Режимы нефтяных залежей - Пермский государственный
advertisement
Федеральное агентство по образованию Пермский государственный технический университет Кафедра геологии нефти и газа Учебное пособие по теме: ПРИРОДНЫЕ РЕЖИМЫ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ Пермь, 2010 2 УДК 550.81 Составитель: И.А.Козлова, доцент кафедры ГНГ 3 ПРИРОДНЫЕ РЕЖИМЫ НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ВОДОНАПОРНЫЙ РЕЖИМ Основная движущая сила – это напор краевых или подошвенных вод. При данном режиме отбираемый объем нефти полностью компенсируется продвижением в залежь законтурных вод. В процессе эксплуатации залежи в ее объеме происходит движение всей массы нефти. Объем залежи постепенно сокращается за счет подъема ВНК. Геологические условия проявления режима 1. Высокое начальное пластовое давление. 2. Приуроченность залежей к инфильтрационным водонапорным системам с хорошей гидродинамической сообщаемостью между нефтяной частью, законтурной областью и областью питания. 3. Небольшие размеры залежей, отсутствие тектонических нарушений, высокая проницаемость коллектора в залежи и в законтурной области; относительная однородность коллекторов; малая вязкость нефти. 4. Большие размеры законтурной области, небольшая удаленность залежи от области питания. 5. Умеренный отбор жидкости (нефти +попутной воды) из пласта, соизмери- мый со скоростью передвижения законтурных вод, что позволяет им полностью компенсировать отобранный из залежи объем полезного флюида. Динамика показателей разработки Пластовое давление – характерна тесная связь Pпл и величины отбора нефти (жидкости) из пласта (с увеличением добычи нефти пластовое давление снижается, при стабилизации добычи величина Pпл остается на постоянном уровне; при снижении уровня отбора пластовое давление увеличивается). Но эти колебания незначительны и при прекращении отбора жидкости из пласта величина Pпл восстанавливается до начального уровня (рис. 1). 4 Рис. 1. а) изменение объема залежи в процессе разработки; б) динамика основных показателей разработки нефтяной залежи при водонапорном режиме. 1 – интервалы перфорации, 2- вода, 3- нефть, 4- направление движения воды и нефти; положение ВНК: ВНКнач - начальное, ВНКтек – текущее, ВНКк - конечное. Рпл – пластовое давление, Рнас – давление насыщения, Qн– добыча нефти, Qж – добыча жидкости, В% – обводненность продукции, kизвл.н () – коэффициент извлечения нефти. Давление насыщения –Pнас –(давление при котором ренный в ней газ). из нефти начинает выделяться раство- При данном режиме эта величина не меняется на протяжении всего периода разработки. Pнас << Рпл. Промысловый газовой фактор –G (Количественное соотношение газообразной и жидкой фаз, полученное в результате дегазации. Отношение объема природного газа к объему дегазированой нефти. (обычно составляет 10-55 м3/м3; до 500 и более). – на протяжении всего периода разработки остается постоянным, так как газ остается растворенным в нефти в течение всего периода разработки. Добыча нефти – Qн – изменяется по стадиям. Темп добычи 8-10% от НИЗ (начальные извлекаемые запасы). К концу 4 стадии из залежи может быть извлечено до 80% от извлекаемых запасов, т.е. данный природный режим очень эффективен. Добыча жидкости - Qж - на 1 и 2 стадиях разработки кривые отбора жидкости и нефти практически совпадают, так как добыча нефти не сопровождается 5 добычей попутной воды. На 3 стадии, величина Qж, как правило немного снижается в связи с уменьшением объема добычи нефти. На 4 стадии Qж увеличиваться за счет значительного обводнения добывающих скважин и продукции залежи в целом. А к концу разработки отношение накопленных отборов воды и нефти (водонефтяной фактор) достигает 0,5 – 1. Обводненность – В%- начинает расти со второй стадии, достигая максимальных значений на 3 и 4 стадиях, когда в связи с сокращением запасов нефти из залежи отбирается больше попутной воды. КИН – отношение величины извлеченных запасов к количеству запасов, содержащихся в залежи называется коэффициентом извлечения нефти – kизвл.