книги из ГПНТБ / Бурштар М.С. Основы теории формирования залежей нефти и газа

M. С. Б У Р Ш Т А Р

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА

ИЗДАТЕЛЬСТВО вНЕДРА»

М о с к в а 1973

УДК 553.061.3 (021)

Бурштар M. С. Основы теории формирования залежей нефти и газа. М., «Недра», 1973. 256 с.

В книге освещаются важнейшие аспекты проблемы фор­ мирования и размещения залежей нефти и газа. На основе комплексного анализа обширного фактического материала по нефтегазоносным районам Советского Союза и зарубежных стран излагаются современные взгляды на геотектонические, термодинамические, геохимические и гидрогеологические условия образования жидких и газообразных углеводородов и формирования их промышленных скоплений в различных нефтегазоносных бассейнах. Даются теоретические основы процессов миграции, аккумуляции и формирования залежей нефти и газа.

В книге рассматриваются также вопросы, связанные с формированием гидродинамических систем, зон нефтегазонакопления, генетической классификацией скоплений жид­ ких и газообразных углеводородов. Особое внимание уделено образованию уникальных и крупных месторождений.

Монография рассчитана на геологов-нефтяников, науч­

(Ü) издательство „ Н Е Д Р А " . 1973

В В Е Д Е Н ИЕ

Ведущей проблемой нефтяной геологии является проблема формирования скоплений нефти и газа как основа для научного прогнозирования нефтегазоносное™ и выбора наиболее оптималь­ ных направлений геологоразведочных работ.

Анализ огромного геологического материала по нефтяным и газовым месторождениям и данных из области смежных и точных наук указывает на то, что наступил такой период, когда уже нельзя обойтись только констатацией фактов и обсуждением вопроса о не­ обходимости разработки новых теоретических положений. Пришло время широких обобщений и серьезного изучения основных аспек­ тов теории формирования залежей нефти и газа.

Накопленный материал позволяет с объективных позиций пере­ смотреть некоторые теоретические положения, касающиеся затро­ нутой проблемы, и на основе комплексного анализа изложить совре­ менные взгляды на геологические условия и физические законы, контролирующие характер, направление и масштабы движения флюидов, на условия миграции и аккумуляции нефти и газа, а также на размещение их залежей в земной коре. Автор отдает себе отчет в том, что многие важные вопросы в настоящее время не могут быть решены окончательно, поскольку для этого необходимы эксперимен­ тальные исследования и, возможно, очень сложные расчеты.

Правильность теоретических положений всегда должна про­ веряться практикой. Подтверждение их в конечном счете должно привести к уверенному и эффективному прогнозированию нефтега­ зоносное™. Именно с этих позиций и должны оцениваться суще­ ствующие идеи, гипотезы и теоретические положения.

В предлагаемой книге сделана попытка обосновать некоторые теоретические положения по целому ряду основных вопросов тео­ рии формирования залежей нефти и газа. Эти положения касаются процессов образования углеводородов в жидкой и газовой фазах и их связи с формированием различных генетических типов залежей, вопросов аккумуляции флюидов в отдельных ловушках и в зонах нефтегазонакоплений и т. п. Несмотря на стремление автора рас­ смотреть ряд вопросов не только с качественной, но и с количествен­ ной стороны (соотношение элементарных процессов, относительная длительность и скорость их протекания, глубинность, оценка коли­ чества углеводородов и т. п.), далеко не всегда оказалось возможным

их размещение в земной коре, является важнейшим элементом теоретических основ поисков и разведки нефтяных и газовых место­ рождений. Проблема формирования залежей нефти и газа охваты­ вает ряд вопросов, связанных с изучением процессов не только образования отдельных скоплений, но и формирования зон нефте-

Основоположником теории образования нефтяных и газовых месторождений является И. М. Губкин. В «Учении о нефти» (1932) он пишет, что «сделал попытку подойти к процессу нефтеобразования и к процессу образования нефтяных месторождений с диалекти­ ческой точки зрения, исходя из той мысли, что этот процесс предста­ вляет одну из струй единого великого диалектического процесса развития нашей земли».

