МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВО «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. М. С. ГУЦЕРИЕВА КАФЕДРА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Доклад по дисциплине: «Основы разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений» на тему: «Источники пластовой энергии, обуславливающие приток нефти к забоям скважин, и характеристики пластовой энергии. Упругий режим. Водонапорный режим. Режим растворенного газа. Газонапорный режим. Гравитационный режим. Смешанные режимы.» Выполнил: студент 3 курса гр. ОБ-21.03.01.02-31 Соколов Артем Васильевич Проверил: старший преподаватель кафедры РЭНГМ имени В. И. Кудинова Епифанов Юрий Геннадьевич Ижевск 2024 г. Содержание Введение........................................................................................................... 3 1. Основная часть .................................................................................................... 4 1.1. Источники пластовой энергии, обуславливающие приток нефти к забоям скважин, и характеристики пластовой энергии……...………………...………..4 1.2. Режимы работы залежей……………………………………………………..5 1.2.1. Упругий режим………….……………….…………...…...………………..5 1.2.2. Водонапорный режим…………….………………….………………….....7 1.2.3. Режим растворенного газа…………………………………………………8 1.2.4. Газонапорный режим……………………………………………………..10 1.2.5. Гравитационный режим…………………………………………………..12 1.2.6. Смешанные режимы………………………………………………………13 Заключение ............................................................................................................ 15 Список литературы ............................................................................................... 16 2 Введение: В данном докладе мы рассмотрим тему «Источники пластовой энергии, обуславливающие приток нефти к забоям скважин, и характеристики пластовой энергии. Упругий режим. Водонапорный режим. Режим растворенного газа. Газонапорный режим. Гравитационный режим. Смешанные режимы.» Изучим различные режимы, в которых происходит приток нефти к забоям скважин, и рассмотрим основные характеристики пластовой энергии. Важно изучить эти режимы и характеристики пластовой энергии, так как они играют важную роль в процессе добычи нефти и позволяют оптимизировать работу скважин. Дальнейшее изучение этой темы поможет нам лучше понять процессы, происходящие в пластах и способы эффективной добычи нефти. Актуальность: тема «Источники пластовой энергии, обуславливающие приток нефти к забоям скважин, и характеристики пластовой энергии. Упругий режим. Водонапорный режим. Режим растворенного газа. Газонапорный режим. Гравитационный режим. Смешанные режимы.» является высоко актуальной в сфере нефтяной промышленности и геологии. Рассмотрение этой темы в докладе позволит более глубоко изучить важные аспекты. Цель: изучение и анализ различных источников пластовой энергии, их влияния на приток нефти к забоям скважин, а также рассмотрение характеристик различных режимов, таких как упругий, водонапорный, режим растворенного газа, газонапорный, гравитационный и смешанные режимы. Задача: детально рассмотреть и изучить различные источники пластовой энергии, характеристик пластовой энергии, упругий режим, водонапорный режим, режим растворенного газа, газонапорный режим, гравитационный режим, смешанный режим. 3 1.Основная часть: 1.1. Источники пластовой энергии, обуславливающие приток нефти к забоям скважин, и характеристики пластовой энергии. Энергия — это физическая величина, определяющая способность тел совершать работу. Работа, применительно к нефтедобыче, представляется как разность энергий или освободившаяся энергия, необходимая для перемещения нефти в пласте и дальше на поверхность. Различаем естественную и в случае ввода извне, с поверхности искусственную пластовые энергии. Они выражаются в виде потенциальной энергии как энергии положения и энергии упругой деформации. 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, 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. В зависимости от темпа отбора нефти добывающие скважины, расположенные вблизи внешнего контура нефтеносности, могут 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 и т.д. 4 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. 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 пластколлектор (разности между пластовым и забойным давлениями). 1.2. Режимы работы залежей. Режимом работы залежи называется проявление преобладающего вида пластовой энергии в процессе разработки. По преобладающему виду энергии различают следующие режимы работы нефтяных залежей: упругий; водонапорный; растворенного газа; газонапорный; гравитационный; смешанные. Такое деление на режимы в «чистом виде» весьма условно. При реальной разработке месторождений в основном отмечают смешанные режимы. 