Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование фазовых переходов газоконденсатных смесей в условиях аномально высокого пластового давления

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование фазовых переходов газоконденсатных смесей в условиях аномально высокого пластового давления"

На правах рукописи

ФАТЕЕВ ДМИТРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СМЕСЕЙ В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО ВЫСОКОГО ПЛАСТОВОГО

ДАВЛЕНИЯ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

15 АПР 2015

Тюмень - 2015

005567386

005567386

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Тюменский научно-исследовательский институт природного газа и газовых технологий» (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Научный руководитель - кандидат технических наук

Нестеренко Александр Николаевич

Официальные оппоненты: - Брусиловский Александр Иосифович,

доктор технических наук, профессор, Общество с ограниченной ответственностью «Газпромнефть НТЦ», руководитель направления по анализу свойств пластовых флюидов;

- Колбиков Сергей Валентинович, кандидат технических наук, Открытое акционерное общество «НОВАТЭК», начальник управления прогнозирования и мониторинга разработки месторождений.

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное

предприятие «Западно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии и геофизики» (ФГУП «ЗапСибНИИГГ»)

Защита состоится 29 апреля 2015 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 на базе Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ) по адресу: 625027, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-издательском комплексе и на сайте ТюмГНГУ по адресу: 625027, г.Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32; www.tsogu.ru.

Автореферат разослан 27 марта 2015 года.

/' /.-■

Ученый секретарь , ^ .Л*''

диссертационного совета, , 0'"-

кандидат технических наук, доцент Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Залежи углеводородного сырья в ачимовской толще Уренгойского газоконденсатонефтяного месторождения (ГКНМ) по своим масштабам и качеству представляют важнейший резерв топливно-энергетического комплекса России. Пласты Ач3_4 и Ач5 являются основными объектами, которые в ближайшей перспективе станут весомым источником нефтегазодобычи на севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Суммарные запасы сухого газа в пределах ачимовских отложений составляют 2,96 трлн.м3, конденсата - 0,9 млрд.т.

Важной особенностью изучаемого объекта является то, что условия его природного существования находятся в области аномально высоких пластовых давлений (коэффициент аномальности составляет 1,5-1,7) и температур порядка 100-120 °С. Существующие методы расчета фазовых равновесий (на основе различных модификаций уравнений состояния) позволяют получать надежные результаты в диапазоне давлений от 0,1 до 30 МПа. Анализ исходных материалов показал, что погрешности и неточности при проведении промысловых исследований и лабораторных экспериментов (замеры дебитов и состава газа сепарации и насыщенного конденсата, определение выхода фракций и их физико-химических свойств) приводят к существенным искажениям и неверным представлениям о фазовом состоянии и свойствах газоконденсатной смеси.

В этой связи, с целью корректной оценки истинных, начальных свойств и состава пластовой газоконденсатной смеси и их изменения в процессе разработки залежей необходима модернизация имеющихся методов вычислений с учетом конкретной горно-геологической специфики и факта неопределенности исходной информации. От этого во многом зависит эффективность применения последующих процедур проектирования, управления и контроля процессами добычи углеводородного сырья.

Степень разработанности темы исследования

Анализ применимости того или иного уравнения состояния для расчета фазового поведения чистых веществ, а также бинарных, тройных и многокомпонентных углеводородных систем в свое время был выполнен, как зарубежными авторами: Firoozabadi А„ Joffe G., Katz D.L., West E.H., Whitson

h У

С.Н., Walas S.M. и др., так и отечественными авторами: Брусиловский А.И., Гуревич Г.Р. и Ширковский А.И.

В работах ряда авторов, таких как Whitson С.Н., McCain W.D., Reid R.C. и др. изложены методы и способы расчета наиболее важных физико-химических свойств газов и жидкостей, параметров фазового равновесия. Кроме этого, авторами также представлены табличные данные для наиболее известных углеводородных и неуглеводородных компонентов любой смеси.

В научных трудах Гриценко А.И., Гуревича Г.Р., Долгушина Н.В., Корчажкина Ю.М., Островской Т.Д., Мискевича В.Е., Степановой Г.С. и др, описаны методы и результаты исследования фазовых превращений реальных углеводородных газоконденсатных систем.

Несмотря на значительное количество теоретических подходов, а также практических результатов, в случае с газоконденсатной смесью, находящейся при аномально высоком пластовом давлении и содержащей значительное количество конденсатообразующих компонентов, не всегда обеспечивается достаточное соответствие реально происходящим процессам. Высока вероятность, что это приведет к снижению достоверности при оценке эффективности технологических схем разработки и обустройства месторождений. С учетом существующих методов необходимо усовершенствовать подходы к решению проблемы расчета фазового поведения и создания модели газоконденсатных смесей в условиях аномально высокого пластового давления.

