Основные определения и замеры пластовых давлений

     В газовой промышленности принято использовать абсолютное значение давления, которое определяется как сумма избыточного и барометрического давлений.

                       Р=Р_и + Р_б. (2.2)

     (Избыточное  давление – давление, избыточное  по отношению к значению другого давления, выбранного для сравнения. Так любое давление, измеренное на устье скважины, является избыточным по отношению к атмосферному, принимаемому 0,1 МПа).

     Избыточное  давление измеряется манометрами, а  барометрическое – барометрами  в мм рт. столба. При этом барометрическое  давление практически всегда принимается постоянным для конкретного региона и зависит от его местоположения и высоты над уровнем моря.

     И так при измеренном (известном) барометрическом  давлении в мм рт. ст. абсолютное давление в кгс/см² определяется по формуле

                       Р = Р_и + Р_б /735,56, (2.3)

     где Р_б – барометрическое давление в мм рт.ст, а 735,56 – переводной коэффициент из мм рт.ст. в кгс/см².

     В настоящее время во многих научно-технических  разработках и в литературе давление указывается Паскалях (Па) или МегаПаскалях (МПа), т.е в международной системе единиц СИ.

     При этом

1 кгс/см² (техн. атмосфера, ат)=98066,5 Па=0,0980665МПа

     Кроме вышеназванных единиц давления существует и некоторые другие бар, мм вод. ст., Н/м^2*.

     Далее перейдем к методам определения  пластовых давлений.

     Измерения проводятся как в работающих, так  и в остановленных скважинах.

     Для определения давления в остановленной  и работающей газовых скважинах  существуют две возможности: непосредственное измерение на забое глубинными приборами  и измерение на устье статического и динамического давлений и пересчет их на необходимую глубину.

     Пластовым давлением в остановленной скважине считается величина, полученная при полной стабилизации давления на забое после закрытия скважины. От того насколько полно восстановилось давление в точке замера после остановки скважины зависит точность определения пластового давления.        Время, необходимое на восстановление пластового давления по отдельным скважинам, зависит от фильтрационных свойств пласта и меняется в широком диапазоне от нескольких часов до нескольких месяцев. Для сеноманских отложений время полного восстановления давления незначительно и составляет 30-40 минут, т.е. измерение статического давления на устье скважины необходимо проводить по прошествии этого времени.

     Значительную роль при анализе изменения давлений в процессе разработки, в достоверности построения карт давлений играет точность замеров давлений в скважинах, что связано с конструкцией манометра и его техническим состоянием. Максимальная погрешность прибора, зависящая только от его конструктивных особенностей, определяется его классом точности - величиной, численно равной процентному отношению максимально возможной погрешности к пределу измерения прибора. Применяемые на промыслах глубинные манометры обычно имеют класс точности от 0,4 до 1. Такую точность можно было бы считать достаточной, если бы удавалось замерять давления этими приборами таким образом, чтобы погрешности при всех замерах имели один и тот же знак и примерно одинаковую величину.

     Из-за неудовлетворительного технического состояния приборов фактические погрешности в замерах могут значительно превышать погрешности, определяемые классами точности. Использование данных таких замеров при построении карт изобар в некоторых случаях может привести к очень большим погрешностям (особенно в градиентах давлений, определяемых по картам изобар).

     Применяемые для замеров приборы необходимо как можно чаще и тщательней тарировать. Для замеров давлений в скважинах, эксплуатирующих один объект, следует применять по возможности одни и те же приборы в течение всего периода замеров.  

     2.1 Расчет давлений

     В скважинах пластовое давление обычно рассчитывают по величинам устьевого давления и плотности газа. При определении пластового давления расчетным путем исходят из условия равновесия столба газа в стволе скважины и избыточного давления на устье с пластовым давлением. Давление на забое остановленной скважины глубиной L определяется по формуле барометрического нивелирования:

                       Р_L=Р_cте^s,                                                  (2.4) 

     где S=0,03415rL/Z_cpT_cp 

     е – основание натурального логарифма, Р_cт - статическое давление на устье скважины, кгс/см²; r - относительная плотность газа; T_cp - средняя температура газа в интервале между нейтральным слоем земли в данном регионе и расчетной глубиной L, Z_cp – средний коэффициент сверхсжимаемости, который зависит от средних давления и температуры в стволе скважины.

     В зависимости от поставленной задачи, для которой определяется пластовое давление, следует выбрать расчетную глубину. Так, например, при подсчете запасов и определении основных показателей разработки месторождений необходимо выбрать такую глубину, на которой давление будет среднепластовым. Если в процессе разработки месторождения доказана гидродинамическая связь пластов, как в сеноманских залежах севера Западной Сибири, то иногда выбирается отметка средней плоскости, секущей газонасыщенный объем продуктивного горизонта на две равные по запасам части. Однако для крупных месторождений с большим числом скважин вычисление средней плоскости громоздко и представляет определенную сложность, если залежь разрабатывается с внедрением подошвенных вод. Поэтому в качестве расчетной глубины, как правило, берут глубину середины интервала перфорации или середины газонасыщенного интервала.

     Для наклонных скважин глубина, на которой  считается давление, должна быть определена с учетом наклона ствола (т.е. на вертикаль) по следующей формуле:

                       L_В=L·cosa,   (2.5)

где L - общая длина ствола скважины; a - угол наклона ствола скважины. 

     2.2 Методика построения карт изобар

     На  большинстве месторождений карта изобар, т.е. карта равных пластовых давлений, служащая одним из основных материалов для анализа разработки месторождения строится по результатам ежеквартальных измерений давления по площади залежи. В связи с этим важно отметить, что для достоверного построения карты замеры должны проводиться в одно время. Если же давления по скважинам измерялись в значительный промежуток времени, то их необходимо привести к единой дате.

