Аккумуляция нефти и газа в ловушке

 

Залежи нефти и газа образуются в результате аккумуляции УВ в ловушках. Аккумуляция происходит посредством перехвата УВ, мигрирующих в струйной форме в кровельной части водонасыщенных пластов-коллекторов или по зонам повышенной тектонической трещиноватости, связанных разрывными нарушениями горных пород. В пластовых резервуарах, при заполнении антиклинальных, дизъюнктивно экранированных и литологически экранированных ловушек, УВ перемещаются по напластованию пород. При заполнении ловушек в массивных резервуарах движение УВ происходит по вертикали.

Заполнение антиклинальных ловушек происходит по их периметру (рис. 22). При этом УВ всплывают в сводовую часть, одновременно вытесняя воду, находящуюся в коллекторе в нижнюю часть ловушки до гидравлического замка. Вода в начале вытесняется по всей толщине пласта, а затем по его падению. Таким образом, формирование залежей нефти и газа происходит по схеме «снизу вверх - сверху вниз. Углеводороды поступают в ловушку по наиболее крупным поровым каналам, а вытесняют воду из более мелких каналов. Поэтому для проникновения нефти или газа в более мелкие поры необходимо, чтобы они находились под некоторым избыточным давлением, которое превышает величину гидростатического давления на величину капиллярного давления, характерного для данного значения радиусов капилляров. Такое избыточное давление называется давлением внедрения, или давлением прорыва.

 

 

Рисунок 22 – Схема движения воды и углеводородов в сводовой ловушке в процессе формирования залежи (по И.В. Высоцкому и В.И. Высоцкому; 1986):

1 - Направление движения воды, 2 - направление движения УВ. Точками показано начальное положение залежи

 

 

При недостаточном давлении прорыва нефть не может вытеснить свободную воду из самых мелких капилляров. В этом случае в залежи остаётся вода, которая так и называется: остаточная вода. Наличие большого количества остаточной свободной воды может свидетельствовать о продолжающемся процессе формирования залежи.

Формирование залежей при вертикальной миграции УВ по разрывным нарушениям возможно лишь при условии, что они замыкаются в вышележащих отложениях. В таком случае разрывы питают примыкающие к ним коллекторские толщи дизъюнктивно экранированных ловушек.

Во многих нефтегазоносных провинциях (НГП) имеются месторождения, содержащие большое количество залежей, иногда до 40 и более.

Многозалежные месторождения образуются по нескольким причинам: за счёт миграции УВ, генерируемых внутриэтажными флюидоупорами, которые разделяют продуктивные горизонты внутри нефтегазоносного комплекса (НГК) или этажа нефтегазоносности; вертикальной миграции из нижележащего сингенетичного НГК; ремиграции УВ по образовавшимся разрывным нарушениям или участкам прорыва УВ через покрышку из разрушающейся крупной залежи.

В процессе совместной аккумуляции нефти и газа одновременно происходит их разделение по плотности, в результате газ занимает верхнюю присводовую часть ловушки. Если объём поступающего газа, превышает объём ловушки, то газ постепенно вытеснит из неё нефть, которая вынуждена мигрировать по региональному восстанию пласта, к вышележащей ловушке. Подтверждением процессов вытеснения нефти газом являются многочисленные фактические данные по остаточной нефтенасыщенности пород газовых залежей.

Принцип дифференциального улавливания нефти и газа. В процессе миграции нефти и газа по структурному элементу, в пределах которого имеется воздымающаяся цепь ловушек, проявляется фазовая дифференциация УВ. Региональным элементом, содержащим цепь ловушек может быть антиклинальная зона, рифовые массивы. Принцип дифференциального улавливания основан на двух положениях.

Первое положение связано со способностью газа, вытеснять нефть из ловушки, которая была установлена В. Праттом в 1944 году и подтверждена В.П. Савченко в 1954 году. Поскольку плотность газа ниже плотности нефти, то газ, всплывая в нефтяной залежи, вытесняет её из ловушки.

Второе положение связано с закономерным уменьшением пластового давления и изменением соотношения пластового давления и давления насыщения по восстанию пласта-коллектора. В результате происходит высаливание нефти из воды и выделение газа из воды и нефти.

Принцип дифференциального улавливания УВ для таких условий был одновременно высказан российским геологом С.П. Максимовым и канадским геологом В. Гассау. Обычно выделяется две схемы фазовой дифференциации залежей нефти и газа (рис. 23).

Первая схема осуществляется при одновременной, но раздельной струйной миграции нефти и газа. В этом случае образуется следующий последовательный ряд залежей: нижние ловушки заполняются газом, промежуточная - газом и нефтью, верхние ловушки нефтью (рис. 23, а). Если мигрирует только одна нефть, то в этом случае происходит дифференциация залежей по плотности нефти. Если УВ недостаточно для заполнения всех ловушек, то ловушки, расположенные выше будут «пустыми» (водоносными).

 

 

Рисунок 23 - Принципиальная схема дифференциального

улавливания нефти и газа

в последовательной цепи

ловушек (по С.П. Максимову и др., 1981)

 

Сторонники теории дифференциального улавливания допускают также возможность выдавливания из ловушки залежи тяжёлой нефти лёгкой нефтью. В этом случае по направлению миграции нефти в цепи ловушек должна увеличиваться плотность нефти. Однако И.В. Высоцкий и В.И. Высоцкий (1986) указывают, что такое выдавливание не возможно, поскольку при контакте двух смешивающихся жидкостей происходит выравнивание их плотности. Кроме того, в этом случае асфальтены должны выпадать в осадок, что также способствует уменьшению плотности нефти. Наблюдаемое увеличение плотности нефти в залежах вверх по восстанию ловушек связано с действием гипергенных факторов.

Вторая схема реализуется при миграции нефти в струйной форме при давлении насыщения ниже пластового, то есть когда нефть недонасыщена газом. В этом случае нижние ловушки будут заполняться нефтью (см. рис. 23, б). При дальнейшей миграции и снижении пластового давления до значения давления насыщения газ начнет выделяться из нефти, и дальнейшее распределение УВ в ловушках пойдет по первой схеме (см. рис. 23, а).

Иногда выделяется третья схема фазовой дифференциации залежей, связанная с водорастворённой формой миграции УВ. Снижение температуры и давления при миграции воды приводит к выделению из неё нефти и газа в свободное состояние. Так как жидкие УВ растворяются в воде хуже, чем газообразные, то первой выделяется нефть, которая и заполняет первые нижние ловушки. По мере миграции воды вверх по восстанию пласта, наряду с жидкими УВ начинают выделяться и газообразные. Поэтому в следующей ловушке аккумулируется нефть и газ при различном соотношении их объёмов, а выше - только газ. Однако данная схема маловероятна из-за низкой растворимости жидких УВ в воде.

Распределение залежей нефти и газа в соответствии с принципами дифференциального улавливания представляет собой наиболее общую схему. Чаще процессы миграции и аккумуляции УВ протекают в более сложных условиях, которые меняются как во времени так в пространстве. Связано это с разным временем прохождения материнскими породами ГЗН и ГЗГ, а также наличием разных очагов генерации УВ. Кроме того, из-за проявления новейшей тектоники меняются направления и углы регионального наклона пластов, глубины залегания ловушек, вплоть до выведения пластов-коллекторов на поверхность, ловушки меняют объём или вовсе раскрываются. Одновременно изменяются и термобарические условия в залежах, происходит переформирование и разрушение залежей нефти и газа.