6.3.3. Режимы нефтяных залежей

На каждом этапе разработки добыча нефти и газа осуществляет­ся под преимущественным воздействием одного, иногда нескольких источников пластовой энергии.

Характер проявления пластовой энергии, двигающей нефть и газ по пласту к забоям скважин и зависящей от природных условий и ме­роприятий по воздействию на пласт, называется режимом залежи.

О режимах залежи судят по изменению во времени дебитов сква­жин, пластовых давлений, газовых факторов и по продвижению кра­евых вод.

Названия режимам принято давать по характеру проявле­ния основных источников пластовой энергии в определенный пе-

- 294 -

риод эксплуатации. В соответствии с этим выделяют следующие естественные режимы нефтяных залежей: водонапорный, упруго­водонапорный, режим растворенного газа, газонапорный (или ре­жим газовой шапки) и гравитационный.

Кроме перечисленных режимов в залежах могут проявляться смешанные режимы, возникающие при одновременном действии двух или нескольких источников пластовой энергии.

Распознавание режима работы залежи на ранней стадии позво­ляет более обоснованно проектировать рациональную систему раз­работки залежи, обеспечивающую максимальное извлечение нефти и газа из недр.

Водонапорный режим

Основным источником пластовой энергии при водонапорном режиме является напор краевых (подошвенных) вод. Краевые воды внедряются в залежь и замещают объем отобранной из пласта неф­ти. Тем самым в пласте поддерживается давление.

Постоянство напора краевых вод зависит от ряда геологических и гидрогеологических факторов, к которым относят близкое распо­ложение залежи к области питания, хорошую сообщаемость между залежью и областью питания с высоким расходом поверхностных и атмосферных вод и большую разницу между их гипсометрически­ми уровнями. Быстрая передача давления от контакта нефти с водой к забоям добывающих скважин обеспечивается высокой проницае­мостью пласта-коллектора, не осложненного различного рода фаци- альными замещениями.

В залежах с водонапорным режимом темп отбора нефти является основным показателем, определяющим изменение пластового дав­ления. Он может достигать 7...8% от начальных извлекаемых запа­сов нефти в залежи.

В период работы залежи на водонапорном режиме отборы нефти могут удерживаться на одном уровне (рис. 103). Пластовое давление вначале немного снижается, а затем держится на одном уровне выше давления насыщения, поэтому газовые факторы низки и не изменя­ются во времени. Под действием постоянного напора краевых вод происходят постепенный подъем водонефтяного контакта и обвод­нение добывающих скважин. В конечный период разработки, ког­да большинство скважин обводнилось и отключено, годовые отборы резко снижаются, а пластовое давление возрастает.

Водонапорный режим является самым эффективным режимом. Для него характерен очень высокий коэффициент извлечения неф­ти, иногда до 0,8. Такая нефтеотдача достигается только при соблю­дении оптимальных темпов отбора.

Упруго-водонапорный режим

При упруго-водонапорном режиме основным источником пла­стовой энергии служат упругие силы воды, нефти и пород, сжатых

- 295 -

Рис. 103. График водонапорного режима нефтяной залежи. Текущая добыча:

Т_н — нефти, Т_в — воды; F— газовый фактор; давление: Р_НАЧ — начальное, Р_ПЛ — пластовое, Р_НАЛ — насыщения;

Т_ж — суммарный отбор жидкости;

η — текущий коэффициент извлечения нефти

в недрах давлением. Проявление упругих сил обусловлено слабым напором краевых вод, не обеспечивающим поддержание пласто­вого давления при устанавливаемых годовых темпах отбора нефти 4—5% от начальных извлекаемых запасов. Для залежей с упруго­водонапорным режимом характерна слабая связь с областью пита­ния, обусловленная удаленностью от нее, низкой проницаемостью и резкой неоднородностью пластов-коллекторов. Начальное пласто­вое давление значительно выше давления насыщения.

С момента ввода скважин в эксплуатацию вокруг забоя образу­ется зона пониженного давления. В этой зоне нефть, связанная вода и зерна породы под действием упругих сил начинают расширять­ся, создавая дополнительное давление, способствующее движению нефти к забоям скважин. Продолжающийся отбор нефти расширя­ет зону пониженного давления, освобождая упругие силы на зна­чительных расстояниях от добывающих скважин. Постепенно зона снижения давления распространяется на водоносную часть пласта, вследствие чего происходит высвобождение упругих сил расширя­ющихся воды и зерен породы на огромной площади. Создаваемый ими напор способствует движению воды в направлении зоны отбо­ра. В результате начинается внедрение воды в залежь и неравномер­ное перемещение водонефтяного контакта. В связи с резкой неод­нородностью продуктивного пласта вода по наиболее проницаемым

- 296 -

каналам прорывается к забоям скважин, способствуя их преждевре­менному обводнению. Вследствие этого возрастает процент обвод­ненности продукции.

При упруго-водонапорном режиме пластовое давление сначала понижается, а затем поддерживается постоянным в зависимости от текущих и суммарных отборов нефти из пласта, но выше давления насыщения. В связи с этим газовый фактор в процессе эксплуатации остается без изменения. Если увеличивать темпы отбора, пластовое давление будет снижаться и, когда оно окажется меньше давления насыщения, в залежи начнет проявляться менее эффективный ре­жим растворенного газа (рис. 104).

Рис. 104. График упруго-водонапорного режима нефтяной залежи Условные обозначения см. на рис. 103

При упруго-водонапорном режиме коэффициент извлечения нефти не превышает 0,45.

Чтобы увеличить темпы отбора нефти, в залежах с упруго­водонапорным режимом необходимо постоянно поддерживать пла­стовое давление путем закачки воды -в пласт, т.е. создавать тем са­мым искусственный водонапорный режим.

Режим растворенного газа

Упругость расширяющихся пузырьков растворенного газа пред­ставляет собой основную форму пластовой энергии в залежах нефти, не имеющих никакой или почти никакой гидродинамической свя­зи с краевыми водами. В залежах с этим режимом начальное пласто­вое давление примерно равно давлению насыщения. В связи с этим уже после первых отборов нефти пластовое давление оказывается ниже давления насыщения (рис. 105). В результате начинается вы­свобождение энергии растворенного газа путем образования и рас­ширения пузырьков. В этот момент они придают образующейся га-

- 297 -

Рис. 105. График режима растворенного газа нефтяной залежи

Условные обозначения см. на рис. 103

зонефтяной смеси высокую степеньупругости, способствуют умень­шению вязкости нефти и облегчают движение смеси к забоям добы­вающих скважин. Рассматриваемый период разработки залежи ха­рактеризуется постоянным снижением пластового давления, отно­сительным постоянством газового фактора и ростом текущих отбо­ров до максимума.

Увеличиваясь в размере и обладая большей по сравнению с неф­тью подвижностью, пузырьки газа прорываются к забоям скважин, опережая фильтрацию нефти. В этот период резко возрастает «газо­вый фактор» и снижается фазовая проницаемость для нефти. В то же время нефть, потеряв основную часть растворенного в ней газа, становится более вязкой и менее подвижной. Поэтому, несмотря на продолжающееся падение пластового давления, текущие отборы нефти начинают резко снижаться до минимума.

В связи с тем, что содержание растворенного газа в нефти огра­ничено, его энергия падает, выделение газа из нефти прекращается. В итоге газовый фактор снижается до минимума.

Таким образом, при режиме растворенного газа темп падения пластового давления зависит от суммарного отбора нефти и газа.

Изложенное выше свидетельствует о низкой эффективности ре­жима растворенного газа. Коэффициент извлечения нефти коле­блется в зависимости от условий в пределах 0,1...0,3.

Для повышения эффективности разработки залежей с режимом растворенного газа применяют различные методы поддержания пла­стового давления: обратную закачку в пласт газа, ранее извлеченно­го с нефтью; закачку воздуха или приконтурное и внутриконтурное заводнения.

- 298 -

Когда энергия, аккумулированная растворенным газом, в пласте полностью израсходуется, в залежи установится гравитационный режим со свободным зеркалом нефти.

Газонапорный режим (режим газовой шапки)

Газонапорный режим создается в нефтяной залежи за счет энер­гии газа, первоначально сжатого в газовой шапке и расширяющегося при снижении пластового давления вследствие отборов нефти в до­бывающих скважинах. Создаваемый расширяющимся газом напор вытесняет нефть в направлении забоев скважин, способствуя опу­сканию газонефтяного контакта.

Вследствие особенностей геологического строения продуктив­ных пластов и газонефтяных залежей газонапорный режим является составной частью смешанного режима, действующего в таких зале­жах и обусловленного энергией, создаваемой газом, растворенным в нефти, расширяющимся газом газовой шапки и упругими силами краевых вод. При слабой гидродинамической связи нефтяной зале­жи с краевыми волами смешанный режим обусловливается первыми двумя видами пластовой энергии. Газонапорный режим тем эффек­тивнее, чем контрастнее структура, выше этаж газоносности, лучше проницаемость коллекторов и меньше вязкость нефти.

Так как в нефтяной части залежи начальное пластовое давление примерно равно давлению насыщения, с первыми отборами неф­ти в залежи первоначально проявляется режим растворенного газа. С увеличением депрессионной воронки начинает расширяться газо­вая шапка, а когда область снижения давления достигнет границ не­фтяной залежи, приходят в действие упругие силы краевых вод, спо­собствуя медленному подъему водонефтяного контакта.

В результате отборов нефти давление в газовой шапке постоян­но снижается, что влечет снижение добычи и рост газового фактора. Часть растворенного газа может переходить в свободное состояние и мигрировать в газовую шапку. Поэтому для сохранения пластовой энергии следует избегать выпуска газа из газовой шапки, эксплуата­ции скважин с высоким газовым фактором и прорыва нефти в кол­лекторы газовой шапки. С этой целью в газовую шапку закачивают газ. Соблюдение таких условий способствует увеличению коэффи­циента извлечения нефти.

Гравитационный режим

Гравитационный режим обычно проявляется на последней ста­дии разработки нефтяной залежи, когда действие других источников пластовой энергии иссякает. При гравитационном режиме нефть под действием силы тяжести передвигается к забоям скважин.

Различают два вида гравитационного режима: напорно-гравита- ционный и гравитационный режим со свободным зеркалом нефти.

Напорно-гравитационный режим проявляется в залежах нефти, приуроченных к хорошо проницаемым пластам с наклонным, и кру-

- 299 -

тым падением. Отбор нефти при этом режиме зависит от разности отметок забоя скважины и верхнего уровня нефти. Чем ниже забой скважины, тем выше ее дебит.

Гравитационный режим со свободным зеркалом нефти на­блюдается в пологих пластах с плохими коллекторскими свой­ствами и сильной фациальной изменчивостью. При этом режи­ме уровни нефти в добывающих скважинах находятся также ниже кровли пласта. Нефть под действием собственной силы тяжести поступает в скважины только с окружающих их участков. Поэ­тому уровень нефти около каждой скважины приобретает фор­му воронки.

Нефтеотдача при гравитационных режимах обычно колеблется в пределах 0,1 ...0,2.