Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и обоснование систем промысловой подготовки продукции нефтегазоконденсатных месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Исследование и обоснование систем промысловой подготовки продукции нефтегазоконденсатных месторождений"

На правах рукописи

У

ЛЧ'/Ь-П

РЫНКОВ ДМИТРИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОДУКЦИИ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

АПР 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005566957

Тюмень — 2015

005566957

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: - Шандрыгин Александр Николаевич,

доктор технических наук, Общество с ограниченной ответственностью «НАЭН-консалт», заместитель начальника управления;

- Фоминых Олег Валентинович, кандидат технических наук, доцент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ).

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное

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

Защита состоится 30 апреля 2015 года в 9.00 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 ТюмГНГУ по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32 и на сайте www.tsogu.ru.

Автореферат разослан 27 марта 2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета 'г

кандидат технических наук, доцент

I

,)

Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эффективность разработки месторождений зависит от множества факторов, в число которых входят и характеристики промысловой подготовки добываемого углеводородного сырья (УВС), схема которой, кроме установок, расположенных на месторождениях, нередко включает централизованные установки подготовки к транспорту и переработке смесей конденсатов действующих в регионе месторождений. В настоящее время проектирование разработки газоконденсатных месторождений ведется, в основном, без подробного анализа показателей промысловой технологии локальных и, тем более, централизованных объектов, а также схемы реализации конденсатов с действующих и перспективных промыслов. Недостаточность информации по промысловой подготовке добываемого сырья ограничивает возможности учета и планирования объемов, составов и потребительских качеств промысловой продукции, приводит к несинхронности развития добычи и сырьевой загрузки централизованных установок подготовки конденсата в регионе. Так, определение показателей разработки без достоверного прогноза режимов работы и материально-компонентных балансов промысловой подготовки добываемого сырья на месторождениях, может привести к значительным отклонениям темпов роста объемов и изменений составов отгружаемой с промыслов жидкой углеводородной продукции от развития мощностей и нормативных требований к качеству сырья централизованных установок деэтанизации и стабилизации конденсата.

Для повышения эффективности промысловой подготовки и использования компонентов добываемого сырья при проектировании и анализе разработки газоконденсатных месторождений необходимо получение подробной информации о показателях не только локальных установок, но и общей региональной схемы промысловой подготовки добываемого сырья с учетом перспектив ее развития и ввода новых месторождений. Эта задача может быть решена с применением комплексной модели промысловой подготовки углеводородного сырья, что и определяет актуальность темы диссертации.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическую базу исследования составляют труды ученых, посвященные основам разработки и обустройства газовых и газоконденсатных месторождений, в частности, таких, как: Г.Б. Пыхачев, Р.Г. Исаев, В.Н. Щелкачев, Б.Б. Лапук, JI.C. Лейбензон, М. Muscat, Ш.К. Гимаутдинов, А.Х. Мирзаджанзаде, О.Л. Кузнецов, К.С. Басниев, А.И. Ширковский, P.M. Тер-Саркисов, Ю.П. Коротаев и других.

Прогнозированию фазового поведения пластовых систем посвящены работы А.И. Гриценко, X. Азис, Э. Сеттари, А.И. Брусиловского, Г.Р. Гуревича, Б.А. Григорьева, A.A. Герасимова.

Важность системного подхода к проектированию разработки нефтегазоконденсатных месторождений отмечали такие ученые как Н.Г. Степанов, Н.И. Дубина, А.Л. Хейн, С.Н. Закиров, В.И. Васильев, И.С. Никоненко, Ю.Н. Васильев.

Анализ литературы по проблематике диссертации показал, что в существующих научных публикациях по теме проектирования и анализа разработки нефтегазоконденсатных месторождений вопросы промысловой подготовки углеводородного сырья освещены недостаточно полно и не позволяют сформировать целостное представление о методах получения подробной информации о составах и распределении компонентов добываемого сырья по продуктам его промысловой подготовки на различных этапах эксплуатации с учетом перспектив развития схемы и ввода новых месторождений.

Цель работы. Повышение эффективности промысловой подготовки и использования компонентов добываемого сырья, синхронное развитие добычи и подготовки скважинной продукции нефтегазоконденсатных месторождений на основе комплексного моделирования, мониторинга и прогноза показателей, вариантной проработки и обоснования технических решений.

Основные задачи исследований

1. Критический анализ систем технологического моделирования (HYSYS, Gibbs, ГазКондНефть), применяемых при проектировании промысловой подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений

Западной Сибири.

2. Обоснование основных принципов и разработка эффективных средств комплексного моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья.

3. Разработка метода расчета материально-компонентного баланса промысловой подготовки углеводородного сырья на основе функций отбора компонентов.

