RU2818282C1

RU2818282C1 - Способ создания подземного хранилища газа в водоносном пласте-коллекторе

Info

Publication number: RU2818282C1
Application number: RU2023111312A
Authority: RU
Inventors: Марат Фазылович Каримов; Ляля Махмутовна Муллагалиева; Руслан Рустемович Ибрагимов; Сергей Александрович Хан; Игорь Антонович Сафонов; Сергей Леонидович Костиков; Роман Сергеевич Никитин; Дмитрий Александрович Кошелев; Сергей Владимирович Позднухов; Владимир Юрьевич Таргонский; Ильдар Салаватович Смаков; Андрей Валерьевич Панкратов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром ПХГ"
Filing date: 2023-05-02
Publication date: 2024-04-27

Abstract

Изобретение относится к области создания ПХГ в естественных геологических условиях за счет вытеснения одной среды - воды подземного пласта-коллектора, другой средой - самим газом, предназначенным для хранения в подземных условиях. Газом, подлежащим хранению в упомянутом пласте, замещают воду этого пласта. Через нагнетательно-эксплуатационную скважину, связанную с водоносным пластом-коллектором в зоне проектируемого подземного хранилища газа, перед нагнетанием газа закачивают ионогенное ПАВ. Ионогенное ПАВ закачивают в режиме пульсаций давления, обеспечивающем диссоциацию ионов ПАВ в пластовой воде. После этого закачивают неионогенное ПАВ, образующее с ионогенным ПАВ бинарную грубодисперсную газоводяную эмульсию с заданным ее характерным числом, учитывающим соотношение упомянутых ПАВ, их концентрацию и условия взаимодействия для обеспечения максимального использования коллекторских свойств водоносного пласта-коллектора. При этом, используют эмпирическую зависимость показателя вытеснения воды газом из водоносного пласта-коллектора от упомянутого характерного числа, основанного на экспериментальных данных. Технический результат - повышение эффективности создания ПХГ в водоносном пласте-коллекторе за счет повышения коэффициента вытеснения воды газом. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

Description

Изобретение относится к области создания подземного хранилища газа - ПХГ в естественных геологических условиях за счет вытеснения одной среды - воды подземного пласта-коллектора, другой средой - самим газом, предназначенным для хранения в подземных условиях. В качестве газа для хранения может быть использовано множество его видов, например, горючий газ.

Известен способ создания подземного хранилища газа, в водоносном пласте, в соответствии с которым при вытеснении одной среды другой применяют пенообразующий раствор поверхностно-активного вещества - ПАВ, для чего через скважину, связанную с зоной водоносного пласта, нагнетают его в качестве буфера необходимого объема перед закачкой газа, подлежащего хранению (см. RU 2471970 С1, 10.01.2013).

По известному способу пена, образующаяся в пористой среде при гидромеханическом перемешивании раствора ПАВ и газа, обладает высокой кажущейся вязкостью и создает условия для последующего вытеснения воды газом, близким по характеру к поршневому вытеснению.

При фильтрации газа через пенообразующий раствор ПАВ, насыщающий пористую среду, образуется грубодисперсная газожидкостная эмульсия - ГДГЖЭ, которая представляет собой неравновесную дисперсную систему - пену. Эта система обладает аномальными реологическими свойствами, обеспечивающими снижение на несколько порядков фазовой проницаемости пористой среды для газа. Присутствующие в пенообразующем растворе поверхностно-активные компоненты приводят к снижению величины поверхностного натяжения на границе раздела фаз и, как следствие, уменьшают значение капиллярного противодавления со стороны воды, что также способствует повышению эффективности процесса вытеснения воды газом (Каримов М.Ф., Эксплуатация подземных хранилищ газа, М., Недра, 1981, с. 248).

В присутствии ПАВ на границе раздела сред проявляются известные кинетические эффекты Марангони и Гиббса, вследствие которых тонкие пленки на границе раздела фаз приобретают свойства упругости - эластичности, что способствует эффективности использования ПАВ по способу.

