Автореферат (1172987), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Губкина (Москва, 24 сентября 2018 г.);VIII международный научно-практический семинар «Добыча метана изугольных отложений. Проблемы и перспективы», (Москва, 11 апреля 2019 г.);Международная научно-практическая конференция «Новые идеи в геологиинефти и газа -2019», (Москва, 23-24 мая 2019 г.).ПубликацииПо теме диссертации автором опубликовано 7 печатных работ, в том числе3 статьи в ведущих научных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАКМинобрнауки РФ, и 4 доклада на научных конференциях.7Структура и объем работыДиссертационная работа состоит из введения, шести глав, основныхвыводов и результатов, списка сокращений, списка использованной литературы,включающего 183 наименования, двух приложений.
Работа изложена на 220страницах, включая 84 рисунка, 54 таблицы.БлагодарностиАвтор выражает благодарность, признание и глубочайшее уважение своемунаучному руководителю, к.т.н, доц. Хайдиной М.П. за стратегическоенаправление в работе, за ценные рекомендации, плодотворные консультации,высокий профессионализм, и постоянное внимание. Автор благодарензаведующему кафедрой разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатныхместорождений, д.т.н., профессору Ермолаеву А.И.
за организационнуюпомощь и наставления. Автор выражает признательность д.г.-м.н., профессоруЯкушеву В.С. и всем членам кафедры разработки и эксплуатации газовых игазоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М.Губкина за помощь, профессиональные рекомендации и поддержку в работе наддиссертацией.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и основные задачи исследования, показаны научнаяновизна, теоретическая и практическая значимость работы, приведеныосновные защищаемые положения.В первой главе рассмотрен опыт применения разных способовзаканчивания скважин для разработки метаноугольных месторождений встранах, где ведется промышленная добыча МУП, и выполнен анализособенностей применения способов заканчивания.Разведка и добыча МУП ведутся уже давно и накоплен большой опыт.
Внастоящее время добыча метана в промышленных масштабах ведется в США,Австралии, Канаде и Китае. В мировой практике используются различныеспособы заканчивания скважин для добычи МУП. Некоторые из этих методовпредставляют собой модификации традиционных нефтегазовых технологий, ноимеются и принципиально новые, в которых специально учтены уникальныесвойства угольных пластов, например, породы-коллекторы органическогопроисхождения, специфические механические свойства угля (низкая прочность,неустойчивость, высокая хрупкость), наличие в угольной породе естественных8трещин (кливажей) и т.д.В диссертационной работе рассмотрены следующие способы заканчиванияскважин: 1) вертикальные скважины без кавернообразования и без проведенияГРП, 2) вертикальные скважины с кавитацией, 3) вертикальные скважин с ГРП,4) U-образные скважины, 5) перистые скважины.
Условия применения способазаканчивания скважин и связанные с ним технические сложности, взначительной степени, предопределяют частоту его использования. Послеанализа более 300 опубликованных статей из разных стран (60% на английском,30% на китайском, 10% на русском языке) автором было определено, что 13%из общего количества публикации посвящено заканчиванию с кавитацией, 70%- ГРП (смотреть рисунок 1). В последние годы горизонтальные скважины всебольше применяются благодаря развитию этой технологии и ее удешевлению.Рисунок 1 Частота использования разных способов заканчиванияВо второй главе анализируются геолого-физические характеристикиизучаемого объекта, описываются общие сведения о месторождении, литологостратиграфическая характеристика, тектоническое строение, угленосность,гидрогеологическая характеристика, качественные характеристики угля идругие коллекторские и сорбционные свойства угольных пластов.Объект изучения в диссертационной работе - участок QD бассейна QinshuiКитая.
Этот бассейн занимает лидирующее место в Китае по запасам метана иявляется одним из основных бассейнов, где ведутся работы по геологическомуизучению недр, поиску, разведке, а также промышленной добыче МУП.Угленосными свитами на участке QD являются Тайюань свита верхнегоотдела карбона и Шаньси свита нижнего отдела перми. В разрезе этих двух свитсодержатся 17 угольных пластов суммарной мощностью 14,67 м. Рабочаяугленосность достигает 9,1%.
Угольные пласты S Шаньси свиты и SW Тайюаньсвиты, суммарная мощность которых составляет 10,7м, представляютнаибольший интерес для промысловой добычи МУП. Глубина залегания пластаS составляет 536,13-883,70 м. Угольный пласт SW находится на расстоянии 85,9- 95,7 м от вышележащего пласта S.9Тектоническое строение участка QD представляет собой крупнуюмоноклиналь. Развивается ряд широких пологих складчатых структур, осикоторых простираются в общем меридиональном направлении и в основномлежат в юго-восточной части участка.
На участке к категории крупныхтектонических структур следует отнести один разлом амплитудой смещения100 м. В целом данный участок имеет не сложное тектоническое строение.Угольные породы данного участка имеют хорошо развитую системутрещиноватости. Полевые опытные работы свидетельствуют о том, чтопреобладающая ориентация 50-60°.
