ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА

 

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.

 

7.1. 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× r× g

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

При практических расчетах формулу используют в следующем виде:

Р_пл = h× r/с,

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 – 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 рассояние z и плотность жидкости в скважине r, при необходимости всегда можно перейти от абсолютного пластового давления к приведенному (и наоборот):

Р_пл.пр = Р_пл.а + z × r/с = (h₁ + z) × r/с.

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. 17, 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 r_в (она обычно больше 1 в следствии того, что пластовые воды минерализованы): Р_пл1 = [(H₁-h₁)/102] r_в.

 

 

 

 

В скважинах с устьями, совпадающими с пьезометрической поверхностью (рис. 12, скв2),

Р_пл2 = H₂r_в /102

Скважины с устьями ниже пьезометрической поверхности (рис. 12, скв 3) будут фонтанировать. Пластовое давление в таких скважинах можно определить, замерив манометром давление p_у на их герметизированных устьях:

Р_пл3 = [(H₃ r_в /102)]+p_у,

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 12 видно, что на величину grad p в различных скважинах заметное влияние оказывает разность абсолютных отметок пьезиметрической 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. 13), 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.

Взависимостиот степени соответствия начального пластового давленияглубинезалеганияпластов-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.

 

Залежи с начальным пластовым давлением,

соответствующим гидростатическому

 

Гидростатическим пластовым давлением (ГПД) называют давление в пласте-коллекторе, возникающее под действием гидростатической нагрузки вод, перемещающихся по этому пласту в сторону его регионального погружения.

В водоносном пласте начальное пластовое давление считают равным гидростатическому, когда соответствующая ему пьезометрическая высота в каждой его точке примерно соответствует глубине залегания пласта. Пластовое давление, близкое к гидростатическому, характерно для инфильтрационных водонапорных систем и приуроченных к ним залежей.

За пределами залежей нефти и газа, т.е. в основной по площади водоносной части инфильтрационных систем, зна­чение вертикального градиента пластового давления обычно не выходит за пределы 0, 008-0, 013 МПа/м и в среднем со­ставляет около 0, 01 МПа/м. Редкие исключения могут быть обусловлены весьма резким различием абсолютных отметок устьев скважин и пьезометрической поверхности.

В инфильтрационных водонапорных системах начальное пластовое давление возрастает практически пропорционально увеличению глубины залегания водоносных пластов-коллек­торов. Его значения всегда намного ниже значений геостати­ческого давления, т.е. давления на пласт массы вышележащей толщи пород.

В пределах нефтегазовых залежей значения начального пластового давления и статических уровней превышают значения этих показателей в водоносной части пласта при тех же абсолютных отметках залегания пластов. Величина превышения зависит от степени различий плотности пластовой воды, нефти и газа и от расстояния по вертикали от рассматриваемых точек залежи до ВНК.

Уменьшение пластового давления от перефирии к сводовой части залежи нефти и газа происходит непропорционально уменьшению абсолютных отметок залегания пласта.

Разницу между пластовым давлением и гидростатическим (при Рв = 1) на одной абсолютной отметке пласта принято называть избыточным пластовым давлением Р_изб.

В инфильтрационных системах вертикальный градиент пластового давления залежей нефти и газа, даже с учетом избыточного давления, обычно не выходит за указанные ра­нее пределы 0, 008-0, 013 МПа/м. Верхний предел обычен для газовых залежей большой высоты. Иногда в свободной части газовой залежи, приуроченной к инфильтрационной системе, значение градиента может выходить за названный предел. Повышенное пластовое давление в сводовых частях залежей инфильтрационных водонапорных систем не следует смеши­вать со сверхгидростатическим давлением.

О соответствии или несоответствии пластового давления гидростатическому (т.е. глубине залегания пласта) следует су­дить по значению давления в водоносной части пласта, непо­средственно у границ залежи, или, если замеров давления здесь нет, по значению давления, замеренного в пределах за­лежи и приведенного к горизонтальной плоскости, соответ­ствующей средней отметке ВНК или ГВК.

Залежи с начальным пластовым давлением,

отличающимся от гидростатического.

 

Начальное пластовое давление в водоносных пластах, а также на ВНК и ГВК залежей, вер­тикальный градиент которого выходит за пределы значений этого показателя, характерных для пластового давления, со­ответствующего гидростатическому, называется давлением, отличающимся от гидростатического. При gradp > 0, 013 пла­стовое давление обычно считают сверхгидростатическим (СГПД), при gradp < 0, 008 - меньшим гидростатического (МГПД).

