ЛОВУШКИ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ЗАЛЕЖИ СКОПЛЕНИЯ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ЛЕКЦИЯ 11

ЛОВУШКИ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ЗАЛЕЖИ – СКОПЛЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА

Ловушки

Ловушкой называют объем пород, способный вместить нефть и/ или газ вне зависимости от её формы и условий возникновения, но при наличии способности к аккумуляции и консервации нефти и газа в ней. Породы-коллекторы, как правило, деформированы и ограничены непроницаемыми породами (покрышкой) таким образом, что возникает ловушка, в которой и аккумулируются УВ-флюиды. Чтобы не происходила их утечка, контакт пористых пород-коллекторов и непроницаемой покрышки должен быть изогнут и обращен выпуклой стороной вверх (антиклинальная ловушка). Такой благоприятный для аккумуляции нефти и газа участок структуры (container) называют ловушкой (trap), а часть ловушки, содержащую нефть и газ – резервуаром (reservoir). Резервуары могут быть образованы разными породами, иметь различную форму, размеры и происхождение. С любой ловушкой всегда связана залежь нефти и/или газа. Залежь нефти и/или газа всегда «ищет» удобную для себя ловушку. Ловушка – структурная форма, которую принимает та или иная часть коллектора, благодаря чему создаются условия для формирования залежи УВ. Любой отдельно взятый резервуар неповторим в деталях, однако могут быть подмечены и общие черты сходства, характеризующие особенности резервуаров.

Первым существенным элементом резервуара является наличие породы-коллектора, вторым — сообщающегося порового пространства, третьим — ловушки. Сообщающиеся поры в коллекторе должны в совокупности удерживать и накапливать нефтяную залежь. Различаются коллекторы и ловушки (как резервуары), в которых могут скапливаться или уже скопились нефть и (или) газ. По И.О.Броду и Н.А.Ероменко, наоборот, ловушка является частью резервуара. Последний же представляет собой вместилище для флюидов, образованное коллектором, ограниченной покрышками.

Природные резервуары - геологическое тело определенной формы, во всем объеме которого происходят циркуляция флюидов и их дифференциация с выделением скоплений нефти /газа в определенных местах – ловушках.

Нефтегазопоисковые работы направлены на прогноз и выявление ловушек в потенциальных коллекторах, так как ловушка

соответствует месту, где нефть и газ, если только они присутствуют, формируют залежи.

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Наиболее простым и распространенным способом превращения проницаемой глубинной формации в ловушку является образование антиклинали. Из обычных ловушек легче всего картируется антиклиналь. Тесная связь нефтегазовых залежей с антиклинальными складками была обнаружена на раннем этапе развития нефтегазовой геологии и добывающей промышленности и послужила обоснованием к развитию давно известной антиклинальной теории залегания нефти и газа. Повсеместно велись поиски антиклиналей и куполов для постановки на них разведочного бурения, исключая почти полностью все другие виды ловушек. Антиклинальная теория играла преобладающую роль в поисках нефти.

На территории России подавляющее большинство антиклинальных ловушек, особенно простых и в верхних горизонтах чехла, выявлено и разведано. Наступила пора открытия и освоения новых нефтегазогеологических объектов, связанных с обнаружением сложных резервуаров, продуктивность которых определяется неоднородностью НГК и, прежде всего, характером распределения коллектора. В пределах НГК продуктивные пласты имеют не только некоторые общие внутренние свойства, но сходны и формами тел (пласты, линзы, различные выступы-блоки, штоки и др.), которые они образуют в геологическом разрезе. Форма тел зависит от обстановки, в которой эти породы образовались. Решающим фактором нефтегазоносности становится неоднородность распределения коллекторов, контролируемая блоковым строением и, соответственно, генетически разнотипными ловушками.

