Миграция нефти из материнских пород в коллекторы
Общие условия. Миграция нефти из материнской породы в коллектор, названная В. Иллингом первичной миграцией, по длине пути может составлять всего лишь несколько долей метра или нескольких метров, однако трудно представить себе, каким образом нефть проходит через непроницаемые материнские породы. В сланцах и глинах, через которые должны пройти нефть и газ, поры являются исключительно мелкими, а многие карбонатные породы, могущие рассматриваться как нефтематеринские, являются и непроницаемыми и непористыми.
Известно, что сопротивление продвижению капелек нефти и пузырьков газа через поры быстро возрастает с уменьшением размеров пор и, следовательно, будет очень большим в глинистых сланцах, глинах и некоторых известняках. Совершенно ясно, что объяснить передвижение нефти и газа через такие непроницаемые породы обычным всплыванием нельзя, что же касается циркуляции метеорной воды в артезианских бассейнах, то при глубоком залегании пород она не доходит до них. Первичной миграции через пласты в значительной степени могут способствовать трещины и разломы, но материнские породы, как правило, являются мягкими, слегка деформированными, с небольшим количеством трещин и обычно для того, чтобы попасть в ближайшую трещину, нефти требуется пройти через непроницаемую породу толщиной, по меньшей мере, в 1 дюйм (25 мм) или более.
О роли уплотнения. Приведенные соображения позволяют думать, что из всех известных процессов, вероятно, только давление, вызывающее уплотнение пород, капиллярные силы и миграция в виде раствора могут являться агентами, обусловливающими продвижение нефти через материнские породы. Последние два процесса рассматриваются в данной главе. О значении уплотнения и способе определения величины вызывающего его давления, говорилось в 10 главе.
Уплотнение глинистых сланцев и глин происходит, главным образом, под действием веса покрывающих отложений; в этом уплотнении, по-видимому, и заключается основной результат деформации пород в районах, удаленных от участков с активной дизъюнктивной тектоникой и с сильной дислокацией отложений. Под влиянием уплотняющего давления [некоторые] частицы породы растворяются в местах их соприкосновения друг с другом (где давление является наибольшим), а растворенный материал отлагается на тех же частицах, но на участках, где давление меньше. Этот процесс, наряду с изгибом и раздроблением некоторых зерен, приводит к неуклонному уменьшению объема и пористости породы и увеличению ее плотности. Вероятно, аналогичным образом происходит уплотнение и известняков, если только оно не началось значительно ранее и ближе к поверхности Земли.
По мере накопления осадков, могущего длиться миллионы лет, происходит одновременно увеличение давления и температуры [в захороненных слоях]. Сильная деформация и срезывающие давления могут в значительной степени ускорить процесс уплотнения пород и способствовать миграции углеводородов по образовавшимся трещинам и разломам.
Экспериментальные данные. Получить данные о характере миграции экспериментальным путем довольно трудно, так как в лаборатории невозможно воспроизвести природные условия. При опытах подчас может быть не замечена эффективность тех медленных процессов, которые протекают во время погребения пород, длящегося миллионы лет. К. Увакато описал образование нефти и ее выжимание из горючих сланцев под давлением от 191000 до 245 000 фунтов на квадратный дюйм (от 13 400 до 17 200 кг/см2), значительно превышающим давление в пластах, связанных с нефтепродуктивными горизонтами. Насколько известно, другими исследователями этот опыт не был подтвержден, и поэтому до сих пор остается не вполне ясным его значение.
Способ миграции. Первой жидкостью, которая выжимается из пород под все возрастающим давлением накапливающихся сверху осадков, является, по-видимому, вода, так как силы поверхностного натяжения удерживают ее слабее, чем нефть и газ. После удаления большей части воды из породы, под влиянием уплотнения начинают вытесняться нефть и газ, несмотря на сопротивление, оказываемое поверхностным натяжением. Удаление воды и газа из плотных известняков под действием сжатия происходит гораздо раньше, очевидно, на небольшой глубине — всего лишь в несколько десятков метров или даже меньше. Такие органические вещества, как горючие сланцы и ископаемые угли, по-видимому, способны пропускать газ, и если органическое вещество газо-нефтематеринских пород обладает таким свойством, то газ может мигрировать из этих пород в коллектор по заключенному в них самих проницаемому органическому веществу.
В некоторых случаях совершенно очевидно, что уплотнение завершилось задолго до того, как нефть попала в коллектор; в подобных случаях уплотнение не могло быть фактором, вытеснившим нефть из материнской породы. Такое положение имеет место там, где нефть заполняет трещины и разломы, лишенные связи с коллекторами, в которых нефть могла бы сохраняться до поступления в трещины. Например, в юго-восточной части Кентукки и в соседних штатах нефть встречается близ поверхности в трещинах ордовикских известняков. Эти трещины возникли при складчатости, связанной с образованием Аппалачей в конце пермского периода; коллекторы же, в которых нефть могла бы находиться до появления трещин, в данном регионе отсутствуют.
Сейчас трудно правильно оценить роль уплотнения в вытеснении нефти и газа из материнских пород; однако до получения более точных сведений, уплотнение можно считать одним из возможных факторов первичной миграции.