Природные режимы залежей нефти и газа

Природным режимом залежи нефти и газа называют совокупность естественных сил, которые обеспечивают перемещение нефти и газа в пласте к забоям добывающих скважин. Основные источники движущих сил в нефтяных залежах: упругость жидкости и породы, давление сжатого газа газовой шапки, упругость выделяющегося из нефти растворенного газа, собственная сила тяжести нефти, дифференциальная энергия внутренних поверхностей пористой среды и жидких фаз.

По признаку доминирующего проявления источника движущих сил выделяют режимы нефтяных залежей: водонапорный, упруговодонапорный, режим газовой шапки, растворенного газа, гравитационный.

В природе широко распространены режимы залежей, при которых нефть или газ извлекаются из пластов за счет действия двух или даже трех видов энергии. Такие природные режимы называются смешанными. Относительная роль каждого из видов энергии может быть различной на разных этапах разработки.

1 Упругий режим

Условие упругого режима – превышение пластового давления, точнее давления во всех точках пласта, над давлением насыще­ния нефти газом р_н. При этом забойное давление р_з не ниже р_н, нефть находится в однофазном состоянии. Приток нефти происходит за счет энергии упругости жидкости (нефти), связанной воды и породы — энергии их упругого расширения. При сниже­нии давления увеличивается объем нефти и связанной воды и уменьшается объем пор; соответствующий объем нефти посту­пает в скважины.

В объеме всего пласта упругий за­пас нефти составляет обычно малую долю (приблизительно 5— 10 %) по отношению к общему запасу, однако он может выра­жать довольно большое количество нефти в массовых единицах.

Упругий режим будет переходить во вторую разновидность — упруговодонапорный режим. Упруговодонапор­ный режим обусловлен проявлением энергии упругого расшире­ния 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 упруговодонапорного режимов ха­рактерно значительное снижение давления в начальный период постоянного отбора нефти (или снижение текущего отбора при постоянном давлении р_з). При упруговодонапорном режиме темп дальнейшего снижения давления (текущего отбора) за­медляется. 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 дей­ствует потенциальная энергия напора (положения) контур­ной воды.

2 Водонапорный режим

С момента начала распространения депрессионной воронки за пределы водонефтяного контакта (ВНК) в законтурную водо­носную область вода внедряется в нефтяную зону и вытесняет нефть к забоям добывающих скважин. Когда наступает равно­весие (баланс) между отбором из залежи жидкости и поступле­нием в пласт краевых или подошвенных вод при пластовых тер­модинамических условиях, проявляет себя водонапорный ре­жим, который еще называют жестким водонапорным вследствие равенства количеств отобранной жидкости (нефти, воды) и вторгшейся в залежь воды. Существование его связывают с на­личием контура питания и с закачкой в пласт необходимых объ­емов воды для выполнения этого условия. В естественных усло­виях такой режим в чистом виде не встречается, однако его выделение способствует успешному и достаточно надежному проектированию процесса извлечения нефти. Нарушение равно­весия между отбором жидкости и поступлением воды приводит к тому, что начинают играть роль энергии других видов: при увеличении поступления воды — энергия упругости; при умень­шении поступления воды (увеличении отбора) и снижении дав­ления ниже давления насыщения — энергия расширения раство­ренного газа. При водонапорном режиме нефть в пласте нахо­дится в однофазном состоянии; выделения газа в пласте не происходит, как и при упругом режиме.

3 Режим растворенного газа

Режим растворенного газа обусловлен проявлением энергии расширения растворенного в нефти газа при снижении давле­ния ниже давления насыщения. Снижение давления ниже зна­чения р_н сопровождается выделением из нефти ранее растворен­ного 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 р_пл = р_н). Этот режим протекает в две фазы. В течение первой фазы депрессионная воронка каждой скважины расширяется до слия­ния 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 харак­терны высокий темп снижения пластового давления (отборов нефти) и непрерывное изменение газового фактора (отношение расхода добываемого газа, приведенного к стандартным условиям, к расходу дегазированной нефти): вначале увеличение до максимального значения, затем уменьшение. Если залежь ха­рактеризуется некоторым превышением начального давления р_пл над давлением р_и, то в начальный период при снижении дав­ления до значения р_и она работает за счет энергии упругости либо за счет энергий упругости и напора вод.