Цель работы

Увеличение извлекаемых запасов конденсата путем разработки модели фазовых переходов газоконденсатных смесей в условиях неопределенности исходной информации и аномально высокого пластового давления.

Задачи исследования

1. Критический анализ существующих методов моделирования фазового поведения природных углеводородных систем в условиях неопределенности исходной информации и аномально высокого пластового давления.

2. Совершенствование существующих методик и алгоритмов моделирования газоконденсатной смеси, насыщающей ачимовские залежи.

3. Разработка модели газоконденсатной смеси, учитывающей фазовое поведение реального пластового газа в широком интервале изменения термобарических условий.

4. Практическая апробация полученных результатов с применением методов трехмерного гидродинамического моделирования ачимовских залежей Уренгойского ГКНМ.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются многокомпонентные углеводородные пластовые системы, насыщающие продуктивные отложения ачимовской толщи Уренгойского ГКНМ, предметом - фазовые превращения, происходящие в этой системе в широком диапазоне изменения давлений и температур.

Научная новизна

1. Разработан метод и создана компьютерная программа для корректировочного расчета состава пластового газа на основе принципов парожидкостного равновесия фаз при реальных термобарических условиях и фактических составах газа сепарации и нестабильного конденсата с учетом теоретических значений констант фазового равновесия.

2. Обоснован модифицированный способ адаптации критических параметров фракций к кубическому уравнению состояния, основанный на условиях применения таких уравнений.

3. Разработан алгоритм и создана компьютерная программа для корректировочного расчета молекулярной массы углеводородов группы С5+, в условиях неопределенности имеющейся информации и наличия аномально высокого пластового давления.

Теоретическая значимость работы

1. Определен оптимальный перечень необходимой информации для создания математической модели газоконденсатной системы в зависимости от требуемой точности моделирования. Составлен рекомендуемый набор критериев проверки на адекватность выполненных моделей.

2. Раскрыты проблемы и сложности математического моделирования фазовых переходов газоконденсатных смесей в условиях аномально высокого пластового давления и неопределенности исходной информации.

3. Изложены основные положения по созданию и адаптации композиционной гидродинамической модели разработки залежей газоконденсатных месторождений с использованием модели газоконденсатной смеси.

Практическая значимость работы

1. На основе разработанных методов проверки, адаптации и корректировочных расчетов данных о газоконденсатной характеристике разработан алгоритм построения модели пластового газа, реализованный в виде расчетного модуля, который использован при подготовке технических проектов разработки Уренгойского и Медвежьего месторождений.

2. Модель пластового газа, созданная с применением разработанной методики, позволила уточнить геологические и извлекаемые запасы конденсата ачимовских залежей Уренгойского месторождения. Прирост запасов конденсата составил более 20 % относительно ранее принятых экспертно значений.

3. С использованием полученной модели пластового газа создана и адаптирована трехмерная гидродинамическая модель ачимовских залежей Уренгойского месторождения, на основе которой выполнен более достоверный прогноз технологических показателей разработки.

Методология и методы исследования

Методологической основой исследования стали труды отечественных и зарубежных ученых в области изучения фазового поведения газоконденсатных систем. Проведение лабораторных опытов, выполнение систематизации и анализа результатов исследований. В работе были использованы такие общенаучные методы как сравнительный анализ, обобщение, ранжирование, а также теоретическое исследование, физическое и математическое моделирование изучаемых процессов, графоаналитические подходы и методы.

Положения, выносимые на защиту

1. Принцип расчета состава пластового газа в условиях неопределенности исходной информации, позволяющий повысить достоверность оценок газоконденсатной характеристики.

2. Методика и способ корректировочного расчета величины молекулярной массы углеводородов группы Cs+.

3. Методика и алгоритм адаптации параметров газоконденсатных систем к фактической информации об их фазовом состоянии, позволяющие повысить адекватность моделей пластового газа.

Степень достоверности результатов проведенных исследований:

- теория построена на известных законах термодинамики и промысловых данных, проверяемых фактическими показателями разработки многопластовых объектов, и согласуется с опубликованными данными по теме диссертации;

- идея исследований базируется на обобщении опыта создания математических моделей газоконденсатных смесей, результатах лабораторных и промысловых исследований на газоконденсатность скважин, вскрывающих ачимовские залежи Уренгойского месторождения;

- использованы сравнения авторских данных и данных промысловой практики, а так же полученных ранее по рассматриваемой тематике;

- установлено что результаты вычислительных экспериментов по моделированию разработки продуктивных пластов, полученные на сертифицированном программном обеспечении Eclipse, показали воспроизводимость фактических технологических показателей эксплуатации ачимовских залежей Уренгойского месторождения;

- использованы современные методы обработки исходной информации, методы статистической обработки информации. Представлено обоснование факторов, влияющих на эффективность проектирования разработки залежей в условиях неопределенности исходной информации.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Тема диссертации соответствует заявленной специальности, а именно пункту 4 «Технологии и технические средства добычи и подготовки скважинной продукции, диагностика оборудования и промысловых сооружений, обеспечивающих добычу, сбор и промысловую подготовку нефти и газа к транспорту, на базе разработки научных основ ресурсосбережения и комплексного использования пластовой энергии и компонентов осваиваемых минеральных ресурсов».

