Режим работы нефтяных и газовых залежей

Природным режимом залежи называют совокупность естественных сил, способствующих перемещению нефти и газа к забоям добывающих скважин.

В процессе разработки нефтяных залежей вытеснение нефти к забоям добывающих скважин происходит под действием различных природных видов пластовой энергии.

Основными источниками движущих сил являются:

- горное давление;

-         упругость жидкости, газа и породы-коллектора;

-         давление сжатого газа газовой шапки;

-         упругость выделяющегося из нефти растворенного газа;

-         напор контурных и подошвенных пластовых вод;

-         сила тяжести нефти.

Проявление указанных видов пластовой энергии при разработке каждой конкретной залежи, зависит от совокупности геологических и технологических факторов.

Совокупность естественных и искусственных факторов, определяющих процессы, проявляющиеся в пористом пласте при его дренировании системой эксплуатационных и нагнетательных скважин, называется режимом пласта. По виду пластовой энергии выделяют след.режимы работы нефтяных залежей:

1.      Водонапорный;

2.       Упруго-водонапорный;

3.       Газонапорный режим (режим газовой «шапки»);

4.       Растворенного газа;

5.      Гравитационный.

Первые три режима представляют собой режимы вытеснения, а последние два - режимы истощения пластовой энергии.

А. Водонапорный режим

Осн.движущ.сила – напор краевых и подошвенных вод.

Водонапорный режим проявляется тогда, когда законтурная водоносная обл. м/р связана с земн.пов-тью и постоянно пополняется дождевыми и талыми водами (рис. 4.1). Место выхода пласта на пов-сть или пополнения его водой называется областью или контуром питания.

  Условие существования водонапорного режима - , где Pпл - среднее пластовое давление, Pнас - давление насыщения.

Пластовое давление в залежах равно гидростатическому давлению столба воды высотой, равной глубине залегания пласта. Давление после некоторого снижения в начальной стадии разработки остается в дальнейшем практически постоянным при установленных темпах отбора жидкости (2 - 8 % от извлекаемых запасов в год).

Проницаемый пласт 2 ( рис. 2.3 ) обеспечивает гидродинамическую связь области отбора нефти 1 с областью питания 3, которой может служить естественный водоем  -  русло реки.

Стабильность газового фактора обусловлено тем, что при Pпл > Pнас выделения газа в пласте не происходит, с каждой тонной нефти добывают только то количество газа, которое было в ней растворено при пластовых условиях (рис. 2.4 его нет).  Обводнение скважины происходит относительно быстро.

В процессе эксплуатации залежи дебиты и давления остаются почти постоянными, если не нарушается баланс между отбором жидкости из пласта и поступлением воды в пласт. При нарушении этого баланса давление зависит от текущего отбора жидкости. Газовые факторы остаются низкими и постоянными, если не нарушается указанный баланс и давление не падает ниже давления растворимости газа в нефти. Во время эксплуатации наблюдаются непрерывное перемещение контура нефтеносности и обводнение нефтяных скважин.

Эффективность водонапорного режима зависит от размеров водонапорной системы, коллекторских свойств пласта и гипсометрической разности между глубиной залегания продуктивных пород и высотой выхода их на поверхность. При эффективном водонапорном режиме ширина водонапорной системы (если считать от внешней границы залежи нефти) обычно составляет не менее 15—25 км, а проницаемость пород — не менее 1 мкм2. Классическим примером проявления водонапорного режима в месторождениях Советского Союза, где он и был детально изучен (Н. Т. Линдтропом), являются пласты XIII и XVI Октябрьского (Ново-Грозненского) месторождения.

При эффективном водонапорном режиме коэффициент нефтеотдачи достигает 0,8. Интенсивность проявления водонапорного режима зависит не только от указанных выше природных факторов, но и от темпа отбора жидкости из пласта в целом, а также из отдельных его участков.

Опыт разработки месторождений с водонапорным режимом показал, что естественные условия режима нередко сохраняются при годовом отборе жидкости из пласта не более 6% от промышленных запасов нефти в залежи. Эта средняя цифра, конечно, может изменяться в зависимости от свойств коллектора, содержащего залежь, и свойств жидкостей и газов, его насыщающих. Если необходимо осуществлять большой отбор жидкости из пласта, нужно прибегать к искусственному воздействию на пласт, чтобы предотвратить падение давления ниже давления растворимости газа в нефти и переход на менее эффективный режим работы пласта.

Б. Упругий режим

При этом режиме вытеснение нефти происходит под действием упругого расширения самой нефти, окружающей нефтяную залежь воды и скелета пласта. Условием существования этого режима является Pпл > Pнас.