Классификации ловушек нефти и газа

Предложены многочисленные классификации ловушек нефти и газа. Классификация Клаппа содержала следующие основные рубрики: 1) антиклинальные структуры; 2) синклинальные структуры; 3) гомоклинальные структуры; 4) куполовидные структуры или «купола»; 5) несогласия; 6) линзы песчаных пород; 7) трещины и пустоты независимо от их структурного положения; 8) структуры, обусловленные дизъюнктивными нарушениями. Хирой подразделяет ловушки на: 1) седиментационные, 2) диагенетические, 3) деформационные. Вильсон выделяет:1) закрытые коллекторы: а) закрытые локальной деформацией слоев; б) изолированные вследствие изменения пористости пород (для их формирования не требуется никакой деформации слоев, кроме региональ наклона); в) изолированные благодаря сочетанию складок и изменений пористости пород; г) изолированные благодаря сочетанию дизъюнктивных нарушений и изменений пористости пород и 2) открытые резервуары (не имеют промышленного значения). Хилд

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

различает две группы резервуаров: 1) изолированные локальными деформациями слоёв; 2) изолированные вследствие изменения проницаемости пород. Вилхелм сделал попытку учесть все факторы, принимающие участие в формировании ловушки. Основными подразделениями этой классификации являются: 1) ловушки, связанные с выпуклостью слоёв; 2) ловушки, связанные с изменениями проницаемости пород; 3) ловушки, связанные с выклиниванием коллектора; 4) соляные ловушки; 5) диапировые ловушки.

Приводимые классификации наглядно отражается смещение различных понятий в зарубежной нефтегазовой геологической науке, которое, к сожалению, до сих пор имеет место быть и в российской литературе.

//Вильсон, Хилд приравивают ловушки к природным резервуарам; Клапп, Вилхелм рассматривают ловушки для залежей нефти и газа наравне со структурными элементами контролирующими нефтяные и газовые месторождения//.

Ни одна из перечисленных классификаций не является полностью исчерпывающей, поскольку существует множество уникальных по своей природе ловушек, которые в совокупности не могут быть отражены даже в самой подробной классификационной схеме.

A.I. Levorsen (Geology of Petroleum, 1967.) рассматривает следующие типы ловушек: пластовые и структурные ловушки, связанные с образованием складок, сбросов, трещин. Этим типам ловушек он придает определяющее значение.

//Из всех основных элементов природного резервуара до начала бурения легче всего поддается определению наличия ловушек, связанных со структурными особенностями залегания коллекторов. Структурно-геологические исследования могут осуществляться различными методами: геологическим картированием, мелким колонковым бурением, подземным картированием и геофизческой съмкой. ….наиболее ценные сведения подтверждающие предшествующее прогнозирование, дает структурное картирование; оно становится основой прогнозирвания в тех случаях, когда ловушки контролируются деформациям, содержащих коллекторы отложений//.

Предлагаемая схема проста и охватывает большинство типов ловушек, вмещающих промышленные запасы нефти и газа. По этой классификации все ловушки делятся на три основных типа:

1)структурные ловушки;

2)стратиграфические ловушки;

3) ловушки, представляющие собой комбинацию первых двух типов.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Каждый из приведенных типов ловушек может быть дополнен параметрами, учитывающими их индивидульность. Классификации должны быть понятными и простыми – это обеспечит их универсальность и жизненность.

Структурная ловушка имеет куполовидное поднятие верхней поверхности горной породы в результате местной деформации, например, складкоили сбросообразования, либо их комплекса. Граница залежи внутри структурной ловушки определяется всецело или частично пересечением поверхности подпирающего зеркала воды с покрышкой, налегающей на деформированную породуколлектор.

Стратиграфическая ловушка характеризуется тем, что основной фактор формирования ловушки представляет собой некоторое изменение стратиграфии или литологии, или обоих параметров в породе-коллекторе, например, изменение фаций, местное изменение пористости и проницаемости или исчезновение вверх по структуре породы-коллектора, вне зависимости от причины этого явления. Пространственная протяженность залежи в стратиграфической ловушке определяется полностью или в значительной степени каким-нибудь стратиграфическим типом, приуроченным к породе-коллектору. Залежь может покоиться на подпирающем зеркале вод, горизонтальном или наклонном, или заполнять поровое пространство породы-коллектора в отсутствии подстилающей воды.

