Природні резервуари нафти і газу

Природним резервуаром називається таке вмістилище для нафти, газу і води, в межах якого можливий їх рух, форма і розміри його зумовлені співвідношенням порід-колекторів і порід-покришок.

Природні резервуари за формою і умовами виникнення поділяються на три типи: пла­стові, масивні та резервуари неправильної форми (літологічне обмежені з усіх сторін). Пла­сти порід-колекторів, обмежені в покрівлі та підошві погано проникними породами при збе­реженні пластового характеру на значній площі, створюють пластові резервуари. Масивни­ми резервуарами називають великі товщі проникних порід однорідного чи неоднорідного складу, які перекриті зверху непроникними породами.

Рис. 1.2. Схема розподілу газу і нафти Рис. 1.3. Схема зменшення висоти пастки

в пастці за рахунок порід-напівпокришок

1 -порода-покришка; 2-порода-

напівпокришка; З-порода-колектор

Резервуарами неправильної форми (літологічно обмежених зі всіх сторін) називають ділянки порід-колекторів серед непроникних порід. Це можуть бути лінзи піщаних порід серед глинистих порід, локальні ділянки тріщинуватих або кавернозних порід.

Реально в природі існують, крім трьох основних типів резервуарів, і їх перехідні форми, наприклад, масивно-пластові резервуари. З гідродинамічних умов усі природні резервуари слід ділити на відкриті, напівзакриті та закриті (ізольовані). Відкриті - це ті, які мають пря­мий зв'язок з денною поверхнею, ізольовані - це ті, які не мають ніякого зв'язку ні з денною поверхнею, ні з іншими пластами. Напівзакриті резервуари є проміжними між двома іншими типами резервуарів.

Не всі природні резервуари, які трапляються в земній корі, можуть бути заповнені нафтою чи газом. Переважна їх більшість заповнена водою. Нафта і газ, які потрапили в природний ре­зервуар, заповнений водою, піднімаються вверх під впливом сил сплиття, тобто різниці в гус­тині фаз. Це переміщення відбувається до моменту зустрічі якоїсь перешкоди, тобто до момен­ту, коли нафта чи газ потрапить в певну пастку, де їх подальший рух неможливий.

Пастка- це частина природного резервуару, яка частково чи повністю забезпечує влов­лювання й утримування напливних в резервуар рідких і газоподібних вуглеводнів протягом деякого відрізку геологічного часу і в межах якого встановлюється рівновага між нафтою, газом і водою під впливом переважної дії гравітаційних сил. Пасткою незалежно від її виду і походження називають об'єм порід будь-якої геометричної форми, здатний вловлювати і нагромаджувати нафту і газ. Під дією сил гравітації проходить розподіл газу, нафти і води за їх густиною. При цьому вуглеводні займають положення, якому відповідає їх мінімальна потенціальна енергія (рис. 1.2). Пастки характеризуються довжиною, шириною і висотою. У випадку безпосереднього перекриття пласта-колектора породами-покришками висоту пастки А„ визначають як відстань по вертикалі від найвищої точки пласта-колектора до точ­ки перегину пласта. При наявності над породами-колекторами порід-лжепокришок (напівпокришок) висота пастки зменшується (рис. 1.3) і при великій товщині порід-напівпокришок може зменшитися до нуля, тобто пастки як такової взагалі може не бути. На висоту пастки впливає і екрануюча здатність порід-покришок.

Пастки по способу вловлювання нафти і газу ділять на склепінні (антиклінальні), екра­новані, стратиграфічні, ерозійні, рифогенні, літологічні та комбіновані. До екранованих відносяться пастки, де породи-колектори вверх по підняттю обмежені екранами, що пере­шкоджають руху нафти і газу вверх. Екранами можуть бути тектонічні розломи,

літологічне або фаціальне заміщення порід, стратиграфічне неузгодження або гідравлічний напір вод.

Обов'язковою умовою існування пасток на монокліналях є утворення ізогіпсами пластів замкнутого контуру з лінією екрану.

Поклади нафти і газу

Місцеве (локальне) підвищення концентрації нафти чи газу або обох одночасно в при­родному резервуарі веде до утворення покладів. Покладом називають будь-яке окреме ло­кальне скупчення нафти і газу в земній корі, яке контролюється пасткою. Водночас, поклад

- це пастка, заповнена нафтою або газом. Нафта і газ в межах покладів в абсолютній більшості утворюють суцільну фазу в поровому просторі. Саме цим вони відрізняються від так званих нафтогазопроявів, коли нафта і газ утворюють окремі краплини або бульбашки у водонасиченому поровому просторі. В переважній більшості покладів нафта, газ та вода роз­поділені за густиною згідно з законами гравітації та капілярних явищ. Якщо скупчення нафти або газу досить велике і рентабельне для розробки, то його називають промисловим покладом.

