Idea Transcript
Посвящается
85 - летию
РГУ нефти и газа имени И. М Губкина
drA3ПPDM
Авторы выражают признателъность
и благодарность ПАО «Газnром» за поддержку
и участие в издании настоящего учебного пособия для студентов ВУЗов нефтегазового профиля
Z.S. Aliev,
Е.М.
Kotlyarova
TECHNOLOGY OF APPLICATION OF HORIZONTAL GAS WELLS А
Textbook
ИЗДАТFJIЬСКИЙ ЦЕНТР РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина
2015
З.С. Алиев, Е.М. Котлярона
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕПИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЬIХ ГАЗОВЬIХ СКВАЖИН Учебное пособие Допущено Учебпо-.iwетодически.м объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов
образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело>>, по представлению Ученого совета РГУ нефти и газа U)Иени И. М Губкина
ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР РГУ нефти и rаза ИМ!ИН И.М. Губкина
2015
УДК ББК
551 26.34 А50
Рецензенты:
Пономарев А. И. -д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений
У фимекого государственного нефтяного технического университета, Басниев К. С.- д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН
ASO
Алиев З.С., Котлярава Е.М. Технология применения горизонтальных газовых скважин: Учебное пособие. - М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015.- 156 с.: ил.
ISBN 978-5-91961-210-0 Предлагаемое учебное пособие предназначено для обучения бакалавров но вейшей дисциплины
«Технология
применения
горизонтальных
скважин»,
вве
денной среди нефтегазовых вузов только в РГУ нефти и газа имени И.М. Губки на и его филиалах направления «Нефтегазовое дело» профиля «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, газаконденсата и подземных хранилищ». В
жин,
пособии
изложены
с учетом которых
применения
конструктивные
особенности
горизонтальных
сква
разработаны теоретические и технологические основы
горизонтальных
месторождений. В частности,
скважин для
освоения газовых
и газоконденсатных
в книге изложены методы определения забойного
давления, температуры и дебита горизонтальных скважин различных конструк ций, рекомендаций по вскрытию однородных и неоднородных пластов, размеще нию
их
по
толщине
и
площади,
исследования
таких
скважин
методами,
отлича
ющимися от классических методов, которые неприемлемы и нецелесообразны в таких
скважинах.
Предложены
методы
обоснования:
числа
горизонтальных
скважин в начальной стадии и в процессе разработки, режима их эксплуатации: в условиях образования гидратов путем определения распределения давления и температуры по стволу; возможности обводнения, загрязнения призабойной зоны буровым раствором в процессе вскрытия продуктивного интервала.
Приведены
примеры расчета основных параметров реальных месторождений, где пробурены горизонтальные скважины.
Данное учебное пособие может быть использовано во всех нефтегазовых вузах, предприятиях по добыче газа,
НИИ и проектных институтах, занимаю
щихся проектированием месторождений с применением горизонтальных скважин.
Данное издание является собственностью РГУ нефти и газа
имени И.М. Губкина и его репродуцирование (воспроизведение) любыми способами без согласия университета запрещается.
УДК ББК
ISBN 978-5-91961-210-0
© © ©
551 26.34
Алиев З.С., Котлярава Е. М., 2015 Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015 Голубев В. С., оформление серии, 2007
•
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАСТОВОГО И ЗАБОЙНОГО ДАВЛЕНИЙ В
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
ГАЗОВЫХ
СКВАЖИНАХ
РАЗЛИЧНЫХ
КОН-
СТРУКЦИЙ.
1.1.
9
Конструктивные разновидности горизонтальных скважин и их выбор при
проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений с учетом их геолого-физических особенностей. 1.2. Определение пластового давления в горизонтальных газовых скважинах.
9 14
Определение забойного давления в горизонтальных скважинах различных
1.3.
конструкций.
1.3.1.
17
Определение забойного давления в горизонтальной скважине при от-
сутствии в продукции жидкости и фонтанных труб в горизонтальном стволе
1.3.2. стве
17
Определение забойного давления и давления в затрубном простран-
в
горизонтальных
скважинах
при
отсутствии
в
продукции
жидкости
и
частично оборудованных фонтанными трубами.
21
Определение забойного давления в горизонтальной скважине при от сутствии фонтанных труб в горизонтальном участке и наличии жидкости в
1.3.3.
продукции скважины
1.3.4.
