Основные понятия о залежах и их параметрах

ЛОВУШКИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Основная масса природных резервуаров в недрах земли запол­нена водой. Нефть и природный газ, оказавшись в природном резервуаре, заполненном водой, могут перемещаться по нему. Основной причиной, вызывающей дифференциацию, перемещение нефти и газа в природном резервуаре, является разница в плотностях этих веществ и движение воды в резервуаре.

Любые перемещения нефти, газа и воды в земной коре называют миграцией. Под действием силы всплывания нефть и газ будут мигрировать вверх по резервуару до тех пор, пока не достигнут его кровли. Дальнейшее движение возможно, если кровля резерву­ара имеет наклон. Движение вдоль наклонной кровли резервуара будет происходить до тех пор, пока на пути этого движения не появится препятствие. Перед препятствием нефть и газ способны образовывать скопления — они оказываются заключенными как бы в ловушку. По определению И. О. Брода ловушка — это часть природного резервуара, в которой может установиться равновесие нефти, газа и воды.

Сопоставим три термина: коллектор, природный резервуар, ловушка.

Определение Характеризуется
Коллектор
Горная порода, обладающая способ­ностью вмещать нефть и газ и от­давать эти полезные ископаемые при разработке	Типом породы, типом проницаемости(поровая, трещинная, вмешанная),величинами пористости, эффективной пористости проницаемости, (с этими параметрами связаны определения удельной поверхности, раскрытости трещин, их системы, густоты и т.д.)

§ 1. Ловушки и их классификация

П р о д о л ж. таблицы

Определение Характеризуется
Природный резервуар
Природная емкость для нефти, газа и воды, существование которой обусловлено соотношением коллек­тора с плохо проницаемыми поро­дами	Типом коллектора, соотношением кол­лектора с непроницаемыми породами, емкостью, гидродинамической харак­теристикой и пластовой энергией, формой и условиями залегания
Л о в у ш к а
Часть природного резервуара, в ко­торой может установиться равно­весие между газом, нефтью и во­дой	Типами резервуара и коллектора, усло­виями образования, формой, ем­костью. В частном случае у резер­вуаров, литологически ограниченных со всех сторон, параметры резерву­ара и ловушки могут совпадать, ког­да весь резервуар представлен одной ловушкой.

Ловушка чаще всего представляет собой участок резервуара с застойными условиями даже в том случае, если в остальной части резервуара вода находится в движении. При движении воды наблю­дается наклонный водонефтяной раздел, иногда вся нефть может быть вытеснена из ловушки водой. Довольно часто наклонные водонефтяные разделы встречаются в залежах некоторых место­рождений Ашнеронского полуострова, их называют висячими зале­жами (рис. 52). Ярким примером висячих залежей являются неко­торые залежи на месторождении Дигбой в Индии (рис. 53).

Гравитационный фактор вызывает в ловушке распределение газа, нефти и воды по их плотностям. Нарушение такого вполне закономерного распределения внутри ловушки может быть вызвано действием капиллярных сил в случае неоднородности коллектора, составляющего ловушку.

На моноклиналях многочисленные ловушки часто возникают в зоне крупного тектонического нарушения с небольшими структур­ными осложнениями. На рис. 54, а, б, в в виде схемы представлены три возможных случая соотношения моноклинально залегающих пластов и экранирующей поверхности.

И. О. Брод обратил внимание, что для образования экраниро­ванных залежей необходимо, чтобы в плане линия водонефтяного или водогазового раздела образовывала замкнутый контур с линией экрана. Замкнутые контуры могут возникнуть при пере­сечении моноклинали с каким-либо структурным осложнением, например структурным носом (рис. 54, б), плоской экранирующей

Гл. VII. Залежи нефти в газа

поверхностью. То же произойдет, если на фоне моноклинального. поднятия пород наблюдаются пологие изгибы и экранирующая

1Ю1 1009 561

Рис. 52. Поперечный разрез место. рождения Сураханы Апшеронского но- луострова.

