Наклонные контакты в нефтяных и газовых резервуарах » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Наклонные контакты в нефтяных и газовых резервуарах

22.07.2021

Обычная картина. Естественно полагать, что контакты между тремя флюидами, присутствующими в нефтяных и газовых резервуарах, должны быть горизонтальными. Действительно, в большинстве случаев эти контакты приблизительно горизонтальны, но у немалого числа залежей они обнаруживают заметный наклон. Вообще наблюдается наклон разделов между всеми флюидами, но граница нефть-вода является более наклонной, чем контакт нефть-газ. Разница в высотных отметках для одного и того же раздела в пределах одной залежи может достигать 100 футов (30 м), а в некоторых случаях и большего числа метров. Углы наклона границ между флюидами обычно меньше углов регионального падения пород, но могут достигать нескольких градусов. Существование наклонных контактов имеет важное значение ввиду их непосредственной связи с условиями аккумуляции нефти и газа, с залеганием нефти и газа в открытых ловушках, а также потому, что .они определенным образом влияют на ценность арендных участков и неопробованных структур.

Примеры залежей с нечетким гравитационным разделением флюидов. В большинстве нефтяных и газовых месторождений имеются три четко выраженные зоны — нефти, газа и воды. Известно, что нефтяная и газовая зоны содержат значительное количество соленой воды, однако она не извлекается вместе с нефтью и газом из скважин, забои которых располагаются над контактами нефть-вода или газ-вода. В некоторых же залежах вся толща резервуара дает нефть и воду, причем признаки разделения жидкостей по их удельному весу выражены слабо. Одно из таких месторождений описано М.Д. Манном. В Пенсильвании в твердом непроницаемом песчанике Хандрид-Фут (Hundred-Foot) встречаются линзовидные участки пористого песка, являющиеся продуктивными. Нефть и газ добываются из них совместно. Отнюдь не было заметно, чтобы нефть концентрировалась у кровли каждой продуктивной линзы, а там, где одна линза залегает над другой (в том же песчанике Хандрнд-Фут), пропорция нефти в верхней линзе не превышает содержания нефти в нижней. Общая структурная карта нефтяных залежей на этой площади дана на рис. 12-1.

Отсутствие четкого разделения между нефтью и водой в соответствии с их удельными весами наблюдается в описанной И.У. Шоу, И.Ф. Лайнзом и М.Д. Манном залежи песка Сэрд в округе Кларион, штат Пенсильвания. Нефть, добываемая из песка Тэрд в округе Кларион, в общем, свободна от воды за исключением залежей Кларион и Вайола, где вода откачивается вместе с нефтью из наиболее высокой в структурном отношении части резервуара.

Некоторые примеры наклонных контактов. К нефтяным месторождениям, в которых обнаружены наклонные контакты флюидов, относятся Ланс Крик, Уайоминг; Рок Ривэр, Уайоминг; Кат Бэнк в Монтане; Кашинг в Оклахоме и Грэхэм (Graham) также в Оклахоме. Один из наиболее интересных контактов, обнаруженных в месторождении Уоссон в Западном Техасе, описан у У.Т. Шнейдера. Эта залежь расположена на антиклинальном поднятии и проницаемые продуктивные зоны по ее периферии становятся непроницаемыми и непродуктивными. Контакты нефть-вода и нефть-газ имеют вид блюдцеобразной депрессии с наибольшим понижением у центра залежи. Контакт нефть-вода понижается к центру месторождения на 150 футов (45 м), а контакт нефть-газ — на 40 футов (12 м). Наклонные контакты между нефтью и водой в месторождении Брэдфорд в Пенсильвании были уже описаны. Следует заметить, что упомянутые случаи составляют очень малую долю от большого числа выявленных наклонных контактов. Поскольку эти контакты, вероятно, имеют важное отношение к проблеме аккумуляции нефти и газа и к вопросу о возможности их скопления в закрытых ловушках, постольку некоторые из случаев наклонных границ между флюидами следует рассмотреть более детально.

На рис. 12-2 дан поперечный геологический разрез с севера на юг нефтяного месторождения Солт Крик, взятый из работы Э. Бека, а на рис. 23-15 дана его структурная карта. Это самое крупное месторождение в области Скалистых гор с общей суммарной добычей, оцениваемой в 400млн. баррелей (55 млн. тонн). На поперечном разрезе видны нормальные сбросы, очевидно, возникшие вследствие растяжения пластов, в своде антиклинали; залежи нефти контролируются структурой. Следует отметить, что нефтепродуктивные площади значительно отличаются друг от друга по размерам для каждого из четырех резервуаров. Во всех коллекторах контакты нефть-вода имеют заметный наклон к северу.

