» » Механизмы формирования залежей нефти и газа

Механизмы формирования залежей нефти и газа

06.08.2016

Итак, мы подошли к изучению очень важного вопроса - как происходит формирование скоплений нефти и газа. Прежде всего, заглянем в краткую энциклопедию нефтегазовой геологии. Там написано: «Залежь нефти и газа - единичное (элементарное) скопление в ловушке нефти и/или газа». Немного уточним и сформулируем так: «Залежь нефти и газа это - локальное (единичное) скопление этих полезных ископаемых».
Еще на заре становления нефтяной промышленности в нашей стране, И.М. Губкин выяснил, что в мощной толще глинистых отложений майкопского возраста встречаются песчаные линзы, содержащие нефть. Изучая этот вопрос, он сделал единственный и правильный вывод: скопления нефти и газа, содержащиеся в толще нефтегазоматеринских свит, образовались «in situ» - «на месте» в результате первичной миграции углеводородов в нефтепроизводящих отложениях, то есть они сингенетичны (первичны) вмещающим отложениям. Так была разработана первая классификация залежей нефти и газа. Залежи могут быть первичными по отношению к нефтематеринским отложениям и вторичными, если сформировались за ее пределами в результате вторичной миграции. О формировании первичных залежей нефти мы уже достаточно подробно говорили, рассматривая скопления нефти в баженовской свите.
Безусловно, этот механизм формирования залежей несоизмеримо более прост, по сравнению с процессами образования вторичных локальных скоплений углеводородов.
Чтобы разобраться в этом, давайте вспомним поведение углеводородов в пластовом резервуаре. В результате первичной миграции углеводороды проникли в пластовый резервуар. Этот резервуар, как правило, залегает не строго горизонтально, а имеет уклон, который может спровоцировать миграцию углеводородов по региональному восстанию пластов. Даже если этот уклон недостаточен для регионального движения углеводородов, в течение геологического времени тектонические движения рано или поздно создадут благоприятные условия для миграции углеводородов.
В зависимости от интенсивности генерации углеводородов, термобарических условий и других факторов (о них мы говорили выше) проникшие в пластовый резервуар углеводороды могут находиться в свободном или растворенном в воде состоянии. Передвигаясь в пласте-коллекторе вверх по восстанию пластов вследствие изменения термобарических условий, часть из них выделяется в свободную фазу и при наличии ловушек может сформировать скопления нефти и (или) газа (рис. 11.23).
Механизмы формирования залежей нефти и газа

Выделению углеводородов в свободное состояние могут способствовать и другие факторы. Например, по А.А. Карцеву, при разгрузке подземных вод через флюидоупоры повышается минерализация вод под влиянием фильтрационного эффекта, что обусловливает резкое снижение растворимости углеводородов в водах. По его расчетам, минерализация воды в ловушках, являющихся очагами разгрузки, только за счет фильтрационного эффекта за 10 млн. лет может возрасти в 6 раз. Так, например, по данным А.А. Карцева, С.Б. Вагина, В.А. Кудрякова и Я.А. Ходжакулиева, пространственное размещение залежей нефти и газа в некоторых районах Туранской плиты контролировалось зонами расположения палеопьезоминимумов, где происходила разгрузка подземных вод. Большое значение в процессах формировании залежей нефти и газа имеет струйная миграция углеводородов в свободном состоянии. При наличии свободной фазы капли нефти или пузырьки газа, объединяясь, могут образовать струи, которые в силу плавучести стремятся занять гипсометрически наиболее приподнятый участок природного резервуара. Поэтому, если на пути мигрирующих углеводородов окажутся ловушки, то сформируется локальное скопление нефти и (или) газа. В этом случае ловушкой для углеводородов могут стать: антиклинальная структура, тектонически экранированная часть пласта-резервуара, зоны литологического выклинивания коллекторов или участки стратиграфического несогласия, линзовидные песчаные тела и т.д.
Таким образом, при формировании вторичных залежей существенную роль играет не только внутрирезервуарная (латеральная) миграция, но и межрезервуарная (вертикальная) миграция углеводородов.
Путями, благоприятными для перетока углеводородов из одних пластов-коллекторов или одних литолого-стратиграфических комплексов в другие, являются проводящие нарушения, микро- и макротрещины, поверхности стратиграфических несогласий, грязевой вулканизм и т.д. Поэтому, встречая на своем пути подобные участки, углеводородные флюиды могут изменить направление миграции на вертикальное, а в некоторых случаях даже ступенчато, при сочетании горизонтальной и вертикальной миграций в различных частях разреза, как это показано на рис. 11.24.
Механизмы формирования залежей нефти и газа