     Приведение  пластовых давлений по скважинам  на дату построения карты изобар проще  всего (для ориентировочных расчетов) осуществлять графическим методом, сущность которого заключается в следующем.

     Все замеры пластовых давлений на различные даты наносят в виде точек на график (рисунок 1). По полученным точкам (диаграмме «мушиных» точек) строят среднюю (хронологическую) кривую падения давления. Затем, полагая, что указанный средний темп падения давления характеризует всю залежь, и следуя этому темпу, приближенно определяют давление на искомую дату в любой скважине. Например, требуется определить давление в скв. 1 и 2 на дату составления карты изобар (на январь соответствующего года). В этом случае, проводя из точек, соответствующих давлениям этих скважин, линии, параллельные средней кривой падения давления, находят искомые давления.

     Совершенно  очевидно, что предлагаемый метод  является приближенным. Поэтому давления следует приводить к искомой дате лишь по близким скважинам, не используя для расчетов данные скважин, полученные задолго (например, за шесть месяцев) до даты, на которую приводятся давления для построения карты изобар. При неравномерных замерах пластовых давлений по скважинам и сосредоточении фактических данных по отдельным локальными участкам пласта более точные результаты при приведении давлений к одной дате достигаются использованием индивидуальных кривых изменения пластовых давлений по скважинам. Метод приведения давлений на искомую дату по индивидуальным кривым отдельных скважин аналогичен вышеизложенному методу. 
 

Рисунок 1 – Схема приведения замеренных значений Рпл. в скв. 1 и 2

к дате построения карты изобар

1 – средние значения пластового  давления по площади по последним  картам изобар; 2 – значения пластового давления по площади, полученные по скважинам в последнем квартале; 3 – приведенные значения пластового давления в скв. 1 и 2

Совершенно  очевидно, что предлагаемый метод  является приближенным. Поэтому давления следует приводить к искомой дате лишь по близким скважинам, не используя для расчетов данные скважин, полученные задолго (например, за шесть месяцев) до даты, на которую приводятся давления для построения карты изобар. При неравномерных замерах пластовых давлений по скважинам и сосредоточении фактических данных по отдельным локальными участкам пласта более точные результаты при приведении давлений к одной дате достигаются использованием индивидуальных кривых изменения пластовых давлений по скважинам. Метод приведения давлений на искомую дату по индивидуальным кривым отдельных скважин аналогичен вышеизложенному методу.

     Рассмотрим  особенности построения карт изобар более детально.

     Исходными данными для построения карты  изобар служат план расположения скважин и значения пластовых давлений в каждой скважине. При этом для кустов скважин берется среднее давление по всем скважинам.

     Построение  карты изобар - это процесс определения  положения изолиний равных давлений (изобар) на плане.

     Процедура построения карты состоит из следующих  операций: 1) на плане расположения скважин возле каждой из них надписываются значения определенных по ним приведенных пластовых давлений; 2) устанавливается интервал давлений, через который на карте будут проводиться изобары; 3) соседние скважины на плане попарно соединяются вспомогательными прямыми линиями, и на находят положение точек, через которые должны проходить изобары; 4) точки с одинаковыми значениями давлений соединяются плавными, не пересекающимися между собой линиями (рисунок 2).

     Рисунок 2  – К методике интерполяции давлений при построении

                             карт изобар 

     Выбор интервала между изобарами определяется разницей между максимальным и минимальным  значениями давлений по скважинам объекта и желаемой степенью детальности карты. Обычно выбирают интервал 0,1; 0,2, 0,5 или 1 МПа^*.

     При построении карты необходимо также  определить расположение участков с  минимальными и максимальными значениями, не проводить интерполяцию между  скважинами, расположенными с разных сторон от вероятных линий перегиба, проведение изолиний следует начинать с участков, наиболее полно освещенных скважинами с наличием значений; конфигурация изобар на прилегающих слабоосвещенных участках должна подчиняться (проходить параллельно) изолиниям, проведенным по большому количеству точек наблюдения; соединения точек с одноименными отметками следует выполнять плавными линиями без резких изгибов.

     Для правильной интерполяции давлений между  скважинами, в которых оно замерено, необходимо знать закономерности изменения давления в данном направлении. Эти закономерности определяются свойствами пласта, его фациальной изменчивостью, системой расположения скважин и другими факторами, которые обычно известны. Поэтому, как правило, обычно проводят линейную интерполяцию давлений. При этом, соединив две скважины прямой линией, предполагают, что вдоль нее давление изменяется линейно (в этом суть метода линейной интерполяции). Далее определяют общее изменение давления Δp между скважинами, расстояние между ними на плане (отрезок l) и перепад давления, приходящийся на единицу этого отрезка Δp/l. При помощи интерполяции находят промежуточные давления, через которые проводят изобары в соответствии с выбранным интервалом давления.

     Некоторые исследователи считают более  правильным проводить интерполяцию между соседними скважинами при построении карт истинных изобар по логарифмическому закону в связи с тем, что в процессе разработки в пласте отсутствует статическое равновесие и наблюдающиеся в скважинах воронки депрессий имеют форму логарифмической кривой. Однако в каждой из двух соседних скважин имеются воронки депрессий и изменение давлений от одной скважины до другой может происходить по логарифмическому закону лишь до какой-то промежуточной точки между ними («нейтральной точки»), нахождение которой затруднительно. Поэтому часто производится формальная интерполяция между скважинами по логарифмическому закону. Практика интерполяции давлений по логарифмическому закону оказалась весьма трудоемкой и не оправдала себя.