В качестве главного фактора, обусловливающего процессы обра­ зования месторождений нефти и газа, И. М. Губкин считал тектони­ ческую обстановку, которая «создает пути и направления для мигри­

Мало обоснованными оказались взгляды К. П. Калицкого (1944) на образование залежей нефти, который считал, что нефть обра­ зуется там, где ее находят (in situ).

С введением понятия о миграции углеводородов из депрессионных зон к зонам нефтегазонакопления при изучении условий форми­ рования залежей углеводородов возникла необходимость увязывать изучение геологических условий с физическими, физико-химиче- скими'и термодинамическими процессами, контролирующими пере­ мещение, дифференциацию и аккумуляцию углеводородов в разрезе осадочной толщи и в пространстве.

5

Миграция (перемещение) углеводородов нефти и газа, как и всякое движение, не может происходить вне пространства и времени. В од­ ной из своих работ В. И. Вернадский (1932) писал, что «наука двадцатого столетия находится в такой стадии, когда наступил момент изучения времени, так же как изучаются материалы и энер­ гия, заполняющие пространство». Это замечание приобретает боль­ шой практический смысл, так как при изучении условий формиро­ вания залежей нефти и газа в первую очередь возникает необходи­ мость анализа геологической обстановки, изменяющейся во времени, движения углеводородов, изменяющихся в пространстве и во вре­ мени, энергетической сущности процессов, направляющих и кон­ тролирующих перемещение углеводородов и их аккумуляцию во времени.

В результате многолетних исследований исторически опре­ делился круг вопросов, входящих в область изучения условий формирования и закономерностей размещения залежей нефти и газа.

Кчислу основных вопросов относятся следующие.

1.Миграция углеводородов, включающая качественно и коли­ чественно различные процессы: эмиграцию, т. е. первичную мигра­

цию, и миграцию по пласту-коллектору.

2. Дифференциация углеводородов по физико-химическим свой­ ствам в процессе миграции по пласту-коллектору и в уже сформи­ ровавшихся залежах в связи с изменением термодинамических условий.

3. Объемные соотношения жидкой и газовой фаз в ловушках

иформирование залежей различных фазово-генетических типов.

4.Время формирования залежей нефти и газа.

5.Разрушение и переформирование залежей нефти и газа,

перераспределение углеводородов между залежами.

6. Закономерности размещения залежей нефти и газа в совре­ менной структуре земной коры и особенности изменения физических и химических свойств нефтей, газов и конденсатов в существующих залежах.

Перечень недостаточно изученных проблем и вопросов значи­ тельно шире, но указанные имеют первостепенное значение для дальнейшего развития теории формирования залежей нефти и газа.

Сейчас трудно судить о том, насколько глубоко проводились исследования по этим вопросам, но можно отметить, что все теории и гипотезы миграции и аккумуляции углеводородов (гравитационная, капиллярная, замещения, гидравлическая, диастрофическая, седиментационного уплотнения и др.) по сути дела рассматривались изолированно, независимо одна от другой. В связи с этим возникла необходимость более детального изучения теоретических вопросов формирования залежей углеводородов и объяснения на основе всестороннего анализа генетических взаимосвязей между процессами нефтегазообразования и формирования залежей нефти и газа.

В настоящее время существуют три направления исследований процессов формирования залежей нефти и газа. Два из них бази-

6

руются на теории органического происхождения нефти (теория дифференциального улавливания и гидрогеологическая), а третье — на гипотезе абиогенного происхождения (теория глубинных раз­ ломов).

В основу гипотезы дифференциального улавливания положено соображение о том, что при движении углеводородов вверх по регио­ нальному наклону нижняя ловушка будет заполнена газом, после­ дующие — газом и нефтью, а самая верхняя — нефтью.