4 Газонапорный режим

Газонапорный режим (режим газовой шапки) связан с преиму­щественным проявлением энергии расширения сжатого свобод­ного газа газовой шапки. Под газовой шапкой понимают скоп­ление свободного газа над нефтяной залежью, тогда саму за­лежь называют нефтегазовой (или нефтегазоконденсатной). В зависимости от состояния давления в газовой шапке разли­чают газонапорный режим двух видов: упругий и жесткий.

При упругом газонапорном режиме в результате некоторого снижения давления на газонефтяном контакте (ГНК) вслед­ствие отбора нефти начинается расширение объема свободного газа газовой шапки и вытеснение им нефти. По мере отбора нефти из залежи давление газа уменьшается.

Жесткий газонапорный режим отличается от упругого тем, что давление в газовой шапке в процессе отбора нефти остается постоянным. Такой режим в чистом виде возможен только при непрерывной закачке в газовую шапку достаточного количества газа или же в случае значительного превышения запасов газа над запасами нефти (в объемных единицах при пластовых усло­виях), когда давление в газовой шапке уменьшается незначи­тельно по мере отбора нефти.

В условиях проявления газонапорного режима начальное давление р_пл (на уровне ГНК) равно давлению р_н. Поэтому при создании депрессии давления происходит выделение растворен­ного газа и нефть движется по пласту за счет энергии его рас­ширения. Часть газа сегрегирует в повышенные зоны и попол­няет газовую шапку. Это способствует замедлению темпов сни­жения пластового давления, а также обусловливает малое значение газового фактора для скважин, удаленных от ГНК. Скважины, расположенные вблизи ГНК, характеризуются очень высоким значением газового фактора вследствие прорывов газа.

5 Гравитационный режим

Гравитационный режим начинает проявляться тогда, когда дей­ствует только потенциальная энергия напора нефти (гравита­ционные силы), а остальные энергии истощились. Выделяют такие его разновидности:

1) гравитационный режим с перемещающимся контуром нефтеносности (напорно-гравитационный), при котором нефть под действием собственного веса перемещается вниз по паде­нию крутозалегающего пласта и заполняет его пониженные ча­сти; дебиты скважин небольшие и постоянные;

2) гравитационный режим с неподвижным контуром нефте­носности (со свободной поверхностью), при котором уровень нефти находится ниже кровли горизонтально залегающего пла­ста; дебиты скважин меньше дебитов при напорно-гравитацион­ном режиме и со временем медленно уменьшаются.

6 Смешанные режимы

Режим, при котором возможно одновременное проявление энер­гий растворенного газа, упругости и напора воды, называют сме­шанным. Его рассматривают зачастую как вытеснение гази­рованной нефти (смеси нефти и свободного газа) водой при сни­жении р_з ниже р_н. Давление на контуре нефтеносности может равняться р_н или быть выше его. Такой режим протекает в не­сколько фаз: сначала проявляется энергия упругости нефти и породы, затем подключается энергия расширения растворенного газа и дальше — энергия упругости и напора водонапорной об­ласти. К такому сложному режиму относят также сочетание газо- и водонапорного режимов (газоводонапорный режим), ко­торое иногда наблюдается в нефтегазовых залежах с водона­порной областью. Особенность такого режима — двухстороннее течение жидкости: на залежь нефти одновременно наступает ВНК и ГНК, нефтяная залежь потокоразделяющей поверх­ностью (плоскостью; на карте линией) условно делится на зону, разрабатываемую при газонапорном режиме, и зону, разраба­тываемую при водонапорном режиме.