Источники и характеристики пластовой энергии

Силы и процессы, проявляющиеся в пластах при разработке нефтяных месторождений и эксплуатации нефтяных и газовых скважин

2.1. Пластовая энергия и силы, действующие в залежах

Режимом работы залежи называется проявление преобладаю­щего вида пластовой энергии в процессе разработки.

Энергия — это физическая величина, определяющая способ­ность тел совершать работу. Применительно к нефтедобыче различаются естественная пластовая и искусственная (вводимая извне, с поверхности) энергии. Они выражаются в виде потенциальной энергии по­ложения и энергии упругой деформации. Работа по перемещению нефти в пласте и в скважине на поверхность - это разность энергий или освободившаяся энергия.

Потенциальная энергия положения

E _п = mgh _ст (1.1)

где m — масса тела (пластовой или закачиваемой с поверхно­сти воды, нефти, свободного газа; g - ускорение свободного падения; h _ст — высота, на которую поднято тело по сравнению с произвольно выбранной плоскостью начала отсчета (для жид­ких тел это гидростатический напор).

Поскольку масса тела m = Vρ, ρgh_ct = p, то энергия положе­ния равна произведению объема тела V на создаваемое давле­ние р:

E_n = Vrgh _ст = Vp, (1.2)

где r — плотность тела.

Потенциальная энергия упругой деформации

E _д = Р D l, (1.3)

где P = pF — сила, равная произведению давления р на площадь F; D l — линейная деформация (расширение). Так как приращение объема D V = F D l, то

E _д = Р D V (1.4)

Приращение объема D V при упругой деформации можно представить, исходя из закона Гука, через объемный коэффи­циент упругости среды

b = D V/ (V D p)

тогда

E _д = b V p D p (1.6)

Следовательно, чем больше упругость и объем V среды (воды, нефти, газа, породы), давление р и возможное снижение давления D p, тем больше потенциальная энергия упругой де­формации. Количество пластовой воды и свободного газа опре­деляются соответственно размерами водоносной области и газо­вой шапки, а количество растворенного в нефти газа — объемом нефти V _н, давлением р_н насыщения нефти газом (по закону Генри) или газосодержанием (газонасыщенностью) пластовой нефти Г_о (объемное количество растворенного газа, измерен­ного в стандартных условиях, которое содержится в единице объема пластовой нефти):

V _г =a_р р _н V _н =Г₀ V _н, (1.7)

где a_р — коэффициент растворимости газа в нефти.

Отсюда следует, что основными источниками пластовой энер­гии служат:

- энергия напора (положения) пластовой воды (контурной, подошвенной);

- энергия расширения свободного газа (газа газовой шапки);

- энергия расширения растворенного в нефти газа;

- энергия упругости (упругой деформации) жидкости (воды, нефти) и породы;

- энергия напора (положения) нефти.

Энергии этих видов могут проявляться в залежи совместно, а энергия упругости нефти, воды и породы наблюдается всегда. В нефтегазовых залежах в присводовой части активную роль играет энергия газовой шапки, а в приконтурных зонах — энер­гия напора или упругости пластовой воды.

Добывающие скважины, расположенные вблизи внешнего контура нефтеносности, могут в зависимости от темпа отбора нефти создавать такой экранирующий эффект, при котором в центре залежи действует, в основном, энергия расширения растворенного газа, а на пери­ферии — энергия напора или упругости пластовой воды. Эффективность расходования пластовой энергии, т. е. количе­ство получаемой нефти на единицу уменьшения ее величины, за­висит от вида и начальных запасов энергии, способов и темпа отбора нефти.

На основании изложенного можно сказать, что значение пла­стовой энергии зависит от давления, упругости жидкости (нефти, воды) и породы, газосодержания, объемов воды и газа, связанных с нефтяной залежью. Искусственная энергия вво­дится в пласт при закачке в нагнетательные скважины воды, газа, пара и различных растворов.

Пластовая энергия расходуется на преодоление разного рода сил сопротивления, гравитационных, капиллярных сил при пе­ремещении нефти и проявляется в процессе снижения давления, создания депрессии на пласт-коллектор D p (разности между пластовым р _пл и забойным р _з давлениями).

2.2. Режимы работы нефтяной и газовой залежи

По преобладающему виду энергии различают следующие ре­жимы работы нефтяных залежей: водонапорный; упругий; рас­творенного газа; газонапорный; гравитационный; смешанные. Такое деление на режимы в “чистом виде” весьма условно. При реальной разработке месторождений в основном отмечают сме­шанные режимы.

Дата добавления: 2015-06-30