Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 21

 

  Главная      Учебники - Разные     Геология нефти и газа (Еременко Н.) - 1968 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  19  20  21  22   ..

 

 

Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 21

 

 

 

Гл. VII. Залежи нефти и газа

 

(в статическом состоянии) никогда не может оказаться выше давления 

столба  жидкости,  уровень  которого  контролируется  высотой  выхода 

резервуара на поверхность (либо связью резервуара с поверхностью по 

разрывам).

 

Если  мысленно  вскрыть  такой  резервуар  (в  котором  нет  движения 

воды)  большим  числом  скважин,  то  независимо  от  места  вскрытия 

пласта уровни столба жидкости окажутся во всех скважинах на одной 

высоте.  Поверхность,  проведенная  через  такие  отметки,  называется 

пьезометрической.  Обычно  для  примерного  определения  ожидаемого 

давления  в  том  или  ином  пласте  расчет  производят  несколько 

упрощенно. При этом удельный вес воды принимают равным единице и 

высоту положения устья скважины по отношению к пьезометрической 

поверхности не  учитывают. В данном случае давление определяется в 

атмосферах по формуле

 

 

где Н — глубина скважины.

 

При  таких  примерных  определениях  действительное  гидростати-

ческое  давление  в  той  или  иной  точке  пласта  может  существенно 

отличаться  от  расчетного  давления,  если  даже  принять  удельный  вес 

жидкости за единицу. На рис. 69 I пласт сообщается с поверхностью 

в области моря, его пьезометрическая поверхность совпадает с уровнем 

моря  (при  d  =  1).  Действительное  статическое  давление  в  точках 

пласта, вскрытых скв. 1 и 2, соответственно определится по формулам:

 

Поскольку h'z > А

2

,  то и расчетное давление окажется значительно 

выше  действительного,  p'z^>  p

2

-  Возможен  и  обратный  случай,  если 

устье  скважины  расположено  ниже  пьезометрической  поверхности 

соответствующего пласта. На том же  рисунке  это  можно наблюдать по 

скв. 5 для IV пласта. Здесь h'

&

 <[ А

5

 и соответственно р'

ь

 <^р

ь

в скв. 4 

расчетное  давление  окажется  выше  действительного.  В  приведенном 

примере  все  четыре  пласта  сообщаются  с  поверхностью  на  разных 

гипсометрических  уровнях,  причем  IV  пласт  сообщается  с 

поверхностью  через  систему  нарушений  в  своде  антиклинальной 

складки.

 

Большей  частью  в  природе  наблюдается  постепенное  и  законо-

мерное увеличение пластовых давлений с глубиной как по пласту,

 

162 

§ 3. Давление   и  температура   в   залежах   нефти  и  газа               163

 

так  и  при  переходе  от  пласта к  пласту.  Приращение  давления  с  глу-

биной называется гидростатическим градиентом. Поскольку давление 

возрастает  под  влиянием  веса  столба  жидкости,  вектор  гидро-

статического  градиента  направлен  вертикально  вниз.  Если  принять 

средний  удельный  вес  природных  вод  равным  1,05,  то  пластовое 

давление на глубине в среднем будет равно

 

 

Отклонения от этой общей закономерности тем больше, чем больше 

отклоняется  поверхность отсчета  от пьезометрической поверхности и 

чем  больше  отклоняется  истинная  плотность  воды  в  резервуарах  от 

принятой средней плотности.

 

Разница  поверхностей  зависит  от  рельефа  местности.  В  горных 

странах разность может быть существенной, в равнинных областях ее 

влияние  сводится  к  минимуму.  Иногда,  особенно  в  горных  областях, 

рост пластовых давлений с глубиной при переходе от пласта к пласту 

может  существенно  нарушаться.  На  рис.  69  видно,  что  устье  скв.  3 

расположено  на  пьезометрической  поверхности  II  пласта,  и  только  в 

этом пласте расчетные давления совпадают с действительными. В I и 
III пластах расчетные давления окажутся выше действительных, а в IV 

