Тер-Саркисов P.M. Разработка месторождений природных газов

Подождите немного. Документ загружается.

давлениях, характерных для завершающей стадии разработки ГКМ, значи-

тельно меньше единицы, но достаточно высоки, чтобы в газовой фазе со-

хранялось близкое к начальному содержание этих компонентов в течение

всего периода разработки. Естественно, что значительная часть массы этих

компонентов

на завершающей стадии разработки ГКМ содержится в жид-

кой

фазе — выпавшем конденсате, несмотря на относительно небольшую

объемную

долю

конденсата в системе. Так, в истощенной до 10 МПа вук-

тыльской ГКС распределение масс промежуточных компонентов

между

газовой и жидкой фазами

следующее:

Фазы Этан Пропан Бутаны

Газовая

0,788

0,661

0,499

Жидкая

0,212

0,339

0,501

Всего

1,000 1,000 1,000

Типичные

для промежуточных компонентов свойства этана обеспечи-

вают

достаточно высокую эффективность вытеснения выпавшего конден-

сата при использовании этана в качестве растворителя: оторочка этана в

условиях истощенной газоконденсатнои залежи неограниченно смешивает-

ся

как с пластовой газовой фазой, так и с пластовой жидкой фазой

(выпавшим

конденсатом).

Экспериментальные исследования позволили раскрыть механизм вы-

теснения

конденсата этаном в

условиях,

когда ГКС является двухфазной со

значительным преобладанием газовой фазы и с неподвижным до введения

этана

жидким конденсатом. Было показано, что выпавший конденсат тем

эффективнее

вытесняется этаном, чем значительнее пластовое давление

превышает критическое давление (4,88 МПа) этана (рис. 2.1, 2.2, 2.3).

КГФ, г/м'

100 г

2000

г/моль

"200

г 50

100

1500

1000

500

200

l\ol

1 2 V

Рис.

2.1. Зависимость молярной массы М^

(кривая

/), молярной доли С

(кривая

2) и КГФ

(кривая

3) от объема закачанного

этана

100 150

Ц,

г/моль

Рис.

2.2. Компонентоотдача в процессе

нагнетания

этана

в модель

пласта:

1, 2, 3, 4 и 5 — поровый объем

этана

со-

ответственно

0,9; 1,6; 1,5; 1,3 и 1,1

111

Cj+

г/моль;

G, т/т

200

КГФ,

r/M

100 -

0,5 1,5

Рис. 2.3.

Зависимость

молярной

массы

MQ^ ,

расхода

этана G, КГФ (а) и

молярной

доли

С,,

, С^ (б) от

объема

прокачанного

газа:

/ - р = 6 МПа; t = 60 "С; w = 2

м/сут;

2 исх

= 11,7 %; II - р = 10 МПа; t = 60 "С; w =

2,5

м/сут;

2ис

, = 4,5 %; III - р = 15 МПа; < = 60 "С; w = 1

м/сут;

2 ис

, = 9,3 %; IV -

= 6 МПа; < = 20 "С; w = 2

м/сут;

„

сх

= 8 %; V - р =6 МПа; t = 20 °С; w = 3

м/сут;

^2 „ex

8 %. Пунктирная линия разделяет области С

и С

Специально осуществленный эксперимент по вытеснению выпавшего

конденсата оторочкой этана на модели пласта длиной около 1 м дал воз-

можность детально исследовать механизм процесса вытеснения. На рис. 2.1

представлены графики изменения КГФ, молярной массы фракции С

молярной доли этана в продукции в зависимости от объема закачанно-

го растворителя. Эксперимент проводили при постоянных давлении

112

Cj+

г/моль; G, т/т

200

КГФ,

10*

100

1,7

(13,2

МПа) и

температуре

(60 °С) со

средней скоростью продвижения

фронта

этана

1,610~

м/с.

Анализируя результаты эксперимента, можно

прийти

выводу,

что на

фронте вытеснения осуществляется двухфазная

фильтрация

пластовой смеси.

На рис. 2.2

показаны

относительных

еди-

ницах зависимости содержания

С,

компонентов

отбираемой смеси

от их

молярной

массы

М,:

С, = С, (MJ,

где

С, = С

, /С

, —

текущее содержание

/-го

компонента

продукции;

—

содержание

/-го

компонента

модели пласта

концу процесса

ис-

тощения.