1052 Ю087561035 1091

Рис. 53. Пофтяныо и газовые залежи

на месторождении Дигбой ^: (по Е. В. Корпсу, 1949).

1 — нефть; 2 — газ;,S — нефть только в верхних песках; 4 — газ в нижних песках; 5 — нефть в верхних песках.

поверхность представляет собой не плоскость, а кривую поверх­ность (рис. 54, в); это наиболее частый случай в природе.

Н. Б. Вассоевич подразделяет все ловушки на три основных типа: замкнутые, полузамкнутые и незамкнутые. Первые два типа

§ 1. Ловушки и их классификация

связаны с различного рода выклиниванием коллекторов, при кото­ром препятствием для дальнейшей миграции является твердая фаза вещества. Поэтому эти типы можно назвать ловушками выклини­вания.

V

В незамкнутых ловушках нефть и газ удерживаются благодаря антиклинальному изгибу слоев или существованию выступов (не­ровностей), обусловливающих возникновение подпора воды со всех сторон.

Рис. 54. Условия формирования залежей нефти п газа, связанных с экрани­рованием.

а — залежей нефти и газа не образуется; бив — возможно образование залежей нефти

и газа. 1 — нефть; 2 — газ; 3 — положение экрана.

И. М. Губкин выделяет два основных фактора в формировании ловушек: структурный и лито логический. При этом он подчеркивает наибольшее значение тектонического фактора. А. И. Леворсен пред­лагает все ловушки подразделять на три основных типа: 1) струк­турные ловушки; 2) стратиграфические ловушки; 3) комбинации обоих типов. Существуют и другие попытки классифицировать ловушки по различным признакам, например по характеру их контура или типу коллектора. Но все эти схемы следует признать менее удачными.

Безусловно, И. М. Губкин прав, когда подчеркивает ведущую роль тектонического фактора в образовании ловушек и залежей. Все другие факторы — литологическое выклинивание, стратигра­фическое перекрытие, тектоническое экранирование, появление зон трещиноватости и т. д. — в той или иной степени являются произ­водными от тектонического фактора. Имея в виду это постоянное действие последнего, его непосредственное или косвенное влияние

на образование ловушек, можно признать все же целесообразным подразделять ловушки по условиям их образования на следующие типы: 1) ловушки складчатых дислокации; 2) ловушки разрывных дислокации; 3) ловушки стратиграфических несогласий; 4) ловушки литологические; 5) различные комбинации перечисленных типов.

Первые два типа ловушек возникают в случае непосредственного воздействия тектонического фактора при создании структурного плана данного участка земной коры. Примером ловушки первого

Рмс. 55. Геологический профиль Елшано-Курдюмского месторо­ждения (по данным Елшанского нефтепромыслового управле­ния, 1957).

типа может служить пласт D^ (верхнего девона в Елшано-Курдюм-<;ком месторождении Саратовской области, рис. 55), Ловушки второго типа можно наблюдать и в песчаниках чокрака и карагана {неоген) в поднадвиге Старогрозненского месторождения на Северо-Восточном Кавказе (рис. 56), а также в отложениях красноцветной толщи (средний плиоцен) на месторождениях Челекен, Котур-Тепе, Небитдаг и Кумдаг. Другим, весьма своеобразным примером обра­зования ловушки в связи с дизъюнктивными нарушениями является тектоническая брекчия меловых отложений месторождения Маунт-Кам в Техасе (рис. 57). Третий тип ловушек образуется при двояком воздействии тектонического фактора. С одной стороны, тектониче­ские движения вызывают появление определенного структурного плана, благодаря этому появляется возможность для перемещения нефти и газа по направлению к наиболее благоприятным локальным участкам резервуара. С другой стороны, тектонические движения

§ 1. Ловушки и их классификация 151

вызывают появление стратиграфического несогласия. Несогласное перекрытие резервуара, структурно осложненного (иногда при этом

Рис. 56. Поперечный геологический разрез Старогрозненского месторождения (по А. Г. Алексину).