Апробация работы

Результаты диссертационной работы и ее основные положения докладывались и обсуждались на: научно-практических конференциях ООО «ТюменНИИгипрогаз» (Тюмень, 2008 г. и 2010 г.), конференции «Нефть и газ Западной Сибири» ТюмГНГУ (Тюмень, 2009 г.), совместном семинаре ОАО «Газпром» и «БАСФ/Винтерсхалл Холдинг» (Дюссельдорф, Германия, 2011 г.), научно-техническом совете ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2012 г.), семинаре кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» ТюмГНГУ (Тюмень, 2013 г.), Комиссии газовой промышленности по разработке месторождений и использованию недр ОАО «Газпром» (Москва, 2015 г.).

Публикации

Результаты выполненных исследований отражены в 12 печатных работах, в том числе в шести изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 82 наименований. Содержит 131 страницу текста, в том числе 30 рисунков, 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и определены основные задачи исследований, охарактеризована научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, представлены основные защищаемые положения.

В первой главе представлены результаты исследования характерных особенностей геологических и термобарических условий существования ачимовских залежей Уренгойского ГКНМ.

Основные запасы углеводородного сырья сосредоточены в залежах литологически экранированных пластов Ачз, А44 и А45.

Ачимовский коллектор характеризуется низкими фильтрационно-емкостными свойствами. Главным образом, проницаемость изменяется в интервале от 0,01 до 10 мД, при этом открытая пористость от 15 % до 20 %, по керну и данным испытания (дебиты газа >300 тыс.м3/сут, дебиты конденсата

>100 м3/сут) присутствует и трещинный тип коллекторов и смешанный порово-трещинный.

Для определения состава и свойств пластовых флюидов, насыщающих ачимовские отложения, в главе приведено обобщение результатов большого числа промысловых и лабораторных исследований пластовых флюидов. Произведена оценка параметров фазового состояния и поведения пластовых систем в процессе термодинамических исследований. Установлено, что пластовый газ недонасыщен, давление начала конденсации ниже пластового на 10 - 25 %. При этом значение коэффициента извлечения конденсата не ниже 0,5.

Выявлены характерные свойства и состав исходных газоконденсатных систем, пластовой нефти и растворенного газа. Определены особенности изменения состава и физико-химических свойств пластового газа по глубине залегания и объему ачимовских отложений Уренгойского ГКНМ. На рисунке 1 представлено полученное изменение потенциального содержания С5+ (Пс5+) в пластовом газе ачимовских отложений по глубине. Из графика видно, что изменение содержания компонентов С5+ в составе пластового газа по глубине ачимовских залежей существенно.

Потенциальное содержание С5+, г/м3 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450

-3450

-3500

-3550

-3600

2 -3650 х

■О -3700 ¡2

-3750

-3800

-3850

о ГКИ Ач3-4(п3_2003г) Утвержд. АчЗ-4 — Распределение-2000г

Распределение-Ач5(ГО_2003г) Распределение-2010 г

о ГКИ Ач5(ГО_2003г) Утвержд. Ач5

Распределение-Ач3-4(ПЭ_2003Г) © Перв .ГКЩ2005-201 Згг)

Рисунок 1 - График зависимости ПС5+ от глубины

Во второй главе представлен анализ существующих математических методов определения фазового состояния многокомпонентной системы, основанных на существующих уравнениях состояния.

Для описания фазового поведения и изменение состава и свойств природных углеводородных систем на сегодняшний день предложено большое число уравнений состояния, которые можно разделить на два основных вида: кубические и многокоэффициентные уравнения.

Основой для определения многокоэффициентных уравнений состояния послужило уравнение состояния в вириальной форме

ру = и.(1+£ + £+ £ + ...), (1)

где Р - давление, Па; V - молярный объем, м3/моль; Т - температура, К; Я -универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К); В, С, Д ... - второй, третий, четвертый и т.д. вириальные коэффициенты.

В качестве основы для распространенных кубических уравнений состояния выступает уравнение Ван-Дер-Ваальса

= Д7\ (2)

где коэффициенты а и Ь характеризуют силы взаимного притяжения молекул и собственный объем молекул.

