Проектирование и оптимизация энергосберегающих технологий при экспл

сится то, что принято называть системой разработки залежи (месторождения). При вводе залежи в разработку в результате наложения технической составляющей на геологическую создается принципиально новая, сложная система, которую принято называть геолого-техническим комплексом (ГТК) [65].

Геолого-технический комплекс (залежь или месторождение находящиеся в разработке) – это динамическая система, претерпевающая постоянные изменения в результате взаимодействия геологической и технической составляющих. Причем характер и результаты этого взаимодействия определяются множеством разнообразных факторов [6].

Под воздействием технической составляющей ГТК изменяются форма и объем залежи, характер насыщенности пластов и их энергетическое состояние.

Техническая составляющая комплекса также претерпевает постоянные изменения: изменяются фонд эксплуатационных скважин, дебиты скважин, обводненность продукции, способы эксплуатации и др.

Все изменения геолого-технического комплекса, а также его геологической и технической составляющих происходят в результате действия различных процессов, протекающих в залежах при их разработке. К числу этих процессов относятся: выработка запасов углеводородов, заводнение продуктивных пластов пластовыми водами и закачиваемыми агентами, изменение пластового давления и температуры и т.п. Поэтому при изучении залежей нефти и газа в динамическом состоянии особое внимание обращают на процессы, протекающие в продуктивных пластах при их эксплуатации.

Состояние ГТК описывают интегральными показателями какого-либо параметра на определенную дату, например накопленной добычи нефти, газа, жидкости, накопленной закачки

впласты воды и др.

Вкачестве подсистемы геолого-технического комплекса выделяют добывающую систему, состоящую из следующих элементов [39]:

11

1)пласты и скважины;

2)подземное и наземное оборудование;

3)система сбора и подготовки скважинной продукции. Сооружение и эксплуатация скважин – это процессы непо-

средственного воздействия на недра. Именно поэтому при бурении и эксплуатации скважин природные и техногенные объекты рассматриваются как единая система. Конструкция современных высокотехнологичных скважин постоянно усложняется, а количество скважин, бурящихся с одного основания, увеличивается (например, на Приразломном месторождении с одного основания планируется пробурить 36 скважин) [6].

По характеру строения скважина относится к сложным системам, поскольку характеризуется разветвленной структурой и значительным числом взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Поэтому скважину можно [5] рассматривать как горнотехническую систему, включающую в себя две подсистемы – горную и техническую.

Кгорной составляющей скважины относится массив пород вокруг ее ствола, свойства которого в результате бурения скважиныизменились посравнению сисходными (техногенный массив).

Ктехнической составляющей скважины относится ее подземное и наземное оснащение. Основным ее элементом является крепь скважины, которая в общем случае представляет собой систему из ряда последовательно спущенных в скважину и зацементированных обсадных колонн с элементами технологической оснастки.

Как сооружение скважина имеет жизненный цикл, представляющий собой совокупность последовательных этапов изменения ее качественного состояния: проектирование, строительство, эксплуатация, консервация, реконструкция, ликвидация, восстановление.

На этапе строительства скважина последовательно формируется как горнотехническое сооружение с целью достижения параметров, установленных рабочим проектом.

12

Этап эксплуатации скважины характеризуется существенным изменением технической составляющей скважины (наземного и подземного оснащения) и постепенной трансформацией горной составляющей, главным образом в призабойной зоне скважины.

На этапах строительства и эксплуатации скважины возможна временная приостановка еефункционирования – консервация.

К промежуточным этапам жизненного цикла скважины относится ее реконструкция, например, бурение дополнительного ствола, восстановление законсервированной скважины, заключающееся в бурении дополнительного ствола в продуктивном пласте.

Ликвидация скважин, в отличие от других сооружений, не сопровождается их исчезновением как материальных объектов. Скважины лишь видоизменяются, по-прежнему представляя опасность для окружающей среды. Так, только на территории Ямала пробурено более 5000 поисково-разведочных скважин, из них около 1300 находятся на нераспределенном фонде недр [6].

Существующая на сегодняшний день система предусматривает проверку технического состояния устьев законсервированных и ликвидированных скважин не менее двух раз в год. Контроль за такими скважинами осуществляется только на обустроенных месторождениях с развитой инфраструктурой обслуживания, а остальные скважины вообще не осматриваются и не обследуются. Поисково-разведочные скважины отнесены к опасным производственным объектам. Из-за длительного простоя

вскважинах происходят необратимые процессы разрушения, и, как следствие, возможно появление открытых газонефтяных фонтанов, разливов нефти, пожаров, засоление почв и водоносных горизонтов пресных вод.

На заседании коллегии Федерального агентства по недропользованию (Роснедра) в июне 2005 г. было отмечено, что

вфедеральном реестре содержатся сведения по 40 тыс. скважин, пробуренных в различное время на территории 55 субъектов

13

Российской Федерации [6]. Сегодня они являются объектами, которые в силу ряда причин могут стать источником негативного влияния на окружающую среду.