.
27
Определение забойного давления у башмака фонтанных труб и давле-
ния в затрубном пространстве в горизонтальной скважине, частично обору-
дованной НКТ при наличии жидкости в ее продукции.
1.3.5.
30
Определение забойного давления у торца горизонтальных скважин,
частично оборудованных фонтанными трубами, при наличии жидкости в их продукции.
ГЛАВА
2.
36
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ПО
СТВОЛУ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
40
Распределение температуры газа по стволу остановленных газовых скважин
48
2 .1. 2.2. лу
Приближенный метод определения распределения температуры газа по ствогоризонтальных
скважин
при
отсутствии
в
разрезе
многолетнемерзлых
по-
63
род.
2.3.
Приближенный метод определения распределения температуры газа по ство-
лу горизонтальных скважин при наличии в разрезе многолетнемерзлых пород..
2.4.
Распределение температуры газа по условно выделенным участкам.
2.4.1. 2 .4.2.
Распределение температуры газа в пласте. Распределение температуры газа по длине
ствола.
69 82 84
горизонтального участка
84
5
Распределение температуры газа на искривленном участке ствола.
2.4.3. 2.4.4.
3.
ГЛАВА
85 87
Распределение температуры газа на вертикальном участке ствола.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
НЫХ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН,
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ГОРИЗОНТАЛЬ
ВСКРЫВШИХ ПЛАСТЫ
ПОЛОСООБРАЗ-
НОЙ И СЕКТОРНОЙ ФОРМ.
3.1.
91
Формы зоны пласта, дренируемой горизонтальными скважинами, и вскры-
тие ее горизонтальным участком ствола. 3.2. Приближенный метод определения дебита горизонтальной скважины при
91
вскрытии полосообразного фрагмента при Рз(Lг) =
96
3.3.
const.
Приближенный метод определения дебита горизонтальной скважины путем
совместного решения двух дифференциальных уравнений в случае Рз -:fполном вскрытии полосообразного фрагмента
3.4.
const
при
.
98
Приближенный метод определения дебита горизонтальной скважины при
непалнам вскрытии полосообразного фрагмента.
3.5.
Влияние
параметра
анизотропии
на
производительность
101 горизонтальных
104
скважин.
3.6.
Метод определения производительности горизонтальной скважины, вскрыв-
шей пласт с переменной толщиной
3. 7.
.
109
Численные методы определения производительности горизонтальных сква-
жин, частично вскрывших фрагменты полосообразной и секторной форм газовых и газоконденсатных месторождений . Приближенный метод определения производительности горизонтальной га-
112
зовой скважины, частично вскрывшей фрагмент залежи в форме сектора.
116
3.8.
ГЛАВА
4.
РАЗМЕЩЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ ОСВОЕ
НИИ И РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА СУШЕ И ШЕЛЬФЕ.
4.1.
Размещение горизонтальных скважин на газовых и газоконденсатных место-
рождениях
4.2. 4.3.
135
.
Вскрытие продуктивного интервала горизонтальными скважинами. Обоснование числа проектных горизонтальных скважин.
135 137 140
Список литературы.
151
Об авторах.
155
•
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемое учебное пособие по дисциплине .;Технология при менения
горизонтальных скважин~, которая создана в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина и включена в учебный план направления подготовки -«Нефтегазовое де ло~ профиля .;Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, газаконденсата и подземных хранилищ~. А также данное учебное посо бие является частью дисциплины .;Теория разработки газовых и газо конденсатных месторождений~, входящей в учебный план магистерской программы .;Проектирование разработки и эксплуатации газовых и га зоконденсатных месторождений~ как наиболее современное направле ние в области повышения рентабельности разработки месторождений при любых емкостных и фильтрационных свойствах газовых и газокон денсатных месторождений. В учебное пособие включены: общие сведе ния о конструктивных особенностях горизонтальных и многоствольно горизонтальных скважин и обоснована необходимость учета этих осо бенностей при создании теоретических основ определения параметров горизонтальных скважин,
в частности,
методы и примеры по определе
нию забойного давления, температуры в пласте и по стволу скважин различных конструкций по радиусу кривизны, наличия или отсутствия фонтанных труб на горизонтальном участке, жидкости и твердых при месей в продукции скважин, наличия зоны многолетнемерзлых пород в стратиграфическом разрезе ствола, в частности, частично или полно стью
на
также
вертикальном
и
частично
производительности
таких
на искривленном скважин
при
участках
постоянном
и
ствола,
а
перемен
нам по длине горизонтального ствола забойном давлении при вскрытии однородных и неоднородных пластов.