пласте  —  ниже.  Жидкость  должна  двигаться  со  стороны  большего 

давления в сторону меньшего. Исходя из этого, в скв. 3 при соединении 

пластов между собой можно было бы ожидать перегон жидкостей из IV 

пласта в III, из III во II, из II в I, поскольку p

lv

^> р

ш

^>р

и

^>р

1

На самом 

же деле этого не произойдет. Рассмотрим для примера давления в III и 
II  пластах.  Давление  в  III  пласте  будет  больше,  чем  давление  во  II 

пласте (при d = 1), на величину,  определяемую разностью  высот  А

1

,

11

 

— h]

1

Из рис. 69 следует

 

откуда

 

Следовательно, 

давление в III пласте 

больше, чем во II пласте, 

на 

величину

 

 

Таким  образом,  имеется  перепад  давлений,  который  как  будто 

может  вызвать  перемещение  жидкостей.  Посмотрим,  однако,  доста-

точно  ли  этого  перепада  давления  для  перемещения  жидкости  из 

ПН'пласта во II пласт. Для того, чтобы жидкость могла перетекать из 
III пласта во II, необходимо, чтобы давление в III пласте было равно 

или больше давления во II пласте плюс давление, вызываемое 

 

 

В  скв.  1,  расположенной  на  берегу  моря,  действительное  и  при-

мерное  расчетные  давления  совпадают.  В  скв.  2  расчетное  давление 

определится по формуле

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

164 

Гл. VII. Залежи   нефти  и  газа

 

весом  столба  жидкости  между  III  и  II  пластами  (высота  А  ).  Следо-

вательно, для перетока из одного пласта в другой должно соблюдаться 

условие

 

т. е. необходимый перепад давления 

A

/

J

!

 

равен Ар

х

 = ~.

 

Как  видно  из  этого  расчета,  действительный  Д/>  и  необходимый 

А/?!  перепады  давлений  для  перетока  из  III  пласта  во  II  пласт  не 

равны между собой:

 

т. 

е. 

существующий  перепад  давлений  между  пластами  меньше,  чем  это 
надо для перетока жидкости из III пласта во II пласт, на величину ---. 
Иначе говоря, если в скв. 3 соединить между собой II и III пласты, то 
жидкость  будет  перетекать  не  снизу  вверх,  а  сверху  вниз  за  счет 
перепада давления, равного -^-. Необходимый перепад

 

давления  определяется  здесь  разностью  положений  пьезометрических 

поверхностей  III  и  II  пластов.  Поскольку  пьезометрическая 

поверхность  II  пласта  выше  III,  h

x

  имеет  отрицательное  значение,  а 

переток будет происходить из II пласта в III.

 

Если  бы  положение  пьезометрических  поверхностей  пластов  было 

одинаковым (А.,. = 0), то между пластами установилось бы равновесие; 

наконец,  если  бы  пьезометрическая  поверхность  III  пласта  была  бы 

выше  поверхности  II,  то  значение  Н

х

  было  бы  положительным  и 

жидкость  перетекала  из  III  пласта  во  II.  Таким  образом,  переток 

жидкости  из  одного  пласта  в  другой  определяется  не  абсолютными 

давлениями  в  этих  пластах,  а  разностью  высот  пьезометрических 

поверхностей.  Переток  возможен  только  от  пласта  с  более  высокой 

пьезометрической  поверхностью  к  пласту  с  более  низкой 

пьезометрической поверхностью.

 

То  же  самое  может  быть  отмечено  и  для  перемещения  жидкости 

внутри одного и того же пласта. На рис. 69 давление в I пласте в скв. 1 

больше, чем давление в скв. 2, поскольку А

х

 больше h.

2

 на

 

величину 

1

2

  .  Однако  движения  жидкости  в  пласте  не  будет 

наблюдаться, так как для этого необходимо преодолеть дополнитель- 

§ 3. Давление  и температура  в  

залежах  нефти  и газа 

§

В I пласте жидкость

 

 

будет находиться в покое. Чтобы вызвать движение жидкости в пласте, 

надо  нарушить  указанное  равновесие.  Давления  в  двух  произвольно 

взятых  точках  пласта  должны  отличаться  друг  от  друга  на  величину, 

большую 

или  меньшую  чем 

одна 

десятая  разницы 

их 

гипсометрических высот (при = 1). Это возможно только в случае

 

наклона пьезометрической поверхности.

