Роль явления всплывания в нефте- и газонакоплении » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Роль явления всплывания в нефте- и газонакоплении

22.07.2021

Значение гравитационной и гидравлической теорий. Обычное залегание нефти и газа в закрытых антиклиналях поверх вод, оконтуривающих залежи, наводит на мысль о подъеме углеводородов в верхние части коллекторов вследствие того, что их удельный вес меньше удельного веса воды. Данную теорию можно назвать гравитационной, при этом ее следует четко отличать от антиклинальной теории. Последняя просто говорит о том, что нефть и газ встречаются в антиклиналях гораздо чаще, чем это можно было бы ожидать, если бы нефтяные и газовые залежи распределялись случайно, хаотически, независимо от структурных условий. Ни один геолог-нефтяник не сомневается в достоверности антиклинальной теории, но многие геологи ставят под сомнение тот факт, что гравитационный фактор является наиболее важным в процессе аккумуляции газа и нефти. Большинство геологов, не признающих гравитационную теорию, являются сторонниками гидравлической теории. Влияние капиллярных сил, хотя и признается в некоторых случаях значительным, однако не считается главным, так как оно не объясняет образование скоплений нефти и газа в антиклиналях; современная геологическая мысль ищет объяснение процесса нефте,накопления в гравитационной или гидравлической теориях или в комбинации их обеих.

Изучение геологической литературы показывает, что как гравитационная, так и гидравлическая теории имеют много приверженцев. А.У. Мак-Кой и У.Р. Кейт утверждают, что наибольшее число сторонников имеет гравитационная теория.

Сущность гравитационной теории. Принято считать, что всплывание не играет роли в процессе вытеснения нефти и газа из тонкозернистых материнских пород. После того, как нефть и газ попадут в коллектор (поры которого относительно крупнее, чем поры в материнских породах и,- следовательно, влияние поверхностного натяжения слабее, а условия для всплывания лучше), они начинают подвергаться воздействию сил тяжести. Так как трудно представить себе, что нефть и газ в закрытых антиклиналях возникли исключительно внутри них самих [в их пределах], то обычно предполагают, что нефть и газ до концентрации были рассеяны в коллекторах в виде небольших масс, которые поднялись к кровле коллекторов, а затем вдоль кровли мигрировали дальше вверх по воостанию слоев в антиклинали или другие ловушки.

Экспериментальные данные, противоречащие гравитационной теории. Самым большим препятствием к полному признанию гравитационной теории являются эксперименты, показывающие, что капельки нефти и пузырьки газа не всплывают в насыщенном водой песчанике с такой структурой (зернистостью), которая наиболее характерна для природных нефтяных коллекторов. Если нефть и газ не могут всплыть за несколько минут, то они не поднимутся и в течение очень длительного периода времени, если только не изменятся условия. Причина, мешающая всплыванию нефти и газа, заключается в том, что капельки и пузырьки должны при прохождении через поры между ограничивающими их зернами породы деформироваться, вследствие чего общая поверхность капельки или пузырька должна увеличиться. Этому увеличению их поверхности противодействует поверхностное натяжение, и для того, чтобы преодолеть его, потребуются силы, значительно большие, чем сила всплывания. Очевидно, именно эта неэффективность всплывания при лабораторных опытах заставила многих геологов принять гидравлическую теорию. В ней не было бы большой нужды, если бы удалось показать, что в природных условиях капельки нефти и пузырьки газа все же могут всплывать в коллекторах.

