Transcript Преузми
Proces eksploatacije bušotine vrši se pod dejstvom razlike slojnog pritiska i pritiska na dnu tj. proces eksploatacije bušotine predstavlja podizanje tečnosti i gasa od dna bušotine na površinu usled razlike pritisaka. Taj proces se može vršiti pod dejstvom prirodne energije i tzv. uvedene energije koja se sa površine uvodi u bušotinu. Eruptivna metoda eksploatacije je kad se protok odvija pod dejstvom prirodne energije, a mehaničke metode eksploatacije (liftovanje, dubinsko pumpanje) kad se protok odvija pod dejstvom veštačke energije. Smeša tečnosti i gasa se posle prolaska kroz opremu na ustima bušotine razdvaja u separatoru i dalje odlazi u sabirni naftovod, odnosno gasovod. U cilju kretanja tečnosti i gasa kroz cevovode neophodno je da se na ustima bušotine održava potreban pritisak. Kada je potrebno poznavati karakteristike rada sistema za proizvodnju nafte i gasa? Praktično, to je vreme kada treba predvideti proizvodne mogućnosti bušotine ili donetii odluku o detaljima koji se odnose na mehaničke komponente podzemne opreme bušotina i/ili sistema sabiranja i pripreme nafte i gasa na površini. Takođe, to je vreme kada se mora proceniti uticaj bilo kakvih promena u sistemu na proizvodnju bušotina. Studije mogućnosti proizvodnje novih ležišta ili definisanje optimalne varijante nastavka proizvodnje iz starih ležišta koji se već duži period vremena nalaze u proizvodnji, uvek treba da se baziraju na realnim predviđanjima karkteristike rada pojedinačnih bušotina i i ležišta u celini. Strateški plan razvoja ležišta ili polja za koje je definisana varijanta ekonomične ekspoloatacije, kao i projektovanje svih delova proizvodnog sistema ne može se postaviti bez poznavanja karaktersitika rada. To uključuje i detalje koji su vezani za izbor modela otvaranja ležišta, odnosno geometrije bušotine, način i tip opremanja bušotina, predviđanje trajanja eruptivnog rada, izbor odgovarajuće mehaničke metode eksploatacije, definisanje osetljivosti sistema na promene pojedinih parametara, kao i sagledavanje potrebe za izvođenje stimulativnih metoda. Moderan pristup optimizaciji sistema za proizvodnju nafte i gasa u prvom redu je usmeren ka povećanju produktivnosti i energetske efikasnosti rada naftnih i gasnih bušotina. Takav pristup podrazumeva celovito sagledavanje kako pojedinačnih komponenti (ležište, bušotina, cevovod i procesni sudovi), tako i interakciju i i međusobnu zavisnost u svim fazama, odnosno periodima eksploatacije. Korišćenjem analitičkih (matematičkih) modela opisana je dinamika protoka fluida kroz ležište, perforacije i bušotinu, pri čemu je profil promene pritiska bazna integralna funkcija koja odslikava dinamičko stanje proizvodnog sistema (POGLAVLJE 2). U središte je postavljena bušotina kao veza između ležišta i sistema na površini. Brojnim matematičkim modelima složeno ponašanje bušotine i njena interakcija sa ležištem i površinom je pojednostavljena i svedena na brzo i lako razumevanje. Tragajući za novim postupcima analize karakteristika rada bušotina uočeno je da se ne može izostaviti detaljna karakterizacija ležišta, pri čemu se modeliranje anizotropnog heterogenog ležišnog sistema i njegova transformacija u ekvivalentni homogen prostor pokazalo kao efikasan i brz način za rešenje problema predviđanja karakteristike rada bušotine i dinamike utoka fluida. Primena modela transformacije heterogenog pornog prostora posebno je postala aktuelna u poslednje vreme, kada je porastao interes za primenu nekonvencionalnih bušotina složene geometrije (horizontalne i multilateralne) koje su opremljene na takav da omogućavaju nesmetano upravljanje njihovim radom bez potrebe izvođenja remontnih radova ( inteligentni sistemi opremanja). Danas je poznato da praktično svaka peta izbušena bušotina jeste horizontalna bušotina, i takođe, poznato je da se cena izrade i opremanja horizontalnih bušotina približava cenii vertikalnih bušotina. Put optimizacije proizvodnje neminovno vodi ka primeni ovih bušotina. Koliko se pozdano može predvideti njihovo buduće ponašanje i kako se može uspostaviti odnos produktivnosti nekonvencionalnih i konvencionalnih bušotina zavisi od toga kolilko uspešno je izvršena karakterizacija ležišta i izbor kandidata za primenu bušotina složene geometrije. Kako su složeni fizički procesi rezultat integralnog delovanja i međusobne reakcije dva osnovna medijuma fluida (nafte i gasa) i kolektor stena (pornog prostora), proizvodne karakteristike bušotine (karakteristike utoka fluida) analizirane su pre svega sa aspekta mogućnosti uspostavljanja odnosa izmeću uticajnih parametara ležišta (petrofizičkih i hidrodinamičkih) i prostorno geometrijskih parametara bušotine. Modifikacija baznih teorijskih i praktičnih modela, izvedena je uključivanjem korekcionih parametara, pomoću kojih su za dekomponovane stukturne elemente generisani modeli ekvivalentnog, odnosno, transformisanog pornog prostora. PoGLAVLJE-3 Protok nafte kroz porni prostor u funkciji dinamičkog pritiska na dnu bušotine, izražen preko karakteristike utoka ili IPR-krive, predstavlja direktnu posledicu međusobne zavisnosti petrofizičkih karakteristika kolektora, njegove heterogenosti, načina uspostavljanja komunikacije između bušotine i ležišta i protoka fluida. Definisanjem uticaja različitih vidova heterogenosti, pri čemu su od posebnog značaja: prostorna anizotropija propusnosti kolektor stena, prisustvo fraktura i stepen njihove komunikacije i uključenost matriksa u rad takvog sistema, prisustvo nepropusnih zona šejla i gline i slojevitost ležišnog sistema (jedna hidrodinamička celina sa slojevima različitih propusnosti) u matematičke modele protoka kroz porni prostor ostvareno je približavanje realnim uslovima. Kvantifikacija uticaja karakteristika ležišta, prevashodno izražena preko heterogenosti pornog sistema i geometrije bušotine na karakteristike protoka nafte i gasa u pribušotinskoj zoni i kroz perforacije prikazana je uspostavljanjem relacija između konvencionalnih rešenja za homogen i heterogen ležišni sistem kreiranjem uporednih modela. Polazeći od činjenice da je neraspolaganje pouzdanim podacima i fizičkim modelima bilo osnovni izvor neodređenosti pri formulisanju konkretnih rešenja i zaključaka, razvoj uporednih modela bio je usmeren u pravcu ispitivanja osetljivostii proizvodnog sistema na promene onih parametara koji određuju njegov odziv (ponašanje). Najdirektniji uticaj prisustva bilo kog oblika heterogenosti reflektuje se na smanjenje efektivne debljine i modifikaciju dinamike protoka usled promene relativne propusnosti i kapilarnih pritisaka, odnosno vertikalne distribucije zasićenja u prelaznoj zoni. U delu 3 detaljno su opisani modeli utoka nafte i gasa za bilo koje uslove i geometriju bušotine, kao i uporedni modeli pomoću kojih je uspostavljena veza i mogućnost parametarske analize različitih tipova bušotine. Na primerima izabranih ležišta (Jermenovci i Turija sever) proverena je funkcionalnost prikazanih modela. Imajući u vidu složenost dinamike protoka nafte kroz perforacije i značaj uspostavljanja funkcionalne veze izmedju geometrijskih parametara perforacije (dubina penetracije, prečnik perforacije, broj otvora i prostorna orijentacija perforacija) i hidrodinamičkih karakteristika ležišta i kompaktne zone (propusnost, uslovi protoka) u delu 4 detaljno su opisani različiti analitički modeli. Funkcionalnost modela i pouzdanost dobijenih rezultata uporedjena je sa publikovanim podacima koji su dobijeni primenom numeričkih modela, odnosno, metode konačnih elemenata. Kako je optimizacija rada proizvodnog sistema za naftu i gas uvek vezana za povećanje njegove energetske efikasnosti u delu 5, 6 i 7 prikazani su najvažniji elementi dinamike protoka nafte i gasa kroz bušotinu i diznu. U delu 5 su opisani različitii matematički modeli za analizu pada pritiska u bušotini (jednofazan/dvofazna protok, proizvodnja i utiskivanje) i procedure analitičkog i numeričkog rešavanja. Kako se najveći gubitak raspoložive energije dešava u stubu bušotine (70-80%) posebna pažnja je bila usmerena na detaljizaciji postupka proračuna pri dvofaznom protoka, kako zbog složenosti problema, tako i stepenu zastupljenosti u rešavanju svakodnevnih problema na polju. Značaj poznavanja distribucije temperature u bušotini pri bilo kojim uslovima je od presudnog značaja za tačno predviđanje pada pritiska. U delu 6 detaljno su opisanii modeli za proračun