из

г/моль;

G, т/т

КГФ,

750

100

•10

с^1

КГФ /G

Шшп

1,0 1,2

0,8

Рис.

2.3.

Продолжение

1,2

При

прокачке через модель пласта поровых объемов этана V

= 0,9

компонентный

состав продукции (кривая 1) соответствует составу газовой

фазы пластовой смеси в момент завершения процесса истощения модели

(при

давлении 13,2 МПа). Состав отбираемой смеси резко меняется при

прокачке 1,1 поровых объема этана (кривая 5).

Анализ состава фракции С

показывает, что относительное содержа-

ние

наиболее тяжелого компонента имеет максимальное значение по срав-

нению с другими компонентами. Эта закономерность соблюдается до про-

качки

1,5 объема пор этана. Очевидно, этан, растворяясь в конденсате при

непрерывном массообмене

между

фазами системы, создает на фронте вы-

теснения вал жидких углеводородов насыщенностью выше критичес-

114

Cj+

г/моль;

G, тАг

150

100 -

КГФ,

10*

1,0

кой,

при которой начинается двухфазная фильтрация. При прочих равных

условиях эффективность процесса вытеснения конденсата этаном тем вы-

ше,

чем ближе физическое сродство этана и конденсата: в условиях пласта

с относительно невысокой температурой (около 20 °С) вытеснение конден-

сата происходит с меньшим удельным

расходом

растворителя, чем при

температурах

приблизительно 60 "С. Увеличение молярной массы раство-

рителя позволяет повысить эффективность процесса вытеснения (рис. 2.4).

Влияние темпа прокачки растворителя на эффективность вытеснения

выпавшего конденсата (табл. 2.2 и рис. 2.3)

свидетельствует

о важной роли

в механизме вытеснения молекулярного и конвективного перемешивания.

В связи с этим определение размеров зоны перемешивания (переходной

зоны) пластового флюида с вытесняющим его растворителем является важ-

ной

исследовательской задачей (как для науки, так и для практики).

115

Cj+

г/моль;

G, т/г

КГФ, 10

1,0 -

0,5 -

С,

_»Л—"""£^1

ГГТТТГпт

11^-

0,6 0,8

Рис.

2.3. Продолжение

0,9

0,5

1,0

Таблица

2.2

Конденсатоотдача

модели

пласта

длиной

5 м как

функция

скорости

вытеснения

выпавшего

конденсата этаном

Номер

эк-

сперимента

Среднее

значение

' Темп

Линейная

скорость

продвижения фронта

этана, 10~

м/с

2,34

3,58

8,68

4,86

Конденсатоотдача модели пласта относительно

начальных запасов, %

после закачки

двух

по-

ровых объемов этана

включая истощение*

истощения

во всех трех опытах был одинаковым, близким к равновесному.

116

Cj+

г/моль;

G, т/т

200

-10

100

КГФ,

г1м

}

КГФ

1Гттгтгтплг

0,8 1,2 1,6

1,6

Рис.

2.4. Зависимость молярной массы

с$+

расхода смеси этана и пропана G (мо-

лярная

доля 50 и 50 %), КГФ (а) и молярной доли С,, С

, С

и С

{б) от объема прокачанного

газа:

р = 6

МПа;

t = 60 "С; w = 2 м/сут; (С

+ С

)

исх

= 12,4 %

2.1.2

Оценка

размеров

переходной

зоны

при

вытеснении

выпавшего

пласте

конденсата

растворителями

Анализ результатов выполненных экспериментальных исследований и рас-

четов показал, что выпавший в процессе истощения газоконденсатного

пласта углеводородный конденсат может быть извлечен на поверхность с

помощью жидких в пластовых условиях растворителей углеводородной

природы.

