Выбор концепции освоения уникальных газоконденсатных месторождений, особенно расположенных в суровых арктических условиях, представляет собой важнейшую задачу, требующую тщательного изучения и детального проектирования. В арктическом регионе с отсутствием развитой инфраструктуры и экстремальными климатическими условиями традиционные методы проектирования зачастую оказываются недостаточными для обеспечения эффективной и устойчивой разработки. В этом контексте комплексный подход, основанный на создании всесторонних моделей, становится критически значимым инструментом для снижения рисков, оптимизации затрат и повышения общей производительности [1, с.21].
Проблемы традиционного подхода
Традиционная методика планирования и организации работ на месторождениях включает несколько стадий. Вначале проводится моделирование параметров добычи, на основании которого определяются технологические условия разработки. Затем полученные данные передаются инженерам для разработки проектной документации по обустройству наземных производственных объектов и систем сбора и подготовки углеводородного сырья.
Однако данный подход имеет ряд существенных ограничений:
- Отсутствие системного взгляда. Каждый этап проектирования рассматривается обособленно, без учета взаимовлияния различных элементов комплекса «пласт – скважина – наземная инфраструктура – подготовка продукции». Это может привести к нерациональным решениям и снижению эффективности на этапе эксплуатации.
- Сложности при вводе в эксплуатацию: неполное понимание взаимодействия компонентов может вызвать непредвиденные проблемы в процессе освоения месторождения. К примеру, неучтенные гидродинамические или температурные эффекты способны снизить производительность систем транспортировки газа и конденсата, повысить эксплуатационные издержки и ухудшить надежность комплекса.
- Неадекватная оценка рисков. Применяемая методика не позволяет в полной мере учесть все риски и неопределенности, характерные для освоения месторождений в сложных климатических условиях. Это чревато существенными непредвиденными затратами на поздних стадиях реализации проекта.
Основы и преимущества интегрированного подхода
Комплексная методика проектирования разработки и обустройства месторождений представляет собой принципиально иной подход, нацеленный на создание единой интегрированной модели всей производственной системы. Такая модель объединяет гидродинамические пластовые модели, цифровые модели скважин, систем сбора и подготовки углеводородов, а также моделирует внешний транспорт сырья [4, с.43].
Основные преимущества комплексного подхода:
- Системный анализ. Все элементы производственного комплекса рассматриваются как единое целое, что позволяет учитывать их взаимное влияние. Это обеспечивает более точный прогноз результатов и снижение рисков на всех этапах – от разработки до эксплуатации месторождения.
- Интегрированная методика дает возможность минимизировать капитальные и операционные издержки за счет оптимизации всех составляющих системы – от пласта до подготовки продукции. Это особенно важно в арктических условиях, где стоимость инфраструктуры и логистики крайне высока.
- Комплексное моделирование всех аспектов системы и анализ различных сценариев развития событий позволяет обеспечить высокую надежность эксплуатации месторождения даже в условиях сложного рельефа и экстремальных климатических факторов.
- Интегрированная модель дает возможность заблаговременно учесть все потенциальные риски и неопределенности, что способствует формированию более точных и эффективных планов на всех стадиях реализации проекта.
Структура и компоненты интегрированной модели
Для решения поставленной задачи предлагается комплексный подход, включающий несколько взаимосвязанных элементов. В качестве примера рассмотрим многопластовое месторождение в Тюменской области.
1. Гидродинамическая модель месторождения. Данная модель охватывает все 49 продуктивных горизонтов, учитывая сложное геологическое строение и разнообразие свойств пластов. Она позволяет прогнозировать поведение залежей в долгосрочной перспективе, что важно для планирования добычи, разработки скважин и определения их оптимального размещения.
- Продуктивные горизонты залегают на глубинах 800-3000 метров, с пластовыми давлениями 8-30 МПа.
- Модель учитывает различия в фильтрационно-емкостных свойствах пластов, обеспечивая более точное прогнозирование объемов добычи и планирование мероприятий по управлению залежами.
2. Цифровое представление системы сбора продукции скважин. Данная модель описывает более 200 км трубопроводной сети и позволяет оптимизировать транспортировку углеводородов от скважин к наземным установкам подготовки. В арктических условиях с существенными перепадами рельефа и сложной геокриологической обстановкой модель помогает минимизировать риски, связанные с образованием гидратных и жидкостных пробок.
- Сложный ландшафт месторождения: перепады высот до 50-60 метров, развитая гидрографическая сеть малых рек и озер.