Ловушки-комплексы (комбинированные). Между описанными крайними типами ловушек существует почти полный переход: наблюдаются ловушки, представляющие почти всевозможные комплексы структуры и стратиграфии. Ловушку, в которой явным существенным фактором является структура или стратиграфия, можно легко классифицировать как структурный или стратиграфический тип. Однако по мере приближения к промежуточной стадии все труднее становится определение относительного значения каждого из этих типов. В этой промежуточной группе ловушки, образованные структурными или стратиграфическими факторами в грубо равных пропорциях, лучше всего относить к ловушкам комбинированного типа.

Когда говорят о «ловушке», имеют обычно в виду на практике границы слагающей ее породы. Термины «структурная ловушка», «стратиграфическая ловушка», «антиклинальная ловушка» или «комплексная ловушка» применяются для объяснения условий их образования. Положение залежи в ловушке зависит от течения подпирающей воды. Там, где течение воды отсутствует, залежь заключена в наиболее приподнятой части ловушки. Если вода находится в движении, залежь может смещаться на различные расстояния по склону ловушки. Течение воды определяется по

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

гидравлическому градиенту в данном районе. Поэтому даже при условии существования ловушки последняя может оказаться неэффективной в зависимости от характера жидкости, условий температуры и давления в настоящее время или в геологическом прошлом.

Большая часть запасов нефти и газа была встречена в ловушках, которые можно отнести целиком или частично к структурным. Наиболее важными особенностями структурных ловушек являются чрезвычайное разнообразие структурных условий, слагающих ловушки, а также протяжение структурных ловушек по вертикали через мощные отделы предполагаемых продуктивных горных пород.

Наиболее успешным методом определения местоположения ловушек является структурное картирование всех видов: картирование поверхности земли, подземное, колонковое бурение и геофизическое. Каждый из этих методов направлен к обнаружению местных высоких структурных условий в породах-коллекторах, которые могли бы оказаться ловушками с заключенными в них нефтяными или газовыми залежами. В местах, где залегают чистые, простирающиеся на большой площади, песчаные покровы, региональное падение имеет крутой угол, а там, где известны пологие пьезометрические поверхности, структурные ловушки должны обладать обычно большой структурной амплитудой, чтобы быть эффективными по нефтесодержанию. В линзовидных и изменчивых породах-коллекторах достаточна незначительная местная деформация. Оба эти условия могут осуществляться на одной и той же площади, где залегают различные породыколлекторы.

Залежь нефти и/или газа – естественное локальное единичное скопление УВ в проницаемых пористых или трещиноватых породах-коллекторах ловушек различного типа. Почти всегда залежь нефти и/или газа находится под напором краевой или подошвенной

воды. Размеры залежей и их формы определяются масштабами и морфологией ловушек. В залежах разделение флюидов происходит по гравитационному признаку – газ, нефть, краевая или подошвенная воды, которые их подстилают. При таком соотношении газа, нефти и воды залежь называется нефтяной с газовой шапкой. Если же нефтяная часть залежи значительно меньше газовой, залежь называется газовой с нефтяной оторочкой.

В недрах встречаются чисто газовые залежи, когда газ непосредственно контактирует с водой, или чисто нефтяные, когда отсутствуют свободные скопления газа. Соответственно выделяются и границы разделов (контактов): газоводяной (ГВК), ГНК и ВНК. По составу флюидов залежи делятся на нефтяные, нефтяные с газовой

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

шапкой, нефтегазовые, газовые с нефтяной оторочкой, газоконденсатные, газоконденсатнонефтяные, нефтегазоконденсатные, газовые и другие.

Залежь нефти и газа надо рассматривать как «неоднородность» (вертикальную, горизонтальную), которая фиксируется в геологической среде, выражена морфологически, проявляется и регистрируется в геохимических и геофизических полях.

Залежь УВ – это тело физически и химически отраженное в окружающей среде, как на глубине (в недрах земной коры), так и на дневной поверхности Земли.

Залежь УВ – «объект», который благодаря своим миграционным свойствам проявляется в геологическом пространстве.

Залежь УВ формируется в соответствии с дискретным развитием земной коры, которое характеризуется сложным сочетанием тектонических движений, запечатленном в современном строении территории (акватории).

Залежь нефти и газа фиксируется в:

*морфоструктуре («геология» еще не успела отреагировать, а растительность, например, уже «проявила» растущую структуру – складку, разлом и т.п.);

*геологической структуре – складчатой, разломной, разломно- складчато-блоковой (соответственно формируются ловушки антиклинального и неантиклинального типов во всем их многообразии);

*геохимической среде – углеводороды отчетливо фиксируются в водоемах и водотоках, снежном покрове, почвенном слое, растительности и атмосфере;

*геофизических полях, которые исследуются разными геофизическими методами (гравиметрия, магнитометрия, электро- и сейсморазведка и др.).

Залежи нефти и газа – главное, что их отличает от залежей (месторождений) других полезных ископаемых (рудных, нерудных, твердых каустобиолитов) – это нестабильность местоположения, нефть и газ перемещаются туда, где условия для их накопления благоприятны. Сама залежь формируется только при условии ее сохранности. Поэтому, по мнению А.А.Бакирова и др. ( 1987) лучше

говорить о местоскоплении нефти и газа и не употреблять термин «месторождение», хотя последний привычнее и укрепился в литературе.

Местоскопление нефти и газа – это ассоциация (совокупность) единичных их скоплений (залежей), приуроченных к одной или нескольким естественным ловушкам, расположенным на одной локальной площади. Другими словами, местоскопление – это участок земной коры определенного геологического строения, содержащий в

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

себе залежь нефти и/или газа. Местоскопление – это совокупность залежей нефти и/или газа, а не совокупность пластов, насыщенных нефтью и/или газом.

Многочисленные и разнообразные природные скопления нефти и газа классифицируются в нескольких аспектах:

*по групповому углеводородному составу нефтей;

*по описательным, генетическим и техническим признакам природных газов;

*по физическому состоянию углеводородов;

*по фазовому состоянию углеводородов;

*по сложности строения резервуаров (ловушек) нефти и газа; * по приуроченности залежей нефти и газа к различным

тектонотипам;

*по стратиграфическому распределению углеводородов.

Существуют и другие классификации, например, учитывающие естественный ряд нафтидов: НЕФТИ – МАЛЬТЫ –

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В зависимости от группового состава УВ выделяются классы и промежуточные типы нефтей: метановые – метаново-нафтеновые – нафтеновые - нафтеново-ароматические – ароматические.

Классификации залежей по составу природных газов.

Главными признаками описательных классификаций являются местоположение, физическое состояние и состав природных газов. В генетических классификациях газовые смеси различают по их происхождению. Отличительными признаками служат либо источники этих компонентов (органогенные, литогенные и т.п.), либо процессы, обеспечивающие их генерацию (биогенные, метаморфогенные и т.д.), либо и то и другое.

Технические (промышленные) классификации делят природные газы по их товарным качествам – по теплоте сгорания и по содержанию разных компонентов (гелиеносные, сероводородные и т.п.) .

Среди природных газов осадочной толщи, образующих промышленные скопления, выделяются сухие и жирные газы.

Примеры жирного и сухого газа (в %) за вычетом N2 , CO2 и H2S

Классификация залежей УВ по их фазовому состоянию. По фазовым соотношениям УВ, содержащихся в залежи, различаются семь типов скоплений:

-Нефтяные залежи содержат скопления нефти с растворенным в ней газом. Содержание такого растворенного газа составляет обычно от 10 до 60 м3/м3, но в некоторых случаях может достигать и 500 м3/м3.

-Нефтегазовые – имеют в своем составе газовую шапку с нефтяной оторочкой; содержат скопления газа, подстилаемые нефтью на всей ее площади или частично. По составу газ является жирным - содержит тяжелые гомологи метана.

-Газонефтяные - представляют собой нефтяные скопления с газовой шапкой, при этом геологические запасы нефти составляют более половины от начальных суммарных ресурсов (НСР) УВ. Такой тип местоскоплений является одним из наиболее распространенных в большинстве нефтегазоносных провинций Мира.

-Газонефтеконденсатные - в газовой залежи растворено значительное количество жидких УВ.