н (). КИН для данного режима может составлять 0,6-0,8. Режим наиболее эффективный из всех. Это обусловлено благоприятным сочетанием геологических факторов, формирующих данный режим, а также способностью пластовой минерализованной воды хорошо отмывать нефть и вытеснять ее из пустотного пространства коллектора. На 1, 2 стадиях разработки залежи, работающей на водонапорном режиме, пластовой энергии достаточно для поддержания высокого уровня добычи без применения системы ППД (закачки). УПРУГОВОДОНАПОРНЫЙ РЕЖИМ Основной движущей силой также является напор законтурных вод, но основным источником энергии при этом служит упругое расширение коллекторов и насыщающих их жидкостей при снижении в залежи пластового давления. При данном режиме отбор жидкости не полностью компенсируется продвижением законтурных вод, поэтому Рпл медленно падает как в залежи, так и на площади к ней примыкающей. При разработке залежи, по мере увеличения отбора жидкости и снижения Рпл не только в залежи , но и в законтурной области, в движение вовлекаются всё более удалённые от залежи законтурные воды. В этой области происходит расширение породы и пластовой воды и хотя коэффициенты упругости породы и жидкости незначительны, при больших площадях сниженного давления 6 (превышающих размеры залежи) они могут служить источником значительной дополнительной энергии. Геологические условия проявления режима 1. Высокое начальное пластовое давление 2. Приуроченность залежи к эллизионной водонапорной системе, или к инфильтрационной при условии значительного удаления залежи от области питания, т.е. гидродинамическая связь залежи с законтурной областью слабая. 3. Залегание пласта-коллектора на значительной площади. Низкая проницаемость коллекторов, значительная неоднородность. 4. Относительно большие размеры водонефтяной зоны залежи. 5. Повышенная вязкость нефти 6. Обязательным условием является превышение начального пластового давления над давлением насыщения. Процесс вытеснения нефти водой из пласта аналогичен таковому при водонапорном режиме, но вследствие перечисленных геологических условий доля запасов в невырабатываемых участках залежи увеличивается. Динамика показателей разработки 1. Рпл- медленно снижается с течением времени разработки залежи. Интенсивность его падения определяется размерами законтурной зоны; чем меньше площадь законтурной зоны, тем быстрее снижается давление. По мере расширения области снижения давления, темп его снижения замедляется. На рис. 2 показаны зависимости Р пл от Qж с разными размерами законтурной области. 1-большие размеры законтурной области, участвующие в отборе; 2 -небольшие (например, за счет снижения проницаемости коллекторов в законтурной зоне); 3-законтурная область практически отсутствует Рис. 2 График зависимости Рпл от Qж 7 Рис. 3. Динамика основных показателей разработки нефтяной залежи при упруговодонапорном режиме 2. Рнас.- как и для предыдущего режима остается намного меньше пластового, что позволяет вести разработку на 1 и 2 стадиях без системы ППД. Рнас << Рпл. 3. Qн- изменяется по стадиям. Темп добычи 5-7% от НИЗ. К концу основного периода разработки обычно отбирается до 50% запасов залежи. 4.В%- добыча нефти сопровождается более интенсивным обводнением в сравнении с водонапорным режимом. Рост обводнённости начинается уже с 1 стадии. Величина водонефтяного фактора (отношение добытой нефти к добытой воде) достигает 2-3. 5.Qж – изменяется в соответствии с Qн и В%. Безводная нефть добывается только в начале 1 стадии, а начиная со 2-ой Qж превышает Qн. 8 6.G – остается постоянным, т.