ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 48

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  46  47  48  49   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 48

 

 

Главное   различие   между   пластовым   и   литостатическим   давлением

заключается   в   том,   что   первое   передается   через   флюиды,   заполняющие   поровое

пространство  горных пород, в то время как  второе  -  через  минеральные частицы,

находящиеся в тесном контакте, т. е. через саму горную породу. Соприкасающиеся

минеральные  частицы   действуют  как   распорки.   Там,  где  эти распорки  ослаблены,

литостатическое   давление   становится   вполне   достаточным   для   того,   чтобы   объем

породы, а

¹Средняя плотность типичных пород (когда все поры заполнены водой), слагающих

осадочные бассейны, составляет приблизительно 2,1 для песчаных пород, 2,3 - для глинистых
и 2,4 - для карбонатных. Принимая величину 2,3 в качестве средней плотности и умножая ее
на   0,43  фунтов,  дюйм/фут  (градиент   давления   для   чистой   воды),   мы   получим   величину
градиента давления, обусловленного весом горных порол, равную 0,989 фунт/кв. дюйм/фут.

²В советской литературе это давление обычно именуется геостатическим. - Прим. ред.

следовательно, и поровое пространство уменьшились в результате сжатия, и тогда

литостатическое   давление   передается   пластовому   давлению.   Например,   на   ранних

стадиях   развития   интенсивно   заполняющегося   осадочного   бассейна

увеличивающийся   вес   перекрывающих   осадков   позволяет   мельчайшим   частицам,

особенно   глинистым,   соприкасаться   и   уплотняться,   передавая   напряжение

заключенным в них флюидам, большая часть из которых оказывается выжатой из

осадков.

Осмотические   явления.   Глины   играют   роль   полупроницаемых   мембран,

обусловливая   возможность   возникновения   осмотического   и   электроосмотического

давлений,   направленных   перпендикулярно   напластованию,   в   тех   случаях,   когда

имеется заметное различие в концентрациях растворов, находящихся в породах по

обе стороны глинистого пласта. Это один из трех основных источников пластового

давления   и,   вероятно,   именно   этому   явлению   обязаны   многочисленные   случаи

аномальных   градиентов   потенциалов   флюидов,   наблюдающиеся   в   подземных

водоносных горизонтах. Оно накладывает свой отпечаток на региональный характер

распределения пластового давления и в то же время, в той или иной комбинации с

другими   источниками   пластового   давления,   частично   обусловливает   величину

последнего   в   нефтяных   и   газовых   залежах.   Более   подробно   это   положение

рассматривается на стр. 439.

Весьма   показателен   в   этом   отношении   характер   потенциометрической

поверхности песчаников Пойнт-Лукаут толщи Месаверде (мел) в бассейне Сан-Хуан

в   северо-западной   части   Нью-Мексико   и   юго-западной   части   Колорадо,

закартированный Берри [8] (см. фиг. 9-7). Самая низкая точка, где обнажаются эти

отложения   по   окраинам   бассейна,   имеет   отметку   около   5000   футов,   а

потенциометрическая поверхность «проваливается» до 3500 футов, т.е. на 1500 футов

ниже   самого   низкого   возможного   пункта   разгрузки.   Потенциометрическая

поверхность   наклонена   внутрь,   от   краевых   частей   бассейна   к   вероятным   пунктам

разгрузки в центральной его части, расположенным ниже самых низких обнажений

этих   пород.   Никаких   других   выдержанных   по   площади   водоносных   горизонтов   с

низким   гидравлическим   потенциалом   за   пределами   этого   бассейна   не   имеется.   В

связи   с   этим   для   движения   внутри   данной   системы   флюидов   последние   должны

разгружаться, пересекая слоистость, в другие водоносные пласты под влиянием иных

сил, чем при обычном движении вод под действием гравитационных сил. Благодаря

осмотическим   явлениям   возможен   переток   вод   через   глины,   служащие

полупроницаемыми мембранами, от участков с низким гидравлическим потенциалом

к   участкам   с   высокими   его   значениями.   Именно   благодаря   явлению   осмоса,   как

полагает   Берри,   сформировалось   крупное   месторождение   газа,   приуроченное   к

району   повышенного   гидравлического   потенциала   в   пределах   слабопроницаемых

коллекторов свиты Месаверде бассейна Сан-Хуан.