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-Нефтегазоконденсатные - отличаются от собственно газоконденсатных наличием в нижней части резервуара жидких УВ, представляющих собой легкую нефть.

-Газоконденсатные - представляют собой скопления жирного газа и растворенных в нем более тяжелых УВ (С5Н12 и выше). Содержание стабильного конденсата может значительно изменяться и по площади крупных залежей: от 100-130 до 350-500 см3/м3.

-Газовые - нефть отсутствует, или образует оторочку, в количестве, не имеющем промышленного значения; содержат широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ) (этан, пропан и др.). Газовые залежи могут содержать сероводород, углекислый газ, азот и, в небольших количествах, инертные газы, в т.ч. гелий.

Классификация месторождений нефти и газа по величине извлекаемых запасов нефти и геологических запасов газа *)

*) Приложение 3 к Приказу МПР России от 7 февраля 2001г. №126 «Временная классификация запасов месторождений, перспективных и прогнозных ресурсов нефти и горючих газов [10].

Определение «мелкое», «среднее», «крупное», «уникальное» для месторождения сразу фиксирует разную его привлекательность для инвесторов.

Для газа учитывается его общее количество в объеме залежи - геологические запасы. В России они исчисляются в тысячах кубических метров; за рубежом, например, в США подсчитываются в тысячах кубических футов. В пересчете на «условное топливо» (УТ), 1000 м3 газа примерно соответствуют 1 т нефти. Запасы и добыча нефти исчисляются в России в тоннах, а в большинстве зарубежных стран - в баррелях. Баррель - это единица объема, не массы: 1 баррель =159 литрам. Для нефти разного типа он будет весить от 110 до 150 кг. Для сортов нефти, которые экспортирует Россия: 1 тонна нефти = 7,3 барреля.

В разных странах и в разных провинциях представления о том, какое месторождение следует считать мелким или крупным, существенно различаются. В США «уникальной» в настоящее время считается нефтяная залежь с извлекаемыми запасами в 100 млн. баррелей. По российским меркам — это 15-16 млн. т - месторождение среднее, близкое к мелким.

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

По сложности геологического строения выделяются залежи трех групп:

-простого строения - однофазные залежи, связанные с ненарушенными или слабо нарушенными структурами, продуктивные пласты характеризуются выдержанностью толщин и коллекторских свойств по площади и разрезу;

-строения - одно- и двухфазные залежи, характеризующиеся невыдержанностью толщин и коллекторских свойств продуктивных пластов по площади и разрезу или наличием литологических замещений коллекторов непроницаемыми породами, либо тектонических нарушений;

-очень сложного строения - одно- и двухфазные залежи, характеризующиеся как наличием литологических замещений или тектонических нарушений, так и невыдержанностью толщин и коллекторских свойств продуктивных пластов.

Классификация залежей нефти и газа по их приуроченности к различным тектонотипам на территории России и континентальном

шельфе. В НГБ России выделяются залежи нефти и газа разных типов. НГБ (осадочно-породные бассейны - ОПБ) контролируются определенными тектоническими структурами земной коры – тектонотипами.

Тектонотип - термин для обозначения самостоятельного типа структур земной коры, имеющие только им присущие особенности тектонического развития и современного строения. Разные тектонотипы характеризуются различными масштабами нефтегазоносности, составом залежей, вертикальным диапазоном их распространения и другими особенностями нефтегазоносности. Непрерывный ряд геоструктур земной коры, выделяемых в качестве тектонотипов, от наиболее стабильных до наиболее подвижных выглядит следующим образом:

1)платформенные области (древние, молодые, авлакогены);

2)краевые системы (с разновидностями: полная краевая система, редуцированная,

краевые системы перед герцинидами, альпидами);

3)подвижные области (межгорные впадины, внутренние впадины и прогибы, синклинории, фронтальные и тыловые прогибы, современные геосинклинали).

Уровень удельных запасов УВ наиболее высок в объектах, связанных с подвижными областями (36 тыс. т/км3), наименьший – во внутриплатформенных бассейнах (9,8 тыс. т/км3) и в бассейнах эпиплатформенных орогенов (9,6 тыс. т/км3), средними удельными запасами располагают краевые системы.

10