На рис. 12-3 изображен поперечный профиль части нефтяного месторождения Кашинг в Оклахоме, взятый из работы К. Била. Оно является одним из первых крупных нефтяных месторождений, открытых на Мид-Континенте; ясновыраженный антиклинальный характер залежи являлся важным моментом, заставившим нефтяную компанию признать ценность нефтяной геологической науки. Все три горизонта продуктивных песчаников имеют пенсильванский возраст. Следует отметить, что в горизонтах Лейтон и Уилер контакт вода-нефть имеет наклон от свода антиклинали. Нефтепродуктивная зона расположена на западном крыле антиклинали в горизонтах Лейтон и Уилер; на восточном же крыле нефть отсутствует.

Геологические условия некоторых аппалачских месторождений. в основном таковы, как они представлены на рис. 12-4, взятом из работы У. Грисволда и М. Манна. Песок Солт относится к пенсильванской системе, пески от Биг Инджун до Фифти-Фут — к миссисипской, а горизонт Гордон и более древние пески имеют девонский возраст. В постоянных песках, обычно содержащих воду за пределами продуктивных участков, как например в песках Биг Инджун и Солт (см. рис. 12-4), залежи нефти являются антиклинальными. Девонские пески, по сравнению с песками Биг Инджун и Солт, являются менее постоянными и содержат меньше соленой воды. Скопления нефти в них в меньшей степени связаны с антиклиналями и чаще приурочены к стратиграфическим ловушкам и синклиналям. Там, где погружение осей антиклиналей происходит на значительных расстояниях, а в сводах содержится газ, наклонные контакты таз-вода располагаются на крыльях антиклиналей.

В районе Аппалачей основная часть добываемой нефти получается из стратиграфических ловушек, почему этот вид ловушек считается здесь основным. Тем не менее, рис. 12-4 показывает, что даже в Аппалачском районе встречаются нефтяные и газовые залежи в антиклиналях, и именно там, где пески являются выдержанными и, как правило, насыщенными соленой водой.

Изучение наклонных контактов, описанных в литературе, указывает на то, что их наклон в основном совпадает по направлению с региональным падением отложений; угол же наклона контактов меньше угла падения слоев. Наклонные контакты известны в залежах, связанных как со стратиграфическими ловушками, так и со структурно-тектоническими. Наклон границы между разными флюидами равен обычно 20—50 футов на милю (6—15 м на 1,6 км); в некоторых случаях он, однако, измеряется несколькими градусами. Обычно в одной и той же залежи поверхность контакта нефть-газ меньше отклоняется от горизонтального положения, нежели поверхность контакта вода-нефть.

О причинах возникновения наклонных контактов. Существующие объяснения причин возникновения наклонных контактов заслуживают детального рассмотрения ввиду их связи с общей проблемой и способами аккумуляции нефти и газа. Хотя очевидно, что капельки или небольшие массы нефти каким-то образом мигрировали вверх по восстанию и путем концентрации образовали нефтяные залежи, все же трудно представить себе причину, обусловливавшую всплывание мелких частиц нефти вверх по пологим уклонам пластов, а также те причины, под влиянием которых неизмеримо большие массы нефти в залежах распределялись в соответствии с их удельными весами. Наклон поверхности нефте-газового контакта в некоторых случаях имеет ту же величину, что и региональное падение пород; что же касается наклона поверхности нефте-водяного контакта, то он в большинстве случаев намного круче региональных падений -слоев в нефтяных месторождениях.

Несомненно, в некоторых случаях существование наклонных контактов можно объяснить изменениями в стратиграфии [литологии] коллектора, которые почему-либо не отражены в буровых разрезах. Такое объяснение более вероятно для тех месторождений, где не производится электрокароттажа скважин. Прослойки глины в коллекторе, пачки переслаивания сланцев с песчаниками, зоны плотно сцементированных пород и непроницаемые поверхности тектонических нарушений могут разделять коллектор на участки, в каждом из коих уровень краевой воды будет разным; они могут также препятствовать выравниванию поверхности контактов. Однако наклонные контакты встречаются часто и при отсутствии признаков стратиграфических [литологических] отклонений; поэтому приведенное объяснение не всегда является правильным.

