Миграция нефти по коллекторам
О характере сведений. Геологи больше всего заинтересованы в изучении миграции по коллекторам, потому что эта миграция тесно связана с накоплением нефти и газа в различных типах ловушек и образованием в них залежей. Эту миграцию В. Иллинг назвал вторичной. Сведения, касающиеся этой вторичной миграции, собраны отчасти в полевых условиях, отчасти получены в лабораториях, а также заимствованы из физики [применение ее законов]. Ценные полевые наблюдения позволяют установить типы ловушек, в которых обнаружены нефть и газ, выявить взаимоотношения нефти, газа и воды, выяснить состав воды, давление в недрах и его изменения, состав и свойства нефти и газа.
В огромном большинстве случаев полевые данные показывают, что нефть, газ и вода в резервуаре располагаются по удельным весам: вверху газ, внизу вода, посередине нефть. Эта явная гравитационная стратификация, несомненно, легла в основу гравитационной теории миграции нефти. Однако существование наклонных контактов между флюидами, рассматриваемых ниже, говорит о том, что в некоторых случаях имеют место отклонения от гравитационной стратификации. Очевидно, что помимо силы тяжести на накопление флюидов воздействуют и другие силы.
Критика экспериментов. Опыты, проделанные в лабораториях с целью выяснения причин и путей миграции нефти, к сожалению, не дали положительных результатов, а в некоторых случаях привели к неверным заключениям. В. Иллинг замечает, что эксперимент в физике или химии обычно решает проблему или, по меньшей мере, проясняет ее; эксперименты же, поставленные в связи с миграцией нефти, ведут к большей путанице и неразберихе. В значительной степени это объясняется тем, что экспериментаторы, не придавая большого значения разнице между лабораторными и природными условиями, недостаточно копируют последние. Безусловно, в лаборатории невозможно воспроизвести явления в тех масштабах времени и пространства, в каких они осуществляются в природе. Поэтому многие важные процессы и движения, происходящие в течение миллионов лет, нельзя, вследствие их исключительной медленности, наблюдать в лабораторных условиях. Также и огромные объемы нефти и газа, образующие нефтяные и газовые залежи, могут формироваться и вести себя совершенно иначе, чем малые объемы, с которыми обычно проводят эксперименты.
К факторам, которые редко воспроизводились при постановке известных по публикациям опытов, относятся также размеры зерен и проницаемость. Вследствие капризных изменений известняков и доломитов как коллекторов, в качестве опытных резервуаров в лабораториях используются, в основном, песчаники. Средние размеры песчаных зерен в газо- и нефтепродуктивных резервуарах обычно равняются 0,1-0,2 мм, однако при таких диаметрах зерен проницаемость неуплотненных искусственных песков будет гораздо больше, чем проницаемость коллекторов, претерпевших естественное уплотнение. Миграция нефти и газа больше контролируется размерами пор, нежели зерен. Проницаемость определяется средними диаметрами пор, а поэтому при опытах, связанных с миграцией нефти и газа, желательно использовать пески, обладающие той же проницаемостью, что и коллекторы; размеры же зерен могут быть другими. Проницаемость продуктивных песчаников колеблется обычно от 100 до 500 миллидарси.
В лабораторных условиях невозможно также воспроизвести такие природные условия, как например гидравлический градиент и скорость гидравлических потоков. А.В. Мак-Кой и У.Р. Кейт. утверждают, что скорость передвижения воды, вызванного гидравлической циркуляцией, по песчаникам, содержащим в данное время соленую воду, не превышает 1 дюйм (25 мм) в год. Как поясняется ниже в данной главе, гидравлические градиенты вследствие циркуляции метеорной воды в больших бассейнах едва ли будут превышать 1/100 в бассейне с поперечником в 100 миль (160 км) или 1/250 для бассейна протяженностью в 300 миль (480 км).
Гидравлический градиент представляет собой отношение разности напоров воды в двух пунктах к расстоянию между ними. При проведении экспериментов для определения влияния гидравлических потоков на нефте- и газонакопление гидравлические градиенты, равные 1/100 и 1/250, не создаются. Гидравлические градиенты при опытах варьируют, в общем, от 0,5 до 2; при многих опытах величина создаваемых гидравлических градиентов вообще не определялась. Лабораторные скорости передвижения флюидов неизмеримо больше, чем реальные скорости в глубоко погребенных коллекторах. Очевидно, что в лабораторной работе очень много внимания уделяется получению результатов, внешне сходных с теми, которые характеризуют нефтяные или газовые месторождения на геологических профилях и фотографиях, но прилагается мало усилий для воспроизведения в лаборатории естественных условий.
Приведенные замечания вовсе не означают, что все результаты экспериментов не заслуживают внимания. На основании лабораторных опытов можно сделать некоторые очень ценные выводы при условии, что во внимание будет принято влияние перечисленных выше факторов. Однако если экспериментаторы не учитывали указанные критические замечания и не сделали для себя соответствующих выводов, то их заключения не могут быть приняты. He следует также забывать о влиянии лабораторных условий опытов на их результаты. Обычно опыты ставились при комнатной температуре, нормальном атмосферном давлении и при том объеме какого-либо газа или воздуха, который растворяется в таких условиях в воде или нефти. Как поясняется ниже, возможно, что были бы получены совершенно другие результаты, если бы создавались высокие давления, допускающие растворение газа в значительно больших объемах.
Результаты экспериментальных данных позволяют сделать два общих вывода. Первый — в лабораторных условиях капельки нефти и пузырьки газа не всплывают в насыщенных водой песчаниках с зернами таких размеров, которые характерны для нефтяных и газовых залежей. Второй — капельки нефти и пузырьки газа в лабораторных условиях нельзя заставить пройти через насыщенные водой песчаники с крупностью зерен и проницаемостью, характерной для природных коллекторов, под воздействием гидравлических потоков, имеющих такие скорости и гидравлические градиенты, которые наблюдаются в нефтяных месторождениях (в последних градиенты не превышают 1%). Следует, однако, ясно себе представлять, что оба эти положения не относятся к воде, находящейся под давлением и содержащей много растворенных газов. Как поясняется ниже, при температурах и давлениях, существующих в недрах на значительной глубине, миграция нефти и газа будет более интенсивной.
Отсутствие положительных результатов опытов, связанных с миграцией нефти и газа, вовсе не означает, что в будущем эти опыты будут такими же безуспешными. Эксперименты, безусловно, могут дать важные сведения о характере миграции нефти и газа, но при условии, что должное внимание будет уделено воспроизведению естественной обстановки и что будут приняты во внимание также те отличия, которые являются следствием невозможности полного копирования природных условий.