Режимы нефтяных и газовых залежей

Потенциальная пластовая энергия залежи в процессе разработки переходит в кинетическую и расходуется на вытеснение нефти и газа из пласта. Характер проявления пластовой энергии, зависящей от природных условий и мероприятий по воздействию на пласт, называется режимом залежи. Названия режимам залежи принято давать по характеру проявления источников пластовой энергии на данный период времени. Выделяют пять режимов дренирования нефтяных и газовых залежей: водонапорный, упруго-водонапорный, газонапорный, режим растворенного газа и гравитационный. По мере отработки залежи эти режимы меняются и плавно переходят от одного к другому типу.

Большинство нефтяных залежей обладает водонапорным режимом. При нем залежь подпирается нижними краевыми или подошвенными водами, которые имеют хорошую гидродинамическую связь с областями питания, и скважины фонтанируют. По мере извлечения нефти освобождающийся объем порового пространства заполняется водой. Водонефтяной контакт непрерывно передвигается по направлению к скважине.

Когда количество поступающей в пласт воды равно количеству извлекаемой нефти, произ­водительность скважины и давление в пласте остаются в процессе эксплуатации постоянными. Классическим примером может служить добыча нефти из некоторых пластов Октябрьского нефтяного месторождения в Грозненском районе. Например, из XIII пласта в 1917 г. добыли 1,6 млн. т, через 13 лет в 1930 г. добыли 1,8 млн. т, а в 1947 г. тоже 1,8 млн. т. На этом же месторождении из XXII пласта в 1932 г. выкачали 0,75 млн. т нефти, и последующие 20 лет добыча оставалась на том же уровне. Связь нефтяных залежей Старогрозненского месторождения и водных источников, расположенных за несколько десятков километров в Горячеводске, установили по изменению их дебитов. Если добычу нефти из скважин увеличивали, дебит источников падал. Уменьшение отбора нефти приводило к увеличению дебита источников.

Если из пласта извлекают нефти больше, чем в него поступает воды, то давление в пласте и производительность скважины по­степенно снижаются и наступает момент, когда самоизлив нефти прекращается. Чтобы продлить разработку залежи на естественном водонапорном режиме, нужно просто не форсировать отбор нефти и ограничиться дебитами, которые может обеспечить естественная водонапорная система. При водонапорном режиме эксплуатация залежи прекраща­ется, когда подошвенная вода достигает самых высоких отметок пласта и вместо нефти из скважины поступает только вода. Коэффициент нефтеотдачи для залежей нефти с водонапорным режимом максимальный среди всех известных режимов и составляет 0,5–0,8.

Упруговодонапорный режим тоже определяется влиянием воды, только сказывается оно в другой форме. Вода обладает некоторой сжимаемостью, хотя и очень небольшой. При снижении давления на 1 МПа объем воды увеличивается на 1/2000–1/2500 своей величины. Объем нефти в зависимости от газонасыщенности возрастает от 1/70 до 1/400 начального объема, и даже объем горной породы при снижении давления на 1 МПа увеличивается на 1/10000–1/50000 первоначального объема. Приведенные значения чрезвычайно важны в случае огромных объемов водонапорных систем. Если площадь водоносного бассейна составляет десятки тысяч квадратных километров, то его объем может достигать сотен кубических километров. Когда пласт вскрывают скважинами, снижают давление и вызывают приток, в действие вступают скрытые в пласте упругие силы. Эти силы тем больше, чем больше размеры пласта. Расширяется не только газ, но и сама порода. При этом поры сужаются, а находящиеся в них флюиды выталкиваются.

Упруговодонапорный режим проявляется в том случае, когда водоносная часть пласта во много раз превышает нефтеносную. Он может хорошо действовать в замкнутых литологических ловушках, сжатых со всех сторон плотными глинами. В таких пластах благодаря упругому сжатию самого пласта и заключенных в нем жидкостей могут изначально существовать аномально высокие пластовые давления, и скважины на начальной стадии разработки дают очень много нефти и воды. Но упругий запас таких линз из-за их ограни­ченных размеров невелик, они быстро истощаются и нефтяные или водяные фонтаны иссякают.

Коэффициент нефтеотдачи при упруговодонапорном режиме дренирования залежи составляет всего 0,15. Его можно повысить до 0,8, применяя искусственные методы воздействия на пласт.

Газонапорный режим проявляется в нефтяных залежах с газовой шапкой. Объем и высота газовой шапки имеют большое значение: чем шапка больше, тем продолжительней проявление газонапорного режима. Расширяющийся газ по поверхности газонефтяного контакта давит сверху на нефтяную залежь подобно поршню, отжимает нефть вниз и подталкивает ее к скважинам. При наличии газовой шапки в залежи и нефть, как правило, обладает значительным газовым фактором. Выделяющиеся из нефти пузырьки газа поднимаются вверх и пополняют газовую шапку. Можно также с поверхности закачивать газ в газонасыщенную часть пласта, искусственно создавая в ней повышенное давление.

Если уровень газа понижается настолько, что газ прорывается в скважину, то притоки нефти уменьшаются, а энергия сжатого газа расходуется бесполезно. Поэтому газовую часть залежи пытаются сохранить как можно дольше. Газовую шапку изолируют и не допускают прорыва газа в скважину.

Коэффициент нефтеотдачи пласта при рассматриваемом режиме составляет 0,4–0,6. Газонапорный режим благоприятный для разработки нефтяной залежи, особенно в тех случаях, когда снизу сказывается еще и давление подошвенных вод. Газ добывают из залежи уже после извлечения нефти.

Режим растворенного газа проявляется в нефтяных залежах с высоким газовым фактором. Этот режим характерен для пластов с пологим падением и отсу­тствии газовой шапки. Основным источником пластовой энергии является давление расширяющихся пузырьков газа, которые выталкивают нефть к забоям скважин. Но газ имеет значительно меньшую вязкость, чем нефть, и поэтому пузырьки газа в своем движении опережают нефтяные струи и проскальзывают к забоям, не производя полезной работы по проталкиванию нефти. Коэффициенты нефтеотдачи при этом режиме наиболее низкие и состав­ляют 0,15–0,30. Запасы газа расходуются очень быстро.

Механизм действия режима растворенного газа можно понять при сравнении с шампанским или газированной водой. В бутылке под давлением находится гомогенная смесь жидкости и газа. Когда бутылку вскрывают, из нее фонтаном выплескивается содержимое. Через несколько секунд фонта-нирование из бутылки прекращается.

Источником энергии при гравитационном режиме яв­ляется сила тяжести самой нефти. Этот режим проявля­ется главным образом в крутопадающих пластах, где вы­сота столба нефти особенно значительна. Напор воды и давление газа в этом случае отсутствуют. Продвижение нефти к забоям скважин происходит под действием ее силы тяжести. Затем нефть откачивают насосами. Разработку неглубокой залежи на гравитационном режиме можно вести шахтным способом.

При разработкегазовых залежейрежим растворенного газа и гравита-ционный режим отсутствуют.

В природе не так уж часто встречается какой-нибудь естественный режим в чистом виде. Обычно дейтствуют смешанныережимы.