Нефть, природный газ и их производные
Нефть, природный газ и их производные — горючие полезные ископаемые — приурочены к бассейнам, сложенным толщами осадочных и вулканогенно-осадочных пород с разнообразными составом и структурой.
Нефтегазоносные комплексы, являющиеся составными частями бассейнов, представляют собой природные (материальные) системы, в которых возможна аккумуляция углеводородов, а иногда и их генерация. Основные элементы комплексов — породы-коллекторы, слагающие природные резервуары, породы-флюидоупоры, нефтегазоматеринские породы.
Коллекторы нефти и газа — это горные породы, обладающие способностью вмещать подвижные вещества (воду, нефть, газ) и отдавать их в процессе эксплуатации.
На схеме 1 предложена общая характеристика типов изучаемых пород-коллекторов.
Для образования залежей необходимым условием служит наличие слабо проницаемых пород — флюпдоупоров. которые препятствуют миграции нефти и газа, что способствует накоплению и сохранению углеводородов, поступающих в коллектор. Флюидоупоры. которые перекрывают залежь, называют покрышками.
Важнейшим свойством флюидоупоров является их экранирующая способность, которая зависит от ряда факторов — мощности и выдержанности. минерального состава. структурно-текстурных и тектонических особенностей и др.
Лучшими покрышками, вследствие их повышенной пластичности (до определенных пределов температуры и давления), считают соленосные и глинистые толщи, последние наиболее распространены. Помимо них экранирующей способностью могут обладать другие разновидности осадочных и даже магматических пород, имеющие большую плотность (прочность пород) — сцементированные песчаники, пласты карбонатных пород, глинистые сланцы, аргиллиты.
В зависимости от минерального состава глин, их мощности, возраста изолирующая способность будет различна. Большое влияние на характер экранирующих свойств глинистых пород оказывает наличие в них примесей, а также воды и органических веществ. Эффективность глинистых флюидоупоров сохраняется в определенном интервале глубин, давлений и температур, механических свойств.
В таблице 1 показана зависимость экранирующей способности глин от параметров, характеризующих фильтрующие свойства пород — изменения структуры порового пространства, проницаемости и давления прорыва газа.|
Существуют попытки создания общей классификации покрышек, которая сводится к разделению их по вещественному составу (глинистые, хемогенные и др.) и по широте распространения (региональные, общебассейновые, зональные, локальные). Наиболее крупные залежи нефти и газа обычно располагаются ниже региональных покрышек, которые надежно преграждают путь флюидам. Именно покрышки часто определяют масштабность скоплений и устойчивость существования залежей.
Под природным резервуаром понимают естественное вместилище нефти, газа и воды определенной формы, во всем объеме которого происходит циркуляция флюидов. Исходя из того, что форма природного резервуара определяется соотношением пород-коллекторов с вмещающими их флюидоупорами. то были выделены три крупных группы: пластовые, массивные и литологически ограниченные природные резервуары.
В таблице 2 приведена краткая характеристика основных типов природных резервуаров.
Основное условие, необходимое для образования залежи нефти и газа — наличие ловушки. где происходит улавливание углеводородов, мигрирующих (перемещающихся в земной коре) в природных резервуарах.
Ловушка — это часть природного резервуара, в которой в результате экранирования флюидов начинается формирование их скопления, а также при отсутствии движения нефти, газа и воды устанавливается их относительное равновесие согласно закону гравитации.
Под воздействием гравитационного фактора подвижные вещества распределяются в ловушке по их плотностям, т.е. нефть и газ всплывают в воде. Распределение флюидов в ловушке выглядит следующим образом — газ сосредотачивается в кровельной части природного резервуара, непосредственно под флюидоупором, ниже поровое пространство заполняется нефтью, вода занимает самое нижнее положение. Ловушка чаще всего представляет собой участок резервуара с застойными условиями, даже если в остальной части резервуара вода находится в движении. При движении воды наблюдается нактонный водонефтяной раздел, иногда вся нефть может быть вытеснена из ловушки водой.
В зависимости от причин, обуславливающих возникновение ловушек, выделяют следующие наиболее широко распространенные типы: структурный, стратиграфический и литологический. Последние два типа называют неструктурными ловушками.
Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы: такие ловушки относятся к структурному типу. Углеводороды, мигрируя в коллекторах по восстанию слоев или перпендикулярно к их напластованию по тектоническим нарушениям, попадают в ловушки — своды антиклинальных структур, где и формируются промышленные скопления нефти и газа. Скопления нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола. Они частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклиналей или купола. Помимо антиклиналей и соляных куполов разновидностью структурных ловушек являются тектонически ограниченные (экранированные) ловушки. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх наклонно залегающего пласта. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.
При замещении пластов-коллекторов непроницаемыми породами возникает стратиграфическая ловушка. Причинами, по которым может измениться проницаемость и пористость пласта, служат изменения условий осадконакопления по площади, а также растворяющее действие пластовых вод. Известно, что стратиграфические ловушки образуются при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии плохо проницаемыми породами-покрышками.
Литологические ловушки формируются в связи с литологической изменчивостью пород-коллекторов, выклиниванием песков и песчаников по восстанию слоев, изменением пористости и проницаемости коллекторов, трещиноватостью пород и др.
Залежь — скопление нефти и газа в ловушке, все части которого гидродинамически связаны.
Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за осаждением обогащенных органическим веществом илов. Флюиды в залежи обычно находятся под давлением, примерно соответствующим гидростатическому, т.е. равным давлению столба воды высотой от поверхности земли до кровли залежи (10 кПа/м). Таким образом, первоначальное давление нефти на глубине, например, 1500 м может составлять 15 ООО кПа. В случае появления коллекторских свойств пород одновременно с нефтеобразованием происходит возникновение ловушек вместе с залежью.
Форма и размер залежи в значительной степени определяются формой и размером ловушки. Основным параметром залежи являются ее запасы. Различают геологические и извлекаемые запасы. Под геологическими запасами нефти и газа понимают количество этих полезных ископаемых, находящихся в залежи.
Необходимым условием возникновения залежи является наличие замкнутого субгоризонтального контура (граница ловушки). Замкнутый контур рассматривается как линия, ограничивающая в плане максимальную возможную площадь залежи. Замкнутый контур представляет собой границу, ниже которой углеводороды не могут удержаться. Залежь нефти и (или) газа может распространяться во всем объеме резервуара внутри замкнутого контура или занимать часть его.
Залежи в основном подстилаются подошвенной водой. Если в них присутствуют нефть и газ. то залежи разделяются на газовые и нефтяные. Выделяются следующие границы раздела: водонефтяной контакт (ВНК), газонефтяной контакт (ГНК), газоводяной контакт (ГВК). 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.
На рисунке 1 показаны примеры изображения газонефтяной залежи на карте и геологическом разрезе.
Залежи нефти и газа типизируются и классифицируются по разным признакам.
По составу флюидов: чисто нефтяные, нефтяные с газовой шапкой, нефтегазовые, газовые с нефтяной оторочкой. газоконденсатные, газоконденсатно — нефтяные, чисто газовые и др.
Соотношения нефти, газа и воды в залежах приведены в таблице 3. В зависимости от объема нефти и газа, характера насыщения пластаколлектора. географического положения, глубины необходимого для добычи флюидов бурения и других показателей, по которым оценивается рентабельность разработки, залежи подразделяются на промышленные и непромышленные.
