Роль подземных вод в формировании и разрушении залежей нефти и газа - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Роль подземных вод в формировании и разрушении залежей нефти и газа

ля понимания особенностей дифференциации твердой и жидкой фаз также следует учитывать возможность растворения воды в газе. Данные показывают, что в недрах глубоких депрессий поровые воды эмигрируют из глин в газообразном состоянии. Более того, реально допустить, что и в коллекторе глубоких депрессий находится газовая фаза с растворенной водой.

При эмиграции углеводородных газов большое значение имеет диффузия, так как она протекает постоянно при наличии перепада давления или концентрации. А перепады давления (концентрации) газа между материнской толщей и смежным коллектором могут достигать больших величин. Между тем дальность диффузии в системе материнская порода коллектор невелика. Выполненные расчеты показали, что основная масса газообразных УВ (65--70%) их глинистых толщ эмигрирует путем диффузии. Механизм этот позволяет понять причину существенного отличия газов, сорбированных ОВ, от газов подземных вод.

При учете всех форм миграции УВ эвакуация нефти и газа из материнских толщ в коллектор представляется в следующем виде. В материнской толще происходит рост внутрипорового давления в связи с литогенезом -- генерацией нефти, газа, высвобождением химически и физически связанной воды, ростом горного давления. Рост внутрипорового давления приводит к гидроразрыву пород. Вначале возникают мелкие волосяные трещины, которые, сливаясь, образуют более крупные каналы. По этой системе пор, микро- и макротрещин происходит миграция сложных флюидальных систем: истинных, коллоидных, водных растворов. Следы этой миграции можно наблюдать в естественных обнажениях в виде многочисленных трещин горных пород, залеченных обломками терригенных пород, кальцитом и другими минералами.

Эмиграция флюидальной системы происходит ступенчато. Вначале система перемещается по порам, капиллярам и микротрещинам материнских пород. Основной флюидоноситель -- сжатый газ и вода со структурой, отличающейся от структуры как связанной, так и свободной, гравитационной воды. Это -- модифицированная вода с высокой растворяющей способностью, связанной с низкой полярностью и боль-шим внутрипоровым и внутрикапиллярным давлением. Вторая ступень -- миграция по открытым трещинам. При этом давление в системе скачкообразно падает от внутрипорового к давлению в трещине, что сопровождается нарушением физико-химического равновесия в системе. Третья ступень -- миграция по кол лекторским пластам. Давление в системе снижается от давления в трещине до гидростатического. Происходит дальнейшая дифференциация фаз на нефть, углеводородные газы и пластовую воду.

Рассматривая миграцию УВ по коллекторам, следует подчеркнуть преобладание двух форм миграции: водорастворенной (пассивная миграция) и струйной (активная миграция).

Значение миграции водорастворенных УВ, особенно газов, предопределяется вездесущностью вод и их высокой растворяющей способностью. Для нефтяных УВ водораствореиная миграция в пластах-коллекторах, вероятно, менее значительна, так как водные растворы УВ в коллекторских пластах находятся в иных термодинамических и физико-химических условиях. Так, УВ, растворенные в модифицированной воде, и коллекторе выделяются в свободную фазу в связи с потерей водой аномальных свойств и снижением давления от геостатического до гидростатического. Последнее справедливо и для немодифицированной воды.

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%. Отме-чается 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5