Одним из первых исследователей, высказавших такую мысль, был В. Пратт (Pratt, 1944). Исходя из представлений о ведущем зна­ чении для формирования залежей нефти дифференцированного уплот­ нения осадков в седиментационных бассейнах, он считал, что угле­ водороды при миграции по проницаемым пластам из центральных частей бассейна к бортам будут накапливаться в структурных ловуш­

будут вытекать из нее, подобно тому, как воздух выбивается из-под края блюдца, опрокинутого в сосуд, наполненный водой. По мере накопления нефти и газа жидкие компоненты будут в верхних частях ловушки замещаться газом. В конечном счете ловушка может оказаться целиком заполненной газом, а нефть, вытесненная из ловушки, будет мигрировать вверх по восстанию пласта. В каче­ стве примера В. Пратт указывает на некоторые районы Голф-Коста, где наблюдается такое расположение залежей.

Исходя из этой концепции, В. Пратт считал, что чисто газовые скопления и более легкие нефти можно встретить в ловушках, рас­ положенных ближе к центральным частям седиментационного бас­ сейна. В краевых его частях будет накапливаться нефть, вытеснен­ ная из заполненных до отказа ловушек центральных частей (Брод, Левинсон, 1955).

Подобный характер распределения залежей нефти и газа был подмечен В. Гассоу в Канаде и С. П. Максимовым в Волго-Ураль- ской нефтегазоносной области. Они на конкретных примерах попы­ тались дать более подробное объяснение процессов распределения нефти и газа в цепи ловушек, расположенных на региональном подъеме пластов.

Как указывает С. П. Максимов (1954), раздельное улавливание нефти и газа в цепи ловушек наблюдается в природе довольно широко и прослеживается во всех стратиграфических комплексах осадоч­ ных образований. Этот принцип формирования залежей нефти и газа получил в литературе название дифференциального улавливания (траппирования) нефти и газа.

С. П. Максимов отмечает, что в случае отсутствия газовых скоп­ лений в наиболее погруженных ловушках будет находиться самая легкая нефть, а в наиболее приподнятых — самая тяжелая.

Аналогичные положения были высказаны В. П. Савченко еще в 1952 г. Он отмечал, что скорость движения нефти и газа в пластовых

7

пласта нефтью и газом заполняется сначала первая ловушка.

дов газ, стремясь занять повышенную часть структуры, будет от­ теснять нефть до тех пор, пока вся ловушка не заполнится газом. Нефть, вытесненная газом, будет перемещаться вверх по региональ­ ному наклону, пока не встретит новую ловушку, и т. д.

Согласно С. П. Максимову, эта закономерность отмечается* в тех стратиграфических комплексах и тектонических зонах, в которых

ные ловушки будут заполнены нефтью с растворенным в ней газом. При дальнейшей миграции вверх по региональному наклону нефть может попасть в область, где пластовые давления меньше давления насыщения. В этом случае газ начнет выделяться из раствора и

8

будет образовывать либо газовые шапки, либо чисто газовые залежи

вода, но и для смеси нефть — вода. В зонах, где по региональному подъему пласта происходит миграция только нефти (весь газ раство­ рен), наиболее погруженная ловушка будет, естественно, запол­ няться нефтью. Затем в ловушке начнется процесс дифференциации по плотностям: наиболее легкая нефть будет стремиться занять сводовую часть ловушки и оттеснит тяжелую нефть к крыльям.

ввиде струй. Основоположником представлений о струйной мигра­ ции является В. П. Савченко (1958). Под струйной миграцией нефти или газа в водрнасыщенных породах он понимает передвиже­ ние нефти в этих породах непрерывной струей в жидкой фазе и газа

вгазообразной фазе.

Водной из своих работ В. П. Савченко (1952) указывал, что первичная миграция нефти и газа, в какой бы форме она ни про­

9