Рассмотрены методы исследования горизонтальных скважин на стационарных и нестационарных режимах фильтрации и пригодность и целесообразность использования этих методов в горизонтальных сква жинах,
имеющих
значительные длины
горизонтального
ствола,
длины
фрагмента, выбранного, исходя из необходимости обеспечить скважину запасами на 30-40 лет эксплуатации. Также рассмотрены: неполнота вскрытия горизонтальным стволом, емкостные и фильтрационные свой ства, термабарические параметры, форма фрагмента, приходящегося на
7
одну скважину, размещение и вскрытие, взаимодействие скважин и сте пень истощения пропластков.
Особое внимание в книге уделено разработке шельфоных место рождений, где из-за дороговизны строительства платформ горизонталь ные скважины располагают веерно-кустовым размещением. Приведено влияние
равномерного
горизонтальных
и
стволов
неравномерного на
возможность
веерно-кустовоm применения
размещения
классических
ме
тодов промыслово-геофизических, газагидродинамических и газокон денсатных исследований при таком размещении скважин в условиях взаимодействия, а также осуществления контроля за разработкой по данным исследования и эксплуатации таких скважин. Предложены ме тоды обоснования числа горизонтальных скважин и сохранения их начального дебита при начальных значениях депрессии на пласт путем увеличения длины горизонтального участка с учетом возможности бу рения (увеличения длины ствола) при низких пластовых давлениях. Рекомендованы новые другие методы взамен классических методов ис следования и контроля за разработкой месторождения с использовани ем только горизонтальных скважин.
Детально изложены рекомендации по обоснованию: горизонтальных и многоствольных скважин; толщине
и
площади
залежи;
длины,
вскрытию,
радиуса
конструкции
размещению по
кривизны
ствола,
пара
метра анизотропии пласта и многих других факторов, влияющих на ос новные параметры таких скважин.
Книга не имеет аналогов в мире и ориентирована, прежде всего, на студентов РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и его филиалов в г. Оренбурге и г. Ташкенте.
•
ГЛАВАl ОПРЕДЕЛЕНИЕПЛАСТОВОГО
И ЗАБОЙНОГОДАВЛЕНИЙ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.1.
КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН И ИХ ВЫБОР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ
И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ ИХ ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ Конструкции горизонтальных скважин отличаются по радиусу кри визны
при переходе ствола
скважины от
вертикального
направления
к
горизонтальному.
1. В имеющейся литературе встречаются понятия скважины с -«большим~, -«средним~ и -«малым~ радиусами кривизны Rиск.бол ~ ~
150 м; 12 м ,
11.
Алиев
3. С.
и др.
1998.
Определение производительности горизонтальной
скважины, вскрывшей фрагмент нефтяной залежи, имеющей форму сектора. М.: Нефть и газ,
12.
-
2009.
Алиев З.С., Арутюнова К.А. Определение необходимой длины гори
зонтального ствола газовой скважины в процессе разработки/ /Газовая про мышленность.
- 2005. - N2 12.
151
Алиев
13.
3. С.,
Бондаренко В.В.
жин.- М.: Нефть и газ,
горизонтальных сква
Алиев 3.С., Бондаренко В.В. Технолоrnя применения горизонтальных
14.
скважин.- М.: Нефть и газ,
2006.
Алиев З.С., Бондаренко В.В. Руководство по проектированию разра
15. ботки
Исследование
2004.
газовых и газанефтяных месторождений.
времю>,
-
Печора:
Изд.
-«Печерское
2003. Алиев
16.
3. С.,
Бондаренко В.В., Сомов Б.Е. Методы определения про
изводительности горизонтальных нефтяных скважин и параметров вскрытых ими пластов.- М.: Нефть и Газ,
17.
2001.
Алиев 3.С., Кот.лярова Е.М. Определение производительности гори
зонтальной скважины, вскрывшей пласт с переменной толщиной/ /Труды международного
технологического
симпозиума
-«Новые
технологии недрапользования и повышения нефтегазоотдачи>>. нефтегазового бизнеса, Алиев
18.
3. С.,
VI
ресурсосберегающие
-
М.: Институт
2007.
