Источники и характеристики пластовой энергии
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЗАЛЕЖЕЙ
Режимом работы залежи называется проявление преобладающего вида пластовой энергии в процессе разработки.
Энергия – это физическая величина, определяющая способность тел совершать работу. Работа, применительно к нефтедобыче, представляется как разность значений энергии или освободившаяся энергия, необходимая для перемещения нефти в пласте и дальше на поверхность. Различаем естественную и, в случае ввода извне, с поверхности, искусственную пластовую энергию. Они выражаются в виде потенциальной энергии как энергии положения и энергии упругой деформации.
Потенциальная энергия положения
, (6.1)
где – масса тела (пластовой или закачиваемой с поверхности воды, нефти, свободного газа); – ускорение свободного падения; – высота, на которую поднято тело по сравнению с произвольно выбранной плоскостью начала отсчета (для жидких тел – это гидростатический напор).
Поскольку масса тела , , то энергия положения равна произведению объема тела V на создаваемое давление :
, (6.2)
где – плотность тела. То есть чем больше масса тела и высота его положения (напор) или объем тела и создаваемое им давление, тем больше потенциальная энергия положения.
Потенциальная энергия упругой деформации
, (6.3)
где – сила, равная произведению давления на площадь ; – линейная деформация (расширение).
Так как приращение объема , то
. (6.4)
Приращение объема при упругой деформации можно представить, исходя из закона Гука, через объемный коэффициент упругости среды
, (6.5)
то
. (6.6)
Следовательно, чем больше упругость и объем . (6.6)
Следовательно, чем больше упругость и объем среды (воды, нефти, газа, породы), давление и возможное снижение давления , тем больше потенциальная энергия упругой деформации. Количество пластовой воды и свободного газа определяется соответственно размерами водоносной области и газовой шапки, а количество растворенного в нефти газа – объемом нефти и давлением насыщения нефти газом (по закону Генри) или газосодержанием (газонасыщенностью) пластовой нефти (объемное количество растворенного газа, измеренного в стандартных условиях, которое содержится в единице объема пластовой нефти):
, (6.7)
где – коэффициент растворимости газа в нефти.
Отсюда следует, что основными источниками пластовой энергии служат:
- энергия напора (положения) пластовой воды (контурной, подошвенной);
- энергия напора (положения) нефти.
- энергия расширения свободного газа (газа газовой шапки);
- энергия расширения растворенного в нефти газа;
- энергия упругости (упругой деформации) жидкости (воды, нефти) и породы;
Эти виды энергии 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.
На основании изложенного можно сказать, что 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 пласт-коллектор (разности между пластовым и забойным давлениями).
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.