В соответствии со ст. 23 Закона РФ «О недрах» к основным требованиям по рациональному использованию и охране недр относятся:

–обеспечение полноты геологического изучения, рационального комплексного использования и охраны недр;

–проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающего достоверную оценку запасов полезных ископаемых или свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;

–обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;

–достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых;

–охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;

–предотвращение загрязнения недр при проведении работ, связанных с пользованием недрами, особенно при подземном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе сточных вод;

–соблюдение установленного порядка консервации и ликвидации предприятий по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых;

–предупреждение самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей в иных целях;

14

–предотвращение накопления промышленных и бытовых отходов на площадях водосбора и в местах залегания подземных вод, используемых для питьевого или промышленного водоснабжения.

Место размещения площадок для строительства скважин

ииных объектов пользования недрами в пределах границ горного отвода выбирается пользователем недр в соответствии с условиями лицензии на пользование недрами.

Организация (или индивидуальный предприниматель) при разработке проектной документации осуществляет техникоэкономическое сравнение вариантов размещения объектов, технологических схем и предложений по оптимальному (окончательному) варианту. Объем и состав этих материалов и предложений определяются с учетом сложности горно-геологических

игорнотехнических условий и обеспечения рационального, комплексного использования запасов полезных ископаемых, безопасного ведения горных работ, охраны недр и окружающей среды и максимального сохранения возможности добычи неизвлеченных запасов полезных ископаемых [6].

При разработке месторождений углеводородного сырья проектная документация должна предусматривать:

–выделение эксплуатационных объектов и порядок их ввода в разработку;

–выбор способов и агентов воздействия на пласты;

–выбор системы размещения и плотности сеток добывающих и нагнетательных скважин;

–определение уровней, темпов и динамики добычи нефти, конденсата, газа и жидкости из пластов, закачки в них вытесняющих агентов;

–мероприятия по повышению эффективности реализуемых систем разработки, применению методов повышения степени извлечения и интенсификации добычи нефти и газа, предупреждению и борьбе с осложнениями при эксплуатации скважин, а также по контролю и регулированию процесса разработки;

15

–выбор способов и режимов эксплуатации скважин, использования устьевого и внутрискважинного оборудования;

–обоснование коэффициентов извлечения нефти и газа, оптимизацию эксплуатации и использования фонда скважин;

–требования к системам сбора и промысловой подготовки продукции скважин, поддержания пластового давления, качеству используемых агентов, конструкциям скважин и производству буровых работ, методам вскрытия пластов и освоения скважин;

–комплекс геофизических и гидродинамических исследований скважин;

–объемы и виды работ по доразведке месторождения;

– опытно-промышленные испытания новых технологий и технических решений.

Требования к составлению проектных технологических документов на разработку нефтяных и газонефтяных месторождений установлены регламентом [55]. Одним из главных направлений повышения качества проектирования, управления и контроля за разработкой нефтяных и газонефтяных месторождений является применение компьютерных постоянно действующих геолого-технологических моделей, процедура создания которых установлена регламентом [56].

При построении на базе всей совокупности имеющихся гео- лого-геофизических и промысловых данных постоянно действующих геолого-технологических моделей недропользователь имеет возможность отслеживать и моделировать:

–выработку (в динамике) остаточных запасов углеводородов, прогнозирование добычи нефти и газа;

–геолого-технические мероприятия по повышению нефтеотдачи и эффективности работы предприятия;

–литолого-стратиграфический разрез, положение в этом разрезе нефтегазонасыщенных продуктивных пластов и непроницаемых разделов, основные характеристики продуктивных пластов, закономерности их литологической изменчивости по площади и разрезу;

16

–гипсометрическое положение контактов газ – нефть – вода

вразных частях залежей, форму и размеры залежей;

–начальные значения нефтегазонасыщенности пород-кол- лекторов, характер ее изменения по площади и разрезу продуктивных пластов;

–значения начальных пластовых давлений и температур всех продуктивных пластов;

–физико-химические свойства насыщающих коллектор пластовой нефти, нефтяного газа и пластовой воды в пластовых условиях и после однократного стандартного разгазирования глубинных проб;

–геомеханические, геодинамические, гидрогеологические

игеокриологические (при наличии многолетнемерзлых пород) характеристики месторождения и прилегающих районов;

–дебиты нефти, газа, конденсата и воды по скважинам в зависимости от забойных давлений, коэффициенты продуктивности скважин;

–запасы нефти, газа, конденсата и попутных полезных компонентов.

Регулирование процесса разработки залежей нефти и газа включает в себя целенаправленное создание, поддержание и изменение условий, обеспечивающих рациональную разработку продуктивных пластов и оптимальных уровней извлечения нефти и газа в соответствии с принятыми проектными решениями.

Планирование и реализация методов и мероприятий регулирования процесса разработки осуществляются при составлении годовой программы работ.

Норма отбора из эксплуатационного объекта разработки состоит из объема добычи нефти и газа, достигаемого при выполнении проектных решений, и устанавливается в составе годовой программы работ.