Однако, известный способ имеет недостатки, обусловленные тем, что при создании подземного хранилища газа не в полной мере используют, прежде всего, его поровый объем, занятый природной водой, по причине невозможности полного вытеснения последней с применением известных решений. Иными словами, заявителю не известны технические решения, обеспечивающие необходимую степень своеобразной «осушки» водоносного пласта-коллектора от природной воды.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности создания подземного хранилища газа в водоносном пласте-коллекторе за счет повышения коэффициента вытеснения воды газом - повышения степени использования объема, занятого природной водой.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ создания подземного хранилища газа в водоносном пласте-коллекторе характеризуется тем, что газом, подлежащим хранению в упомянутом пласте, замещают воду этого пласта. Для этого через нагнетательно-эксплуатационную скважину, по меньшей мере одну, связанную с водоносным пластом-коллектором в зоне проектируемого подземного хранилища газа - ПХГ перед нагнетанием замещающего воду газа закачивают ионогенное поверхностно-активное вещество - ПАВ в режиме и концентрации, обеспечивающими принудительную адсорбцию молекул упомянутого ПАВ на поверхности пористой среды водоносного пласта в объеме создаваемого «микрохранилища» вокруг этой скважины. После этого закачивают неионогенное ПАВ, образующее с ионогенным ПАВ бинарную грубодисперсную газоводяную эмульсию - ГДГВЭ с заданным ее характерным числом N, учитывающим соотношение упомянутых ПАВ, их концентрацию и условия взаимодействия для обеспечения максимального использования коллекторских свойств водоносного пласта-коллектора. При этом используют эмпирическую зависимость показателя вытеснения воды газом из водоносного пласта-коллектора от упомянутого характерного числа ГДГВЭ следующего вида:

где:

α - коэффициент фильтрационного вытеснения воды водоносного пласта-коллектора - коэффициент его «осушки» газом, подлежащим хранению;

N - Характерное число ГДГВЭ, основанное на экспериментально-статистических результатах (согласно фиг.2). К применению рекомендованы значения в диапазоне N, равные от 0,9 до 1,5.

Приведенная эмпирическая зависимость установлена для всего интервала изменения концентраций бинарной композиции ПАВ от 0,001 до 1,0% масс.

Повышение N>1,5 связано с механизмом образования и устойчивости ГДГВЭ в зависимости от концентрации ПАВ в растворе. Эта зависимость имеет максимум или снижение темпа пенообразующей способности с ростом концентрации ПАВ [В.К.Тихомиров, Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М. Из-во Химия, 1975, стр. 18-22]. Это приводит в рассматриваемом случае к перерасходу ПАВ, не приводя к значимому существенному технологическому эффекту.

Значения N<0,9 автоматически наступают при снижении концентрации ПАВ в растворе вследствие конвективно-диффузионного фильтрационного перемешивания с пластовой водой (в том числе и с реликтовой) и адсорбции молекул ПАВ поверхностью породы пласта-коллектора. Поэтому предложенный в техническом решении диапазон значений N обеспечивает коэффициент использования открытого объема водоносного пласта-коллектора для подземного хранения газа не ниже 0,6 и является важным фактором для правильного отбора ПАВ из многочисленного списка производимых промышленностью ПАВ.

Способ создания подземного хранилища газа в водоносном пласте-коллекторе поясняется рисунками:

фиг. 1 - Теоретическая и экспериментальные зависимости фронтовой газонасыщенности от концентрации ПАВ при вытеснении газом растворов ПАВ в различных пластовых водах. Расчетная (1 и 3) и экспериментальная (2) зависимость фронтовой газонасыщенности от концентрации раствора поверхностно-активных веществ при его вытеснении газом в различных пластовых водах: 1 и 2 - раствор в пластовой воде хлоркальциевого типа с минерализацией 1 масс. %; 3 - раствор в пластовой воде хлоркальциевого типа с минерализацией 15 масс. %

фиг. 2а - Корреляционная зависимость между газонасыщенностью - коэффициентом осушки водоносной пористой среды и числом ГДГВЭ для индивидуальных отечественных и импортных ПАВ.