Этот процесс имеет широкое развитие в тектонически активных территориях: в геосинклиналях и передовых прогибах, характеризующихся значительной мобильностью и дислоцированностью слоев, а также широким развитием дизъюнктивных нарушений, грязевого вулканизма и т.д. Промышленные скопления нефти и газа здесь образуются в основном в результате вертикальной миграции, а внутрирезервуарная миграция играет подчиненную роль.
В платформенных условиях, где отложения дислоцированы слабо, и разрывные дислокации встречаются достаточно редко, залежи, как правило, образуются в результате внутрирезервуарной (латеральной) миграции.
По мнению В.П. Савченко и А.Л. Козлова, существенную роль при формировании вторичных залежей нефти и газа может играть прорыв углеводородов через слабопроницаемые покрышки вследствие избыточного давления, возникающего из-за значительного различия в плотностях флюидов. В результате в верхних горизонтах образуются скопления газа, которые вниз по разрезу замещаются газонефтяными и нефтяными залежами. Существует и другой процесс подобного распределения скоплений углеводородов по фазовому состоянию.
В природе в цепи ловушек довольно часто наблюдается распределение скоплений углеводородов различного фазового состояния, сформировавшихся по принципу «дифференциального улавливания».
Эту закономерность в распределении скоплений нефти и газа впервые объяснил канадский геолог У. Гассоу и почти одновременно известные ученые С.П. Максимов, А.Л. Козлов и др. в нашей стране. Ими было отмечено, что при ступенчатом расположении ловушек вверх по восстанию слоев, по мере повышения гипсометрических отметок ловушек газовые залежи сменяются газонефтяными и еще выше нефтяными залежами (рис. 11.25).
Принцип дифференциального улавливания нефти и газа возможен только в том случае, если ловушки расположены но пути миграции и углеводороды мигрируют в свободном состоянии в виде струй нефти и газа.
Струя газа, обладая большей миграционной способностью, опережает в своем движении струю нефти и занимает наиболее погруженную, первую на пути миграции ловушку. Эта ловушка, заполнившись газом, уже не может принимать нефть, и поэтому следующая по восстанию ловушка будет аккумулировать газ и нефть, а затем, когда газовая струя «иссякнет» -только нефть.
Механизмы формирования залежей нефти и газа

Если углеводородов окажется недостаточно для заполнения ловушек, расположенных гипсометрически еще выше, то они могут оказаться пустыми (водоносными).
Совершенно иная картина наблюдается при миграции углеводородов в растворенном состоянии. При движении растворов по региональному восстанию слоев снижение давления и температуры будет способствовать выделению из них нефти и газа в свободное состояние. Так как жидкие углеводороды растворяются хуже, чем газообразные, первой из раствора должна выделиться нефть, которая и заполнит первую, гипсометрически самую нижнюю ловушку.
В дальнейшем, по мере миграции раствора вверх по восстанию слоев и снижения пластовых давлений и температур наряду с жидкими углеводородами будут выделяться и газообразные, и поэтому в следующих ловушках будут аккумулироваться нефть и газ, а еще выше - только газ.
Такая дифференциация углеводородов по фазовому состоянию напоминает размещение их по принципу гравитационного разделения флюидов. С.П. Максимов допускает, что если в ловушках одновременно аккумулируются нефть и газ, то в результате дифференциации углеводородов по плотности газ, скапливаясь в присводовой части ловушки, постепенно вытеснит из нее нефть, и последняя будет мигрировать в следующую ловушку, расположенную гипсометрически выше по региональному восстанию слоев. Дифференциальное улавливание углеводородов является достаточно распространенным механизмом формирования залежей нефти и газа в осадочном чехле коры. Однако его проявление на различных территориях не одинаково. Во многих регионах, в особенности в пределах молодых платформ, принцип дифференциального улавливания проявляется редко. Как показали экспериментальные исследования В.А. Краюшкина, этот принцип формирования скоплений нефти и газа характерен для территорий с активной гидродинамической обстановкой. Поэтому наиболее часто распространены залежи, сформировавшиеся по принципу дифференциального улавливания, в пределах мобильных тектонических элементов: предгорные прогибы, межгорные впадины и т.д. Особенно наглядными примерами проявления этого принципа является размещение скоплений нефти и газа в рифовых массивах сакмаро-артинских отложений в Предуральском прогибе, в провинции Альберта в Канаде, где также развиты рифовые массивы девонского возраста, и на других территориях.
На основе теоретических и экспериментальных исследований, В.А. Kpaюшкин сделал вывод о возможности реализации принципа дифференциального улавливания и при вертикальной миграции углеводородов. Действительно, подобный механизм формирования залежей наблюдается в вертикальном распределении нефти и газа в Ферганской впадине, в Южно-Таджикской депрессии и других районах.
Следует особо отметить, что многие из вас столкнутся с тем, что в некоторых районах наблюдается чередование нефтегазоносных пластов и водоносных. Этот факт, зафиксированный в некоторых районах Апшеронского полуострова, в Западной Туркмении долгое время не находил объяснения, так как при вертикальной миграции одинаково хорошо выраженные ловушки с хорошими коллекторами не должны были бы избирательно аккумулировать нефть и (или) газ.
Детальное изучение геологического строения и истории геологического развития этих территорий показало, что чередование продуктивных и непродуктивных пластов обусловлено здесь различной гидродинамической активностью. В повышенной части природных резервуаров активное движение пластовых вод привело к вымыванию нефти из хорошо проницаемых пластов, на что указывает присутствие остаточной нефти в водоносных пластах.
Механизмы формирования залежей нефти и газа

В некоторых районах при обводненности сводовых частей структур выявлены скопления нефти на их крыльях или в периклинальных частях. Это - так называемые «висячие залежи».
Висячие залежи могут сформироваться в ненарушенных антиклинальных структурах, а также осложненных разрывными нарушениями, криптодиапирами или вулканогенными образованиями (рис. 11,26).
Такие залежи встречаются не часто. Ho еще реже известны залежи нефти в синклинальных прогибах, как например, нефтяная залежь в песчаниках миссисипского возраста нижнего карбона на месторождении Кевин-Крик в Аппалачской нефтегазоносной провинции (рис. 11.27).
He исключена возможность, что подобные залежи приурочены к литологически изолированным участкам пластов, а также вероятны и другие причины их формирования, например, факторы, которые привели к образованию висячих залежей.
Однако в связи с тем, что к настоящему времени залежей подобного типа открыто очень мало, глубоких исследований их формирования не проводилось, поэтому до сих пор однозначного ответа на этот вопрос не существует.
Механизмы формирования залежей нефти и газа