 

Таким 

образом, 

для 

выяснений 

направления  движения  жидкостей  в 

пласте  или  между  пластами  необходимо 

знать  не  абсолютные  величины давлений, 

а 

положение 

пьезометрических 

поверхностей.  Поэтому  М.  А.  Жданов 

еще в 1933 г. предложил пользоваться для 

различных  расчетов  приведенным  да-

влением.  В  понятие  приведенное  да-

вление  вкладывается  представление  о 

пьезометрической  высоте  или  пье-

зометрическом  давлении.  Как  уже  от-

мечалось,  пластовое  давление  в  любой 

точке  пласта  может  быть  выражено 

уравновешивающим  давлением  столба 

жидкости.

 

Измерение  высоты  столба  жидкости, 

соответствующей пластовому давлению, 

может 

производиться 

от 

любой 

произвольной 

поверхности. 

Для 

приведения 

высоты 

и 

соответ-

ствующего  ему  давления  берут  раз-

ницу между условной выбранной

 

поверхностью 

и 

статическим 

уровнем 

столба 

жидкости, 

уравновешивающего  данное  давление.  Удельный  вес  жидкости 

принимают равным единице  независимо от действительного удельного 

веса  жидкостей,  заполняющих  пласт  или  пласты.  Таким  образом,  при 

расчете  приведенных  давлений,  давления  в  атмосферах  или  в 

килограммах  на  квадратный  сантиметр,  измеренные  в  пластах, 

выражают  через  высоту  соответствующего  столба  воды  с  удельным 

весом,  равным  единице  (рис.  70).  В  качестве  поверхности  сравнения 

берется  уровень  мирового  океана,  но  может  быть  выбрана  и  любая 

другая поверхность.

 

Если  на  рис.  69  в  качестве  поверхности  приведения  выбрать 

уровень моря, то приведенное давление в скв. 1 и 2 будет равно нулю, 

так как статические уровни в этих скважинах находятся на

 

 

 

 
 
 

ное давление, равное той же величине

 

Рдс.    70.     Расчет    приведенных 

давлений.

 

Нд—  высота  столба  жидкости  с  удель-

ным  весом  1,  уравновешивающего  да-

вление  в  точке  A',  .Hjg—высота  столба 

жидкости  с  удельным  весом  1,  уравно-

вешивающего  давление  .в  точке  Б  \  Л  л 
— приведенная высота давления

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

166                                                     Гл. VII. Залежи нефти и газа

 

уровне  моря.  В  скв.  3  приведенное  давление  в  I  пласте  будет  также 

равно  нулю,  во  II  пласте  оно  будет  выражаться  высотой  hl

ln

,  пред-

ставляющей  собой  разницу  между  уровнями  моря  и  пьезометрической 

поверхностью  II  пласта  (соответствующее  приведенное  давление  р

и

  = 

/4

/10);  в  скв.  4  —  высотой  h\

v

;  в  скв.  5  —  той  же  высотой  /4

Vn

.  Если 

выбрать  иную  поверхность  сравнения,  то  приведенные  давления 

получат  иные  значения. Так,  приведенное  давление в  скв.  4 для  пласта 
IV  будет  определяться  высотой  h\,  в  скв.  3  для  того  же  пласта  — 

высотой  /4

V

  —  h^  =  h\.  Хотя  приведенные  давления  по  разным 

поверхностям сравнения отличаются друг от друга, перепады давлений, 

определяющие  направления  движения  жидкостей  в  пласте  или  между 

пластами,  остаются  неизменными.  В  самом  деле,  разница  перепадов 

давления, вызывающая перемещение жидкости между скв. 1 и 2 на рис. 
69,  как  было  показано  ранее,  равна  нулю.  Давления,  приведенные  к 

