Лекция 5 характер изменения состава и физико-химических свойств нефти и газа в зависимости от влияния различных природных факторов

Все залежи углеводородов обладают большим или меньшим запасом различных видов энергии для перемещения нефти и газа к забоям скважин. Потенциальные возможности залежей в этом плане зависят от разновидностей природных режимов залежей. В проявлении режимов большое место занимают значение начального пластового давления и поведение давления в процессе разработки.

Различают два вида давления в земной коре ‑ горное и гидростатическое.

Горное давление ‑ создается суммарным действием на породы геостатического и геотектонического давления.

Геостатическим называется давление вышележащих горных пород (от поверхности земли до точки замера).

Геотектоническое давление ‑ отражение напряжений, создаваемых в земной коре различными непрерывно-прерывистыми тектоническими процессами. Его величину и вектор в каждой точке не поддаются замеру.

Горное давление Р_гор ‑ давление в жестком каркасе пород, их матрице, оно передается и жидкости, заполняющей пустотное пространство пород.

5.1 Начальное пластовое давление

Пластовое давление ‑ один из важнейших факторов, определяющих энергетические возможности продуктивного пласта, производительность скважин и залежи в целом.

Под пластовым понимают давление, при котором в продуктивном пласте нефть, газ, вода, а в водоносном ‑ вода находятся в пустотах пластов-коллекторов.

Если вскрыть скважиной водоносный пласт-коллектор и снизить в ее стволе уровень промывочной жидкости, то под действием пластового давления в эту скважину из пласта начнет поступать вода. Ее приток прекращается после того, как столб воды уравновесит пластовое давление.

Аналогичный процесс ‑ поступление в скважину нефти, газа ‑ протекает при вскрытии нефтегазонасыщенного пласта. Следовательно, пластовое давление может быть определено по высоте столба пластовой жидкости в скважине при установлении статического равновесия в системе пласт-скважина:

Р_пл = hg, (34)

где h - высота столба жидкости, уравновешивающего пластовое давление, м;  - плотность жидкости в скважине, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с².

При практических расчетах формулу используют в следующем виде:

Р_пл = h/с, (35)

где С – коэффициент, равный 102 при измерении давления в МПа.

Устанавливающийся в скважине уровень жидкости, соответствующий пластовому давлению, называют пьезометрическим уровнем. Его положение фиксируют расстоянием от устья скважины или величиной абсолютной отметки.

Поверхность, проходящая через пьезометрические уровни в различных точках водонапорной системы (в скважинах), называют пьезометрической поверхностью.

Высоту столба жидкости h в зависимости от решаемой задачи обычно определяют как расстояние от пьезометрического уровня до середины пласта коллектора ‑ такой столб жидкости h₁ называют пьезометрической высотой (рис. 35) ‑ или как расстояние от пьезометрического уровня до условно принятой горизонтальной плоскости ‑ этот столб жидкости высотой h₂ = h₁ + z, где z ‑ расстояние между серединой пласта и условной плоскостью, называют пьезометрическим напором.

Величину давления, соответствующую пьезометрической высоте, называют абсолютным пластовым давлением (Р_пл.а); величину давления, соответствующую пьезометрическому напору, ‑ приведенным пластовым давлением (Р_пл.пр). зная расстояние z и плотность жидкости в скважине , при необходимости всегда можно перейти от абсолютного пластового давления к приведенному (и наоборот):

Р_пл.пр = Р_пл.а + z /с = (h₁ + z) /с. (36)

В связи со сложностью рельефа земной поверхности устья скважин, пробуренных в разных точках на водоносный пласт, обладающий давлением, могут быть выше, ниже и на уровне пьезометрической поверхности. В скважинах с устьями выше пьезометрической поверхности (рис. 36, скв1) абсолютное пластовое давление можно определить, зная глубину скв. Н₁ до середины пласта и глубину пьезометрического уровня от устья скважины h_1, а также плотность воды _в (она обычно больше 1 в следствии того, что пластовые воды минерализованы):

Р_пл1 = [(H₁-h₁)/102] _в. (37)

В скважинах с устьями, совпадающими с пьезометрической поверхностью (рис. 36, скв2),

Р_пл2 = H₂_в /102 (38)

Скважины с устьями ниже пьезометрической поверхности (рис. 36, скв 3) будут фонтанировать. Пластовое давление в таких скважинах можно определить, замерив манометром давление p_у на их герметизированных устьях:

Р_пл3 = [(H₃ _в/102)]+p_у, (39)

где р_у = h₃p_в/102, h₃ – превышение пьезометрического уровня над устьем скважины.

Для характеристики изменения пластового давления в водонапорных системах и залежах пользуются вертикальным градиентом пластового давления grad p, отражающим величину изменения p_пл на 1 м глубины скважины: grad p = p_пл/Н.

Из рисунка видно, что на величину grad p в различных скважинах заметное влияние оказывает разность абсолютных отметок пьезометрической поверхности и устьев скважин. В скважинах, устья которых находятся выше пьезометрической поверхности, значения grad p меньше, а в скважинах, устья которых находятся ниже этой поверхности, значения grad p больше по сравнению с его значениями в скважинах, устья которых совпадают с пьезометрической поверхностью. Градиент пластового давления имеет значения от 0,008 до 0,025 МПа/м и иногда более. Его величина зависит от характера водонапорной системы, взаимного расположения поверхности земли и пьезометрической поверхности.

Каждая залежь УВ имеет некоторое природное пластовое давление. В процессе разработки залежи пластовое давление обычно снижается, соответственно различают начальное (статическое) и текущее (динамическое) пластовое давление.

Начальное (статическое) пластовое давление ‑ это давление в пласте-коллекторе в природных условиях, т.е. до начала извлечения из него жидкостей или газа. Значение начального пластового давления в залежи и за ее пределами определяется особенностями природной водонапорной системы, к которой приурочена залежь, и местоположением залежи в этой системе.

Природной водонапорной системой называют систему гидродинамически сообщающихся между собой пластов-коллекторов и трещинных зон с заключенными в них напорными водами, которая характеризуется едиными условиями возникновения подземных вод, т е единым генезисом напора.

В пределах каждой водонапорной системы могут быть выделены три основных элемента:

• область питания ‑ зоны, в которых в систему поступают воды, за счет чего создается давление, обусловливающее движение воды;

• область стока ‑ основная по площади часть резервуара, где происходит движение пластовых вод;

• область разгрузки ‑ части резервуара, выходящие на земную поверхность или расположенные в недрах (например, связанные с дизъюнктивным нарушением), в которых происходит разгрузка подземных вод.

Природные водонапорные системы подразделяют на инфильтрационные и элизионные (рис. 37), различающиеся взаимным расположением указанных зон, условиями создания и значениями напора. Соответственно залежи УВ, приуроченные к водонапорным системам указанных видов, обычно обладают различными по величине значениями начального пластового давления при одинаковой глубине залегания продуктивных пластов.

В зависимости от степени соответствия начального пластового давления глубине залегания пластов-коллекторов выделяют две группы залежей УВ:

• залежи с начальным пластовым давлением, соответствующим гидростатическому давлению;

• залежи с начальным пластовым давлением, отличающимся от гидростатического.

В геолого-промысловой практике принято называть залежи первого вида залежами с нормальным пластовым давлением, второго вида - залежами с аномальным пластовым давлением. Подобное разделение следует считать условным, так как любое значение начального пластового давления связано с геологическими особенностями района и для рассматриваемых геологических условий является нормальным.