3.2. Режимы истощения пластовой энергии

Физическая сущность режима истощения пластовой энергии (упругий режим) состоит в том, что вытеснение нефти осуществляется под действием сил природной энергии, накопленной в пласте.

Основными источниками пластовой энергии являются:  энергия упругой деформации жидкости и породы;  энергия расширения свободного газа (газовой шапки);  энергия напора пластовой воды;  энергия напора нефти.

Пластовая энергия проявляется в процессе снижения давления (создании депрессии на пласт-коллектор р) и расходуется на преодоление сил сопротивления различного рода (вязкого трения, капиллярных и гравитационных явлений) при перемещении нефти.

Согласно теории материального баланса, какие бы флюиды не были извлечены на поверхность, их место в пласте занимают расширившиеся флюиды: вода в водоносном горизонте, связная вода, оставшаяся нефть.

Для условий упругого режима при снижении давления от первоначального пластового p_пл до давления насыщения нефти газом р_н уравнение материального баланса, выражающее отношение добытого объема нефти Q_д к падению пластового давления р имеет вид

Q_дb_н = Q_тb_нп^*p, (3.1)

где Q_т – товарная нефть в пласте; b_нп – коэффициент усадки в пластовых условиях.

Как только давление в пласте снизится до давления насыщения, растворенный газ начнет высвобождаться из нефти. Пузырьки этого газа, расширяясь, перемещаются по пласту и вытесняют нефть в направлении снижения давления.

Часть газа сегрегирует под влиянием сил плавучести к своду коллектора, где, накапливаясь, может сформировать вторичную газовую шапку. В чистом виде режим растворенного газа может проявляться в пласте, где нефть полностью насыщена газом (р_пл = р_н). Если в залежи р_пл > р_н, то в начальный период при снижении давления р_пл до давления р_н проявляется энергия упругого режима, а при р_пл < р_н проявляется энергия расширения газа, которая сочетается с энергией упругости.

В целом для режима истощения характерны высокие темпы снижения пластового давления и непрерывное изменение газового фактора, который вначале увеличивается до максимального значения, а затем уменьшается (рис.3.2).

В режиме истощения создается относительно низкий градиент давления, что снижает вероятность конусообразования и прорыва пластовых вод в добывающие скважины, поэтому обводненность добываемой нефти остается малой.

Следует заметить, что при определенном (критическом) газовом насыщении пор высвобожденный из нефти газ становится в пласте неподвижным (эффект Жаменя) и часть нефти защемляется. При разработке нефтяных месторождений в режиме истощения коэффициент извлечения нефти КИН 0,1-0,3, поэтому с самого начала разработки целесообразно принудительно создавать в залежи водонапорный режим.

При проектировании разработки нефтяных месторождений режим истощения выделяют как базовый вариант для анализа технологических и экономических показателей и обоснования рациональных вариантов проектов разработки.

3.3. Газонапорный режим

Условием для проявления естественного газонапорного режима является наличие первичной (природной) газовой шапки. Газовая шапка – это скопление свободного газа в порах пласта над нефтяной залежью. Условием равновесия на границе газовой и нефтяной фазы (ГНК) является давление насыщения, которое соответствует начальному пластовому давлению. При создании депрессии происходит выделение растворенного газа, который, наряду с энергией расширения свободного газа в газовой шапке, расширяясь, усиливает процесс вытеснения нефти из пласта. Часть газа сегрегирует в повышенные зоны и пополняет газовую шапку. Это способствует замедлению темпов снижения пластового давления. В зависимости от состояния давления в газовой шапке различают газонапорный режим двух видов – упругий и жесткий.

При упругом режиме отбора нефти давление на ГНК снижается, начинается расширение объема свободного газа газовой шапки, который, внедряясь в нефтенасыщенную часть пласта, вытесняет нефть к добывающим скважинам. По мере отбора нефти из залежи давление газа уменьшается на величину снижения пластового давления.

При жестком режиме давление в газовой шапке при отборе нефти должно сохраняться постоянным. Такой режим в чистом виде возможен при значительном превышении запасов газа над запасами нефти при пластовых условиях. Обычно такой режим поддерживается искусственно при непрерывной закачке в газовую шапку нагнетательными скважинами достаточного количества газа (либо извлеченного из пласта – сайклинг-процесс, либо газа из внешних источников).

По сравнению с режимом растворенного газа при газонапорном режиме происходит более медленное падение пластового давления благодаря энергии сжатого газа газовой шапки, что обеспечивает длительный период стабильной добычи (рис.3.3). При этом, вследствие незначительного движения водоносного горизонта, содержание воды в добытой нефти остается низким. Однако по мере расширения газовой шапки и приближении ГНК к добывающим скважинам газовый фактор добытых флюидов возрастает. Для предотвращения прорыва газа в добывающие скважины необходимо сокращать добычу или вовсе прекращать ее на скважинах с высоким газовым фактором.

Типичные коэффициенты нефтеизвлечения для газонапорного режима составляют 0,2-0,6.