Коллекторами нефти и газа

Под пластовым понимают давление, при котором в продуктивном пласте нефть, газ, вода, а в водоносном — вода находятся в пустотах пластов-коллекторов.

Если вскрыть скважиной водоносный пласт-коллектор и снизить в  ее стволе уровень промывочной жидкости, то под действием пластового давления в эту скважину из пласта начнет поступать вода. Ее приток прекращается после того, как столб воды уравновесит  пластовое давление.

Аналогичный процесс —  поступление в скважину нефти, газа — протекает при вскрытии нефтегазонасыщенного пласта. Следовательно, пластовое давление может быть определено по высоте столба пластовой жидкости в скважине при  установлении статического равновесия в системе пласт-скважина:

Р = h×r×g

где h — высота столба жидкости, уравновешивающего пластовое давление, м; r — плотность жидкости в скважине, кг/м³ g — ускорение свободного падения, м/с².

Начальное (статическое) пластовое давление — это давление в пласте-коллекторе в природных условиях, т.е. до начала извлечения из него жидкостей или газа. Значение начального пластового давления в залежи и за ее пределами определяется особенностями природной водонапорной системы, к которой приурочена залежь, и местоположением залежи в этой системе.

Природной водонапорной системой называют систему гидродинамически сообщающихся между собой пластов-коллекторов и трещинных зон с заключенными в них напорными водами, которая характеризуется едиными условиями возникновения и общим механизмом непрерывного движения подземных вод, т.е. единым генезисом напора.

Природные водонапорные системы  подразделяют на инфильтрационные и элизионные, различающиеся взаимным расположением указанных зон, условиями создания и значениями напора. Соответственно залежи УВ, приуроченные к водонапорным системам указанных видов, обычно обладают различными по величине значениями начального пластового давления при одинаковой глубине залегания продуктивных пластов.

В зависимости от степени соответствия начального пластового давления глубине залегания пластов-коллекторов выделяют две группы залежей УВ:

• залежи с начальным пластовым давлением, соответствующим гидростатическому давлению;
• залежи с начальным пластовым давлением, отличающимся от гидростатического.

В геолого-промысловой практике принято называть залежи первого  вида залежами с нормальным пластовым давлением, второго вида — залежами с аномальным пластовым давлением. Подобное разделение следует считать условным, так как любое значение начального пластового давления связано с геологическими особенностями района и для рассматриваемых геологических условий является нормальным.

Залежи с  начальным пластовым давлением, соответствующим гидростатическому.

Гидростатическим  пластовым давлением (ГПД) называют давление в пласте-коллекторе, возникающее под действием гидростатической нагрузки вод, перемещающихся по этому пласту в сторону его регионального погружения.

В водоносном пласте начальное пластовое  давление считают равным гидростатическому, когда соответствующая ему пьезометрическая высота в каждой его точке примерно соответствует глубине залегания  пласта. Пластовое давление, близкое  к гидростатическому, характерно для  инфильтрационных водонапорных систем и приточенных к ним залежей.

 В пределах нефтегазовых залежей значения начального пластового давления и статических уровней превышают значения этих показателей в водоносной части пласта при тех же абсолютных отметках залегания пластов. Величина превышения зависит от степени различий плотности пластовой воды, нефти и газа и от расстояния по вертикали от рассматриваемых точек залежи до ВНК.

Разницу между пластовым давлением и  гидростатическим (при Рв = 1) на одной  абсолютной отметке пласта принято называть избыточным пластовым давлением Р_изб.

В инфильтрационных системах вертикальный градиент пластового давления залежей нефти и газа, даже с  учетом избыточного давления, обычно не выходит за пределы 0,008—0,013 МПа/м. Верхний предел обычен для газовых  залежей большой высоты. Иногда в  свободной части газовой залежи, приуроченной к инфильтрационной системе, значение градиента может выходить за названный предел. Повышенное пластовое  давление в сводовых частях залежей  инфильтрационных водонапорных систем не следует смешивать со сверхгидростатическим давлением.