уровню моря, в этих скважинах также равны нулю, несмотря на разную 

их  глубину.  Давления,  приведенные  ко  второй  поверхности  в  этих  же 

скважинах,  определяются  величиной  Н,  которая  также  одинакова  для 

обеих скважин. В скв. 3 перепад давления, определяющий возможность 

движения  жидкости  из  II  пласта  в  III,  выражается  высотой  h

x

.  Той  же 

высотой  он  выражается  при  приведении  давлений  как  к  уровню  моря, 

так  и  ко  второй  поверхности.  В  одном  и  том  же  пласте  на  любом  его 

участке  величина  приведенных  пьезометрических  давлений  опре-

деляется  высотой  пьезометрической  поверхности  над  произвольно 

выбранным уровнем. Если движение жидкости в пласте отсутствует, то 

пьезометрическая  поверхность  имеет  горизонтальное  положение,  и 

приведенные давления в любых точках пласта равны между собой. 

Рассмотрим  изменения  давлений  в  пластовой  сводовой  ловущке, 

заполненной  водой,  находящейся  в  статическом  положении.  В  такой 

ловушке абсолютные давления в каждой точке пласта увеличиваются от 

свода  к  крыльям.  Рост  давления  пропорционален  глубине  измерения; 

линии равного давления (изобары), построенные по точкам измерения в 

кровле  пласта,  строго  параллельны  изогипсам  кровли  пласта. 

Приведенные  давления  по  любой  поверхности  равны  между  собой,  и 

карты приведенных изобар в этом случае построить нельзя. 

При  заполнении  ловушки  газом,  нефтью  и  водой  картина  рас-

пределения  гидростатических  давлений  в  пласте  изменится.  Если 

пренебречь  весом  газа,  то  в  чисто  газовой  залежи  (рис.  71)  в  соот-

ветствии  с  законом  Паскаля  давление  во  всех  ее  точках  должно  быть 

одинаковым,  равным  давлению  на  поверхности  газ  —  вода.  Таким 

образом,  давление  в  пласте,  насыщенном  газом,  в  любой  точке, 

расположенной  выше  контакта  газ  —  вода,  всегда  больше 

гидростатического давления, рассчитанного для данной точки. 

Для сопоставления возьмем четыре произвольные точки в пласте А, 

Б, В  и  Г. Точки  А,  Б,  В  и  Г расположены  попарно  на  одной  высоте  от 

поверхности сравнения и соответственно на одной глубине 

 

 

 

§ 3. Давление  и температура  в  залежах  нефти  и газа    167

 

от поверхности земли. Давление в точке А может быть выражено 

следующим образом: 

 

где d

s

 — удельный вес воды. 

Так как /ц = h

a

то р

А

 р

в

Давление в точке, расположенной на 

контакте газ — вода,  равно давлению  в другой точке пласта, 

 

Рис.  71.  Расчет избыточного давления в залежи. 

Штриховкой показано избыточное давление.

 

расположенной на той же глубине в пласте,  заполненном водой. Оба 

давления   равны   гидростатическому.    Приведенные   давления в этих 

точках также равны между собой и определяются величиной   // — 7i

2

. В 

точке В 

 

где d

r

 — удельный вес газа по воде в пластовых условиях. 

Из  сопоставления  формул  видно,  что  давление  в  точке  Г  будет 

выше,  чем  в  точке  В,  хотя  они  и  расположены  на  одной  глубине. 

Определим разницу давлений:

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

168 

 

 

Гл. VII. Залежи   нефти   и   газа

 

 

Таким  образом,  в  любой  точке  газовой  залежи  будет  наблюдаться 

давление избыточное над гидростатическим, пропорциональное высоте 

положения  точки  над  газоводяным  разделом  и  разности  удельных 

весов воды и газа в пластовых  условиях. На поверхности 

газ

 — вода h

s

 

=  О,  и  избыточное  давление  также  равно  нулю.  Максимальное 

избыточное давление будет наблюдаться в самой верхней точке газовой 

залежи  —  оно  будет  пропорционально  высоте  залежи.  Избыточное 

давление  можно  рассматривать  как  результат  действия  силы 

всплывания,  направленной  вверх.  Таким  образам,  силы,  вызывающие 

гидростатическое  и  избыточное  давления,  направлены  в  разные 

стороны.

