vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ЛЕКЦИЯ 6

Зоны нефтегазонакопления

Понятие зоны нефтегазонакопления

Существенное повышение эффективности поисков УВ может быть достигнуто изучением не только традиционных локальных антиклинальных структур, но и изучением локальных неантиклинальных объектов не самих по себе, а как составных частей систем – зон нефтегазонакопления (ЗНГН).

ЗНГН – определенная система ловушек, которая служит объектом поисковых работ.

Нефтегазоносные зоны (НГЗ), приуроченные к поднятиям, могут точно совпадать с ЗНГН, которые часто выделяются в пределах всего осадочного чехла. Но, чаще, эти зоны не совпадают; отклонение тем сильнее, чем больше влияние свойств пород на размещение залежей в конкретных интервалах разреза.

Обычно ЗНГН выделяются в нефтегазоносных комплексах (НГК)

– мощных и относительно гидродинамически изолированных толщах осадочных пород, характеризующихся единством условий нефтегазонакопления.

Внекоторых НГБ интервал разреза, включающего ЗНГН, может возрастать и достигать (захватывать) не только базальные горизонты чехла, но и породы фундамента. В других НГБ ЗНГН может сужаться до одного продуктивного пласта.

ВСША поисковым региональным объектом является часть продуктивного разреза, приуроченная к однородному резервуару, перекрытому надежной покрышкой, с однородными флюидными и инженерными условиями, примыкающая к области генерации в период миграции из последней.

Вперспективном разрезе может оказаться несколько этих самых частей, не совпадающих друг с другом по площади и в разрезе. Поэтому точное изображение ЗНГН возможно только на отдельных картах отдельных нефтегазоносных толщ в изученном разрезе. На сводных же картах неминуемо выделяются отдельные пятна и полосы причудливых очертаний, ограничивающие площади нефтегазонакопления во всем осадочном чехле. Последние и следует рассматривать как крупнейшие ЗНГН.

Формированию ЗНГН как таковых способствует определенное дифференцированное (ступенчатое) расположение различных блоков земной коры друг относительно друга, сложившееся в эпоху активной работы очага нефте- и газообразования (ОНГО).

ЗНГН соответствуют определенной системе ловушек, в качестве которой могут быть выделены:

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

группа поднятий;

зона регионального стратиграфического несогласия, связанная с длительными размывами и включающая серию срезанных эрозией проницаемых пластов, перекрытых покрышками;

зона регионального литологического выклинивания, связанная со сменой песчаной формации краевого прогиба песчаноглинистой платформенной формацией и также включающая серию выклинивающихся проницаемых тел;

зона повышенной песчанитости (речные отложения);

группа палеоподнятий, позднее расформированных (погребенных);

приразломная зона, сопровождающаюся интенсивными трещиноватостью и выщелачиванием;

газогидратная и подгидратная (криогенная) зона;

зона на перегибе крутой моноклинали, где мощный

инфильтрационный поток создает региональный гидродинаический барьер.

Возможно обнаружение неизвестных нам экранированных коллекторских систем, физическое состояние которых благоприятно для аккумуляции УВ. Каждая система характеризуется преобладанием ловушек определенного типа.

Не всякая система ловушек является ЗНГН. Наличие залежей нефти и газа определяются этапами: генерации, миграции, аккумуляции и консервации (сохранности).

Однако поскольку выделение ЗНГН производится только в пределах перспективных территорий, два первых этапа можно не рассматривать. Тогда степень обогащенности ЗНГН относительно смежных территорий и характер распределения залежей определяются исключительно условиями аккумуляции и сохранностью залежей в ходе последующей истории развития территории.

Если систему ловушек характеризует неоднородность пород по физическим параметрам (пористости и проницаемости), то механизм аккумуляции определяется свойствами заключенных в поровом пространстве флюидов.

ЗНГН – система ловушек, локализованных в нефтегазоносном бассейне (чаще всего в НГК), характеризующаяся общностью механизма аккумуляции УВ.

Предложенное определение позволяет выделять ЗНГН в разнообразных НГБ, типизировать их и целенаправленно проводить изучение и опоискование.

Главная закономерность формирования ЗНГН – наличие горизонтальной и вертикальной неоднородностей в физических свойствах пород и заключенных в их поровом пространстве флюидов,

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

которая обусловливает дискретную концентрацию залежей нефти и газа внутри перспективной части НГБ.