О соответствии или несоответствии пластового давления гидростатическому (т.е. глубине залегания пласта) следует  судить по значению давления в водоносной части пласта, непосредственно у  границ залежи, или, если замеров давления здесь нет, по значению давления, замеренного  в пределах залежи и приведенного к горизонтальной плоскости, соответствующей  средней отметке ВНК или ГВК.

Залежи с  начальным пластовым давлением, отличающимся от гидростатического.

Начальное пластовое давление в водоносных пластах, а также  на ВНК и ГВК залежей, вертикальный градиент которого выходит за пределы  значений этого показателя, характерных  для пластового давления, соответствующего гидростатическому, называется давлением, отличающимся от гидростатического. При  gradp > 0,013 пластовое давление обычно считают сверхгидростатическим (СГПД), при gradp < 0,008 — меньшим гидростатического (МГПД).

Наличие в пластах-коллекторах  СГПД можно объяснить тем, что  на определенном этапе геологической  истории резервуар получает повышенное количество жидкости в связи с  превышением скорости ее поступления  над скоростью оттока. Сверхгидростатическое  пластовое давление характерно для  элизионных водонапорных систем. В  таких системах напор создается  за счет выжимания вод из вмещающих  пласты-коллекторы уплотняющихся осадков  и пород и частично за счет уплотнения самого коллектора под влиянием геостатического  давления, возрастающего в процессе осадконакопления (геостатические элизионные системы), или в результате геодинамического давления при тектонических напряжениях (геодинамические элизионные системы).

В элизионной системе областью питания является наиболее погруженная  часть пласта-коллектора. Отсюда вода, поступившая в нее, перемещается в направлении восстания пласта к областям разгрузки, когда имеется  связь пласта-коллектора с земной поверхностью, или к границам распространения  пласта-коллектора, если такой связи  нет. В первом случае принято называть элизионные системы полузакрытыми, во втором — закрытыми. Вместе с  водами, выжимаемыми из породы-коллектора, последним передается часть геостатического  давления. При этом пластовое давление повышается по сравнению с нормальным гидростатическим Р_пл.г на величину Р_доп.

Р_пл= Р_пл.г+ Р_доп.

где

Р_доп.=V_доп/b_в×V_в

V_доп.- превышение количества поступающей в пласт-коллектор воды над количеством ее, удаляющимся в область разгрузки; b_в— коэффициент сжимаемости воды; V_в — общий объем воды в пласте-коллекторе.

С увеличением закрытости водонапорной системы и объемов  выжимаемой в нее воды Р_доп возрастает и СГПД приближается по величине к геостатическому давлению. СГПД наиболее характерно для пластов, залегающих на больших глубинах между мощными толщами глинистых пород, в межсолевых и подсолевых отложениях.

Образование СГПД связывают  также с уплотнением пород-коллекторов  в результате цементации, с освобождением  дополнительного объема воды при  переходе монтмориллонита в  иллит, с тепловым расширением воды и другими процессами, протекающими в недрах земли. СГПД, являющееся следствием тектонических напряжений, может быть свойственно пластам-коллекторам в пределах локальных тектонических СГПД или даже отдельных тектонических блоков.

СГПД характерно для районов  с повышенной неотектонической активностью  и соответственно с высокой скоростью  осадкообразования — для Северного  Кавказа, Азербайджана, Средней Азии, Предкарпатья. В этих районах СГПД встречается и на малых глубинах. Градиент СГПД может достигать 0,017-0,025 МПа/м и более.

В пределах элизионных водонапорных систем давление в гипсометрически  высоких частях залежей нефти  и газа, так же как и в пределах инфильтрационных систем, несколько  повышено за счет избыточного давления.

Пластовое давление, меньшее  гидростатического, т.е. с вертикальным градиентом менее 0,008 МПа/м встречается  относительно редко. Наличие в пластах-коллекторах  МГПД может быть объяснено тем, что на определенном этапе геологической истории создавались условия, приводящие к дефициту пластовой воды в резервуаре. Одним из таких условий может быть увеличение пористости, например при выщелачивании или перекристаллизации пород. Возможно также уменьшение объема жидкости, насыщающей пустотное пространство, например вследствие снижения температуры пластов-коллекторов в результате их перемещения при тектонических движениях на меньшие глубины.