к. на протяжении всего периода разработки Рпл не падает ниже Рнас и, следовательно, весь газ находится в нефти в растворенном состоянии. 7. КИН - составляет 0,5-0,55, т.е. при разработке залежей на данном природном режиме, из них может быть извлечено до 50-55% УВ. Режим менее эффективен, за исключением первой стадии. В дальнейшем необходимо искусственное воздействие на пласт, для поддержания достаточной величины пластового давления. ГАЗОНАПОРНЫЙ ИЛИ РЕЖИМ ГАЗОВОЙ ШАПКИ Режим формируется как правило в нефтяных залежах с газовой шапкой. Основной вид энергии – напор газа, находящегося в газовой шапке, под действием которого происходит вытеснение нефти из нефтяной части газонефтяной залежи. При отборе нефти из пласта происходит снижение Рпл, что вызывает расширение газа в газовой шапке и, как следствие, перемещение ГНК вниз. Расширившийся газ перемещает нефть в пониженные участки пласта – к забоям скважин, таким образом, идет разработка нефтяной части залежи. При дальнейшем отборе и приближении ГНК к интервалам перфорации в скважине могут происходить прорывы газа в нефтяную часть, что сопровождается резким увеличением газового фактора – G . В дальнейшем, эти скважины начинают фонтанировать чистым газом, а запасы нефти в этой части пласта останутся неизвлеченными. В скважинах расположенных на значительном удалении от газовой шапки, G – наоборот, с течением времени может снижаться, т.к., часть газа, растворенного в нефти при снижении Рпл до Рнас и ниже, переходит в свободное состояние и мигрирует в повышенные участки пласта – в газовую шапку, а попутный газ обогащается все более тяжелыми УВ. Геологические условия проявления режима 1. Режим проявляется в залежах закрытого типа, не имеющих гидроди- намической связи с законтурной областью. 2. Наличие в залежи газовой шапки, обладающей достаточным запасом энергии для вытеснения нефти. 9 3. Значительная высота нефтяной части залежи. 4. Высокая вертикальная проницаемость коллектора 5. Малая вязкость нефтей (=до 3 мПас). 6. Крутые углы наклона продуктивных слабопроницаемых пластов. Ниже на рис. 4 приведены показатели разработки и изменение объема залежи. Рис. 4. а) изменение объема залежи в процессе разработки; б) динамика основных показателей разработки нефтяной залежи при газонапорном режиме. 1 – газ, 2-запечатывающий слой на границе ВНКнач , положение ГНК: ГНКнач – начальный, ГНКтек – текущий, ГНКк - конечный. Динамика основных показателей разработки 1.Рпл – постоянно снижается. Темпы падения давления в залежи определяются соотношением объемов нефтяной и газовой частей пласта и величиной отбора нефти. 10 2. Рнас. – равно пластовому вна- чале разработки, а затем падает ниже этой величины и продолжает снижаться до конца разработки залежи (поэтому для разработки залежи требуется система ППД). 3. G – в период нарастающей добычи остается постоянным, но по мере отбора нефти и перемещения ГНК вниз начинает увеличиваться, что приводит к падению темпов добычи нефти. 4. Qн – растет при постоянном газовом факторе. Темпы годовой добы- чи могут быть достаточно высоки (до 8% от НИЗ). После снижения Рпл до Рнас, добыча нефти начинает уменьшаться, а газовый фактор, напротив, увеличиваться. 5. В% , Qж – добыча нефти не сопровождается добычей попутной воды. 6. КИН – составляет 0,4. Для обеспечения наиболее полной выработки запасов залежи, работающей на режиме газовой шапки, необходим ввод дополнительных видов энергии, т.