Материал: Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений.

где P=pF — сила, равная произведению давления р на площадь F; А1— линейная деформация (расширение).

Следовательно, чем больше упругость и объем V среды (воды, нефти, газа, породы), давление р и возможное снижение давления Ар, тем больше потенциальная энергия упругой де­ формации. Количество пластовой воды и свободного газа опре­ деляется соответственно размерами водоносной области и газо­ вой шапки, а количество растворенного в нефти газа — объемом нефти Г„ и давлением рн насыщения нефти газом (по закону Генри) или газосодержанием (газонасыщенностью) пластовой нефти Г0 (объемное количество растворенного газа, измерен­ ного в стандартных условиях, которое содержится в единице объема пластовой нефти):

где ар — коэффициент растворимости газа в нефти.

Отсюда следует, что основными источниками пластовой энер­ гии служат:

энергия напора (положения) пластовой воды (контурной, подошвенной);

энергия расширения свободного газа (газа газовой шапки); энергия расширения растворенного в нефти газа; энергия упругости (упругой деформации) жидкости (воды,

нефти) и породы; энергия напора (положения) нефти.

Энергии этих видов могут проявляться в залежи совместно,

аэнергия упругости нефти, воды, породы наблюдается всегда.

Внефтегазовых залежах в присводовой части активную роль играет энергия газовой шапки, а в приконтурных зонах — энер­ гия напора или упругости пластовой воды. В зависимости от темпа отбора нефти добывающие скважины, расположенные вблизи внешнего контура нефтеносности, могут создавать такой экранирующий эффект, при котором в центре залежи действует в основном энергия расширения растворенного газа, а на пери­ ферии — энергия напора или упругости пластовой воды и т. д. Эффективность расходования пластовой энергии, т. е. количе­ ство получаемой нефти на единицу уменьшения ее величины, за­ висит от вида и начальных запасов энергии, способов и темпа отбора нефти.

На основании изложенного можно сказать, что значение пла­ стовой энергии зависит от давления, упругости жидкости (нефти, воды) и породы, газосодержания, объемов воды и газа, связанных с нефтяной залежью. Искусственная энергия вво­ дится в пласт при закачке в нагнетательные скважины воды, газа, пара и различных растворов.

Пластовая энергия расходуется на преодоление разного рода

сил сопротивления, гравитационных, капиллярных сил при пе­ ремещении нефти и проявляется в процессе снижения давления, создания депрессии на пласт-коллектор Ар (разности между пластовым рпл и забойным р3 давлениями).

По преобладающему виду энергии различают следующие ре­ жимы работы нефтяных залежей: водонапорный; упругий; рас­ творенного газа; газонапорный; гравитационный; смешанные. Такое деление на режимы в «чистом виде» весьма условно. При реальной разработке месторождений в основном отмечают сме­ шанные режимы.

Упругий режим

Условие упругого режима — превышение пластового давления, точнее давления во всех точках пласта, над давлением насыще­ ния нефти газом рн. При этом забойное давление р3 не ниже р», нефть находится в однофазном состоянии. Созданное в добы­ вающей скважине возмущение давления (депрессия) распрост­ раняется с течением времени в глубь пласта (наблюдается первая фаза упругого режима). Вокруг скважины образуется увеличивающаяся депрессионная воронка. Приток нефти проис­

ходит за счет энергии упругости жидкости (нефти),4связанной воды и породы — энергии их упругого расширения. При сниже­ нии давления увеличивается объем нефти и связанной воды и уменьшается объем пор; соответствующий объем нефти посту­ пает в скважины. Затем депрессионные воронки отдельных скважин, расширяясь, сливаются, образуется общая депрессионная воронка, которая по мере отбора нефти, распространяется до границ залегания залежи.