эродированного) плохо проницаемыми породами, приводит к заверше­нию формирования ловушки (рис. 58). Образование ловушек чет­вертого типа непосредственно связано с изменением литологического состава пород. В большинстве случаев литологические изменения

Гл. VII. Залежи нефти и газа

Рис. 57. Разрез месторождения Маунт-Кам (округ Хилл, Техас) с небольшой ловушкой и скоплением нефти, сформировавшимся на брекчированной площади мела остин, пере­битой сбросами (по А. И. Леворсепу).

1 — свита тсйлор; 2 — мел остин; 3 — сланец игл-форд; 4 — песчаник вудбайн.

в осадочной толще являются следствием изменения условий осадко-накопления, которые в свою очередь являются функцией тектони­ческих движений. Ловушки четвертого типа изображены на рис. 59.

Рис. 58. Южный

Байчунас (Эмба).

'Схема пластовых,

•стратиграфически

экранированных

залежей.

Ловушки пятого типа, формирование которых вызвано сочета­нием нескольких факторов, весьма широко распространены в при­роде. На рис. 60 показана ловушка в песчаниках карагана (неоген),

Рис. 59. Разрез

месторождения Гус-Крик в окру­ге |*Харис, Техас (по Майнору).

1 — песок; 2 — неф­теносный песок; з — гумбо (плотная глина без примеси песка).

образованная сочетанием пликативной дислокации (антиклинальная складка) с дизъюнктивным нарушением (тектонический экран) на месторождении Ташкала на Северо-Восточном Кавказе. Сочетание складчатой дислокации с литологическим выклиниванием показано на рис. 61.

§ 1. Ловушки и их классификация

Рис. 60. Поперечный геологический разрез месторождения Ташкала (по А. Г. Алексину, 1957).

Рис. 61. Геологический? профиль Иловлинского ме­сторождения через залежь, тульского горизонта (по. Т. В. Бугровой).

Рис. 62. Место­рождения Элк-топ-Харматтан и Восточный Харматтан в Западной Ка­наде (по Дж. Бокман, 1963). 1 — нижний б лэа- мор; 2 — элктон| 3 — шунда.

I'л VII. Залежи нефти п газа

На рис. 62 показано образование ловушек в пластовом резер­вуаре вследствие его размыва и последующего перекрытия плохо проницаемыми породами. Сложное сочетание пликативной дислока­ции дизъюнктивного нарушения и стратиграфического несогласия

Рис. 63. Поперечные геологические разрезы месторождения Бра-гуньг (но Л. Г. Алексину).

наблюдается при образовании ловушки в XVII пласте (чокрак, неоген) месторождения Брагуны на Северо-Восточном Кавказе (рис. 63).

Под залежью нефти и газа следует понимать всякое эле­ментарное — единичное скопление нефти и газа. Если скопление достаточно велико и рентабельно для разработки, оно называется промышленной залежью.

Понятие о промышленной и непромышленной залежи весьма условно. По мере развития методов извлечения жидких и газообраз­ных полезных ископаемых из горных пород меняется оценка залежи с точки зрения рентабельности ее эксплуатации.

Форма и размер залежи в значительной степени определяются формой и размером ловушки. Основным параметром залежи являются «е запасы. Различают геологические и извлекаемые запасы. Под геологическими запасами нефти и газа пони­мают количество этих полезных ископаемых, находящееся в залежи.

Объем природного газа и нефти в залежи существенно отличается от того объема, который они занимают на поверхности. В общем •объем жидкой фазы углеводородов в пластовых условиях несколько больше, чем на поверхности. Хотя вследствие повышения давления и наблюдается некоторое сжимание нефти, но оно с избытком ком­пенсируется расширением нефти в результате повышения темпера­туры в залежи и главным образом перехода части газообразных

154
2. Основные понятия о залежах и их параметрах

углеводородов в жидкую фазу. Говоря о количестве нефти и газа, необходимо твердо оговаривать, при каких именно условиях произ­водятся замеры. На современном уровне развития науки и техники нельзя извлечь на поверхность все те запасы нефти и газа, которые находятся в залежи. Количество нефти и газа, приведенное к атмосферным условиям, которое может бьсть извлечено из залежи

Рис. 64. Принципиальная схема сводовой пластовой залежи.

1 — подошва нефтяной залежи (поверхность водонефтяного раздела); 2 — внешний контур нефтеносности! 3 — впутрешгай^контур нефтеносности (контур водоносности); 4 — поверх­ность газонефтяного раздела; 5 — внешний контур газоносности (контур газовой шапки); в — внутренний контур газоносности; 7 — длина залежи; S — ширина залежи; 9 — высота нефтяной залежи; ю — высота газовой шапки; 11 — общая высота газонефтяной аалежи; 12 — газовая часть залежи; 13 — газонефтяная часть залежи; 14 — нефтяная часть залежи; 15 — водонефтяная часть залежи

современными методами добычи, называется извлекаемыми запасами. Извлекаемые запасы нефти составляют 15—80% в зависимости от физико-химических свойств нефти и свойств коллектора, а также от метода разработки залежи. Для чисто газовых залежей процент извлекаемых запасов близок к 100. Если нефтяная залежь разраба­тывается на режиме растворенного газа, то извлекаемые запасы составляют 15—40%, а если с поддержанием пластового давления — 50—80% геологических запасов. Более подробно извлекаемые запасы и их классификация рассматриваются в курсе «Промысловой геологии». Прежде чем перейти к определению объема залежи, следует остановиться на ее некоторых элементах и параметрах. На рис. 64 приведена принципиальная схема сводовой пластовой

Гл. VII. Залежи нефти и газа

залежи. Поверхность, разделяющая нефть и воду, называется подошвой нефтяной (газовой) залежи, или по­верхностью водонефтяного (газонефтяного или газо­водяного) раздела. Линия пересечения поверхности водонефтя­ного раздела с кровлей пласта называется внешним к о н т у -р'Ом.нефтеносное т и, или просто контуром нефтеносности. Если поверхность водонефтяного контакта горизонтальна, то контур нефтеносности в плане параллелен изогипсам кровли пласта. При наклонном положении поверхности водонефтяного раздела контур нефтеносности на структурной карте будет пересекать изо-гипсы кровли пласта, смещаясь в сторону наклона поверхности раздела.

Линия пересечения поверхности водонефтяного раздела с подош­вой пласта называется внутренним к о н т у р о м н е ф т е -: н о с н о с т и, или контуром водоносности. В случае горизонтального положения поверхности водонефтяного раздела внутренний контур нефтеносности будет параллелен изогипсам структурной карты, построенной по подошве пласта. Проекция этого контура на структурную карту кровли пласта при асимметрич-. ном строении складки будет пересекать изогипсы кровли пласта. При наклонном положении поверхности водонефтяного раздела внутренний контур нефтеносности в плане будет пересекать изогипсы структурных карт, построенных как по кровле, так и по подошве пласта.

Скопление свободного газа над нефтью в залежи называется газовой шапкой. Газовая шапка в пласте может присут­ствовать только в том случае; если давление в залежи равно давлению насыщения нефти газом при данной температуре. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворится в нефти. Возможно образование чисто газовой залежи. У газовой залежи по отношению к ее подошве могут быть выделены все те элементы, которые были отмечены для нефтяной залежи: поверхность газоводяного раздела, внутренний и внешний контуры газоносности. В тех случаях, когда под скоплением газа имеется еще и скопление нефти, выделяется поверхность газонефтяного раздела, внешний и внутренний контуры газовой шапки.