distribucije temperature u naftnim i gasnim bušotinama, kako za uslove proizvodnje, tako i za uslove injektiranja gasa i vode ili fluida za stimulaciju rada bušotina. Podudarnost rezultata proračuna i merenih podataka je pokazala da se razrađeni modeli mogu uspešno koristiti u cilju rešavanja mnogih praktičnih problema. Osnove regulacije rada naftnih i gasnih bušotina korišćenjem dizne na površini je prikazano u delu 7. Dosledeno sledeći koncept celovite analize proizvodnog sistema, problem protoka bilo kog tipa fluida kroz diznu na površini i postupak izbora odgovarajućeg prečnika dizne u cilju postizanja stabilizovanih uslova rada bušotine prikazan je u delu 7. Kako je osnovna funkcija dizne održavanje konstantne proizvodnje u granicama programiranog režima rada izbor veličine otvora dizne i prilagođavanje režima rada bušotine svim promenama koje se dešavaju u sistemu je svakodnevna aktivnost operativnih inžinjera. Detaljno je analizirana metodologija ostvarivanja kritičnih uslova protoka kroz diznu. Prikazani modeli dizne u ovom delu samo su osnova i okvir kojii treba da pomogne razvoj sopstvenih modela dizne na osnovu praktičnih podataka i merenja na polju. Oni su istovremeno i efikasan alat za predviđanja karakteristika rada bušotina u različitim uslovima. Potrebno je bilo rešenja za pojedinačne module proizvodnog sistema, nakon detaljne analize, spojiti u konzistentan sistem, tako da se uticaj promena bilo kog parametra u bilo kom delu sistema može predvideti. To je značilo razvoj univerzalnog modela sistem (nodal) analize, koji je upravo bio i konačni cilj pisanja ove knjige. Postupak dekompozicije sistema za proizvodnju nafte i gase u posebne celine koje su nakon toga simulirane adekvatnim matematičkim metodama okončana je sintezom u jedinstven model kojim se definišu karaktersitike rada bušotina i optimalni uslovi proizvodnje. U delu 8 pored postupka razvoja modela sistem analize i načine njegove primene, dati su i konkretnii primeri iz svakodnevne prakse. Dugogodišnja i sistematična primena koncepta sistem analize sprovedena kroz veliki broj urađenih projekta u NIS NAFTAGAS potvrdila je ispravnost njegove primene i otvorila je put primeni koncepta integralne i multidisciplinarne analize rada i optimizacije pojedinačnih bušotina i ležišta. Sigurno je da primena sistem analize ne bi naišla na tako dobar odziv proizvodnih inžinjera da uporedo sa njenim razvojem nije tekao i razvoj odgovarajućih kompjuterskih programa baziran na primeni objektno-orijentisanog programiranja. Takav način programiranja je omogućio postizanje velike fleksibilnosti u korišćenju programa, i efikasnu komunikaciju sa programom, tako da izvođenje kompleksnih proračuna iz oblasti jedno i višefaznog protoka fluida kroz komponente proizvodnog sistema više ne predstavlja poblem za čije je rešavanje bilo potrebno utrošiti puno vremena. Do rezultata se dolazi brzo, a vremenom nagomilano iskustvu i njihovoj analizi ii interpretaciji dovodi do brze dijagnostike problema i preporuka o aktivnostima koje treba sprovesti u cilju ostvarivanja optimalnih uslova rada bušotine. Koristeći rezultate sistem analize koja se odnose na predviđanja dužine eruptivnog rada bušotina, a uzimajući u obzir sve prednosti i nedostatke različitih mehaničkih metoda eksploatacije ( dubinsko pumpanje sa klipnim šipkama, hidrauličke i mlazne pumpe, potpoljne električne centrifugalne pumpe i gaslift) u delu 9 su postavljene osnove za primenu modela višekrterijalne analize izbora odgovarajuće metode eksploatacije nakon prestanka eruptivnog rada. Brojni algoritimi, urađeni računski primeri i rezultati primene kompjuterskih programa koji su razvijeni na osnovu opisanih matematičkih modela daju mogućnost budućim čitaocima da probleme optimizacije rada proizvodnog sistema za naftu i gas rešavaju brže i da u prikazane modele unose korekcije koje su rezultat praktičnog rada i lekcija naučenih kroz svakodnevno bavljenje problemima proizvodnje nafte i gasa. 2.1 OSNOVE INTEGRALNOG PROIZVODNOG MODELA RADA NAFNIH I GASNIH BUŠOTINA Proizvodne mogućnosti i karakteristike rada naftnih i gasnih bušotina mogu se analizirati korišćenjem simultanog rešavanja jednačina protoka nafte i gasa