Гидродинамические ловушки

Пропуск стр. 325-326

Пропуск стр. 322-323

На месторождении Антилоп-Хилс в Калифорнии «батрессовые» песчаники несогласно залегают на подстилающей срезанной толще, также сложенной песчаниками, причем обе песчаные толщи содержат нефть (фиг. 7-56). Пески плио-плейстоценового возраста на месторождении Кирикире в бассейне Матурин на востоке Венесуэлы ограничиваются поверхностью несогласия снизу и образуют основную на этом месторождении ловушку. Это одно из самых крупных нефтяных месторождений Южной Америки, из которого добыто свыше 600 млн. баррелей нефти плотностью 12-26°API. Следует отметить, что нефть получают здесь из континентальных отложений. Характер пластовых вод незакономерно изменяется от пресных до морских. Разрез этого месторождения приведен на фиг. 7-57.

Выветривание и циркуляция грунтовых вод обычно сопровождаются растворением, цементацией и перекристаллизацией осадков [75], следы которых можно встретить непосредственно под поверхностью несогласия. Эти процессы часто обусловливают развитие пористости и проницаемости коллекторов, а неравномерное распространение среди непроницаемых отложений проницаемых пород может привести к образованию ловушки для нефти и газа (фиг. 7-58).

На тех участках поверхностей несогласия или эрозионных поверхностей, где обнажаются коллекторские породы, происходит улетучивание легких фракций нефти, а остающиеся более тяжелые ее составляющие закупоривают поры пород и приводят к уничтожению проницаемости. Это еще один случай, когда поверхности несогласия могут определять положение залежей. На ранней стадии развития антиклинали Коалинга в Калифорнии [76] в ее пределах располагалась залежь углеводородов, связанная с обнаженной поверхностью, где поры пород были запечатаны асфальтом и смолой; эта поверхность служила препятствием для выделения из пласта нефти и газа. Ниже по падению пласт содержал жидкую нефть, которую можно было добывать. Подобная же ситуация известна в районе Реддин, в горах Уошито, Оклахома, где наблюдается прогрессивное уменьшение вязкости от твердого гильсонита до нефти высокой плотности. На месторождении Оклахома-Сити в зоне несогласия между базальными слоями пенсильванских отложений и подстилающими коллекторскими породами ордовика осадки пропитаны асфальтовым веществом, уничтожившим их по­ристость, что связано с выходами здесь нефти на дневную поверхность во время допенсильванского периода эрозии [77] (см. также стр. 590). Почти аналогичный тип покрышки способствовал формированию ловушки на месторождении Плезент-Валли в Калифорнии [78], где поровое пространство в песках Гатчел (средний эоцен), по-видимому вследствие процессов выветривания на древней эрозионной поверхности, оказалось заполненным коллоидальным глинистым материалом (глинистый материал здесь представлен белым каолином, образовавшимся в результате выветривания полевых шпатов). Снижение проницаемости в породах вверх по восстанию пласта частично способствовало возникновению ловушки (см. также стр. 338-339: комбинированные ловушки). Некоторые залежи в формации Чанак (верхний миоцен?) вдоль восточного борта долины Сан-Хоакин в Калифорнии также приурочены к ловушкам, образование которых частично связано с закупоркой пор в породах вверх по восстанию и уменьшением проницаемости в результате отложения выветрелых полевых шпатов, по-видимому, на эрозионной поверхности [79].

В ряде месторождений образование ловушек полностью или частично связано с пересечением вверх по восстанию двух плоскостей несогласия. Залежь углеводородов на месторождении Уэст-Эдмонд, расположенном севернее Оклахома-Сити, например, сформировалась в расположенной вверх по восстанию пластов зоне выклинивания проницаемых кремнистых пород и известняков пачки Боис-д'Арк формации Хантон (девон-силур); зона же выклинивания приурочена к пересечению предпенсильванской и предмиссисипской поверхностей несогласия (см. фиг. 14-7). Залежь нефти на месторождении Татумс в округе Картер, Оклахома, сформировалась в сложном, частично уничтоженном эрозией комплексе пенсильванских конгломератов и песчаников, которые несогласно прилегают к нижележащему допенсильванскому фундаменту [80]. Разрез этой площади показан на фиг. 7-59.

Залежь нефти на месторождении Апко в округе Пекос, Техас, также сформировалась в зоне пересечения двух поверхностей несогласия. На фиг. 7-60 приведена палеогеологическая карта предпермской поверхности. Разрез этой залежи в направлении с северо-запада на юго-восток показан на фиг. 7-61. Пористость в продуктивных известняках Элленбергер (ордовик) обусловлена развитием трещиноватости и ячеистым выветриванием пород, по-видимому во время предпермской эрозии, когда известняки Элленбергер слагали крутой, обращенный к востоку уступ, протягивавшийся через всю площадь. Ловушки, образованные в результате пересечения поверхностей несогласия, выявлены на месторождении Санта-Мария в Калифорнии, разрез которого показан на фиг. 7-62. Пористость пород объясняется развитием трещиноватости в хрупких глинистых сланцах и алевролитах Монтерей (миоцен) и связана с формированием поверхности несогласия.

