Гравитационные силы

Сила тяжести в какой-то степени оказывает влияние на общую величину пластовой энергии в течение всего периода разработки залежи. Давление столба нефти в сумме с градиентом потенциала флюида способствует продвижению нефти к скважине. Эта сила может оказаться существенной в высокоамплитудных ловушках. Гравитационные силы могут являться одним из основных источников пластовой энергии при водонапорном режиме, поскольку вес столба воды создает гидростатическое давление и вместе с весом перекрывающих пород обусловливает накопление энергии сжатой воды, сжатого растворенного газа, рассеянных микропузырьков газа и сжатых пород-коллекторов. Послойное разделение нефти, газа и воды в результате различия их плотностей также представляет собой проявление гравитационной энергии в резервуаре.

В качестве активного источника пластовой энергии гравитационные силы начинают выступать на последних стадиях разработки нефтяных залежей с режимом растворенного газа, когда ресурсы газа практически истощены, а пластовая вода в залежь не поступает. Пластовое давление к этому моменту достигает минимума, и под действием собственного веса вся оставшаяся в пласте нефть начинает фильтроваться сквозь поры в нижнюю часть залежи к забоям скважины, откуда она с помощью насоса может быть извлечена на поверхность. Таким образом, гравитационные силы способствуют продлению сроков разработки залежи, которая в противном случае была бы уже давно прекращена. Режим разработки залежи, при котором нефть движется из верхних частей залежи в нижние под влиянием собственного веса, называется гравитационным режимом. При благоприятных условиях разработка залежи на гравитационном режиме может оказаться весьма эффективной. Известны случаи, когда почти вся извлекаемая нефть поступает в скважину благодаря гравитационным силам [31]. В общем случае нефтеотдача при этом режиме окажется более высокой, если нефть обладает низкой вязкостью, а коллектор - высокой проницаемостью, если пластовое давление создает такое давление вытеснения, которое способно преодолеть капиллярное давление на контакте нефть - вода и протолкнуть нефть сквозь поровое пространство коллектора.

В Эльзасе (Франция), Румынии, Бирме, Японии, СССР и ФРГ известны нефтяные месторождения, разрабатываемые шахтным способом [32]. В этом случае нефть извлекается почти исключительно за счет сил гравитации. Шахтная разработка нефти возможна только при условии отсутствия в ней газа под давлением.

Комбинированные источники пластовой энергии

В большинстве случаев в течение всего периода разработки залежи в ней имеется несколько источников пластовой энергии. Однако бывает очень трудно или даже невозможно выделить преобладающий вид энергии на различных этапах. В частности, даже в залежи с активным водонапорным режимом первые порции нефти начинают поступать в скважины под воздействием сил расширения сжатых пластовых жидкостей - воды и нефти - в непосредственной близости от скважины, а затем - расширения газа, растворенного в нефти. И только после того, как установится градиент потенциала флюида от скважины до подошвенных или законтурных вод, последние начинают двигаться в сторону скважины, замещая извлеченные нефть и газ. При частичном водонапорном режиме движущаяся вода поддерживает пластовое давление или по крайней мере способствует более медленному его снижению. Сила тяжести проявляется как источник энергии в течение всего периода разработки залежи. Тем не менее в качестве самостоятельного источника энергии этот фактор в большинстве случаев характерен лишь для самой последней стадии разработки, когда все остальные источники пластовой энергии окажутся истощенными.

Поскольку эффективность воздействия различных источников пластовой энергии различна, оказывается крайне важным уже на первых стадиях разработки новой залежи определить, какой из этих источников энергии преобладает. В этом случае можно составить наиболее эффективный проект разработки, обеспечивающий максимальное извлечение нефти. Степень проявления водонапорного режима можно определить путем остановки скважин и сравнения величин стабилизировавшегося пластового давления в закрытых скважинах и начального пластового давления в залежи. Чем быстрее восстанавливается давление в закрытой скважине и чем ближе оно по величине к начальному пластовому давлению, тем активнее водонапорный режим. Если падение пластового давления на единицу добытых нефти или газа велико, а восстановления его практически не происходит, следует предполагать либо наличие режима растворенного газа, либо чрезмерно интенсивный темп отбора нефти. Темп извлечения пластовых флюидов из залежи является одним из важнейших показателей, характеризующих возможности ее максимальной нефтеотдачи.

Наиболее эффективной разработка может быть в случае одновременного проявления в залежи активного водонапорного и газоиапорного режимов. Такое сочетание возможно в структурных ловушках, приуроченных к про­странственно выдержанным природным резервуарам. В конечном счете газ. воздействующий на нефть сверху, должен встретиться с подошвенной водой, двигающейся снизу. Теоретически вся извлекаемая нефть в этом случае может быть добыта с помощью только естественных источников пластовой энергии. Градиент потенциала флюида в направлении скважин в течение всего периода разработки залежи поддерживается давлением воды снизу.