Если в ловушке количество нефти и газа недостаточно для
заполнения всей мощности пласта (рис. 65), то внутренний контур
газоносности или даже внутренний контур нефтеносности будет
отсутствовать. У залежей в ловушках, сформированных в массивных
резервуарах, внутренние контуры газоносности и нефтеносности
всегда отсутствуют.;

В статических условиях при некоторой разнице в плотностях флюидов и большом поверхностном натяжении на поверхностях их разделов последние должны иметь вид горизонтальных плоскостей. Однако в природе эти условия очень часто нарушаются. К исчезно-

§ 2. Рснов?ше понятия о залежах и их параметрах

вению четкой границы раздела между водой и нефтью приводят, например, микробиологические процессы разрушения нефти в за­лежи. Зона переходная от нефти к воде имеет различную мощность. В неоднородном коллекторе в результате различия сил сцепления между молекулами нефти (газа) и воды с поверхностью капилляров породы поверхность раздела может приобрести весьма причудливый

Рис. 65. Принципиальная схема массивной залежи.

1 — подошва нефтяной залежи; 2 — внешний контур нефтеносности; 3 — поверхность газо­нефтяного раздела; 4 — внешний контур газоносности; 5 — ширина залежи; 6 — длина за­лежи; 7 — высота нефтяной залежи; 8 — высота газовой шапки; 9 —общая высота газонеф­тяной залежи; Ю — газонефтяиая часть залеши; 11. — водонефтяная часть залежи,

волнистый характер. Наконец, движение воды в пласте, как уже отмечалось, приводит к наклону поверхности разделов в нанравле-: нии движения. Длина, ширина и площадь залежи (рис. 64) опре'де-.^ляются по ее проекции на горизонтальную плоскость внутри внеш-;|;него контура нефтеносности (газоносности). Поправка на угол падения пласта в случае пластового резервуара не вводится.¹ Высо­той залежи (или соответственно высотой нефтяной части залежи и высотой газовой шапки) называется расстояние по вертикали от подошвы залежи до ее наивысшей точки. Иногда отмечают суммар­ную высоту газонефтяной залежи. Для расчета объема залежи

¹ При вычислении объема залежи косинус угла падения пласта при рас­
чете площади входит в числитель, а при расчете мощности пласта — в знаме­
натель.

Гл. VII. Залежь нефти и газа

необходимо учесть мощность пласта. Поэтому в расчетах используют эффективную мощность пласта, т. е. только мощность хорошо про­ницаемых пропластков, насыщенных углеводородами. Определение эффективной мощности производится по каротажным диаграммам и боковому каротажному зондированию. Методы расчетов рассматри­ваются в специальном курсе «Промысловой геофизики».

В залежи можно выделить газовую часть (рис. 64), в пределах которой распространен только свободный газ. Газо­вая часть располагается внутри внутреннего контура газонос­ности.

Газонефтяная часть залежи (рис. 64) располагается между внешним и внутренним контурами газоносности. Если отсут­ствует внутренний контур газоносности (рис. 65), то газонефтяная часть охватывает весь объем залежи внутри внешнего контура газоносности. В газонефтяной части залежи под газом располагается нефть. В чисто газовой залежи газ подстилается водой и соответ­ственно выделяется газоводяная часть залежи.

Нефтяная часть залежи (рис. 64) располагается между внутренним контуром нефтеносности и внешним контуром газо­носности. В ее пределах в ловушке содержится только нефть. Если в залежи отсутствует газовая шапка, то нефтяная часть охватывает весь объем залежи внутри внутреннего контура нефтеносности (контура водоносности).

Водонефтяная часть залежи (рис. 64) располагается между внешним и внутренним контурами нефтеносности. В ее пре­делах под нефтью залегает вода. Если в залежи отсутствуют газовая шапка и внутренний контур нефтеносности, то вся залежь является водонефтяной, в ней повсюду под нефтью находится вода. Вода, находящаяся под нефтью или газом в водонефтяной или водогазовой части залежи, называется подошвенной. Вода, залегающая за внешним контуром нефтеносности (или газоносности в газовой залежи), называется законтурной. При разработке залежи и неравномерном продвижении внешнего контура нефтеносности внедряющиеся в залежь законтурные воды образуют языки обводнения. Подошвенные воды могут подтягиваться к забою скважин, расположенных в пределах водонефтяной части, и образо­вывать конусы обводнения. Вопросы, связанные с по­явлением языков и конусов обводнения, специально рассматри­ваются в курсах «Промысловой геологии и разработки нефтяных

месторождений».