Головним параметром покладу є величина запасів, тобто кількість нафти, газу, конден­сату, що розміщені у ньому. За величиною запасів поклади ділять на унікальні (су-пергігантські), гігантські (величезні), великі, середні, малі.

Основними елементами покладу є газова шапка, нафтова частина, нафтова оторочка, підошовні та законтурні води (рис. 1.4). Газова шапка - скупчення газу над нафтою (основ­ною частиною) в покладі; нафтова облямівка - невелике скупчення нафти під газом (основ­ною частиною) по краю покладу (біля його зовнішнього контура), підошовні води - води під нафтою або газом, законтурні води - води, що залягають за межами контура нафто- або га­зоносності. Поклад (або його частина), що підстелений водою, називають водоплаваючим.

Рис.1.4. Схема пластового склепінного нафтогазо­вого покладу: 1.2:3,4- внутрішній і зовнішній контури відповідно газоносності (газової шапки) і нафтоносності; Н, L, b— висота, довжина і ширина покладу; h — висота газової шапки; ГНК, ВНК — газоносний, водоносний контакти.

Контакти між газом і наф-тою (ГНК), газом і водою (ГВК), наф­тою і водою (ВНК) є перехід-ними зонами, де поступово змен-шується насичення однією фазою і зростає насичення іншою. Це зу-мовлено неоднорідністю колекто-рських вла­стивостей порід і капі-лярними яви­щами на межі фаз. Товщина цих зон може колива-тись від сантиметрів до 10-12м. ГНК, ГВК, ВНК не за­вжди гори-зонтальні. Причинами їх відхилен-ня можуть бути напір вод, що змі-шує поклад в напрямку руху во­ди, різна густина нафти або води на різних крилах покладу, різні коле-кторські властивості порід і, як наслідок,

- різні капілярні сили води.

За фазовим станом та спів-відношенням газу, нафти і конден-сату поклади переважно ділять на газові, газоконденсатні, газові і га-зоконденсатні з нафтовою обло-мівкою, нафтові з газовою шап­кою, перехідного стану, нафтові багаті та бідні роз-

чненим газом (відповідно більше і менше 50 м³/м³). До покладів перехідного стану

відносяться поклади, що перебувають в умовах, близьких до кри-тичних, тобто за-ймають проміжне положення між рідиною і газом. Зустрічаються вони переважно на глибинах понад 4000 м при високих температурах і тисках.

Крім названих традиційних типів покладів, трапляються також газогідратні (газо-тверді), газоводяні, нафтоводяні, нафтотверді поклади. Газогідратні поклади можуть бути тільки в умовах низьких температур. Газоводяні поклади - це водоно-сні горизонти, насичені або перенасичені газами. В нафтоводяних покладах вільна вода є по всьому об'єму покладу. Нафтотверді поклади - це поклади, де нафта (бі-туми) знаходиться у твердому чи напівтвердому стані. За формою виділяються три типи покладів, а більш дрібний поділ йде за характером пасток: пластові поклади - склепінні (непорушені, порушені); екрановані (тектонічно, стратиграфічно, літало-гічно, діагенетично, гідравлічно та гідродинамічно); ма­сивні поклади - у виступах (структурних, ерозійних, рифогенних), тектонічно екрановані; поклади неправиль-ної форми, обмежені зі всіх сторін породами - непроникними, водонаси-ченими, непроникними і водонасиченими; комбіновані поклади.

Пластові поклади (рис.1.5) - це скупчення нафти і газу в пластах-колекторах, що обме­жені в покрівлі та підошві непроникними породами. При цьому обов'яз-кова присутність за-контурної води. До склепінних (рис. 1.5,а-в) відносяться всі поклади, що розміщені у найбільш піднятих частинах різного виду піднять. Вони бувають непорушені (рис.1.5,а) і порушені підкидом (рис. 1.5,б) і насувом (рис.1.5, в). Екрановані поклади (рис. 1.5,г-д) ви­никають при екранізації пласта по його під-няттю. Тектонічна екранізація (рис. 1.5,г-д) пе­реважно викликана розривом суціль-ності порід і їх переміщення таким чином, що за розло­мом знаходяться непроникні породи. Однак не всі тектонічні порушення є екранами, части­на з них може бути провідниками. Екрануючими породами за розломом можуть бути кам'яна сіль, гли-ни, грязьовулканічна брекція і різні мінеральні утворення в самому роз­ломі. Стра-тиграфічна екранізація (рис.1.5,е,є) виникає при неузгодженому заляганні одно­го комплексу порід над іншим. Це відбувається при перерві в осадконагромадженні. Літологічна екранізація виникає при фаціальному заміщенні (рис. 1.5,ж) або при виклиню-ванні (рис.1.5,з) порід-колекторів уверх по підняттю порід. Діагенетична екранізація (рисі.5,ц) зумовлена процесом вторинних змін (цементації та ін.) порід-колекторів. Гідравлічна (гідродинамічна) екранізація (рис.1.5, і) виникає при русі води в напрямі, про­тилежному спливанню нафти і газу.