kroz ležište, bušotinu i cevovode na površini. Rezulat rešenja je zavisnost protoka fluida i dinamičkog pritiska na dnu ili površni. Integralni proizvodni model u jednu celinu povezuje sve elemente složenog proizvodnog sistema pri čemu se odvojeno mogu analizirati hidro i termodinamičke funkcionalnosti pojedinačnih delova. Proizvodni sistem predstavlja jedinstvenu hidro i termodinamičku celinu u kojoj se odvija kretanje nafte i gasa od ležišta do površine. Osnovni elementi proizvodnog sistema su: 1 - ležište - pribušotinska zona (protok kroz ležište) 2 - bušotina (protok kroz bušotinu-vertikalni protok) 3 - naftovod (horizontalan protok) 4 - kolektor sa regulacionom opremom (dizna) 5 - procesni sudovi (separatori, dehidratori, absorberi...) 6 - merno-regulaciona oprema 7 - rezervoari za skladištenje Analiza rada naftnih i gasnih bušotina zahteva detaljno definisanje proizvodnih karakteristika, odnosno, dinamike protoka uzimajući pri tome u obzir i specifične karakteristike svih komponentni proizvodnog sistema. Na slici 2.1 prikazan je hipotetički profil pritiska u proizvodnom sistemu. Pretpostavlja se da bušotina proizvodi pri uslovima konstantnog protoka. Pritisak na spoljnoj granici ležišta (r=re) predstavlja početnu tačku krive distribucije pritiska. Završna tačka je pritisak u rezervoarima za skladištenje nafte (oko 1.013 bara). GRANICA DRENAŽE PR ITI SA K PERFORACIJE DIZNA NA POVRŠINI SEPARATOR SKLADIŠNI REZERVOAR Pwf Pre Pwh Ps re Po rw LEŽIŠTE KANAL BUŠOTINE CEVOVOD MANIPULATIV NI CEVOVOD Slika 2.1 - Profil pada pritiska u proizvodnom sistemu U slučaju većeg protoka fluida gradijent pritiska i proizvodnja se povećavaju. Definisanje zavisnosti protoka nafte i/ili gasa i pada pritiska predstavlja osnovni problem u proizvodnom naftnom inžinjerstvu. Ovaj problem obično se rešava na dva načina: 1. Zavisnost protoka fluida i pritiska analizira se u određenim tačkama proizvodnog sistema. Najčešće su to krajnje tačke sa konstantnim pritiskom - dno bušotine i separator i/ili glava bušotine. 2. Unutar proizvodnog sistema protok je konstantan. Gubici pritiska u: pr-pad p u ležištu; p2- pad p u pribušotinskoj zoni; p3- pad p kroz perforacije i gravel p4- pad p pri vertikalnom protoku p5- pad p kroz dubinsku diznu p6- pad p pri horizontalnom protoku (p7- pad p kroz površinsku diznu) Bilans padova pritiska na ulazu u tačku koju posmatramo jednak je bilansu padova p na izlazu iz te tačke koju zovemo nodalna (čvorna) tačka. -U praxi 2 nodalne tačke: dno bušotine (wf) i glava bušotine(wh). -Ako se nodalna tačka nalazi na dnu buš., onda se detaljno analizira uticaj ležišta. Pad p u bilo kojoj izabranoj tački je f-ja količine protoka i menja se promenom protoka -Izabrana tačka rešenja(nodal) zavisi koja komponenta proizv. sistema se izdvaja da bi se analizirao njen uticaj na ponašanje celokupnog proizvodnog sistema. Detaljne inženjerske analize proizvodnih karakteristika bušotine, u većini praktičnih slučajeva predstavljaju pokušaj uspostavljanja zavisnosti između protoka i pritiska u sistemu pri tri različita slučaja: stacionarnom režimu protoka postepenim promenama u dužem periodu rada bušotina usled gubitka ležišne energije naglim promenama uslova protoka pri kratkotrajnom prelaznom režimu protoka. Najvažniji, i u svakom slučaju najteži problem za analizu karakteristika rada proizvodnog sistema za naftu i gas je korišćenje nekompletnih i nepouzdanih podataka o svim ili samo nekim delovima sistema. Takođe, fenomemi protoka fluida kroz ležište, pribušotinsku zonu, bušotinu i cevovode na površini su složeni, tako da se često ne mogu dovoljno detaljno i precizno opisati matematičkim modelima Zahtevi za rešavanje proizvodnih problema su vezani za nalaženje brzih i jednostavnih matematičko-inženjerskih modela pomoću kojih je moguće aproksimirati složene procese koji su vezani za proizvodnju ležišnog fluida. U daljem izlaganju detaljno će biti prikazani matematički modeli kojima se definiše dinamika protoka nafte i gasa kroz četiri različita područja proizvodnog sistema: 1 – LEŽIŠTE (IPR-krive utoka fluida u bušotinu) 2 - OPREMU DNA BUŠOTINE (perforacije, gravel pack) 3 - BUŠOTINU (tubing, dubinska dizna, sigurnosni ventil) 4- DIZNU