4. Разработка комплексной модели системы объектов промысловой и централизованной подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений и ее практическая реализация при проектировании разработки месторождений, анализе и развитии комплексной региональной системы подготовки углеводородного сырья на основе синхронизации ввода и развития мощностей по его добыче и промысловой подготовке.

Объект и предмет исследования. Объект исследования -производственный комплекс систем промысловой подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений Западной Сибири. Предмет исследования - процессы сепарации, деэтанизации и стабилизации добываемого углеводородного сырья, при его промысловой подготовке.

Научная новизна

1. Разработан новый метод расчета материально-компонентных балансов и компонентно-фракционных составов продуктов сепарации и ректификации углеводородных потоков, систем промысловой подготовки углеводородного сырья на основе функций отбора компонентов.

2. Выявлено наличие зависимостей коэффициентов изменения концентраций компонентов добываемого флюида от отношения текущего давления к давлению насыщения начального пластового флюида для прогноза компонентно-фракционных составов добываемых углеводородов в масштабе промыслов и выделенных объектов добычи в процессе разработки месторождений.

Теоретическая значимость работы

1. Применительно к проблематике диссертации результативно

использован комплекс существующих базовых методов исследования составов добываемого сырья нефтегазоконденсатных месторождений, а также численных методов решения задач моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья.

2. Раскрыты проблемы комплексного моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья при проектировании и анализе разработки нефтегазоконденсатных месторождений.

3. Изложены положения теории моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья с использованием функций отбора компонентов для региональных, технологически связанных систем подготовки.

4. Раскрыты существенные положения комплексного моделирования промысловой подготовки и разработана компьютерная модель комплексной системы промысловой подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений Западной Сибири.

Практическая значимость и реализация

1. Разработанные модели установок промысловой подготовки добываемого сырья действующих нефтегазоконденсатных месторождений внедрены в ООО «ТюменНИИгипрогаз» для расчетно-технологического мониторинга и прогноза компонентно-фракционных составов фактически добытого сырья, показателей качества промысловых продуктов, используемых при решении плановых и учетных задач.

2. Разработанная комплексная модель системы промысловой подготовки жидкого углеводородного сырья ОАО «Газпром» в Тюменской области внедрена в ООО «ТюменНИИгипрогаз» и ООО «Газпром переработка» для проектирования разработки нефтегазоконденсатных месторождений, выработки управленческих решений по синхронизации ввода новых объектов с имеющимися и перспективными мощностями централизованных установок подготовки конденсата, программами их реконструкции и развития.

3. В работе «Единая технологическая схема разработки залежей углеводородов ачимовской толщи Уренгойского региона» обоснованы мощности и сроки ввода новых объектов по стабилизации и транспорту

конденсата, необходимые для реализации запланированного широкомасштабного освоения ачимовских отложений Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения.

4. Результаты выполненных исследований позволили уточнить прогнозные выходы продукции стабилизации на 2-3 %.

Методология н методы исследования. Методология исследования построена на базовых положениях системного подхода к исследованию тенденций, закономерностей, факторов и условий функционирования и развития региональных, технологически связанных систем промысловой подготовки углеводородного сырья. В работе были использованы такие общенаучные методы как индукция и дедукция, сравнительный анализ, обобщение, ранжирование, а также теоретическое исследование, математическое моделирование изучаемых процессов, графоаналитические подходы и методы.

Положения, выносимые на защиту

1. Новый метод расчета материально-компонентного баланса и компонентно-фракционного состава продуктов сепарации и ректификации углеводородов, основанный на определении и преобразовании термодинамических и статистических функций отбора компонентов.

2. Наличие зависимости коэффициентов изменения концентраций компонентов добываемого флюида от отношения текущего давления к давлению насыщения начального пластового флюида и ее применение для прогноза состава добываемых флюидов по промыслу и выделенным объектам разработки.

Степень достоверности результатов проведенных исследований.

Теоретическая база построена на известных законах термодинамики, используемых при моделировании промысловой подготовки углеводородного сырья и согласуется с опубликованными данными по теме диссертации. Основная идея базируется на анализе распределения компонентов добываемого сырья по продуктам промысловой подготовки и выявлении зависимостей, применяемых при прогнозных расчетах балансов, составов и свойств продуктов

промысловой подготовки на отдельных объектах и в комплексных схемах. При подготовке работы использовались сравнения авторских данных с производственными, в результате чего установлено совпадение авторских результатов с производственными данными и результатами расчетов с применением имеющихся методик. В работе применены современные методы обработки информации и выполнены вычислительные эксперименты по обоснованию основных принципов и эффективных средств комплексного моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья применительно к решению задач проектирования и анализа разработки нефтегазоконденсатных месторождений с применением апробированных методов расчетов и достоверной технологической модели.