Масивні поклади (рис.1.6.) - це скупчення нафти і газу у великих товщах по-рід-колек­торів (переважно вапняків). Такі скупчення контролюються лише порода-ми-покришками. Всі масивні поклади мають єдиний ВНК або ГВК, що перебуває на одному гіпсометричному рівні для всіх прошарків порід-колекторів незалежно від розділення їх непроникними поро­дами, що свідчить про існування гідродина-мікного зв'язку в цілому покладі. Масивні покла­ди в структурних виступах (рис. 1.6,а) пов'язані зі склепінням різних антиклінальних скла­док. Досить часто масивні поклади зустрічаються в ерозійних виступах (рис.1.6,б), складе­них переважно трі-щинними та кавернозними породами осадового, метаморфічного або магматичного походження. Це може бути кора вивітрювання порід фундаменту. Масивні поклади трапляються також досить часто в рифогенних (біогенних) виступах (рис.І.б.в), що складаються з органогенних вапняків, доломітів та карбонатно-теригенних порід. Под­екуди зустрічаються масивні тектонічно екрановані поклади (рис. 1.6,г).

Поклади неправильної форми, обмежені з усіх сторін (рис. 1.7), найчастіше пов'язані з ділянками (лінзами) пористих або тріщинуватих порід (рис.1.7,а) серед непроникних порід. Іноді піщані лінзи, насичені нафтою та газом, можуть бути об-межені водонасичени­ми породами (рис. 1.7,б). Нафта і газ розміщені в порах біль-шого розміру і утримуються капілярними силами. Форма лінз може бути різною залежно від умов їх створення. Спільним для них є невеликі розміри і обмеження з усіх сторін.

Рис.1.5. Схеми пластових покладів нафти і газу

Родовища нафти і газу

Ділянку земної кори, з якою закономірно пов'язані один або більше нафтових чи газо­вих покладів, називають родовищем нафти і газу. Родовища бувають одно- і багатопокла-дові. Залежно від фазового стану покладів їх ділять на газові, газоконденсатні, нафтогазові, нафтогазоконденсатні, газонафтові, газоконденсатно-нафтові, нафтові. При цьому на пер­ше місце переважно ставлять компонент (фазу), запаси якого менші. За геологічними запа-

Рис.1.6. Схеми масивних покладів нафти і газу

сами родовища можна поділити на невеликі — до 10, середні - 10—50, великі -50-100, вели­чезні-100—500, гігантські-500—1000,унікальні-понад 1000 млн.тнафти (млрд.м³газу).

Родовища трапляються в різних геотектонічних елементах земної кори. Для родовищ платформ характерні пологе залягання порід, незначна кількість диз'юнктивних порушень, значне поширення карбонатних і рифогенних порід, наявність перерв в осадкоутворенні, літологофаціальна мінливість порід, переважно неглибоке залягання фундаменту, розвиток куполоподібних, брахіантиклінальних складок і т.д.

Для родовищ складчастих областей властиві великі кути падіння порід, значна кількість диз'юнктивних порушень, насуви, переважно теригенний склад порід, лінійно витягнуті антиклінальні складки, аномально високі пластові тиски і т.д.

Родовища нафти і газу можна класифікувати за різними параметрами. Головною є кла­сифікація за генезисом та морфологією структурних форм, з якими пов'язані родовища. За цією ознакою родовища ділять на родовища антиклінальних складок (рис.1.8), нормальних (наскрізних) непорушених і порушених (рис.1.8,а,б), захоронених (рис.1.8,в), безкорене-вих (малоамплітудних) (рис.1.8,г), ускладнених глинистим і соляним діапіризмом, грязе-вим вулканізмом, дайками вивержених порід (рис.1.8, відповідно д-ж)', насунених покривів (рис.1.8, з); родовища моноклиналів, пов'язані з зонами розломів (рис.1.9,а), виклинювань (рис. 1.9, б), стратиграфічних неузгоджень (рис. 1.9,б); родовища ерозійних і рифогенних виступів (рис.10 а,б); родовища синкліналів (рис.10,е).

Рис.1.7. Схеми покладів неправильної форми, обмежених з усіх сторін

Рис. 1.8. Схеми родовищ нафти і газу антиклінальних складок

Нафтові та газові родовища групуються в межах окремих структурних елементів, різних за розмірами та походженням. Такі угрупування, що пов'язані з єдиним тектонічним чи палеогеографічним елементом, який характеризується спільністю умов формування пас-гок і покладів, розподілу їх у геологічному розрізі, називають зонами нафтогазонагромад-хення. При їх виділенні враховують вік, генезис і морфологію структурних елементів, фа-ювий склад родовищ і т.п. Серед зон нафтогазонагромадження виділяють: структурні (в т.ч. j регіональними розривними порушеннями), рифогенні, літологічні, стратиграфічні і т.д.

Рис. 1.10. Схеми родовищ нафти і газу у виступах та синкліналях