Классификация залежей по соотношению подвижных веществ в природных резервуарах
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАЛЕЖЕЙ И ПРИНЦИПЫ, ПОЛОЖЕННЫЕ В ИХ ОСНОВУ
К настоящему времени собран огромный фактический материал, характеризующий обнаруженные в земной коре скопления нефти и газа. Поэтому все важнее становится систематизировать этот материал. Этим объясняется существование большого числа различных классификаций скоплений нефти и газа и, в частности, их залежей.
Наиболее целесообразны классификации природных явлений или процессов по генетическому признаку. Только такие классификации позволяют вскрыть внутреннюю взаимосвязь явлений и, следовательно, использовать их в практических целях. При создании классификации залежей необходимо рассмотреть вопрос с трех позиций: 1) условия возникновения и сохранения ловушек; 2) условия образования и сохранения в ловушках залежей; 3) взаимосвязь отдельных залежей и закономерность их распространения.
4. Классификация залежей и принципы, положенные в их основу 185
|
|
Обычно первый пункт разрабатывается наиболее детально, очень часто в предлагаемых классификациях ограничиваются лишь этой стороной вопроса и по существу вместо классификаций залежей предлагаются классификации ловушек.
Условия образования и сохранения залежей в ловушках все еще плохо изучены. Поэтому в большинстве классификаций этот пункт либо обходится молчанием, либо авторы постулируют его основные положения, исходя из своих теоретических представлений.
Взаимосвязь между отдельными залежами и закономерности их распространения начали серьезно изучать только в настоящее время, поэтому и этот вопрос в предложенных классификациях не находит достаточно четкого отражения.
Рассмотрение залежи как непосредственного объекта разведки и разработки заставляет обратить внимание на ее форму, соотношение между нефтью, газом и водой и, наконец, на режим залежи. Генетически форма залежи должна обусловливаться образованием ловушки; соотношение в залежи между нефтью, газом и водой связано с условиями формирования и существования залежи; режим залежи определяется условиями формирования залежи и условиями возникновения и существования ловушки (понимая под ловушкой часть природного резервуара, где действуют энергетические факторы).
Залежи формируются в процессе миграции. В основе общих причин миграции безусловно лежит тектонический фактор. М. Ф. Мирчинк отмечает (1(155): «Тектоника вызывает образование крупных и локальных структурных форм, определяет распределение фаций, благоприятных для нефтегазообразования, обусловливает перерывы в осадконакоплении, размывы поверхности тех или иных свит и горизонтов и стратиграфическое несогласное их залегание. В зависимости от всех этих условий регионального масштаба и происходит перемещение — миграция нефти и газа в сторону повышенных участков пористых пластов-коллекторов».
|
|
И. О. Брод (1951), принимая те же положения, считает необходимым учитывать тип природного резервуара и соотношение в нем нефти и газа с водой. Поскольку перемещение углеводородов при формировании залежей происходит в резервуаре и зависит от характера последнего, а образование самих ловушек связано с природным резервуаром, за основу классификации И. О. Брод принимает выделяемые им типы природных резервуаров. При этом основные критерии по И. О. Броду следующие: а) формы ограничения и характер внутреннего строения резервуара; б) условия, вызвавшие возникновение внутри резервуаров ловушек для нефти и газа; в) соотношение газа, нефти и воды внутри резервуара.
Наиболее часто за основу классификаций принимаются тектонический фактор и ловушки, их формы и условия образования, реже учитываются условия образования залежей (миграция) и почти
186 Гл. VII. Залежи нефти и газа
никогда не учитывается режим залежей как следствие условий их образования.
Существующие расхождения в названиях тех или иных конкретных типов залежей (зональные и литологические, структурные и сводовые и т. д.) не имеют принципиального значения.
Кроме общих схем классификаций залежей нефти и газа, предложено много частных схем, касающихся либо какой-нибудь определенной группы залежей (стратиграфических, зональных и т. д. — К. С. Маслов, 1953; Г. А. Хельквист, 1944 и др.), либо залежей определенных географических или тектонических районов (залежи Северного Кавказа, Эмбы — А. Г. Алексин, 1956; Е. Л. Пештич, 1956; В. Я. Авров, 1948; залежи Волго-Уральской области — Г. П. Ованесов, 1962). В последние годы были предложены новые варианты классификации залежей нефти и газа (М. Ф. Мирчинк, Н. Ю. Успенская, А. Я. Креме, А. А. Бакиров, Ю. А. Притула и др.). Однако эти варианты в практике поисково-разведочных работ по существу не используются. В 1964 г. А. Г. Алексин развил классификацию залежей нефти и газа, разработанную И. О. Бродом.
Из существующего огромного количества различных классификаций залежей ниже приводится только классификация И. О. Брода.
В соответствии с тремя основными типами природных резервуаров И. О. Брод выделяет три основные группы залежей.
I. Пластовые залежи нефти и газа с двумя подгруппами: а) пластовые сводовые и б) пластовые экранированные.
П. Массивные залежи нефти и газа.
III. Литологически ограниченные залежи нефти и газа.
Схема соотношения в залежах нефти, газа и воды приведена в табл. 37.
В классификации И. О. Брода сделана попытка учесть все те основные моменты, о которых говорилось выше. В этой классификации генетические условия образования и сохранения залежей рассматриваются в свете миграции углеводородов по природным резервуарам и отчасти соотношения в залежи нефти, газа и воды. Безусловно, характер миграции, формирующей залежь, в известной мере определяется типом природного резервуара, но это не единственный и, возможно, даже не главный фактор. Характер и направление миграции в резервуаре определяются силами, вызывающими миграцию, фазовым состоянием и физико-химическими свойствами мигрирующих веществ, температурой и давлением, свойствами коллектора, гидродинамическими и гидрохимическими режимами в резервуаре и т. д. В настоящее время учесть влияние всех факторов или хотя бы ведущих довольно трудно из-за слабой изученности.
Соотношение в залежи между нефтью, газом и водой, безусловно, является следствием генетических условий формирования залежей. Однако приведенная схема в этом отношении не отражает всех тех явлений, которые должны быть здесь учтены. В схеме рассматри-
|
|
§ 4. Классификация залежей и принципы, положенные в их основу 187
Таблица 37
Группы (классы) | Водонапорные залежи | Залежи, подстилаемые водой | Безводные залежи |
Чисто газовые за- лежи | Водонапорные га зовые залежи | Подстилаемые во дой газовые | Безводные газовые залежи |
Нефтяные | Водонапорные неф- | Подстилаемые во- | Безводные нефтя- |
тяные залежи с | дой нефтяные | ные залежи с га- | |
газовой шапкой | залежи с газо- | зовой шапкой | |
вой шапкой | |||
Нефтяные залежи, | Водонапорные неф- | Подстилаемые во- | Безводные нефтя- |
богатые газом, | тяные залежи, | дой нефтяные | ные залежи, бо- |
растворенным в | богатые газом, | залежи, богатые | гатые газом, |
нефти | растворенным в | газом, раство- | растворенным в |
нефти | ренным в нефти | нефти | |
Нефтяные залежи, | Водонапорные неф- | Подстилаемые во- | Безводные нефтя- |
мало насыщен- | тяные залежи, | дой нефтяные | ные залежи, ма- |
нъге, газом | мало насыщен- | залежи, мало на- | ло насыщенные |
ные газом | сыщенные газом | газом |
вается статическое состояние вод в резервуаре, поэтому в классификации не нашли, например, отражения залежи с наклонивши поверхностями раздела нефть — вода, газ — вода (висячие залежи). По этой же причине не находят своего места в общей схеме залежи, приуроченные к флексурам или местным литологическим изменениям коллектора на моноклинали, не учитывается влияние температуры и давлений. Между тем соотношение нефти и газа в залежи прежде всего определяется температурой и давлением. Данная схема отражает лишь количественную сторону вопроса, качественная же сторона взаимоотношения нефти и газа в схеме не рассматривается. В результате в данной схеме не находят своего места газоконденсат-ные залежи.
|
|
Практически производится раздельное рассмотрение залежей по их содержимому — нефть, газ, конденсат и по силам (режимам), обусловливающим их перемещение к забоям скважин. Классификация по фазовому состоянию углеводородов, образующих залежи, была предложена в 1962 г. А. Н. Мустафиновым, а в 1966 г. В. Г. Васильевым, Н. С. Ерофеевым, С. Р. Коробовым и другими. Последние авторы предлагают различать следующие типы залежей по фазовому состоянию: газовые, газоконденсатно-газовые, газо-конденсатные, конденсатные, залежи переходного состояния, нефтяные, нефтегазовые, газонефтяные, нефтегазоконденсатные, газо-конденсатнонефтяные. Мы предлагаем выделять следующие группы (классы) залежей по содержанию в них нефти, газа и конденсата.
188 Гл. VII. Залежи нефти и газа
I. Нефтяные залежи, малонасыщенные газом («мертвая» нефть). В таких залежах давление насыщения во много раз ниже пластового давления и иногда близко к атмосферному. Залежь может иметь только нефтяную и водонефтяную части.
II. Нефтяные залежи, недонасыщенные газом. В таких залежах давление насыщения несколько ниже пластового. Залежь может иметь только нефтяную и водонефтяную части.
III. Нефтяные залежи, насыщенные газом. В таких залежах давление насышения близко к пластовому давлению. Залежь может
иметь только нефтяную и водонефтяную части. Снижение давления в залежи в процессе ее разработки приводит к образованию газовой шапки.
Рис. 85. Классификация залежей по содержанию в них нефти, газа и конденсата. Естественные режимы: 1 — гравитационный; 2 — растворенного газа; 3 — упругий, газовой шапки; 4 — упругий, залежи нефти. |
IV. Нефтяная залежь
с газовой шапкой и кон
денсатом. Количество
конденсата зависит от
давления, температуры
и качества нефти и газа.
Залежь может иметь газо
вую, газонефтяную, неф
тяную и водонефтяную
части.
V. Газовая залежь с конденсатом и нефтяной оторочкой. Количе-
ство конденсата зависит от температуры, давления и качества нефти и газа. Залежь может иметь газовую, газонефтяную и водонефтяную части. Нефтяная часть отсутствует.
VI. Газоконденсатная залежь. Содержание конденсата в газе зависит от температуры, давления и качества газа. Иногда возможно появление конденсата в залежи в жидкой фазе. Залежь может иметь только газовую и газоводяную части.
VII. Газовая залежь. Содержит только «сухой» газ. Залежь может иметь только газовую и газоводяную части.
Все перечисленные группы залежей представляют собой непрерывный ряд с постепенными взаимными переходами (рис. 85). В условиях земной коры, при изменении геологической обстановки или при разработке возможен переход некоторых залежей из одной группы в другую. Так, снижение давления может привести к появлению газовой шапки и переходу залежи из III в IV группу.
Для разработки залежей большое значение имеет режим пласта, в котором находится залежь. Режим пласта определяется энергией, обеспечивающей продвижение нефти в пласте к забоям скважин.
§ 4. Классификация залежей и принципы, положенные в их основу 189
Продвижение нефти к забоям скважин может осуществиться за счет следующих сил: 1) силы тяжести нефти, газа и конденсата; 2) упругого напора газовой залежи или газовой шапки; 3) расширения растворенного газа; 4) расширения сжатой нефти; 5) напора законтурных вод; 6) расширения сжатой воды; 7) упругих сил породы. Как правило, в пласте действуют одновременно все эти силы, поэтому наблюдаются смешанные режимы. Можно говорить лишь о преобладающем влиянии той или иной силы в пределах залежи или в отдельных ее частях. Практически наибольшее значение имеют режимы водонапорные, упругого напора газа и растворенного газа. Следует иметь в виду, что в процессе разработки человек может активно влиять на режим пласта, изменяя его по своему усмотрению. Естественные режимы могут быть подразделены на режимы, обусловленные внутренней энергией (по отношению к залежи) и внешней. Внутренняя энергия обеспечивается силой тяжести, напором газовой залежи (шапки), энергией растворенного газа и расширения сжатой нефти. Внешняя энергия — это напор и упругость законтурных вод и упругие силы породы.
Естественные режимы, существование которых обусловлено энергией, заключенной непосредственно в залежи, могут быть увязаны с классификацией залежей по содержанию в них нефти, газа и конденсата. Относительная роль естественных режимов (внутренняя энергия) в различных группах залежей показана на рис. 85.
Одним из основных преимуществ классификации залежей И. О. Брода является то, что это единая взаимоувязанная схема классификации всех возможных взаимоотношений залежей в земной коре по отношению к ее строению, истории и возможной истории возникновения самих углеводородов. Именно это позволяет в настоящее время рекомендовать для использования классификацию, предложенную И. О. Бродом, несмотря на имеющиеся в ней недостатки. Дальнейшее описание типов залежей с небольшими изменениями приводится по И. О. Броду.
Пластовые залежи нефти и газа. В пластовом резервуаре циркуляция воды происходит в теле сравнительно однородной породы, резко ограниченной в кровле и подошве слабопроницаемыми породами. Форма ловушек в пластовом разрезе определяется формой изгиба или формой среза всего пласта в целом.
Залежи нефти и газа в пластовом резервуаре накапливаются при наличии ловушек внутри пласта. Ловушка в пластовом резервуаре образуется либо вследствие структурного изгиба, либо вследствие наличия экранирующей поверхности, срезающей пласт по его восстанию (рис. 86—88). Нефть и газ при этом могут образовать скопление лишь в том случае, если залегающая под ними вода замыкает залежь, лишая возможности нефть и газ двигаться по пласту.
190 Гл. VII. Залежи нефти и газа
Рис. 86. Принципиальная схема пла- Рис. 87. Принципиальная схема
стовой, тектонически экранирован- пластовой, стратиграфически экра-
ной залежи. нированной залежи.
Рис. 88. Принципиальная схема пластовых, литологически экранированных залежей.
'Рис. 90. Схематический профиль продуктивной части Правдин-ского нефтяного месторождения.
192 Гл. VII. Залежи нефти и газа
Классификация пластовых залежей по И. О. Броду приводится в табл. 38.
Подгруппа | Род | Подрод |
Пластовые сводовые залежи нефти и газа Пластовые экранированные залежи нефти и газа | енарушенные сводовые залежи (рис. 55, 64) Слабо нарушенные сводовые залежи (не разбитые на самостоятельные блоки) Сводовые залежи, разбитые разрывами на самостоятельные блокп, и сводовые залежи, срезанные разрывами Тектонически экранированные залежи, по форме козырько-вые, периклинальные, синклинальные и моноклинальные (рис. 56, 86) Стратиграфически экранированные залежи, по форме нериклинальные, синклинальные и моноклинальные (рис. 58, 87) Литологически экранированные залежи, по форме периклинальные, синклинальные и моноклинальные (рис. 88) | Залежи в слабо выраженных ненарушенных сводах. Залежи в хорошо выраженных ненарушенных сводах Слабо нарушенные залежи в сводах, разбитых эпианти-клинальными разрывами Слабо нарушенные залежи в сводах, разбитых разрывами, выходящими за их пределы Сильно нарушенные залежи в сводах, разбитых эпианти-клинальными разрывами Сильно нарушенные залежи в сводах, разбитых разрывами, выходящими за их пределы Залежи, экранированные плоским разрывом Залежи, экранированные сложно построенной поверхностью разрыва Залежи, экранированные плоской поверхностью несогласия Залежи, экранированные сложно построенной поверхностью несогласия Залежи, экранированные прямолинейным выклиниванием пласта Залежи, экранированные криволинейным выклиниванием пласта (по форме фестоно-образные |
Таблица 38 Классификация залежей группы пластовых (по И. О. Броду)
Типичным примером пластовой сводовой залежи могут служить основные скопления в готеривских отложениях Усть-Балыкского (рис. 89) и в неокомских отложениях Правдинского месторождений нефти (рис. 90) Западной Сибири.
Примером пластовой литологически экранированной залежи могут быть скопления Шаимского месторождения (рис. 91), где залежи приурочены к локальным выступам фундамента, на склонах
§ 4. Классификация залежей и принципы, положонные в их основу 193
которых развит базальный горизонт верхнеюрского возраста. К своду выступа отложения вогулкинской толщи выклиниваются, и породы фундамента перекрываются вышележащими породами юры и валан-жина, образуя ловушку кольцевого строения.
Рис. 91. Профильный разрез Шапмского месторождения.
1 — нефтяные залежи; 2 — аргиллиты; 3 — битуминозные аргиллиты; 4 — алевролиты; 5 — песчаники с глауконитом; в — песчаники полимиктовые; 7 — аргиллиты с включениями сидеритов; 8 — песчано-сланцсвая толща фундамента; 9 — эффузивы; 10 — мрамори-
зованные иавёстияки.
Массивные залежи. Образование массивных залежей связано со скоплением нефти и газа в массивных резервуарах (рис. 92—94). Формирование всех пластовых залежей происходит в результате
Рис. 92. Принципиальная схема массивной залежи в тектоническом (структурном) выступе.
бокового движения нефти и газа, всплывающих над водой в резервуаре, резко ограниченном в кровле и подошве практически непроницаемыми породами. Совершенно иная картина наблюдается в массивных резервуарах. В мощных толщах пород, представляющих
194 Гл. VII. Залежи нефти и газа
единый природный резервуар, углеводороды стремятся подняться кверху, скапливаясь под кровлей резервуара там, где она образует возвышающиеся выступы. Внутрирезервуарная миграция имеет здесь преимущественно вертикальное направление, формирование
залежей возможно только в результате вертикальной миграции. Это резко отличает массивные залежи от пластовых сводовых, подстилаемых водой (водоплавающих).
Рис. 93. Принципиальная схема массивной, массивных залежах
залежи в аэрозионном выступе. нефти и газа в результате
распределения газа, нефти
и воды внутри массива по их плотностям поверхности, разделяющие газ, нефть и воду, секут все тело массива независимо от структуры и текстуры слагающих его пород.
На рис. 95 изображена залежь нефти в группе Ишимбайских рифогенных массивов. Эта группа в целом представляет собой единый насыщенный нефтью резервуар, покрытый более или менее непроницаемыми породами, мер-
Рис. 94. Принципиальная схема массивной залежи в рифогенном выступе. (Мелкой штриховкой показаны зоны повышенной пористости). |
гелями и ангидритами. Там, где покрышка над залежью была достаточно хорошей, например на Западном массиве, образовалась газовая шапка, а в тех местах, где покрышка была недостаточно надежной, не только не образовалась'газовая шапка в самом массиве, но над массивом, в вышезалегающих осадках, воз-
никли отдельные скопления нефти и газа. Такую картину можно наблюдать над Восточным и Южным массивами Ишимбайской группы.
По характеру и происхождению ловушек И. О. Брод предлагает подразделять массивные залежи по схеме, приведенной в табл. 39.
Литологически ограниченные залежи. Резервуаром для литоло-гически ограниченных залежей служит коллектор, окруженный со всех сторон породами, в которых не может происходить циркуляция нефти, газа и воды.
Вода, подстилающая залежь, не имеет источников пополнения, но ее энергия не равна нулю. Как ни мало сжимается вода при повышении давления, она все же приобретает при этом определенный запас упругой энергии. Высота залежей литологически ограниченного
Рис. 95. Залежи нефти и газа в Приуральской депрессии (Ишимбай, Башкирия).
а — схема залежей нефти и газа в разрезе по оси известнякового гребня; б — схема залежей нефти и газа в плане.
А
Таблица 39
Классификация группы массивных залежей (по И. О. Броду)
Род | Подрод |
Массивные залежи в структурных выступах, в возвышающихся выступах тектонического происхождения, форма верхней поверхности которых обусловлена в основном структурой месторождений; по форме антиклинальные и моноклинальные (рис. 92) Массивные залежи в эрозионных выступах, в возвышающихся выступах, представляющих собой останцы древнего рельефа | Массивные залежи простых однородно построенных структурных выступов Массивные залежи простых неоднородно построенных структурных выступов Массивные залежи в одиночных биогенных выступах Массивные залежи в группе биогенных выступов, обладающих общим водо-нефтяным (или водогазовым) разделом |
196 Гл- vn- Залежи нефти и газа
типа, как правило, незначительная, поэтому избыточные пластовые давления в них не могут иметь высоких значений. Напомним, однако, что в замкнутых резервуарах, и, следовательно, в залежах, находящихся в них, при благоприятных условиях могут возникнуть анормальные давления.
«Цитологически ограниченные залежи отличаются от пластовых и массивных как по залеганию нефти и газа, так и по условиям формирования их скоплений. Литологически ограниченные залежи связаны со всевозможными резервуарами, которые имеют лишь местное распространение. Эти резервуары обычно представлены песчаными накоплениями различной формы в толщах слабопроницаемых пород или зонами резко повышенной проницаемости в мощных толщах весьма плотных карбонатных, метаморфических, а иногда и изверженных пород.
Рис. 96. Аппалачская провинция США.
Резервуары, ограниченные со всех сторон породами, насыщенными водой.
Разрез через 100-футовый песчаник.
Накопление и главное сохранение нефти в зонах повышенной проницаемости в относительно однородной толще пород может быть объяснено только действием капиллярных сил. Нефть и газ при движении сквозь толщу пород выталкиваются водой из более мелких капилляров в зоны повышенной пористости и оказываются в своеобразной ловушке. Характерным примером залежи нефти в песчаных крупнозернистых линзах, заключенных в тонкозернистом водоносном песчанике, может служить скопление нефти в 100-футовом песчанике каменноугольного возраста в Аппалачской нефтеносной области США (рис. 96).
Типичным примером залежей в песчаных образованиях, заключенных в глинах, являются залежи в песчаных линзах Нефтяно-Ширванского месторождения (рис. 97), залежь тульского горизонта (нижний карбон) Покровского месторождения Куйбышевской области (рис. 98) и залежи нефти в линзах на месторождении rye-Крик в Техасе (рис. 59).
Залежи, связанные с литологически ограниченными резервуарами,
§ -4. Классификация залежей п принципы, положенные в их основу 197
весьма редко имеют крупное промышленное значение и описываются обычно весьма схематично.
В табл. 40 приводится схема классификации залежей, литологически ограниченных со всех сторон.
Рис. 97. Залежи нефти и газа в майкопской свите севере. -западного Кавказа (по И. М. Губкину).
Довольно часто в резервуаре присутствуют ловушки комбинированного типа, созданные при участии различных факторов. Соответственно в таких ловушках возникают залежи переходного типа. Залежь в ловушке, созданной сочетанием пликативной дислокации с литологическим выклиниванием, изображена на рис. 99 (пласт Б2 бобриковского горизонта Жирновского месторождения). Иногда
198 Гл. VII. Залежи нефти и газа
ловушки бывают так сложно построены, что определить подрод или даже род залежи довольно трудно. На рис. 100 в плане и в нескольких разрезах изображена сложно построенная залежь в пласте 4Кб Радченковского месторождения. Залежь приурочена к коллектору, сложенному песчаниками, которые местами переходят в плохо проницаемые алевролиты. Разбивающие складку разрывы имеют экранирующий характер.
Т а б л и ц а 40
Классификация группы залежей, литологически ограниченных со всех сторон (по И. О. Броду)
Род |
Подрод
Залежи в песчаных линзах, заключенных в песчаниках, насыщен^ пых водой |
Залежи в зонах повышенной пористости и проницаемости известко-во-доломитовых толщ, насыщенных водой Залежи в песчаных образованиях различной формы, заключенных в глинах Залежи в зонах повышенной пористости, не дающих притока жидкости в скважинах |
Лптологическн органнченные залежи в линзах ir зонах повышенной пористости, заключенных в породах, дающих притоки воды в скважинах (рис. 96)
Литологически ограниченные залежи в линзах и зонах повышенной пористости, окруженных практически непроницаемыми породами (рис. 59, 97)
Литологически ограниченные залежи в выступах микрорельефа, ограниченные в кровле литологически, а с трех сторон — породами, насыщенными водой
Залежи переходного или смешанного типа возможны не только внутри основных выделенных групп, но и между ними.
Рис. 98. Нефтяная залежь тульских отложений Покровского месторождения (Куйбышевская область). |
Не исключено существование ряда переходных форм между массивными, пластовыми залежами и залежами, ограниченными со всех сторон и заключенными в известняково-доломитовой толще пород. Судя по описанию многочисленных залежей в возвышающихся выступах известняково-доломитовых толщ, нижняя поверхность газовой части залежи всегда отчетливо выражена, т. е. газовое скопление обычно представляет собой типичную массивную залежь. Что касается нефтяной части залежи, то очень часто из приводимых описаний трудно установить, имеется ли сплошное распространение нефти ниже газа или она распространена отдельными участками, которые не только подстилаются, но и разделяются водой.
В одном и том же возвышающемся выступе может содержаться массивная залежь и ниже ряд литологически ограниченных нефтяных залежей, окруженных водоносными породами. Возможно, нечто подобное наблюдается в некоторых залежах в известняках пермского возраста в Башкирском Приуралье и Западном Техасе.
§ 4. Классификация залежей и принципы, положенные в их основу 199
Подобные же переходные формы возможны между массивным типом залежей и группой пластовых залежей, а также между типичными пластовыми и литологически ограниченными залежами.
—х— >— 2 |
Месторождение Розакранц в Калифорнии характеризуется мощной газовой шапкой, имеющей форму типичной массивной залежи,
Рис. 99. Структурная карта Жирнов-ского месторождения по кровле пласта Б2 бобриковского горизонта (по И. А. Малышевой).
1 — внешний контур нефтегазоносности; 2 — внешний контур газоносности.
ниже которой залегают многочисленные нефтяные залежи пластового типа, отделенные одна от другой тонкими глинистыми прослоями. По соотношению этих залежей можно предполагать, что вся песчано-глинистая толща, содержащая в своем разрезе ряд пластов, служащих самостоятельными резервуарами для нефти, в то же время по отношению к газу является единым массивом (рис. 101).
Примеры переходных форм между типичными пластовыми залежами, переходящими при изменении литологического состава резервуара по простиранию в отдельные насыщенные нефтью участки,
200 Гл. VII. Залежи нефти и газ;\ |
Рис. 100. Нефтяная залежь в пласте 4К6 Радчеикгвского месторождения (по В. И. Кптык и Г. Н. Доленко).
1 — стратоизогипсы по кровле пласта; 2 — внешний контур нефтеносности; 3 — ^внутренний контур нефтеносности; 4 — тектонические нарушения; 5 — границы предверхнепермского эрозионного размыва пласта; 6 — нефть; 7 — вода; 8 — слабопрошщаемые породы.
Рис. 101. Месторождение Розакранц. Залежь в разрезе
§ 5. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 201
отделенные один от другого водоносными участками, известны в миоценовых песчаниках Вознесенско-Малгобекской площади, в Ачп-Су, Избербаше и в других районах северо-восточного Кавказа.
Интересный пример нахождения свободного газа внутри нефтяной залежи в горизонте VI3 на месторождении Карадаг приводит А. Г. Дурмишьян (1964). В этой залежи, благодаря литологическим изменениям и действию капиллярных сил, линзы тонкозернистого песка, заполненные газом, оказались внутри нефтяной залежи.
Из приведенных в данной главе классификаций отчетливо видно их несовершенство. Во всех классификациях залежей нефти и газа главное внимание уделяется ловушкам, резервуарам, коллекторам, форме залежей и форме ограничений, а минимальное внимание уделяется содержимому залежей — нефти и газу. Под генетическим признаком понимают происхождение коллекторов, резервуаров, ловушзк, но отнюдь не условия образования и главное существования самих залежей, не учитываются в классификациях закономерности распространения залежей в земной коре. Закономерности же распространения залежей в земной коре и характер насыщающих залежи флюидов зависят не только и не столько от перечисленных факторов, сколько от некоторых других геолого-исторических условий, которые в то же время предопределяют и типы возможных ловушек, коллекторов, резервуаров и т. д. Необходимо рассматривать типы залежей в их взаимосвязи и создать единую схему классификации всех типов скоплений нефти и газа в земной коре.
Нефть и газ в залежах тесно связаны между собой. Состав газа, находящегося в газовой шапке или растворенного в нефти, зависит от состава и качества нефти. Растворимость газа в нефти при прочих равных условиях зависит от углеводородного состава газа и нефти, а также от соотношения углеводородов и смол. В общем, чем ближе физические и химические свойства нефти и газа, тем лучше они взаимно растворяются. Этим в значительной степени объясняются закономерности в условиях- распространения нефти и газа при их совместном нахождении в ловушке.
Изменения свойств нефтей и газов в недрах в значительной мере обусловливаются пластовыми давлениями и температурой. В залежах возможно самое различное соотношение жидких и газообразных фаз. В ряде случаев, особенно вблизи поверхности, наблюдаются скопления нефти, практически не содержащие в себе растворенных газов. Такие нефти получили название «мертвых нефтей». При существующих в пласте давлениях и температуре нефть может оказаться недонасыщенной газом. В этом случае давление насыщения меньше пластового.
202___________________ Гл. VII. Залежи нефти и газа _____________
Под давлением насыщения понимают то давление, при котором данная нефть насыщена газом (или то давление, под которым находится газ, растворенный в нефти). Так как растворенный газ в нефти сильно влияет на ее свойства, то величина давления насыщения должна рассматриваться как один из наиболее важных параметров залежи. Если давление насыщения равно пластовому давлению, то над такой залежью нефти может образоваться газовая
шапка. Размер газовых шапок может быть самый различный, вплоть до газовой залежи с небольшой нефтяной оторочкой.
Рис. 102. Распределение нефти по ее свойствам в плане.
а — месторождение Махачкала, свита «в» (чокрак); б— месторождение Избербаш, свита В
(чокрак);
1 — первое поле нефти (плотность меньше 0,840 г/см'); 2 — второе поле нефти (плотность юльше 0,840 г/см3); з — осевые линии складок по кровле соответствующих свит «в» и В
больше -,_-_ -.--...(чокрак).
При больших объемах газовой фазы следует учитывать явления обратного (ретроградного) растворения жидких углеводородов в газе. При ретроградном растворении газы обогащаются жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами. Такие залежи называются газоконденсатными. Обычно, чем больше давление в газо-конденсатной залежи, тем больше жидких углеводородов может быть растворено в газе. При снижении давления в газоконденсатной залежи жидкие углеводороды могут выпасть из газового раствора и образовать конденсатную оторочку.
Наконец, встречаются залежи «сухого» газа, в которых содержание метана достигает 99%. Правильнее, однако, характеризовать «сухие» залежи не по содержанию метана, а по содержанию тяжелых углеводородов, которое в этом случае достигает лишь 5%. Содержание же метана может значительно колебаться за счет неуглеводородных газов, таких как азот и углекислый газ.
Многократно отмечалось, что плотность нефти закономерно увеличивается с глубиной ее залегания в залежи. Эта закономерность у пластовых сводовых залежей в плане выражается в увеличении плотности нефтей от свода складки к крыльям и перикли-
§ 5. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 203
налям. Пример такого распределения нефтей в залежах приведен на рис. 102. Увеличение плотности нефти в залежи с глубиной можно объяснить ее дифференциацией по плотности. В этом случае, чем больше высота залежи, тем большая дифференциация должна наблюдаться. Соответственно в предгорных прогибах и межгорных впадинах, где залежи нефти имеют большую высоту, это явление должно отличаться более четко, а в платформенных областях при малой высоте залежей дифференциация должна быть менее
четкой.
В платформенных условиях удается отметить дифференциацию нефтей лишь для массивных залежей и для залежей, приуроченных
Рис. 103. Асимметрия кривых изменения плотности нефти в залежи в зависимости от строения складок. а — по свите «в» (чокрак), месторождение Махачкала; б — по свите В, месторождение Избербаш. |
к достаточно интенсивно дислоцированным поднятиям. Так, Г. Д. Гальперн отмечает соответствующую закономерность для типичных массивных залежей артинского возраста в Южном и Бурунчинском массивах Ишимбайского месторождения. С. П. Максимов описывает соответствующую закономерность для пласта Д2 месторождения Яблоновый Овраг на Самарской Луке. Для этого и некоторых других месторождений Самарской Луки подобную закономерность отмечают А. К. Котина и 3. Л. Маймин.
Так как изменения плотности связаны с высотой залежи, то характер изменения плотности для пластовых залежей в плане и в разрезе будет тесно связан с формой ловушки. На рис. 103 показано изменение плотности в разрезе пластовых залежей на месторождениях Махачкала и Избербаш. Как видно из рис. 103, асимметрия кривых изменения плотности отражает асимметрию строения складок.
М. В. Абрамович предложил называть изменение плотности в залежи на каждые 100 м- пластовым градиентом плотности нефти. По расчетам А. Ю. Намиота при равновесном состоянии нефти в залежи пластовый градиент плотности не должен превышать 0,002—0,003 г/см3. Фактические пластовые градиенты бывают значительно больше, в общем изменяясь от нуля до 0,05 г/см3 и более. В залежах с большим пластовым градиентом можно предполагать либо отсутствие термодинамического равновесного состояния, либо воздействие каких-либо иных дополнительных факторов.
204 Гл. VII. Залежи нефти и газа
В качестве последних может быть указано окисляющее действие пластовых вод.
Н. Б. Вассоевич и Г. В. Нейман считают, что изменения свойств нефтей в залежах происходит по-разному в разных геохимических (литологических) зонах — в зоне катагенеза и гипергенеза. При гипергенезе факторы, изменяющие нефть, действуют лишь в зоне
контакта с водой, где протекают физико-химические и биохимические процессы. Влияние гипергенеза медленно распространяется на всю залежь и ослабевает при удалении от водонефтяного контакта. Поэтому, чем больше отношение массы залежи к площади контакта, тем медленнее протекает этот процесс.
При катагенезе залежи нефти, погружаясь в зону более высоких температур и давлений, быстро всем объемом воспринимают это изменение. Поэтому процесс катагенеза протекает для всех частей залежи с одной и той же скоростью.
Рис. 104. Кривая зависимости плотности нефти третьего отдела свиты Г от глубины ее залегания, месторождение Ачи-Су. |
Окисляющее действие вод отмечается во многих случаях, но, по-видимому, влияние их ограничивается приконтурной зоной.
В. С. Мелик-Пашаев описал изменения плотности нефтей в приконтурной зоне многих месторождений Апшс-ронского п-ова. А. А. Карцев отмечает в залежи среднего карбона Краснокам-
ского месторождения зону вдоль контакта нефти с водой мощностью около 10 м, где плотность нефти гораздо больше, чем в остальной части залежи. Т. А. Ботнева описала аналогичные явления для месторождения Зыбза (северо-западный Кавказ), Ро-машкино, Бавлы и Шугурово (Волго-Уральская область).
Во многих случаях в приконтурных частях залежей градиент плотности нефти в пласте резко уменьшается. Подобное явление наблюдается на месторождениях Ачи-Су (рис. 104) в Дагестане, Еттлмен в Калифорнии (США) и в некоторых других районах. Возможно, приконтурную зону низких значений градиентов плотности и следует рассматривать как область залежи, на которую распространяется химическое воздействие пластовых вод.
Довольно трудно предположить распространение процессов окисления на весь объем крупных залежей. Предполагается, что процессы подземного окисления идут за счет воздействия на углеводо-
§ о. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 205
роды сульфатов вод микробиальным путем. Интересный пример приводит С. П. Максимов (1964) по залежи нефти в бобриковском горизонте Радаевского месторождения. Нефть этого горизонта содержит 3,3% серы. Если допустить, пишет С. П. Максимов, что исходная нефть была малосмолистой, преимущественно метанового строения и не содержала серы, то придется принять, что вся содержащаяся в нефти сера образовалась из сульфатов, израсходованных на окисление микробиальным путем. Если допустить, что ароматические углеводороды образовались в результате окисления парафинов по реакции
то на получение 78 г их придется затратить 136 г сульфата кальция. В 1 т рассматриваемой нефти содержится 410 кг ароматических соединений, следовательно, для их получения требуется минимум 715 кг сульфата кальция. Если же учесть, как пишет С. П. Максимов, что сульфат кальция расходуется не только на дегидрирование, но и на окисление углерода, то общее количество сульфата кальция нужно будет по меньшей мере удвоить, и тогда общее необходимое количество его составит 1430 кг. Если максимальное содержание сульфата кальция в нефтяных водах равно 1 г в 1 л, то для окисления 1 т нефти потребуется 1430 ма сульфатных вод.
В. С. Мелик-Пашаев в 1950—1951 гг. отмечал увеличение газовых факторов в одних и тех же пластах в зависимости от литологи-ческого состава коллектора. Более глинистые участки коллекторов в одном и том же пласте характеризовались большими газовыми факторами. Позже тем же автором и многими другими было отмечено облегчение нефтей в терригенных коллекторах на участках заметного увеличения их глинистости.
Так, Т. А. Ботнева в пласте Д,. Ромашкинского месторождения отмечает уменьшение плотности нефтей и уменьшение в них содержания асфальтенов па тех участках, где его глинистость возрастает от 5 до 30%. Причина наблюдающихся изменений неясна. Возможно, они являются лишь следствием изменения условий поступления нефти и газа в скважины.
Одной из наиболее вероятных причин различий в составе нефтей и газов в залежи могут быть условия формирования последней. Если формирование залежи происходило в процессе движения нефти, то и в самой залежи должны возникнуть существенные изменения, вызванные прежде всего эффектом фильтрации. Но возможное влияние этого фактора автор указывал еще в 1941 г. В самых приближенных чертах проявление этого эффекта можно представить себе в двух направлениях. Первое направление — это фракционирование флюида по молекулярному весу компонентов вследствие различной скорости их движения через пористую среду. Второе
206 Гл. VII. Залежи нефти и газа
направление - сорбция глинистыми частицами различных составных частей нефти. Сорбционное изменение состава нефти будет зависеть с одной стороны, от площади соприкосновения нефти с адсорбирующими частицами, т. е. будет тем больше, чем больше
Рис 105 Кривая зависимости плотности нефти III пласта свиты «в» от глубины ее залегания, месторождение Махачкала.
глинистость породы и длинней путь движения, с другой, — от состава нефти. Из составных компонентов нефти более всего подвержены адсорбции асфальтены и смолы, несколько менее - ароматические и нафтеновые углеводороды и менее всего - парафиновые
углеводороды. Таким образом,
Рис. 106. Изменение содержания смол в нефтях калинской свиты (КаС) с юго-запада на восток, Кала (по А. Я. Гав-рилову). 1 — KaCt; 2 — КаС.. |
при образовании залежи в процессе движения нефти по неоднородному пласту можно ожидать фракционирование нефти. В последнее время подобные взгляды высказываются А. А. Карцевым, М. И. Гербер и др. В качестве примера такого явления могут быть приведены залежи в III литерном горизонте свиты «в» (миоцен) месторождения Махачкала (рис. 105). Можно проследить изменение и других физических и химических особенностей нефтей. Например, на рис. 106 показано изменение
содержания смол в нефтях калинской свиты вкрест простирания од
ной из залежей на Апшеронском полуострове. u
Замечательные примеры приводят Ж. Ходжсон и Е.Ъеикер по некоторым месторождениям Канады (Пембина, Редуотер, Джоффо, Лойдминстер). Так, на месторождении Пембина залежь нефти при-
§ 5. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 207
урочена к выклинивающимся пескам кардиум мелового возраста. В пределах нефтяной залежи наблюдается закономерное уменьшение плотности, содержания серы, асфальтенов, смолистой части нефтей и зольных элементов (особенно ванадия и никеля) в направлении с северо-востока на юго-запад.
Не всегда с увеличением глубины нефть в залежи становится тяжелее (положительные значения пластового градиента плотности). Иногда наблюдаются отрицательные значения пластового градиента плотности. Большей частью это происходит в залежах, связанных с поверхностью. Несколько типичных примеров такого изменения нефтей описано А. А. Воробьевым для месторождений Сель-Рохо, Шор-Су, Чохногляр, Палванташ, Ходжиабад, Южный Аламышик, Чангырташ, Судак иМайли-Сай в Ферганской долине. Аналогичные изменения наблюдаются и по некоторым другим районам мира. Так, Р. Арнольд и Р. Андерсон для нескольких месторождений Калифорнии (Каолинга, Маккитрик и др.) отмечают увеличение плотности вверх по восстанию пластов по мере приближения их к выходу на поверхность и в погруженных частях, у водонефтяных контактов.
Значительно реже встречаются случаи, когда отрицательный градиент плотности нефти в залежи нельзя объяснить непосредственной связью ее с поверхностью.
Справедливым будет предположение о неустановившемся равновесии в такой залежи вследствие более позднего поступления в нее дополнительных порций легких углеводородов.
Рассмотрим влияние значительных по амплитуде (по отношению к мощности продуктивного пласта) нарушений на особенности размещения залежей и закономерности распределения в них нефтей.
Можно выделить две основные, принципиально отличные по своему характеру группы нарушений — взбросы (и надвиги) и сбросы. Возникновение надвигов и взбросов связано с явлениями сжатия пород, слагающих земную кору. Они часто образуются одновременно с антиклинальными складками, а иногда служат причиной появления складки. Разорванные толщи по плоскости надвига плотно прижаты друг к другу. Поверхность надвига, как правило, не может служить путем для перемещения по ней воды или даже газа. Сбросы являются следствием усилий растяжения в земной коре. Они часто образуются после заложения складок, рассекая складки в процессе их роста. В зоне сброса может наблюдаться циркуляция вод, возможно перемещение нефтей и газов. И. О. Брод и В. Е. Хаин отмечают обычно положительное влияние надвигов и взбросов на возникновение и сохранение залежей и, как правило, отрицательную роль сбросов. Указанные особенности двух основных типов дизъюнктивных нарушений не имеют абсолютного значения, т. е. в природе существуют надвиги, по которым явно происходит циркуляция воды и других подвижных веществ, и, наоборот
208 Залежи нефти и газа
существуют сбросы, плоскости разрывов которых настолько закупорены, что никакое движение вод или даже газов по ним невозможно. Но отмеченные ранее особенности сохраняют свое значение в большинстве случаев.
Можно отметить две особенности распространения залежей нефти у разрывов. Первая особенность (указана А. И. Леворсеном) заключается в том, что в ловушках, образованных сбросами, залежи обычно приурочены к висячему (поднятому) крылу, в то время как залежи в лежачем крыле представляют собой редкое исключение. Залежь в лежачем крыле образуется, если в нем вблизи сброса имеется дополнительно ловушка, образованная изгибом слоев. Такие залежи А. И. Леворсен отмечает на побережье Мексиканского залива. Вторая особенность заключается в том, что в ловушках, образованных взбросами или надвигами, залежи обычно приурочены к лежачему крылу. В висячем крыле они также встречаются, но связаны, как правило, с положительными структурными формами^ осложняющими висячее крыло надвига. Такое явление можно наблюдать во многих районах Предкавказья, Карпат, Калифорнии и Венесуэлы. Как типичный пример может быть приведено месторождение Малгобек в Восточном Предкавказье (рис. 107). Довольно часты случаи, когда залежи в висячем крыле надвига (взброса) отсутствуют. Это объясняется худшими возможностями сохранения залежей в надвинутой части резервуара либо вследствие непосредственной эрозии, либо вследствие связи этой части резервуара с поверхностью через дополнительно возникшие разрывы типа сбросов.
Экранирующие надвиги (взбросы), по поверхности которых не происходило перемещение жидкостей и газов, существенного влияния на распространение свойств нефтей в залежах не оказывают. Около таких экранирующих поверхностей часто сохраняются залежи с газовой шапкой.
У сбросовых поверхностей в зависимости от конкретной геологической обстановки может наблюдаться либо смешение нефтей различных горизонтов, либо утяжеление их вследствие связи сброса с поверхностью. Так, смешение нефтей, проникших по сбросам, приводит к появлению разнотипных нефтей в пределах одной и той же залежи на месторождениях Ахтырско-Бугундырском и Холмском в Краснодарском крае. Аналогичное явление отмечают Г. Е.-А. Айзенштадт на Эмбе, Ф. Бинне и Е. Боннар в залежах месторождения Мариен-бронн, расположенных вблизи большого Рейнского сброса во Франции. На месторождении Шор-Су (Ферганская долина) Б. С. Воробьев указывает на утяжеление нефтей в IV, VII и VIII пластах в нескольких скважинах, расположенных вблизи сброса.
Параллельно изменению состава нефтей в залежах происходят изменения попутного газа или газа в газовых шапках. По расчетам А. С. Великовского при термодинамических условиях, существующих обычно в залежах нефти с газовой шапкой, в составе газа, кроме
§ 5. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 209
метана, могло бы содержаться до 50% этана и более тяжелых углеводородов (пропана, бутана). Однако такое большое содержание тяжелых углеводородов в газах исключительно редко. По-видимому,
Рис. 107. Профильный геологический разрез месторождения Малгобек, северный поднадвиг (но В. П. Куцеву и В. П. Крымову).
метан, составляющий основную часть газа в газовых шапках, не мог образоваться из нефти, его избыток в газах обусловлен генетическими причинами. К аналогичному выводу пришли Сильверман и Эпштейн, изучая изотопный состав углерода в нефтях и попутных
210 VII. Залежи нефти и газа
газах. Изотопный состав углерода в газах намного легче, чем в неф-тях (в газах 6С13 до —49,5°/00; в нефтях 6С43 до —30700)- В то же время изотопный состав углерода в нефтях как в целом, так и по фракциям меняется в крайне незначительных пределах. Если бы газы образовывались из нефтей, то это образование должно было бы сопровождаться необъяснимо большим фракционированием изотопов углерода и в то же время вызвать более значительные колебания изотопного состава углерода в различных нефтях.
Рис. 108- Изменение состава попутного газа в залежи Байтуганского месторождения, Оренбургской области (но Т. А. Ботневой).
1 — песчаник, насыщенный нефтью; 2 — песчаник, насыщенный водой; 3 — линия профильного разреза; состав газа: 4 — азот; 5 — сумма тяжелых углеводородов; 6 — метан; 7 — сероводород; s — этан; 9 — пропан; ю — бутан; 11 — пентан; 12 — отношение нормального пентана к изопентану; 13 — отношение нормального бутана к изобутану.
Изменение состава попутных газов в залежи изучено пока слабо. По мере приближения к водонефтяному контакту иногда наблюдается относительное обогащение газов метаном и обеднение тяжелыми углеводородами, иногда картина обратная. Например, Г. Д. Галь-перн отмечает увеличение содержания метана в периферийных частях Ишимбайской залежи (артинские известняки). То же самое отмечает Т. А. Ботнева для залежи нефти с газовой шапкой в калиновской свите Журавлевско-Степановского месторождения Оренбургской области. Тот же автор на Байтуганском месторождении в попутном газе залежей турнейского яруса и бобриковского горизонта (рис. 108) наблюдал увеличение содержания тяжелых углеводородов в при-контурных частях залежи.
Довольно часто в попутных газах отмечается увеличение концентрации H2S и С02 у водонефтяного контакта (рис. 108), но иногда картина обратная. В некоторых случаях наблюдается неравномерное распределение состава газа по залежи. Впервые отметил это
§ 5. Закономерности в изменении нефтей и газов внутри залежей 211
А. Л. Козлов для чисто газовой залежи Мельникове. В данной залежи в одной ее части преобладал азот, в другой — метан. А. Л. Козлов объяснил это подземным бактериальным окислением. Сходное явление можно отметить для залежи бобриковского горизонта Байтуганского месторождения.
За контуром нефтеносности по мере удаления от него состав растворенного в воде газа постоянно изменяется в результате потери тяжелых компонентов. Так, по данным П. А. Левшунова за контуром нефтеносности в пластах Д2, Д3 и Д4 девонских отложений Муха-новской площади на расстоянии 5,5 км от контура наблюдалось выпадение из растворенных в воде газов сначала гексана, а затем других углеводородов, вплоть до этана (на расстоянии И,5км от контура).
В газоконденсатных залежах и чисто газовых залежах наблюдаются несколько иные явления. По законам обратного растворения чем большее давление испытывает газ, тем больше жидких углеводородов может раствориться в нем. Поэтому обычно в таких залежах по мере увеличения глубины их залегания вместе с ростом давления увеличивается содержание тяжелых углеводородов. В пределах одной и той же газовой залежи установить картину распределения углеводородного состава газов бывает довольно трудно. В принципе при достаточно большой высоте газовой залежи (более 200—300 м) должна наблюдаться дифференциация залежи газа по плотности компонентов.
ГЛАВА VIII