Многочисленные эксперименты и промысловый опыт свидетельствуют

том, что для вытеснения углеводородов из пласта растворителем нет не-

обходимости заполнять растворителем весь поровый объем, достаточно

создать оторочку размером от 3

—

4 до 10—12 % объема пор. Максималь-

ные размеры оторочки обусловливаются степенью неоднородности пласта-

коллектора, минимальные — физикой образования переходной зоны в

условиях однородного пласта. Для оценки минимальной длины переходной

зоны

при вытеснении нефти растворителем П.И. Забродин, Н.Л. Раков-

ский,

М.Д. Розенберг использовали результаты экспериментов на моделях

однородного пласта длиной до 50 м. Было установлено, что при вытесне-

нии

нефти темп увеличения длины зоны смеси в начале процесса вытесне-

ния

очень высок, однако после того, как фронт растворителя продвинется

на

—

20 м, длина зоны смеси практически стабилизируется. Так, на уча-

стке продвижения фронта от 20 до 50 м при отсчете от места поступления

растворителя в пласт длина зоны смеси по экспериментальным данным

возрастала в среднем всего на 9,5 %. При дальнейшем продвижении фронта

за пределы 50-метрового участка темп возрастания длины зоны смеси ста-

новится незначительным: на расстоянии от 20 до 500 м длина зоны смеси

по

полуэмпирической формуле ВНИИнефти возрастает менее чем на 40 %.

Это свидетельствует о том, что для оценки ожидаемой в пластовых услови-

ях длины зоны смеси при проектировании опытно-промышленного экспе-

римента по вытеснению нефти или выпавшего конденсата растворителем

можно выполнять лабораторные эксперименты на модели пласта длиной

—

50 м. В зависимости от проектного расстояния

между

нагнетательной и

эксплуатационными скважинами полученное в экспериментах значение

длины зоны смеси /

см

можно увеличить согласно полуэмпирической форму-

ле ВНИИнефти:

/см = Cx", (2.1)

где С и а — безразмерные коэффициенты, являющиеся функциями соот-

ношения

вязкостей вытесняемого флюида и растворителя; х — пройденное

фронтом растворителя расстояние, м.

целью оценки длины зоны смеси при вытеснении растворителем

выпавшего конденсата, фазовая насыщенность пласта которым низка, что

типично для истощенных ГКМ Урало-Поволжья, были выполнены экспе-

рименты на физических моделях пласта длиной 2; 5 и 20 м. Все эти экспе-

рименты выполнены при температуре 30±

"С. Скорость вытеснения кон-

денсата растворителем соответствовала темпу продвижения фронта раство-

рителя (этана) от

3-10~

до

9-10~

м/с.

Первым этапом экспериментов было создание в моделях условий, со-

не

КГФ,

М,

г/моль

- 40

Рис.

2.5.

Динамика

конденсатогазово-

го фактора КГФ

(кривые

/, 3, 5)

молярной

массы

продукции

(кривые

2, 4, 6) при

вытеснении

конденсата

этаном

из

моделей

плас-

та

различной

длины

1, 2 - L = 20 м; 3, 4 - L = 5 м; 5, 6 -

L = 2м

Рис.

2.6.

Зависимость

ширины

СМ

зоны

смеси

молярной

массой

М >

> 30

г/моль

от

пройденного

фронтом

этана расстояния х

0,8 0,9

х,м

ответствующих по фазовому, компонентному составу и термодинамичес-

кому состоянию условиям истощенной до 6 МПа газоконденсатной залежи.

Методика осуществления операций этого этапа, как и операций последу-

ющих этапов, рассмотрена выше. Исходная ГКС имела следующий состав

(молярная

доля, %): С, -83,58; С

- 9,66; С

- 2,12; С

- 1,64; С

- 1,03;

С, - 0,71; С

- 0,58; С

- 0,29; С

- 0,19; С„ - 0,10; С

- 0,10.

Вторым, основным этапом было вытеснение растворителем — этаном

двухфазной ГКС с целью извлечения выпавшего конденсата. Результаты,

полученные на втором этапе экспериментов, приведены на рис. 2.5 и 2.6.

Обращает на себя внимание такая особенность процесса вытеснения кон-

денсата, как компактность зоны, т.е. приведенной к пластовым условиям

части продукции с молярной массой 30 г/моль, превышающей молярную

массу закачиваемого растворителя — этана. Эта компактность зоны смеси

объясняется, очевидно, низкой насыщенностью пористой среды выпавшим

конденсатом: при давлении истощения 6 МПа в жидкой фазе ГКС иссле-

дованного состава находится всего 1,5

—

2 % объема системы.