В «чисто» нефтяной или газовой части залежи отнюдь не весь объем пор занят исключительно нефтью или газом. Некоторый объем пор оказывается занятым водой. Большая часть этой воды связана с породой — связанная вода. Такая вода в пласте при обычных условиях неподвижна. Рассчитывая объем залежи, необходимо учесть, какой объем пор занят нефтью и какой водой.

§ 2. Основные понятия о залежах и их параметрах159

Степень заполнения пор нефтью (газом) называют нефтенасы-щенностью (газонасыщенностью) и измеряют в процентах или долях единицы.

Когда в пласте одновременно находятся две такие несмешива­ющиеся жидкости, как нефть и вода, то при своем перемещении (миграции) по пласту они мешают друг другу. Условно в таком случае можно рассматривать движение нефти в пористой среде,

скелет которой составлен мине­ральными зернами и водой. Наоборот, для воды такой скелет среды может рассматри­ваться как состоящий из мине-

Рис. 66. Зависимость относительной Рис. 67. Относительная проницаемость

фазовой проницаемости от насы- газа и нефти (по В. С. Графт и Ф. Ха-

щепности водой перового простран- локинс).

ральных зерен и нефти. В любом из этих случаев эффективная пористость оказывается меньше, чем пористость сухой породы. Рассчитанные коэффициенты проницаемости для одного из переме­щающихся веществ будут отличаться от истинного коэффициента проницаемости породы. Они соответственно называются фазо­выми коэффициентами проницаемости для нефти, газа и воды. Обычно фазовые коэффициенты проницаемости выражаются в процентах от истинного значения коэффициента проницаемости

где /г_пр — коэффициентЦпроницаемости породы; k_&, A_B, /с_г — фазовые коэффициенты проницаемости нефти, воды и газа; k'_a, k'_e, k'r — относительные коэффициенты фазовой проницаемости нефти, воды и газа.

На рис. 66 приведены экспериментальные данные по определению коэффициента относительной фазовой проницаемости нефти и воды

Гл. VII. Залежи нефти и газа

в зависимости от водонасыщенности несцементированного песка. Как видно из этого графика, при наличии в несцементированном песке около 30% воды ее фазовая проницаемость практически равна нулю, а фазовая проницаемость для нефти в 2 раза ниже проницае­мости пласта по однородной жидкости. При содержании в песке воды около 80% фазовая проницаемость нефти становится равной нулю. На рис. 67 показаны аналогичные кривые для газа и нефти в пористом песке. Наличие в пласте нефти и газа приводит к резкому

снижению их фазовых проницаемо-стей. Так при содержании в пласте 70% нефти и 30% газа их фазо­вые проницаемости снижаются до 12-13%.

Рис. 68. Области насыщения, со­ответствующие однофазному, двух­фазному и трехфазному движениям в несцементированных песках. В области I диаграммы — однофазное дви­жение, в области II — двухфазное, в обла­сти III — трехфазное.

При наличии в пласте одно­временно нефти, воды и газа ха­рактер их перемещения в пласте становится еще более сложным. На рис. 68 изображена треуголь­ная диаграмма фазовых прони-цаемостей в зависимости от на­сыщения несцементированного пес­ка нефтью, водой и газом. Как видно из приведенного графика, трехфазное движение ограничи­вается относительно узкой об­ластью. Всякая залежь, помимо рассмотренных параметров, долж­на характеризоваться качеством

полезных ископаемых, содержащихся в ней. Характеристика качества нефти и газа производится в соответствии с их химическим составом и другими свойствами, описанными в главах IV и V. Весьма важно выявить соотношения между газом и нефтью или водой в залежи. Эти соотношения зависят прежде всего от температуры и давления в залежи, а также от химических особенностей нефти, газа и воды.