. Przybylinski, «Successful application of anti-agglomerant hydrate inhibitors», Paper SPE 65007, presented at the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, February 13-16, 2001.
4. Fedorov I.A., Vasil’ev Ju.N. Issledovanie perspektivnogo metoda vozdejstvija na prizabojnuju zonu plasta fokusirovannym akusticheskim polem // Problemy razrabotki gazovyh, gazokondensatnyh i neftegazokondensatnyh mestorozhdenij. — 2014. — №4 (20). — S. 103-112.
5. Hasanov M.K., Stolpovskij M.V., Gimaltdinov I.K. O nagreve poristoj sredy pri obrazovanii gazovyh gidratov // Proneft’. Professional’no o nefti. — 2019. — №3 (13). — S. 51-55.
6. Alary V., et al., «Subsea water separation and injection: A solution for hydrates», Paper OTC 12017, presented at the 2000 Offshore Technology Conference, Houston, May 1-4.
7. Malysheva E.O. Preduprezhdenie obrazovanija gidratov prirodnyh gazov i bor’ba s nimi // Alleja nauki. – 2017. — № 2 (14). – s. 117-122.75
8. Shipovalov A.N., Zemenkov Ju.D., Tyrylygin I.V. Problemy primenenija tehnologij preduprezhdenija gidratov v promyslovyh sistemah // Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh «Novye tehnologii — neftegazovomu regionu», Tjumen’, 2010 g. — №1. – s. 150 – 154.
9. Fatyhov M.A., Bagautdinov N.Ja. Razrabotka metodiki opredelenija i jeksperimental’nye issledovanija dijelektricheskih parametrov gazovogo gidrata v oblasti vysokih chastot // Jelektronnyj nauchnyj zhurnal neftegazovoe delo. — 2006. — №2. — S. 86.
10. Pakalinov N.M., Baryshnikov A.A., Vedmenskij A.M. Vozdejstvie na neftesoderzhashhij plast fizicheskimi poljami s cel’ju uvelichenija nefteotdachi // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. — 2015. — №2
11. Nizaeva I.G. Teplofizicheskie osobennosti vzaimodejstvija vysokochastotnogo jelektromagnitnogo polja s gazogidratnoj sredoj: avtoref. dis. kand. fiz. nauk: 01.0414. — Ufa, 1995. — 16 s.
12. Nizaeva I.G., Makogon Ju.F. Vozdejstvie jelektromagnitnyh polej na netradicionnye vidy uglevodorodnogo syr’ja // Geologija i poleznye iskopaemye Mirovogo okeana. — 2013. — №3. — S. 42-54.

Для цитирования: Рябцев Е.А. Перспективные методы обработки призабойной зоны пласта газовых // Московский экономический журнал. 2021. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2021-34/

© Рябцев Е.А., 2021. Московский экономический журнал, 2021, № 11.