- Особенности многолетнемерзлых грунтов требуют учета температурных режимов и влияния циклов замерзания/оттаивания на трубопроводы.
3. Модель длинных шлейфов. Эта модель предназначена для моделирования температурных режимов трубопроводов, процессов гидратообразования и образования жидкостных пробок. Она позволяет учитывать влияние температуры и давления на транспортируемую продукцию, а также прогнозировать возможные осложнения, связанные с длительными простоями или изменением режима эксплуатации.
- Температурные режимы: моделирование изменений температуры в трубопроводах в зависимости от режима эксплуатации и внешних условий.
- Гидратообразование и жидкостные пробки: оценка риска образования гидратов и пробок, особенно в условиях сложного рельефа и низких температур.
4. Цифровая модель установок подготовки продукции. Данная модель включает различные сценарии подготовки продукции для достижения требуемых параметров углеводородов, поставляемых на газоперерабатывающий завод. Модель позволяет оценить эффективность различных технологических решений, включая низкотемпературную сепарацию, компримирование газа и подготовку конденсата.
- Оцениваются разные подходы к подготовке газа и конденсата с учетом специфики месторождения.
- Моделируются процессы на установках комплексной и предварительной подготовки газа.
Процесс выбора концепции обустройства
Анализ собранной информации позволяет определить наиболее подходящий вариант обустройства месторождения. В данном случае рассматривались два основных сценария: использование установок для полной подготовки газа или установок для предварительной подготовки газа [2, с.101].
Установки комплексной подготовки газа (УКПГ)
Установки для полной подготовки углеводородов осуществляют комплексную обработку добытого сырья, включая охлаждение газа для выделения жидкой фракции и повышение давления газа. Это минимизирует риски образования твердых отложений и обеспечивает беспрепятственную транспортировку продукции. Для данного месторождения с значительными перепадами высот и сложными климатическими условиями выбор таких установок гарантирует стабильность и надежность транспортировки углеводородов.
- Снижение температуры газовой смеси позволяет выделить тяжелые углеводородные компоненты в виде конденсата и освободить поток от излишней влаги. Это достигается путем охлаждения, в ходе которого происходит конденсация тяжелых углеводородов, таких как пропан и бутан, с последующим их отделением от метана. Кроме того, понижение температуры газа способствует конденсации водяных паров и, следовательно, обезвоживанию газового потока.
- Повышение давления газа необходимо для его транспортировки на большие расстояния без существенных потерь давления.
Установки предварительной подготовки газа (УППГ)
Упрощенная схема предварительной подготовки сырья может быть менее затратной на начальных этапах строительства. Однако этот подход требует принятия дополнительных мер для предотвращения осложнений при транспортировке и усложняет последующую переработку на газоперерабатывающих заводах.
- Недостаток упрощенной схемы – необходимость специального оборудования и превентивных мер для недопущения образования твердых отложений в трубопроводах.
- Транспортировка сырья – усложненный процесс, требующий четкого контроля температурных режимов и предотвращения закупорки трубопроводов.
Оптимизация концептуальной схемы обустройства
Проведенные исследования позволили определить наилучшую стратегию освоения месторождения. Предусматривается строительство масштабного производственного объединения в центральной и южной зонах, предназначенного для комплексной переработки углеводородного сырья. Помимо этого, в районе газоперерабатывающего завода будут возведены дополнительные инфраструктурные объекты. Их задачей станет прием продукции из скважин северного участка, а также с вышеупомянутого комплекса по подготовке углеводородов.
Основные результаты оптимизации:
1. Существенная экономия капитальных вложений. Вместо трех изначально планируемых установок для полной подготовки сырья было решено разместить только одну. Это радикально снизило затраты на строительство объектов подготовки. Кроме того, общая протяженность трубопроводов от установки до газоперерабатывающего завода сократилась с 67,2 км до 26,6 км, что дополнительно уменьшило расходы на прокладку и последующую эксплуатацию трубопроводов.
- Сокращение количества крупных установок позволяет значительно сэкономить, учитывая их высокую стоимость, исчисляемую десятками миллиардов рублей.
- Уменьшение протяженности трубопроводных систем снижает не только капитальные, но и будущие эксплуатационные затраты на транспортировку продукции.
2. Оптимизация транспортной системы позволила сократить требуемые мощности компрессорных станций, что также привело к снижению эксплуатационных затрат. Несмотря на уменьшение количества установок подготовки, транспортная система осталась достаточно гибкой и надежной для бесперебойной поставки сырья на газоперерабатывающий завод.