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 25.00.17 — Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений: п.З - «Научные аспекты и средства обеспечения системного комплексного (мультидисциплинарного) проектирования и мониторинга процессов разработки месторождений углеводородов, эксплуатации подземных хранилищ газа, создаваемых в истощенных месторождениях и водонасыщенных пластах с целью рационального недропользования».

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы докладывались на: восьмой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО «ТюменНИИгипрогаз» «Проблемы развития газовой промышленности в Западной Сибири» (г. Тюмень, 2004 г.); Всероссийской конференции «Менделеевские чтения» (Тюмень, 2005 г.); XIV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО «ТюменНИИгипрогаз» «Проблемы развития газовой промышленности в Западной Сибири» (г. Тюмень, 2006 г.); региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ТюмГНГУ (г. Тюмень, 2006 г.); заседании секции «Комплексная переработка газа и газового конденсата» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (г. Москва, 2006 г.); Международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (г. Тюмень,

2008 г.); четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (г. Тюмень, 2010 г.); семинаре по программе научно-технического сотрудничества между ООО «Газпром» и «БАСФ/Винтерсхалл Холдинг» (Мюнстер, Германия, 2012 г.).

Публикации. Результаты выполненных исследований отражены в семи работах, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 89 наименований. Содержит 167 страниц текста, 43 рисунка, 26 таблиц.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук Александру Геннадьевичу Касперовичу за ценные консультации по вопросам балансового моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья и повышения эффективности разработки нефтегазоконденсатных месторождений, а также доктору технических наук, профессору Семену Федоровичу Мулявину и

доктору геолого-минералогических наук, профессору Алексею Николаевичу

Лапердину ¡а ценные замечания, полученные при выполнении работы.

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.

Первый раздел посвящен анализу практики проектирования разработки и обустройства нефтегазоконденсатных месторождений, планирования добычи и подготовки углеводородного сырья, а также анализу современных методов моделирования технологии промысловой подготовки углеводородного сырья (УВС) нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ).

Разработка газовых месторождений (ГМ) и НГКМ - совокупность работ, направленных на извлечение из залежи на поверхность газа и газового конденсата, сбор, учет и подготовку их для транспорта потребителям и на переработку. Основной целью проектирования разработки является поиск

оптимальной системы извлечения углеводородов из месторождения и обустройства промысла. Ввиду многофакторности задача оптимизации разработки месторождений трудноразрешима. Как правило, объемы добываемого сырья на период разработки, динамику падения пластового давления при разработке на истощение, объемы и параметры закачиваемого в пласт агента для поддержания пластового давления, объемы продукции промысловой подготовки добываемого сырья, диаметры и протяженности промысловых трубопроводов и т.п. определяют, пользуясь гидродинамической моделью НГКМ. Однако подробные расчеты промысловой подготовки добываемого УВС при этом обычно не проводятся.

Вследствие высокой сложности гидродинамических моделей (ГДМ) месторождений составы пластовых флюидов задаются в форматах с ограничением количества компонентов: от двух («Black oil») до 8 - 10 (композиционный состав). Это оправдано необходимостью выполнения громоздких расчетов за приемлемое время, но ведет к снижению точности расчетов процессов промысловой подготовки УВС. Расчетные исследования показали значительное (до 40 % и более) отличие результатов расчетов фазовых равновесий флюидов при представлении их составов в сокращенных форматах по сравнению с расчетами, выполненными по подробным многокомпонентным составам (рисунок 1).

3000

2500

^ 2000

§ 1500

2 1000

3 500 £2

о

Рисунок 1 - Диаграмма сравнения расчетных выходов конденсата по ступеням сепарации для разных наборов компонентов

Согласно многолетней практике научно-исследовательских и проектных работ, наиболее полноценным представлением составов УВС для моделирования их промысловой подготовки является формат компонентно-

фракционного состава (КФС), в котором наиболее «легкие» компоненты до н-пентана включительно представлены индивидуально, далее следует «буферная» фракция с интервалом кипения 45-60 °С, а остальные - представляются узкими десятиградусными фракциями до конца кипения, или с объединением наиболее тяжелых фракций (например, выкипающих свыше 450 °С) в остаточную. Однако получение адекватного КФС добываемого флюида по результатам расчета ГДМ невозможно вследствие вышеупомянутых расчетных расхождений.

Моделирование технологических процессов химической технологии и химико-технологических систем (к которым относятся и установки промысловой подготовки газа и конденсата) как отдельное направление развивается уже достаточно давно. В настоящее время для этих целей широко применяются системы технологического моделирования (СТМ), среди которых в России наиболее популярны НУБУБ, вШЬБ и ГазКондНефть.