В работе представлена эволюция уравнений состояния Ван-дер-Ваальсового вида, сыгравших значительную роль в повышении точности описания фазового равновесия и теплофизических свойств реальных систем природных углеводородов и нашедших широкое применение в инженерной практике. Выявлены критерии применимости данных уравнений. В результате определено, что рассматриваемые уравнения эффективны при выполнении расчета фазовых равновесий при давлениях до 35,0 МПа.

Таким образом, несмотря на возрастающее число теоретических методов описания фазового поведения, далеко не в каждом случае обеспечивается достаточное соответствие реально происходящим промысловым процессам, что усложняет корректную оценку эффективности технологических схем разработки и обустройства месторождений, систем сбора и подготовки продукции. Очевидно, что необходимы новые подходы к решению проблемы,

сочетающие оптимальный объем лабораторных и промысловых исследований и расчетные планы, основанные на закономерностях состава и свойств газоконденсатных систем, выявленных в процессе анализа постоянно накапливаемых экспериментальных данных.

С целью представления рекомендуемого подхода по созданию модели пластового газа, вводится понятие математической модели пластового флюида. Модель пластового углеводородного флюида - это математический алгоритм, описывающий фазовое поведение реальной углеводородной системы при различных термодинамических условиях на основе уравнения состояния. Кроме этого, определен рекомендуемый объем необходимой исходной информации для создания модели газоконденсатной и нефтяной систем в зависимости от целей моделирования. Для каждой из систем составлен рекомендуемый набор критериев проверки на адекватность и физичность выполненных моделей.

В третьей главе приводятся результаты разработки и апробации процедуры проверки, корректировки и адаптации исходной информации при создании адекватной модели газоконденсатных систем ачимовских залежей.

Необходимым условием представительности проб, отобранных при промысловых газоконденсатных исследованиях, согласно действующей инструкции, является условие проведения газоконденсатных исследований и отбор проб с депрессией, не превышающей 10-20 % от уровня пластового давления. При этом скорость восходящего потока исследуемой смеси на входе в насосно-компрессорные трубы должна составлять не менее 2,5-4 м/с. Принято считать, что это обеспечивает получение достоверных данных о составе и свойствах углеводородной смеси.

Для проверки на представительность полученных результатов и оценки согласованности отобранных из сепаратора проб необходимо проверять по условию термодинамического равновесия газовой и жидкой фаз. Проверка на качество заключается в графическом сопоставлении фактических и теоретических констант равновесия в координатах

Ьо8{КгР)~(3)

где К1 - константа равновесия ¿-того компонента; Р - давление сепарации, МПа; .Г, - характеристический фактор Хоффмана для ¿-того компонента.

Рекомендуется производить отбраковку проб при отклонении фактических констант равновесия от теоретических больше чем на 5 %.

Основным обстоятельством несоответствия фактических констант равновесия теоретическим, помимо негерметичности контейнеров и различного рода неточностей и ошибок при лабораторном анализе составов фаз для месторождений Крайнего Севера, является факт несоблюдения равенства давления и температуры в сепараторе и в пробоотборных контейнерах.

Установлено, что характеристики группы углеводородов С5+ наиболее точно оцениваются при разбиении ее на узко температурные фракции с фиксацией свойств каждой из них. При этом общее значение молекулярного веса и плотности фракций должно соответствовать значению молекулярного веса и плотности стабильного конденсата. Если же разница больше 5 %, то разгонка выполнена не соответствующим образом. Кроме этого, любое явное отличие зависимости выхода фракций от их молекулярного веса от вида нормального распределения говорит о неточностях в проведении разгонки по истинным температурам кипения (ИТК) фракций.

Несомненно, что также требует проверки величина конденсатогазового фактора (КГФ), определенная в ходе промысловых исследований. Необходимо проведение корректировки данной величины на результаты лабораторного определения истинных свойств газа сепарации и нестабильного конденсата.

На стадии проверки качества исходной информации о фазовом поведении газоконденсатной системы требуется проводить анализ результатов термодинамических исследований.

Автором разработана методика корректировки лабораторных данных, на основе принципов парожидкостного равновесия фаз при конкретных термобарических условиях и имеющихся фактических составах газа сепарации и нестабильного конденсата, а также теоретических значениях констант равновесия. На основе полученной методики можно произвести перерасчет состава добываемого пластового газа. Как показала практика, состав,

полученный в ходе лабораторного анализа, и уточненный состав могут существенно различаться между собой. Разница между исходным и уточненным мольным содержанием компонентов группы Сб+ в пластовом газе может достигать 2-4 мольн.%. Как следствие, изменяется соответственно и величина потенциального содержания углеводородов группы С5+.