Полевые данные. В общем, скопления нефти и газа обнаруживаются в тех ловушках, где их и следует ожидать, если считать всплывание единственным фактором, обусловливающим их аккумуляцию. Например, Ч. Томлинсон утверждает: «Любое промышленное скопление нефти и газа в южной Оклахоме занимает Именно то место, которое ему и следовало бы занимать при условии, что различие в удельных весах нефти, газа и воды является единственным фактором, обусловившим миграцию нефти и газа внутри коллекторов». Довольно часто встречаются линзовидные песчаники, в которых нижние части заняты соленой водой, а верхние заполнены нефтью и газом. Эти случаи довольно легко объясняет гравитационная теория, но их трудно понять с позиций гидравлической теории, так как почти или вовсе невозможно объяснить, каким образом быстрые потоки, продвигающие капельки нефти через мелкозернистые песчаники, могут попасть в песчаные линзы, не связанные с основными массами песчаника. Короче говоря, полевые наблюдения, в общем, говорят в пользу гравитационной теории.

Однако есть такие залежи, образование которых вряд ли связано с явлением всплывания. Наклонные контакты нефть-вода и газ-вода, обнаруженные в ряде месторождений, нельзя объяснить только лишь действием гравитационной миграции. Аккумуляцию нефти и газа, полностью заполняющих песчаные линзы, также, очевидно, нельзя объяснить всплыванием. То же самое можно сказать о пористых линзах в песчаниках, известняках и доломитах, о системах трещин в известняках и других породах в тех случаях, когда указанные коллекторы почти целиком заполнены нефтью или газом. Часто встречаются заполненные нефтью жеоды, пустоты в раковинах и другие изолированные поры; при этом во многих случаях во вмещающих непроницаемых породах нельзя обнаружить какую-либо трещину или отверстие, через которое нефть могла бы попасть в пустоты. Аккумуляция нефти в таких мелких скоплениях также, очевидно, не-была обусловлена лишь одним всплыванием. Только что изложенные данные вовсе не опровергают гравитационную теорию вообще; они лишь показывают, что в ряде случаев действовали, другие факторы.

На некоторых участках явно антиклинальные скопления нефти и газа залегают в линзовидных коллекторах, например таких как песчаные линзы и локальные пористые зоны в песчаниках, известняках и доломитах. Примерами залежей данного типа являются многие нефтяные зоны в месторождении Гус Крик в Техасе, залегающие в непостоянных песчаниках, хотя эти зоны, по-видимому, приурочены к антиклинали. Вследствие небольшого горизонтального протяжения коллекторов данного типа, трудно представить себе, каким образом нефть под действием всплывания или под влиянием; гидравлических потоков могла продвинуться вверх по восстанию. Можно предположить, что нефть, вследствие существования трещин и небольших сбросов, возникших под действием напряжения вблизи антиклинальных перегибов, легко проникла в коллекторы около осей складок или же допустить, что в антиклинальных зонах под влиянием существующих там [повышенных] давлений нефть и газ генерировались в большем количестве.

Характер нефтяных и газовых месторождений песка Клинтон (Clinton) в восточном Огайо подтверждает предположение, что помимо всплывания аккумуляция нефти и газа в складках может обусловливаться другими причинами. Песчаник в этом-месторождении лишен воды, имеет ярко выраженную линзовидную форму и не постоянен в своем залегании. Ввиду отсутствия воды и, следовательно, невозможности всплывания нефти и газа вверх по восстанию, можно было бы предположить, что залежи нефти и газа не будут связаны с тектоническими структурами, но У.Л. Рассел обнаружил, что залежи тяготеют к зонам складчатости.

Опыты Эммонса и Тиля. Поскольку невсплывание частиц нефти и газа в насыщенном водой песчанике при проведении опытов в лаборатории является самым сильным аргументом против гравитационной теории, постольку данные в пользу того, что в природных условиях такой процесс может иметь место, значительно упрочили бы положение этой теории. Такие данные получены в результате опытов, поставленных У. Эммонсом и Д. Тилем. В опыте У. Эммонса стеклянные трубки антиклинальной формы были заполнены песком со смесью нефти, морской воды и легкого газолина. После значительного отрезка времени никакого накопления нефти в «антиклинали» не произошло. Тогда трубка была нагрета так, что газолин превратился в газ, находящийся, очевидно, под некоторым давлением. Через 48 часов газ мигрировал к вершине «антиклинали», нефть заняла промежуточное положение на крыльях «антиклинали», а морская вода оказалась в самых нижних частях резервуара. Te же самые результаты были получены при использовании вместо газолина эфира; так же себя вела углекислота, выделявшаяся при действии кислоты на известняк в трубке. Разделение флюидов имело место в тех случаях, когда выделявшийся газ находился под небольшим давлением.