СТМ успешно используются при детальных расчетах отдельных технологических процессов, но для моделирования больших комплексных схем промысловой подготовки УВС, спецификой которого является выполнение укрупненных многовариантных и многопериодных балансовых расчетов, использование СТМ менее эффективно. Одна из причин заключается в недостаточной устойчивости созданных в среде СТМ моделей к существенным изменениям составов и свойств входных потоков технологических аппаратов, нередко возникающим при многовариантных и многопериодных расчетах. Это приводит к сбоям в выполнении расчетов, ликвидация которых требует детального знания системы для ее перенастройки. К тому же, в укрупненных балансовых расчетах промысловой подготовки используется очень малая часть возможностей СТМ, что резко снижает КПД их применения, а с учетом высокой стоимости и связанным с этим ограничением количества рабочих мест, ухудшает экономическую эффективность создания комплексных моделей в среде СТМ и доступность их для пользователей. Поэтому, в большинстве случаев, расчеты балансов больших комплексных схем проводятся очень упрощенно, без учета составов и свойств добываемой продукции и их

изменения в процессе разработки, что резко ограничивает объем и качество получаемой информации.

По этим причинам, при существующей практике проектирования разработки не проводится детальный анализ промысловой подготовки добываемого на месторождении сырья и, тем более, централизованной региональной схемы завершающей стадии подготовки конденсатов с действующих и перспективных промыслов. В результате, не определяются подробные составы и показатели качества выделяемых на промыслах конденсатов и, соответственно, балансы, составы и показатели качества потоков промысловой подготовки (деэтанизации и стабилизации) конденсатов на централизованных установках. Это может привести к недостижению потенциально возможной эффективности разработки отдельных месторождений, и в целом эксплуатации региональной системы.

Для получения дополнительной информации с целью более обоснованного выбора вариантов разработки месторождений, совершенствования мониторинга промысловой технологии и синхронизации ввода и развития мощностей добычи, подготовки и транспорта УВС предлагается применение комплексной модели (КМ) региональной схемы промысловой подготовки УВС. Такая модель позволит уточнить показатели разработки проектируемого месторождения с учетом изменения объемов, составов и свойств его скважинной продукции в течение всего периода разработки месторождения, а также изменения объемов, составов и свойств добываемого сырья других месторождений и всех потоков региональной системы промысловой подготовки УВС.

Во втором разделе описывается разработка комплексной модели промысловой подготовки углеводородного сырья ОАО «Газпром» в Западной Сибири.

Для более эффективного решения укрупненных задач разработан специальный метод балансового моделирования, в котором вместо детальных расчетов массообменных процессов используются характеризующие их эффективность обобщенные функции, что значительно упрощает и повышает

наглядность выполнения расчетов, обеспечивая приемлемую точность. Данные функции базируются на математическом описании балансов распределения компонентов (индивидуальных углеводородов и узких фракций) сырья между продуктами сепарации и ректификации, а также некоторых многостадийных процессов.

Известно, что все технологические процессы промысловой подготовки УВС основаны на фазовых переходах газ-жидкость. Проведенный анализ показал, что в любых технологических схемах могут быть выделены массообменные элементы - бинарные узлы разделения (УР) газ-жидкость, в которые входит один (сырьевой) поток и выходит два (продуктовых) потока -легкий и тяжелый. К УР можно отнести сепараторы, простые ректификационные колонны (а также их секции) и даже некоторые схемы, например, газоконденсатного промысла (ГКП), на вход которого поступает один обобщенный поток добываемого сырья, и выходит два промысловых продукта - газ и конденсат.

В результате выполненных исследований установлено, что для расчетов материально-компонентных балансов (МКБ), составов и свойств продуктов УР можно использовать коэффициенты отбора компонентов (КО). Количественно, КО является долей компонента сырья, переходящего в один из продуктов УР.

К^^хКЮ/Ш*, (1)

где К!к - КО 1-го компонента, поступающего в составе сырья, в к-тый продукт, % масс; Сж - массовый расход ьго компонента, в к-том продукте, кг/час; 2Хтж -сумма массовых расходов ¡-го компонента во всех продуктах, кг/час.

В диссертационной работе Кабанова О.П. показано наличие функциональной зависимости КО компонентов от температур их кипения. Функцию, описывающую эту зависимость, было предложено называть функцией отбора компонентов (ФОК) и использовать ее в качестве меры эффективности технологических процессов - селективности распределения компонентов между продуктами. В результате дополнительно проведенных исследований установлена возможность балансового моделирования систем промысловой подготовки на базе определения и преобразований ФОК.

Расчетные исследования показали, что графически ФОК различных УР имеют схожую сигмовидную форму, но различный наклон и расположение относительно оси температур кипения в зависимости от технологических характеристик и режимов работы массообменного оборудования. Это служит основой для математической интерпретации ФОК. С помощью кубических сплайнов или других функций для любых УР возможны преобразования ФОК на основе их эквидистантного сдвига вдоль оси температур кипения и изменения наклона путем интерполяции коэффициентов отбора, полученных для базовых режимов эксплуатации массообменного оборудования. Такие преобразования ФОК позволяют имитировать допустимые изменения технологических параметров моделируемых процессов, и на этой основе, с помощью итерационных процедур, определять условия выработки продуктов заданного качества.

