Автореферат (Разработка технологических решений по прогнозированию осложнений при эксплуатации глубоководных месторождений газогидратов)

На правах рукописиСЯН ХУАРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПОПРОГНОЗИРОВАНИЮ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГАЗОГИДРАТОВСпециальность: 25.00.18 — «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква-20192Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина».Научный руководительКадет Валерий Владимировичдоктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Прищепа Олег Михайловичдоктор геолого-минералогических наук, профессор,АО "Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт", управляющий директорПоднек Виталий Эдуардовичкандидат физико-математических наукИнститут проблем нефти и газа РАН, заведующийлабораторией фазовых переходов и критических явлений им.

Е.Е. ГородецкогоВедущая организацияООО «Газпром ВНИИГАЗ»Защита состоится 5 декабря 2019 года в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.200.15, созданного на базе федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65, корп. 1, ауд.

ЦМБ 323-9.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991,г. Москва, Ленинский проспект, 65, корп. 1 и на официальном сайтеhttp://www.gubkin.ru.Автореферат разослан « » октября 2019 г.Учёный секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наукБогатырева Елена Викторовна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияГидраты природного газа (далее газогидраты) все больше привлекают внимание как новый источник энергии. Содержание углерода в газогидратах можетсоставлять 10 трлн. т, что в два раза превышает содержание углерода во всехвместе взятых мировых запасах угля, нефти и традиционного природного газа.По оценкам, на 20,7 % площади суши и 90 % площади мирового океана имеютсяусловия, способствующие образованию газогидратов. Запасы природного газа вморских газогидратных отложениях огромны, по оценкам, они составляют около1015 м3, что в 100 раз превышает запасы природного газа в газогидратах на суше.Газогидраты считаются самым перспективным источником углеводороднойэнергии в XXI веке.

Поэтому безопасные и эффективные способы разработки газогидратных залежей стали объектом пристального интереса в мире.В России, США, Японии, Канаде, Китае и Южной Корее было несколькопопыток пробной эксплуатации газогидратных месторождений. Практика показала, что в связи с большими затратами, технологической новизной и высокимиэкологическими рисками, связанными с разработкой месторождений газогидратов, необходимо дальнейшее совершенствование технологий его добычи.На сегодняшний день основными методами добычи газа из газогидрата являются: метод нагрева, метод снижения давления, метод введения химическогоингибитора и метод замещения метана в составе гидрата на CO2.При этом весьма важным вопросом является анализ влияния специфическихтермобарических условий глубоководья на поведение газогидратов в процессеосвоения месторождений и исследование возможности возникновения технологических осложнений с целью их предупреждения.Таким образом, проведение научных исследований по прогнозированиюосложнений при вскрытии и разработке глубоководных месторождений газогидратов представляется весьма актуальной задачей.Цель работы – Определение закономерностей поведения конструкциискважин и прилегающего донного рельефа в процессе работы добывающей скважины, а также разработка более эффективной защиты нефтегазовых и газогидратных коллекторов от проникновения в них бурового раствора.Основные задачи исследования1.

Анализ существующих экспериментальных данных и методов добычигаза из газогидратных залежей на суще и море.2. Выбор термогидродинамической модели, разработка алгоритма вычислений и проведение численных расчетов развития области разложения газогидратов в пласте при термобарических условиях глубоководного месторождения.43. Определение зависимости деформаций конструкции скважины и устойчивости донного уклона от размера зоны разложения газогидратов.4. Анализ свойств буровых жидкостей с целью выбора оптимального состава раствора для разбуривания газогидратных пластов.Методы решения поставленных задачДля решения поставленных задач автором была проанализирована обширная геологическая и технологическая информация о морских газогидратных месторождениях, проведено компьютерное моделирование протекающих термодинамических и гидродинамических процессов, а также экспериментальное исследование свойств бурового раствора в лабораторных условиях.

При проведениичисленных экспериментов применялось программное обеспечение ANSYS,ABAQUS и CFD.Научная новизна1. Расчетным путем доказано, что наиболее опасным для нарушения стабильности ствола скважины является направление максимального горизонтального напряжения, причем по мере увеличения давления бурового раствора область текучести в окрестности ствола скважины уменьшается, а риск нарушениястабильности ствола скважины снижается.2. Установлена связь деформации приустьевой зоны пласта и продольногосмещения устья скважины с размером зоны разложения гидратов.

