Часть третья. Термодинамические условия в природном резервуарах

В истории любой газовой или нефтяной залежи следует различать статический и динамический периоды. До сих пор мы рассматривали только статические элементы: породы-коллекторы, пластовые флюиды, а также ловушки, вмещающие нефтяные залежи. Эти элементы оставались неизменными в течение длительного времени, тогда как внутри самих природных резервуаров и насыщающих их флюидов происходили медленные изменения в результате движений земной коры, вулканической деятельности, увеличения или уменьшения нагрузки вышележащих пород и изменений в характере и направлении движения пластовых вод. После открытия залежи, когда начинается извлечение флюидов, их равновесие в пласте нарушается, и залежь вступает в динамический период с характерными для него резкими изменениями пластовых условий. Итак, различия между динамическим и статическим состояниями залежи проявляются главным образом в степени стабилизации пластовых флюидов. Изменения их в статический период настолько медленны, что практически незаметны и могут быть обнаружены только при специальном изучении условий, существовавших в природном резервуаре, и изменений, происшедших уже в течение динамического периода.

Наши представления о характере процессов, происходящих в природных резервуарах при извлечении насыщающих их флюидов, основаны на многочисленных работах инженеров-нефтяников. Эксплуатационники заинтересованы в получении максимально возможного количества нефти и газа из залежи при минимальной стоимости работ. Для этого целесообразно изучение характера движения нефти и газа в каком-либо типичном для данного района природном резервуаре, который, с точки зрения геолога-нефтяника, можно рассматривать как эталонный, а залежь считать «лабораторией» для крупного бассейна или провинции. Правильное понимание процессов, происходящих в природных резервуарах при перемещении в них нефти и газа, поможет нам понять и основные закономерности аккумуляции нефти и газа в залежи, а следовательно, будет способствовать открытию новых залежей.

Две последующие главы посвящены динамическим явлениям, связанным с извлечением флюидов из пластов: изменениям температуры и давления, градиентам потенциала флюида, соотношениям флюидов в пластовых условиях, или пластовой механике.

Глава 9 Пластовые условия ‑ давление и температура

Пластовое давление: измерение, градиенты, источники; пределы изменений. Температура: измерение; геотермический градиент; использование температурных замеров; источники тепловой энергии; влияние тепла.

Давление и температура ‑ два главных переменных условия, характеризующих природный резервуар; изменения давления и температур ‑ одна из форм накопления и сохранения энергии. С изменением одного или обоих параметров изменяются и объемы пород и главным образом объемы флюидов, содержащихся в этих породах. Разница в величинах давления и температуры флюидов между двумя участками определяет соответственно величины градиентов давлений и температур - основных параметров, используемых при решении большинства проблем, касающихся движения нефти и газа через горные породы. Этим движением может быть миграция, способствующая аккумуляции нефти и газа в залежи, или продвижение нефти и газа из залежи в скважину.

Нефтяники обычно имеют дело с соотношением между величинами давления, объема и температуры, или, как это обычно называют, данными PVT. Наибольшие изменения объемов характерны для газовых скоплений, достаточно заметно они проявляются и у других типов флюидов, воды и нефти, и значительно меньше - в самом материале горных пород-коллекторов. Аномальные градиенты давления и любые градиенты температуры указывают на то, что произошло превращение потенциальной энергии в кинетическую.

Вязкость и плавучесть - свойства нефти и газа, которые обусловливают способность этих флюидов двигаться через заполненные водой сообщающиеся поры горных пород. Та и другая величины меняются с изменением температуры и давления, возрастающих, как правило, с глубиной. Из двух параметров, характеризующих пластовые условия, давление, по-видимому, имеет большее значение, чем температура. Оба этих фактора влияют на объемы, а следовательно, на относительную плавучесть флюидов, но пластовое давление, видимо, оказывает значительно большее влияние особенно на свойства природного газа. Повышение температуры вызывает главным образом снижение вязкости жидкостей и, следовательно, повышение их подвижности.