фиг. 2б - Обобщенная корреляция между газонасыщенностью - коэффициентом осушки водоносной пористой среды и числом ГДГВЭ для ряда исследованных ПАВ.

Кроме того:

- подземное хранилище газа создают в антиклинальной зоне - «ловушке» водоносного пласта-коллектора. За счет этого повышают надежность ПХГ - уменьшают влияние краевой воды подземного пласта-коллектора как на стадии создания ПХГ, так и на стадии его эксплуатации;

- используют дополнительные нагнетательно-эксплуатационные скважины на расчетном расстоянии друг от друга, включая основную нагнетательно-эксплуатационную скважину, и с расчетным объемом хранимого газа, приходящегося на каждую из нагнетательно-эксплуатационных скважин, обеспечивающих в совокупности создание единого ПХГ. За счет этих признаков изобретения увеличивают объем ПХГ до необходимых величин, в зависимости от ситуации, а также повышают надежность и оперативность эксплуатации ПХГ;

- поверхность пористой среды водоносного пласта в объеме создаваемого «микрохранилища» предварительно подготавливают - активируют и освобождают от изначальной среды водоносного пласта, для чего ее обрабатывают ионогенным ПАВ;

- по меньшей мере одно ПАВ - ионогенное, закачивают в режиме пульсаций давления при диссоциации молекул ПАВ на ионы. С применением этих признаков за счет диссоциации ионов ПАВ и, как следствие, увеличения их подвижности, повышают степень надежности их закрепления на активных свободных центрах адсорбции;

- массовое соотношение применяемых ПАВ принимают в интервале значений от 1:3 до 1:5; в этом интервале соотношений гарантированно находится найденный способом минимакса из адекватной экспериментально-статистической модели экстремальное значение соотношения принудительно адсорбируемого ионогенного ПАВ и бинарной составляющей неионогенного ПАВ (0,475:0,125=3.8) синергетической композиции, т.е. учитывая способы замера и приготовления растворов в промысловых условиях, принятые интервалы отклонения считаются вполне допустимыми и облегчают подготовительные работы. Выход за пределы этих отношений означает выход из области оптимума, хотя за пределами оптимального диапазона имеет место сохранение положительного эффекта повышения коэффициента осушки водоносного пласта, который можно обосновать и использовать следующим образом;

- поровый объем существующих подземных хранилищ газа в водоносных пластах Российской Федерации при средних глубине 700 м и 50% газонасыщенности колеблется от 16 млн.м³ до 634 млн.м³ и их площадь распространяется на десятки квадратных километров. В этой ситуации повышение коэффициента использования порового объема каждого из них даже на 1-1,5% равносильно введение в эксплуатацию без капитальных вложений таких ПХГ в водоносных пластах, как Карашурское (Тульский горизонт) или Гатчинское;

- в этой связи концентрацию растворов смеси ПАВ принимают в интервале значений 0,06-14,00 г/л. что в массовых %% означает (0,006 - 1,4) % масс, т.е. охватывают весь практический диапазон возможного изменения концентраций - от высоко активных ПАВ до высокомолекулярных ПАВ. что способствует еще большей степени активации пористой среды водоносного пласта за счет расширения ассортимента используемых поверхностно-активных химреагентов; при этом, как показали эксперименты с пластовыми водами, при значениях общей концентрации смеси ниже 0,006% масс рабочая концентрация ионогенной составляющей композиции (0,0015:0,0045)%=1:3(*) после взаимодействия с пластовой водой, чтобы сохранить свои синергетические свойства не должна быть ниже 0,001%масс; применение таких сравнительно низких концентраций означает оценку повышения коэффициента практического использования синергетической композиции для повышения осушки водоносного пласта, так как в процессе фильтрационного замещения пластовой воды газом концентрация композиции снижается от начального значения практически до нуля вследствие адсорбции;

- при значениях общей концентрации бинарной смеси 1,4%масс рабочие концентрации компонентов соотносятся как (0,23:1,17)%=1:5,07 (**), таким образом, диапазон изменения выделенных жирным шрифтом соотношений (*) и (**) также охватывает установленный экспериментально-статистическим способом экстремальный состав синергетической композиции, обеспечивающей наибольший коэффициент использования порового объема водоносного пласта для подземного хранения газа.

