2.1.2 Режими дренування нафтових, газових і газоконденсатних покладів

Наявність тих або інших видів енергії пласта і характер їх поведінки в процесі розробки продуктивного покладу визначають режим дренування покладу (частіше його називають режим покладу). Прийнято давати назву режиму за переважаючою в розглядуваний період часу головною рушійною силою.

Велика частина нафтових покладів здатна так званим водонапірним режимом рухати нафту в пласті до свердловин наступаючою крайовою (контурною) водою. В ідеальному випадку при такому режимі нафтовий поклад постійно поповнюється водою з поверхневих джерел, у кількостях, рівних або дещо менших від кількості відібраної з покладу нафти. Джерелами живлення такої водонапірної системи можуть бути атмосферні опади, різні водоймища, льодовикові води тощо.

У міру видобування нафти з покладу, звільнений у ньому пористий простір заповнюватиметься наступаючою крайовою водою і водонафтовий контакт (границя нафти з водою) безперервно пересуватиметься у напрямку до свердловини. Якщо кількість води, яка надходить у пласт з поверхні буде дорівнювати кількості видобутої зі свердловини нафти, продуктивність свердловини і тиск у пласті залишатимуться в процесі експлуатації сталими. Якщо ж з пласта більше видобуватиметься нафти, ніж надходитиме в нього рідини, то тиск у пласті і дебіт свердловини поступово знижуватимуться. Це також спостерігається, коли нафтовий поклад не має сполучення з денною поверхнею і тому не отримує поповнення енергії ззовні.

При водонапірному режимі експлуатація покладу припиняється, коли наступаюча контурна вода досягає свердловин, і замість нафти з пласта видобуватиметься тільки вода. Проте повне витіснення нафти водою, ніколи не відбувається. Річ у тому, що нафта і вода рухаються в пористому пласті одночасно. У процесі заміщення нафти вода, яка має меншу в’язкість, неминуче випереджатиме нафту. У міру експлуатації кількість води в загальному об’ємі пластової рідини постійно збільшуватиметься. Нафта вже не витіснятиметься з пор, а швидше буде захоплюватися струменем води. Чим більша в’язкість нафти, тим на більшу відстань від початкового водонафтового контакту може розповсюджуватися процес паралельного руху води і нафти при поступовому зростанні вмісту води в потоці. І навіть у тому випадку, якщо зі свердловини видобуватиметься чиста вода, в порах породи все ж таки залишиться якась кількість нафти.

Показником ефективності розробки нафтового покладу служить так званий коефіцієнт нафтовіддачі – відношення кількості видобутої з покладу нафти до початкових її запасів. Практикою встановлено, що коефіцієнт нафтовіддачі для покладів нафти з водонапірним режимом може бути рівним 0,5...0,8, тобто з покладу можливо видобувати 50...80 % загальної кількості нафти, яка була в ньому до початку експлуатації. При великих розмірах системи, яка живить нафтовий поклад водою, навіть у випадку, якщо ця система не сполучається з поверхнею землі, в початковий період експлуатації енергія пласта проявляється у вигляді пружного розширення пластової рідини і породи при зниженні тиску в пласті. Об’єм води при зниженні тиску на 1 МПа збільшується в границях 1/2000...1/2500 від початкового об’єму. Об’єм нафти при зниженні тиску на 1 МПа залежно від газонасиченості збільшується від 1/70 до 1/1400 від початкового об’єму, а об’єм породи при зміні тиску на 1 МПа – від 1/10000 до 1/50000 своєї величини.

Із зниженням тиску в покладі вода і нафта розширюються в об’ємі, а пористі канали звужуються, вода в пласті займає місце нафти, яка витісняється з свердловини. Попри те, що пружне розширення водонапірної системи пласта при зниженні тиску в пласті дуже мале, все ж таки це явище відіграє велику роль при експлуатації нафтових покладів, оскільки тут у процесі беруть участь колосальні об’єми води, які оточують і підпирають нафтовий поклад. У деяких випадках внаслідок пружної енергії з пласта можна видобувати значну кількість нафти.

Режим роботи нафтового пласта, за якого основною рушійною силою є пружне розширення породи і рідин, які містяться в ньому, називається пружно-водонапірним (пружним) режимом.

У покладі нафти з пружним режимом активного просування контурних вод з повним заміщенням пор, які звільнилися від нафти, не спостерігається, пластовий тиск швидко падає і з часом режим роботи покладу може перейти в газовий. У таких покладах застосовують штучні заходи щодо підтримування пластового тиску шляхом нагнітання в пласт води.

Разом з напором пластових вод і силами пружності пластових водонапірних систем всі нафтові і газові поклади мають певний запас енергії газу, який є в пласті у вільному стані у вигляді газової шапки, або ж у розчиненому стані в нафті. У нафтових покладах з газовою шапкою великого об’єму діють сили, зумовлені напором і розширенням стисненого газу. Тиск газу в газовій шапці передається на дзеркало газонафтового контакту, а відтак, і на весь об’єм нафти в покладі. При відборі нафти з покладу пластовий тиск знижується, газова шапка розширюється і, подібно до поршня, витісняє нафту в нижню частину покладу.

Режим роботи пласта, за якого переважаючим видом енергії є енергія вільного газу в газовій шапці, називається газонапірним.

Процес витіснення нафти газом аналогічний процесу витіснення нафти водою з тією тільки відмінністю, що вода витісняє нафту в підвищені частини покладу, а газ, навпаки – в понижені.

Об’єм газу під тиском у газовій шапці завжди надто менший від об’єму водонапірної системи, яка оточує нафтовий поклад, тому запас енергії тут завжди обмежений. Крім того, в’язкість газу досить мала порівнюючи з в’язкістю нафти, і в процесі витіснення нафти і розширення газу в газовій шапці він прориватиметься до свердловин, розташованих недалеко від газонафтового контакту. Прорив же газу в свердловини сприятиме марній витраті газової енергії при одночасному зменшенні притоку нафти.

Для збільшення коефіцієнта нафтовіддачі покладу з газонапірним режимом у підвищену її частину треба нагнітати з поверхні газ, що дозволить підтримувати, а іноді відновити енергію пласта.

Газовий режим (режим розчиненого газу) характерний для покладів з пологим падінням пластів за відсутності вільного газу і без напору крайової води.

Високий темп відбору рідини, навіть за наявності в покладі крайових вод або газової шапки, також сприяє прояву газового режиму, оскільки в цьому випадку вода або газ не встигають зайняти частину звільненого нафтою об’єму, і вже не мають тієї активної напірної сили для витиснення нафти до свердловин.

Основною рушійною силою при газовому режимі, як вже йшлося, є газ, розчинений в нафті або розсіяний у вигляді найдрібніших бульбашок в пласті разом з нафтою. Із зниженням тиску в пласті газ починає виділятися з нафти, окремі бульбашки його розширюються в об’ємі і виштовхують нафту з пористого простору в зони зниженого тиску, тобто до вибою експлуатаційних свердловин.

Такий процес витиснення нафти за відсутності інших сил, що діють у пласті, характеризується дуже малою ефективністю з таких причин:

- кількість газу в пласті, розчиненого в нафті, обмежена;

- при зниженні тиску в покладі великі кількості газу вхолосту прориваються до свердловин, не проводячи корисної роботи проштовхування нафти. Це пояснюється тим, що в’язкість газу набагато нижча за в’язкість нафти і бульбашки газу в своєму русі до вибою свердловин обганяють крапельки нафти.

Ефективність витрачання пластової енергії при газових режимах характеризується газовим чинником – кількістю газу, приведеного до нормальних умов, який приходиться на 1 т видобутої нафти.

У процесі експлуатації нафтового покладу, який характеризується режимом розчиненого газу, спостерігається безперервне зниження пластового тиску і збільшення газового чинника, що вказує на неекономічне витрачання пластової енергії. Коефіцієнти нафтовіддачі при такому режимі найнижчі і, як показують експериментальні дані, становлять 0,5...0,30.

Для поповнення пластової енергії в нафтових покладах, які розробляються на режимі розчиненого газу, необхідно застосовувати методи штучного підтримування пластового тиску шляхом нагнітання в поклад води або газу.

Ще одне джерело пластової енергії – це сила тяжіння. Всі породи, які містять нафту, залягають під деяким кутом до горизонтальної площі. Тому нафта в них, під дією сили тяжіння прагне переміститися вниз. Чим більший кут нахилу пласта, тим більшу енергію сили тяжіння має нафта. Енергія напору, яка виникає завдяки дії сили тяжіння, є іноді єдиним видом енергії, яка просуває нафту до вибою нафтових свердловин. Режим дренування таких покладів називається гравітаційним.

Енергія сили тяжіння має практичне значення на пізній стадії розробки нафтових покладів закритого типу, коли енергія пружності газу вже витрачена і припинилося просування контурних вод.

Нафтовий поклад зрідка розробляється на якому-небудь одному режимі за весь період його експлуатації. Так, наприклад, поклади з водонапірним режимом, які розробляються за допомогою тільки природної енергії пласта, при високому відбиранні можуть перейти на режим розчиненого газу.

У деяких покладах різні їх ділянки можуть експлуатуватися на різних режимах: наприклад, нафта в крайові свердловини може витіснятися за рахунок напору контурних вод, а внутрішні ділянки пласта можуть дренуватися за рахунок енергії газової шапки або виснаження енергії розчиненого в нафті газу.

Газові та газоконденсатніі поклади можуть експлуатуватися при водонапірному, газовому і змішаному режимах.