1.2.1. Упругий режим Упругие силы могут проявляться при любом режиме. Поэтому упругий режим правильнее рассматривать не как самостоятельный режим, а как фазу водонапорного режима. В период проявления этой фазы основным источником энергии является упругость жидкости (нефти и воды) и породы. Упруго-водонапорный режим наиболее ярко проявляется при плохой сообщаемости (при отсутствии сообщения) нефтяной залежи с областью питания или при весьма значительной отдаленности (50-100 км) области питания от залежи нефти. 5 Упруго-водонапорному режиму свойственны те же характерные черты, что и водонапорному, однако при эффективном водонапорном режиме в случае неизменяющегося отбора жидкости установившееся динамическое давление в пласте остается также стабильным (до момента изменения режима отбора жидкости из пласта), а при упруго-водонапорном режиме даже в случае стабильного темпа отбора жидкости из пласта оно непрерывно снижается. Таким образом, пластовое давление при этом режиме в каждый момент эксплуатации зависит и от текущего, и от суммарного отбора жидкости из пласта. Следовательно, рост добычи нефти при этом режиме зависит от темпа ввода скважин в эксплуатацию: чем он медленнее, тем ниже оказываются начальные дебиты скважин, так как скважины вскрывают залежь в условиях более низкого пластового давления. В этом случае достигнутая текущая добыча нефти будет ниже по сравнению с добычей при более быстром вводе скважин в эксплуатацию. При этом режиме наблюдается быстрое снижение пластового давления и добычи нефти, несмотря на то что число эксплуатационных скважин еще продолжает увеличиваться. Газовый фактор является постоянным до момента снижения пластового давления ниже давления насыщения. При снижении пластового давления ниже давления насыщения газовый фактор растет, нефть, теряя растворенный газ, становится более вязкой и вследствие этого общая добыча нефти начинает снижаться в более быстром темпе (см. приложение). По сравнению с водонапорным упруго-водонапорный режим менее эффективен: коэффициент нефтеотдачи колеблется в пределах 0,5-0,7. Для обеспечения соответствующих отборов нефти при этом режиме необходимо проводить мероприятия по воздействию на пласт. Этот режим наблюдается на ряде месторождений восточных районов России (Туймазы, Ромашкино) и др. 6 1.2.2. Водонапорный режим. При водонапорном режиме основным видом энергии, продвигающей нефть по пласту, является напор краевых (или подошвенных) вод. На начальном этапе разработки с увеличением числа скважин, вводимых в эксплуатацию, наблюдается рост добычи нефти вплоть до достижения намеченного проектного уровня. В дальнейшем, при поддержании добычи на достигнутом уровне наблюдается также стабилизация пластового давления, а затем, по мере появления наступающей краевой воды, количество воды в жидкости возрастает, а добыча нефти соответственно снижается (рис. 1). В результате обводнения часть скважин выбывает из эксплуатации, что приводит к снижению общего отбора жидкости и некоторому повышению пластового давления. В связи с дальнейшим нарастанием обводнения и непрерывным снижением добычи нефти возникает необходимость в увеличении отбора жидкости (форсировке), вплоть до полного отбора нефти. Пластовое давление в каждый данный момент зависит от текущего отбора жидкости. Газовые факторы остаются низкими и постоянными, соответствующими количеству растворенного газа в нефти, если в результате отбора жидкости давление не падает ниже давления насыщения нефти газом. Эффективность водонапорного режима зависит от размеров водонапорной системы, коллекторских свойств пласта и гипсометрической разности между глубиной залегания продуктивных пород и высотой выхода их на поверхность. При эффективном водонапорном режиме ширина водонапорной системы (если считать от внешней границы залежи нефти до выхода пласта на поверхность) обычно составляет не менее 15-25 км, а проницаемость пород - не менее 1,02 - 10-12 м2. При эффективном водонапорном режиме коэффициент нефтеотдачи колеблется в пределах 0,65-0,80, в зависимости от коллекторских свойств пород и других факторов. Интенсивность проявления водонапорного режима зави7 сит не только от указанных выше природных факторов, но и от темпа отбора жидкости из пласта в целом, а также из отдельных его участков. Рис. 1. График эксплуатации пласта при водонапорном режиме Кривые: Qн- добычи нефти; QB - добычи воды; рпл -пластового давления; rр - газового фактора; рнас - давления насыщения. 