Изменения   температуры.   Колебания   температуры   вызывают   изменения

пластового   давления.   Нефть,  газ  и   вода   с  увеличением  температуры   расширяются

больше,   чем   горные   породы.   Поэтому,   если   поровое   пространство   запечатанных

пород-коллекторов   ограничено,   увеличение   температуры   приведет   к   увеличению

пластового   давления.   И   наоборот,   уменьшение   температуры   вызовет

соответствующее   снижение   пластового   давления.   Факторы   как   местного,   так   и

регионального значения, например близость магматических масс, могут привести к

временному   разогреву   той   или   иной   площади.   По   мере   удаления   от   района

термического   воздействия   гидравлический   потенциал   должен   уменьшаться,   что

приведет к движению флюидов из этого района в сторону более холодных участков.

Это движение  будет  продолжаться  до тех  пор, пока  не  восстановится  равновесие.

Охлаждение района в замкнутой системе приведет к снижению пластового давления

и движению флюидов в направлении этого района. По-видимому, влияние изменения

температуры на вязкость пластовых флюидов значительно больше, чем на их объем,

вследствие   относительно   низких   коэффициентов   объемного   расширения   как

флюидов, так и вмещающих пород.

Вторичное   выпадение   солей   или   цементация.  Во   многих   коллекторах

слагающие   их   первичные   минералы   частично   изменены   и   перекристаллизованы.

Нередко образуются и вторичные минералы. Там, где процессы выпадения солей в

осадок   преобладают   над   процессами   растворения,   пористость   уменьшается,   что

обусловливает   повышение   пластового   давления   в   ограниченном   или   замкнутом

пространстве   коллектора.   В   тех   же   случаях,   когда   растворение   преобладает   над

выпадением  солей,  объем  порового  пространства  возрастает   и пластовое   давление

снижается.   По-видимому,   в   обоих   случаях   эти   отклонения   величины   пластового

давления   от   нормального  -  лишь   временное   явление,   и   вскоре   давление   начинает

уравновешиваться.

Фиг. 9-7. Потенциометрическая поверхность песчаников Пойнт-Лукаут (мел) в

бассейне Сан-Хуан (F.A.F. Berry, Ph.D. Thesis, Stanford Univers., 1959).

Стрелками   показано   направление   движения   воды,   изолиниями   –

потенциометрическая поверхность, в футах над уровнем моря.

Землетрясения. Воздействие волн землетрясений, обусловливающих упругое

сжатие в неглубоко залегающих горизонтах, можно наблюдать непосредственно [9].

Землетрясения   неизбежно   вызывали   многочисленные   и   быстрые   изменения   в

величинах   пластовых   давлений   в   прошедшие   геологические   эпохи.   Следствием

землетрясений являются внезапные повышения и понижения уровней подземных вод,

иногда даже возникновение  новых источников.  Поскольку эти силы  действуют  на

водоносные пласты, залегающие на небольших глубинах, то они безусловно должны

проявляться   и   на   больших   глубинах   в   нефтегазоносных   горизонтах.   Например,   в

результате   землетрясения   Техачапи-Бейкерсфилд   в   Калифорнии   в   1953   г.   вдвое

увеличилась добыча нефти в течение нескольких недель на одном из месторождений

близ Маунтин-Вью. Огромное число землетрясений, составляющее в среднем около 1

млн.   в   год,   и   обусловленные   ими   сжатия   и   растяжения   в   течение   длительного

геологического   времени   могли,   видимо,   стать   важными   источниками

«микродавления», подобно «зональным» колебаниям земной коры.

Приливы   и   отливы,   цунами,   атмосферное   давление.   Приливно-отливные   и

другие   подобные   возмущения   океанов   безусловно   оказывают   слабое   и

кратковременное воздействие на упругие свойства погребенных пород. Превращение

воды в ледниковые покровы, а затем их таяние в различные периоды геологической

истории изменяли нагрузку на значительных площадях по существу на сотни фунтов

на 1  кв. дюйм. Крупные цунами [10], или сейсмические морские волны, вызванные

подводными   землетрясениями,   такие,   например,   как   наблюдавшиеся   в   последние

годы,   очевидно,   были   также   и   в   прошлые   геологические   эпохи   и,   несомненно,

вызывали бесчисленные временные изменения в давлении. Даже обычные изменения

в атмосферном давлении при смене дня и ночи или во время штормов оказываются

достаточными для возникновения колебаний уровня воды в неглубоких горизонтах,

что иногда наблюдается в скважинах и источниках (D.E. White, личное сообщение).

Например, в одном из месторождений в Иллинойсе пластовое давление на глубине

около 1500 футов колеблется всякий раз, когда по поверхности движется поезд (J.А.

Мur,   личное   сообщение).   О   влиянии   изменений   атмосферного   давления   на

подпочвенные горизонты говорил Хенуэй [11] еще в 1753 г., описывая выходы нефти

на  поверхности   Каспийского   моря:  «Когда   погода   туманная  и  сырая   (пониженное

давление), струи поднимаются выше и нефть часто горит на поверхности... В ясную

погоду (повышенное давление) высота струй не превышает 2-3 футов».

Хотя многие из указанных факторов кажутся незначительными, их суммарное

влияние   в   течение   длительного   геологического   времени   может   оказаться   весьма

существенным. Значение этих бессчетных мелких изменений давления не в том, что

они   повышают   постоянное   пластовое   давление,   а   в   том,   что   в   сумме   они   могут

служить как бы «спусковым крючком», обусловливающим высвобождение нефти и

газа, которые удерживаются в горных породах капиллярными силами и трением, и

способствовать, таким образом, их миграции и аккумуляции. Наибольшее влияние на

соотношения   пластовых   давлений   в   осадках   эти   незначительные   изменения   могут

оказывать на ранних стадиях погружения бассейна.

Химические   и   биохимические   процессы.   Уменьшение   объема   флюидов

означает уменьшение и пластового давления. Объем раствора значительно меньше

суммы   объемов   растворимого   вещества   и   растворителя.   Известно,   что   добавка   в

дистиллированную воду обычной соли приводит к уменьшению объема растворителя

(воды) вследствие более плотного расположения молекул в образовавшемся растворе

[12]. Растворение и выпадение солей  -  обычные процессы в подземных водоносных

горизонтах. Распад больших углеводородных молекул на составные части приводит к

увеличению   объема   флюидов   и   к   увеличению   пластового   давления   в   случае

относительно   постоянного  объема   системы.   Этот  процесс  может   стать   следствием

каталитических   реакций,   деятельности   бактерий,   радиоактивного   распада   или

температурных   изменений.   Например,   разложение   органического   вещества   под

воздействием   бактерий   нередко   приводит   к   образованию   небольших   скоплений

метана, находящихся под определенным давлением, что можно наблюдать в болотах

или   вдоль   отмелей.   И   хотя   примеров   подобного   распада   в   глубоко   погруженных

горизонтах  нет, такие явления могут рассматриваться  в качестве одной из причин

локального увеличения пластового давления. В случае ограничения пористой зоны

слабопроницаемыми   породами   это   повышенное   пластовое   давление   может

сохраняться   в   течение   длительного   периода   времени.   И   наоборот,   в   незамкнутых

резервуарах оно должно быть временным и быстро снижаться.

Аномальные пластового давления

Потенциометрическая   поверхность   обычно   достаточно   близка   к   земной

поверхности. Однако известны  многочисленные  исключения;  в некоторых районах

потенциометрическая поверхность располагается на сотни и даже тысячи футов выше

или   ниже   земной   поверхности   (фиг.   9-6,   9-8,   9-9).   Такие   районы   называются

соответственно зонами «избыточного» или «пониженного» пластового давления. На

фиг. 9-3 показан один из вероятных случаев и возникновения аномального

Фиг. 9-8. Схематический разрез осадочного бассейна.
a  -  потенциометрическая   поверхность   пласта  А,  b  -  то   же   для   пласта  В.

Расстояние от кровли пласта до потенциометрической поверхности в каждой точке
соответствует   величине   пластового   давления   в   этой   точке.   Перегиб
потенциометрической поверхности а связан с зоной перехода песков горизонта  А  в
глинистые пески.

пластового   давления.   Однако   могут   существовать   и   другие   факторы,

обусловливающие   появление  аномалий   пластового  давления,   поскольку  во многих

районах   незначительная   степень   расчлененности   рельефа   не   может   являться

причиной отклонений пластовых давлений от гидростатических.

Избыточные пластовые давления обычно очень трудно замерить, так как они

обнаруживаются   часто   неожиданно¹.   Если   давление,   создаваемое   весом   столба

бурового   раствора,   недостаточно   для   удержания   флюидов   в   пластах,   то   раствор

может быть выброшен из скважины, что чревато опасностью пожара, в особенности

если скважина вскрыла газовую залежь. Некоторые выводы могут быть сделаны при

сравнении давления, создаваемого столбом глинистого раствора в момент выброса, и

давления,   создаваемого   этим   раствором   в   случае,   если   скважина   находится   под

строгим контролем. Если для создания противодавления и предотвращения выбросов

используется   утяжеленный   глинистый   раствор,   то   имеется   опасность   потери

циркуляции при вскрытии горизонтов с пониженным давлением. Потеря циркуляции

бурового раствора является указанием на возможное наличие в разрезе горизонтов с

низким пластовым давлением. В случае залегания таких горизонтов среди пластов с

повышенным давлением они могут оказаться

¹Изучение   закономерностей   распределения   зон   аномальных   давлений   позволяет

предвидеть возможность вскрытия таких зон буровыми скважинами. - Прим. ред.

весьма интересными с точки зрения возможной нефтегазоносности коллекторов¹.

Ниже   излагаются   некоторые   общие   предположения   относительно   причин

возникновения аномального пластового давления.

Какая-либо местная аномалия пластового давления на самом деле может быть

лишь следствием того, что общая потенциометрическая поверхность всего региона, в

который   входит   и   данный   локальный   участок,   является   аномально   высокой   или

низкой.   Если   рассматривать   весь   регион   в   целом,   то   окажется,   что   локальное

пластовое   давление   вовсе   не   аномально,   а   согласуется   с   общим   характером

пластового давления региона.

Локальные аномально высокие потенциометрические поверхности могут быть

обусловлены местными тектоническими подвижками и деформацией слоев, особенно

мягких глин и рыхлых песков, таких, например, какие характерны для многих

Фиг. 9-9. Схема, показывающая возможность равенства пластового давления

атмосферному, когда потенциометрическая поверхность пересекает ловушку ниже ее
наиболее высокой точки.

районов, нефтегазоносность которых связана с третичными отложениями. Внедрения

соли, сбросо- и складкообразование, боковые перемещения масс горных пород или их

сжатие   в   результате   погружения   тектонических   блоков   -   все   эти   факторы   могут

привести к возникновению аномальных пластовых давлений в недавно отложившихся

осадках.

3.

По   мнению   Хабберта   и   Руби   [13],   аномально   высокие   пластовые

давления могут быть связаны с механическим сжатием водонасыщенных осадков, в

особенности   глин.   Возрастающая   нагрузка   толщи   осадочных   пород   создает

повышенное   давление   в   уплотняющихся   глинах,   а   также   в   пористых   песчаных

линзах, заключенных в этих глинах.

4.

Аномально высокие или аномально низкие пластовые давления могут

быть обусловлены влиянием водоносных пластов, расположенных выше или ниже

изучаемого горизонта и имеющих более высокие или низкие потенциометрические

поверхности, чем этот горизонт (см. фиг. 9-6). Водоносные пласты могут сообщаться

с этим горизонтом по различным поверхностям несогласий и перерывов, сбросовым

зонам и зонам трещиноватости (в этом случае фильтрация флюидов происходит по

закону Дарси) или путем диффузии благодаря осмотическим и электроосмотическим

явлениям. Многие крупные поднятия, характеризующиеся аномальными пластовыми

давлениями, приурочены к сбросовым зонам или зонам нарушений в фундаменте, по

которым пластовые давления могут передаваться на значительные расстояния.

¹Нередко   бывает   обратная   картина:   наиболее   перспективными   в   нефтегазоносном

отношении  оказываются  горизонты,  характеризующиеся  аномально  высокими  начальными
пластовыми давлениями. - Прим. ред.

Фиг.   9-10.   Зависимость   пластового   давления   от   глубины,   группа

месторождений провинции Галф-Кост (Cannon, Sullins, О. and G. Journ., p. 120, 1946;
Oil Weekly, p. 34, 1946). 2 - формация Фрио; 2 - формация Кокфилд, миоцен; 3 -
формация Анауак.

Фиг.   9-11.   Соотношение   между   пластовым   давлением   и   глубиной   для

некоторых залежей, характеризующихся аномальным давлением (Watts, Trans. Am.
Inst. Min. Met. Engrs., 174, p. 194, Fig. 2, 1948).

1   -   Лост-Хилс,   Калифорния;   2   -   Кхаур,   Пакистан,   3   -   Вентура-Авеню,

Калифорния; 4 - Иран; 5 - зона Д-7, б - месторождения провинции Галф-Кост, Техас -
Луизиана (вероятный максимум, по Каннону и Силиусу); 7 - Черч-Бьюттс, Вайоминг.

Аномальные пластовые давления в геологии нефти и газа важны не столько

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  46  47  48  49   ..