Принципы классификаций залежей нефти и газа.
Семинарское занятие, практическая и контрольная работа
Тема 2. ПРИРОДНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ, ЛОВУШКИ И ЗАЛЕЖИ НЕФТИ И ГАЗА
Цель работы:
- закрепление знаний по темам «Природные резервуары, ловушки и залежи нефти и газа»;
- приобретение навыков графического построения различных типов ловушки и залежи нефти и газа;
- сформировать умение определять на структурных картах и геологических разрезах различные типы ловушек и залежей.
Исходные данные: Описание залежи по типу ловушки и фазовому состоянию.
Порядок выполнения работы:
- изучить теоретическую часть следующих тем: «Природные резервуары», «Ловушки», «Залежи нефти и газа»;
- ответить на контрольные вопросы;
- используя описание залежи по типу ловушки и фазовому состоянию, а) изобразить геологический разрез ловушки и б) построить структурную карту.
Геологический разрез изобразить в произвольно выбранном интервале глубин и произвольном вертикальном масштабе. Общепринятыми условными знаками показать коллектор, покрышку, подстилающий флюидоупор и положение залежи углеводородов (УВ), которое определяется положением контактов: водонефтяным (ВНК) и газоводяным (ГВК) у однофазных залежей; газонефтяным (ГНК) и ВНК у двухфазных залежей.
Структурную карту построить под разрезом. Карта должна соответствовать линии геологического разреза и описанию. На карте показать положение внешнего контура нефтеносности или газоносности.
Работу оформить заголовком, условными обозначениями и сдать её на проверку.
При построении геологического разреза ловушек и залежей можно использовать рисунки и таблицы, приведенные в методическом пособии, а также ниже приведенную литературу.
Природные резервуары
Природный резервуар (ПР) – это комплекс пород коллекторов и флюидоупоров, внутри которого возможно движение флюидов и аккумуляция нефти и газа. Выделяется три основных типа природных резервуаров (И.О. Брод; 1951): пластовый, массивный и литологически ограниченный (рис. 1).
Пластовый резервуар – это проницаемый пласт, ограниченный флюидоупорами в кровле и подошве (рис. 1, а).
Рис. 1. Природные резервуары:
а – пластовый; б – однородно-массивный; в – неоднородно-массивный; г – литологически ограниченный; д – пластово-массивный
Массивные резервуары представляют собой большую толщу проницаемых пород, от нескольких десятков до тысячи метров и более, перекрытых флюидоупором. Это может быть высокоамплитудная складчатая структура, рифовый массив, тектонический или эрозионно-тектонический выступ фундамента или осадочного чехла (рис. 1 в). Залежи нефти или газа в таких резервуарах контролируются породами-покрышками только сверху и с боков, а внизу, по всей площади, они подпираются водой.
Литологически ограниченные резервуары морфологически представлены проницаемыми телами, заключенными в толщу непроницаемых пород (рис 1, г). Генетически и морфологически они представлены разнообразными типами и видами (линзами, палеобарами, погребёнными участками речных русел и дельт небольших рек у подножий гор).
Ловушки нефти и газа
Ловушка представляет собой часть ПР, в которой благодаря уравновешенности гидравлических сил, может происходить аккумуляция нефти и газа и образоваться залежь УВ. Ловушка представляет собой некоторый замкнутый или полузамкнутый объём. Замкнутые ловушки связаны с литологически закрытыми ПР. Благоприятные условия для аккумуляция УВ и формирования залежей нефти и газа существуют:
- в сводах антиклинальных структур;
- на участках антиклиналей и моноклиналей, экранированных разрывами;
- в зонах выклинивания коллекторов или в зонах их замещения непроницаемыми породами;
- в зонах экранирования коллекторов поверхностью стратиграфического несогласия и рифовых массивах;
- в зонах гидродинамического экранирования.
Важнейшими показателями, по которым ловушки классифицируются, являются их генезис и форма. В зависимости от причин обуславливающих образование ловушек различают пять генетических типов ловушек: структурный, литологический, стратиграфический, рифовый и гидродинамический. Наиболее простой ловушкой является антиклинальный изгиб пластового резервуара. В контуре самой нижней замкнутой изогипсы полузамкнутой ловушки находится её гидравлический замок, который определяет предельное заполнение ловушки нефтью или газом. Основными параметрами ловушки являются: толщина коллектора, площадь (в контуре самой нижней замкнутой изогипсы) и высота, измеряемая от наивысшей точки кровли коллектора до гидравлического замка ловушки.