1.2.3. Режим растворенного газа При режиме растворенного газа нефть продвигается по пласту к забоям скважин под действием энергии пузырьков расширяющегося газа при выделении его из нефти. В процессе эксплуатации залежи дебит (после достижения некоторого максимума) и давление непрерывно снижаются. Давление в каждый момент зависит от суммарного отбора нефти и газа из пласта. При этом режиме по мере нарастания числа скважин, вводимых в эксплуатацию, 8 происходит одновременное снижение начальных и текущих дебитов скважин. После достижения максимальной проектной добычи, еще до ввода в эксплуатацию намеченного числа скважин, начинается значительное снижение дебитов. Прирост добычи за счет ввода новых скважин не покрывает снижения общей добычи (рис. 2). Рис. 2. График эксплуатации пласта при режиме растворенного газа Кривые: Qн- добычи нефти; QB - добычи воды; рпл -пластового давления; rр - газового фактора; рнас - давления насыщения; А – газонапорный режим. Газовые факторы уже в начальную стадию разработки быстро возрастают, а в дальнейшем по мере истощения залежи снижаются. Появление в пласте (в результате падения пластового давления) свободного газа даже в количестве 7 % (от объема пор) сильно уменьшает фазовую проницаемость для нефти, что приводит к резкому снижению эффективности рассматриваемого режима. 9 Далее добыча нефти продолжает снижаться и особенно быстро по мере выбытия из эксплуатации части скважины. По мере истощения залежи газовый фактор резко снижается, дебиты скважин становятся низкими и продолжают медленно падать вследствие перехода на гравитационный режим. Коэффициент нефтеотдачи при режиме растворенного газа составляет 0,2-0,4. При этом режиме контурные воды не продвигаются или же продвигаются и внедряются в залежь весьма незначительно по сравнению с отбором нефти из нефтяной зоны. Это обусловлено плохими коллекторскими свойствами пласта в приконтурной части залежи нефти и взаимодействием вод и пород в приконтурной зоне пласта. Обычно режим растворенного газа присущ пластам со значительной фациальной изменчивостью, в которых вертикальная проницаемость хуже горизонтальной и структура характеризуется небольшими углами наклона. Как уже указывалось, этот режим может частично проявляться в пластах с водонапорным режимом и режимом газовой шапки в том случае, когда высокие дебиты скважин не соответствуют скорости продвижения контурных вод или контакта газ-нефть, что приводит к снижению давления ниже давления растворимости газа и нефти. 1.2.4. Газонапорный режим (режим газовой шапки) Основным видом энергии, продвигающей нефть по пласту при газонапорном режиме, является напор газа газовой шапки. При наличии огромной газовой шапки по сравнению с залежью нефти в процессе эксплуатации последней некоторый период времени дебиты и давления остаются почти постоянными, если не нарушается баланс между отбором нефти и скоростью продвижения контакта газ-нефть. Пластовое давление зависит от суммарного отбора нефти из пласта и по мере отбора непрерывно снижается. Газовые факторы остаются постоянными в скважинах, расположенных вдали от газовой шапки. В процессе эксплуатации залежи наблюдается не10 прерывное перемещение контура газоносности (и контакта газ-нефть), которое сопровождается резким нарастанием газового фактора (рис. 3) в скважинах (особенно расположенных вблизи контакта газ-нефть) и переходом их на фонтанирование чистым газом. Эффективность газонапорного режима зависит от соотношения размеров газовой шапки и залежи нефти, а также от коллекторских свойств пласта и характера структуры. К благоприятным условиям для проявления этого режима относятся высокая проницаемость коллекторов (особенно вертикальная, вкрест напластования), большие углы наклона пластов (хорошая выраженность структуры) и малая вязкость нефти. По мере извлечения нефти из пласта и снижения давления в нефтяной зоне газовая шапка расширяется и газ продвигает нефть в пониженные части пласта к забоям скважин. Даже при наличии в пониженной части пласта краевых вод газ, как источник энергии на первом этапе эксплуатации преобладает. Однако при некотором напоре краевых вод по мере снижения давления в газовой шапке может начаться перемещение нефти из нефтяной зоны пласта в газовую шапку. Такое перемещение нежелательно, так как нефть, смачивающая сухие пески газовой шапки, может быть безвозвратно потеряна. Поэтому выпуск газа из газовой шапки, а также эксплуатация скважин с высоким газовым фактором при газонапорном режиме недопустимы; газ газовой шапки нужно всемерно беречь, а в случае необходимости закачивать газ в газовую шапку, чтобы предотвратить продвижение в нее нефти из нефтяной зоны пласта. Коэффициент нефтеотдачи при газонапорном режиме колеблется в пределах 0,4-0,5, в отдельных случаях может достигать 0,6. 11 Рис. 2. График эксплуатации пласта при газонапорном режиме (режим газовой шапки) Кривые: Qн- добычи нефти; QB - добычи воды; рпл -пластового давления; rр - газового фактора; рнас - давления насыщения; А – газонапорный режим. 