Наличие в пластах-коллекторах СГПД можно объяснить тем, что на определенном этапе геологической истории резервуар получает повышенное количество жидкости в связи с превышением скорости ее поступления над скоростью оттока. Сверхгидростатическое пластовое давление характерно для элизионных водонапорных систем. В таких системах напор создается за счет выжимания вод из вмещающих пласты-коллекторы уплотняющихся осадков и пород и частично за счет уплотнения самого коллектора под влиянием геостатического давления, возрастающего в процессе осадконакопления (геостатические элизионные системы), или в результате геодинамического давления при тектонических напряжениях (геодинамические элизионные системы).

В элизионной системе областью питания является наиболее погруженная часть пласта-коллектора. Отсюда вода, поступившая в нее, перемещается в направлении восстания пласта к областям разгрузки, когда имеется связь пласта-коллектора с земной поверхностью, или к границам распространения пласта-коллектора, если такой связи нет. В первом случае принято называть элизионные системы полузакрытыми, во втором - закрытыми. Вместе с водами, выжимаемыми из породы-коллектора, последним передается часть геостатического давления. При этом пластовое давление повышается по сравнению с нормальным гидростатическим Р_пл.г на величину Р_доп.

 

Р_пл= Р_пл.г+ Р_доп.

где

Р_доп.=V_доп/b_в× V_в

 

V_доп.- превышение количества поступающей в пласт-коллектор воды над количеством ее, удаляющимся в область разгрузки; b_в— коэффициент сжимаемости воды; V_в — общий объем воды в пласте-коллекторе.

С увеличением закрытости водонапорной системы и объемов выжимаемой в нее воды Р_доп возрастает и СГПД приближается по величине к геостатическому давлению. СГПД наиболее характерно для пластов, залегающих на больших глубинах между мощными толщами глинистых пород, в межсолевых и подсолевых отложениях.

Образование СГПД связывают также с уплотнением пород-коллекторов в результате цементации, с освобождением дополнительного объема воды при переходе монтмориллонита в иллит, с тепловым расширением воды и другими процессами, протекающими в недрах земли. СГПД, являющееся следствием тектонических напряжений, может быть свойственно пластам-коллекторам в пределах локальных тектонических СГПД или даже отдельных тектонических блоков.

СГПД характерно для районов с повышенной неотектонической активностью и соответственно с высокой скоростью осадкообразования - для Северного Кавказа, Азербайджана, Средней Азии, Предкарпатья. В этих районах СГПД встречается и на малых глубинах. Градиент СГПД может достигать 0, 017-0, 025 МПа/м и более.

В пределах элизионных водонапорных систем давление в гипсометрически высоких частях залежей нефти и газа, так же как и в пределах инфильтрационных систем, несколько повышено за счет избыточного давления.

Пластовое давление, меньшее гидростатического, т.е. с вертикальным градиентом менее 0, 008 МПа/м встречается относительно редко. Наличие в пластах-коллекторах МГПД может быть объяснено тем, что на определенном этапе геологической истории создавались условия, приводящие к дефициту пластовой воды в резервуаре. Одним из таких условий может быть увеличение пористости, например, при выщелачивании или перекристаллизации пород. Возможно также уменьшение объема жидкости, насыщающей пустотное пространство, например вследствие снижения температуры пластов-коллекторов в результате их перемещения при тектонических движениях на меньшие глубины

 

 

7.2. ТЕМПЕРАТУРА В НЕДРАХ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

Известно, что в недрах месторождений тем­пература возрастает с глубиной, начиная от так называемого нейтрального слоя с неизменной температурой. Продуктив­ные пласты имеют природную (начальную) температуру, зна­чение которой определяется закономерностями изменения температуры по разрезу месторождения.

Начальная температура продуктивных пластов оказывает большое влияние на фазовое состояние УВ в пластовых ус­ловиях, на вязкость пластовых жидкостей и газов и, следова­тельно, на условия их фильтрации. В процессе разработки залежей природные термические условия могут претерпевать устойчивые или временные из­менения в связи с нагнетанием в больших объемах в пласты различных агентов, имеющих температуру, большую или меньшую начальной пластовой.

Замеры температур в скважинах производят либо максимальным термометром, либо электротермометром.

Замеры температуры можно производить в скважинах, закрепленных обсадными трубами и не закрепленными ими. Перед замером скважина должна быть оставлена в покое на 20-25сут для того, чтобы в ней восстановился нарушенный бурением или эксплуатацией естественный температурный режим. Однако в промысловых условиях нередко приступают к замерам по истечении всего лишь 4-6 ч после остановки скважины. В процессе бурения температуру обычно замеряют в скважинах, временно остановленные по техническим причинам.

