Пластовая энергия и силы, действующие в залежах

Каждая нефтяная и газовая залежь обладает тем или иным запа­сом естественной пластовой энергии, количество которой определяется величиной пластового давления и общим объемом всей системы, со­ставляющей данную залежь, включая как нефтяную, так и окружаю­щую ее водяную зону.

До вскрытия пласта скважинами жидкости и газ находятся в нем в статическом состоянии и располагаются по вертикали соответст­венно своим плотностям. После вскрытия пласта и начала эксплуата­ции скважин равновесие в пласте нарушается: жидкости и газ начи­нают перемещаться в пласте к зонам с пониженным давлением, т. е. к забоям скважин.

Движение жидкости и газа в пласте происходит вследствие разно­сти (перепада) пластового давления и давления у забоев скважин. Другими словами, накопленная пластовая энергия расходуется на перемещение жидкости и газа по пласту и подъем их в скважинах, а также на преодоление сопротивлений, возникающих при этом пере­мещении.

В зависимости от геологических условий нефтяной или газовой залежи и условий ее эксплуатации пластовая энергия проявляется в виде сочетания тех или иных сил, способствующих движению жидкости и газа, заполняющих пласт.

Во многих нефтяных залежах движение нефти происходит под действием сил, вызванных напором краевой (контурной) воды. Крае­вая вода в процессе разработки залежи стремится проникнуть в зону пониженного давления, которая возникает у забоев эксплуатацион­ных скважин, и проталкивает нефть, заполняя освобождающиеся поры пласта.

В нефтяных залежах с большой газовой шапкой действуют силы, вызываемые напором и расширением сжатого газа. Давление газа, находящегося в газовой шапке, передается на зеркало газонефтяного контакта, а следовательно, и на весь объем нефти в залежи. При сни­жении пластового давления газовая шапка расширяется и подобно поршню вытесняет нефть в нижнюю часть залежи.

В газовых пластах движение газа происходит под действием сил, возникающих при расширении газа одновременно со снижением пла­стового давления. При этом может создаться также напор краевых или подошвенных вод, подпирающих газ снизу.

При плохом сообщении пористого пространства нефтяной залежи с водонасыщенной зоной пласта движение нефти в ней происходит в основном под действием сил, возникающих при выделении из нефти растворенного газа и его расширении.

При больших размерах системы, питающей нефтяную залежь водой, даже если эта система не сообщается с поверхностью земли, пластовая энергия выражается в виде упругого расширения жидко­сти и горной породы при снижении давления в пласте.

В ряде нефтяных залежей, особенно на поздней стадии их разра­ботки, основными движущими силами в пласте являются силы тяже­сти: нефть стекает из повышенных частей пласта в пониженные, где располагаются забои скважин.

В процессе фильтрации жидкости через пористую среду возни­кают силы сопротивления ее движению; на преодоление этих сил за­трачивается часть пластовой энергии. Основное сопротивление соз­дается силами трения внутри жидкости и силами трения жидкости о стенки поровых каналов. Величина этих сил зависит в основном от вязкости жидкости и от размеров поровых каналов, т. е. от проницае­мости пород пласта. Чем выше вязкость нефти и ниже проницаемость пород, тем больше пластовой энергии затрачивается на продвижение нефти по пласту. Поэтому для залежей, содержащих вязкую нефть и сложенных слабопроницаемыми породами, характерны низкие дебиты скважин.

Дополнительное сопротивление движению нефти создается пу­зырьками газа, когда они выделяются из нефти внутри залежи. Пу­зырьки газа, находящиеся в поровых каналах, закупоривают их и препятствуют движению нефти: перемещение этих пузырьков воз­можно при изменении их формы в соответствии с формой канала, а для этого должны быть приложены дополнительные силы. Поэтому дви­жение газонефтяной смеси в пористой среде происходит с большими потерями энергии, чем движение однородной жидкости.

В мелких порах пласта большое значение приобретают капил­лярные силы, удерживающие нефть.

Наличие тех или иных видов пластовой энергии и характер их проявления в процессе разработки нефтяной или газовой залежи опре­деляют режим дренирования залежи.

Принято давать название режиму по преобладанию в рассматри­ваемый период времени главной движущей силы в пласте.