Глава 5 Моделирование процесса уплотнения осадочных толщ
Моделирование процесса уплотнения осадочных толщ, в частности нефтегазоматеринских (НГМТ), представленных, как правило, глинистыми или глинисто-карбонатными породами, необходим как для расчета общих масштабов эмиграции углеводородов из НГМТ, так и для определения масштабов эмиграции в выше- и нижележащий коллектор.
Процесс уплотнения сопровождается уменьшением первичной пористости НГМТ и, соответственно, отжатием из нее седиментационных вод, вместе с которыми происходит процесс эмиграции, генерированных к данному моменту, жидких и газообразных УВ.
Процессы генерации как жидких, так, в особенности, газообразных УВ приводят к увеличению общего объема суммарного органического вещества (Рис. 3). Данный процесс приводит к превышению пластового давления в НГМТ над давлением как в перекрывающем, так в подстилающем её коллекторах, что является дополнительным фактором эмиграции генерированных УВ из нефтегазоматеринской породы. Соответственно направление градиентов давлений и будет определять направления эмиграции УВ.
Для расчета масс эмигрировавших УВ из НГМТ в перекрывающий, и в подстилающем её коллекторы важно определить границу раздела, выше которой УВ эмигрируют в перекрывающий, а ниже – в подстилающем коллектор, по которым далее осуществляется вертикальная и латеральная (вторичная) миграция жидких и газообразных УВ.
Вопросы моделирования процесса уплотнения для целей количественной оценки масштабов эмиграции УВ решались с целью получения следующих величин:
1. Приближенное положение границы раздела в глинах, определяющей количество флюидов, эмигрировавших в выше- и нижележащие коллекторы;
2. Оценка объемов вод, мигрировавших при консолидации осадков по каждому из изучаемых коллекторов в отдельности и по комплексу в целом;
3. "Экспресс"- оценка суммарных объемов отжатых вод.
Для определения границы раздела эмиграционных потоков в глинах предложено следующее уравнение:
ho = 1/b * ln * (bH2 - bH1 + 2) - ln (e-bH2 + e –bH1- Kb/ KпoA
(P2 - P1) <=> ho = 1/b * ln(2 + b * (H2 - H1))
ln(e-bH2 + e-bH1 - Kb/*KпoA * (P2 –P1))
где: ho – положение границы раздела; А – скорость осадконакопления; Н1 и Н2 – соответственно глубины залегания кровли и подошвы глин; Р1 и Р2 – давления соответственно в
Рис. 3 Увеличение общего объема органического вещества и образующихся из него флюидов по мере созревания материнских пород.
кровле и подошве глин приведенные к уровню распространения нормальных гидростатических Рпл.; К - проницаемость глин; - вязкость седиментационных вод.
При отсутствии разницы давлений в коллекторах Р2 = Р1 граница раздела определяется как:
ho = (H1 + H2) * ln(2 + b * (H2 - H1)
При Р1 Р2 поверхность раздела будет занимать другое положение. В зависимости от величины Р2 - Р1 = Р возможны ситуации существенного смещения границы раздела от средней линии и даже, при соответствующих Р, весь отток может происходить, например, только в верхний коллектор. В другом случае, когда генерирующая толща перекрывается слбопроницаемой покрышой, например соленосными отложениями, весь поток эмиграции УВ может быть направлен только в подстилающий коллектор.
Расчеты показывают, что на глубинах более 1 км достаточно даже небольшой разницы Р (1-2 МПа), чтобы вызвать существенное перемещение границы раздела.
Приводится упрощенный способ оценки объема отжатых из материнских пород пластовых водВ первом приближении можно принять, что разница палеообъема n-го слоя (Vnпалео) (или его элемента) в пределах зоны (или ее участка) и его современного объема Vnсовр соответствует объему отжатых вод (Q) за заданный период времени, т.е. при
Vnпалеоn = hnпалео * Sz и
Vnсовр = hnсовр * Sz,
где Sz - площадь зоны подсчета (или ее участка)
Qn = Vnпалео - Vnсовр
Соответственно полный отток в пределах зоны (или ее участка) можно определить из суммы оттоков по каждому из n-слоев:
n
Q = Qn
i=1
Простота подобного приема очевидна и позволяет провести экспресс-оценки общего количества отжатых вод в разрезах любой сложности. Аналогичным образом проводятся упрощенные экспресс-расчеты, если интервал времени задается от t1-палео до t2-палео. В этом случае, для t2 < t1, вместо Vnсовр. рассчитывается объем слоя в момент времени t2.
Довольно часто, в случае нормального – гидростатического распределения давления по глубине в целом для разреза или большой его части, применяется упрощенный вариант определения границы раздела в НГМТ. В частности принимается, что из верхних 2/3 части разреза генерирующей толщи эмиграционный поток УВ поступает в перекрывающий коллектор, а 1/3 в подстилающий.