Температурные условия и давления в залежах нефти и газа

Нефтяные и газовые залежи Кавказа, установленные в различных геологических, гидрогеологических и температурных условиях, характеризуются интересными и разнообразными режимами. Режимы нефтяных залежей Кавказа хорошо изучены на значительном фактическом геологическом, гидрогеологическом и геотермическом материале.

Что же понимают под режимом нефтегазовой залежи? Под режимом нефтегазовой залежи понимают характер проявления движущих сил в залежи в период ее эксплуатации скважинами.

Режим нефтегазовой залежи зависит от природных факторов и от методов воздействия на залежь в процессе ее разработки и эксплуатации. В различных залежах в зависимости от многообразных природных условий источники пластовой энергии могут быть неодинаковыми. Основными источниками пластовой энергии являются: напор контурных вод; упругость нефти, воды, газа и вмещающей их породы; энергия расширяющегося газа при выделении его из растворенного состояния; напор газа со стороны газовой шапки; сила тяжести самой нефти. Молекулярно-поверхностные и капиллярные явления как источники энергии также играют значительную роль. В естественных условиях перечисленные факторы проявляются в неодинаковой степени и в различных сочетаниях.

Температурные условия в нефтяных и газовых залежах. Ниже в специальном разделе "Геотермические районы Кавказа" будут подробно освещены вопросы об источниках внутреннего тепла Земли, о перемещении тепловых потоков и др. Здесь же только отметим, что на Кавказе имеются уникальные залежи, содержащие горячую нефть, которая подпирается горячей водой. На таких месторождениях Северного Кавказа добываемая (извлекаемая) нефть на устьях эксплуатационных скважин имеет высокую температуру: так, на Октябрьском нефтяном месторождении она составляет 96-100°С, на Брагунском^* - 122-133°С. Следовательно, извлекаемая из недр нефть выносит большое количество тепловой энергии.

^* (На Октябрьском месторождении нефтяные залежи приурочены к песчаным пластам караганского и чокракского горизонтов (средний миоцен), на Брагунском - к трещиноватым известнякам верхнего мела (мезозой).)

Давление в нефтяных и газовых залежах. Подземный резервуар (пласт) обладает пластовым давлением, которое увеличивается с глубиной. Установлено, что на каждые 10 м глубины пластовое давление в различных нефтегазоносных районах увеличивается в среднем на 0,1 МПа, т. е. соответствует гидростатическому давлению столба воды. В большинстве месторождений пластовое давление зависит от глубины залегания пластов. Однако на ряде месторождений пластовое давление превышает гидростатическое. Так, на Кавказе давления в нефтяных и газовых залежах иногда достигают 33-77 МПа (месторождения Чечено-Ингушетии - Алиюрт, Хаян-Корт, Старогрозненское, Брагунское и др.). Высокие давления в залежах указанных месторождений возникли в процессе формирования антиклинальных складок Передовых хребтов под влиянием тектонических сил: нефтяные залежи здесь приурочены к замкнутым резервуарам в верхнемеловых известняках.

Часто высокие давления создаются напором вод (см. рис. 9). Из рис. 9 видно, что нефтяная залежь по отношению к области питания находится гипсометрически значительно ниже. У границы нефтяной залежи, или, как говорят нефтяники, у контура нефтеносности, гидростатический напор будет в данном случае составлять 7 МПа. На величину давления в нефтегазовых залежах оказывает влияние и масса пород, залегающих выше нефтеносного пласта. В некоторых случаях высокое давление в нефтегазовых залежах обусловливается наличием сжатого газа.

Аномально высокие пластовые давления в недрах нефтяных месторождений могут быть вызваны различными геологическими причинами.

Возможность внезапных выбросов нефти, газа и воды в процессе бурения скважин. Для извлечения нефти и газа из недр бурят скважины. Огромные давления, существующие в нефтяных и газовых залежах, а часто и в пластах, насыщенных только водой, при несоблюдении нормального режима бурения или некотором отклонении от него могут привести к нежелательным последствиям - выбросам газа, нефти и воды. Впоследствии периодические выбросы могут перейти в открытое фонтанирование скважины газом, нефтью или водой.

В некоторых случаях по тем же причинам возможно возникновение внезапных грандиозных открытых фонтанов (рис. 15). Скв. 45 месторождения Локбатан начала фонтанировать в процессе бурения (1933 г.). Буровая вышка была разрушена мощной струей нефти, выбрасываемой из ствола скважины. Давления в вскрываемых нефтегазоносных пластах бывают настолько высоки, что иногда вместе с глинистым раствором^*, нефтью, газом и водой из стволов бурящихся скважин выбрасывается даже бурильный инструмент.

^* (Скважина, находящаяся в бурении, бывает заполнена глинистым раствором, который циркулирует по стволу скважины. Глинистый раствор специальными насосами нагнетается в скважину через бурильные трубы, а из скважины поступает в пространство между бурильными трубами и стенками скважины. Он глинизирует (укрепляет) стенки скважины и выносит кусочки разбуренной породы (шлам) с забоя скважины на поверхность.)

Рис. 15. Открытый фонтан нефти в скв. 45 месторождения Локбатан

В прошлые периоды развития нефтяной промышленности на промыслах при внезапных выбросах нефти или газа часто от случайных искр фонтанирующие (выбрасываемые) из скважины нефть или газ загорались. Возникали горящие нефтяные или газовые фонтаны, которые приносили большие беды и нередко приводили к человеческим жертвам. На рис. 16 изображен пожар мощного нефтяного фонтана на Новогрозненских нефтяных промыслах в 1919 г.

Рис. 16. Пожар нефтяного фонтана на Новогрозненских нефтяных промыслах

Открытые нефтяные фонтаны являются бедствием. Поэтому при вскрытии в процессе бурения пластов, горизонтов, свит с ожидаемыми большими давлениями проводят технические мероприятия, предупреждающие открытые выбросы и фонтаны, а, следовательно, и пожары.

Режимы нефтяных залежей. После открытия залежи встает вопрос об изучении ее режима. В зависимости от преобладающего источника энергии в процессе эксплуатации выделяют следующие основные режимы нефтяных залежей:

1. водонапорный;
2. упруговодонапорный;
3. замкнуто-упруговодонапорный;
4. газонапорный (или режим газовой шапки);
5. растворенного газа;
6. гравитационный.

Первые четыре режима представляют собой режимы вытеснения, а последние два - режимы истощения пластовой энергии. В реальных условиях иногда имеет место одновременное существование двух или нескольких режимов. В результате проводимых исследований обязательно устанавливают главный режим и режимы, сопутствующие ему.

Естественный режим работы залежи в процессе эксплуатации непрерывно изменяется вследствие изменения характера проявляющих сил, физических свойств коллектора, нефти, газа и воды, температурных условии, принятых технологических режимов эксплуатации, а также применяемых искусственных методов воздействия на залежь с целью интенсификации добычи нефти.

Малоэффективные природные режимы можно преобразовывать в режимы более эффективные, при которых возрастают коэффициенты нефтеотдачи, с помощью применения различных методов воздействия на нефтяную залежь. Всегда следует стремиться с максимальной полнотой использовать природные источники пластовой энергии, выбирая для этого наиболее рациональные методы эксплуатации залежи.