е. применение искусственного заводнения пластов (системы ППД). РЕЖИМ РАСТВОРЕННОГО ГАЗА Режим проявляется в изолированных нефтяных залежах, не испытывающих влияние законтурной области, при условии, что в нефти растворено большое количество газа. Основной вид энергии – напор газа, выделяющегося из нефти в окклюдированное (свободное) состояние в результате снижения пластового давления в залежи ниже давления насыщения в процессе разработки. Выделяющийся из нефти газ, расширяясь, вытесняет нефть из пор и движет ее к интервалам перфорации скважин. Отбор нефти в таких залежах не компенсируется продвижением законтурных вод, так как залежь гидродинамически замкнута. Поскольку объем залежи остается неизменным, то происходит постепенное уменьшение нефтенасыщенности пласта. Геологические условия проявления режима 1. Отсутствие гидродинамической связи залежи с законтурной областью. 2. Значительное газосодержание нефти. 11 3. Низкая величина начального пластового давления, близкого к давлению насыщения. Динамика основных показателей разработки 1. Рпл в залежи интенсивно снижается вследствие отбора жидкости из пласта, поэтому разница между давлением насыщения и текущим пластовым давлением в залежи увеличивается (рис.5). Рис. 5. Динамика основных показателей разработки нефтяной залежи при упруговодонапорном режиме 2. G – промысловый газовый фактор в начале разработки увеличивается не- значительно. Далее с увеличением количества выделившегося из нефти растворенного газа (до 7%), величина газового фактора резко возрастает до значений в несколько раз превышающих пластовое газосодержание. (Это происходит потому, что снижается фазовая проницаемость коллектора для нефти и увеличивается для газа.) Затем, 12 вследствие полной дегазации нефти происходит закономерное снижение газового фактора. 3.Qн – после достижения максимального уровня (на II стадии) начинает уменьшаться. Падение добычи нефти происходит в связи с дегазацией нефти и потерей ее подвижности после резкого увеличения газового фактора. 4.В% и Qж– добыча нефти практически не сопровождается добычей попутной воды, так как залежь гидродинамически замкнута . 5.КИН – составляет 0,2-0,3 (а при небольшом газосодержании нефти, еще меньше – 0,1-015). Залежи, обладающие таким природным режимом, как правило, разрабатываются с применением системы ППД. ГРАВИТАЦИОННЫЙ РЕЖИМ Как правило, данный режим возникает на последней стадии разработки залежей нефти, эксплуатировавшихся первоначально на природном режиме растворенного газа, т.е. после полной дегазации нефти. При этом режиме нефть перемещается в пласте вниз по его падению под действием собственной силы тяжести. Случаи проявления гравитационного режима с начала разработки достаточно редки и возможны при небольших глубинах залегания. Темпы отбора нефти при таком режиме очень низки и составляют 1-2% в год. Существует 2 разновидности проявления режима: Напорно–гравитационный: для которого характерно: высокопроницаемые и крутопадающие пласты-коллекторы. Нефть перемещается вниз по падению пласта и скапливается в наиболее погруженных его частях. При этом дебит скважин возрастает с понижением гипсометрических интервалов вскрытия пласта, т.е. чем ниже отметки, на которых вскрывается пласт, тем больше дебит нефти в скважинах. Гравитационный со свободным зеркалом нефти: для которого характерно наличие пологозалегающих продуктивных пластов, обладающих пониженными коллекторскими свойствами. Уровень нефти находится ниже кровли пласта, дебиты скважин очень низкие, но продолжительность их работы велика. 13 Геологические условия проявления гравитационного режима 1. Значительная высота залежи. 2. Полная изоляция залежи от водоносной части. 3. Отсутствие в залежи свободного или растворенного газа. Динамика показателей разработки при гравитационном режиме 1. Среднегодовой отбор имеет низкие темпы и составляет 1-2% от начальных извлекаемых запасов (рис.6). Рис. 6. Пример разработки нефтяной залежи на природном гравитационном режиме. 1,2 и 3 – последовательные границы уменьшения нефтенасыщенности пласта. 2. Сила тяжести в пласте действует очень медленно, но в течение дли- тельного времени; может быть достигнут высокий коэффициент извлечения нефти до 0,5 (с учетом Кизвл. при режиме растворенного газа). 