Другое возможное объяснение возникновения наклонных контактов заключается в следующем: наклонные границы между флюидами характеризуют те нефтяные залежи, в которых флюиды не успели прийти в равновесие в соответствии с законом тяжести и всплывания. В таких областях, как например район Скалистых гор, где нефтепродуктивные свиты содержат движущиеся артезианские воды, последние можно рассматривать как возможные причины возникновения наклонных контактов, но только там, где течение подземных вод соответствует направлению наклона границы нефть-вода и где гидравлический градиент является достаточно эффективным. Этот вопрос рассматривается ниже в связи с влиянием гидравлических потоков на добычу нефти и газа.

Возникновение наклона поверхности контактов в отдельных случаях можно объяснить следующим образом: первоначально поверхность была горизонтальной; в этот период времени из нефти на границе с водой выделялись непроницаемые продукты, такие как асфальт и смолы, которые запечатали нефть в пласте по краям залежи. После этого, в результате увеличения регионального падения отложений или дальнейшего поднятия антиклинальной складки, с которой связано первичное скопление, поверхность нефте-водяного контакта становится наклонной, а так как нефть запечатана, то выравнивание границы между жидкостями не может иметь места. Примером является месторождение Мак-Лаут в Канзасе, представляющее собой закрытую антиклиналь. Залежь оконтурена водой, располагающейся вниз по падению слоев. Ниже газоносной зоны находится зона, в которой коллектор содержит асфальт (tar). Поверхность, контакта между асфальтом и газом является наклонной в направлении регионального падения отложений; если последние мысленно выровнять, то верхняя и нижняя поверхности асфальтовой залежи окажутся почти горизонтальными.

В районе с залежью нефти и газа, образовавшейся на больших глубинах, но подвергшейся затем экстенсивной эрозии, дополнительная миграция могла не иметь места из-за изменений условий в резервуаре. Глубина залегания нефти и газа после эрозии должна была уменьшиться, что привело к снижению температуры, давления и, в свою очередь, к уменьшению растворимости газа и увеличению вязкости и поверхностного натяжения жидкостей. Могла также увеличиться способность нефти образовывать непроницаемые пленки путем химических реакций. Следовательно, любой наклон границы между флюидами, который мог возникнуть после эрозии, не мог быть компенсирован миграцией [изменен перераспределением флюидов].

Существование наклонных контактов наводит на мысль о возможности наличия незамкнутых резервуаров. Если бы поверхности контактов нефть-газ и газ-нефть повсюду были горизонтальны, все ловушки, содержащие нефть и газ, безусловно, были бы замкнутыми. Когда граница нефть-вода является наклонной, нефтяные залежи могут находиться в открытых ловушках. В этих случаях нефть можно ожидать на антиклинальных носах, где погружение шарнира складки выполаживается при условии, что падение по оси будет меньше наклона поверхности контакта нефть-вода.

При эксплуатации нефти границы между различными флюидами внутри нефтяного или газового месторождения изменяют свое первоначальное положение и соотношение. (В данном случае речь идет о существовании наклонных контактов до того, как эксплуатация месторождения изменила их положение). Непосредственно в полевых условиях трудно отличить первичные наклоны контактов от нарушений, обусловленных эксплуатацией, однако не может быть сомнения в том, что наклонные контакты, в общем, являются первичными, существующими до начала разработки нефтяных месторождений, а не следствием какого-либо искусственного вмешательства.

В газовых и нефтяных месторождениях с заметным наклоном поверхностей контактов нефть-вода и газ-вода, этот наклон имеет очень важное значение для выявления продуктивных и сухих участков структуры, а поэтому его необходимо принимать во внимание при размещении скважин. В районах, где известны поверхности контактов с наклоном в направлении регионального падения отложений, можно ожидать нефть на незакрытых (незамкнутых) антиклинальных носах и террасах.

Нефть может встречаться в этих незамкнутых структурах в том случае, когда падение коллектора меньше, чем угол наклона границы нефть-вода. Однако даже в тех районах, где нефть встречается в незакрытых структурах, бурение является более рискованным, чем бурение на закрытых структурах. Ясно, что процент продуктивных незакрытых структур гораздо меньше, нежели закрытых (замкнутых).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: