Режими роботи нафтових і газових покладів

 

Режимом роботи покладу називають проявлення переважаючого виду пластової енергії в процесі видобування нафти.

Розрізняють шість режимів: пружний, водонапірний, розчиненого газу, газонапірний, гравітаційний, мішані. Такий поділ на режими “у чистому вигляді” дуже умовний. Під час розробки родовищ, в основному, спостерігаються мішані режими. Але виділення окремих режимів дозволяє описати тенденції в зміні умов, за яких працює свердловина.

Пружний режим. Умова пружного режиму – перевищення пластового тиску р _п, точніше тиску в усіх точках пласта, над тиском насичення нафти газом р_н. При цьому вибійний тиск р_в не менший за тиск насичення: р_в ≥ р_н. Нафта перебуває в однофазному стані. Приплив нафти до свердловин відбувається за рахунок енергії пружності (пружного розширення) нафти, зв'язаної води і породи. При зменшенні тиску збільшується об’єм нафти і зв'язаної води, зменшується об’єм пор чи тріщин, а відповідний об’єм нафти надходить у свердловини. У міру розширення депресійних лійок пружний режим переходить в один із своїх різновидів – у замкненопружний режим, коли поклад обмежений, або в пружноводонапірний режим, коли поклад необмежений і оточений законтурною водою. В останньому випадку проявляється також енергія пружного розширення води і порід водоносної області та енергія напору крайових вод водоносної області.

На початку проявлення пружного режиму значно знижується тиск за сталого відбирання нафти (або знижується поточний дебіт за сталого вибійного тиску). У разі переходу в пружноводонапірний режим темп зменшення вибійного тиску (чи дебіту) сповільнюється, а за посилення ролі енергії напору води вибійний тиск (чи дебіт) може стабілізуватися, тобто пружний режим перейде у водонапірний.

Експлуатаційний газовий фактор залишається незмінним на рівні газонасиченості (газовмісту) нафти. У міру того, як нафта буде заміщатися водою в разі пружноводонапірного режиму, в продукції свердловин появиться вода і зростатиме обводненість продукції.

Водонапірний режим.За цього режиму нафта в однофазному стані (р_в ≥ р_н; розчинений газ не виділяється) витісняється до нафтових свердловин водою. Водонапірний режим у “чистому вигляді” спостерігається тоді, коли настає рівновага (баланс) між відбором із покладу рідини (нафти, води) і припливом законтурної води в поклад. Його ще називають жорстким водонапірним режимом. Така рівновага можлива за рахунок припливу із законтурної області, або нагнітання з поверхні потрібної кількості води. Тиск у покладі і вибійні тиски тоді є сталими (повна компенсація відбору нагнітанням), газовий фактор стабільний (на рівні газонасиченості), обводненість продукції зростає, дебіти свердловин щодо рідини змінюються (в основному збільшуються, оскільки найчастіше в'язкість нафти є більшою в'язкості води).

Виділення цього режиму сприяє успішному і достатньо надійному проектуванню процесу видобування нафти. Порушення рівноваги між відбором рідини і надходженням води призводить до того, що починають відігравати роль енергії інших видів: у разі збільшення надходження води – енергія пружності; в разі зменшення надходження води (збільшення відбору) і зниження тиску нижче тиску насичення – енергія розширення вільного газу, який виділяється із нафти.

Режим розчиненого газу.Він зумовлений проявленням енергії розширення розчиненого в нафті газу при зниженні тиску нижче тиску насичення р_н. Зниження тиску нижче значення тиску р_н супроводжується виділенням з нафти раніше розчиненого в ній газу. Бульбашки цього газу, розширюючись, просувають нафту і самі перемішуються пластом до вибоїв свердловин. Частина бульбашок газу сегрегує (спливає), накопичуючись у склепінні структури і утворюючи газову шапку. Режим розчиненого газу в “чистому вигляді“ може проявитися в пласті, який містить нафту, повністю насичену газом (початковий пластовий тиск р_пл = р_н). Цей режим проходить у дві фази. Протягом першої фази депресійна лійка кожної свердловини розширюється до злиття з лійками інших свердловин або до природної межі пласта (контура нафтоносності). У другій фазі відбувається загальне зниження тиску в покладі, і на лініях злиття депресійних лійок або на межі пласта. Для нього характерні високий темп зниження пластового тиску (відборів нафти) і неперервна зміна експлуатаційного газового фактора (відношення витрати видобувного газу, зведеного до стандартних умов, до витрати розгазованої нафти): спочатку збільшення до максимального значення, потім зменшення. Якщо поклад характеризується деяким перевищенням початкового пластового тиску р_пл над тиском насичення р_н, то в початковий період у разі зниження тиску до значення р_н він працює за рахунок енергії пружності або за рахунок енергії пружності й напору вод. Якщо р_в ˂ р_н,то енергія розширення газу поєднується з цими енергіями.

Газонапірний режим(режим газової шапки). Він пов’язаний із первинним проявленням енергії розширення стисненого вільного газу газової шапки. Під газовою шапкоюрозуміють скупчення вільного газу над нафтовим покладом, тоді сам поклад називають нафтогазовим (або нафтогазоконденсатним). Залежно від зміни тиску в газовій шапці розрізняють газонапірний режим двох видів: пружний і жорсткий.

За пружного газонапірного режимув результаті деякого зниження тиску на газонафтовому контакті (ГНК) внаслідок відбирання нафти починається розширення об'єму вільного газу газової шапки і витіснення ним нафти. У міру відбирання нафти з покладу тиск газу зменшується.

Жорсткий газонапірний режимвідрізняється від пружного тим, що тиск в газовій шапці під час відбирання нафти залишається сталим. Такий режим у “чистому вигляді” можливий лише в разі безперервного нагнітання в газову шапку достатньої кількості газу або ж у разі значного перевищення запасів газу над запасами нафти (в об'ємних одиницях за пластових умов), коли тиск у газовій шапці зменшується незначно в міру відбирання нафти.

При проявленні газонапірного режиму початковий пластовий тиск р_пл (на рівні ГНК) дорівнює тиску насичення нафти газом р_н. Тому під час створення депресії тиску відбувається виділення розчиненого газуі нафта рухається пластом за рахунок енергії його розширення. Частина газу сегрегує в підвищені зони і поповнює газову шапку. Це сприяє сповільненню темпів зниження пластового тиску, а також зумовлює малі значення газового фактора для свердловин, віддалених від ГНК. Свердловини, розташовані поблизу ГНК, характеризуються дуже високими значеннями газового фактора внаслідок проривів газу.

Гравітаційний режим.Цей режим починає проявлятися тоді, коли діє лише потенційна енергія напору нафти (гравітаційні сили), а інші енергії виснажились. Виділяють такі його різновиди:

гравітаційний режим з рухомим контуром нафтоносності(напірно-гравітаційний), за якого нафта під дією власної ваги переміщується вниз за падінням крутозалеглого пласта і заповнює його понижені частини, дебіти свердловин невеликі та сталі;

гравітаційний режим з нерухомим контуром нафтоносності(з вільною поверхнею рідини), за якого рівень нафти розміщений нижче покрівлі горизонтально залеглого пласта; дебіти свердловин менші за дебіти при напірно-гравітаційному режимі і з часом повільно зменшуються.

Мішані режими.Режими, за яких можливе одночасне проявлення енергій розчиненого газу, пружності і напору води, називають мішаними. Серед них часто виділяють режим витіснення газованої нафти(суміші нафти і вільного газу) водою у випадку зниження вибійного тиску р_в нижче тиску насичення нафти газом р_н. Тиск на контурі нафтоносності може дорівнювати тиску р_н або бути вищим від нього. Такий режим проходить у кілька фаз: спочатку проявляється енергія пружності нафти і породи, потім додається енергія розширення розчиненого газу і далі – енергія пружності та напору водонапірної області. До такого складного режиму відносять також поєднання газо- і водонапірного режимів – газоводонапірний режим,яке інколи спостерігається в нафтогазових покладах з водонапірною областю. Особливість такого режиму – двостороння течія рідини: на поклад нафти одночасно наступають ВНК і ГНК Нафтовий поклад потокорозділювальною поверхнею (площиною, на карті лінією) умовно ділиться на дві зони, які розробляються відповідно на газонапірному режимі і на водонапірному.

Узагальнення і реалізація режимів.Режимам роботи нафтових покладів надають також додаткових характеристик. Розрізняють режими з рухомими і нерухомими контурами нафтоносності.До перших відносять водонапірний, газонапірний, напірно-гравітаційний і мішаний режими, а до других – пружний, режим розчиненого газу й гравітаційний із вільною поверхнею нафти. Водо-, газонапірний і мішаний режими називають режимами витіснення(напірними режимами), а решту – режимами виснаження(виснаження пластової енергії).

Зазначені режими розглянуто в плані їх природного проявлення (природні режими).Природні умови покладу лише сприяють розвитку певного режиму роботи. Конкретний режим можна встановити, підтримувати або замінити іншими шляхом зміни темпів відбирання і сумарного відбирання рідини, введення додаткової енергії в поклад тощо. Наприклад, надходження води відстає від відбирання рідини, що супроводжується подальшим зниженням тиску в покладі. У разі введення додаткової енергії створювані режими роботи покладу називають штучними(водо- і газонапірний).

В Україні нагнітання води здійснюється у 28% родовищ від загальної кількості; велика частина родовищ Дніпровсько-Донецької западини розробляється на пружному і природному водонапірному режимах, решта родовищ – на режимі розчиненого газу, а ряд виснажених родовищ Передкарпаття, що експлуатуються з минулого століття – на гравітаційному режимі.