Если залежь литологически или тектонически ограничена (замкнута), то в дальнейшем наступает вторая фаза упругого режима, в течение которой на контуре ограничения пласта, со­ впадающим с контуром нефтеносности, давление уменьшается во времени; уменьшается также давление в залежи. Упругий ре­ жим может быть продолжительным при значительном недонасыщении нефти газом. В противном случае этот режим быстро может перейти в другой вид. В объеме всего пласта упругий за­ пас нефти составляет обычно малую долю (приблизительно 5— 10 %) по отношению к общему запасу, однако он может выра­ жать довольно большое количество нефти в массовых единицах. В случае ограниченности залежи во второй фазе проявляется разновидность упругого режима — замкнуто-упругий режим.

Если залежь не ограничена, то общая депрессионная во­ ронка будет распространяться в законтурную водоносную об­ ласть, значительную по размерам и гидродинамически связан­ ную с залежью. Упругий режим будет переходить во вторую разновидность — упруговодонапорный режим. Упруговодонапор­ ный режим обусловлен проявлением энергии упругого расшире­ ния нефти, связанной воды, воды в водоносной области, пород пласта в нефтяной залежи и в водоносной области и энергии напора краевых вод в водоносной области.

Для замкнуто-упругого и упруговодонапорного режимов ха­ рактерно значительное снижение давления в начальный период постоянного отбора нефти (или снижение текущего отбора при постоянном давлении р3). При упруговодонапорном режиме темп дальнейшего снижения давления (текущего отбора) за­ медляется. Это связано с тем, что зона возмущения охватывает увеличивающиеся во времени объемы водоносной области и для обеспечения одного и того же отбора нефти требуется уже меньшее снижение давления. Если внешняя граница водоносной области находится выше (на более высокой гипсометрической отметке), чем забой скважины, то кроме энергии упругости дей­ ствует потенциальная энергия напора (положения) контур­ ной воды.

Водонапорный режим1

С момента начала распространения депрессионной воронки за пределы водонефтяного контакта (ВНК) в законтурную водо­ носную область вода внедряется в нефтяную зону и вытесняет нефть к забоям добывающих скважин. Когда наступает равно­ весие (баланс) между отбором из залежи жидкости и поступле­ нием в пласт краевых или подошвенных вод при пластовых тер­ модинамических условиях, проявляет себя водонапорный ре­ жим, который еще называют жестким водонапорным вследствие равенства количеств отобранной жидкости (нефти, воды) и вторгшейся в залежь воды. Существование его связывают с на­ личием контура питания и с закачкой в пласт необходимых объ­ емов воды для выполнения этого условия. В естественных усло­ виях такой режим в чистом виде не встречается, однако его выделение способствует успешному и достаточно надежному проектированию процесса извлечения нефти. Нарушение равно­ весия между отбором жидкости и поступлением воды приводит к тому, что начинают играть роль энергии других видов: при увеличении поступления воды — энергия упругости; при умень­ шении поступления воды (увеличении отбора) и снижении дав­ ления ниже давления насыщения — энергия расширения раство­ ренного газа. При водонапорном режиме нефть в пласте нахо­ дится в однофазном состоянии; выделения газа в пласте не происходит, как и при упругом режиме.

Режим растворенного газа

Режим растворенного газа обусловлен проявлением энергии расширения растворенного в нефти газа при снижении давле­ ния ниже давления насыщения. Снижение давления ниже зна­ чения рн сопровождается выделением из нефти ранее растворен­ ного в ней газа. Пузырьки этого газа, расширяясь, продвигают нефть и сами перемещаются по пласту к забоям скважин. Часть пузырьков газа сегрегирует (всплывает), накапливаясь в своде структуры и образуя газовую шапку. Режим растворенного газа в чистом виде может проявиться в пласте, содержащем нефть, полностью насыщенную газом (начальное давление рпл=рн). Этот режим протекает в две фазы. В течение первой фазы депрессионная воронка каждой скважины расширяется до слия­ ния с воронками других скважин или до естественной границы пласта (контура нефтеносности). Во второй фазе происходит общее снижение давления в залежи и на линиях слияния депрессионных воронок или на границе пласта. Для него харак­ терны высокий темп снижения пластового давления (отборов нефти) и непрерывное изменение газового фактора (отношение расхода добываемого газа, приведенного к стандартным усло­