Корректировка исходных параметров, полученных при разгонке по ИТК, производится с помощью специальных функций распределения, описывающих теоретико-вероятностную модель статистических закономерностей изменения случайной величины. Для достижения более достоверных результатов в работе рекомендуется два метода корректировки ИТК и описания фракций С5+: гамма-распределение с постоянным шагом молекулярной массы, гамма-распределение с переменным шагом молекулярной массы.

В работе представлен детальный анализ полученных с помощью различных корреляций критических параметров фракций и произведено сравнение с данными о критических свойствах фракций С5+, полученных Катцем и Фирузабади. В результате был определен и рекомендован набор наиболее эффективных корреляций по расчету свойств фракций газоконденсатной системы (рисунок 2, таблица 1).

При использовании основных кубических уравнений состояния в расчетах фазового поведения, очевидно, что определенные значения критических параметров каждой фракции должны удовлетворять следующей системе уравнений

\Р +_______а___________=0

У-Ь У{У+Ь)+Ь{У-Ь) (4)

<а = Г{Тс,Ре,а>) Ь = 1{ТС,РС) ©=/(Гс,Рс)

Кроме этого для уравнений состояния Ван-дер-Ваальсового типа необходимо выполнение неравенства вида

У-Ь>0, где с учетом ь = (3—'~, имеем ^ . (5)

900 * 800

1 700

| 600 £

о 500 Н 400 300

о 100 200 300 400 500 600

Молекулярный вес. г/моль

-Willman —Riazi

•WinnSimDaubert -Rowe

■Cavett —KeslcrLee

■Watansiri — Magoulas

■Twu -•-Факт

200 300 400

Молекулярный вес. г/моль

Рисунок 2 - График результатов расчета параметров фракций (а температура кипения; б - критическая температура; в критическое давление)

Таблица 1 - Корреляции для расчета свойств фракций конденсата

Свойство фракции Корреляция для расчета свойства

Температура кипения Winn-S im-Daubert

Критический объем Hall- Yarborou gh

Ацентрический фактор Pedersen et al. (2002)

Критическое давление Willman-Teja

Критическая температура Riazi-Daubert

100 200 300 400 500 600

Молекулярный вес. г/моль

Автором подготовлен расчетный модуль по корректировке и адаптации к любому кубическому уравнению состояния критических свойств, полученных

по корреляции, включая, кроме критического давления фракции и ацентрического фактора, также значение критической температуры фракции.

Установлено, что значения плотности и молекулярной массы углеводородов группы С5+ оказывают непосредственное влияние на точность определения критических свойств фракций, которая, в свою очередь, отражается на расчете фазового поведения смеси в целом. В связи с этим в работе представлена расчетная методика корректировки свойств углеводородов группы С5+, являющаяся универсальной для любого рода многокомпонентных систем.

После того как будет проведена отбраковка, корректировка и адаптация исходных данных, полученную модель пластового флюида можно считать адекватной и в полной мере характеризующей фазовое поведение реальной пластовой системы при различных термобарических условиях. Таким образом, в ходе выполненной работы и проведенного анализа была получена схема для получения адекватной модели пластовой газоконденсатной системы и ее общий вид рекомендован для применения при проектировании разработки залежей, гидродинамических расчетов и т.п. (рисунок 3). На основе полученной схемы по ключевым пунктам подготовлены расчетные модули, которые собраны в единый программный комплекс по подготовке модели газоконденсатной системы.

В итоге, в процессе исследований было выполнено нижеследующее: - определены причины, обуславливающие искажение исходных данных;

произведен анализ существующих методов корректировки исходных данных, включающих данные разгонки стабильного конденсата с разбивкой последних по средним истинным температурам кипения (НТК);

установлен эффективный набор корреляций для определения критических свойств фракций, последовательность реализации по адаптации этих свойств к кубическому уравнению состояния;

доказано влияние изменения молекулярного веса и плотности конденсата на поведение газоконденсатной системы;

— разработана процедура последовательной корректировки исходных данных, при разработке флюидальных моделей газоконденсатных систем;

- разработана принципиальная адаптационная схема настройки модели пластового флюида (рисунок 3).