Пересечение двух поверхностей несогласия способствовало образованию ловушки на месторождении Ист-Тексас. Однако в этом примере существование нижнего несогласия не является определяющим фактором. В основном ловушка обусловлена верхним несогласием, которое срезает песчаники Вудбайн. Она могла бы сформироваться и в том случае, если бы нижнее, более древнее, чем песчаники Вудбайн, несогласие отсутствовало. Поскольку созданию ловушки способствовало здесь сочетание зоны выклинивания со сводовым поднятием, ее правильнее отнести к классу комбинированных ловушек (см. стр. 334-339: комбинированные ловушки).

За последние годы была установлена еще одна возможность образования ловушек [81]. Когда в водоносном пласте существует градиент гидравлического потенциала, обусловливающий движение воды вниз по падению, гидродинамические силы могут создать препятствие для перемещения углеводородов вверх. по пласту. В этом случае плавучесть углеводородов способствует аккумуляции их в залежь. Размер залежи будет зависеть от нескольких переменных, таких, как плотность воды и углеводородов, литология водоносного горизонта и величина градиента гидравлического потенциала в водоносном горизонте.

Для пояснения механизма этого процесса приведем следующую аналогию. Представим себе наклонно расположенную трубку (фиг. 7-63, А), которая заполнена водой, движущейся вниз. Внутри трубки находятся поплавки, каждый из которых обладает достаточной плавучестью, чтобы подниматься вверх по трубке, преодолевая направленную в противоположную сторону силу течения воды. Если бы трубка была слегка сужена, как показано на фиг. 7-63, Б, градиент гидравлического потенциала увеличивался бы, соответственно увеличивалась бы и скорость потока воды через ее суженную часть. В этом случае плавучесть поплавков оказалась бы недостаточной, чтобы преодолеть течение воды по узкому участку трубки, даже несмотря на то что размеры ее вполне для этого достаточны. Поплавки будут собираться ниже суженной части трубки до тех пор, пока их суммарная подъемная сила не станет настолько велика, чтобы расположенные в верхней части скопления поплавки получили возможность двигаться через сужение. Количество поплавков, оставшихся после этого в нижней части трубки, будет зависеть от величины градиента гидродинамического давления в суженном участке и общей подъемной силы всех скопившихся поплавков. Поплавки могут быть уподоблены нефти и газу, а сужение трубки - зоне снижения проницаемости в расположенной вверх по восстанию части водоносного пласта. Если бы движение воды было направлено вверх по трубке, поплавки, и так обладающие естественной плавучестью в этой водной системе, двигались бы вверх вместе с водой и прошли бы узкую часть трубки даже с большей скоростью, чем та, с которой

Фиг. 7-63. В трубке А поток воды направлен вниз, но плавучесть поплавков достаточна для их движения против течения. В трубке Б сужение диаметра трубки обусловливает увеличение градиента гидравлического потенциала и скорости потока, в результате возникает локальная, направленная вниз сила, превышающая плавучесть поплавков и вызывающая скопление их ниже сужения. 1 - двигающиеся вверх поплавки, 2 - поток воды.

они могут перемещаться в гидростатических условиях, и скопления поплавков не происходило бы.

Поток воды, проходящий через суженную часть трубки в описанном опыте, видимо, можно сравнить с движением воды во многих водоносных пластах. Поэтому вверх по восстанию большинства водоносных горизонтов не наблюдается полной потери проницаемости, за исключением особых случаев. Например, поверхности несогласия не могут полностью блокировать флюиды и препятствовать их перемещению выше срезанного водоносного пласта, даже если мощность его невелика. Подобным же образом можно полагать, что тонкие прослойки песков и отдельные песчаные тела, располагающиеся по периферии области развития песчаной толщи, создают возможность для движения пластовых вод. Градиент гидравлического потенциала распространяется вплоть до плоскостей среза водоносных пластов, что также может указывать на движение воды через эти плоскости. Единственной действительно непроницаемой преградой для движения воды могут, пожалуй, являться покрышки или барьеры, образованные такими породами, как каменная соль, ангидрит или очень плотные известняки.

По мере того как возрастает количество замеров гидростатических давлений, становится ясным, что градиент гидравлического потенциала во многих водоносных пластах существует не только в латеральном направлении, но и в вертикальном, вкрест слоистости, а также между водоносными пластами, разделенными прослоями глинистых пород и известняков [82]. Несомненно, этот градиент должен непрерывно изменяться с изменением характера тектонических поднятий, горообразования, процессов эрозии и осадконакопления. Разрывные нарушения могут препятствовать движению подземных вод или, наоборот, создавать новые пути их миграции. Изучение пластовых давлений в ряде водоносных пластов многих седиментационных бассейнов показывает, что пластовые воды обычно находятся в динамическом состоянии. Эта область науки часто называется гидродинамикой. Гидродинамика широко применяется в геологии нефти и газа. Наиболее характерные примеры ее применения будут приведены в дальнейшем.