Геологическими условиями, благоприятствующими существованию упругого режима, являются:

• залежь закрытая, не имеющая регулярного питания;
• обширная водонасыщенная зона, находящаяся за пределами контура нефтеносности;
• отсутствие газовой шапки;
• наличие эффективной гидродинамической связи нефтенасыщенной части пласта с законтурной областью;
• превышение пластового давления над давлением насыщения.

-Чтобы при приемлемом темпе снижения среднего давления в пласте Рпл за разумные сроки отобрать запасы нефти, нужно иметь очень большое отношение объема упругой системы к геологическим запасам нефти.

-При разработке залежи в условиях упругого режима быстрое понижение давления происходит в пределах самой залежи, а во всей системе, питающей залежь упругой энергией давления (в законтурной области), снижается медленно. Упругие силы могут проявляться при любом режиме. Поэтому упругий режим правильнее рассматривать не как самостоятельный режим, а как фазу водонапорного режима. В период проявления этой фазы основным источником энергии является упругость жидкости (нефти и воды) и породы.

Упруго-водонапорный режим наиболее ярко проявляется при плохой сооб- щаемости (или отсутствии сообщения) нефтяной залежи с областью питания или весьма значительной отдаленности (50— 100 км) области питания от залежи нефти.

Упруго-водонапорному режиму свойственны те же характерные черты, что и водонапорному, однако при эффективном водонапорном режиме в случае неизменяющегося отбора жидкости установившееся динамическое давление в пласте остается также стабильным (до момента изменения режима отбора жидкости из пласта), а при упруго-водонапорном режиме, даже в случае стабильного темпа отбора жидкости из пласта, оно непрерывно снижается. Таким образом, пластовое давление при этом режиме в каждый данный момент эксплуатации зависит и от текущего и от суммарного отбора жидкости из пласта.

По сравнению с водонапорным упруго-водонапорный режим менее эффективен: коэффициент нефтеотдачи колеблется в пределах 0,5— 0,7. Для обеспечения соответствующих отборов нефти при этом режиме необходимо проводить мероприятия по воздействию на пласт. Этот режим наблюдается в ряде месторождений восточных районов (Туймазы, Ромашкино) и др.

В. Газонапорный режим (режим газовой «шапки»)

Основной энергией, продвигающей нефть по пласту при газонапорном режиме, является напор газа газовой шапки. При наличии огромной газовой шапки по сравнению с залежью нефти в процессе эксплуатации залежи дебиты и давления остаются почти постоянными, если не нарушается баланс между отбором нефти и скоростью продвижения контакта газ — нефть.

Необходимые условия:

• залежь должна быть изолирована по периферии непроницаемыми породами или тектоническими нарушениями;
• законтурная вода, если она имеется, не должна быть активной;
• нефтяная залежь должна находиться в контакте с газовой шапкой.

Pпл нач = Pнаc

-Темп изменения среднего пластового давления при разработке такой залежи может быть различным в зависимости от темпов разработки и от соотношения объемов газовой шапки и нефтенасыщенной части залежи.

-Изменение пластового давления происходит по криволинейному закону и темп падения давления тем больше, чем меньше объем газовой шапки по отношению к объему нефтяной части залежи

-Для этого режима характерен законо-мерный рост газового фактора и переход скважин на добычу чистого газа по мере выработки запасов нефти и расширения газовой шапки. Продукция скважин, как правило, безводная.

В этих условиях пластовое давление зависит от суммарного отбора жидкости из пласта и непрерывно снижается. Газовые факторы остаются постоянными, если не нарушается баланс между отбором жидкости из пласта и скоростью продвижения контакта газ — нефть (т. е. давление в отдельных участках пласта не снижается ниже давления растворимости газа в нефти). В процессе эксплуатации залежи наблюдается непрерывное перемещение контура газоносности (и контакта газ — нефть).

Эффективность газонапорного режима зависит от соотношения размеров газовой шапки и залежи нефти, а также от коллекторских свойств пласта и характера структуры. Благоприятными условиями для проявления этого режима являются высокая проницаемость коллекторов (особенно вертикальная, вкрест напластования), большие углы наклона пластов (хорошая выраженность структуры) и малая вязкость нефти.

По мере извлечения нефти из пласта и снижения давления в нефтяной зоне газовая шапка расширяется, и газ продвигает нефть в пониженные части пласта к забоям скважин. Даже при наличии в пониженной части пласта краевых вод газ как источник энергии на первом этапе эксплуатации преобладает. Однако при некотором напоре краевых вод по мере снижения давления в газовой шапке может начаться перемещение нефти из нефтяной зоны пласта в газовую шапку. Такое перемещение нежелательно, так как нефть, смачивающая сухие пески газовой шапки, может быть безвозвратно потеряна. В связи со сказанным выпуск газа из газовой шапки, а также эксплуатация скважин с высоким газовым фактором при газонапорном режиме недопустимы; газ газовой шапки нужно всемерно беречь, а в случае необходимости надо закачивать газ в газовую шапку для того, чтобы предотвратить продвижение в нее нефти из нефтяной зоны пласта.