При устойчивом отклонении в течение года месячных уровней отборов нефти и газа от предусмотренных нормами отборов более чем на 10 % составляется дополнение к проектному доку-

17

менту на разработку месторождения или новый проектный документ. Превышение утвержденных норм отборов более чем на 10 % не допускается.

Воздействие на залежь нефти и газа – комплекс технологических и технических мероприятий, направленных на реализацию проектных решений, создание благоприятных условий для вытеснения нефти и газа из пород-коллекторов к забоям добывающих скважин с целью интенсификации добычи и увеличения уровня извлечения нефти и газа из пластов, устанавливаемых в годовой программе работ. Выбор метода воздействия, технологии его осуществления, а также мероприятий по контролю и регулированию этих процессов обосновываются в проектной документации. Учет закачки в эксплуатационный объект вытесняющих агентов и добычи из него нефти и газа в результате применения методов воздействия ведется покаждому применяемому методу.

Воздействие на призабойную зону пласта (химическое, физическое, термическое) обеспечивает изменение фильтрационных характеристик вскрытых пластов или физико-химических свойств насыщающих их жидкостей в непосредственной близости от скважины с целью повышения или восстановления продуктивности (приемистости) скважин и улучшения охвата пластов воздействием.

Система поддержания пластового давления реализуется

всоответствии с проектной документацией и включает в себя:

–закачку рабочего агента в продуктивные пласты и обеспечение давления его нагнетания по скважинам, участкам, эксплуатационным объектам;

–подготовку рабочего агента (по составу, физико-химичес- ким свойствам, содержанию механических примесей, кислорода, сероводорода и микроорганизмов);

–измерение рабочего давления и приемистости каждой скважины и периодический контроль качества рабочего агента.

Физико-химические свойства рабочего агента, закачиваемого в пласт, выбираются исходя из обеспечения продолжительной устойчивой приемистости пласта и высокой отмывающей

18

способности рабочего агента, сохранения или улучшения начальных свойств нефти и газа.

При закачке в пласты сточных вод или других коррозионноагрессивных рабочих агентов обсадные колонны скважин и другое эксплуатационное оборудование защищаются ингибиторами или коррозионно-стойким покрытием.

При закачке в продуктивные пласты растворов химических реагентов не допускается образование твердых осадков и других непроницаемых экранов, если такое создание не предусмотрено проектной документацией.

Конструкция нагнетательной скважины выбирается исходя из обеспечения надежного разобщения пластов и объектов разработки и возможности проведения ремонтных работ и исследований.

С целью изучения текущего состояния разработки, причин отклонения фактических технико-экономических показателей от проектных, совершенствования систем разработки, повышения их эффективности и увеличения уровня извлечения нефти и газа, а также в целях обобщения опыта разработки месторождений пользователем недр осуществляется систематический контроль за разработкой месторождения нефти и газа. Результаты контроля ежегодно анализируются, соответствующий анализ утверждается руководителем организации.

Методические основы геолого-промыслового анализа разработки нефтяных и газонефтяных залежей установлены руководящим документом [36].

Анализ разработки месторождения служит базой для проектирования разработки и является неотъемлемой частью проектного технологического документа на разработку месторождения. Геолого-промысловый анализ разработки месторождения (или залежи нефти) является непрерывным процессом, промежуточные результаты которого обобщаются к моменту составления любого проектного документа на разработку месторождения (технологической схемы разработки, проекта разработки или доразработки).

19

Основной целью геолого-промыслового анализа разработки нефтяного месторождения является оценка эффективности системы разработки, которая производится путем изучения технологических показателей процесса. Улучшить технологические показатели можно путем изменения существующей системы разработки или ее усовершенствования при регулировании процесса эксплуатации месторождения.

Наиболее важными задачами геолого-промыслового анализа процесса разработки являются оценки адекватности проектных решений конкретным горно-геологическим условиям залежей и месторождений иполнотывыполнения проектных решений.

Деятельность по разработке месторождения нефти и газа документируется с составлением первичной, сводной и обобщающей документации, сохраняемой на период разработки месторождения.

Первичная документация содержит данные измерений и исследований скважин, технологических процессов добычи нефти

игаза, их влияния на окружающую среду, включая описание кернового материала, результаты лабораторных исследований нефти и газа, воды, данные определения коллекторских свойств

идругих параметров горных пород, литолого-фациальных исследований пластов, замеров продукции скважин и закачки вытесняющих агентов, деформаций земной поверхности, сведения о работе скважин, о воздействии на призабойную зону, о выполненных гидродинамических и геофизических исследованиях скважин, результаты контроля за разработкой месторождения, замеров глубин забоев и работ по их очистке, о перфорации скважин, иные данные.

Сводная документация систематизирует и объединяет информацию, содержащуюся в первичной документации. К основным сводным документам относятся дело скважины, технологические режимы, сводные ведомости по отбору нефти и газа, воды, обводненности, учету времени работы скважины, деформациям земной поверхности и др.

20