Лекция 4. Режимы и материальный баланс газовых залежей

9. Источники пластовой энергии

Основными источниками пластовой энергии, под действием кото­рых газ притекает к забоям скважин, являются энергия напора пласто­вых вод, энергия сжатого газа и энергия упругости сжатых пород и жид­костей. Установлено, что газовый пласт по всей площади представляет единую гидравлически связанную систему. Поэтому эксплуатация сква­жин влияет не только на газовую залежь, но и на подстилающую ее во­донапорную область вплоть до границ пласта. Эффективность действия напора пластовых вод определяется величиной превышения выходов пласта над устьями скважин, проницаемостью водонасыщенных отложе­ний. Запасы энергии сжатого газа в залежи зависят от величины началь­ного пластового давления. Важную роль в процессе движения газа в пла­сте играет энергия упругости водонапорной системы. Сами упругие изменения породы и жидкости при снижении давления в пласте, отнесен­ные к единице их объема, незначительны. Но так как объемы водона­порной системы могут быть огромными, то упругая энергия пород и во­ды может оказаться существенным фактором восполнения пластового давления газовой залежи.

В процессе движения газа в пласте чаще всего действуют одновре­менно все три названные источники пластовой энергии. Однако в зави­симости от геологических условий и условий эксплуатации газовой за­лежи та или иная энергия может оказаться основной.

10. Режимы газовых залежей

Под режимом газовой залежи (режимом работы пласта) понимается проявление доминирующей формы пластовой энергии, вызывающей движение газа в пласте и обуславливающей приток газа к скважинам в процессе разработки залежи.

Режим работы залежи зависит от:

• геологического строения залежи;

• гидрогеологических условий, протяженности водонапорной системы;

• физических свойств газовых коллекторов;

• темпа отбора газа из залежи;

• методов поддержания Р_пл (газоконденсатные месторождения).

В практике разработки газовых месторождений различают:

• газовый режим (режим расширяющегося газа)

• водонапорный режим

Водонапорный режим подразделяется в свою очередь на:

- упругий водонапорный;

- жесткий водонапорный.

При газовом режиме или режиме расширяющегося газа единствен­ной силой, определяющей движение газа в пласте, является энергия дав­ления газа. Этот режим проявляется в том случае, если отсутствуют пла­стовые воды или если они не продвигаются в газовую залежь при сни­жении давления в процессе разработки.

Это означает, что объем порового пространства газовой залежи (газо-насыщенный объем) во времени разработки практически не меня­ется ( = const). Водонапорный режим - это смешанный режим, т.к. приток газа к скважинам происходит как за счет энергии расширяюще­гося газа, так и за счет продвижения (как поршня) пластовых вод в пределы газовой залежи. В этом случае за счет внедрения пластовых вод в газовую залежь происходит уменьшение газонасыщенного объема ( const).

При отборе одних и тех же количеств газа из залежи Р_пл при водо­напорном режиме всегда будет выше, чем при газовом. Жесткий водо­напорный режим связан с наличием активных пластовых вод и характе­ризуется тем, что при эксплуатации залежи не только уменьшается объ­ем газонасыщенной части пласта, но и полностью восстанавливается на­чальное пластовое давление - Р_пл. Но это встречается очень редко.

Упруго - водонапорный режим имеет место, когда газовая залежь находится в замкнутом водонапорном бассейне, т.е. у бассейна отсутст­вует внешняя естественная "подпитка". При этом режиме вода внедряет­ся в разрабатываемую газовую залежь за счет расширения пород водо­носных горизонтов и самой воды при падении давления в залежи и в во­донапорном бассейне. Главным условием проявления обоих видов водо­напорного режима (жесткого и упругого) является хорошая гидродина­мическая связь газонасыщенной части пласта с водоносной частью.

Продвижение воды в газовую залежь и подъем вследствие этого га­зоводяного контакта (ГВК) может привести к обводнению эксплуатаци­онных скважин. Поэтому в эксплуатационных скважинах нижняя часть эффективной мощности пласта (обычно 10-30 м) не вскрывается бурени­ем или не перфорируется. Согласно статистике в большинстве газовые месторождения в начальный период эксплуатации разрабатываются на газовом режиме. Проявление водонапорного режима обычно начинается после отбора из залежи 20-50% запасов газа.

В отличие от нефтяных залежей по газовым месторождениям коэф­фициент газоотдачи значительно выше. Теоретически КТО может быть равен единице. Практически он составляет обычно 0,9 - 0,95, т.к. часть газа оказывается "запечатанной" в результате подъема ГВК. Кроме того, газовое месторождение никогда не разрабатывается (из-за нерентабель­ности) до Р_пл = 1 кгс/см² и часть газа остается в пласте неизвлеченной.

На практике встречаются месторождения, у которых водонапорный режим проявляется с момента начала разработки, а ее завершение про­ходит при высоком давлении в пласте (но газа уже нет, есть водоносные отложения с высоким пластовым давлением). До начала разработки га­зового месторождения можно высказать только общие соображения о возможности проявления того или иного режима. Характер режима ус­танавливается по данным контроля за разработкой месторождения. Кон­троль за продвижением в залежь воды и обводнением скважин прово­дится различными способами, но в основном с помощью методов про­мысловой геофизики.

Режим работы газовой залежи определяют графическим построени­ем зависимости средневзвешенного пластового давления газовой залежи Р_пл/Z от суммарного отбора газа (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость пластового давления от отбора газа. 1-жесткий водонапорный режим; 2, 2а, 3 и 5 - разновидности водо­напорного режима; 4 - газовый режим.

Влияние коэффициента z. Если z не учитывать, то можно получить ложное представление о водонапорном режиме, когда фактически име­ется чисто газовый режим. Это видно на рис. 4

Рис. 4. Влияние коэффициента сверхсжимаемости на зависимость давления в залежи от отбора газа.

1 - зависимость om Q , 2 - зависимость P om Q