Кот.лярова Е.М. Влияние размещения по площади, про
филя и полноты вскрытия газоносных пластов на производительность горизон тальных
скважин.
2010. - 92 с. 19. Алиев
Методическое пособие.
Оренбург:
ИП
Щербаков
В.В.,
З.С., Котлярава Е.М. и др. Определение забойного давления в
горизонтальных
газовых скважинах с
ми/ /Бурение и нефть.
20.
-
восходящим и нисходящим профиля
- 2010. - N2 1.
Алиев 3.С., Сомов Б.Е., Гонышева И.В. Влияние кольматации на до
стоверность определения фильтрационных свойств пласта по данным исследо
вания скважин на стационарных режимах/ /Материалы
международного
VI
технологического симпозиума -«Новые ресурсосберегающие технологии недро
пользования и повышения нефтегазоотдачи>>, Москва
21.
Алиев
3. С.,
2007
г.
Ребриков А.А. Пригодность приближенного метода опре
деления забойного давления горизонтальных скважин различных конструкций. Труды
VI
международного
технологического
симпозиума
-«Новые
ресурсо
сберегающие технологии недрапользования и повышение нефтеотдачи>>, март
2007
г. - С. 309-312. 22. Алиев 3.С.,
Ребриков А.А.
Приближенный метод поиска оптималь
ных размеров фрагмента прямоугольной формы и его вскрытия для обеспече ния максимального дебита горизонтальной скважины/ /Бурение и нефть.
2007.- N22. 23. Алиев
-
З.С., Самуйлова Л.В., Котлярава Е.М., Гончаров С.В. Мето
ды определения пластового и забойного давлений в горизонтальных скважи нах различных конструкций: Методическое пособие.
ков в.в.,
24.
2010.- 92
-
Оренбург: ИП Щерба
с.
Алиев З.С., Сомов Б.Е., Котлярава Е.М. Методы определения про
изводительности горизонтальных
скважин,
вскрывших пласты с переменной
толщиной: Тезисы докладов конференции -«Современные проблемы нефтегазо носности Восточной Сибири>>.- М.: Нефть и газ,
25.
Алиев 3.С., Шере.мет В.В.
зонтальных
Недра,
152
1995.
скважин,
вскрывших
2006.
Определение производительности гори
газовые
и
газанефтяные
пласты.
-
М.:
26. газовых
Андреев О. Ф. Обоснование оптимального расположения скважин на месторождениях
ВНИИЭГазпром,
27.
севера
Тюменской
области:
НТобзор.
М.:
1975.
Басниев К. С., Алиев З.С., Черных В.В. Методы расчетов дебитов го
ризонтальных, наклонных и многоствольных газовых скважин: Обз. информа ция -«Бурение газовых и газоконденсатных скважин>>,
1999. -
М.: ИРЦ ОАО
-«Газпром>>.
28.
Борисов Ю.П. и др. Разработка нефтяных месторождений горизон
тальными и многозабойными скважинами.- М.: Недра,
29.
Бузинов
С.Н.
и
др.
Расчет
притока
1964.
к
скважин/ /Газовая
системе
равномерно
расположенных
горизонтальных
2003.- N2 7. 30. Бузинов
С.Н. и др. Расчет притока к горизонтальной скважине при
кустовом размещении/ /Газовая промышленность.
31.
Гриценко А. И., Алиев
жин.- М.: Наука,
32.
- 2003. - .N2 9.
и др. Руководство по исследованию сква
1995.
Ермилов О.М., Алиев З.С. и др. Эксплуатация газовых скважин.
М.: Наука,
33.
3. С.
промышленность.
-
1995.
Ибрагимов А.И. Математическое моделирование разработки газовых
месторождений горизонтальными скважинами в трехмерной постановке/ /Га зовая промышленность.
34.
- 1997. - .N2 7.
Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконден
сатных пластов и скважин:
Недра,
35.
Под редакцией
З.С.
Алиева.
-
М.:
1965.
Лапук Б.Б. Теоретические основы разработки газовых и газоконден
сатных месторождений.- М. Гостоптехиздат,
37.
Зотова,
Катц Д. и др. Руководство по добыче, транспорту и переработке при
родного газа: Пер. с англ.- М.: Недра,
36.
Г.А.
1980.
1948.- 296
с.