В эксплуатационных скважинах замеры температуры производят после подъема насоса; эти замеры оказываются надежными лишь для интервала глубин залегания продуктивного (эксплуатационного) пласта. Для получения надежных температурных данных в других интервалах пласта скважину необходимо заполнить глинистым раствором и остановить на более или менее длительный срок (иногда на 20 сут). Для этой цели удобнее использовать бездействующие или временно законсервированные эксплуатационные скважины. При замерах температуры следует учитывать проявления газа и связанное с этим возможное понижение естественной температуры.

Данные замеров температур могут быть использованы для определения геотермической ступени и геотермического градиента.

Геотермическую ступень, т. е. расстояние в метрах, при углублении на которое температура пород закономерно повышается на 1 °С, определяют по формуле

 

 

где G—геотермическая ступень, м/°С; Н—глубина места замера температуры, м; h—глубина слоя с постоянной температурой, м; Т—-температура на глубине °С; t—средняя годовая температура воздуха на поверхности, ^oС.

Природная геотермическая характеристика месторождения служит фоном для выявления всех проявляющихся при раз­работке вторичных аномалий температуры. Процесс изуче­ния природного теплового режима месторождения включает температурные измерения в скважинах, построение геотерм и геотермических разрезов скважин, определение значений геотермического градиента и геотермической ступени, опре­деление температуры в кровле продуктивных пластов, пост­роение геолого-геотермических профилей и геотермических карт.

Для получения природной геотермической характеристики температурные замеры должны проводиться до начала или в самом начале разработки залежей по возможно большему числу скважин, равномерно размещенных по площади.

Сверху вниз по стволу скважины высокоточным электри­ческим, самопишущим и другими приборами, а также мак­симальным ртутным термометром проводят измерение тем­пературы с определенным шагом, равным единицам метров в продуктивных интервалах разреза и десяткам метров в ос­тальной его части.

По данным температурных исследований строят термо­грамму, т.е. кривую, отражающую рост естественной темпе­ратуры пород с увеличением глубины. Такие термограммы называют геотермами Г₀. Сочетание геотермы с литолого-стратиграфической колонкой скважины представляет собой геолого-геотермический разрез скважины. На гео­терме обычно выделяются прямолинейные участки с разны­ми углами наклона, отвечающие геолого-стратиграфическим пачкам с неодинаковой теплопроводностью пород.

С помощью геолого-геотермического разреза скважины определяют значения геотермического градиента - частные и среднее взвешенное. Геотермический градиент ∆ Г характе­ризует изменение температуры при изменении глубины на 100м. Величина геотермического градиента (Г) равна

 

 

следовательно, зависимость между геотермической ступенью и геотермическим градиентом выражается соотношением:

Частным называют значение геотермического градиента в пределах литолого-стратиграфической пачки, характеризую­щейся углом наклона соответствующего ей отрезка геотер­мы.

Среднее взвешенное значение геотермического градиента А Г характеризует начальную температуру геологического разреза в целом от нейтрального слоя до забоя скважины:

Средние взвешенные значения геотермических градиентов различны для геологических разрезов разных участков зем­ной коры.

Наиболее полная температурная характеристика геологи­ческого разреза месторождения в целом или его определен­ной части может быть получена с помощью серии геолого-геотермических профилей (рис. 14).

Рис. 14. Схематический геолого-геотермический профиль месторождения Узень (по В.А. Луткову):

1 — непроницаемые разделы между горизонтами; 2 — изотермы, °С; XIII — XVII — продуктивные горизонты

 

Изменение температуры продуктивного пласта по площа­ди хорошо иллюстрируется геотермической картой (картой изотерм) по кровле пласта (рис. 15).

 

Рис.15. Геотермическая карта по кровле горизонта XIII месторождения Узень (фрагмент, по В.А. Луткову):

1 — скважины (цифры у скважин — природная температура в кровле плас­та, °С); 2 — изотермы, °С; 3 — изогипсы, м; 4 — предполагаемое дизъюнк­тивное нарушение; 5 — внешний контур нефтеносности

 

При многопластовом строении эксплуатационного объекта карты изотерм следует строить по кровле каждого из пластов. Природная темпера­тура в кровле пласта обычно имеет различные значения на разных участках залежи. В пределах антиклинальных подня­тий она возрастает от сводовой части к периферии залежи в соответствии с увеличением глубины залегания пород. На э том фоне могут быть аномалии, обусловленные особеннос­тями перемещения пластовых вод в водонапорной системе, возможной гидрогазодинамической сообщаемостью частей разреза с неодинаковой температурой на отдельных участках месторождений и другими причинами.

Соответственно гео­термы скважин на разных участках месторождения могут различаться.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: