Гидрогеологические условия формирования нефтяных и газовых залежей

Гидрогеологические условия формирования залежей УК в значительной степени определяются условиями первичной миграции.

С учетом особенностей эмиграции УВ можно выделить дне обстановки: 1) формирование залежей происходит путем мобилизации УВ пластовых вод водонапорных систем; 2) в коллектор УВ поступают в виде самостоятельной фазы либо углеводородная фаза образуется в момент внедрения однофазового раствора из материнской породы в коллектор, т. е. формирование залежей происходит в процессе струйной миграции.

Формирование залежей газа, по-видимому, происходит преимущественно в результате мобилизации водорастворенного газа. В подземной гидросфере растворены гигантские количества природных газов. Без преувеличения можно сказать, что объем водорастворенных газов гидросферы Земли близок к объему ее атмосферы. Глобальные ресурсы природных газов в подземных водах осадочной оболочки планеты оцениваются в 10¹⁶—10¹⁷ м³. Следует подчеркнуть, что суммарное количество водорастворенных газов в подземных водах как для отдельных бассейнов, так и для планеты в целом на 1—2 порядка больше прогнозных запасов (мировые прогнозные запасы горючих газов на континентах, в зоне шельфов и мелководных морей составляют 10¹⁵ м³, а разведанные промышленные запасы 10¹⁴ м³). Иначе говоря, количества водорастворенных углеводородных газов более чем достаточно для формирования любых, в том числе и уникальных по запасам, месторождении горючих газов.

В коллекторские пласты основная масса углеводородных газов поступает в результате диффузии из смежных нефтегазогеперирующих толщ, в виде насыщенных водных растворов, в результате прорыва свободного газа (струнная миграция). Какие-то объемы газа генерируются в самих коллекторских толщах. Скорость насыщения пластовых вод углеводородными газами зависит от ряда причин: от обогащенности пород ОВ, интенсивности процессов газогенерации, сохранности газа, минерализации и температуры подземных под, гидростатического давления и т.д. По достижении предела насыщенности вод газ начнет выделяться в свободную фазу. Тот газ, который поступает в коллектор в виде струн свободного газа, в дальнейшем мигрирует по коллектору до ближайшей ловушки в форме свободных струнных потоков.

Однако и при постоянном газовом факторе пластовые воды могут оказаться предельно насыщенными, и газ начнет выделяться в свободную фазу. Механизм насыщения может быть обусловлен: восходящим движением пластовых вод, подъемом территории при эпейрогенических движениях, внедрением пластовых вод в благоприятную температурную зону, снижением регионального базиса разгрузки, ростом минерализации вод.

Из множества факторов формирования залежей газа, очевидно, ведущим является тектонический режим регионов, определяющий в итоге термодинамические условия подземных вод. Тектонический режим существенно влияет на онтогенез нефти и газа. Так, при отрицательных эпейрогенических движениях в связи с ростом температуры в осадочных породах усиливаются процессы генерации УВ. При подъеме территории УВ начинают выделяться в свободную фазу и формируют залежи. Эти знакопеременные движения действуют подобно поршню: при опускании территории (рост давления и температуры) усиливаются процессы генерации УВ, при подъеме территории УВ «вытягиваются» в свободную фазу. И чем интенсивнее менялись частота и амплитуда движений, тем дальше зашли процессы онтогенеза нефти и газа. Уже наличие залежей свободного газа указывает на то, что эти системы в течение своего геологического развития неоднократно находились в состоянии перенасыщения. Вместе с тем следует подчеркнуть, что перенасыщенные водонапорные системы мы фиксируем крайне редко. Последнее обусловлено не их отсутствием, а неустойчивостью таких систем. То, что залежи своими корнями уходят и водонапорные системы, подтверждается законом геохимического тождества природных газов водонапорных систем: геохимическому типу водорастворенных газов соответствует аналогичный тип газов газовых залежей.

В результате положительных эпейрогенических движений, роста горных сооружений и локальных структур пластовое давление может значительно снизиться и вызвать интенсивное выделение растворенных газов и свободную фазу. Неоген-четвертичное время характеризуется общим усилением тектонической жизни Земли. На это же время приходится почти повсеместное снижение уровня Мирового океана регионального базису стока подземных вод осадочной оболочки. Все ли привело к резкому изменению термодинамических условий водонапорных систем и выделению значительных объемов газа из пластовых вод.

В предельно гаэонасыщенных водах выделение газа и свободную фазу происходит по всей толще водонасыщеиного коллектора, и нужно воздействие определенных сил, чтобы рассеянные по порам коллектора пузырьки газа мигрировали под водоупорную кровлю и образовали бы достаточно крупную гомогенную массу, способную к самостоятельной струйной миграции. Всплыванию пузырьков газа по поровому пространству коллектора препятствуют силы сцеплении и поверхностного натяжения, последнее особенно значительно при переменном сечении пор, что фактически и наблюдается. Ранее предполагалось, что для преодоления сил сцепления и поверхностного натяжения достаточно гидродинамических сил. Однако существующих гидростатических перепадов вследствие их исчезающе малых значений и узком сечение пор явно недостаточно. По-видимому, основной механизм гомогенизации УВ — тектонические движения. При тектонических подвижках отдельные поры и микротрещины будут то расшириться, то сжиматься, что приводит к проталкиванию нефти и газа.

Под влиянием сил всплывания это проталкивание направлено вверх, в результате пузырьки газа накапливаются под покрышкой. При образовании крупного пузыря газа может начаться струйная миграция до ближайшей ловушки.

Интенсивность тектонических движений исключительно высока: осадочные пласты находятся в постоянном движении, «встряхнваются» в результате проявления эндогенных и экзогенных процессов. Под влиянием силы тяготения Луны и Солнца земная кора ежедневно то поднимается, то опускается на какую-то величину в зависимости от расстояния до экватора. Грандиозность приливных явлении можно сравнить с современными тектоническими движениями. Благодаря полусуточному и суточному изменению раскрытости трещин, пор и микротрещин и перераспределению пластового давления возникают периодические колебания дебитов родников и статического уровня в колодцах и скважинах. В геологическом прошлом приливные явления имели большее значение, так как приливы по амплитуде превышали современные ввиду более близкого расположения Луны и Земли. Не меньшее влияние оказывают океаны и моря: гигантские волны во время штормов буквально сотрясают осадочные слои. Сила ударов такова, что штормы, а Бискайском заливе отмечаются сейсмическими станциями в Москве. Еще больший эффект образуется от разрядки эндогенных напряжений — землетрясений, числи которых достигает 100 тыс. в год, а иногда и более.

Не до конца ясен механизм формирования залежей, обогащенных сероводородом. Часть исследователей считает, что сероводород в залежи поступает из пластовых вод. Однако сероводород имеет высокую растворимость. Трудно допустить, что водонапорные системы когда-либо достигали предельного насыщении по сероводороду. Очевидно, в большей степени правы те исследователи, которые обогащение залежей сероводородом объясняют окислением УВ сформировавшихся залежей, откуда впоследствии сероводород мигрировал в контурные воды.

Вопросы формирования залежей нефти в результате ее выделения из пластовых вод менее разработаны. Вероятно, для нефти и жирных газов основной механизм эмиграции — газовые растворы и истинные водные растворы в модифицированной воде. Однако эти растворы, попадая в коллектор, тут же распадаются, и далее нефть (и конденсат) по коллектору мигрирует струйно. Возможно, важную роль в формировании залежей играет нефть, находящаяся в тонкодисперсном состоянии. С этих позиций определенный интерес представляет оценка дальности миграции жидких УВ при формировании залежей. Исследования показывают, что величины запасов нефтяных месторождений хороню согласуются с объемами материнских пород в зонах, оконтуренных по мульдам впадин. Расстояния от мелких месторождений до наиболее удаленных участков, откуда могла мигрировать нефть в залежь, достигают 20 — 25 км: для крупных месторождений эти расстояния составляют обычно 50 —70 км, редко 140 —150 км.

Анализ имеющихся материалов указывает на сопряженность эмиграции, миграции и условий формирования залежей нефти и газа. Это находит подтверждение и в закономерностях изменения химического состава газов в ряду: газы рассеянного ОВ ® газы подземных вод ® газы нефтегазовых скоплений. Сорбированные газы ОВ нефтематеринских пород состоят из метана и его гомологов, причем доля гомологов в источнике миграции может составлять более 50%. Отме­чается высокая концентрация углекислоты. Для газоматерикскик пород (арконовый тип ОВ) состав сорбированных газов преимущественно метановый, но и в этом случае содержание гомологов метана значительно. Такую дифференциацию газов между материнской толщей и коллектором обеспечивает диффузия вследствие разной диффузионной проницаемости пород для метана и его гомологов. Существенно отличаются газы нефтематеринских толщ и от газов газовых залежей. Однако последние идентичны водорастворённым газам, что указывает на их формирование в результате дегазации вод.

Газы нефтяных и газоконденсатных месторождений значительно отличаются от газов вмещающих водонапорных систем. Вместе с тем нефтяные газы близки по составу газам нефтематеринских пород. Это указывает на ведущую роль газовых растворов (струйная миграция) в их формировании, так как с газовыми растворами из нефтематеринских толщ эмигрируют как жирные газы, так и жидкая нефть. При небольшой роли газовых растворен и формировании залежей УВ состав газов контурных вод незначительно отличается от газов залежей. И эти различии тем значительнее, чем большую роль в формировании залежей играла струйная эмиграция месторождения. По-видимому, большая часть нефтяных залежей сформирована в результате струйного выноса нефти (газовые растворы) из нефтегазогенерирующих толщ или в виде растворов модифицированной воды.