8. Миграция нефти и газа Под миграцией нефти или газа понимается перемещение их в осадочной оболочке
Путями миграции служат поры и трещины в горных породах, а также поверхности наслоений, разрывных нарушений и стратиграфических несогласий, по которым нефть и газ не только мигрируют в земной коре, но и могут выходить на поверхность (рис. 8.1).
По характеру движения и в зависимости от физического состояния углеводородов различается миграция:
молекулярная (диффузия), движение в растворенном состоянии вместе с водой;
фазовая (в свободном состоянии), когда углеводороды могут находиться в жидком (нефть) и газообразном (газ) состоянии, а также в виде парообразного газонефтяного раствора.
Проблема миграции нефти и газа включает три основных вопроса: факторы, вызывающие миграцию; состояние, в котором флюиды перемещаются; масштабы (расстояния) миграции.
8.1. Первичная миграция нефти и газа
Нефть и газ способны свободно мигрировать в породах земной коры, и место современного их нахождения, как правило, не является местом их образования. Они могут перемещаться вследствие явлений фильтрации и всплывания, а также вследствие вытеснения из пород под действием различных факторов (уплотнения и деформации пород, тектонических нарушений и др.).
По отношению к нефтегазоматеринским толщам различают первичную и вторичную миграцию (рис. 8.2).
Процесс перехода углеводородов из пород,
в которых они образовались (нефтегазопродуцировавших), в коллекторы получил название первичной миграции. Миграция газа и нефти вне материнских пород называется вторичной миграцией
И.M. Губкин представлял первичную миграцию как вынос углеводородов из материнских пород водой в виде мельчайших капелек. Согласно современным представлениям, первичная миграция углеводородов осуществляется в виде:
водных молекулярных растворов,
миццелярных растворов,
газовой фазы.
При рассмотрении возможностей первичной миграции наибольшее внимание уделяется гипотезе о выносе углеводородов в виде растворов.
Первичная миграция протекает по следующей схеме:
После накопления пород с высокой биопродуктивностью (органогенных или биогенных илов), начинается непрерывный процесс погружения осадков и их изменение. Образовавшиеся в стадию диагенеза нефтяные углеводороды ("юная" нефть) выжимаются вместе с водой из осадков при их уплотнении.
Изменение протекает с различной интенсивностью при невысокой, все возрастающей температуре и возрастающем давлении.
Повышение температуры обусловливает увеличение объема нефти и газа и тем самым способствует их перемещению. Движение УВ активизируется также в результате увеличения давления вследствие образования больших объемов новых веществ.
При погружении пород на большие глубины усиливается генерация газа, и первичная нефть выносится им из материнских пород в виде газового раствора или путем диффузии (65—70 % газа эмигрирует из глинистых толщ в прилегающие водоносные коллекторы путем диффузии)
Распределение нефти внутри материнской породы зависит от гидрофильных и гидрофобных свойств ее частей, т.е. от явлений смачивания и прилипания жидкостей к поверхности частиц горных пород. Весьма важную роль эти свойства играют и в процессах миграции воды и нефти.
Осадочные горные породы являются в большинстве случаев гидрофильными. Начальная стадия их образования протекает в условиях водной среды. Поэтому частицы осадочных горных пород еще до образования среди них нефти уже бывают покрыты пленкой хорошо смачивающей их воды. Эта пленка не допускает непосредственного контакта капель образующейся нефти с частицами породы.
Вода, смачивающая гидрофильную породу, под действием капиллярных сил втягивается в узкие промежутки между частицам. Нефть занимает крупные промежутки среди воды.
Перемещение нефти без воздействия посторонней силы осуществляется из более узкого промежутка в более крупный, так как узкие каналы заняты водой.
В гидрофобной породе или в породе с большим содержанием гидрофобных частиц (угли, органические вещества – парафины, воски, битумы) вода не смачивает поверхность ее частиц. Разница капиллярных сил направлена в сторону расширения промежутка, и капля воды стремится переместиться в более широкую часть пор. Нефть занимает узкие поры, вытесняя из них воду, и обволакивая частицы породы. Миграция ее сильно затруднена или может происходить только под воздействием посторонней силы (в результате сжатия глинистой породы).
В гидрофильной породе с примесью гидрофобных частиц нефть при небольшой ее концентрации будет занимать мелкие поры и миграция ее также затрудняется.
По мере уплотнения пород, содержащиеся в них вода, нефть и газ выжимаются в пласты более пористых песчаников и известняков, поровое пространство в которых при уплотнении сокращается значительно меньше, чем пористость илов и глин. Благоприятные условия для отжатия нефти создаются при высоком нефтенасыщении и повышенных температурах порядка 100—150°.
Отжимаемая из глины вода, находящаяся под большим давлением, оттесняет воду из пор коллектора. Капельки нефти, не проходящие через узкие участки пор, задерживаются в коллекторе, соединяются между собой, образуя более крупные капли. Вода, как жидкость более подвижная, по сравнению с нефтью, может двигаться как по узким, так и по широким частям пор, и будет уходить в другие участки коллектора.
Место воды занимает нефть и выделившийся из нее газ. По мере выделения из глинистой толщи новых порций нефти и газа они будут накапливаться в верхних и нижних частях пористых пластов (рис. 8.3).
При горизонтальном положении границы контакта условия для дальнейшей аккумуляции нефти и газа будут неблагоприятны: в коллекторе может скопиться только то количество нефти, которое выделилось при сжатии глинистых пород.