Поскольку залежь в ловушке может находиться в трёх состояниях: в равновесном, в состоянии формирования и в состоянии разрушения, она может занимать разный объём ловушки. Степень (коэффициент) заполнения ловушки УВ определяется отношением высоты залежи к высоте ловушки. Коэффициент изменяется от 0 до 1 или выражается в процентах.
Генетические типы ловушек.
Ловушки структурного типа (рис.2) образуются в результате пликативных и дизъюнктивных тектонических деформаций горных пород, и разделяются на сводовые или антиклинальные (рис. 2, а) и тектонически экранированные ловушки (рис. 2, б).
Рис. 2. Разрез и план ловушек структурного типа в пластовом резервуаре:
(а) сводовая ловушка; (б) дизъюнктивно (тектонически) экранированная ловушка
Тектонически экранированные ловушки образуются как на антиклинальных структурах, так и на моноклиналях при наличии тектонических разрывов. Более правильно их следует называть дизъюнктивно экранированными, так как антиклинали тоже представляют собой тектонические пликативные экраны на пути движения УВ.
Ловушки литологического типа образуются в следующих четырёх случаях:
1) при выклинивании пород-коллекторов по восстанию слоев (рис. 3);
Рис. 3. Литологически экранированная ловушка:
1 – линия выклинивания пласта-коллектора
2) замещении пород-коллекторов одновозрастными слабопроницаемыми породами;
3) появлении повышенной локальной трещиноватости горных пород;
4) наличии песчаных или алевролитовых линз внутри глинистых толщ (рис. 4).
В последних двух случаях понятия природный резервуар и ловушка совпадают.
Рис. 4. Литологически ограниченные ловушки
Ловушки стратиграфического типа образуются в результате денудационного срезания пород-коллекторов и их несогласного перекрытия флюидоупорами (рис. 5).
Рис. 5. Стратиграфически экранированные ловушки:
а – в присводовой части антиклинальной структуры;
б – на моноклинали (непроницаемые породы представлены известняками)
Ловушки рифовового типа. К этому типу ловушек относятся рифовые массивы, перекрытые флюидоупорами (рис. 6).
Рис. 6. Ловушка, приуроченная к рифовому массиву:
1 – кавернозные и трещиноватые карбонатные породы; 2 – непроницаемые осадочные породы, перекрывающие рифовое тело
Гидравлические (гидродинамические) ловушки образуются в результате гидродинамического напора встречного потока вод, оказывающего противодавление на мигрирующие УВ. Большое значение в этом типе имеют капиллярное давление, гидрофобность и гидрофильность пород.
Фактически гидравлические ловушки и соответственно залежи нефти образуются в том случае, когда гидравлический напор, обычно совместно с капиллярным давлением, превышает гравитационную силу.
Сила всплывания нефти pг зависит от разницы плотности воды и нефти ρв-ρн, а также от высоты залежи Н и синуса угла наклона пласта-коллектора sin α, по которому идёт миграция нефти:
pг = gН(ρв-ρн) sin α
Ловушки рифового, литологического, стратиграфического и гидродинамического типа обычно называют неструктурными, а совместно с дизъюнктивно экранированными ловушками на моноклиналях – неантиклинальными ловушками (НАЛ) или ловушками сложного экранирования.
Залежи нефти и газа
Залежи являются локальными скоплениями нефти и газа. К локальным скоплениям относятся также месторождения. Залежи и месторождения являются основными объектами геологоразведочных работ (ГРР) и разработки.
Залежь – это единичное скопление нефти и (или) газа в ловушке природного резервуара, которая контролируется единым водонефтяным или газоводяным контактом и может находиться в трёх состояниях: в равновесном, в состоянии формирования и в состоянии разрушения.
Месторождение – это совокупность залежей, которые контролируются одной тектонической структурой и расположены на одной локальной площади. В проекции на земную поверхность контуры нефте- и (или) газоносности залежей полностью или частично перекрываются (рис. 7, 8).
Рис. 7 Геологический разрез продуктивной части Правдинского нефтяного месторождения
Рис. 8. Геологический разрез Харьягинского месторождения (по В.Е. Яковлеву):
1 – песчаники и алевролиты; 2 – глины и аргиллиты; 3 – известняки; 4 – рифогенные известняки; 5 – доломиты; 6 – известняки глинистые; 7 – нефть
По масштабам распространения и нефтегазоносности кроме локальных скоплений выделяются ещё две категории – региональная и глобальная. Региональные скопления являются основными объектами и систематическими единицами нефтегазогеологического районирования. Ими являются: 1) нефтегазоносная зона; 2) нефтегазоносный район; 3) нефтегазоносная область; 4) нефтегазоносная провинция или нефтегазоносный бассейн.
Глобальные скопления отражают общепланетарные закономерности распределения нефти и газа и обращают внимание на геологические условия формирования скоплений с максимальной концентрацией нефти и газа. Среди них выделяются пояса нефтегазоносные пояса, ассоциации нефтегазоносных провинций изометричной формы, а также узлы, или полюсы, нефтегазонакопления – это территории и акватории с уникальными масштабами нефтегазоносности.
Принципы классификаций залежей нефти и газа.
Залежи нефти и газа классифицируются по разным показателям, наиболее важными из них являются: 1) типы ловушек; 2) фазовое состояние залежи; 3) величина запасов; 4) сложность геологического строения залежи; 5) тип коллектора и др.
Классификации залежей по типу ловушек основаны на генетических и морфологических особенностях ловушек нефти и газа.
Классификация залежей по генетическому типу ловушек. В практической геологии широко используется генетическая классификация залежей нефти и газа А.А. Бакирова, в которой по генезису ловушек выделено пять классов залежей: структурный, рифогенный, литологический, стратиграфический и литолого-стратиграфический (табл., прил.). Довольно часто в природных резервуарах присутствуют комбинированные ловушки, созданные при участии двух или более факторов.
Широко используется также понятие «массивные залежи». Этот тип залежей выделен в морфологической классификации залежей И.О. Брода (1951). Массивные залежи – это залежи нефти и газа большой высоты, в которых положение УВ в ловушке контролируется флюидоупорами только сверху и с боков (покрышкой). УВ снизу подпираются по всей площади залежи подошвенной водой, поэтому в них водонефтяной контакт (ВНК) или газоводяной контакт (ГВК) располагается выше подошвы продуктивных пород (пород-коллекторов).
Аналогичное строение имеют и сводовые неполнопластовые, или водоплавающие, залежи. Принципиальное различие между ними и массивными залежами заключается только в толщине продуктивных пород и соответственно в объёме залежи.
Поверхность ВНК (ГВК) в большинстве случаев имеет горизонтальное положение, но может быть и наклонной. Наклон поверхности может быть связан с проявлением гидродинамических или капиллярных сил, а также с процессами новейшей тектонической деформации ловушки. При горизонтальном положении поверхности ВНК (ГВК) контур нефтеносности (газоносности) лежит на структурной карте параллельно изогипсам кровли продуктивного пласта, а при наклонном положении пересекает изогипсы кровли пласта, смещаясь в сторону наклона поверхности контакта (рис. 9).
Рис. 9. Принципиальная схема нефтяной неполнопластовой (водоплавающей) залежи с наклонным водонефтяным контактом (висячая залежь): а – геологический разрез; б – структурная карта:
1, 2 – нефть, соответственно на разрезе и на карте; 3 – изогипсы, м; 4 – внешний контур нефтегазоносности
Таблица. Классификация залежей нефти и газа (по А.А. Бакирову)
| Класс | Группа | Тип |
| Структурный | Залежи антиклинальных структур | 1. Сводовые 2. Тектонические экранированные 3. Приконтактные 4. Висячие |
| Залежи моноклинальных структур | 1. Экранированные разрывными нарушениями 2. Связанные с флексурными образованиями (структурными террасами) 3. Связанные со структурными носами (гемиантиклиналями) | |
| Залежи синклинальных структур | ||
| Рифогенный | Связанные с рифовыми массивами | 1. Связанные с одиночными массивами 2. Связанные с группой (ассоциацией) рифовых массивов |
| Литологический | Литологически экранированные | 1. Приуроченные к участкам выклинивания коллекторов 2. Приуроченные к участкам замещения проницаемых пород непроницаемыми породами 3. Экранированные асфальтом или битумом |
| Литологически ограниченные | 1. Приуроченные к песчаным образованиям русел палеорек (шнурковые, рукавообразные) 2. Приуроченные к прибрежно-песчаным валоподобным образованиям ископаемых баров 3. Линзовидные и гнездовидные | |
| Стратиграфический | Залежи в коллекторах, срезанных эрозией и перекрытых непроницаемыми породами | 1. Связанные со стратиграфическими несогласиями на тектонических структурах 2. Связанные со стратиграфическими несогласиями, приуроченными к эродированной поверхности погребённых останцов палеорельефа или выступов кристаллического фундамента |
| Литолого-стратиграфический | Залежи литолого-стратиграфических экранов | 1. Участки выклинивания продуктивных пластов под стратиграфическими несогласиями |