- Меньшие компрессорные мощности. Оптимизированная схема позволила снизить потребность в них на 17%, что сэкономило как капитальные, так и операционные расходы.
- Более надежная транспортировка. Концентрация потоков и уменьшение транспортных путей минимизировали риски образования осложняющих отложений и закупорок в трубопроводах.
3. Рационализация процессов сократила производственные риски. Прогрессивные методы позволили более точно предсказывать и контролировать температуру и давление в трубопроводах. При моделировании временных остановок завода выявлено, что усовершенствованная система снижает вероятность образования жидкостных пробок, которые могли бы затруднить последующий запуск производства.
- Продуманный подход минимизировал риск гидратообразования, особенно важный в условиях Арктики.
- Оптимальное регулирование температуры и давления предотвратило существенные потери напора и опасность закупорки трубопроводов.
4. В долгосрочной перспективе оптимизированный вариант обустройства оказался более выгодным, несмотря на первоначальные затраты на строительство дополнительных сооружений и удлинение трубопроводов от кустов до установок комплексной подготовки газа.
- Общие капиталовложения сократились на 8,2% благодаря уменьшению количества установок, оптимизации длины трубопроводов и мощностей дожимных компрессорных станций.
- Интегрированный подход позволил снизить не только первоначальные, но и текущие эксплуатационные расходы, повысив экономическую привлекательность проекта.
Применение интегрированного подхода при выборе концепции обустройства уникального многопластового газоконденсатного месторождения в экстремальных арктических условиях принесло значительные результаты в плане оптимизации и повышения эффективности проекта. Создание интегрированной модели всей системы от пласта до газоперерабатывающего завода (ГПЗ) позволило учесть многочисленные взаимосвязи элементов, что существенно улучшило надежность и экономическую обоснованность принятого решения [3, с.141].
Интегрированный подход не только минимизировал риски и затраты, но и позволил учесть все возможные сценарии и неопределенности, что крайне важно в арктических условиях. Благодаря этому удалось сформировать концепцию обустройства, обеспечивающую долгосрочную и устойчивую эксплуатацию месторождения при минимальном негативном влиянии внешних факторов.
Кроме того, интегрированный подход значительно улучшил координацию работы между специалистами и подразделениями, способствуя достижению поставленных целей. В результате, проектирование и реализация столь сложной и дорогостоящей системы обустройства в экстремальных арктических условиях стали возможными благодаря применению передовых технологий и методов комплексного моделирования, открывающих новые возможности для разработки аналогичных месторождений в других регионах мира.
Итак, интегрированное проектирование и обустройство месторождений с использованием комплексных моделей – действенный инструмент для оптимизации и снижения рисков при реализации сложных и капиталоемких проектов. Такой подход не только повышает технологическую и экономическую эффективность, но и обеспечивает устойчивую долгосрочную работу месторождения, что имеет огромное значение для успешной разработки арктических ресурсов [5, с.98].
Список литературы
- Богатырева, Е.В. Методика анализа эффективности комплексных схем обустройства и освоения группы морских газовых и газоконденсатных месторождений / Е.В. Богатырева, Н.Ю. Хохлова, Е.В. Алекина. - Естественные и технические науки. – 2023. – № 2(177). – с. 195-198. – Текст непосредственный
- Дряхлов, В.С. Совершенствование схемы подводного обустройства удаленных газоконденсатных месторождений / В.С. Дряхлов, Е.С. Юшин. – Деловой журнал Neftegaz.ru. – 2024. – №7 (151). – с.76-84. – Текст электронный
- Павлов, А.С. Совершенствование системы подготовки газа и газоконденсата на УППГ за счет применения системы НТК / А.С. Павлов. – Новые технологии - нефтегазовому региону: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Тюмень, 17–18 мая 2018 года. Том 2. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2018. – с. 108-109. – Текст непосредственный
- Потысьев, Е.А. Анализ принципов обустройства месторождений в мелководных условиях шельфа Арктики (на примере Северо-Каменномысского газоконденсатного месторождения) / Е.А. Потысьев. – Нефть и газ. – Сборник тезисов. Москва, 2016. – с.270. – Текст непосредственный
- Седлецкая, А.А. Интегированное моделирование для перспективного планирования разработки и обустройства газовых и газоконденсатных месторождений / А.А. Седлецкая, А.В. Сметанин. – Технологии обустройства нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Сборник тезисов VI научно-технической конференции. – Томск, 2023. – с. 52-54. – Текст непосредственный