Дополнительно отмечается, что эффективность ПАВ, применяемых для повышения степени вытеснения пластовой жидкости газом, определяется адсорбцией молекул ПАВ конкретно на межфазной границе (газ - жидкость - поверхность породы) и зависит, как отмечалось выше, от химического состава и массовой концентрации ПАВ в растворе. Адсорбция на границе газ-раствор определяет неравновесное реологическое поведение образующейся подвижной дисперсной системы, а адсорбция на твердой поверхности породы водоносного пласта-коллектора истощает (обедняет), концентрацию ПАВ в растворе, что снижает его пенообразующую способность. Однако все это усиливает связь дисперсной системы с пористой средой, что сказывается на фазовых водо- и газопроницаемостях водонасыщенной пористой среды. Газодинамическое условие устойчивости движения подвижной дисперсной системы при вытеснении воды газом, определяющее фронтовую и объемную газонасыщенность (безводную и прогонную газонасыщенность), описывается дифференциальным уравнением, учитывающим множество параметров, характеризующих капиллярные параметры пласта и движение частиц газа и воды в этом пласте. Уравнение отражает влияние каждого его физического параметра на устойчивость движения газо-водяного контакта - ГВК (см. Каримов М.Ф., Эксплуатация подземных хранилищ газа, М., Недра, 1981, с. 21).

Использование пенообразующих ПАВ, оптимально отвечающих условиям устойчивого движения ГВК с высокой газонасыщенностью во фронте вытеснения, является одним из важнейших приемов заявляемого способа, поскольку именно он определяет степень использования объема порового пространства водоносного пласта для подземного хранения газа и определяет фазовые проницаемости по газу и воде пористой среды.

Правильное использование композиции ПАВ и ее концентрации, обеспечивающей геометрическую зону влияния в водоносном пласте, определяет еще большее повышение степени использования порового - свободного объема водоносного пласта-коллектора для подземного хранения газа - «осушки» упомянутого водоносного пласта.

На основе множества осуществленных экспериментов по оптимальному использованию упомянутого открытого объема водоносного пласта-коллектора при создании ПХГ появилась возможность выявления зависимости между характерным числом ГДГВЭ и коэффициентом использования открытого порового объема водоносного пласта-коллектора (коэффициентом «осушки» пористой среды хранимым газом от пластовой воды).

Характерное число ГДГВЭ (N) определяют как отношение объема ГДГВЭ (V_гдвгэ) к объему водного раствора композиции ПАВ (V_{раствора}), из которого ее образуют при гидромеханическом перемешивании с газом в открытом пространстве или в пористой среде. Таким образом:

По заявленному способу предусматривают использование ПАВ с возможно высоким характерным числом ГДВГЭ, учетом минерализации пластовой воды и особенностей среды пласта.

В результате, коэффициент использования открытого порового объема водоносного пласта-коллектора (а) по заявленному способу оценивают по соотношению:

где:

N - характерное число ГДГВЭ, зависящее от концентрации композиции ПАВ в растворе, минерализации пластовой воды и от температуры. Эти параметры для каждого ПХГ в водоносном пласте объективно индивидуальны. Принципиальная зависимость установлена в области концентраций ПАВ от 0,001 до 1.0% по массе, т.е. по существу во всем диапазоне изменения концентрации используемых на практике растворов. Однако, практически на основе опытных данных в соответствии с изобретением при выборе ПАВ и их композиций оптимальным признан диапазон изменения характерного числа ГДГВЭ в пределах 0,9 - 1,5. Это обосновывается тем, что именно при этих значениях этого числа обеспечивают оптимальную фронтовую газонасыщенность, определяющую использование открытого порового пространства водоносного пласта-коллектора в районе 70% (плюс-минус 5%) при максимально возможном достижении этого показателя 80%. Остальные 20% водоносного пласта-коллектора занимает принципиально не вытесняемая газодинамически реликтовая (остаточная) вода. Эта вода может быть удалена только путем ее испарения в вытесняющий газ.