Исходные данные

1. Проверка исходной информации и ее отбраковка

По условиям притока По условию термодинамического равновесия По качеству разгонки ИТК

1 1

Депрессия Скорость Тест Хоффмана-Крампа-Хркртта Сравнение с мат. моделью

Оценка корректности КГФ Анализ качества т/д исследований |

2. Корректировка и адаптация

Адаптация Расчет критических параметров Сглаживание ИТК Корректировка состава )

критических параметров

Выбор эффективных корреляций

Метод Метод

СМ\¥1 \МШ

ч

Принцип

п а р ож ид костно го равновесия

Корректировка молекулярного веса и плотности стабильного конденсата

3. Расчет и сравнение с фактом

Расчет фазового равновесия, сравнение расчетных и фактических параметров фазового поведения газоконденсатной системы

Модель пластовой газоконденсатной системы

Рисунок 3 - Рекомендуемая схема подготовки модели пластовой газоконденсатной системы

В четвертой главе на примере одного из лицензионных участков ачимовских отложений Уренгойского ГКНМ представлено краткое описание создания цифровой композиционной модели и последующая ее адаптация на фактические данные. Целью расчета на композиционной модели истории разработки участка, являлся анализ соответствия фазового поведения РУТ-модели пластового газа и реального добываемого флюида.

Региональная цифровая геологическая модель ачимовской толщи Уренгойского ГКНМ с учетом материалов сейсморазведки ЗД была создана по состоянию на 01.01.2010 в рамках выполнения работ по созданию Единой

технологической схемы разработки залежей углеводородов и прошла апробацию в Роснедра.

Моделирование фазового поведения пластовых систем проводилось на основе данных о начальном составе и свойствах пластового газа, полученных в результате рекомбинации проб газа и конденсата с предварительной проверкой их представительности и адаптацией, а так же данных РУТ-экспериментов. На рисунке 4 представлена фазовая диаграмма полученной модели газоконденсатной смеси, которая отражает фазовое состояние системы при различных термобарических условиях.

Рисунок 4 - Фазовая диаграмма модели газоконденсатной системы

С целью снижения времени расчета при гидродинамическом композиционном моделировании, дальнейшая подготовка композиционной модели проводилась поэтапным объединением компонентно-фракционного состава пластового газа на первом этапе в состав из 20 псевдокомпонент и далее в состав из 8 псевдокомпонент. При этом группировка состава производилась с использованием алгоритма lumping, реализованного в программе Eclipse, для последующего использования результатов расчета при детальных вычислениях материального баланса систем промысловой подготовки продукции.

Полученная модель пластового газа была использована при создании в программном продукте Eclipse 300 цифровой гидродинамической модели ачимовских залежей Уренгойского ГКНМ.

В таблице 2 представлено сопоставление запасов углеводородов, определенных на гидродинамической модели, соответственно с использованием модели пластового газа, построенной на основе утвержденных экспертно параметров и по стандартной методике создания PVT-моделей (Вариант 1), и модели, полученной в данной работе (Вариант 2). Как видно из таблицы, при относительно схожих запасах газа, в случае с рассматриваемой PVT-моделью запасы и извлекаемые ресурсы конденсата выше утвержденных более чем на 20 %.

Таблица 2 - Сопоставление запасов газа и конденсата, в зависимости от модели газоконденсатной системы

Пласт Запасы сухого газа, млн. м3 ПС5+, г/м3 Запасы стабильного конд., тыс. т Запасы извлекаемого конд., тыс. т

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2

Ач3 205467 204755 284,1 350,9 62350 75909 31175 40991

Ач4 65832 64153 276,8 362,6 19343 24557 9671 13261

" АЧ7"Г" 103996 108490 317,5 361,1 34953 41341 18525 22324

Итого 375296 377398 - - 116646 141807 59372 76576

Откл., % 0,6 - 21,6 29,0

Адаптация фильтрационной модели, осуществлялась в два этапа: первый заключался в настройке материального баланса в целом по зоне разработки, второй предусматривал адаптацию длительной эксплуатации скважин.

Реализованная на месторождении система промысловой подготовки моделировалась с использованием возможностей композиционного симулятора заданием системы сепараторов, выветривателей и емкостей с указанием фактических термобарических параметров их эксплуатации (рисунок 5).

На стадии адаптации цифровой гидродинамической модели, был получен состав углеводородной смеси поступающей на УКПГ и продукции технологической линии, а также их изменение с течением времени. Используя фактические данные о составе продукции УКПГ, была произведена рекомбинация смеси, поступающей на промысел.

жидкая фаза

Нестабильный конденсат

Стабильный конденсат

Eclipse 300 (сепараторы) 1 2 3 4 5 6 7 8 складской резервуар

Фактический аппарат на промысле сепаратор 1 сепаратор 2 сепаратор 3 Выветрива-тель сепаратор 3 буферная емкость вход в узел учета газового конленсата условия стабилизации конденсата стандартные условия

Рисунок 5 - Принципиальная и модельная схемы подготовки продукции В таблице 3 представлено сопоставление рассчитанных по данным моделирования и фактического состава пластового газа среднегодовых

значений потенциального содержания углеводородов С5+, конденсатогазового фактора (КГФ) и плотности нестабильного конденсата. Результаты сопоставления параметров за месяц представлены на рисунке 6.

X +

Л Ю

5 О

С й

© и

и о» о> о* о» ОООООО — —■ — — —

-Факт

-Расчет (Вариант I)

-Расчет (Вариант 2)

Е ? = г г ? 5 г : 5 з з £ 8 : г

-Факт

-Расчет (Вариант 1)

-Расчет (Вари ант 2)

ю ьг

сс

н сЗ

о е-

г> со

о с о о о о оо — — — — — —

о О о о о о о о 5 I р р р р о о о о р—:ррррр—; ОООООООО ррррр — рррор — о ооооооооооооо

-О- Факт -Расчет (Вариант 1) — Расчет (Вариант 2)

Рисунок 6 - Изменение фактических и расчетных параметров За 2009 г. среднее годовое отклонение при сопоставлении потенциального содержания конденсата составило 8,5 %, конденсатогазового фактора - 3,6%, плотности нестабильного конденсата - 1,2%. За 2010 г. средняя величина отклонения потенциального содержания достигает 5,4 %, КГФ - 0,9%, плотности — 1,2%. За 2011г. значение потенциального

содержания С5+ в добываемом газе отклоняется на 3,2 %, КГФ - 0,2 % и плотность - 1,5 %. В 2012 г. отклонение величины потенциального содержания С5+ в добываемом газе составило - 3,9 %; КГФ - 0,5 % и плотности - 1,6 %. За 2013 г. средняя величина отклонения потенциального содержания достигает 6,7 %, КГФ - 5,9 %, плотности - 2,7 %.

Таблица 3 - Потенциальное содержание С5+ в пластовом газе, КГФ и

плотность нестабильного конденсата

Среднее за год Потенциальное содержание С5+, г/м3 Конденсатогазовый фактор, г/м3 Плотность нестабильного конденсата, кг/м3

Факт Расчет (Вар.2) Погреш., % Факт Расчет (Вар.2) Погреш., % Факт Расчет (Вар.2) Погреш., %

2009 306,4 332,1 8,5 439,3 454,9 3,6 697,6 688,6 1,2

2010 306,8 323,4 5,4 438,3 442,4 0,9 695,7 687,6 1,2

2011 305,8 315,4 3,2 433,5 434,5 0,2 695,3 684,9 1,5

2012 303,2 315,1 3,9 431,3 433,3 0,5 696,6 685,6 1,6

2013 323,8 345,6 6,7 463,7 491,2 5,9 701,6 682,8 2,7

На основе анализа результатов, полученных при гидродинамическом моделировании, были сделаны следующие выводы:

- реальная пластовая система состоит из большого набора различных углеводородов с широким интервалом изменения физико-химических свойств данных компонент. Из-за ограниченности по количеству компонентов в модели пластовой системы, используемых в композиционном симуляторе, расчет парожидкостного равновесия и определение фазового поведения модели пластовой смеси при различных термобарических условиях происходит более грубо, но с допустимым отклонением от реального поведения фактической смеси;

- отличие в компонентном составе расчетного и фактического газа сепарации обусловлено различием между реальной и модельной системой подготовки газа. Реализация процесса рециркуляции газовой фазы в гидродинамических симуляторах без создания интегрированной модели с использованием специальных программных продуктов невозможна;

- допустимое отклонение по величине потенциального содержания и конденсатогазового фактора при моделировании, указывает на то, что производится сопоставимый факту расчет добываемой смеси. Кроме этого, показана удовлетворительная сходимость по компонентному составу и плотности фактического и расчетного нестабильного конденсата;

- модель пластового газа, согласно Варианту 2, полностью характеризует исходный пластовый флюид и его фазовое поведение при различных термобарических условиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлено, что проблемы создания адекватных флюидальных моделей газоконденсатных систем ачимовских отложений обусловлены:

- аномально высокими термобарическими условиями существования данного горно-геологического объекта (давление 60 МПа, температура 110 °С);

- высоким содержанием конденсатообразующих компонентов в пластовой смеси, от 300 до 450 г/м3;

- ограниченными вычислительными возможностями для условий высоких давлений и температур существующих уравнений состояния.

2. Разработана схема создания математических моделей и расчета парожидкостного равновесия пластового газа, включающая методики по проверке, корректировке и адаптации на факт исходной информации. В результате разработан расчетный модуль по созданию модели пластового газа.

3. Создана модель газоконденсатной смеси, характеризующая в широком интервале изменения термобарических условий фазовое поведение реального пластового газа, насыщающего ачимовские отложения. Модель была использована при проектировании разработки ачимовских залежей участка 1А Уренгойского ГКНМ.

4. На основании разработанной модели пластового газа, была произведена переоценка запасов конденсата ачимовских залежей участка 1А. Увеличение запасов конденсата по сравнению с утвержденными значениями составило более 20 %. На базе модели и результатов выполненного анализа состава и свойств пластового газа выданы рекомендации по пересчету геологических и извлекаемых запасов конденсата ачимовских залежей Уренгойского ГКНМ:

- фактическое содержание конденсата в пластовом газе ачимовских отложений выше утвержденных ранее значений;

- рекомендуемыми условиями для полного выноса всей газоконденсатной смеси без дополнительных потерь конденсата в пласте при испытании скважин, вскрывающих ачимовские отложения Уренгойского

ГКНМ, являются требования к соблюдению депрессии на пласт не выше 1520 %, при скорости потока смеси не ниже 2-3 м/с;

- при определении значений потенциального содержания компонентов С5+ в пластовом газе ачимовских отложений необходимо учитывать зависимость ПС5+ от глубины залегания залежей.

5. Результаты работы рекомендуется использовать при последующем планировании и учете добычи углеводородного сырья из ачимовских отложений Уренгойского ГКНМ, а также при прогнозировании развития мощностей по подготовке и переработке газа и конденсата.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Фатеев Д.Г. Оценка влияния способов описания свойств жидких углеводородов на точность флюидальной системы / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, А.Д. Ефимов, И.О. Промзелев // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2009. - № 3. - С. 47-52.

2. Фатеев Д.Г. Оценка представительности проб газа сепарации и насыщенного конденсата / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, А.Д. Ефимов // Газовая промышленность. - 2010. - № 10. - С. 8-39.

3. Фатеев Д.Г. Информативность промысловых газоконденсатных исследований на этапе поисково-разведочных работ / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский // Газовая промышленность. - 2012. - № 5. - С. 12-15.

4. Фатеев Д.Г. Способ корректировки молекулярной массы С5+в при создании моделей газоконденсатных систем / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, А.Д. Ефимов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2012. - № 5. - С. 64-69.

5. Токарев Д.К. Адаптационная схема создания адекватных моделей газоконденсатных систем (на примере ачимовских отложений Уренгойского НГКМ) / Д.К. Токарев, Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, А.Д. Ефимов II ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ. - 2012. - № 12. - С. 46-53.

6. Нестеренко А.Н. Алгоритм подготовки РУТ свойств газоконденсатной смеси при композиционном моделировании разработки ачимовских отложений. / А.Н. Нестеренко, И.Ю. Юшков, Д.Г. Фатеев // Экспозиция Нефть Газ. - 2013. - № 7. - С. 77-81.

В других изданиях:

7. Фатеев Д.Г. Оценка точности различных методов описания свойств фракций углеводородов группы С5+в / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, И.О. Промзелев // Тезисы доклада XV научно-практической конф. молодых ученых и специалистов, Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири, - 2008. - С. 101.

8. Фатеев Д.Г. Оптимизация исходных данных при разработке флюидальных моделей газоконденсатных систем / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский, А.Д. Ефимов // Тезисы доклада конф. Нефть и газ Западной Сибири. - 2009.

9. Фатеев Д.Г. Оценка соответствия композиционной гидродинамической модели на основе анализа технологических параметров системы подготовки газа // Тезисы доклада XVI научно-практической конф. молодых ученых и специалистов, Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири. - 2010. - С. 142.

10. Фатеев Д.Г. Анализ процедуры отбора сепараторных проб пластового флюида на примере газоконденсатных систем ачимовских отложений Уренгойского НГКМ / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский // Тезисы доклада XVI научно-практической конф. молодых ученых и специалистов, Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири. - 2010. - С.

11. Фатеев Д.Г. Информативность промысловых газодинамических и газоконденсатных исследований на этапе поисково-разведочных работ на примере ачимовских отложений Уренгойского НГКМ / Д.Г. Фатеев, А.Г. Козубовский // Сборник научных трудов ООО «ТюменНИИгипрогаз». - 2011. -

12. Юшков И.Ю. Моделирование процессов многофазной фильтрации сложных многокомпонентных систем в процессе длительной эксплуатации на примере ачимовских отложений Уренгойского месторождения / И.Ю. Юшков, Д.Г. Фатеев, М.В. Вершинина // Тезисы доклада XVII научно-практической конф. молодых ученых и специалистов, Проблемы развития газовой промышленности Сибири. - 2012. - С. 76.

143.

С. 224.

Соискатель

Д.Г. Фатеев

Подписано к печати 26.02.2015 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,00. Заказ № 171. Тираж 100 экз. ООО «ТюменНИИгипрогаз», ООВ 625019, г. Тюмень, Воровского, 2