 

Аналогичные  расчеты  могут  быть  сделаны  и  для  нефтяной  залежи 

или  нефтяной  залежи  с  газовой  шапкой.  Избыточное  давление  в 

нефтяной залежи определится выражением

 

 

где        h — высота   точки  над поверхностью  вода — нефть; (d

s

 — d

s

— разница  удельных  весов  воды  и  нефти  в    пластовых условиях.

 

Избыточное давление в любой точке газовой шапки определяется 

выражением

 

 

где  h

a

 — высота нефтяной части залежи;

 

h

r

 — высота данной точки над разделом газ — нефть.

 

Вопрос  об  избыточных  давлениях  в  залежах  газа  и  нефти  был 

детально  рассмотрен  и  обоснован  В.  А.  Савченко.  На  основании 

приведенных расчетов теоретически возможно определение положения 

разделов газ — нефть, нефть — вода или газ — вода в пространстве по 

измерениям давления в одной  скважине,  пробуренной  на залежь, при 

условии,  что  известно  положение  пьезометрической  поверхности  в 

резервуаре. Точность расчетов будет зависеть от точности определений 

положения  пьезометрической  поверхности  пласта  и  давлений  в 

скважинах.

 

Каково  же  будет  соотношение  избыточного  и  приведенного 

давлений  в  залежи  нефти  или  газа?  Приведенные  давления  на  поверх-

ности раздела будут равны между собой в любых точках поверхности 
(при  горизонтальном  положении  пьезометрической  поверхности). 

Однако в каждой точке залежи нефти или газа приведенные давления 

окажутся выше приведенных давлений на поверхности 

 

 

_______         § 3. Давление   и  температура   в  залежах   нефти  и  газа          169

 

раздела.  Из  ранее  сказанного  нетрудно  видеть,  что  приведенные 

давления  в  любой  точке  залежи  будут  отличаться  от  приведенных 

давлений  на  контакте  на  величину,  соответствующую  избыточному 

давлению. Так как силы, вызывающие гидростатическое и избыточное 

давления,  направлены  в  разные  стороны,  то  в  залежи  они  будут 

уравновешивать  друг  друга.  Залежь  будет  существовать  до  тех  пор, 

пока последнее условие будет соблюдаться.

 

Динамическое  давление.  До  сих  пор  мы  исходили  из  предполо-

жения  о  том,  что  в  пластах  существуют  статические  условия  —  вода 

неподвижна  и  пьезометрическая  поверхность  горизонтальна.  В  при-

роде  в  большинстве  резервуаров  наблюдается  наклонное  положение 

пьезометрической поверхности, так как воды в пласте движутся.

 

 

Давление  в  любой  точке  такого  пласта  также  может  быть  выра-

жено  через  высоту  столба  жидкости  с  d  —  1,  уравновешивающего 

давление в данной точке пласта (рис. 72). На рис. 72 область питания 

резервуара  находится  высоко  в  горах,  а  область  нагрузки  —  в  море. 

Пьезометрическая  поверхность  наклонена  от  выхода  пласта  на 

поверхность  до  уровня  моря  над  выходом  пласта.  В  этой  точке 

давление в пласте определяется  его положением относительно  уровня 

моря  й

и

.  Как  видно  из  рис.  72,  все,  что  ранее  было  сказано  о 

несоответствии  расчетных  и  пластовых  давлений,  сохраняет  свое 

значение  и  при  наклонном  положении  пьезометрической  поверхности. 

Расчетные  и  пластовые  давления  будут  совпадать  только  там,  где 

пьезометрическая поверхность совпадает с рельефом земли.

 

Приведенные  давления  будут  закономерно  уменьшаться  в  сторону 

наклона  пьезометрической  поверхности.  В  таком  резервуаре  могут 

быть  подобраны  точки  с  одинаковым  пластовым  давлением,  но  с 

разными  приведенными  давлениями  (точки  А  и  Б  на  рис.  72). 

Пластовые давления в точках А ж Б равны

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  19  20  21  22   ..