Тема 1. 4 источники пластовой энергии и режимы работы нефтяных и газовых залежей

Количество потенциальной энергии, которой обладает нефтяная или газовая залежь, определяется пластовым давлением и общим объемом всей системы - нефтяной или газовой залежи и окружающей эту залежь водяной зоны. Большие массы воды окружающие нефтяную или газовую залежь и большие пластовые давления обеспечивают больший запас природной энергии залежи.

До вскрытия пласта сформировавшейся залежи скважинами жидкость и газ находятся в нем практически без движения, в статическом состоянии, и располагаются по вертикали в соответствии со своими плотностями. После вскрытия пласта скважинами и создания на забоях давления, меньшего, чем в пласте, равновесие в нем нарушается: жидкость и газ начинают перемещаться к зонам с пониженным давлением, т. е. к забоям скважин. Пластовая энергия расходуется на перемещение и преодоление сопротивлений, возникающих при движении жидкостей и газа в пористой среде. По мере расходования энергии пластовое давление в большинстве случаев снижается.

Таким образом, залегающие в пластах нефть и газ находятся под действием сил, совокупность которых обусловливает движение нефти, газа и воды в пластах при их разработке, а также характер и интенсивность этого движения.

Силы, действующие в пласте, можно разделить на две группы: силы движения и силы сопротивления, противодействующие движению жидкостей и газа и удерживающие нефть в пластах.

К силам,обусловливающимдвижениенефти, газа и воды в пластах, относятся:

1) вызываемые напором пластовых контурных вод;

2) проявляющиеся вследствие упругости пластовых водонапорных систем, т. е. упругости жидкости и самих пород пластов;

3) вызываемые напором свободного газа, заключенного в повышенных частях пласта (газовой шапке);

4) вызываемые расширением сжатого газа, растворенного в нефти;

5) сила тяжести нефти.

К силам сопротивления движению нефти в пласте относятся:

1) внутреннее трение жидкости и газа, связанное с преодолением их вязкости;

2) трение нефти, воды или газа о стенки поровых каналов нефтегазосодержащей породы;

3) межфазное трение при относительном движении жидкости и газа по пласту;

4) капиллярные и молекулярно-поверхностные силы, удерживающие нефть в пласте благодаря смачиванию ею стенок поровых каналов.

Гидравлическое сопротивление движению жидкости и газа по пласту зависит от вязкости движущихся жидкостей и газа и от скорости потока. При большей вязкости - большие силы сопротивления, при большей скорости потока - большие силы сопротивления.

Сопротивление трения при прохождении жидкости и газа через породу зависит от размеров пор и каналов в породе, а также от степени однородности сечения и шероховатости стенок пор.

Силы сопротивления при движении нефти через пески тем больше, чем меньше диаметр зерен и меньше сечение каналов в породе пласта.

Силы сопротивления в результате межфазного трения возникают при относительном движении компонентов, вызванном разностью их вязкости.

В мелких порах имеют значение капиллярные силы, удерживающие жидкость и противодействующие движущим силам пласта, стремящихся ее вытеснить.

Избирательное смачивание нефтью и водой песчинок пласта имеет существенное значение, определяющее величину нефтеотдачи пласта.

Основная доля пластовой энергии идет на преодоление сил внутреннего трения, обусловленных вязкостью жидкостей и газов, и сил трения, возникающих при движении жидких и газовых фаз относительно друг друга, вязкостная составляющая потерь энергии прямо пропорциональна скорости движения и вязкости жидкости или газа.

Часть пластовой энергии тратится на преодоление сил инерции, проявляющихся при фильтрации жидкостей и газов с высокими скоростями. В поровом пространстве сложной структуры, скорость частиц жидкости и газа, проходящих через сужения и расширения поровых каналов, постоянно увеличивается и уменьшается. Изменение скорости и направления движения частиц - причина возникновения сил инерции. Инерционная составляющая потерь пластовой энергии прямо пропорциональна плотности жидкости или газа к квадрату скорости движения. Ее доля особенно заметна при фильтрации газов, движущихся в пластах с высокими скоростями.

Некоторая доля пластовой энергии тратится на преодоление сил, которые обусловлены поверхностными явлениями, сопровождающими фильтрацию жидкостей и газов, в частности на преодоление капиллярных давлений, разрушение поверхностных адсорбционных слоев, образование новых поверхностей при отмыве и диспергировании нефти.

Определенная часть пластовой энергии расходуется на движение жидкостей и газа в стволе скважины, подъем их на поверхность и движение по внутрипромысловым коммуникациям в период фонтанной эксплуатации скважин.