3. Пластовое давление очень маленькое и составляет десятые доли мега- паскаля (0,1-0,9 МПа), газосодержание очень низкое (1-5м³/м³ нефти). 14 ПРИРОДНЫЕ РЕЖИМЫ ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ Основная движущая сила – это потенциальная энергия газа, расширяющегося в пластовых условиях при снижении в залежи давления в процессе разработки. Запас этой энергии огромен и его достаточно для практически полной выработки газовой залежи. Объем залежи практически не меняется, т.е. ГВК занимает постоянное положение. Геологические условия проявления режима: 1. Приуроченность залежей к инфильтрационным и эллизионным водонапорным системам, но вследствие низкой проницаемости пород для воды (но достаточной для газа) гидродинамическая сообщаемость между газовой частью и законтурной областью отсутствует. 2. Большие размеры залежей – режим характерен для многих крупных газовых месторождений. Динамика показателей разработки Рпл, Qг 2 стадия 1 стадия 3 стадия 0 0,5 1 КИГ, д.ед. Рис.7. Динамика основных показателей разработки газовой залежи при газовом режиме Пластовое давление - Pпл в залежи непрерывно снижается, но запаса энергии достаточно для практически полной выработки залежи. Для этого режи- 15 ма характерна прямопропорциональная зависимость между добычей газа из залежи и снижением пластового давления. Добыча газа –Qг – изменяется по стадиям. Режим позволяет поддерживать высокие темпы добычи - 8-10% в год от начальных запасов. При добыче газа, добычи попутной воды практически не происходит (в противном случае выявление источника её поступления определяют специальными геологопромысловыми исследованиями; это очень усложняет эксплуатацию скважин). Коэффициент извлечения газа – КИГ равен 0,9-0,97, что говорит о высокой эффективности природного режима. УПРУГОВОДОГАЗОНАПОРНЫЙ РЕЖИМ Основные движущие силы – упругие силы газа и напор краевой воды. При данном режиме в процессе разработки отмечается подъем ГВК и сокращение объема залежи. Геологические условия проявления режима: 1. Характерен для залежей, приуроченных к инфильтрационным и эллизионным водонапорным системам в которых существует гидродинамическая сообщаемость между газовой частью и законтурной областью. При этом, чем активнее вода замещает отобранный газ, тем медленнее падает давление. 2. Высокая проницаемость коллекторов как для газа, так и для воды. В начальную стадию разработки наиболее активно проявляет себя газовый режим. По мере падения пластового давления (на 30% от начального и больше) возрастает роль водонапорного режима. Отбор газа на этой стадии разработки компенсируется продвижением в продуктивную часть воды. Масштабы внедрения пластовой воды в залежь характеризуется коэффициентом возмещения, который равен отношению объёма воды, внедрившейся в залежь за определённый период времени к объёму газа в пластовых условиях отобранному за этот же период. Квозм=Vв/Vг; <=1 чем выше коэффициент возмещения, тем больше влияние водонапорной составляющей режима. 16 Динамика показателей разработ- ки Pпл – в залежи снижается, но более медленно, чем в предыдущем режиме. Интенсивность падения Рпл зависит от активности законтурной зоны, проницаемости коллекторов, размеров газоводяной зоны, темпов добычи газа, темпов разработки соседних залежей и др. Рпл, Qг В,% Qг Рпл 1 стадия 2 стадия 0 3 стадия 0,5 1 КИГ, д.