Плотность трещин колеблется от 2 шт/м до16 шт/м, в среднем составляет 10 шт/м.Согласно гидрогеологической стратификации бассейна Qinshui, в пределахучастка QD отсутствует прямая гидравлическая связь между угленоснымисвитами и водоносными горизонтами песчаников и известняков. Разлом на этомучастке характерен чрезвычайно низкой водо- и газопроводимостью, и являетсяизолирующим барьером.Для участка QD характерно обширное распределение углей высокойстепени метаморфизма. Согласно китайским национальным стандарту (GB/T5751-2009) угли этого участка относятся к антрациту, III стадии метаморфизма.Геолого-физические характеристики угольных пластов установлены по даннымшести параметрических скважин, расположенных по площади участка QD.В третьей главе разработан алгоритм расчета размера каверны призаканчивании скважин с кавитацией и выполнена оценка влияния размеракаверны на эффективность добычи метана для изучаемого участка на основетрехмерного гидродинамического моделирования.Заканчивание скважин с кавитацией для добычи МУП также называетсяметодом пневмо-гидродинамического воздействия на угольные пласты скавернообразованием ("cavitation completion" или "open-hole cavity completion"),так как пневмо-гидродинамический способ создания каверны является наиболеераспространенным.
"Cavitation" (кавитация или кавернообразование) - процесс,при котором создаются каверны большого диаметра в угольных пластах.По своим физическим свойствам угольные пласты сильно отличаются оттрадиционных коллекторов газа. Породы угольных пластов характеризуютсянизкой механической прочностью и развитой системой природных трещин, чтоделает возможным намеренное кавернообразование в угольных пластах призаканчивании скважин. В результате применения этой технологииувеличивается эффективный радиус ствола скважины, удаляются возможные10повреждения продуктивного пласта при его вскрытии бурением, и стволскважины эффективно связывается с системой кливажей.
Некоторые авторытакже считают, что при создании каверн пневмо-гидродинамическим способомв угольном пласте создается большое количество разнонаправленных,само-расклинивающихся трещин на удалении от ствола скважины. Вследствиеэтого, дебит скважины многократно повышается, поэтому заканчиваниескважин с кавитацией также считается эффективной технологиейинтенсификации притока газа к скважине.Автором было сделано предположение, что пласт – однородный,изотропный, неограниченный, горизонтальный, имеет постоянную мощность, иявляется линейно-упругой пористой средой.
Кроме того, при определенииразмера каверн не учитывается способ и процесс создания каверн, арассматривается окончательное напряженное состояние стенок скважины послесоздания каверн, при котором горная порода держится и сохраняется ееустойчивость. В итоге автором получены следующие выражения для расчетарадиуса каверны при заканчивании скважин с кавитацией для добычи МУП:R22R2A ( 2 ) +B ( 2 ) +C=0 .r(1)rφA=В=3(σH -σh )[tg2(45°+2 )+1]2(σH +σh )2,-Рс +(Pпл -Рс )α(1-2ν)С=σH +(Pпл -Рс ) [2(1-ν)φ-2Sо tg (45°+ ) ,2(1а)α(1-2ν)2(1-ν)φ(3σH -5σh )22- tg2 (45°+ ) [Рс +-(Pпл -Рс )α(1-2ν)φα(1-2ν)22(1-ν)-Φ] -αPпл - tg2 (45°+ ) {σh +(Pпл -Рс ) [2(1-ν)],(1б)-Φ] -αPпл }(1в)где R - радиус скважины; r - радиус исследования; ν - коэффициент Пуассона;Sо - сцепление породы; Pпл - исходное пластовое давление; α - коэффициентэффективных напряжений; Φ - пористость; φ - угол внутреннего трения горнойпороды; σH - максимальное горизонтальное напряжение; σh - минимальногогоризонтальное напряжение; Рс - давление столба жидкости в скважине.В результате решения вышеуказанного квадратного уравнения можнополучить соотношение начального радиуса скважины и окончательного радиусапосле создания каверн.
Проведенными расчетами по данным параметрическихскважин установлено, что величина радиуса каверны на исследуемом участкеQD варьируется от 0,28 м до 1,27 м. Предложенная формула дает сходныерезультаты с промысловыми данными, получаемыми из другого участка этогобассейна с помощью каротажа. Полученные результаты расчета размера каверн11могут быть использованы для дальнейшего изучения эффективностиприменения способа заканчивания скважин с кавитацией на участке QD.Для изучения влияния размера каверны на эффективность заканчиванияскважин в работе проведено гидродинамическое моделирование разработки спомощью симулятора Eclipse от компании Schlumberger. При моделированиирассмотрены 4 варианта радиуса каверны: без кавернообразования как базовыйвариант (вариант 1), 0,3 м (вариант 2), 0,8 м (вариант 3) и 1,3 м (вариант 4).Одной из главных особенностей трехмерных гидродинамических моделейв этой работе является наличие промежуточного пласта мощностью 77,7 м,отделенного от выше- и нижележащих угольных пластов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
