1464

в связи с чем определилась необходимость подвергать гидродинамиче­ скому анализу поведение не только отдельных скважин, но и нефте- водо-газоносных пластов^ в целом.

В-третьих, выяснилось существенное значение фактора сжимае­ мости пласта и насыщающих его всех жидкостей — не только газа, но

инефти и воды. В связи с этим было признано существование упругого режима нефте-водо-газоносных пластов.

В-четвертых, наметилась необходимость в ряде случаев учитывать проницаемость кровли и ложа продуктивного горизонта в процессе его

разработки.

Для пояснения сущности и важности перечисленных новых пред­ ставлений необходимо проиллюстрировать их материалами промысло­ вых наблюдений, что и выполнено в следующем параграфе.

§2*. Наблюдения за взаимодействием скважин

иместорождений

На явление взаимодействия скважин и месторождений необходимо обра­ тить особое внимание, ибо именно наблюдения за этим явлением особенно способствовали развитию новейших идей современной технологии нефтедо­ бычи и подземной гидравлики. Много поучительных примеров взаимодей­ ствия скважин собрано в книге В. Н. Щелкачева и Г. Б. Пыхачева [203], спе­ циально посвященной этому вопросу. Приведем некоторые более новые лю­ бопытные примеры.

1. В 1941-1944 гг. Сотрудники ГрозНИИ проводили специальные ис­ следования скважин XI—XIII, XVI, XXII пластов Октябрьского (бывш. Но­ во-Грозненского) района Грознефти. Некоторые исследования проводились по следующей методике: в нужный момент останавливалась, а затем вновь пускалась насосная или фонтанная скважина, которую будем называть «воз­ мущающей». За эффектом ее остановки-пуска следили по изменениям уров­ ней или по изменениям давлений на устьях простаивающих скважин, кото­ рые будем называть «реагирующими». Изменения в положении уровней или в величине давления на устьях реагирующих скважин отражали изменения («возмущения») пластовых давлений у их забоев, вызванные остановкойпуском возмущающей скважины. Изменение в положении уровней в затрубном пространстве возмущающей насосной скважины удавалось фиксировать

сточностью до сантиметров, а подъем или понижение уровней в реагирущих насосных скважинах, из которых были подняты трубы, фиксировались

сточностью до 1-2 мм. Такая точность достигалась благодаря высокому сто­ янию уровней (часто менее 100 м от устья), большому диаметру обсадных труб (6", 8" и иногда даже 12") и применению аппаратов Яковлева легкой конструкции со специальными желонками. Аппараты Яковлева тщательно отконтргруживались над устьями реагирующих скважин. В реагирующих просеивающих фонтанных (полностью обводнившнхся) скважинах на устьях

устанавливались специальные ртутные манометры, которые давали возмож­ ность наблюдать изменения в давлении порядка 1 мм рт. столба при общем давлении у устья порядка 4-5 ати1

За остановкой-пуском одной возмущающей скважины иногда наблюда­ ли одновременно в одной, двух и даже трех реагирующих скважинах на расстояниях 80-350 м от возмущающей. Наблюдения через определенные сроки многократно повторяли при одной и той же комбинации скважин, по­ ка не убеждались в полной и точной повторимости результатов наблюдений. В некоторых случаях, сохраняя ту же возмущающую скважину в новых на­ блюдениях, меняли реагирующие скважины; в других случаях сохраняли одни и те же реагирующие скважины и меняли возмущающую.

Такая тщательность в постанов­ ке наблюдений позволила установить многие интересные законы взаимо­ действия скважин и перераспределе­ ния пластового давления, описанные в статьях и книгах [209-214, 216, 218].

При наблюдениях были отмече­ ны, например, следующие факты.

Упомянутый выше минималь­ ный фиксируемый подъем уровня или устьевого давления в реагирую­ щей скважине начинался не сразу по­ сле остановки возмущающей скважи­ ны; то же можно сказать о пониже­ нии уровня или давления в реагиру­ ющей скважине после пуска возму­ щающей. Требовался определенный

промежуток времени (обозначим его через £р), для того чтобы изменение возмущения пластового давления на забое реагирующей скважины достигло нескольких миллиметров водяного столба.

Величина tp была различна (в описанных наблюдениях она заключа­ лась чаще всего в пределах 3-20 мин.) в зависимости от расстояний между исследуемыми скважинами, величины дебита и условий остановки-пуска воз­ мущающей скважины (от интенсивности и характера возмущения); конечно, на величину промежутка времени tp должны оказывать влияние физико­ геологические характеристики пласта и физические параметры насыщающей его жидкости.

После остановки (пуска) возмущающей скважины уровень или устьевое давление в ней начинали подниматься (понижаться) очень быстро, но по­ степенно темп подъема (понижения) ослабевал, пока, наконец, уровень или устьевое давление не оказывались практически установившимися. Подчерки-*

*В случае необходимости подчеркнуть, что речь идет об атмосферах из­ быточного или абсолютного давления, употребляются соответственно обозначе­ ния ати и ата.

ваем, что максимальная скорость изменения положения уровня или измене­ ния величины устьевого давления в возмущающей скважине соответствовали начальному моменту ее остановки-пуска. Наоборот, в реагирующей скважине движение уровня или .изменение устьевого давления имели в момент tv ед­ ва заметную скорость, величина которой постепенно возрастала, достигала максимума в какой-то момент времени ЬЛЛи затем постепенно уменьшалась, пока уровень или устьевое давление не оказывались практически установив­

шимися.

На рис. 1 кривая 1 схематически изображает график подъема уровня в возмущающей скважине, а кривая 2 — график для реагирующей скважины.

Рис. 2. Графики подъемов уровней в скв. 13/8 (кривая 1) и 11/8 (кривая 2) XVI пласта Октябрьского района Грознефти. у — подъем динамического уровня в скв. 13/8, м\ ур — подъем статического уровня в скв. 11/8, см.

Начало координат 0 соответствует моменту остановки (пуска) возму­ щающей скважины. Начальная точка кривой 2 соответствует моменту вре­ мени £р, а точка перегиба — моменту tM. Для кривой 1 вдоль оси ординат откладываются, отрезки, пропорциональные пути ?/, пройденному динамиче­ ским уровнем в возмущающей скважине, а для кривой 2 вдоль оси ординат откладываются отрезки, пропорциональные пути уР1 пройденному «статиче­ ским» уровнем в реагирующей скважине. На рис. 1 масштаб оси ординат дли кривой 2 взят крупнее, чем для кривой 1. Для фонтанных скважин вдоль оси ординат откладываются отрезки пропорциональные соответствующим изменениям устьевого давления (конечно, при наличии забойных регистри­ рующих манометров лучше было бы на оси ординат изображать изменения забойных давлений).

Схематическое изображение графиков движений уровней на рис. 1 вос­ производит все характерные особенности многочисленных реальных графи-

Время с момента остановки скв. 67/11, мин.

Рис. 3. График изменения давления на устье-реагирующей скв. 25/8 после остановки возмущающей скв. 67/11 XXII пласта Октябрьского района Грознефти.

ков исследований скважин, выполненных ГрозНИИ.

Следует отметить, что графики повышения уровней в возмущающей и реагирующей скважинах после остановки длительно работавшей возмуща­ ющей скважины в точности совпадали с перевернутыми графиками пони­ жения уровней тех же скважин после пуска длительно простаивавшей воз­ мущающей скважины. Этот факт указывает на полную обратимость наблю­ давшихся неустановившихся процессов повышения и понижения пластового давления.

На рис. 2 изображены реальные графики исследований скв. 13/8 и 11/8 XVI пласта. Скв. 13/8 — возмущающая; подверглась остановке при деби­ те 45 т/сутки; скв. 11/8 — реагирующая; расстояние между забоями сква­ жин 120 м. Точка 0 — момент остановки скв. 13/8, точка А — момент обнару­ жения начала подъема уровня (начало реакции) в скв. 11/8, точка — момент пуска скв. 13/8, точка С — момент начала понижения уровня в скв. 11/8. Конечно, ОА < ВСУибо скв. 13/8 была пущена до того, как уровень в ней и в скв. 11/8 восстановился; в момент В скв. 11/8 еще не начала реагировать на пуск скв. 13/8. Кривая 1 — график для скв. 13/8, а 2 — для скв. 11/8. На кривой 2 заметно наличие точки перегиба.

На рис. 3 приведены начальные участки графиков подъема устьево­ го давления в реагирующей фонтанной полностью обводнившейся скв. 25/8 XXII пласта. Графики иллюстрируют неустановившийся процесс взаимодей­ ствия скважин, вызванный остановкой фонтанной скв. 67/11, имевшей пе­ ред остановкой дебит 298 т/сутки. Расстояние между забоями скв. 67/11 и скв. 25/8 около 200 м. Понижение давления в возмущающей скв. 67/11 за­ мерялось при несколько большем дебите (порядка 350-400 т/сутки) и ока­

залось равным 2,5-3 am. При предварительном специальном испытании скв. 25/8 понижение давления в ней оказалось равным 1,5 am при фонтани­ ровании прямо в мерник с дебитом 380 т/сутки. Эти данные характеризуют высокую проницаемость пласта.

В результате остановки скв. 67/11 в скв. 25/8 удавалось обнаружить на­ чало реакции (начало повышения столбика ртути на 0,5-1 мм в манометре на устье скв. 25/8) через 6-7 мин. после остановки скв. 67/11. После оста­ новок скв. 67/11, которую удерживали в бездействии иногда около двух су­ ток, давление на устье скв. 25/8 продолжало подниматься, и достигая вполне установившегося состояния за все время наблюдений; до остановок скв. 67/11 никакого систематического повышения устьевого давления в скв. 25/8 не на­ блюдалось.

На рис. 3 время отсчитывается с момента остановки скв. 67/11; уча­ сток АО характеризует поведение устьевого давления в скв. 25/8 до останов­ ки скв. 67/11. Вдоль оси ординат обкладываются отрезки, пропорциональные изменению устьевого давления в скв. 25/8. На хорошо совпадающих графи­ ках наблюдений 14/VII и 8/IX 1944 г. Ясно заметно наличие точки перегиба (в которой вогнутость кривой меняется на выпуклость). Течение описанно­ го неустановившегося процесса взаимодействия скв. 67/11 и 25/8 следует признать тем более замечательным, что обе скважины имели высокие ко­ эффициенты продуктивности (т. е. пласт хорошо проницаемый), в период наблюдений высоконапорный XXII пласт был сильно обводнен и в нем не только заведомо не было окклюдированного газа, но и не могло быть много растворенного газа в воде и в оставшихся небольших колпчествах нефти.

Результаты описанных наблюдений ГрозНИИ и их последующая теоре­ тическая обработка способствовали доказательству того, что упругость пла­ ста и насыщающих его жидкостей (воды и нефти) оказывает существенное влияние на поведение скважин и всего пласта. Действительно, как уже бы­ ло упомянуто в предыдущем параграфе, если бы вода, нефть и пласт были абсолютно несжимаемыми, то любое изменение давления на забое возмуща­ ющей скважины, связанное с ее пуском, остановкой и изменением режима работы, должно было бы мгновенно передаваться в любую точку всей пла­ стовой водонапорной системы. Приведенные выше факты решительно это опровергают,

2. Отметим любопытные явления, которые попутно наблюдались со­ трудниками ГрозНИИ при описанных в предыдущем пункте исследованиях скважин.

Спустя известный промежуток времени после остановки возмущающей скважины, темп подъема уровня в реагирующей скважине всегда ослабевал. И вот наблюдателям иногда приходилось замечать неожиданное новое уси­ ление темпа подъема уровня в реагирующей скважине. Такое явление могло быть вызвано только непредвиденной остановкой какой-либо другой эксплуа­ тационной скважины. В некоторых случаях упомянутое новое усиление тем­ па подъема уровня столь ясно напоминало наблюдавшийся ранее эффект воздействия определенной скважины на данную, что удавалось точно на­ звать номер вероятно остановившейся эксплуатационной скважины. Тотчас

направляясь к указанной скважине, расположенной иногда вне поля видимо­ сти (за холмом), на расстоянии 200-250 м от простаивающей, наблюдатели обнаруживали скважину остановившейся либо из-за обрыва штанг, либо изза неожиданной остановки станка-качалки.

Случаи обнаружения непредвиденной остановки скважины на основа­ нии наблюдений в другой скважине за процессом перераспределения пла­ стового давления на глубинах порядка 1000 м являются ярким свидетель­ ством общей «чувствительности» (отзывчивости) всего пласта на изменение давления в какой-либо его точке.

3. Явления взаимодействия скважин наблюдаются не только в условиях водонапорного режима. Так, например, Н. Т. Линдтроп описывает следую­ щий характерный случай: фонтанирование скв. №3 горизонта г Нефтеабада (старая номенклатура пластов Калицкого; газовый фактор скв. №3 менял­ ся в пределах 1435-4056 м3/т) сильно отражалось на соседних скважинах; после пуска скв. JV»3 прекратились газовые выбросы из буровой скв. №5, от­ стоящей от нее на расстоянии 670 м\ наоборот, последующая приостановка фонтанирующей скв. №3 вызвала газовые проявления в достигшей горизон­ та г скв. №10 (расстояние между скв. №3 и №10 равно 290 м). Н. Т. Линдтроп отмечает, что «падение давления газа в пласте распространяется при фон­ танировании на большое расстояние, а восстановление давления происходит медленно».

4.В газовых месторождениях влияние работы отдельных скважин на весь пласт хорошо известно по последствиям фонтанирования скважин. Так, например, в Султангуловском газовом месторождении в результате фонта­ нирования скв. №3 давление во всем пласте, представленном песчаниками, упало на 4 am на площади в несколько десятков квадратных километров. Аналогичные явления наблюдались в Яблоновском и в других газовых ме­ сторождениях.

5.Не менее интересны наблюдения за взаимодействием отдельных ме­

сторождений, эксплуатирующих один и тот же нефтеносный пласт. Известен, например, факт взаимодействия между месторождениями Южного Аркан­ заса (в США), эксплуатирующими один и тот же нефтеносный пласт-из­ вестняк Смаковер. Выяснилось, что эти месторождения «конкурируют друг с другом в использовании одного и того же напора воды в пласте» (см. ста­ тью Бэкли [23]). Было замечено, что добыча нефти из месторождения Маг­ нолия больше влияет на пластовое давление в месторождении Виллэйдж, чем добыча нефти из самого месторождения Виллэйдж; расстояние между этими месторождениями равно, кажется, только порядка 10 миль (впрочем, это между границами месторождений). См. также интересный чертеж 11.22 на стр. 591 Маскета 2.

Для пояснения этого интересного явления следует добавить, что про­ ницаемость известняка Смаковер очень велика: средняя его проницаемость в месторождении Магнолия по одним данным определялась в 3 дарси, а по другим — 1-2 дарси; проницаемость многих образцов достигала 6 дарси.

Поучительный пример взаимодействия месторождений Восточного Тексаса описывается в статье Фэйгин [176].

6. В заключение приведем примеры влияния разработки нефтеносных залежей на режимы водяных источников в удаленной области естественно­ го стока (в области «гидравлической разгрузки») того же пласта. В книге В. Н. Щелкачева и Г. Б.Пыхачева [203] приведены результаты наблюдений геологов Н. Т. Линдтропа, В. М. Николаева и других, доказавших, что сокра­ щение дебитов, а затем и полное исчезновение восточных и западных источ­ ников Горячеводска связано с разработкой XIII и XVI пластов Октябрьско­

го (бывшего Ново-Грозненского района) и XI-XII пластов Соленой Балки в Старо-Грозненском районе. Расстояние между выходами упомянутых ис­ точников и нефтепромысловыми площадями достигало 17-20 км.

В последних работа* Н. Т. Линдтропа [112] и В. М. Николаева [135] этот вопрос был вновь разобран более подробно. Н. Т. Линдтроп устанавливает значительное влияние разработки XXII пласта Октябрьского района Грознефти на дебит Михайловского источника в районе Серноводска (на рас­ стоянии около 50 км от Октябрьского района). Особый интерес представля­ ет замеченное Н. Т. Линдтропом систематическое отставание (на 4-4,5 года) минимумов дебита Михайловского источника от максимумов добычи нефти и воды на промыслах. Это отставание Н.Т. Линдтроп объясняет влиянием упругости жидкости и пласта, благодаря чему, как было отмечено выше, пе­ рераспределение давлений в пласте не происходит мгновенно.

Приведенные выше примеры достаточно хорошо подтверждают, что по­ ложенные в основу подземной гидравлики новейшие идеи о влиянии сжи­ маемости пласта и насыщающих его жидкостей и газов на поведение сква­ жин в процессе их эксплуатации, о постепенном распространении влияния эксплуатирующихся нефтяных, водяных и газовых скважин на весь продук­ тивный пласт (вплоть до его естественных границ) и т.д. — все эти идеи прочно основаны на тщательно наблюденных фактах и специально прове­ денных промысловых исследованиях.

§ 3*. Краткие сведения о классификации подземных вод

В подземной гидравлике приходится исследовать движение в пластах не только нефти и газа, но и воды: поэтому необходимо кратко ознакомиться с классификацией подземных вод.

Различные системы классификаций подземных вод были разра­ ботаны акад. В. И. Вернадским, А. М. Жирмунским и А. А. Козыревым, проф. О. К. Ланге, А. Ф. Лебедевым, Б. Л. Дичковым, О. Э. Мейнцером, чл.-корр. Акад. наук СССР, проф. Н. Н. Славяновым и другими (см., на­ пример, [54], [82-83], [114], [124]). Эти системы классификаций основаны на разных принципах, учитывающим различие геохимических или гидродина­ мических признаков, либо различие условия залегания, либо различие про­ исхождения подземных вод и т. п. В настоящее время не существует единой общепризнанной системы классификации и даже терминологии подземных

вод. Специальный анализ классификации и терминологии подземных вод не входит в нашу задачу. Мы не приводим полной классификационной схемы, а выделим лишь те группы подземных вод, движение которых изучается

вподземной гидравлике. В соответствии с этим, не претендуя на общность

вопределениях, будем подчеркивать лишь те признаки различных групп подземных вод, которые необходимы для гидродинамического анализа.

Вотличие от поверхностных вод подземными называют все воды, кото­ рые в том или ином состоянии находятся под поверхностью земли — в тол­ ще земной коры. Термин «подземные воды» не свободен от недостатков, но

врусской гидрогеологической литературе этот термин является наиболее об­ щепринятым и мы его сохраняем1.

При решении задач подземной гидравлики нам придется сталкивать­ ся лишь с подземными подвижными водами в насыщенной зоне, т. е. ниже их зеркала. Такие воды, способные перемещаться в пластах под действием силы тяжести и напора, одни авторы объединяют термином «грунтовые во­ ды», другие — термином «фреатические воды» и т.д. Введение последнего термина, происходящего от греческого слова «фреас» — колодезь, имеет це­ лью подчеркнуть, что только эти воды притекают к колодцам, скважинам и другим водоотборным сооружениям в процессе их эксплуатации.

Понятно, что в подземной гидравлике не рассматриваются остальные типы подземных вод: химически связанные глубинные воды, «твердые воды», инфильтрующиеся или просачивающиеся воды (во многих задачах подзем­ ной гидравлики учитывается приток этих вод в насыщенную зону, но особен­ ности их движения над зеркалом вод не рассматриваются; по А. Ф. Лебедеву часть этих вод находится в парообразном состоянии), «подвешенные» и «фи­

зически связанные» воды2.

Положение зеркала подвижных подземных вод — верхней границы водо­ насыщенной зоны — нельзя представлять себе в виде четкой границы; такую границу проводят в пласте условно, на основании определения положений уровней в колодцах, котлованах и т. д. На самом деле имеется постепенный переход через капиллярную кайму водонасыщенного слоя, поры и трещины которого заполнены подвижной (фреатической) водой, к слою, поры которо­ го лишь частично заполнены водой в пленочном, гигроскопическом и иных состояниях.

Подвижные (фреатические) воды насыщенной зоны делят на два типа: 1) флюационные воды, движущиеся в карстовых и пещерных водотоках

!П о этому поводу правильные критические замечания были высказаны проф. Н. Н. Славяновым [124] и проф. О. К. Ланге [82].

2По А. Ф. Лебедеву «твердые воды» — подземные воды при отрицательной тем­ пературе. «Подвешенными водами» называют воды, удерживающиеся молекуляр­ ными силами над зеркалом водонасыщенной зоны, в так называемой зоне аэра­ ции и в капиллярной кайме (т. е. в зоне капиллярного насыщения, расположенной непосредственно над верхней границей — зеркалом — водонасыщенной области). К «физически связанным» относят воды водоудерживающих пластов, а также во­ ды, обволакивающие зерна горных пород в нефтенасыщенных и в водонасыщенных пластах; эти воды «связаны» с породой силами молекулярного взаимодействия.