Из

результатов описанных в этом разделе экспериментов

следует,

что

независимо от значения насыщенности пласта выпавшим конденсатом

(исследован диапазон от 1—2 до 10 % объема пор) относительная длина

см

/х зоны смеси растворитель — конденсат при вытеснении с типичными

пластовыми скоростями не превышает для пройденных расстояний

следу-

ющих значений:

ж,

м 5 20 50 500

„,

м 1,5 3,5 3,8" 4,8-

/x 0,3 0,175 0,076 0,01

'Оценка

по

формуле

(2.1) с

учетом экспери-

ментальных данных

для х < 20 м.

119

Найденные

размеры зоны смеси конденсат — этан приблизительно в

3 раза меньше размеров зоны смеси по экспериментам ВНИИнефти для

вытеснения

растворителем углеводородной жидкости вязкостью 0,53 мПа-с

при

близком к нашему соотношении вязкостей (около 5). Таким образом,

эксперименты

свидетельствуют

о том, что эффективность процесса вытес-

нения

выпавшего конденсата

даже

столь легким растворителем, как этан,

весьма высокая, если

судить

по степени вовлечения конденсата в фильтра-

ционный

процесс, поскольку конденсат продвигается в виде компактной

зоны

смеси с растворителем. Для исследования механизма образования

зоны

смеси растворитель — конденсат автором были выполнены экспери-

менты на физической модели пласта длиной 5 м, пористостью 22 % и про-

ницаемостью

1,Ы0~

(в качестве пористой среды использован частично

молотый кварцевый песок).

Модель ГКС исходного состава представляла собой 12-компонентную

смесь

углеводородов

метанового ряда с конденсатогазовым фактором

350 г/м

и давлением начала конденсации около 25 МПа; молярная масса

фракции

смеси была равна 123 г/моль. Предварительным этапом экс-

периментов было истощение ГКС от начального давления 25 МПа до за-

данного давления истощения 6 МПа при постоянной

температуре

20 ± 1 °С.

В процессе истощения значение параметра л

к1

не превышало

10~

т.е. ис-

тощение выполняли в условиях термодинамического равновесия. К концу

истощения

ГКС до заданного давления (6 МПа) насыщенность порового

пространства модели пласта жидкой углеводородной фазой (выпавшим

конденсатом) составляла около 10 % объема пор согласно контрольному

опыту на бомбе фазовых равновесий

PVT-8;

вязкость жидкой фазы была

равна 0,32 мПа-с.

Основной

этап эксперимента состоял в прокачке

углеводородного

рас-

творителя — этана (жидкость в условиях эксперимента) при постоянном

среднем пластовом давлении 6 МПа с постоянной скоростью продвижения

фронта

растворителя около 210~

м/с.

Длину зоны смеси выделяли (по данным хроматографического кон-

троля) как длину

участка

фильтрационного потока с содержанием раство-

рителя (этана) от 5 до 95 % (молярные доли).

В табл. 2.3 и на рис. 2.7 приведены

результаты

одного из опытов на

модели пласта длиной 5 м.

По

данным работы [12], влияние скорости вытеснения нефти раство-

рителем на длину зоны смеси несущественно: уменьшение средней скорос-

ти более чем в 4 раза вызывало уменьшение длины зоны смеси всего на 5%.

Механизм образования зоны смеси в условиях истощенного газокон-

денсатного пласта при закачке в него растворителя, естественно, несколько

отличается от механизма образования зоны смеси в нефтяном пласте.

Низкая

фазовая насыщенность истощенного газоконденсатного пласта вы-

павшим

конденсатом и, естественно, высокая газонасыщенность должны

обусловливать более значительную зависимость длины зоны смеси от ско-

рости вытеснения конденсата растворителем, чем это найдено при вытес-

нении

нефти растворителем. Для подтверждения этого предположения бы-

ли

выполнены эксперименты по вытеснению выпавшего конденсата рас-

творителем (этаном) с различной скоростью продвижения фронта раство-

рителя в модели пласта длиной 5 м. Результаты экспериментов представле-

ны

в табл. 2.4 и на рис. 2.8. Как и следовало ожидать, в пористой среде,

содержащей

двухфазную

ГКС, при прокачке жидкого в пластовых усло-

120