Модели зон нефтегазонакопления и их типизация

ЗНГН выделяются в пределах НГК. Интервал разреза, в котором фиксируется ЗНГН, определяется особенностями НГК, выделяемых в разрезе НГБ. Отсюда следует, что классификация ЗНГН должна опираться на классификацию НГК. Основой типизации НГК является вертикальная и горизонтальная неоднородность физических свойств пород, определяющая характер миграции УВ и их аккумуляции в залежах. Эта неоднородность контролируется первичными и вторичными признаками.

По первичным признакам обособляются три группы НГК:

существенно терригенные с высокой песчанитостью (25-50%)

исоответственно с широким проявлением латеральной миграции флюидов;

существенно карбонатные и существенно глинистые с низкой песчанитостью (10-25% и меньше) и ограниченными возможностями латеральной миграции;

сложенные сильно и очень сильно уплотненными породами. Выделенные группы НГК принципиально отличаются по

соотношению тектонических и литологических факторов, контролирующих залежи УВ.

ВНГК первой группы морфология современной структуры практически полностью определяет особенности размещения залежей. Латеральная миграция УВ обусловливает преимущественное скопление их в антиклинальных структурах.

ВНГК второй и третьей групп литологический фактор всегда

существенный. При выделении ЗНГН в них надо обязательно учитывать и современную структуру, и особенности распределения коллекторов.

В НГК второй группы доля первичных коллекторов небольшая, но она достаточна для размещения больших запасов УВ. Сложные по морфологии песчаные тела весьма осложняются вторичныи процессами. Песчаные тела, приуроченные к русловым, дельтовым, баровым отложениям, органогенные постройки в карбонатных породах служат основными элементами зон нефтегазоносности (ЗНГ). С перерывами связано и формирование зон стратиграфического выклинивания – важнейших элементов ЗНГН. Связь залежей с современной структурой существенна – размещение фаций и коллекторов тесно связано с конседиментационной структурой, а сильное отклонение современной структуры от конседиметационной для слабо и умеренно уплотненных толщ отмечается редко.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ВНГК третьей группы литологический контроль нефтегазоносности превышает роль современной тектонической структуры. Структурный контроль залежей наблюдается только в тех ЗНГН, где современные поднятия совпадают с площадями развития эффективных коллекторов. Это типично для ЗНГН с унаследованным развитием, в которых к сводам конседиментационных поднятий приурочены лучшие первичные коллекторы. В целом, даже в пределах унаследованных крупных поднятий, залежи обычно сильно смещены относительно сводов, а совпадение залежей с локальными современными структурами представляет исключение.

Рассматриваемые группы НГК принципиально отличаются по механизму аккумуляции нефти и газа.

ВНГК первой группы аккумуляция УВ происходит путем гравитационного всплывания в воде за счет вертикальной миграции или восходящей латеральной миграции(существенное значение приобретает гидродинамический режим аккумуляции).

Для НГК второй группы также типично всплывание УВ в воде. Однако при плохой и меняющейся во времени связи между проницаемыми телами всплывание происходит пульсационно.

НГК третьей группы свойственен компрессионный режим. Классификации зон нефтегазонакопления проведены по группам

НГК. 1. Классификация ЗНГН в НГК с однородными коллекторами:

*Неритмичное чередование проницаемых и изолирующих тел:

-антиклинали на валах и сводах.

Ритмичное чередование проницаемых и изолирующих тел:

-цепочки антиклиналей по линиям максимальных градиентов углов наклона структур поверхности;

-ловушки в зонах регионального выклинивания (ЗРВ):

-ЗРВ на склонах внутренних поднятий;

-ЗРВ на пологих внешних моноклиналях;

-ЗРВ на крутых внешних моноклиналях (предгорные прогибы).

2.Классификация ЗНГН в НГК с первично неоднородными

коллекторами:

* Преимущественно карбонатные разрезы: = ловушки в карбонатных породах:

-органогенные постройки;

-палеокарст, связанный с перерывами.

=ловушки в песчаных породах:

-зоны повышенной песчанитости (бары, пляжи и т.д.);

-зоны стратиграфического выклинивания песчаных тел.

Преимущественно глинистые разрезы:

= ловушки в зонах повышенной песчанитости (русла, дельты, бары)

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

= ловушки в зонах литологического выклинивания песчаных тел.

3.Классификация ЗНГН в НГК с вторично неоднородными

коллекторами:

* Распределение коллектора связано с дифференциальным уплотнением пород:

= ловушки в зонах палеоподнятий (ЗП):

-унаследованные ЗП;

-расформированные ЗП;

-ЗП, инверсировавшие в предгорных прогибах.

=ловушки в зонах с повышенной долей первичных коллекторов, часто осложненных зонами выклинивания.

Рапределение коллекторов связано с вторичным пустотообразованием:

=ловушки в зонах повышенной трещиноватости и выщелачивания карбонатов;

=ловушки в зонах наложенного эпигенеза в песчаниках;

=ловушки в зонах повышенной преобразованности ОВ в

Методика картирования зон нефтегазонакопления

Карты ЗНГН составляются для разных частей разреза и разных районов. Единой методики нет. Предпочтительна методика, основанная на рассмотрении тектонических и литологических критериев нефтегазоносности.

Тектонические критерии - на картах показывают контуры современных и древних поднятий, их интенсивность, углы региональных уклонов, основные направления миграции и другие показатели.

Литологические условия – выделяются региональные, субрегиональные и зональные покрышки, территории с улучшенными свойствами первичных коллекторов, зоны уплотнения, основные зоны регионального выклинивания проницаемых тел. На основе названных критериев и показателей нефтегазоносности оконтуриваются ЗНГН и фиксируются преобладающие типы ловушек.

Методика апробирована в ряде районов Восточной и Западной Сибири, а также Тимано-Печорской НГП.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Зоны нефтегазонакопления – объекты локального прогноза

Локальный прогноз – прогноз в пределах ЗНГН пространственного распределения ловушек и ресурсов УВ в них. На этапе, когда объектами прогноза являются локальные поднятия, задача сводится либо к количественной оценке ресурсов этих поднятий, либо к их делению на продуктивные и пустые. В соответствии с прогнозом ставятся поисково-оценочные работы, ориентирование на разбуривание наиболее перспективных поднятий в пределах ЗНГН.

Современный этап, характеризующийся переходом на малоамплитудные поднятия и неантиклинальные ловушки, принципиально отличается от предыдущего усложнением условий работ на нефть и газ.

Дальнейшая разработка этого важнейшего направления – основа прогноза, картирования и изучения ЗНГН.

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВИДЫ И ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Ресурсы УВ в недрах огромны, но лишь малая их часть, относимая к традиционным, изучается. За пределами исследований, поиска и освоения остается резерв ресурсов нетрадиционного УВ сырья, по объему на 2-3 порядка превышающий традиционный, но все еще мало изученный. Так, ресурсы метана в гидратном состоянии, рассеянного только в донных отложениях Мирового Океана и шельфов на два порядка (в нефтяном эквиваленте) превышают традиционные ресурсы УВ. Около 8-104 млрд. т н. э. метана содержатся в водорастворенных газах подземной гидросферы, причем только в зоне учета ресурсов УВ - до глубин 7 км. Огромны объемы практически разведанных ресурсов нефтяных песков - до 800 млрд. т н. э. в отдельных регионах мира - Канада, Венесуэла, США и другие [].

В отличие от подвижной в недрах, традиционной части ресурсов нефти и газа, извлекаемых современными технологиями, нетрадиционные ресурсы плохо подвижны или неподвижны в пластовых условиях недр. Для их освоения нужны новые технологии и технические средства, увеличивающие себестоимость их поиска, добычи, транспорта, переработки и утилизации. Не все виды нетрадиционного сырья ныне технологически и экономически доступны к промышленному освоению, но в энергодефицитных регионах, а также в бассейнах с истощенными добычей запасами и развитой инфраструктурой отдельные виды нетрадиционного сырья могут стать основой современного эффективного топливно-

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

энергетического обеспечения.

Основной прирост традиционных запасов нефти и газа в мире и, особенно, в России идет ныне на территориях с экстремальными условиями освоения - Арктика, шельфы, удаленные от потребителей географо-климатически неблагоприятные регионы и другое. Затраты на их освоение столь велики, что, в период перехода на новые сырьевые базы, освоение нетрадиционных резервов сырья, окажется не только неизбежным, но и конкурентноспособным [].

Важность всестороннего и своевременного изучения нетрадиционных ресурсов УВ особенно очевидна, если учесть, что более половины всех учтенных, в качестве традиционных, запасов нефти в России, представлены их нетрадиционными видами и источниками. Следовательно, нельзя считать корректным тот уровень обеспеченности запасами нефтедобычи в России, который ныне рассматривается на основе суммы традиционных и нетрадиционных запасов, поскольку значительные их объемы не отвечают условиям рентабельного освоения.

Любая нефтегазоносная провинция в ходе освоения подходит к стадии истощения. Своевременная подготовка к разработке дополнительных резервов в виде нетрадиционных источников УВ позволит длительное время поддерживать уровень добычи с рентабельными экономическими показателями. В настоящее время степень выработанности большинства крупных разрабатываемых месторождений в России, в основном, превышает 60% и, примерно 43% общей добычи осуществляется из крупных месторождений со степенью выработанности 60-95%. Современная добыча нефти в России ведется в регионах с высокой степенью истощения запасов. Переход на освоение новых сырьевых баз в арктических и восточных акваториях, требует резерва времени и сверхнормативных капитальных затрат, к которым экономика России ныне не готова. Одновременно во всех НГБ, даже с глубоко истощенными запасами, имеются значительные резервы нетрадиционных ресурсов УВ, рациональное и своевременное освоение которых позволит поддержать уровень добычи. Достигнутый в мире прогресс в технологиях добычи нефтегазового сырья допускает освоение нетрадиционных видов и источников УВ, со стоимостью эквивалентной стоимости сырья на мировом рынке [].

Исследования ВНИГРИ показали значительные резервы ресурсов нефти и газа в нетрадиционных источниках и резервуарах. Их изучение и освоение позволит заполнить ту неизбежную паузу в обеспечении нефте-, а затем и газодобычи, которая неизбежно возникнет до ввода в освоение новых сырьевых баз в экстремальных по условиям освоения регионах. В перспективе нетрадиционные источники и виды УВ станут основой их сырьевой базы ( см. «Сланцевый газ»). В настоящее время объемы добычи

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

нетрадиционных УВ не превышают 10% от их общемировой добычи. Прогнозируется, что к 2060 г. они будут обеспечивать более половины всей добычи УВ [].

В настоящее время первоочередными для освоения нам представляются следующие виды и источники нетрадиционного углеводородного сырья:

1. Тяжелые нефти; 2.Горючие «черные» сланцы;

3.Низкопроницаемые продуктивные коллекторы и сложные нетрадиционные резервуары;

4. Газы угольных бассейнов.

Тяжелые нефти

Тяжелые (ρ>0,904 г/см3) вязкие и высоковязкие (>30 мПа-с) нефти занимают особое место среди нетрадиционных источников УВ. Скопления их наиболее хорошо изучены методами нефтегазовой геологии вплоть до эксплуатационного бурения и промышленной разработки, а запасы во многих залежах оценены по высоким (A+B+C1) категориям. Промышленные запасы тяжелых нефтей (ТН), достигающие в сумме нескольких млрд. т, выявлены во всех основных НГП Российской Федерации с падающей добычей нефти - ТиманоПечорской (16,6% от общих запасов), Волго-Уральской (26%) и Западно-Сибирской (54%). Значительные запасы (3%) имеются также в районах Северного Предкавказья и Сахалина. Существенны и общие ресурсы (запасы + прогнозные ресурсы) ТН в этих регионах, достигающие нескольких десятков млрд. т. [].

Всего в России в настоящее время открыто 480 месторождений ТН, из которых по величине запасов 1 уникальное (Русское в Западной Сибири), 5 крупнейших, 4 крупных, остальные - средние и мелкие.

Месторождения расположены в широком диапазоне глубин - от 180 до 3900 м. Температура в их пределах составляет 6-65°С, пластовое давление - 1,1-35 МПа. Большинство месторождений приурочено к антиклинальным структурам. Как правило, они многопластовые. Высота залежей - от нескольких метров до первых сотен метров.

Как и для обычных нефтей, характерна высокая степень концентрации запасов в крупных и крупнейших месторождениях. В них, в Западно-Сибирской НГП сосредоточено 90,5% запасов ТН этой провинции, Тимано-Печорской -70,5%. Волго-Уральской - 31,9%, в Северном Предкавказье - 52%, на Сахалине - 38%. Подобная закономерность характерна и для всей РФ - 72%. Основные запасы

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ТН сосредоточены на глубинах менее 1,5 км в 1-2 залежах крупных и крупнейших месторождений. Подобная асимметрия вызвана развитием исключительно терригенных коллекторов в Западной Сибири и Сахалинской области. В остальных НГП коллекторы - терригенные и карбонатные, и запасы распределены в них примерно поровну [].

Вфазовом отношении большинство залежей ТН являются чисто нефтяными. Исключение представляет Западная Сибирь, где почти все залежи (около 90% запасов) относятся к категории нефтегазовых или газовых с нефтяной оторочкой. В газе наиболее погруженных залежей отмечается присутствие конденсата, в то время как газ менее глубоких залежей преимущественно метановый "сухой".

Степень освоения месторождений ТН наиболее высокая в Краснодарском крае и Сахалинской области, где накопленная добыча ТН составляет 66-72% извлекаемых запасов. Соответственно, накопленная добыча по месторождениям Волго-Уральской НГП - 22%, Тимано-Печорской НГП - 15%, Западно-Сибирской НГП — 3%. Максимальная освоенность отмечается в тех регионах, где больше всего выработаны запасы легких и менее вязких нефтей [].

Качество запасов ТН в целом таково, что они могут эффективно осваиваться при современном уровне технологий их добычи [Егор Арч Степ Норвегия].

Впервую очередь это относится к относительно легким нефтям с плотностью до 0,934 г/см и вязкостью до 30-50 мПа-с. Но не менее перспективны и более тяжелые и вязкие нефти.

Экономический эффект использования ТН будет определяться не только стоимостью освоения месторождений, добычи и транспортировки нефти, но и качеством самих нефтей и глубиной их промышленной переработки, в том числе переработки на месте получения. Чем глубже переработка, тем шире спектр получаемых продуктов и меньше величина отходов, используемых обычно как котельное топливо. ТН - комплексное полезное ископаемое. Только из этих нефтей получают продукты со специфическими свойствами, такие, как различные высококачественные масла и как нефтяной кокс, используемый в цветной металлургии и атомной промышленности, а также сырье для нефтехимических производств. Из них возможно извлечение в промышленных масштабах ванадия, никеля и других металлов. И все это при том, что из ТН может быть получен весь набор продуктов, типичных для обычных нефтей.

Анализ распространения ТН, их запасов и качества запасов позволил наметить основные объекты для освоения и оценить возможный уровень добычи ТН [].

ВТимано-Печорской НГП основные запасы TH сосредоточены в Тиманской, Печоро-Колвинской, Хорейверской и ВарандейАдзьвинской нефтегазоносных областях. Продолжается освоение

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

крупных по извлекаемым запасам ТН Усинского и Ярегского месторождений.

ВВолго-Уральской НГП основные запасы ТН сосредоточены в Верхнекамской, Южно-Татарской и Мелекесской НО.

ВЗападно-Сибирской НГП основные запасы ТН сосредоточены в Пур-Тазовской, Надым-Пурской и Среднеобской ИГО. Качество запасов этих НГО различно. В Среднеобской НГО развиты в нефтяных оторочках ТН с низкой вязкостью, а их месторождения (Федоровское, Лянторское, Вачимское, Быстринское) разрабатываются на основе технологий, принятых для обычных нефтей. На севере НГП распространены, в основном, высоковязкие ТН. Качество их запасов ниже, но запасы огромны. В качестве первоочередного объекта освоения намечено уникальное Русское месторождение, самое крупное по геологическим запасам ТН в РФ. В ближайшей перспективе

вэтой провинции возможно дальнейшее освоение месторождений ТН Широтного Приобья (Федоровского, Оленьего, Ново-Аганского) и подготовка к освоению других крупнейших месторождений на севере - Северо-Комсомольского, Тазовского, Ван-Еганского и др. При внедрении передовых технологий разработки общие запасы месторождений Западно-Сибирской НГП могут обеспечить годовую добычу более 100 млн. т ТН.

Сланцы - источник горючего газа

В 2009 г. США вышли на первое место в мире по объёму добываемого и продаваемого газа. Заокеанское «голубое топливо» в столь крупных объемах стали получать из сланцев путем глубокой и высокотехнологичной их переработки.

Американский «сланцевый прорыв» достоин внимательного рассмотрения. По данным министерства энергетики США, в январе – октябре 2009 г. производство газа увеличилось в штатах на 3,9% по сравнению с тем же периодом 2008 г. – до 18,3 трлн кубических футов (519 млрд м3). Минэнерго РФ оценивает всю российскую добычу природного газа за тот же период в объеме 462 млрд м3. По предварительным подсчетам, за весь прошлый год США произвели 624 млрд м3. В России объем добычи сократился до 582,3 млрд м3 (в 2008 г. было добыто 644,9 млрд м3).

Возврат к ранее апробированному, но признанному «неэффективным» способу выработки газа из сланцев говорит о том, что в США появились новые технологии. В 2008 г. добыча газа из сланца дала лишь 10% всей американской газодобычи, еще 50% дали другие нетрадиционные источники топлива. Через год сланец дал едва ли не больше «голубого топлива», чем весь «Газпром» /СПбВ, 02.02.2010./.

10