Минский Е.М. и др. Разработка газового месторождения системой не
равномерно расположенных скважин/ /Тр. ВНИИГаза.- М.: Недра,
1964. 36/44. 38. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, газов и их композиций. М.: Мир, 1987. 39. Николаев С.А. и др. Теплофизика горных пород. - Казань: Казанскй государственный университет, 1987. 40. Проектирование разработки нефтяных месторождений и добыча Вып.
нефти: Справочное руководство в двух томах под ред. Ш.К. Гиматудинова. М.: Недра,
41. 42.
1983.
Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта.- М.: Недра,
1965.
Черных В.А. Гидрагазодинамика горизонтальных газовых скважин.
М.: ВНИИгаз,
2000. 43. Giger F. Evaluation theorique de l'effect d'arete d'eau sur production par pints horizontaux. Revue de L'Institut Francais du Petrole, v. 38, 1983, no. 3. 44. ]oshi S.D. Horizontal wells technology. Oklahoma, 1991. 45. Renard G., Dириg ]. Influence of Formation Damage on the Flow Efficiency of Horizontal Wells. Paper SPE 19414, Louisiana, 1990.
153
46. ния
Алиев З.С., Котляров В.Н., Котлярава Е.М. Учет влияния расстоя
входа
горизонтального
ствола
в
пласт
кустовом размещении/ /Бурение и нефть.
47.
от
устья
при
их
2008.
Крапивина Г. С. Разработка методов оптимизации размещения эксплу
атационных скважин на ПХГ. Дисс. канд. техн. наук.- М.: ВНИИГаз,
49.
веерно
Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконден
сатных скважин/Под ред. З.С. Алиева и др.- М.,
48.
скважин
- 2012. - N2 4.
Алиев
3. С.
1993.
и др. Приближенный метод определения производительно
сти горизонтальной скважины, не полностью вскрывшей фрагмент залежи в форме сектора// Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
N2 2 (263). - С. 25-44. 50. Алиев З.С., Сомов
- 2011. -
Б.Е., Котляров В.Н., Котлярава Е.М. Определе
ние коэффициентов фильтрационного сопротивления горизонтальных газовых скважин при нестабилизированных давлениях и дебитах/ /Газовая промыш ленность.-
51.
2013.- N2 3.-
С.
58-61.
Алиев З.С., Мараков Д.А., Котляров В.Н., Самуйлова Л.В. Практи
ческая нецелесообразность и невозможность исследования горизонтальных га
зовых скважин на стационарных режимах фильтрации/ /Газовая промышлен ность,
2014.- N2 1. 52. Алиев З.С. газовых скважин. 2012. 53. Алиев З.С. горизонтальных
Алиев
М.: Изд. Центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина,
и др. Теоретические и технологические основы применения
скважин для освоения
дений.- М.: Недра,
54.
и др. Определение основных параметров горизонтальных
3. С.
газовых
и газоконденсатных
месторож
2014. и др. Газоrnдродинамические основы исследования сква
жин на газоконденсатность.- М.: Недра,
2012.
•
ОБАВТОРАХ
Алиев Загид Самедович, крупнейший специалист в области под счета запасов, исследования скважин и проектирования разработки ме сторождений нефти и газа с использованием вертикальных и горизон тальных скважин.
Доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, академик Международной академии наук природы и общества. Является автором 360 публикаций, в том числе 29 монографий и 27 тематических брошюр.
Котлярона Елена Михайловна, специалист в области разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений ПХГ.
Кандидат технических наук, доцент кафедры разработки и эксплу атации газовых и газоконденсатных месторождений, заведующая отде
лением разработки нефтяных, газовых и газоконденсатных месторож
дений филиала РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в г. Ташкенте. Является автором более 40 публикаций.
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
1\лиев Загид Самедович
Котлярона Елена Михайловна
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЛ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Редактор Т. К. Рубинекая Переплет художника В. С. Голубева Художник-график М. С. Голубева Технический редактор Г.В. Лехова
Корректор Е.М. Федорова Компьютерная верстка Ю.А. Титова
Подписано в печать
00.00.15. Формат 70х100 1/16. Гарнитура . Печать 12,9. Уч.-изд. л. 13,0. Тираж экз. Заказ
офсетная. Уел. печ. л.
ISBN 978-5-91961-210-0
9 78591
•
ДЛЯЗАМЕТОК
•
ДЛЯЗАМЕТОК
•
ДЛЯЗАМЕТОК