Коэффициент нефтеотдачи при газонапорном режиме колеблется в пределах 0,5-0,7.

Месторождениями, имеющими огромную газовую шапку с оторочкой нефти, являются, например, Бугурусланское (Новостепановский район и Калиновский уча- сток)и др.

Г. Режим растворенного газа

При режиме растворенного газа нефть продвигается по пласту к забоям скважин под действием энергии пузырьков расширяющегося газа при выделении его из нефти.

В процессе эксплуатации залежи дебит и давление непрерывно снижаются. Давление зависит от суммарного отбора нефти из пласта. Газовые факторы в начальную стадию разработки быстро возрастают, а в дальнейшем по мере истощения залежи снижаются. Появление в пласте (в результате снижения пластового давления) свободного газа даже в количестве 7% (от объема пор) сильно снижает фазовую проницаемость для нефти, что приводит к резкому снижению эффективности рассматриваемого режима. Коэффициент нефтеотдачи при этом режиме составляет 0,2-0,4.

При режиме растворенного газа контурные воды не продвигаются или же продвигаются и внедряются в залежь весьма незначительно по сравнению с отбором нефти из нефтяной зоны. Это обусловлено плохими коллекторскими свойствами пласта в приконтурной части залежи нефти и взаимодействием вод и пород в приконтурной зоне пласта. В связи с этим даже в начальном положении контур нефтеносности не совпадает с изогипсами пласта, а сечет их, что наблюдалось, например, в северо-восточной части залежи нефти (пласт С2) Апшеронского месторождения (Майкопский район).

Обычно режим растворенного газа присущ пластам со значительной фациаль- ной изменчивостью, в которых вертикальная проницаемость хуже горизонтальной и структура характеризуется небольшими углами наклона. Как уже указывалось, этот режим может проявляться в пластах с водонапорным режимом и режимом газовой шапки в том случае, когда высокие дебиты скважин не соответствуют скорости продвижения контурных вод или контакта газ — нефть, что приводит к снижению давления ниже давления растворимости газа в нефти.

Условия существования режима растворенного газа:

o   Pпл < Рнас (пластовое давление меньше давления насыщения);

o   отсутствие законтурной воды или наличие неактивной законтурнойводы;

o   отсутствие газовой шапки;

o   геологическая залежь должна быть запечатана.

• При этих условиях пластовая энергия равномерно распределена во всем объеме нефтенасыщенной части пласта. При таком режиме правомерен принцип равномерного размещения скважин по площади залежи.
• Режим растворенного газа характеризуется быстрым падением пластового давления и закономерным увеличением газового фактора, который на определенной стадии разработки достигает максимума, а затем начинает падать в результате общего истощения и полной дегазации месторождения. Режим отличается низким коэффициентом нефтеотдачи, в редких случаях достигающим значений 0,25.
• Без искусственного воздействия на залежь (например, закачкой воды или другими методами) режим считается малоэффективным. Однако в началь-ные периоды разработки скважины бурно фонтанируют, хотя и непродолжительное время. При дренировании залежи в условиях режима растворенного газа (при отсутствии искусственного воздействия) вода в продукции скважин отсутствует.

Д. Гравитационный режим

При гравитационном режиме движение нефти по пласту к забоям скважин происходит за счет силы тяжести самой нефти. Различают напорно-гравитационный режим и режим со свободным зеркалом нефти.

Напорно-гравитационный режим наблюдается в том случае, когда пласт имеет высокую проницаемость и более или менее круто наклонен, что облегчает продвижение нефти в его пониженные части. При этом режиме дебиты скважин, особенно тех, которые расположены далеко вниз по падению пласта, могут быть более или менее высокими, что приводит к более высокому коэффициенту нефтеотдачи.

Например, по пласту Вилькокс (месторождение Оклахома-Сити, США), имевшему режим растворенного газа, к моменту истощения газовой энергии и началу гравитационного режима нефтеотдача составила всего 23%; благодаря высоким коллекторским свойствам пласта и благоприятным условиям проявления гравитационного режима конечная нефтеотдача пласта достигла почти 50%, т. е. за счет гравитационного режима дополнительно получено 27% промышленного запаса нефти. Гравитационный режим со свободным зеркалом нефти обычно наблюдается в пластах с пологим залеганием и плохими коллекторскими свойствами.

В этом случае уровни в скважинах обычно находятся ниже кровли пласта. Нефть притекает лишь из площади, находящейся в зоне расположения данной скважины, в результате чего образуется свободная поверхность нефти, определяющаяся линией естественного «откоса».