Взаимосвязьэтих параметров носит нелинейный характер и представлена в виде серии графиков для различных глубин залегания и толщин налегающих пластов. Графикиявляются основой для определения параметров деформаций в приустьевой зонескважины.3. Получены зависимости коэффициента запаса прочности от глубины залегания газогидратной залежи и угла ее наклона, которые близки к линейным вдиапазоне параметров, представляющих практический интерес. Это существенно облегчает их использование при проведении расчетов.4.

Разработан модификатор «амфипатический», который обеспечиваетустойчивую гидрофобизацию поверхности горной породы около стенки скважины и глинистой корки. Полученный с его использованием буровой растворобладает способностью создавать высокоэффективную изолирующую поверхность на стенке скважины, что позволяет избежать повреждения нефтегазовогоили газогидратного коллектора, вызванного поглощением жидкой фазой. Приэтом данный буровой раствор является экологически безопасным, поскольку несодержит агрессивных химических реагентов.Защищаемые положения1.

Вывод о том, что наиболее опасным для нарушения стабильности стволаскважины является направление максимального горизонтального напряжения,5причем по мере увеличения давления бурового раствора область текучести вокрестности ствола скважины уменьшается, а риск нарушения стабильностиствола скважины снижается.2.

Установленная связь деформации приустьевой зоны пласта и продольного смещения устья скважины с размером зоны разложения гидратов. Взаимосвязь этих параметров носит нелинейный характер и представлена в виде серииграфиков для различных глубин залегания и толщин налегающих пластов. Графики являются основой для определения параметров деформаций в приустьевойзоне скважины.3. Зависимости коэффициента запаса прочности от глубины залегания газогидратной залежи и угла ее наклона, которые близки к линейным в диапазонепараметров, представляющих практический интерес.4. Модификатор «амфипатический», который обеспечивает устойчивуюгидрофобизацию поверхности горной породы около стенки скважины и глинистой корки.

Полученный с его использованием буровой раствор обладает способностью создавать высокоэффективную изолирующую поверхность на стенкескважины, что позволяет избежать повреждения нефтегазового или газогидратного коллектора, вызванного поглощением жидкой фазой. При этом данный буровой раствор является экологически безопасным, поскольку не содержит агрессивных химических реагентов.Практическая ценность и реализация результатов работыПолученные в результате численных расчетов прогнозы нарушения стабильности ствола скважины в 2017 году были учтены в процессе опытно-промышленной добычи океанического слабоцементированного непородообразующего газогидрата в Южно-Китайском море в районе Шэньху.Буровой раствор с амфипатической компонентой был успешно испытан иприменен на некоторых нефтегазовых месторождениях - Сулиге (месторождениегаза плотных коллекторов), Синьцзян (месторождение нефти плотных коллекторов), нефтяное месторождение Хуабэй, газовое месторождение Сычуань, нефтяное месторождение Цзидун, нефтяное месторождение Шенгли.Соответствие диссертации паспорту научной специальностиДиссертация соответствует паспорту специальности 25.00.18 «Технологияосвоения морских месторождений полезных ископаемых» (технические науки)по следующему пункту областей исследований: п.

8 «Прогнозирование возможных последствий, принципы и методы обеспечения промышленной и экологической безопасности при планировании, строительстве, эксплуатации и ликвидации промысловых объектов».6Апробация работыРезультаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «2-й глобальной конференции китайских ученых по Гидродинамике (The2nd Conference of Global Chinese Scholars on Hydrodynamics)» (город Уси провинция Цзянсу, КНР 11-14 Ноября, 2016 г), «Международная конференция по разведке и разработке месторождений (the International Field Exploration andDevelopment Conference, )» (21-23 сентября 2017 года, город Чэнду провинцияСычуань, КНР), «VI Международная Конференция «NANOTECHOILGAS2018»: Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: отнаноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям»(Москва РФ, 20-21 ноября2018 г.