Анализ процессов промысловой подготовки УВС показал, что на базе УР можно создать балансовую модель любой технологической схемы. На рисунке 2 представлена принципиальная технологическая схема и соответствующая ей балансовая модель установки стабилизации конденсата (УСК).

Газ (сбросной)

Сбросной газ

Нефтегазокон- С денсатная смесь :-N_

ШФЛУ

ск

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема и балансовая модель УСК

КО определяются для ряда типовых режимов каждого УР по результатам детальных расчетов технологических аппаратов в среде СТМ, формируя массив «паспортных» характеристик, на основе математических преобразований

которых моделируются реальные массобменные процессы при работе балансовой модели.

Определение конкретных ФОК для УР выполняется по критериям соответствия результатов расчетов заданным спецификациям - имитируются технологические режимы процессов, обеспечивающие выработку потоков и продуктов, соответствующих фактическим показателям или нормативным требованиям по выходам или физико-химическим свойствам.

КМ реализована в табличном редакторе Microsoft Excel с применением среды программирования Borland Delphi и встроенного языка программирования Visual Basic for Applications.

KM включает локальные модели: прогноза составов пластовых флюидов месторождений в динамике их разработки; подготовки скважинной продукции на промысловых объектах; централизованных установок заключительной стадии подготовки (деэтанизации и стабилизации) конденсатов нескольких месторождений. Каждая из перечисленных моделей представляет собой набор унифицированных файлов Microsoft Excel, объединенных связями. Исходными данными для расчетов являются объемы и КФС добываемого на месторождениях УВС, режимные параметры процессов промысловой подготовки, спецификации потоков (фактические значения или нормативные требования к качеству потоков). Выполнение расчетов по моделям базируется на последовательном определении МКБ каждого входящего в балансовую схему УР на основе преобразований соответствующих ФОК по условиям достижения соответствия расчетных выходов или показателей качества потоков заданным для них спецификациям. Показатели качества потоков вычисляются по прошедшим длительную практическую проверку методикам, реализованным в КМ.

Для подтверждения адекватности разработанной методологии в таблице 1 представлено сравнение среднемесячных расчетных и фактических выходов стабильного конденсата (CK) на централизованной установке стабилизации смеси всего добываемого в Западно-Сибирском регионе конденсата, которая демонстрирует хорошее соответствие расчетных и фактических показателей.

Таблица 1 - Сравнение расчетных выходов СК с фактическими

Месяц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Выход "факт", % масс 53,4 53,4 54,4 57,2 57,5 60,1 58,5 58,5 58,4 58,8 58,5 59,6

Выход модель, % масс 53,4 53,9 54,9 58,0 60,1 63,0 59,5 60,1 59,5 58,7 58,5 59,5

Отклонение ("факт"-модель) -0,0 -0,5 -0,5 -0,8 -2,6 -2,9 -1,1 -1,6 -1,2 0,1 0,0 0,1

Относительное отклонение, % -0,0 -0,9 -0,8 -1,3 -4,3 -4,7 -1,8 -2,7 -2,0 0,2 0,1 0,2

Как показано в разделе 1, необходимый для расчетов промысловой подготовки состав добываемого сырья в формате КФС отличается от формата состава УВС, используемого при гидродинамическом моделировании (ГДМ). Это обусловило необходимость разработки специальной процедуры определения и прогноза составов УВС НГКМ на основе результатов экспериментальных исследований.

Для определения КФС добываемого УВС на текущий период разработки могут использоваться результаты исследований скважин на газоконденсатность, в процессе которых отобраны и исследованы пробы газа и конденсата из промыслового сепаратора и рекомбинирован КФС флюида. Более достоверным является КФС совокупного добытого УВС, полученный по результатам об следования и моделирования промысла. Однако для определения КФС добываемого сырья на дальнейший период разработки необходимо прогнозирование его изменения в зависимости от показателей разработки месторождения.

Проблемой такого прогноза является существенное занижение содержания тяжелых компонентов в расчетных составах добываемых газоконденсатных флюидов по обычно используемой методике дифференциальной конденсации относительно результатов экспериментальных РУТ-исследований - для компонентов с температурами кипения выше 200 °С расчетные концентрации ниже экспериментальных на 20 - 90 %, вероятно в виду погрешности расчетов мольной доли и составов фаз по уравнению состояния при высоких давлениях.

Для повышения точности прогноза КФС добываемого сырья разработан новый метод, основанный на использовании коэффициентов изменения концентраций компонентов (КИ), полученный на базе результатов РУТ-экспериментов. КИ - это отношение концентрации компонента в КФС,

полученном при текущем пластовом давлении к концентрации этого компонента в начальном составе.

