Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа

Глава 2. Изменения в породах-коллекторах по результатам данных эксплуатации реальных газохранилищ.

Одним из факторов, влияющих на процессы, протекающие в подземных хранилищах, является режим эксплуатации пласта-коллектора. Под ним понимается проявление доминирующего вида пластовой энергии, приводящей в движение флюид. Различают газовый, жесткий водонапорный и упруговодонапорный режимы эксплуатации. По мнению Ш.К. Гиматудинова, А.И. Ширковского, В. Н. Николаевского и других в случае реализации газового режима существенного изменения геометрического объема газонасыщенной части при изменении давления не происходит. При жестком водонапорном режиме наблюдается обратная ситуация. В этом случае пластовая вода вытесняет газ без его существенного расширения, и начальное пластовое давление практически не изменяется во времени. Упруго-водонапорный режим занимает промежуточное положение. Таким образом, режим эксплуатации пласта отражает реакцию поровой среды на изменение его рабочего давления.

Количественно режим эксплуатации пласта определяется одной из зависимостей приведенного пластового давления от относительного объема отбираемого газа через безразмерный коэффициент α, который рассчитывается по формуле:

где p и p_нач - соответственно текущее и начальное пластовое давление; z и z_нач - текущий и начальный коэффициент сверхсжимаемости газа, зависящий от давления и температуры; Q_отб и Q_нач - соответственно объем отбираемого газа и начальный объем газа в пласте. При α ≈ 1 режим эксплуатации пласта близок к газовому, при 0 < α < 1 режим эксплуатации пласта является упруговодонапорным, а при α ≈ 0 - близок к жесткому водонапорному. При режиме, близком к газовому, объем хранилища находится в обратной зависимости от давления в пласте-коллекторе; при режиме, близком к жесткому-водонапорному, объем хранилища изменяется вне зависимости от перепадов давления; при упруго-водонапорном режиме эксплуатации зависимость между пластовым давлением и объемом отбираемого газа неоднозначна. Отсюда следует, что режимы эксплуатации и коэффициент α, характеризующий их количественно, являются косвенной характеристикой проницаемости пласта-коллектора, а их изменение будет свидетельствовать об изменении поровой структуры и фильтрационно-емкостных характеристик хранилища. Данное положение было проверено расчетами, выполненными на реальных ПХГ - Краснодарском и Кущевском, расположенных на Северном Кавказе. Были использованы результаты многолетних режимных наблюдений за эксплуатацией этих хранилищ. Оба ПХГ были созданы на базе истощенных газо-конденсатных месторождений в песчаниках с пористостью, мощностью и глубиной заложения, соответственно - 25 %, 30 м и 950 м; и 23 %, 20 м и 1250 м.

На основании расчетов получено, что для Краснодарского хранилища характерен упруго-водонапорный режим эксплуатации (рис. 1). Тем не менее, наблюдается явная тенденция к увеличению коэффициента α (приближению его к единице) с ростом количества циклов отбора.

Рис. 1. Изменение величины коэффициента α, характеризующего режим эксплуатации пласта-коллектора, при циклической эксплуатации Краснодарского ПХГ

Постепенно упруго-водонапорный режим изменяется на газовый. Одной из причин этого явления (а возможно и единственной) является изменение емкостно-фильтрационных свойств коллектора, уменьшение его пористости и проницаемости. Аналогичные результаты получены и для Кущевского ПХГ.

Анализ данных многолетней эксплуатации подземных хранилищ и выполненные расчеты свидетельствуют о реальности изменений, происходящих в пластах-коллекторах ПХГ, в связи с их циклической работой.