ед. Рис.8. Динамика основных показателей разработки газовой залежи при упруговодонапорном режиме Qг – изменяется по стадиям. КИ газа при данном режиме от 0,5 до 0,95 в зависимости от сложности геологического строения продуктивных пластов. Qж и В% – в связи с внедрением в залежь пластовой воды в процессе отбора газа, продукция скважин начинает обводняться еще на ранних стадиях разработки. Вода в залежь поступает по уже выработанным высокопроницаемым прослоям, вследствие неоднородности пластов. Поэтому добывающие скважины отключают от эксплуатации в достаточно большом количестве и для поддержания темпов добычи на протяжении всего периода эксплуатации ведут бурение дополнительных скважин из резервного фонда. Далее в таблице 1, приведены характеристики всех рассмотренных режимов нефтяных и газовых залежей. 17 Понятие о циклической закачке и нестационарном заводнении Как показывает практика разработки нефтяных месторождений с применением внутриконтурного и законтурного заводнений, фронт продвижения закачиваемой воды перемещается неравномерно как по толщине пласта, так и по площади залежи в целом. Поэтому в качестве регулирования этого процесса часто применяют циклическое заводнение. Механизм действия циклического заводнения состоит в следующем: при периодическом изменении режимов работы скважин, (связанные с изменением объемов закачиваемой воды в отдельные периоды работы нагнетательных скважин, вплоть до полного простоя) между пропластками возникает перепад давления, вследствие которого происходят перетоки жидкостей из одних слоев в другие, способствуя внедрению воды даже в малопроницаемые пропластки. Нестационарное заводнение - это разновидность циклического с переменой направления фильтрационных потоков, как один из наиболее доступных и эффективных методов разработки нефтяных месторождений. Чаще всего область применения его - нефтяные месторождения, разрабатываемые с поддержанием пластового давления путем разрезания залежей на блоки. Физические основы изменения фильтрационных потоков заключаются в том, что на неравномерно заводненной залежи или ее части по площади создается такое новое направление вытеснения нефти водой, в результате которого в разработку вовлекаются пассивные, слабодренируемые нефтенасыщенные зоны. Изменение направления фильтрации может достигаться созданием новых линий нагнетания, перераспределением закачиваемой воды или отбора жидкости по отдельным участкам, периодической работой групп нагнетательных и нефтяных скважин при блоковых системах разработки. При нестационарном заводнении одновременно протекают два процесса вытеснения нефти из пласта, характерные для методов циклического заводнения и изменения направления фильтрационных потоков. Таблица 1 Характеристика природных режимов нефтяных и газовых залежей Показатели Связь залежи с законтурной зоной Компенсация отбора продвижением законтурных вод Проницаемость Хорошая Упруговодонапорный Напор краевых вод, упругость жидкости, пород Слабая Полная Частичная Не компенсируется Не компенсируется Не компенсируется - Частичная Высокая Пониженная Низкая Низкая Низкая Высокая Неоднородность Вязкость нефти Соотношение рпл и рнас Объем залежи при разработке Низкая Низкая Много больше Медленно уменьшается Значительная Повышенная Больше Высокая вертикальная Мало влияет Низкая Близко Высокая Средняя Примерно равно Низкая Очень высокая -- Высокая - Низкая - Уменьшается Уменьшается Постоянный Уменьшается Постоянный Уменьшается Пластовое давление Газовый фактор Постоянное Снижается Быстро снижается - Снижается Постоянный Медленно снижается Постоянный Резко возрастает, затем резко падает - - Растет 8-10 Растет 5-7 Постоянный, затем резко увеличивается Нет до 8 Медленно снижается - Нет 1 (низкие) Нет 1-2 Нет 8-10 и более Растет До 8 0,6-0,7 0,5-0,55 0,4 0,2-0,3 0,5 (с учетом РРГ) 0,9-0,97 0,5-0,95 Действующая энергия Обводненность Темпы годовой добычи от величины НИЗ,% КИН Водонапорный Напор краевых вод Газонапорный Растворенного газа Расширение сжатого газа Выделяющийся из нефти растворенный газ Нет Нет Гравитационный Сила тяжести нефти Газовый Расширение газа Нет Нет Упруговодогазонапорный Напор вод, расширение газа Хорошая