|
Если в процессе первичной миграции вода,
содержащая нефть и газ, отжимается из глинистых отложений в коллекторы, она
замещает в этих коллекторах воду, находившуюся там ранее. Это должно привести
к течению воды по коллекторам в сторону понижения пластового давления вплоть
до выхода ее на дневную поверхность. Толща глинистых отложений мощностью в 1
милю и площадью 100×100 миль будет обладать объемом 10 тыс. куб. миль.
На ранней стадии диагенеза половину общего объема толщи, т.е. около 5 тыс.
куб. миль, может составлять вода.
В настоящее время в результате диагенетического уплотнения
и деформации объем воды в толще уменьшился до 25%, в результате чего общий
объем толщи сократился до 6666 куб. миль. Иными словами, из начального количества
воды, содержавшегося в этой толще, 3334 куб. миль было выжато и 1666 куб.
миль осталось. Большая часть выжатой воды, видимо, просачивается вверх по
поверхностям напластования, образовавшимся в процессе диагенеза, и в конечном
счете попадает в океан. Однако некоторая часть выжатой воды, примерно ⅓,
или 1111 куб. миль, позднее, когда глины погрузились на большую глубину и
превратились в глинистые сланцы, могла мигрировать лате-рально в окружающие
пористые породы. В конечном счете латеральная миграция должна была стать
более интенсивной, чем вертикальная. Часть углеводородов, отложенных или
образовавшихся в глинах, должна была уноситься поступающей в коллекторы водой
как в растворенном состоянии, так и в виде мельчайших, субмикроскопических
рассеянных коллоидных частичек.
По мере движения воды по коллектору захваченные ею частички нефти и
газа флоккулируют и переносятся вместе с водой до тех пор, пока не образуется
их непрерывная фаза и не начнется всплывание нефти и газа в верхние слои
воды. Такие скопления углеводородов в виде линз длиной до нескольких футов и
толщиной в несколько молекул могут создаваться и До их всплывания; они будут
двигаться в воде в виде отдельной фазы.
В процессе миграции в виде дискретной (отдельной) фазы внутри
гидрофильного коллектора нефть и газ будут стремиться занимать только
наиболее крупные поры, поскольку замещение воды в мелких порах требует
слишком большого давления вытеснения. Таким образом, в гидрофильных породах,
характеризующихся различной пористостью, нефть будет скапливаться в крупных
порах, а вода - в мельчайших. В конечном счете должна произойти концентрация
нефти в грубозернистых и более проницаемых породах, в которых миграция в
ловушки относительно облегчена, а вода будет продолжать двигаться сквозь
менее проницаемые породы.
Теория замещения, предложенная Мак-Коем [16], основана на
вытеснении нефти из глин и тонкозернистых пород водой в смежные более
пористые и грубозернистые породы. Этот процесс замещения происходит
вследствие того, что в мельчайших капиллярных порах силы сцепления между
породой и водой значительно больше, чем между нефтью и породой или между
нефтью и водой. Вода отделяет нефть от породы и заставляет двигаться из
капиллярных пор глинистых сланцев в крупные поры песчаников. Мак-Кой считает,
что этот процесс является главной причиной перемещения нефти и что зоны, в
которые была вытеснена таким путем нефть, становятся площадями современных
нефтяных месторождений. Это значит, что ко времени первичной миграции нефти
из глинистых сланцев в коллектор ловушка уже должна была быть сформированной.
Циркуляция воды
К концу диагенеза осадков все поровое пространство пород, как
коллекторов, так и неколлекторов, по-видимому, заполнено водой.
Устанавливается региональная циркуляция этой воды, непрерывно изменяющаяся в
связи с изменением гидродинамических градиентов. В зонах, где градиент
гидравлического потенциала отсутствует, флюиды находятся в статическом
состоянии. В разные периоды геологического времени движение насыщающих
коллектор вод, несомненно, происходило в различных направлениях и с различной
скоростью. Исключение могут представлять лишь более моло дые
осадки, в которых современный градиент гидравлического потенциала практически
не отличается от начального градиента. То, что такая циркуляция происходила во
всех отложениях, от древних до современных, в течение длительного времени
после литификации и диагенеза осадков, доказывается современными локальными и
региональными градиентами гидравлического потенциала, наблюдаемыми во многих
пластах.
В большинстве осадочных бассейнов причины, вызывающие изменения
пластового давления и градиента гидравлического потенциала, могут быть самыми
различными. Это могут быть диастрофизм, горообразование, эрозия,
осадконакопление, осмотические явления. Сбросо- и складкообразование и
вторичная цементация могут повлиять на проницаемость и изменить направление
движения вод. Глубокие каньоны изменяют характер областей
12-2.
Схематический профиль, показывающий движение воды из области питания А
к зоне разгрузки В через антиклинали и синклинали.
Пластовое
давление в точке F должно поднять столб воды до уровня,
соответствующего точке G. Это давление меньше, чем в точке D,
где оно способно поднять столб воды до точки Е, или в точке Н,
в котроой столб воды поднимается до точки I. АВ
- потенциометрическая поверхность, наклон которой обусловливает движение воды
от точки А к точке В.
разгрузки и
приводят к возникновению новых направлений движения подземных вод. Хемогенные
отложения, такие, как соли и ангидриты, практически непроницаемы и,
несомненно, оказывают большое влияние на гидравлическую систему. На движение
флюидов воздействуют также вулканическая деятельность и другие явления,
влияющие на региональные изменения температуры.
Миграция и аккумуляция нефти и газа теснейшим образом связаны с
подземной водой. Эта вода представляет собой закрытую систему, так же,
например, как вода в городском водопроводе в противоположность открытым
системам вод озер или рек. В закрытой системе вода может двигаться вверх или
вниз, или наклонно. Скорость и направление такого потока зависят от величины
гидродинамического градиента - высоты области питания над нулевой плоскостью,
обычно уровнем моря. Они не пропорциональны степени изменения
гидростатического давления вдоль водного потока. Например, вода будет
двигаться из участка с низким пластовым давлением к участку с высоким
пластовым давлением в соответствии с понижением в этом направлении
пьезометрической поверхности (падением напора). На 12-2 показан схематический
профиль, совпадающий с направлением потока и изменения давления в закрытой
водной системе. Циркуляция воды может быть вызвана любыми причинами,
обусловливающими возникновение градиента гидравлического потенциала между
двумя участками, что выражается в наклоне потенциометрической поверхности (см.
также гл. 9).
Одним из факторов, безусловно оказывающих влияние на движение нефти и
воды через породу-коллектор, является уменьшение вязкости этих флюидов и
межфазного натяжения в связи с увеличением количества растворенного в нефти
газа при повышении температуры и давлении с глубиной [17]. Нефть, насыщенная
газом при температуре 70°F (21°С) и давлении 500 фунт/кв. дюйм (35 атм), обладает вполовину меньшей вязкостью, чем та же нефть, насыщенная газом в поверхностных условиях. При увеличении давления до 1800 фунт/кв. дюйм (125 атм), что соответствует глубине 4100 футов (1250 м), вязкость газонасыщенной нефти примерно равна вязкости
керосина при атмосферном давлении. Вязкость воды значительно снижается при
увеличении температуры: на глубине 10 000 футов (3000 м) вода может двигаться сквозь породы в три раза свободнее, чем
на поверхности, а на глубине 20 000 футов (6000 м) ‑ в шесть раз [18].
|