Наличие зависимости отношения концентраций от отношения текущего

давления к давлению насыщения начального пластового флюида

Рнас

определено в результате анализа экспериментальных данных, полученных в результате РУТ-исследований, и приведено в качестве примера для различных компонентов пластового флюида ачимовских залежей на рисунке 3.

Рисунок 3 - График зависимости коэффициентов извлечения компонентов добыва' ачимовских залежей)

V'

компонентов добываемого флюида от (для продукции

Р нас

-«-Пропан

-Н.пентан

140-150 С 340-350 С

-"-С02

-•-Изобутан

•Фр. 45-60 С -ж-фр. 190-200 С — Фр . 390-400 С

Метан —Н. бутан -в-Фр. 60-70 С -•-Фр.240-250 С -♦-Фр.440-450 С

---Этап —Изопентан -*-Фр. 90-100 С

-Фр. 290-300 С

Фр. 490-500 С

На базе представленных зависимостей и полученного по результатам экспериментальных исследований или расчетно-технологического мониторинга КФС добываемого сырья на текущей стадии разработки можно восстановить КФС начального добываемого флюида и затем на его основе определять прогнозные составы добываемого сырья в динамике разработки.

В третьем разделе представлены результаты практического использования комплексной модели промысловой подготовки углеводородного сырья ОАО «Газпром» в Западной Сибири, приводятся описание и примеры

решения различных задач на основе ее применения.

Комплексная модель и входящие в ее состав локальные модели могут использоваться для решения разнообразных задач, которые можно разделить на два типа: расчетно-технологического мониторинга (РТМ) и прогноза. РТМ является базовой задачей моделирования промысловой подготовки, и выполняется с целью максимально достоверного воспроизведения на модели фактических показателей процесса (по результатам измерений параметров и аналитического контроля потоков) для значительного расширения объема информации о потоках, а также для адаптации (настройки) модели и определения степени ее соответствия результатам измерений.

Решение задачи РТМ показано на примере определения КФС добываемого флюида и МКБ его промысловой подготовки на одном из валанжинских промыслов севера Западной Сибири. В качестве исходных данных используется экспериментально определенный состав нестабильного конденсата (НК), усредненные режимные параметры и суммарные объемы товарного газа и НК за период наблюдений. В результате итерационного расчета по методике, изложенной в разделе 3, определяются КФС совокупного добываемого флюида и МКБ его промысловой подготовки, согласованные с технологическими параметрами и балансовыми выходами продукции промысла. Адекватность выполненного расчета контролируется по условию минимизации отклонений расчетного состава НК от экспериментального (обычно относительные отклонения расчетных долей компонентов от экспериментальных не превышают 5 %). Кроме этого, производится сравнение потенциального содержания углеводородов С5+ (ПС5+) в полученном по результатам РТМ добываемом флюиде с представленным в эксплуатационных рапортах. В рассматриваемом примере разница этих величин составила менее 6 %, что также свидетельствует о корректности выполненного расчета и предлагаемой методики.

При анализе разработки месторождений, кроме состава совокупного добываемого флюида, представляет интерес определение составов флюидов по объектам разработки. Показан пример их определения по найденному в

процессе РТМ составу совокупного добываемого флюида и прогнозной динамике объемов добычи и ПС5+ в сырье каждого объекта. Для этой цели используется изложенная в разделе 3 методика прогноза составов добываемых флюидов с применением КИ. Результаты расчетов контролируются по критериям соответствия расчетного ПС5+ флюидов по объектам разработки с данными эксплуатационных рапортов и равенства суммы расчетных масс компонентов сырья по объектам разработки массам соответствующих компонентов совокупного добываемого флюида.

Полученная в процессе РТМ информация о КФС добываемых флюидов по промыслу в целом и по объектам разработки может служить основой для более подробного анализа разработки месторождения, уточнения расчетов по списанию запасов, коррекции проектов разработки и т.д. На применении адекватных, адаптированных в процессе РТМ моделей и достоверных данных по составам и свойствам сырья базируется решение различных прогнозных задач, которые можно подразделить на локальные и комплексные.

В качестве примера локальной задачи представлен балансовый прогнозный расчет отдельного промысла. Он включает прогноз КФС добываемых флюидов по объектам разработки по методу коэффициентов изменения концентраций (раздел 3), определение КФС совокупного сырья, расчет МКБ его промысловой подготовки, объемов и составов промысловой продукции изложенным в разделе 3 способом. При этом представляет интерес определение в составе общего баланса объемов и составов промысловых продуктов, полученных из каждого объекта разработки.