Повышение N>1,5 связано с механизмом образования и устойчивости ГДГВЭ в зависимости от концентрации ПАВ в растворе. Эта зависимость имеет максимум или снижение темпа роста пенообразующей способности с ростом концентрации [В.К. Тихомиров, Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М. Из-во Химия, 1975, стр. 18-22]. Это в рассматриваемом случае ПХГ приводит к перерасходу ПАВ, не приводя к существенному технологическому эффекту.

Значения N<0,9 автоматически наступает при снижении концентрации ПАВ в растворе вследствие конвективно-диффузионного фильтрационного перемешивания с пластовой водой (в том числе и с реликтовой) и адсорбции молекул ПАВ поверхностью породы пласта-коллектора. Поэтому предложенный в техническом решении диапазон значений N обеспечивает коэффициент использования открытого объема водоносного пласта-коллектора для подземного хранения газа не ниже 0,6 и является важным фактором отбора ПАВ из многочисленного списка производимых промышленностью ПАВ.

Полученное соотношение по определению степени использования открытого порового объема водоносного пласта-коллектора определено по опытным данным с высокой степенью сходимости результатов, что подтверждают значения обобщенного коэффициента корреляции в диапазоне значений 0,87 - 0,98. Такой высокий коэффициент корреляции свидетельствует о высокой вероятности существования функциональной связи между вышеозначенными безразмерными параметрами, пока аналитически не установленной. Настоящее изобретение предвосхищает возможное будущее установление связи упомянутых параметров между собой аналитическим образом. На настоящем этапе -этапе изобретения обеспечена принципиальная возможность решения этой задачи неожиданным - не очевидным образом.

По заявленному способу предусматривают также возможность использования бинарной композиции как наиболее эффективной. Оптимальную концентрацию компонентов бинарной композиции ПАВ определяют путем построения адекватной экспериментальной модели процесса образования ГДВГЭ.

При осуществлении экспериментов, связанных с данным способом в части выявления упомянутой выше эмпирической зависимости использовано, в частности, факторное пространство, охватывающее условия созданных - существующих основных 8 единиц ПХГ в водоносных пластах-коллекторах Российской Федерации, где температура составляет от +16 до +40°С, а минерализация от 0,3 до 260 г/дм³.

В результате исследований были изучены свойства дисперсных систем в пористой среде в части адсорбции и «осушки» водоносного пласта-коллектора.

Адсорбция молекул ПАВ на гидрофильной поверхности водоносного пласта-коллектора определяет зону влияния используемого буферного объема раствора. Расположение молекул ПАВ на межфазной границе может быть нормальным или прилежащим к границе раздела. Это зависит от количества молекул в растворе, т.е. от концентрации ПАВ. При низких концентрациях ПАВ в растворе наблюдается мономолекулярная адсорбция на границе фаз и любая деформация элементов водогазовой ячейки снижает поверхностную концентрацию и приводит к проявлению эффектов Марангони и Гиббса.

Из адсорбции (изотермической) исследованных ПАВ в пористой среде следует, что сильный ее рост наблюдается задолго до критической концентрация мицеллообразования. Молекулы ПАВ вначале образуют на поверхности мозаичные дискретные структуры, аналогичные мицеллам. Размер таких агрегатов увеличивается с увеличением длины углеводородной цепи в молекулах неионогенных ПАВ. При образовании в дальнейшем газожидкостных дисперсных систем происходит существенное снижение фазовой проницаемости водоносного пласта из-за адсорбционного сцепления молекул ПАВ с пористой средой и механического сопротивления ячеек пены вследствие растяжения молекул ПАВ и эффектов Марангони и Гиббса.

