6.1.Условия притока жидкости (газа), силы, двигающие нефть(газ) в пласте ипрепятствующие ее движению.
Нефтяной или газовый пласт представляет собой единую энергетическуюсистему,вкоторойвлияниескважинраспространяетсяне тольконанефтегазоноснуюобласть,ноинаокружающуюводонапорную частьпласта.Ещенедавносчиталось,чтовлияниеработающихскважин распространяется на сравнительно небольшой участок пласта, соответственно,считалось,чтокаждаяизскважинимеетограниченную область питания. Современные исследования показывают, что гидродинамическая связь междускважинамисуществуетповсемупласту[5]. Притокжидкостиилигазакзабоямскважинпроисходитзасчетразности давления междупластом изабоем. Источниками пластовой энергииявляются энергиянапоракраевыхиподошвенныхпластовыхвод,энергиясжатого свободногогазаигазовойшапки,энергиягаза,выделяющегосяизнефтипри уменьшениипластовогодавлениянижедавлениянасыщения,энергия упругостисжатыхпородижидкостейиэнергиясамойнефтизасчетсил гравитации.
Наиболееэффективнымявляетсяводонапорныйрежим,когдапласт,в которомнаходитсянефть, выходит на дневную поверхность с отметкойвыше отметки расположениянефтяной скважины (рис. 6.1).
Есливверхнейчастинефтяногопластаимеетсясвободныйгаз,тоэтачасть продуктивногопластаназываетсягазовойшапкойинефтьдвигаетсяк скважине за счет расширения газа,которыйдавит нанефтяную частьпласта.
Практическивовсехнефтяныхзалежахвнефтирастворенокакое-то количествогаза,в одних меньше,вдругихбольше.Приснижениидавленияв прискважиннойзоненижедавлениянасыщения, а давлениенасыщения
Рис.6.1. Расположение пласта приводонапорномрежиме
этотакоедавление,прикоторомизнефтиначинаютвыделятьсяпервые пузырькигаза,газпроталкиваетнефтькзабоюскважины. Такойрежим называетсярежимом растворенного газа.Запасом энергии обладаети упругая системапороды,нефтииподстилающейводы. ПрофессорВ.Н.Щелкачев, разработавшийтеориюупругогорасширенияиперемещенияжидкостив упругойпористойсреде,ввелпонятие«коэффициентупругоемкости залежи». Этоткоэффициентпоказывает,какуюдолюобъемапороды составляетобъемжидкости,полученнойизнееврезультатеупругости породыисамойжидкостиприснижениидавлениянаоднуединицу.После снижениядавлениявприскважиннойзонеипластепорода,нефтьивода, расширяются,увеличивая свой объем, что способствует выталкиванию нефти кзабоюскважины.Такойрежимназываютупругим.Иногдаэнергия упругостипластовойводонапорнойсистемыдостигаетбольшихзначений.
Удельныйупругийзапасзалежи β -объемжидкости, которыйможетбытьполученизединицыобъемапородызасчетупругости породыисамойжидкостиприснижениидавлениянаоднуединицу.
Упругий запас залежипри падении в ней давления в среднем на DР будет равен:
∆Vж =β∙V∙∆Р,
гдеV–объемзалежи,∆Vж–«упругийзапас»жидкостивобъемезалежиприперепадедавления ∆Р.
Величинуудельногоупругогозапаса β называюткоэффициентом упругоемкости. Онзависитот упругости породы, жидкостии от пористости:
β= m∙βж + βп, m– коэффициент пористости породы.
Есливышеперечисленныхвидовэнергиивпластенет,тоостается энергиясвободногопадениятела,т.е.гравитационныйрежим.Естественно, напрактикенеможетдействоватькакой-тоодинрежим.Взависимостиот условий онидействуютодновременно.
Пластоваяэнергиявпроцессеэксплуатациизалежейрасходуетсяна преодолениесилтрения,возникающихмеждусамимислоямижидкостии газа,тренияжидкостиигазаопороду,атакженапреодолениекапиллярно-молекулярныхсилвпласте.Водонапорныйигазонапорныйрежимыпринято называтьрежимамивытеснения,арежимырастворенногогаза,упругий режим и гравитационный-режимами истощенияпластовойэнергии.
6.2. Приток жидкости (газа) к скважинам
Скважиныэксплуатируютсяилизасчетпластовой(природной)энергии, иливводимойсдневнойповерхности.Впервомслучаеспособдобычи жидкостибудет называться фонтанным,во втором –механизированным.
Нефтянойилинефтегазовыйпластобладаетприроднойэнергией, обозначимеечерезЭпр.Подаваемуюэнергиюсдневнойповерхности обозначимчерезЭпов.Длядвиженияжидкостиотзабояскважиныдоместа сбора можно записать уравнением:Эпр+ Эпов= Э1+Э2+Э3,
гдеЭ1–энергия,затраченнаянаподъемжидкостиигазаотзабоядоустья скважины;
Э2 – энергия расходуемая газо-жидкостной смесью при ее движении через устьевое оборудование (фонтанную арматуру);
Э3–энергия,затраченнаяпридвижениижидкостиигазапо трубопроводудосборнойемкости;
Откудаберетсяприроднаяэнергия? Нефтянойилигазовыйпласт находитсянаопределеннойглубинеинанегодействуетгидростатическое давление, равное
Рг= Н∙ρж∙g,
гдеН–глубинаскважины,ρж–плотностьжидкости,g–ускорениесилы тяжести.
Внутринефтяногоилигазовогопластажидкостьигазперемещаютсяза счетразностидавленийнаконтуреместорожденияивприскважиннойзоне, т.е.должно выполняться условие:
Рпл> Рзаб.
Преобразуяуравнение (2.2)относительно расхода жидкостиQимеем:
(6.1),
Где: Q –объемныйрасходжидкости,м³/с; F –поверхностьфильтрации,м²; Р –перепаддавления,Па; µ -вязкость жидкости,Па*с; L - путь течения жидкости, м.
Согласнорис.6.2боковаяплощадьфигуры(цилиндра)равна F=2∙π∙r∙h. Заменим F на 2∙π∙r∙h,Lна dr получим дифференциальное уравнение:
Разделим переменные:
Проинтегрировавобеполовиныравенстваирешивуравнениеотносительно объемногорасходажидкостиQ,получимдифференциальноеуравнение Дюпюипритока жидкостик скважине:
(6.2)
Где Р пл, Р заб – пластовое и забойное давления, R к, R c –радиус контура питания и радиус скважины.
Таким образом, с помощью линейного закона Дарси и дифференциальногоуравненияДюпюитеоретическиобоснованодвижение жидкости воднородномпласте к забою скважины.
Далеежидкостьдолжнаподнятьсяотзабояскважиныкустьюзасчет собственнойэнергиипластаилиподаннойсповерхности,т.е.фонтанным или механизированным способом.