Для этих целей разработан и реализован расчетный метод выделения из общих МКБ процессов промысловой подготовки балансов отдельных сырьевых потоков. Он базируется на пропорциональности соотношения масс компонентов сырьевых потоков в сырьевой смеси и в продуктах ее промысловой подготовки. Расчеты по этой методике наглядно свидетельствуют о зависимости выходов и составов промысловых продуктов, полученных из различных объектов разработки, от составов добываемого из них сырья.

Комплексные прогнозные задачи заключаются в выполнении

обобщенных балансовых расчетов промысловых и централизованных установок промысловой подготовки УВС. Примером является расчет полного баланса промысловой подготовки добываемого на месторождении сырья, включая выходы и составы продуктов деэтанизации и стабилизации конденсата, что требуется при анализе и планировании разработки. Расчеты в объеме промыслов отдельных месторождений недостаточны для адекватного достижения этой цели, но применение комплексной модели с использованием вышеупомянутой методики выделения из общих МКБ балансов отдельных сырьевых потоков дает возможность успешно и корректно решать такие задачи.

В качестве примера, на рисунке 4 показана возможность получения дополнительной достоверной информации и составления общего баланса промысловой подготовки добываемого сырья на базе КМ, охватывающей промысловые и централизованные установки.

а) б)

Рисунок 4 - Расчетные диаграммы объемов продуктов промысловой подготовки, полученные при расчетах в объеме промысла (а) и дополнительно по комплексной модели (б), (НК - нестабильный конденсат, ГД - газ деэтанизации, ШФЛУ -широкая фракция легких углеводородов, СК - стабильный конденсат)

Прогнозные расчеты по КМ позволяют значительно уточнить выходы продуктов деэтанизации и стабилизации конденсатов отдельных месторождений в составе балансов централизованных установок промысловой подготовки УВС по сравнению с традиционным способом расчета по фиксированным «коэффициентам выходов». В качестве примера на рисунке 5 представлены результаты комплексных балансовых расчетов деэтанизации и

стабилизации смеси конденсатов трех ГКП - выходы газа деэтанизации (ГД) и стабильного конденсата (СК).

I ■ ГД по КМ I '^^В - а I ■ СК по КМ I

I з ГД™7, | | 3 35 I я СК по 1! |

пГКя ¡НпПИ

I)

ГКП! ГКП 2 ГКПЗ ГКП 1 ГКП 2 ГКПЗ

Рисунок 5 - Диаграммы выходов продуктов деэтанизации и стабилизации конденсатов отдельных месторождений по комплексной модели и «коэффициентам выходов»

Очевидно, что в результате применения КМ на основе подробных расчетов МКБ всех технологических процессов, расчетные выходы деэтанизации и стабилизации конденсатов значительно точнее полученных по фиксированным «коэффициентам выходов», найденным по «фактическим балансам» и не учитывающим изменения объемов и составов добываемого сырья и режимов его промысловой подготовки, а также реальное распределение компонентов сырья по продуктам централизованных установок. Использование КМ в данном аспекте позволяет получить дополнительную достоверную информацию для подробного анализа показателей эксплуатации месторождений, уточнения учетных задач по реализации сырьевых ресурсов, договорных показателей поставки сырья на централизованную подготовку и переработку, исходных данных для уточнения ТЭП, трансфертного ценообразования и т.п.

Важнейшим направлением практического применения комплексной модели является вариантная проработка решений по синхронизации развития мощностей централизованной подготовки конденсата с развитием мощностей добычи и промысловой подготовки УВС на месторождениях. Для примера рассматривается условный сценарий развития Западно-Сибирского комплекса добычи и подготовки УВС ОАО «Газпром». Схема определения сроков и пределов необходимого увеличения мощностей установок на основе их сопоставления с прогнозной динамикой объемов сырьевых потоков (красные ступенчатые линии), полученных по выполненным с помощью комплексной модели МКБ с учетом технологических ограничений, приведена на рисунке 6.

Ачимовская УСК

Пл. 1 Пл 2 Пл 3 ал. 4 Пл. 5

НК ачимовских отложений Уренгойского НГКМ

НКс

НК с промысла 4

НК с промысла 5

НК с промысла 6

УСК Сургут

Рисунок 6 - Схема определения сроков синхронного ввода мощностей объектов региональной схемы добычи и подготовки УВС

Ввиду большого объема взаимозависимых параметров (в т.ч. переменные составы и объемы добываемого УВС, технологические ограничения установок по объемам и составам сырья) выполнение балансовых расчетов и определение программы синхронного развития мощностей добычи и подготовки УВС на месторождениях и централизованных установок деэтанизации и стабилизации конденсата является очень сложной задачей, не решаемой путем простого сложения и разделения объемов добываемого сырья и сравнения объемов полученных потоков с мощностями действующих установок. Однако применение КМ позволяет успешно и оперативно решать такие задачи на основе выполнения многовариантных расчетов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В результате критического анализа применяемых при проектировании инструментов моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений Западной Сибири установлено, что планирование добычи ведется без учета всей схемы промысловой подготовки углеводородного сырья. Это может приводить к недостаточной или избыточной загрузке централизованных установок подготовки конденсата по сырью. Выявлено, что современные методы моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья плохо приспособлены для многопериодных расчетов

сложных схем, включающих комплексы сооружений по промысловой подготовке углеводородного сырья и централизованные установки подготовки конденсата.

2. Обоснованы основные принципы и разработаны эффективные средства комплексного моделирования промысловой подготовки углеводородного сырья для решения задач проектирования и анализа разработки нефтегазоконденсатных месторождений, синхронизированного развития мощностей по добыче и промысловой подготовке.

3. Разработан метод расчета промысловой подготовки углеводородного сырья на основе функций отбора компонентов.

4. На основе новых методов разработана комплексная модель промысловой подготовки углеводородного сырья нефтегазоконденсатных месторождений, позволяющая учитывать потоки со всех месторождений, включенных в систему, ограничения по загрузке централизованных установок подготовки, технологические параметры работы оборудования. Комплексная модель внедрена в ООО «ТюменНИИгипрогаз» и ООО «Газпром переработка».

5. Результаты работы рекомендуется использовать для обоснования решений по синхронизации сроков ввода и объемов добычи сырья новых месторождений с развитием существующих объектов его транспорта и промысловой подготовки, это позволит повысить добычу газа ачимовских отложений и эффективность использования его целевых компонентов.

6. Дальнейшее развитие и реализация разработанных методов возможны на основе совершенствования средств моделирования и создания нормативных документов, регламентирующих основные принципы совместного сбора, подготовки и переработки углеводородного сырья нескольких месторождений. Перспективы внедрения разработок связаны с освоением новых месторождений, например Кынско-Часельской группы, ачимовских отложений в районе -Ямбурга, что позволит значительно снизить капитальные затраты на формирование систем сбора и подготовки добываемых углеводородов.

Содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1.Касперович А.Г. Методология адаптации технологических моделей подготовки и первичной переработки газового конденсата и нефти / А.Г. Касперович, Д.А. Рычков, O.A. Омельченко // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2006. - С. 47-50.

2. Кабанов О.П. Комплексное моделирование промысловой подготовки добываемого газоконденсатного флюида и переработки газового конденсата / О.П. Кабанов, А.Г. Касперович, O.A. Омельченко, Д.А. Рычков // Наука и техника в газовой промышленности. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2006. - С. 25-

3. Кабанов О.П. Методология создания адекватной технологической модели газоконденсатного промысла на основе результатов комплексного моделирования / О.П. Кабанов, А.Г. Касперович, Д.А. Рычков, O.A. Омельченко // Наука и техника в газовой промышленности. - М.: ООО «ИРЦ Газпром» - 2006. - С. 30-36.

4. Касперович А.Г. Развитие систем добычи, транспорта и переработки УВС на основе моделирования поточных схем / А.Г. Касперович, H.H. Кисленко, Р.Ф. Фатрахманова, П.Е. Емельянов, O.A. Омельченко, В.В. Прытков, Д.А. Рычков // Газовая промышленность. - 2007. -№ 4. - С. 40-44.

5. Нестеренко А.Н. Моделирование дифференциальной конденсации газоконденсатного флюида / А.Н. Нестеренко, А.Г. Касперович, В.В. Прытков, O.A. Омельченко, Д.А. Рычков, Т.В. Турбина // Газовая промышленность. -2014. -№ 1.-С. 82-86.

В других изданиях:

6. Рычков Д.А. Исследование функций распределения компонентов для комплексного моделирования поточных схем промысловой подготовки и переработки углеводородного сырья / Д.А. Рычков, Ю.В. Кацемон, В.В. Прытков, А.Г. Касперович // Проблемы развития газовой промышленности в Западной Сибири: Сб. тезисов докладов 8 науч-практ. конф. молодых ученых и специалистов - Тюмень, ООО «ТюменНИИГипрогаз». - 2004.- с. 124.

7. Рычков Д.А. Использование комплексного моделирования подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья при проектировании разработки газоконденсатных месторождений / Д.А. Рычков // Актуальные вопросы и научно-технические решения по технике и технологии добычи и подготовки газа на месторождениях, вступивших в заключительную стадию разработки: Материалы заседания секции «Добыча и промысловая подготовка газа и газового конденсата» Научно-технического совета ОАО «Газпром» (пос. Кабардинка, 25-29 октября 2010 г.). - М.: ООО «Газпром экспо», - 2012. - С.

29.

185-194.

Соискатель

Д.А. Рычков

Подписано к печати 26.02.2015 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,00. Заказ № 172. Тираж 100 экз. ООО «ТюменНИИгипрогаз», ООВ 625019, г. Тюмень, Воровского, 2