В реальных условиях растворы ПАВ, закачиваемые в пласты, являются подвижным разделительным объемом с назначенной начальной концентрацией. При проталкивании этого буферного разделителя - раствора концентрация в нем уменьшается согласно кинетическим законам конвективно-диффузионного перемешивания и, главным образом, нестационарной адсорбции молекул ПАВ развитой поверхностью пористой среды водоносного пласта. Известно, что из смеси (композиции) ПАВ происходит конкурентная адсорбция - в первую очередь центры адсорбции сорбента занимают наиболее подвижные, каковыми являются ионогенные ПАВ, распадающиеся в растворах на ионы. В связи с этим предлагается использовать бинарные композиции, т.е. растворы, содержащие пенообразующее ПАВ и вторую компоненту композиции - ПАВ которые быстрее адсорбируются. К таким ПАВ относятся анионактивные вещества из состава ионогенных ПАВ. Для наступления равновесной адсорбции этих ПАВ требуется меньшее время вследствие их меньшего размера. Эти компоненты не должны быть антагонистами, а еще лучше, если будут синергетиками. Таким образом и рассмотрена именно конкурентная адсорбция двух (или более) ПАВ. Эта проблема, несмотря на утилитарную перспективность, наименее разработана в настоящее время.

Из осуществленных исследований установлено, что именно композиция ионогенного, в частности, анионактивного ПАВ и неионогенного ПАВ позволяют снизить адсорбционные потери.

Кроме того, установлено, что именно оптимальная концентрация компонентов композиции ПАВ обеспечивает максимальное характерное число ГДГВЭ, что обеспечивает необходимый (проектный) коэффициент использования открытого порового объема водоносного пласта-коллектора при создании в нем ПХГ - повышает степень «осушки» упомянутого пласта.

Более того, именно при принудительной адсорбции в призабойной зоне пласта компонентов ПАВ эффект увеличивают в значительной степени.

Конкретный пример осуществления изобретения.

В выбранной зоне водоносного пласта-коллектора, в частности, в антиклинальной «ловушке» упомянутого пласта с глубиной его залегания 1000 м бурят скважину до глубины этого пласта. На этой глубине предусматривают создание ПХГ. Выбранный под ПХГ высокопроницаемый водоносный пласт-коллектор характеризуется как терригенная толща, пористость которого равна 25-30%, толщина - 10 м, а проницаемость достигает 3-5 дарси. В качестве газа для подземного хранения выбирают, например, азот или метан, или природный газ, или малорастворимый в воде газ, который по своим свойствам с высокой степенью физико-химического подобия равноценен названным. Предусматривают соответствующие операции по замещению воды водоносного пласта-коллектора одним из названных газов в режиме фильтрации воды. Объем хранилища по газу может быть предусмотрен (в расчете на базовый вариант с одной нагнетательно-эксшгуатационной скважиной) величиной, например от 300 тыс.нм³ до 400 млн. нм³ (по примеру Гатчинского ПХГ) и даже до 19 млрд. нм³ (по примеру Касимовского ПХГ). В пересчете на площадь водоносного пласта-коллектора с учетом его пористости и максимальной насыщенности ее величина может достигать от долей кв. км до десятков кв. км.

Объем газа в ПХГ принимают как сумму объемов газа, приходящихся на каждую из n эксплуатационных скважин (с учетом резерва), по зависимости:

где - базовый объем ПХГ как микрохранилища в расчете на одну, по меньшей мере, нагнетательно-эксплуатационную скважину, обеспечивающую заданную газонасыщенность пласта-коллектора. При использовании водогазовых систем в каждом базовом объеме ПХГ образуют расчетную зону (V_p) с заданной газонасыщенностью (s) согласно выражению:

где

V_p - расчетная величина объема пласта, м³;

s - газонасыщенность, обеспечиваемая концентрацией С₀ раствора, б/р;

m - пористость пласта, доли, б/р;

r_г - радиус осушенной газонасыщенной зоны, м;

h - толщина прослоя, м;

π = 3,14, б/р;

σ² - коэффициент Викке в соответствии с таблицей 2, б/р;

В соответствии с расчетами [см. Щелкачев В.Н и др., Подземная гидравлика, Москва-Ижевск, 2001.стр. 250] известно, что 72% потерь давления при фильтрации газа приходится на круговую призабойную зону с внешним радиусом 100 r_с (т.е. круговая зона с радиусом 10 м), а 60% потерь давления при фильтрации газа приходится на круговую зону радиусом 25 r_с (т.е. на круговая зона радиусом 2,5 м). При повышении газонасыщенности такой призабойной зоны по всей вскрытой толщине до 0,7-0,8 в соответствии с фиг.1. газодинамическим способом условия эксплуатации скважины

существенно улучшаются и реализуется эффект «укрупненной совершенной скважины» -радиусом 2,5 м с относительной проницаемостью 0,7-0,8. При этом снижается скорость движения газо-водяного контакта - ГВК, что положительно сказывается на устойчивости движения фронта и коэффициенте замещения при снижении концентрации пенообразователя ниже предела эффективного пенообразования. В результате, чем ниже скорость движения ГВК, тем выше коэффициент вытеснения. Отсюда следует, что в каждом базовом хранилище, как микрохранилище, необходимо «осушить», т.е. повысить газонасыщенность до 0,7-0,8 высокопроницаемого прослоя вскрытого пласта на расстоянии от оси скважины до 50-100 r_с, т.е. до 5-10 м при проектном круговом размере микрохранилища в плане радиуса 200 м. При этом, в пластовых условиях из одного кубометра раствора синергетической композиции при газодинамическом вытеснении образуют около 5 объемов ГДГВЭ, способной повысить коэффициент вытеснения до 0,7-0,8.

Конкретный пример определения объема потребной композиции при создании ПХГ в однородном пласте толщиной 10 м, пористостью 0,30 на глубине 1000 м с общим объемом хранимого газа в нормальных условиях 3⋅10⁹ м³ (три миллиарда норм. куб. метров).

При пластовом давлении хранения 9,8 МПа и 100 нагнетательно-эксплуатационных скважинах удельный объем базового хранилища - каждого микрохранилища в пластовых условиях равен 3⋅10⁵ м³ (равномерное расположение скважин). Площадь микрохранилища при максимальной газонасыщенности 0,8 будет составлять круг с радиусом 200 м. При создании вокруг каждой нагнетательно-эксплуатационной скважины гарантированной зоны осушки радиусом 25 r_с (r_с=0,1 м), с использованием 0,5% - раствора бинарной композиции ОП-10ДХК, или ОП-10СНХК, или Неонол АФ 10-12 с ионогенным ПАВ ССБ в соотношении 0,5:0,5, потребуется на каждый погонный метр толщины вскрытой части 18,1 м³ ГДГВЭ. При этом 0,375 часть ионогенного ПАВ используют для предварительной закачки в пласт с целью принудительной адсорбции во избежание конкурентной адсорбции неионогенного ПАВ, а затем синергетическую композицию с соотношением неионогенного и ионогенного ПАВ (в виде анионактивного) составляющих 0,475/0,125 в %% масс. Общее потребное количество бинарной композиции пенообразователя в соответствии с таблицей 1 для одной скважины составляет около 20 м³.

С учетом этих объемов вначале, перед закачкой замещающего газа, в водоносный пласт закачивают ионогенное ПАВ в виде анионактивного ПАВ, например, в объеме 7,5 м³, в импульсно-циклическом режиме с амплитудой 0,1 Р_усть. ((от 0,05 до 0,15) Р_усть.) с периодом 5 мин (от 4,6 до 7,5 мин) [Каримов М.Ф. Эксплуатация подземных хранилищ газа, М., Недра, 1981. Стр.83,84] и с концентрации 0,5% масс, обеспечивающими принудительную адсорбцию молекул упомянутого ПАВ на свободные активные адсорбционные центры пористой среды водоносного пласта, согласуя с объемом создаваемого хранилища. После этого закачивают синергетическую композицию (ионогенное ПАВ плюс неионогенное ПАВ, например, Неонол АФ-10-12), образующую с упомянутым ионогенным ПАВ бинарную композицию с массовым с синергетическим соотношением упомянутых ПАВ как 0,475/0,125 в %% масс) с 0,5- 0,85% масс концентрацией их смеси и с числом ГДГВЭ от 0,9 до 1,5 в зависимости от минерализации пластовой воды. Все необходимые параметры определены при статистической обработке результатов экспериментальных исследований (более 80 опытов). Использование именно этого соотношения обеспечивает увеличение степени использования замещающим газом коллекторских свойств водоносного пласта-коллектора в оптимальной степени.

При этом, анионактивное ПАВ, типа ССБ, как ионогенное ПАВ, закачивают в импульсно-циклическом режиме, обеспечивающем пульсационный характер давления закачки. Неионогенное ПАВ, как компонент бинарной композиции закачивают также в режиме пульсирующего давления, но с другим режимом пульсаций, не кратным первому режиму, (с периодом 18,7-22 мин, с амплитудой 0,15Р_усть) и обеспечивающим эффект динамической (конвективной) хаотичности, что способствует повышению степени проявления принудительной адсорбции в отличие от статической молекулярной конкурентной адсорбции.

Как следует из таблицы 4, кратное увеличение выходных показателей эксплуатации скважин - объемов отбора, дебетов и продолжительности устойчивой эксплуатации скважин - свидетельствует о высокой эффективности технического решения по изобретению.

В связи с полученными положительными результатами промысловых экспериментов на указанных выше скважинах было принято решение расширить объемы внедрения технологии осушки водоносного пласта в соответствии с предлагаемым техническим решением в зонах со сложными условиями эксплуатации и ранним обводнением скважин. Результаты этих работ приводятся в таблице 5.

Claims

1. Способ создания подземного хранилища газа в водоносном пласте-коллекторе характеризующийся тем, что газом, подлежащим хранению в упомянутом пласте, замещают воду этого пласта, для чего через нагнетательно-эксплуатационную скважину, по меньшей мере одну, связанную с водоносным пластом-коллектором в зоне проектируемого подземного хранилища газа перед нагнетанием замещающего воду газа закачивают водный раствор ионогенного ПАВ в режиме пульсаций давления, обеспечивающем диссоциацию ионов ПАВ в пластовой воде, после чего закачивают водный раствор неионогенного ПАВ, образующего с ионогенным ПАВ при закачке газа бинарную грубодисперсную газоводяную эмульсию с заданным ее характерным числом N, учитывающим соотношение упомянутых ПАВ, их концентрацию и условия взаимодействия для обеспечения максимального использования коллекторских свойств водоносного пласта-коллектора, при этом, используют эмпирическую зависимость показателя вытеснения воды газом из водоносного пласта-коллектора от упомянутого характерного числа N следующего вида:

α=0,612N+0,022,

где:

- α коэффициент фильтрационного вытеснения воды водоносного пласта-коллектора - коэффициент его «осушки» газом, подлежащим хранению; N - характерное число грубодисперсной газоводяной эмульсии, основанное на экспериментальных данных (N=0,9-1,5).

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что подземное хранилище газа создают в антиклинальной зоне - «ловушке» водоносного пласта-коллектора.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют дополнительные нагнетательно-эксплуатационные скважины на расчетном расстоянии друг от друга, включая основную нагнетательно-эксплуатационную скважину, и с расчетным объемом хранимого газа, приходящегося на каждую из нагнетательно-эксплуатационных скважин, обеспечивающих в совокупности создание единого хранилища.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что массовое соотношение применяемых ПАВ принимают в интервале значений 1:3-1:5.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что концентрацию растворов смеси ПАВ принимают в интервале значений 0,06-14,00 г/л.