1.2.5. Гравитационный режим При гравитационном режиме движение нефти по пласту к забоям скважин происходит за счет силы тяжести самой нефти. Различают напорно-гравитационный режим и режим со свободным зеркалом нефти. Напорно-гравитационный режим наблюдается в том случае, когда пласт характеризуется высокой проницаемостью и более или менее круто наклонен, что облегчает продвижение нефти. 12 Гравитационный режим со свободным зеркалом нефти обычно наблюдается в пластах с пологим залеганием и плохими коллекторскими свойствами. В этом случае уровни в скважинах обычно находятся ниже кровли пласта. Нефть притекает лишь из площади, находящейся в зоне расположения данной скважины, в результате чего образуется свободная поверхность нефти, определяющаяся линией естественного «откоса». Нефтеотдача при гравитационном режиме обычно колеблется в пределах 0,1-0,2 (например, для девонских отложений Ухтинского месторождения). В нефтеносных пластах с недостаточным напором краевых вод (или при отсутствии его) в последней стадии эксплуатации сила тяжести обычно является единственным фактором, обусловливающим продвижение нефти по пласту к забоям скважин, т. е. наблюдается переход на гравитационный режим работы пласта 1.2.6. Смешанные режимы При рассмотренных природных режимах залежей с одним преобладающим видом энергии относительно небольшое действие оказывают и другие природные силы. Так, при режимах нефтяных залежей, характеризующихся значительным снижением пластового давления при разработке (режим растворенного газа, газонапорный), некоторую роль играют упругие силы породы и жидкости в пределах самой залежи: пр и газонапорном режиме заметное действие оказывает режим растворенного газа и т.д. Вместе с тем в природе широко распространены режимы залежей, при которых нефть или газ извлекаются из пластов за счет "равноправного" действия двух или даже трех видов энергии. Такие природные режимы называют смешанными. В газонефтяных залежах природный режим часто слагается из одновременного действия напора краевых вод и газовой шапки. Упруговодогазонапорный режим газовых залежей по существу также смешанный режим с из13 меняющейся ролью напора вод и потенциальной энергии давления газа на разных этапах разработки. В начальный период разработки обычно действует лишь газовый режим, а действие напора вод проявляется после существенного снижения пластового давления. В нефтяных залежах упруговодонапорный режим в чистом виде действует обычно лишь при отборе первых 5-10% извлекаемых запасов нефти, после чего пластовое давление падает ниже давления насыщения, и основное значение приобретает режим растворенного газа (девонские залежи нефти Татарии и Башкирии, многие залежи Западной Сибири). 14 Заключение: В результате проделанной работы рассмотрели различные источники пластовой энергии, их влияние на приток нефти к забоям скважин, а также характеристики различных режимов, таких как упругий, водонапорный, режим растворенного газа, газонапорный, гравитационный и смешанные режимы. Можно отметить следующее: Пластовая энергия играет важную роль в притоке нефти к забоям скважин. Она определяется различными режимами, такими как упругий режим, водонапорный режим, режим растворенного газа, газонапорный режим, гравитационный режим и смешанные режимы. Упругий режим характеризуется восстановлением объема пласта после его деформации. Водонапорный режим связан с давлением воды в пласте, которое способствует притоку нефти. Режим растворенного газа описывает приток нефти под воздействием растворенного газа. Газонапорный режим связан с притоком нефти под действием газового давления. Гравитационный режим определяется гравитационными силами, которые способствуют притоку нефти. Смешанные режимы представляют собой комбинацию различных факторов, таких как давление, гравитация и наличие газа или воды в пласте. Они могут влиять на приток нефти к забоям скважин. В итоге, изучение источников пластовой энергии и их характеристик позволяет лучше понять процессы притока нефти к забоям скважин и оптимизировать добычу нефти. 15 Список источников 1. Файловый архив студентов: [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/7518757/page:3/ . Доступ: открытый. (Дата обращения: 01.05.2024). 2. Библиофонд. Электронная библиотека студента: [Электронный ресурс]. URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=517772 . Доступ: открытый. (Дата обращения: 01.05.2024). 3. Студопедия: [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.su/20_47047_rezhimi-raboti-neftyanih-zalezhey-koeffitsientnefteotdachi.html . Доступ: открытый. (Дата обращения: 01.05.2024). 4. Файловый архив студентов: [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/8959648/page:9/ . Доступ: открытый. (Дата обращения: 01.05.2024). 16