В опытах Д. Тиля стеклянная трубка, диаметром в 25 мм, была заполнена раздробленным кварцитом, просеянным через сито в 20 меш (т. е. диаметром отверстий меньше, чем 0,833 мм). Кварцит был пропитан нефтью, а трубка наполнена морской водой, подкисленной уксусной кислотой до содержания в 0,5—1%. Схема опытов Д. Тиля дана на рис. 12-6. Плотно притертые пробки на концах трубок обозначены буквой С, а части трубки, заполненные дробленым известняком — буквой D. При воздействии уксурной кислоты на известняк выделялся углекислый газ, повышавший давление в трубке. Как и в только что описанном опыте У. Эммонса, присутствие газа вызывало аккумуляцию углеводородов и расслоение нефти, газа и воды в соответствии с их плотностями. Можно было бы Думать, что пузырьки газа переносят нефть в виде тонких пленочек или оболочек на своей поверхности. Однако Д. Тиль указывает, что это не имеет места при аккумуляции нефти в положении В (см. рис. 12-6), когда трубка имеет синклинальную форму, а нефть и газ скопляются на ее концах, потому что в этих случаях газ должен бы был пройти вниз по падению от концов трубки, где он образовался (D на рис. 12-6), в то время как движение нефти происходило прямо в противоположных направлениях.
Роль явления всплывания в нефте- и газонакоплении

Эти опыты показывают, что газы, находящиеся под давлением в нефтяных и газовых коллекторах, могут настолько уменьшать вязкость, силу прилипания и поверхностное натяжение частиц нефти, что создаются условия, при которых углеводороды оказываются способными перемещаться в коллекторах путем всплывания. Однако сделать какие-либо положительные выводы на основании данных опытов можно лишь после ряда тщательных проверок.

Миграции нефти и газа путем всплывания, возможно, способствовал переход нефти и газа в раствор, о чем будет говориться ниже [наиболее вероятное объяснение].

Выводы о значении миграции, связанной со всплыванием. Конечные выводы о роли всплывания в процессе нефте- и газонакопления следует отложить до тех пор, пока не будет проведено большое количество опытов, доказывающих, что мельчайшие частицы нефти и газа под воздействием физических условий, существующих в коллекторах во время миграции, способны подниматься в осадках. Для того, чтобы происходило всплывание нефти и газа, очевидно, необходимо присутствие какого-либо агента, который бы уменьшал поверхностное натяжение; то же самое следует сказать и о медленных гидравлических потоках; последние не смогут привести в движение частицы нефти и газа до тех пор, пока не будет преодолено действие сил поверхностного натяжения. Однако если удастся доказать, что нефть и газ поднимаются в коллекторе под действием сил всплывания, то не будет никакой необходимости в гидравлической теории, так как гидравлическая теория разрабатывалась частично для объяснения тех случаев миграции предельно мелких частиц газа и нефти, когда всплывание представлялось неэффективным. Полевые данные, в общем, не противоречат гравитационной теории; но прежде, чем сделать окончательные выводы, нужно получить дальнейшие экспериментальные подтверждения.

Имеющиеся в настоящее время в нашем распоряжении данные не позволяют сделать вполне ясные и четкие выводы относительно миграции нефти и газа. Возможно, что значительное влияние на миграцию нефти и газа оказали факторы, которые до сих пор являются малоизученными или совсем неизвестными. Тем не менее из всего сказанного выше следует, что гравитационная теория встречает меньше трудностей, нежели любая другая теория.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: